DE102009032242A1

DE102009032242A1 - Stromschiene sowie Verfahren zur Herstellung einer Stromschiene

Info

Publication number: DE102009032242A1
Application number: DE102009032242A
Authority: DE
Inventors: Christian Broer; Kanagaratnam Anandasivam
Original assignee: ESW GmbH
Current assignee: Vincorion Advanced Systems GmbH
Priority date: 2009-07-02
Filing date: 2009-07-02
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2029-07-03
Also published as: DE102009032242B4

Abstract

Die Stromschiene dient zur Leitung von elektrischen Strömen und ist aus mindestens zwei plattenartigen metallischen Leitern ausgebildet. Die Leiter erstrecken sich mindestens bereichsweise nebeneinander und sind relativ zueinander elektrisch isoliert angeordnet. Mindestens einer der Leiter ist mindestens bereichsweise in mindestens einer Umfangsrichtung allseitig von einem folienartigen Isolator umschlossen. Das Verfahren dient zur Herstellung einer derartigen Stromschiene.

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromschiene zur Leitung von elektrischen Strömen, die aus mindestens zwei plattenartigen metallischen Leitern ausgebildet ist, die sich mindestens bereichsweise nebeneinander erstrecken und relativ zueinander elektrisch isoliert angeordnet sind.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung einer Stromschiene zur Leitung von elektrischen Strömen, die aus mindestens zwei plattenartigen metallischen Leitern derart zusammengesetzt wird, daß sich die Leiter mindestens bereichsweise nebeneinander erstrecken und relativ zueinander elektrisch isoliert angeordnet werden.
Derartige Stromschienen werden typischerweise als Busbars bezeichnet. Derartige Busbars dienen zur Verteilung elektrischer Ströme, zur Spannungsversorgung sowie zur Verteilung von elektrischer Leistung. Die Anwendungen können sich sowohl auf Wechselströme als auch auf Gleichströme beziehen. wesentlich ist eine niederimpedante Stromführung. Ebenfalls finden derartige Busbars Anwendungen bei der Energieversorgung von mobilen oder stationären Aggregaten.
Die plattenartigen Leiter liegen in der Regel getrennt von einer dielektrischen Schicht aufeinander auf. Ebenfalls sind häufig im Bereich der Oberseite und der Unterseite der Stromschienen dielektrische folienartige Schichten aufgebracht.
Als kritisch bei der Anwendung derartiger Stromschienen erweisen sich Ränder der Stromschienen sowie Ausnehmungen, durch die hindurch eine Kontaktierung von Bauelementen erfolgt. Ränder und entsprechende Übergänge werden gemäß dem Stand der Technik typischerweise mit Kunststoffen vergossen. Im Bereich von Rissen oder Spalten derartiger Vergußmassen können Wasser oder Feuchtigkeit eintreten und zu Korrosionseffekten führen, die entweder das Material beschädigen, zu verschlechterten elektrischen Kontakten oder zu Kurzschlüssen führen. Im Extremfall kann ein elektrischer Kontakt zu angeschlossenen Bauelementen auch völlig unterbrochen werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Stromschiene der einleitend genannten Art derart zu konstruieren, daß sowohl eine einfache Fertigung als auch eine gute Feuchtigkeitsbeständigkeit erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens einer der Leiter mindestens bereichsweise in mindestens einer Umfangsrichtung allseitig von einem folienartigen Isolator umschlossen ist.
Weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der einleitend genannten Art derart zu verbessern, daß mit geringem Aufwand eine qualitativ hochwertige Produktion der Stromschienen unterstützt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens einer der Leiter mindestens bereichsweise in mindestens einer Umfangsrichtung allseitig von einem folienartigen Isolator umschlossen wird.
Durch die Umschließung des Leiters in Umfangsrichtung mit dem folienartigen Isolator ist es möglich, Randbereiche des folienartigen Isolators aufeinander aufliegen zu lassen und direkt miteinander zu verkleben. Dies kann sowohl im Bereich von Rändern der plattenartigen Leiter als auch im Bereich von vorgesehenen Durchbrüchen erfolgen. Ein Vergießen voneinander getrennter Isolationsschichten im Bereich von Durchbrüchen und Rändern mit Isolationsmassen ist hierdurch nicht mehr erforderlich.
Eine einfache Fertigung wird dadurch unterstützt, daß der Isolator auf den Leiter aufgeklebt und autoklaviert ist. Alternativ ist es auch möglich, den Isolator unter Verwendung mindestens eines geeigneten Formstückes und einer Heizpresse im Bereich des Leiters anzuordnen.
Ein einfaches Aufbringen der Folien auf den Leiter wird dadurch erreicht, daß eine erste Folie auf eine Oberseite des Leiters und eine zweite Folie auf eine Unterseite des Leiters aufgeklebt ist und daß die beiden Folien im Bereich seitlicher Überstände sowie im Bereich von Ausnehmungen miteinander verklebt und insbesondere autoklaviert sind.
Eine typische Ausführungsform besteht darin, daß eine Isolationsschicht zwischen den beiden Leitern mindestens zweilagig ausgebildet ist.
Erhöhte mechanische Anforderungen können dadurch erfüllt werden, daß zwischen den Leitern mindestens eine Stabilisationsschicht angeordnet ist.
Ein Anschluß von Versorgungselementen an die Stromschiene wird dadurch erleichtert, daß durch die Leiter mindestens eine Ausnehmung hindurch verläuft.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, daß im Bereich der Ausnehmung eine elektrisch nicht isolierte Kontaktstelle angeordnet ist.
Ebenfalls ist daran gedacht, daß die Ausnehmung als isolierte Ausnehmung ausgebildet ist.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
1 einen Querschnitt durch einen in einer Umfangsrichtung allseitig von einem folienartigen Isolator umschlossenen plattenartigen Leiter,
2 die Anordnung von zwei gemäß 1 isolierter Leiter nebeneinander,
3 eine teilweise Darstellung einer gegenüber 2 abgewandelten Anordnung mit zusätzlichem Tragelement zwischen den einander zugewandten Isolationsschichten,
4 ein Beispiel für einen räumlichen Verlauf einer Stromschiene,
5 eine Draufsicht auf einen Bereich einer Stromschiene mit Durchbrüchen zur Kontaktierung,
6 eine perspektivische teilweise Darstellung einer Stromschiene mit einer Vielzahl beim dargestellten Ausführungsbeispiel rasterartig angeordneter Durchbrüche zur Kontaktierung sowie durch die Durchbrüche hindurchragender Anschlüsse zugeordneter Bauelemente und
7 eine Querschnittdarstellung zur Veranschaulichung einer Durchführung des Produktionsverfahrens.
1 zeigt einen Querschnitt durch einen plattenartigen Leiter (1), der in einer Umfangsrichtung (2) von einem folienartigen Isolator (3) umschlossen ist. Der Isolator kann beispielsweise aus Polyimid, Polyethylenterephtalat, Polyethylennaphtalat, Polyamid oder einem anderen geeigneten Polymer ausgebildet sein.
Der plattenartige Leiter (1) besteht für größere Stromstärke aus einem Stabmaterial und für geringere Stromstärken aus einem Blech. Als Materialien können beispielsweise Kupfer, Messing, Aluminium oder Legierungen der obigen Materialien zum Einsatz kommen.
Der Leiter (1) kann entweder durchgehend aus einem gleichen Material ausgebildet oder mit behandelten und/oder beschichteten Oberflächen versehen sein. Entsprechende Oberflächenbeschichtungen können z. B. über Galvanik, CVD-Verfahren, PVD-Verfahren, thermisches Spritzen oder Lackieren aufgebracht sein.
Als Beschichtungsmaterialien eignen sich sowohl metallische als auch nicht metallische Werkstoffe. Beispielhaft ist an Nickel, Gold, Silber, Chrom, Zinn sowie Blei gedacht.
Der folienartige Isolator (3) ist vorzugsweise mindestens einseitig, häufig auch zweiseitig mit einem Klebstoff versehen. Gedacht ist insbesondere an die Verwendung von hitzeaktivierbaren Klebstoffen. Ebenfalls ist es aber denkbar, Klebstoffe einzusetzen, die beispielsweise unter Einwirkung chemischer Substanzen oder geeigneter Strahlungen vernetzen bzw. ihre klebenden Eigenschaften entfalten. Des weiteren ist an die Verwendung nicht vernetzender Klebstoffe sowie an die Verwendung von Schmelzklebstoffen gedacht.
zum Einsatz können sowohl einkomponentige als auch mehrkomponentige Klebstoffe kommen. Beispielsweise könnten derartige Klebstoffe auf Basis von Polyacryl, Polyurethan, Epoxydharzen, Kautschuk oder Silikon ausgebildet sein.
Nach einem Versehen des Leiters (1) mit dem Isolator (3) erfolgt eine Überführung der Anordnung beispielsweise in einen Autoklaven und unter Einwirkung von einem geeigneten Druck und einer geeigneten Temperatur erfolgt eine konturnahe Verklebung. Insbesondere im Bereich eines Randes des Leiters (1) sowie im Bereich von Durchbrüchen überstehende Bereiche der Folie verkleben hierbei derart miteinander, daß Luftreste zwischen dem Isolator (3) und dem Leiter (1) typischerweise nur in einem geringen Umfang, vorzugsweise nahezu vollständig vermindert, zurückbleiben. Bei einer späteren Verwendung des Leiters (1) kann hierdurch ein Eintritt von Feuchtigkeit oder Wasser zuverlässig vermieden werden.
Alternativ zur Behandlung in einem Autoklaven können auch andere geeignete Einrichtungen verwendet werden. Als wesentlich ist hierbei vor allem die Aufbringung einer erforderlichen Temperatur sowie die Erreichung eines geeigneten Druckniveaus anzusehen.
2 zeigt einen Querschnitt durch eine Stromschiene (4), die aus zwei isolierten Leitern (1) gemäß 1 ausgebildet ist. Die hierbei nebeneinander verlaufenden Bereiche der Isolatoren (3) können miteinander verklebt sein, es ist aber auch möglich, lediglich eine Auflage zu realisieren und Relativbewegungen zu ermöglichen.
3 zeigt eine Ausführungsform, bei der eine zusätzliche Stabilisationsschicht (5) verwendet wird. Die Stabilisationsschicht (5) kann beispielsweise als stangenartiges Material oder als Blech oder CFK-Verbundmaterial ausgebildet sein und dient zur Erhöhung der mechanischen Stabilität der Anordnung. Neben den erreichbaren verbesserten mechanischen Eigenschaften können auch eine Erhöhung der elektrischen Spannungsfestigkeit sowie verbesserte Isolationseigenschaften erreicht werden. Auch bei dieser Ausführungsform ist es möglich, entweder die einander zugewandten Bereiche des Isolators (3) mit der Stabilisationsschicht (5) zu verkleben oder lediglich eine Auflage zu realisieren.
4 zeigt beispielhaft einen räumlichen Verlauf einer teilweise dargestellten Stromschiene (4). Durch geeignete Biegungen kann die Stromschiene (4) an die örtlichen Gegebenheiten angepaßt werden. Insbesondere bei Anwendungen im Bereich der Fahrzeugtechnik werden durch eine Verwendung entsprechender Stromschienen (4) vielfältige Anwendungen erschlossen.
5 zeigt eine Draufsicht auf eine Stromschiene (4) mit Ausnehmungen (6). Die Ausnehmungen (6) dienen zur Kontaktierung vorgesehener Anschlußelemente.
6 zeigt eine teilweise perspektivische Darstellung einer Stromschiene (4) mit beispielsweise rasterartig angeordneten Ausnehmungen (6), durch die teilweise Kontaktstifte (7) nicht dargestellter Anschlußelemente hindurchragen. Randbereiche der Ausnehmungen (6) sind gegebenenfalls elektrisch nicht isoliert und ermöglichen eine elektrische Verbindung zwischen dem Kontaktstift (7) und dem jeweiligen Leiter (1). Ebenfalls ist es aber denkbar, eine relativ zueinander isolierte Anwendung vorzusehen.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Kontaktstifte (7) bolzenartige Außengewinde auf und eine Befestigung kann unter Verwendung von Muttern (8) erfolgen, die auf die Außengewinde aufgeschraubt werden. Hierdurch erfolgt die erforderliche Fixierung.
Beispielhaft sind in 6 zwei Kontaktstellen (9) sowie zwei isolierte Ausnehmungen (10) dargestellt. Die Kontaktstellen (9) sowie die isolierten Ausnehmungen (10) sind ebenfalls in 5 eingezeichnet.
7 zeigt ein Ausführungsbeispiel zur Durchführung eines Produktionsprozesses, um den Leiter (1) mit dem Isolator (3) zu versehen. Der Isolator (3) ist hierbei bereits derart angeordnet, daß er den Leiter (1) umgibt und beispielsweise mit diesem verklebt ist. Die Anordnung aus dem Leiter (1) mit dem im Oberflächenbereich angeordneten Isolator (3) ist innerhalb einer evakuierbaren Hülle (11) angeordnet, die eine sackartige Gestaltung aufweist. Die Hülle (11) weist eine Anschlußöffnung (12) auf.
An die Anschlußöffnung (12) ist eine nicht dargestellte Unterdruckeinrichtung anschließbar, die innerhalb der Hülle (11) einen Innendruck unterhalb von einem bar generiert. Da ein Umgebungsdruck oberhalb von einem bar liegt, führt diese Beaufschlagung mit einem Unterdruck dazu, daß durch den Umgebungsdruck die Hülle (11) gegen den Isolator (3) und hierdurch der Isolator (3) gegen den Leiter (1) gedrückt wird. Dies führt zu einem Herausdrücken eventueller Lufteinschlüsse zwischen dem Isolator (3) und dem Leiter (1), wobei dieser Vorgang gegebenenfalls durch die aufgebrachte Saugwirkung unterstützt wird. Nach einem Abschluß des Produktionsvorganges wird wiederum Umgebungsdruck in den Innenraum (11) zugeführt und es bildet sich ein ausreichender Abstand (13) zwischen der Hülle (11) und dem Isolator (3), um eine Entnahme des fertigen Produktes aus der Hülle (11) zu ermöglichen.
Als Material für die Hülle (11) kann beispielsweise eine Kunststoffolie verwendet werden.
Bei der auch bereits beschriebenen Fertigungsvariante unter Verwendung einer Presse, insbesondere einer Heizpresse, ist die Verwendung der vorstehend beschriebenen Hülle (11) zur Aufbringung eines Unterdruckes nicht erforderlich, kann aber in Abhängigkeit von den konkreten Anwendungsanforderungen dennoch realisiert werden.

Claims

Stromschiene zur Leitung von elektrischen Strömen, die aus mindestens zwei plattenartigen metallischen Leitern ausgebildet ist, die sich mindestens bereichsweise nebeneinander erstrecken und relativ zueinander elektrisch isoliert angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Leiter (1) mindestens bereichsweise in mindestens einer Umfangsrichtung (2) allseitig von einem folienartigen Isolator (3) umschlossen ist.
Stromschiene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolator (3) auf den Leiter (1) aufgeklebt und autoklaviert ist.
Stromschiene nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Folie auf eine Oberseite des Leiters (1) und eine zweite Folie auf eine Unterseite des Leiters (1) aufgeklebt ist und daß die beiden Folien im Bereich seitlicher Überstände miteinander autoklaviert sind.
Stromschiene nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Isolationsschicht zwischen den beiden Leitern (1) mindestens zweilagig ausgebildet ist.
Stromschiene nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Leitern (1) mindestens eine Stabilisationsschicht (5) angeordnet ist.
Stromschiene nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Leiter (1) mindestens eine Ausnehmung (5) hindurch verläuft.
Stromschiene nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Ausnehmung (6) eine elektrisch nicht isolierte Kontaktstelle (9) angeordnet ist.
Stromschiene nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (6) als isolierte Ausnehmung (10) ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung einer Stromschiene zur Leitung von elektrischen Strömen, die aus mindestens zwei plattenartigen metallischen Leitern derart zusammengesetzt wird, daß sich die Leiter mindestens bereichsweise nebeneinander erstrecken und relativ zueinander elektrisch isoliert angeordnet werden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Leiter (1) mindestens bereichsweise in mindestens einer Umfangsrichtung (2) allseitig von einem folienartigen Isolator (3) umschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolator auf den Leiter (1) aufgeklebt und autoklaviert wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster folienartiger Isolator (3) auf eine Oberseite des Leiters (1) und ein zweiter folienartiger Isolator (3) auf einer Unterseite des Leiters (1) aufgeklebt werden und daß die Folien anschließend im Bereich von Überständen miteinander autoklaviert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (1) im Bereich ihrer einander zugewandten Ausdehnungen von mindestens zwei Isolationsschichten voneinander getrennt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (1) von mindestens einer in einem Distanzbereich angeordneten Stabilisationsschicht (5) stabilisiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (1) mit mindestens einer Ausnehmung (6) versehen werden.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (6) mit einer elektrisch nicht isolierten Kontaktstelle (9) versehen wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (6) mit einer elektrischen Isolierung versehen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zur Fixierung des Isolators (3) im Bereich des Leiters (1) ein hitzeaktivierbarer Kleber verwendet wird.