CN109690873A - 铜汇流排 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铜汇流排。为了改进与电缆终端(3)的连接能力而提出，铜汇流排(1)具有至少一个台阶孔(2)以用于借助螺栓连接(4)来固定电缆终端(3)，其中，台阶孔(2)从铜汇流排(1)的第一表面(11)延伸到铜汇流排(1)的第二表面(12)，其中，台阶孔(2)至少具有第一区域(21)、第二区域(22)和第三区域(23)，其中，台阶孔(2)的第一区域(21)邻接第一表面(11)，其中，在第二区域(22)的长度上，台阶孔的半径恒定地具有第二半径值(r₂)，其中，第三区域(23)邻接第二表面(12)，其中，第三区域(23)至少在第二表面(12)处具有带有第三半径值(r₃)的半径，其中，第三半径值(r3)小于第二半径值(r2)。此外，本发明涉及一种接触系统(30)，其具有这种铜汇流排(1)，本发明还涉及一种变流器，其具有这种铜汇流排(1)或这种接触系统(30)。此外，本发明涉及一种用于这种铜汇流排(1)的制造方法。

Description

铜汇流排

技术领域

本发明涉及一种铜汇流排。此外，本发明涉及一种接触系统，该接触系统具有这种铜汇流排、电缆终端和螺栓连接，其中，螺栓连接包括自锁螺母和螺栓。此外，本发明涉及一种变流器，其具有这种铜汇流排或者这种接触系统。此外，本发明涉及一种用于制造这种铜汇流排的方法。

背景技术

铜汇流排用于以低损耗的方式传导高电流。铜的优点在于其良好的导电性。因为铜汇流排仅具有很低的电感进而可以在变流器中实现快速的切换过程，所以可以将铜汇流排广泛用于变流器中。此外，在具有分立器件(例如半导体开关)的变流器中，通常需要将电缆终端安接到铜汇流排上以便为电缆连接建立电接触。

现有技术披露了自攻螺钉的应用。通过将自攻螺钉拧入铜汇流排中，通过材料挤压而在铜汇流排中形成螺纹。

同样，可以使用自扣紧螺栓(Einpressgewindebolzen)。其结构高度不可忽略，这在许多应用场景中是不利的。此外，高制造成本常常使得自扣紧螺栓的应用看起来不经济。此外，由于张紧垫片的支承面必须被特殊注意，所以组合式螺母仅受限制地与电缆终端一起应用。

作为另一替代方案的对穿螺栓联接制造昂贵，并且装配中的安装位置不是可充分触及的。

另外，垫片的穿入过程在组装和质量方面存在很大问题，由此使得具有现有技术中所披露的上述装置和附加垫片的中间解决方案是不可行的。

发明内容

本发明的目的是，在铜汇流排与电缆终端的可接触性方面改进铜汇流排。

该目的通过一种铜汇流排实现，其中，铜汇流排具有至少一个台阶孔以用于借助螺栓连接固定电缆终端，其中，台阶孔从铜汇流排的第一表面延伸到铜汇流排的第二表面，其中，台阶孔至少具有第一区域、第二区域和第三区域，其中台阶孔的第一区域邻接第一表面，其中在第二区域的长度上，台阶孔的半径恒定地具有第二半径值，其中，第三区域邻接第二表面，其中，第三区域至少在第二表面处具有带有第三半径值的半径，其中第三半径值小于第二半径值。此外，该目的通过一种接触系统实现，该接触系统具有这种铜汇流排、电缆终端和螺栓连接，其中螺栓连接包括自锁螺母和螺栓，其中，借助从第二表面一侧插入到台阶孔的螺栓和借助从第一表面一侧安置到台阶孔中的自锁螺母，通过旋拧螺栓连接将电缆终端固定在第二表面处。此外，该目的通过一种变流器实现，其具有这种铜汇流排或者这种接触系统，其中，变流器的电接口和变流器的半导体开关借助铜汇流排彼此电连接。此外，该目的通过一种用于制造这种铜汇流排的方法来实现，其中铜汇流排的台阶孔借助冲压机引入到铜汇流排中。

本发明的另外有利的设计方案在从属权利要求中给出。

本发明基于以下认知：通过将台阶孔引入到铜汇流排中，能够简单且可靠地借助旋拧连接，在电缆终端与铜汇流排之间建立电连接。在此，台阶孔具有三个区域，在这些区域中孔至少按部段地具有不同的半径。第二区域具有恒定的半径：这用于将压紧螺母引导到铜汇流排中。此外，压紧螺母位于铜汇流排的中心。在压入自锁螺母之前，第一区域的半径小于或等于第二半径值。第三区域终止于铜汇流排的第二表面处，电缆终端也固定在该第三区域处，并且电缆终端在第三区域处与铜汇流排电接触，该第三区域具有比第一和第二区域更小的半径。这个小半径，特别是在铜汇流排的第二表面处的小半径允许用适当的力进行良好可靠的接触，而不会因为铜汇流排的表面处的孔过大而导致电缆终端不被允许地弯曲或者过度变形。为了能够使用自锁螺母，特别有利的是，在用于电缆终端的支撑面处的直径小于自锁螺母的压入侧的直径。这通过台阶孔实现，该台阶孔可以例如在传统的冲压机上制造。

与直接刻入到铜中的螺纹的解决方案相比，使用根据本发明的解决方案可以保持最小夹紧长度和最小螺纹拧紧深度。这些可以通过压紧螺母的相应螺纹长度来确保。在结合所使用的组合式螺栓(也称为具有不可丢失的平垫片的螺栓)的刻入螺纹的情况下，并非总能保持最小夹紧长度和最小接合深度，而是取决于铜轨的厚度。

与具有压印下沉部的贯穿几何形状(Durchzugsgeometrie)相比，根据本发明的铜汇流排明显具有更低的复杂度，因为它在制造中附带的公差明显更低。同样，不必由于不同材料尺寸而使用不同工具。因此，在不同的现场或由不同的供应商也可以确保安全的生产。

具有带台阶孔、电缆终端和螺栓连接的这种铜汇流排的接触系统还满足了这种螺栓连接的典型要求。在该解决方案中，可以可靠地防止电缆终端中的变形和材料流动。

具有台阶孔的铜汇流排具有许多优点。迄今为止，要么必须将垫片放在电缆终端下面的自锁螺母上，要么如果不一同拧紧第二个元件则甚至不允许使用垫片。带有台阶孔的铜汇流排允许能够直接利用组合式螺栓直接且经济地使用自锁螺母。在此，该连接与现有技术所披露的贯穿几何形状相比成本更低廉且更可靠，因为其包括在冲压机上的更少的生产步骤。贯穿并不使矫正过程变得困难。通过稍晚放置螺母使得矫正更容易。此外，这因为不需要掩模而更简便。此外，故障率低于利用自攻螺钉的情况。几何形状更加稳固地抵抗周围特征(例如金属板中的弯曲)。材料硬度中的波动也能毫无问题地被容忍，并且孔的公差明显更宽。此外，以用于软材料的标准扭矩就可以拧紧螺栓，而不必如在自攻螺钉的情况下那样用单独测定的特殊扭矩进行处理。也可以使用扭矩更高的螺栓连接。这是由于压紧螺母抵靠已经引入到铜中的螺纹而得以实现的。此外，台阶孔也可直接应用于其他软材料，例如铝。在测试或实验室中不必测定新的扭矩、直径或最小拧入深度。此外，不需要单独穿入垫片。这避免了装配中的错误，从而使装配更高效。另外，与贯穿相比，利用合适的工具可以从两个冲压方向制造台阶孔。此外，自锁螺母的螺纹更坚固，并且在修理情况下还承受比铜中的螺纹更多的旋拧过程。

在变流器中使用带有台阶孔的铜汇流排提供了特别的优势。由于变流器在几千赫兹(kHz)或更高的范围内进行快速开关操作，所以汇流排的应用是有利的，因为它们是低电感的并且因此减少或避免由于开关操作引起的干扰电压。由于空间狭窄，通常需要提供从铜汇流排到电缆的过渡。该过渡可以利用铜汇流排和台阶孔以及电缆终端轻松实现。

在本发明的有利设计方案中，在台阶孔的区域中，自锁螺母在台阶孔中居中地被压入到第一表面中，使得第一区域中的半径有第一半径值，并且在第一区域与第二区域之间形成台阶孔的一个台阶，在该台阶孔中，半径在从第一区域至第二区域的边界处从第一半径值改变成第二半径值，从而在第一区域与第二区域之间的边界处形成平行于第一表面的支承面，并且第二半径值小于第一半径值，其中螺栓可以借助自锁螺母从第二表面一侧安置到台阶孔中，借助该螺栓可以将电缆终端固定在第二表面处。通过压入自锁螺母，半径由于铜汇流排的材料被挤出而减小，并且在压入之后，半径为大于第二半径值的第一半径值。在第一区域与第二区域之间的所产生的过渡处，半径的值因此具有跃变，从而由此形成支承面，压紧螺母的裙缘的齿部可以啮合在该支承面处。通过压入螺母，可以在自锁螺母与铜汇流排之间实现特别良好的连接，并且利用自锁螺母的材料现在可以提供一种能承受大力或者高转矩的连接。因此，可以实现相应的短螺栓连接，利用这种短螺栓连接可以固定和/或接触汇流排。

在本发明的另一有利设计方案中，第二区域邻接第三区域，其中铜汇流排在第三区域中具有锥形，其中锥形在与第二区域的边界处具有第二半径值。此时，锥形可以完全在第三区域上延伸或仅在第三区域的一部分上延伸。如果锥形仅在第三区域的一部分上延伸，则有利的是，在与第二表面的边界处可以存在半径恒定的圆柱形部段，其具有第三半径值。这在厚铜汇流排中是特别重要的。利用这种布置可以减小制造力并且可以提高工具使用寿命。

在本发明的另一有利设计方案中，第二区域邻接第三区域，其中在第一区域、第二区域和第三区域内的台阶孔的半径分别是恒定的。利用这种几何形状，在使用冲压工具的情况下，在几个步骤中就可以轻松地将该台阶孔引入到铜汇流排中。在引入时特别有利的是，第一区域和第二区域具有相同的半径值并且第三区域中的第三半径值较小。随着引入自锁螺母，才在第一区域中形成比第二区域中的第二半径值更大的第一半径值。在第二表面处连接有电缆终端的状况下，特别是第三区域中的恒定半径为铜汇流排在第二表面处赋予特别高的稳定性。

在本发明的另一有利设计方案中，铜汇流排的厚度在4mm至6mm的范围内，其中第三区域的长度至少为2mm，其中第三半径值的值在2.15mm与2.4mm之间的范围内。该设计方案特别适用于变流器中。在此，使用M4连接作为旋拧连接。在通过用于M4连接的台阶孔几何形状可建立的功率等级中，与已知的连接类型相比，前述连接的成本更低廉并能更可靠地建立。另外，为了建立连接也可以类似地使用其他螺栓尺寸。

在本发明的另一有利设计方案中，铜汇流排具有凹槽，其中，在凹槽的区域中，铜汇流排的厚度降低到以减小的厚度，使得自锁螺母完全位于台阶孔和凹槽中。由此可以避免自锁螺母的突出部分和可能也存在的螺栓突出部分。这降低了装配时的受伤风险，且为此不会在装配时产生更高的成本。已经证明，螺栓也隐藏在凹槽中并且不伸出凹槽是特别有利的。由此，可以简单地防止在操作铜汇流排时受伤。

附图说明

下面参考附图中示出的实施例更详细地描述和解释本发明。其示出：

图1是具有台阶孔的铜汇流排，

图2是具有被固定的电缆终端的接触系统，以及

图3是具有凹槽的接触系统。

具体实施方式

图1中示出了具有台阶孔2的铜汇流排1的截面。在此，铜汇流排1可以具有一个或多个台阶孔2。台阶孔2的轮廓在图中以较粗的线宽示出。铜汇流排1包括第一表面11和第二表面12。通常，第一表面11和第二表面12彼此平行地延伸。两个表面11、12的间距是铜汇流排1的厚度d。台阶孔2穿过铜汇流排1的内部从第一表面11延伸到第二表面12。为了建立与未示出的电缆终端3的连接，自锁螺母41(也称为压紧螺母)从第一表面11一侧引入到台阶孔2中。自锁螺母41以其齿部(该齿部在其裙缘处被加工出)放置于支承面24上。在从第一区域21到第二区域22的过渡中，通过半径r在值上的从第一半径值r₁到第二半径值r₂的跃变来实现支承面24。在第二区域22中，有利的是，半径在第二区域22的整个长度上为恒定值，以便在该第二区域22中在引入时引导自锁螺母41并在铜汇流排1中使得自锁螺母居中。随着引入自锁螺母41，在第一区域21中形成第一半径值。在引入之前，在第一区域中的半径值可以具有一不同值，例如第二半径值r₂。参考图2更详细地描述第三半径值r₃的有利选择。在该实施例中，各个区域21、22、23上的半径分别是恒定的。这不是强制必需的，但是其允许了通过冲压实现特别有利的生产，因为在冲压机上仅需要简单的标准工具。在此特别有利的是，在冲压台阶孔时在第一区域和第二区域21、22中设置相同的半径值，并且在第三区域23中设置小于第二半径值r₂的第三半径值。然后，在引入自锁螺母41时产生第一区域21中的具有第一半径值r₁的更大半径。

为了简化装配中的自锁螺母41的引入，也可以在制造台阶孔时就已经在第一区域中设置比第二半径值r₂更大的半径。

此外，第三区域也可以完全或至少部分地形成为锥形。锥形在第二区域22与第三半径值r₃之间的边界处形成具有第二半径值r₂的半径的过渡。第三半径值在此例如在表面12处或者在铜汇流排的内部实现，使得在锥形与表面12之间还连接有圆柱形部段。

图2示出了铜汇流排1，其具有引入到台阶孔2中的螺栓连接4。铜汇流排1和螺栓连接4与电缆终端3一起代表了接触系统30。为了避免重复，参考图1的描述和在那里引入的参考标号。在本实施例中，在此示出的螺栓连接4包括自锁螺母41、螺栓4、电缆终端3、垫片43和弹簧环44。利用该螺栓连接4，电缆终端被可靠地固定在铜汇流排的第二表面12处。但是，具有例如夹紧垫片对或者具有简单的垫片和自锁螺母螺纹中的机械/化学的螺栓锁紧部的其他系统也是可行的。当然，没有平垫片或者具有简单的垫片而没有附加的锁紧部的简单旋拧连接也是可行的。这些尤其在以下情况下是可行的：环境条件(例如振动)的要求允许这种连接。

在此，有利地如下选择第三半径值r₃，使得螺栓42可以在没有力付出的情况下(特别是不接触铜壁)从第二表面12起插入到台阶孔2中。半径值r₃越小，电缆终端3在抵靠部分第二表面12时由于螺栓连接4的压紧力而弯曲或变形的风险越低。因此，第三区域中的半径被选择为尽可能小的，特别是相对于第三半径值r₃很小，使得恰好螺栓42还可以穿过第三区域23。在整个第三区域23上有恒定半径的优点在于，铜汇流排1在电缆终端3的区域中具有高稳定性和强度。因此，在电缆终端的整个表面上，至少在电缆终端3的表面的一大部分上，建立与电缆终端3的接触，从而除了高的连接稳定性之外由此还实现了高电流强度。

图3示出了接触系统30的实施例，其中铜汇流排1具有凹槽50。该凹槽50设计成使得自锁螺母41不从第一表面11伸出，铜汇流排1在该第一表面处具有厚度d。在凹槽50本身处，第一表面向内偏移，使得铜汇流排在此仅具有减小的厚度d*并且自锁螺母41完全位于凹槽50和台阶孔2中。此外特别有利的是，螺栓42也不从凹槽伸出，因为由此例如可以避免在操作/维护铜汇流排1时受伤。为避免重复，参考图1和2的描述以及在那里引入的参考标号。

总之，本发明涉及一种铜汇流排。为了改进与电缆终端的连接能力而提出，铜汇流排具有至少一个台阶孔以用于借助螺栓连接来固定电缆终端，其中，台阶孔从铜汇流排的第一表面延伸到铜汇流排的第二表面，其中，台阶孔至少具有第一区域、第二区域和第三区域，其中，台阶孔的第一区域邻接第一表面，其中在第二区域的长度上，台阶孔的半径恒定地具有第二半径值，其中，第三区域与第二表面邻接，其中，第三区域至少在第二表面处具有带有第三半径值的半径，其中，第三半径值小于第二半径值。此外，本发明涉及一种接触系统，其具有这种铜汇流排，以及涉及一种变流器，其具有这种铜汇流排或这种接触系统。此外，本发明涉及一种用于这种铜汇流排的制造方法。

Claims (9)

1.一种铜汇流排(1)，其中，所述铜汇流排(1)具有至少一个台阶孔(2)以用于借助螺栓连接(4)来固定电缆终端(3)，其中，所述台阶孔(2)从所述铜汇流排(1)的第一表面(11)延伸到所述铜汇流排(1)的第二表面(12)，其中，所述台阶孔(2)至少具有第一区域(21)、第二区域(22)和第三区域(23)，其中，所述台阶孔(2)的所述第一区域(21)邻接所述第一表面(11)，其中，在所述第二区域(22)的长度上，所述台阶孔(2)的半径恒定地具有第二半径值(r₂)，其中，所述第三区域(23)邻接所述第二表面(12)，其中，所述第三区域(23)至少在所述第二表面(12)处具有带有第三半径值(r₃)的半径，其中，所述第三半径值(r₃)小于所述第二半径值(r₂)。

2.根据权利要求1所述的铜汇流排(1)，其特征在于，在所述台阶孔(2)的区域中，自锁螺母(41)在所述台阶孔(2)中居中地被压入到所述第一表面(11)中，使得所述第一区域中的半径具有第一半径值(r₁)，并且在所述第一区域(21)与所述第二区域(22)之间形成所述台阶孔(2)中的台阶，在所述台阶孔中半径在从所述第一区域(21)至所述第二区域(22)的边界处从第一半径值(r₁)改变成所述第二半径值(r₂)，从而在所述第一区域(21)与所述第二区域(22)之间的边界处形成平行于所述第一表面(11)的支承面(24)，并且所述第二半径值(r₂)小于所述第一半径值(r₁)，其中能够借助螺栓(42)以及将所述电缆终端(3)固定在所述第二表面(12)处，其中，所述螺栓能够借助所述自锁螺母(41)从所述第二表面(12)一侧安置到所述台阶孔(2)中。

3.根据权利要求1或2所述的铜汇流排(1)，其中，所述第二区域(22)邻接所述第三区域(23)，其中所述铜汇流排(1)在所述第三区域中具有锥形，其中，所述锥形在与所述第二区域的边界处具有所述第二半径值。

4.根据权利要求1或2所述的铜汇流排(1)，其中，所述第二区域(22)邻接所述第三区域(23)，并且其中，所述台阶孔的半径在所述第一区域、所述第二区域和所述第三区域(21、22、23)内分别都是恒定的。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的铜汇流排(1)，其中，所述铜汇流排(1)的厚度在4mm至6mm的范围内，其中，所述第三区域(23)的长度为至少2mm，其中，所述第三半径值(r₃)的值在2.15mm与2.4mm之间。

6.一种接触系统(30)，具有根据权利要求1至5中任一项所述的铜汇流排(1)，所述接触系统还具有电缆终端(3)和螺栓连接(4)，其中，所述螺栓连接(4)包括自锁螺母(41)和螺栓(42)，其中，所述螺栓(42)从所述第二表面(12)一侧插入到所述台阶孔(2)中，所述自锁螺母(41)从所述第一表面(11)一侧压入到所述台阶孔(2)中，借助所述螺栓(42)以及借助所述自锁螺母(41)，通过旋拧所述螺栓连接(4)将所述电缆终端(3)固定在所述第二表面(12)处。

7.根据权利要求6所述的接触系统(30)，其中，所述铜汇流排(1)具有凹槽(50)，其中在所述凹槽(50)的区域中，所述铜汇流排的厚度(d)降低到一减小的厚度(d*)，使得所述自锁螺母(41)完全位于所述台阶孔(2)和所述凹槽(50)中。

8.一种变流器，具有根据权利要求1至5中任一项所述的铜汇流排(1)或者根据要求6或7任一项所述的接触系统(30)，其中，所述变流器的电接口和所述变流器的半导体开关借助所述铜汇流排(1)彼此电连接。

9.一种用于制造根据权利要求1至5中任一项所述的铜汇流排(1)的方法，其中，所述铜汇流排(1)的所述台阶孔(2)借助冲压机引入到所述铜汇流排(1)中。