WO2011006493A2 - Stromschiene mit kompensationsabschnitt - Google Patents

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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60M—POWER SUPPLY LINES, AND DEVICES ALONG RAILS, FOR ELECTRICALLY- PROPELLED VEHICLES
    • B60M1/00—Power supply lines for contact with collector on vehicle
    • B60M1/30—Power rails
    • B60M1/305—Joints
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G5/00—Installations of bus-bars
    • H02G5/002—Joints between bus-bars for compensating thermal expansion

Definitions

  • bus bar consists of an electrically conductive material with high current carrying capacity, extending in a longitudinal direction x, and is composed of a plurality of adjacent sections, wherein the
  • Busbar can be fixed to at least two mounting portions on a support surface, wherein the busbar at least one
  • Fastening portions arranged and geometrically designed so that it on the one hand has a higher heat dissipation ability due to increased convection and / or heat radiation than the adjacent sections of the busbar, and on the other hand, upon thermal expansion of the busbar in the fixed state, a local evasion of the material of
  • Compensation section transverse to the x-direction is made possible by local deformation of the compensation section, and wherein the compensation section comprises at least one connecting web, which connects the two to the
  • busbar is known for example from AT 344 812 B. Busbars are used to quickly and safely electrical
  • the busbar is fastened to a plurality of sections in or on a housing, as presented for example in DE 196 46 264 A1.
  • Such busbars are used in particular in power supply boxes in the automotive industry. Since in such power supply boxes high currents flow (about 200A), the busbar is heated during operation and it comes to a Thermal expansion, which in turn leads to mechanical stresses between the busbar and the housing. Due to this mechanical loading of the housing during thermal expansion, the housing, which is generally made of plastic, is deformed. This can lead to the formation of cracks and moisture can enter the housing.
  • US Pat. No. 3,544,706 proposes a metallic strip with superconducting wires embedded therein, which is bent in a U-shape to compensate for the mechanical stress and into which some longitudinal slots have been punched for cooling.
  • this solution can not be readily transferred to non-superconducting applications.
  • the AT 344 812 B introduces a curved ladder element with cooling ducts, which not only compensates for mechanical stresses caused by heat generation by further bending, but also permits heat exchange via the cooling ducts.
  • Compensating portion bent connecting webs without intermediate passage slots wherein adjacent connecting webs are each bent alternately in a y-direction and a -y - direction transverse to the x direction, and that the connecting webs are prepared by truncate cutting and subsequent molding.
  • connecting webs extend at least partially in a direction deviating from the x-direction.
  • an enlarged surface is realized and thus achieved an improved cooling effect.
  • the compensation section according to the invention thus serves as additional
  • the possibility of local evasion of the material of the busbar causes the forces generated by thermal expansion of the material of the busbar the attachment points of the busbar to the support surface act, are kept so small that the support surface, eg. A housing is not destroyed even at high currents.
  • the forces acting on the expansion are concentrated on the area of the compensation section which is designed to be more easily deformable than the fixing sections.
  • the deformation of the busbar is therefore reduced on the one hand by a lower heat development and on the other hand by means of a relative to the mounting portions flexible compensation range in a defined area.
  • the compensation section can therefore have the same line cross section as the adjacent sections, as a result of which a constant current carrying capacity can be realized across the various sections of the busbar.
  • connecting webs are bent transversely to the x-direction.
  • the connecting webs then extend in sections along a direction which is a component perpendicular to the longitudinal direction of
  • Bus bar for example. In the form of an arc. Thus, it is caused that by a deformation of the compensation section no significant forces acting on the fixing points of the busbar, since the.
  • Busbar be deflected (alternative possibility of
  • At least three connecting webs are provided. It is particularly advantageous if the busbar including
  • Compensation section is constructed in one piece.
  • the busbar can then be manufactured in a single operation and thus cost.
  • Fig. 1 is a perspective view of an embodiment of the
  • busbars shown in the figures extend in the x-direction, which in operation is the current flow direction and each have two
  • Compensation section 3 is arranged, the one or more
  • Attachment sections 1) an increased surface per section area. This allows for improved heat dissipation, whereby the expansion of the
  • Busbar can be reduced.
  • Fig. 1 shows an embodiment of the bus bar according to the invention, in which the connecting webs 4, 4 'are designed arcuate. There are no through-slots here between adjacent connecting webs 4 and 4 ', but adjacent connecting webs 4, 4' are in opposite directions
  • the busbars according to the invention consist mainly of a
  • punching from sheet metal, especially copper
  • die casting eg. From aluminum
  • the bus bar according to the invention is particularly suitable for high-current applications, eg for power supply boxes in the automotive sector or for connecting battery modules in electric cars.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Non-Insulated Conductors (AREA)
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  • Installation Of Bus-Bars (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stromschiene zur Herstellung einer elektrischen Verbindung, wobei die Stromschiene aus einem elektrisch leitenden Material mit hoher Stromtragfähigkeit besteht, sich in eine Längsrichtung x erstreckt, und aus mehreren aneinander angrenzenden Abschnitten (1, 3) aufgebaut ist, wobei die Stromschiene mit mindestens zwei Befestigungsabschnitten (1) an einer Trägerfläche fixiert werden kann, wobei die Stromschiene mindestens einen Kompensationsabschnitt (3) aufweist, welcher zwischen zwei Befestigungsabschnitten (1) angeordnet und geometrisch so gestaltet ist, dass er einerseits eine höhere Wärmeabgabefähigkeit aufgrund erhöhter Konvektion und/oder Wärmeabstrahlung aufweist als die angrenzenden Abschnitte der Stromschiene, und dass andererseits bei Wärmeausdehnung der Stromschiene im fixierten Zustand ein lokales Ausweichen des Materials des Kompensationsabschnitts (3) quer zur x-Richtung durch lokale Deformation des Kompensationsabschnitts (3) ermöglicht wird, und wobei der Kompensationsabschnitt (3) mindestens einen Verbindungssteg (4, 4') umfasst, welcher die beiden an den Kompensationsabschnitt (3) angrenzenden Abschnitte der Stromschiene miteinander verbindet, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Kompensationsabschnitt (3) gebogene Verbindungsstege (4, 4') ohne dazwischen liegende Durchgangsschlitze umfasst, wobei benachbarte Verbindungsstege (4, 4') jeweils alternierend in eine y-Richtung bzw. eine -y-Richtung quer zur x-Richtung gebogen sind, und dass die Verbindungsstege (4, 4') durch abfalllose Durchschneiden und anschließendes Formen hergestellt sind.

Description

Stromschiene mit Kompensationsabschnitt
Hintergrund der Erfindung Die Erfindung betrifft eine Stromschiene zur Herstellung einer elektrischen
Verbindung, wobei die Stromschiene aus einem elektrisch leitenden Material mit hoher Stromtragfähigkeit besteht, sich in eine Längsrichtung x erstreckt, und aus mehreren aneinander angrenzenden Abschnitten aufgebaut ist, wobei die
Stromschiene mit mindestens zwei Befestigungsabschnitten an einer Trägerfläche fixiert werden kann, wobei die Stromschiene mindestens einen
Kompensationsabschnitt aufweist, welcher zwischen zwei
Befestigungsabschnitten angeordnet und geometrisch so gestaltet ist, dass er einerseits eine höhere Wärmeabgabefähigkeit aufgrund erhöhter Konvektion und/oder Wärmeabstrahlung aufweist als die angrenzenden Abschnitte der Stromschiene, und dass andererseits bei Wärmeausdehnung der Stromschiene im fixierten Zustand ein lokales Ausweichen des Materials des
Kompensationsabschnitts quer zur x-Richtung durch lokale Deformation des Kompensationsabschnitts ermöglicht wird, und wobei der Kompensationsabschnitt mindestens einen Verbindungssteg umfasst, welcher die beiden an den
Kompensationsabschnitt angrenzenden Abschnitte der Stromschiene miteinander verbindet.
Eine solche Stromschiene ist beispielsweise aus AT 344 812 B bekannt. Stromschienen werden eingesetzt, um schnell und sicher elektrische
Verbindungen zwischen zwei stromführenden Bauteilen herzustellen. Hierzu wird die Stromschiene an mehreren Abschnitten in oder an einem Gehäuse befestigt wie etwa in DE 196 46 264 A1 vorgestellt. Derartige Stromschienen werden insbesondere bei Stromversorgungsboxen im Automobilbau verwendet. Da in solchen Stromversorgungsboxen hohe Ströme fließen (ca. 200A), erhitzt sich die Stromschiene im Betrieb und es kommt zu einer Wärmeausdehnung, was wiederum zu mechanische Spannungen zwischen der Stromschiene und dem Gehäuse führt. Aufgrund dieser mechanischen Belastung des Gehäuses bei der Wärmeausdehnung wird das Gehäuse, welches i.A. aus Kunststoff gefertigt ist, verformt. Dabei kann es zur Bildung von Rissen kommen und Feuchtigkeit kann in das Gehäuse eintreten.
Verschiedene Lösungen dieses Problems wurden in der Vergangenheit offenbart. So stellt US 3,544,706 einen metallischen Streifen mit darin eingelassenen supraleitenden Drähten vor, der zum Ausgleich der mechanischen Spannung U- förmig gebogen wird und in den einige längs verlaufende Schlitze zur Kühlung eingestanzt wurden. Diese Lösung lässt sich aber ohne weiteres nicht auf nichtsupraleitende Anwendungen übertragen.
In der DE 698 35 023 T2 wird in einer Schalteinrichtung ein Übergangselement eingesetzt, das U-förmig gebogen ist und die durch Wärmeentwicklung
entstehenden mechanischen Spannungen durch Verbiegen ausgleichen kann.
DE 198 39 423 A1 und US 1 ,157,603 offenbaren mehrstückige, biegsame
Elemente, die zur leitenden Verbindung zwischen zwei stromführenden Elementen eingesetzt werden.
Bei der AT 344 812 B wird ein gebogenes Leiterelement mit Kühlkanälen vorgestellt, das nicht nur mechanische Spannungen durch Wärmeentwicklung durch weiteres Verbiegen ausgleichen kann, sondern über die Kühlkanäle auch einen Wärmeaustausch zuiässt.
Alle bisher vorgestellten Lösungen weisen allerdings den Nachteil auf, dass mit dem Einbringen der Übergangselemente oder Stromschienen der Querschnitt des stromführenden Leiters verringert wird und es bereits dadurch zu einer
Verringerung der Stromtragfähigkeit kommt. Zusätzlich fallen bei allen bekannten Stromschienen mit Kühlung
herstellungsbedingt große Mengen an Abfallmaterial, etwa durch Ausstanzen an.
Aufgabe der Erfindung
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Stromschiene vorzuschlagen, mit der es möglich ist, auch bei Belastung mit hohen Stromstärken mechanische
Spannungen zwischen der Stromschiene und einer mit dieser Stromschiene fest verbundenen Trägerfiäche zu minimieren, wobei der Querschnitt des Leiters durch die Stromschiene nicht verringert werden soll und wobei die Stromschiene sich möglichst abfallfrei herstellen lassen soll.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der
Kompensationsabschnitt gebogene Verbindungsstege ohne dazwischen liegende Durchgangsschlitze umfasst, wobei benachbarte Verbindungsstege jeweils alternierend in eine y-Richtung bzw. eine -y - Richtung quer zur x- Richtung gebogen sind, und dass die Verbindungsstege durch abfalllose Durchschneiden und anschließendes Formen hergestellt sind.
D.h. die Verbindungsstege verlaufen zumindest teilweise in eine von der x- Richtung abweichende Richtung. Hierdurch wird eine vergrößerte Oberfläche realisiert und somit eine verbesserte Kϋhlwirkung erreicht.
Der erfindungsgemäße Kompensationsabschnitt dient also als zusätzliche
Kühlfläche. Durch die erhöhte Wärmeabgabefähigkeit des
Kompensationsabschnitts wird die Wärmeentwicklung und somit die Ausdehnung des Materials der Stromschiene verringert.
Die Möglichkeit des lokales Ausweichens des Materials der Stromschiene, bewirkt, dass die Kräfte, die bei Wärmeausdehnung des Materials der Stromschiene auf die Befestigungspunkte der Stromschiene an der Trägerfläche wirken, so klein gehalten werden, dass die Trägerfläche, bspw. eines Gehäuses, auch bei hohen Strömen nicht zerstört wird. Die bei der Ausdehnung wirkenden Kräfte werden auf den Bereich des Kompensationsabschnitts konzentriert, der so gestaltet ist, dass er leichter verformbar ist, als die Befestigungsabschnitte.
Die Deformation der Stromschiene wird also einerseits reduziert durch eine geringere Wärmeentwicklung und andererseits mittels eines gegenüber den Befestigungsabschnitten flexibleren Kompensationsbereichs in einen definierten Bereich gelenkt.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Verbindungsstege durch abfalllose Durchschneiden und anschließendes Formen hergestellt sind. Hierdurch wird eine erhöhte Wärmeabfuhr ohne Querschnitteinbuße des Materials ermöglicht. Der Kompensationsabschnitt kann also den gleichen Leitungsquerschnitt aufweisen wie die angrenzenden Abschnitte, wodurch eine konstante Stromtragfähigkeit über die verschiedenen Abschnitte der Stromschiene realisiert werden kann.
Es ist außerdem vorteilhaft, wenn die Verbindungsstege quer zur x-Richtung gebogen sind. Die Verbindungsstege verlaufen dann abschnittsweise entlang einer Richtung, die eine Komponente senkrecht zur Längsrichtung der
Stromschiene aufweist, bspw. in Form eines Bogens. Somit wird bewirkt, dass durch eine Deformation des Kompensationsabschnitts keine nennenswerten Kräfte auf die Fixierungspunkte der Stromschiene wirken, da die durch die
Ausdehnung der an den Kompensationsabschnitt angerenzenden Bereiche auftretenden Kräfte in eine Richtung senkrecht zur Längsrichtung der
Stromschiene umgelenkt werden (Ausweichmöglichkeit des
Stromschienenmaterials). Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Vorzugsweise sind mindestens drei Verbindungsstege vorgesehen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Stromschiene einschließlich
Kompensationsabschnitt einstückig aufgebaut ist. Die Stromschiene kann dann in einem einzigen Arbeitsgang und somit kostengünstig hergestellt werden.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
Zeichnung und detaillierte Beschreibung der Erfindung
Es zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Stromschiene mit alternierend gebogenen
Verbindungsstegen. Die in den Figuren gezeigten Stromschienen erstrecken sich in x-Richtung, welche im Betrieb die Stromflussrichtung ist und weisen jeweils zwei
Befestigungsabschnitte 1 auf, an denen die Stromschiene an einer Trägerfläche (nicht gezeigt) befestigt werden kann. Eine solche Befestigung kann
beispielsweise durch Verschraubung o.a. realisiert werden. Dazu sind in den gezeigten Ausführungsbeispielen in den Befestigungsabschnitten 1
Befestigungspunkte in Form von Ausnehmungen 2 vorgesehen, durch die
Befestigungsmittel hindurch geführt werden können. Es ist jedoch auch möglich, die Stromschiene mit der Trägerfläche zu verkleben oder anderweitig mechanisch zu befestigen. Zwischen den Befestigungsabschnitten 1 ist ein
Kompensationsabschnitt 3 angeordnet, der einen oder mehrere
Verbindungsstege 4, 4 'umfasst, die zumindest teilweise quer zur x-Richtung verlaufen, wodurch ein lokales Ausweichen des Materials der Stromschiene quer zur x-Richtung ermöglicht wird. Durch die Ausgestaltung des
Kompensationsabschnitts in Form von Verbindungsstegen ergibt sich darüber hinaus eine gegenüber den angrenzenden Abschnitten (hier:
Befestigungsabschnitte 1 ) eine vergrößerte Oberfläche pro Abschnittsfläche. Dies ermöglicht eine verbesserte Wärmeabfuhr, wodurch die Ausdehnung der
Stromschiene verringert werden kann.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromschiene, bei der die Verbindungsstege 4, 4 'bogenförmig gestaltet sind. Es befinden sich hier zwischen benachbarten Verbindungsstegen 4 und 4 ' keine Durchgangsschlitze, sondern benachbarte Verbindungsstege 4, 4 ' sind in entgegengesetzte
Richtungen y bzw. -y gebogen. Dies hat zur Folge, dass jeweils zwischen zwei Verbindungsstegen 4, die in y-Richtung gebogen sind, ein Freiraum existiert;
ebenso zwischen zwei Verbindungsstegen 4 ', die in -y-Richtung gebogen sind.
Dies hat den Vorteil, dass einerseits Luft zwischen den einzelnen
Verbindungsstegen 4, 4 ' zirkulieren und andererseits der Querschnitt der angrenzenden Abschnitte und damit die Stromtragfähigkeit beibehalten werden kann. Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform kann durch abfallloses
Durchschneiden und anschließendes Formen hergestellt werden.
Die erfindungsgemäßen Stromschienen bestehen hauptsächlich aus einem
Material mit hoher Stromtragfähigkeit und können durch Stanzen (aus Metallblech, insbesondere Kupfer) oder durch Druckguß (bspw. aus Aluminium) hergestellt werden. Neben der Kompensation der Ausdehnung der Stromschiene in x- Richtung können aufgrund der Flexibilität der Verbindungsstege 4, 4 '.auch
Torsionsbewegungen kompensiert werden. Die erfindungsgemäße Stromschiene eignet sich besonders für Hochstromanwendungen, z.B. für Stromversorgungsboxen im Kfz-Bereich oder zur Verbindung von Batteriemodulen in Elektroautos.
Bezugszeichenliste
1 Befestigungsabschnitt
2 Ausnehmung an Befestigungspunkt
3 Kompensationsabschnitt
4, 4' Verbindungssteg

Claims

Patentansprüche
1. Stromschiene zur Herstellung einer elektrischen Verbindung,
wobei die Stromschiene aus einem elektrisch leitenden Material mit hoher Stromtragfähigkeit besteht, sich in eine Längsrichtung x erstreckt, und aus mehreren aneinander angrenzenden Abschnitten (1 , 3) aufgebaut ist, wobei die Stromschiene mit mindestens zwei Befestigungsabschnitten (1 ) an einer Trägerfläche fixiert werden kann, wobei die Stromschiene mindestens einen Kompensationsabschnitt (3) aufweist, welcher zwischen zwei
Befestigungsabschnitten (1 ) angeordnet und geometrisch so gestaltet ist, dass er einerseits eine höhere Wärmeabgabefähigkeit aufgrund erhöhter
Konvektion und/oder Wärmeabstrahlung aufweist als die angrenzenden Abschnitte der Stromschiene, und dass andererseits bei
Wärmeausdehnung der Stromschiene im fixierten Zustand ein lokales Ausweichen des Materials des Kompensationsabschnitts (3) quer zur x- Richtung durch lokale Deformation des Kompensationsabschnitts (3) ermöglicht wird, und wobei der Kompensationsabschnitt (3) mindestens einen Verbindungssteg (4, 4') umfasst, welcher die beiden an den
Kompensationsabschnitt (3) angrenzenden Abschnitte der Stromschiene miteinander verbindet,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kompensationsabschnitt (3) gebogene Verbindungsstege (4, 4') ohne dazwischen liegende Durchgangsschlitze umfasst, wobei benachbarte Verbindungsstege (4, 4') jeweils alternierend in eine y-Richtung bzw. eine - y - Richtung quer zur x- Richtung gebogen sind,
und dass die Verbindungsstege (4, 4') durch abfalllose Durchschneiden und anschließendes Formen hergestellt sind.
2. Stromschiene nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei Verbindungsstege (4, 4') vorgesehen sind.
3. Stromschiene nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Stromschiene einschließlich
Kompensationsabschnitt (3) einstückig aufgebaut ist.
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