DE102012204543A1 - Flexible electric conductor i.e. bus bar, for connecting connector rails of high power circuit, has contact regions for interconnecting portions, where conductor is designed as chain with links that produce interconnection over regions - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem flexiblen, elektrischen Leiter zum Schalten von hohen Leistungen bzw. Strömen nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1.The invention relates to a flexible electrical conductor for switching high power or currents according to the preamble of independent claim 1.
Üblicherweise werden in Schaltungen für hohe Leistungen bzw. Ströme Bauelemente durch elektrische Leiter verbunden, welche als sogenannte Stromschienen ausgeführt sind. Ein Problem hierbei sind verschiedene Wärmeausdehnungskoeffizienten der Bauelemente, welche ein Verschieben der Kontaktstellen bewirken können. So können mechanische Spannungen in dem fest verbundenen Leitersystem entstehen. Mit geometrischen Anordnungen, wie beispielsweise Federbögen, können mechanische Einwirkungen auf eine Verbindungsstelle minimiert werden. Solche Anordnungen sind aber nicht bei großen Leitungsquerschnitten anwendbar. Des Weiteren ist der Einsatz von einem Kabel anstatt einer Stromschiene zur flexiblen Anbindung bekannt. Allerdings müssen Mindestbiegeradien eingehalten und Kabelschuhe auf den Kupferstrang aufgebracht werden. Bei der Montage sind Kräfte notwendig, um das Kabel in die gewünschte Position zu bringen. Damit die Kräfte nicht dauerhaft auf die Kontaktierung einwirken, sollte das Kabel mechanisch abgefangen werden.Usually, in circuits for high powers or currents, components are connected by electrical conductors, which are designed as so-called busbars. A problem here are different thermal expansion coefficients of the components, which can cause a displacement of the contact points. Thus, mechanical stresses can arise in the firmly connected conductor system. With geometric arrangements, such as spring arches, mechanical effects on a joint can be minimized. However, such arrangements are not applicable to large cable cross-sections. Furthermore, the use of a cable instead of a busbar for flexible connection is known. However, minimum bending radii must be complied with and cable lugs must be applied to the copper strand. During installation, forces are required to bring the cable into the desired position. To prevent the forces from permanently affecting the contact, the cable should be mechanically caught.
In der Offenlegungsschrift
In der Gebrauchsmusterschrift
In der Gebrauchsmusterschrift
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Der erfindungsgemäße elektrische Leiter zum Schalten von hohen Leistungen bzw. Strömen mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass der elektrische Leiter als Kette mit mindestens zwei Kettengliedern ausgeführt ist, welche an einem Überlappungsbereich drehbar gelagert sind und über ihre korrespondierende Kontaktbereiche eine elektrische Verbindung herstellen.The electrical conductor according to the invention for switching high power or currents with the features of independent claim 1 has the advantage that the electrical conductor is designed as a chain with at least two chain links, which are rotatably mounted on an overlap region and a corresponding via their contact areas establish electrical connection.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen einen elektrischen Leiter mit mindestens zwei Kontaktbereichen zur Verfügung, welcher mindestens zwei Anschlussbereiche von zwei Komponenten miteinander verbindet. Durch die erfindungsgemäße Ausführung des Leiters als Kette mit mindestens zwei Kettengliedern, welche an einem Überlappungsbereich drehbar gelagert sind und über ihre korrespondierende Kontaktbereiche eine elektrische Verbindung herstellen, kann in vorteilhafter Weise die Montage und das Kontaktieren des Leiters erleichtert werden. Durch die im Überlappungsbereich drehbar gelagerten Kettenglieder können die einzelnen Ketteglieder des Leiters gegeneinander verschoben werden, so dass thermisch bedingte Abstandsänderungen der zu verbindenden Komponenten ohne Vorgabe eines Mindestbiegeradius ausgeglichen werden können. Des Weiteren entfallen bei der Montage in vorteilhafter Weise eine Biegekraft und/oder eine Gegenkraft des Leiters. Die Kette kann im Aufbau einer Fahrradkette ähnlich sein und bietet den Vorteil, dass sie in eine Längsrichtung, welcher dem zu überbrückenden Abstand entspricht, flexibel und in der Orthogonalen hingegen recht stabil ist. Dies bietet die Möglichkeit in Längsrichtung durch leichtes Mäandern der Kette eine Abstandsänderung zu tolerieren.Embodiments of the present invention provide an electrical conductor having at least two contact regions interconnecting at least two terminal regions of two components. Due to the inventive design of the conductor as a chain with at least two chain links, which are rotatably mounted on an overlap region and establish an electrical connection via their corresponding contact areas, the assembly and the contacting of the conductor can be facilitated in an advantageous manner. By virtue of the chain links rotatably mounted in the overlapping area, the individual chain links of the ladder can be displaced relative to one another, so that thermally induced changes in the distance of the components to be connected can be compensated without specifying a minimum bending radius. Furthermore, a bending force and / or a counterforce of the conductor are advantageously eliminated during installation. The chain may be similar in construction to a bicycle chain and has the advantage of being flexible and flexible in a longitudinal direction corresponding to the distance to be bridged Orthogonal, however, is quite stable. This offers the possibility to tolerate a change in distance in the longitudinal direction by slightly meandering the chain.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen elektrischen Leiters für hohe Leistungen bzw. Ströme möglich.The measures and refinements recited in the dependent claims advantageous improvements of the independent claim 1 electrical conductor for high power and currents are possible.
Besonders vorteilhaft ist, dass die mindestens zwei Kettenglieder an den Kontaktbereichen jeweils eine Führungsöffnung aufweisen können, durch welche im Überlappungsbereich ein Verbindungselement geführt und eine Verbindungsanordnung ausgebildet werden kann. Hierbei kann das Verbindungselement unter anderem als Stift oder Bolzen ausgeführt werden, welcher durch die Führungsöffnungen der mindestens zwei Kettenglieder geführt ist. Somit kann die Verbindungsstelle beispielsweise durch einen Spannstift bzw. Spannbolzen ausgebildet werden, welcher die Kettenglieder aufeinanderdrückt. Dadurch kann die drehbewegliche Verbindung zwischen zwei Kettengliedern kostengünstig und einfach umgesetzt werden. It is particularly advantageous that the at least two chain links can each have a guide opening at the contact areas, through which a connecting element can be guided in the overlapping area and a connection arrangement can be formed. In this case, the connecting element can be designed inter alia as a pin or bolt, which is guided through the guide openings of the at least two chain links. Thus, the connection point can be formed for example by a tension pin or clamping bolt which presses the chain links together. Thereby, the rotatable connection between two chain links can be implemented inexpensively and easily.
In vorteilhafter Ausgestaltung des elektrischen Leiters kann die Verbindunganordnung mindestens ein Federelement aufweisen, welches eine axiale Kontaktkraft auf die mindestens zwei Kettenglieder ausübt. Da die elektrische Verbindung zwischen den zwei Kettengliedern auf einer losen Berührung der korrespondierenden Kontaktbereiche beruht, kann durch das Einwirken der axialen Kontaktkraft die elektrische Verbindung insbesondere bei äußeren Erschütterungen in vorteilhafter Weise verbessert werden.In an advantageous embodiment of the electrical conductor, the connection arrangement may comprise at least one spring element which exerts an axial contact force on the at least two chain links. Since the electrical connection between the two chain links is based on a loose contact of the corresponding contact areas, the electrical connection can be advantageously improved by the action of the axial contact force, in particular in the case of external shocks.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des elektrischen Leiters kann die Verbindungsanordnung als Nietverbindung und/oder als Schraubverbindung ausgeführt werden. Eine solche Verbindung weist in vorteilhafter Weise zwei Endstücke auf, welche die Führungsöffnungen der Kontaktbereiche überdecken und durch die Schraube und/oder den Nietstift miteinander verbunden werden, auf welchen die Kettenglieder über die Führungsöffnungen geführt sind. Eine solche Verbindung kann in vorteilhafter Weise kostengünstig und stabil umgesetzt werden. Des Weiteren eignet sich eine solche Nietverbindung und/oder Schraubverbindung zur Massenfertigung.In a further advantageous embodiment of the electrical conductor, the connection arrangement can be designed as a rivet connection and / or as a screw connection. Such a connection advantageously has two end pieces, which cover the guide openings of the contact areas and are connected to one another by the screw and / or the rivet pin, on which the chain links are guided over the guide openings. Such a compound can be advantageously implemented inexpensively and stably. Furthermore, such a rivet connection and / or screw connection is suitable for mass production.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des elektrischen Leiters kann die Länge des Leiters durch die Anzahl der aneinander gereihten Kettenglieder verändert werden. Somit können in vorteilhafter Weise durch sich wiederholende Einzelteile unterschiedlich lange Leiter hergestellt werden. Des Weiteren können in vorteilhafter Weise Kettenglieder für verschiedene Funktionen konzipiert und eingefügt werden. Hierbei kann ein Kettenglied zur Strommessung und/oder als Anschlussbereich zur Anbindung an eine Komponente ausgelegt werden.In a further advantageous embodiment of the electrical conductor, the length of the conductor can be changed by the number of chain links lined up. Thus, different lengths of conductors can be produced in an advantageous manner by repeating items. Furthermore, chain links can be designed and inserted for different functions in an advantageous manner. In this case, a chain link for current measurement and / or as a connection region for connection to a component can be designed.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des elektrischen Leiters kann der Leiter mehrlagig ausgeführt werden, wobei im Überlappungsbereich mehrere Kettenglieder übereinander angeordnet und elektrisch kontaktiert sind. Hierbei weist der Leiter mindestens zwei Abschnitte auf, wobei ein erster Abschnitt eine vorgegebene erste Anzahl beabstandet übereinander angeordnete erster Kettenglieder aufweist, und wobei ein zweiter Abschnitt eine vorgegebene zweite Anzahl beabstandet übereinander angeordnete zweite Kettenglieder aufweist. Im Überlappungsbereich greifen die ersten Kettenglieder des ersten Abschnitts und die zweiten Kettenglieder des zweiten Abschnitts in vorteilhafter Weise in einander bilden eine elektrische Verbindung aus. Zwischen zwei übereinander angeordneten Kettengliedern eines ersten oder eines zweiten Abschnitts ist ein Abstand vorhanden ist, welcher der Stärke eines Kettenglieds entspricht. Der Aufbau des Leiters mit geschichteten beabstandeten Kettengliedern reduziert im Vergleich mit einer entsprechenden Kupferlitze in vorteilhafter Weise die Wirbelstromverluste im Leiter. Der Abstand zwischen zwei übereinander angeordneten Kettengliedern eines Abschnitts resultiert aus den Kettenglieder eines anderen Abschnitts, welche im Überlappungsbereich der Abschnitte miteinander elektrisch kontaktiert werden, so dass zwischen zwei Kettenglieder des ersten Abschnitts ein Kettenglied des zweiten Abschnitts angeordnet ist und umgekehrt zwischen zwei Kettengliedern des zweiten Abschnitts ein Kettenglied des ersten Abschnitts angeordnet ist. Somit ist in vorteilhafter Weise eine zusätzliche Isolation der Kettenglieder nicht erforderlich, da die einzelnen Kettenglieder der Leiterabschnitte zwischen den Überlappungsbereichen durch das Ineinandergreifen der Kettenglieder an den Überlappungsbereich ohne ein weiteres isolierendes Material mechanisch isoliert sind. Durch das Stapeln der Kettenglieder kann der Füllgrad eines Leiterabschnitts, welcher dem Verhältnis zwischen der Leiterfläche und dem Leiterquerschnitt entspricht, maximal 50% betragen.In a further advantageous embodiment of the electrical conductor of the conductor can be made in several layers, wherein a plurality of chain links are arranged one above the other in the overlapping region and electrically contacted. In this case, the conductor has at least two sections, wherein a first section has a predetermined first number of spaced apart superposed first chain links, and wherein a second section has a predetermined second number spaced superimposed second chain links. In the overlapping area, the first chain links of the first section and the second chain links of the second section advantageously engage in one another to form an electrical connection. Between two superimposed chain links of a first or a second section, a distance is present, which corresponds to the strength of a chain link. The structure of the ladder with layered spaced chain links advantageously reduces the eddy current losses in the conductor compared to a corresponding copper strand. The distance between two superimposed chain links of one section results from the chain links of another section, which are electrically contacted with each other in the overlapping area of the sections, such that a chain link of the second section is arranged between two chain links of the first section and vice versa between two chain links of the second section a chain link of the first section is arranged. Thus, advantageously, additional insulation of the chain links is not required because the individual links of the conductor sections between the overlapping areas are mechanically isolated by the interlocking of the links to the overlap area without any further insulating material. By stacking the chain links, the degree of filling of a conductor section, which corresponds to the ratio between the conductor surface and the conductor cross-section, a maximum of 50%.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des elektrischen Leiters kann ein Querschnitt des Leiterabschnitts durch die Anzahl der übereinander angeordneten Kettenglieder verändert werden. Dadurch kann der Querschnitt des Leiterabschnitts in vorteilhafter Weise nach Bedarf einfach und schnell durch Verändern der Anzahl der Kettenglieder angepasst werden. Des Weiteren kann der Leiter an einem Überlappungsbereich in verschiedene Richtungen verzweigt werden. So kann beispielsweise mindestens ein erster Anteil der Kettenglieder in eine andere Richtung als ein zweiter Anteil der Kettenglieder geführt werden. Dadurch kann ein einfacher Stromverteiler aufgebaut werden, dessen Leiter zunächst den Gesamtstrom trägt und einen entsprechenden großen Querschnitt aufweist. An einem ersten Überlappungsbereich kann ein erster Anteil der Kettenglieder mit einem ersten Querschnitt zu einem ersten Verbraucher abzweigen. Nach dem ersten Überlappungsbereich sind der Querschnitt und die Stromlast des verbleibenden Leiters um den ersten Querschnitt und den Stromfluss zum ersten Verbraucher reduziert. An einem zweiten Überlappungsbereich kann dann ein zweiter Anteil der Kettenglieder mit einem zweiten Querschnitt zu einem zweiten Verbraucher abzweigen. Nach dem zweiten Überlappungsbereich sind der Querschnitt und die Stromlast des verbleibenden Leiters um den zweiten Querschnitt und den Stromfluss zum zweiten Verbraucher reduziert. Entsprechend kann der Querschnitt des Leiters nach jedem Verbraucher bzw. Überlappungsbereich in vorteilhafter Weise einfach reduziert und an den wirklichen Stromfluss angepasst werden.In a further advantageous embodiment of the electrical conductor, a cross section of the conductor section can be changed by the number of superimposed chain links. As a result, the cross section of the conductor section can advantageously be easily and quickly adjusted as needed by changing the number of chain links. Furthermore, the conductor can be branched at an overlap area in different directions. For example, at least a first portion of the chain links can be guided in a different direction than a second portion of the chain links. As a result, a simple power distribution can be built, the head first carries the total current and has a corresponding large cross-section. At a first overlap region, a first portion of the chain links having a first cross section may branch off to a first consumer. After the first overlap region, the cross section and the current load of the remaining conductor are reduced by the first cross section and the current flow to the first consumer. At a second overlap region, a second portion of the chain links with a second cross section can then branch off to a second consumer. After the second overlap region, the cross section and the current load of the remaining conductor are reduced by the second cross section and the current flow to the second consumer. Accordingly, the cross-section of the conductor after each consumer or overlap region can advantageously be easily reduced and adapted to the actual current flow.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des elektrischen Leiters weist die Komponente eine Befestigungsöffnung zum elektrischen und mechanischen Verbinden mit einem Bauelement auf. Durch diese Befestigungsöffnung kann beispielsweise eine Schraube geführt werden. Aufgrund der thermischen Ausdehnung können sich die Schraubpunkte an einem Bauelement verschieben. Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Leiters mit mindestens zwei Kettengliedern ermöglichen in vorteilhafter Weise, dass im thermisch statischen Zustand keine Kraft dauerhaft auf die Schraubstelle der Komponente am Bauelement einwirkt.In a further advantageous embodiment of the electrical conductor, the component has a mounting opening for electrical and mechanical connection to a component. By this attachment opening, for example, a screw can be performed. Due to the thermal expansion, the screw points can move on a component. Embodiments of the conductor according to the invention with at least two chain links make it possible in an advantageous manner that in the thermally static state no force acts permanently on the screw point of the component on the component.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description. In the drawing, like reference numerals designate components that perform the same or analog functions.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Wie aus
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Wie aus
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Wie aus
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Bei einem nicht dargestellten alternativen Ausführungsbeispiel kann die Verbindungsanordnung
Wie aus
Wie aus
Wie aus
Wie aus
Wie aus
In
Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Leiters können vorzugsweise in gestapelten Topologien („Stacks“), wie beispielsweise Brennstoffzellen, bei welchen es eine Vorzugsrichtung der Wärmeausdehnung gibt, oder bei jeder anderen stromtragenden Verbindung eingesetzt werden, deren Ausgangspunkt und/oder Zielpunkt sich mechanisch ändert.Embodiments of the conductor according to the invention may preferably be used in stacked topologies ("stacks") such as fuel cells in which there is a preferred direction of thermal expansion, or any other current-carrying connection whose starting point and / or target point changes mechanically.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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