DE102013017748A1

DE102013017748A1 - Elektrisches Verbindungselement

Info

Publication number: DE102013017748A1
Application number: DE102013017748.0A
Authority: DE
Inventors: Roger Graf; Debra M. Bennett
Original assignee: PROMET HOLDING AG
Current assignee: PROMET HOLDING AG
Priority date: 2012-11-05
Filing date: 2013-10-28
Publication date: 2015-02-12
Also published as: CH707159A1; CH707159A8; CH707159B1

Abstract

Das elektrische Verbindungselement (1') umfasst einen einstückigen, elektrisch leitenden Profilkörper mit mindestens zwei in Längsrichtung nacheinander angeordneten Umformungsbereichen, in denen der Profilkörper in unterschiedlicher Weise umgeformt ist.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein elektrisches Verbindungselement und ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäss dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 7.
Im Apparate- und Anlagenbau werden insbesondere dort, wo grosse elektrische Ströme zu leiten sind, Stromschienen aus massivem Kupfer oder Aluminium oder Verbundschienen verwendet. Beispiele hierfür sind Verteiler- und Schaltschränke, Notstromanlagen, Wechselrichter, Umformer und dergleichen.
Solche elektrischen Verbindungen zwischen zwei Raumpunkten können in der Regel nicht als direkte lineare Verbindungen ausgeführt werden. Bei der Anordnung von Leitern müssen die jeweiligen räumlichen Verhältnisse, Hindernisse und gegebenenfalls weitere Rahmenbedingungen berücksichtigt werden.
Verbindungsleitungen können mehrere Bereiche mit unterschiedlichen Ausrichtungen der Leiterbahn umfassen. Es ist bekannt, solche Verbindungsleitungen aus mehreren Stromschienenabschnitten zusammenzusetzen. Jeder dieser Abschnitte kann ein- oder mehrfach gebogen sein, wobei die Biegeachsen dieser Umformungen alle gleich ausgerichtet sind. Die einzelnen Abschnitte werden dann zur gewünschten Gestalt zusammengeschraubt, wobei sich die Enden benachbarter Abschnitte überlappen.
Bei solchen herkömmlichen Verbindungsleitungen kann die Linienführung der Leiter nicht optimal gewählt werden. Deswegen und wegen der sich überlappenden Bereiche der Leiterabschnitte sind der Materialbedarf und entsprechend die Materialkosten sowie das Gewicht unerwünscht hoch. Die Kosten für das Verschrauben der einzelnen Stromschienenabschnitte sind ebenfalls vergleichsweise hoch.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Stromschiene bzw. eine elektrische Verbindungsleitung zum Verbinden zweier Raumpunkte zu schaffen, die vergleichsweise wenig Leitermaterial beansprucht, und die vergleichsweise kostengünstig herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein elektrisches Verbindungselement und durch ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäss dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 7.
Anhand einiger Figuren wird die Erfindung nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine erste Baugruppe mit Verbindungselementen aus zusammengesetzten Stromschienenabschnitten (Stand der Technik),
2 ein Verbindungselement der Baugruppe aus 1 (Stand der Technik),
3 eine zweite Baugruppe mit einstückig gefertigten Verbindungselementen,
4 ein Verbindungselement der Baugruppe aus 2.
1 zeigt eine erste Baugruppe mit mehreren Verbindungselementen 1 gemäss Stand der Technik. Eines dieser Verbindungselemente 1 ist in 2 detailliert dargestellt. Es umfasst drei Abschnitte 1a, 1b, 1c, einer Stromschiene mit näherungsweise rechteckigem Querschnitt. Jeder dieser Abschnitte 1a, 1b, 1c ist aus einem bandartigen Leiterstück gefertigt welches einfach oder mehrfach umgebogen ist. Die Biegeradien können z. B. in einer Grössenordnung zwischen Dicke und Breite der Leiterstücke liegen. Jeder der Abschnitte 1a, 1b, 1c ist durch die Biegungen in zwei oder mehrere gerade Teilabschnitte unterteilt. Die Biegeachsen A1, A2, B1, C1, C2, C3 sind alle orthogonal zur Längsrichtung und in Richtung der Breitseite des jeweiligen Abschnittes ausgerichtet. Bei grösseren Leiterquerschnitten ist der Einfluss des Umformens auf Parameter wie die z. B. die Gesamtlänge des Leiters schwer kontrollierbar. Dies gilt insbesondere auf Kupferleiter zu.
Deshalb sind alle Umformungen bei den einzelnen Abschnitten 1a, 1b, 1c gleichartig ausgebildet, vorzugsweise um Achsen, die parallel zur Breitseite und orthogonal zur lokalen Längsrichtung des Leiterstücks ausgerichtet sind. Die Längen der einzelnen Abschnitte 1a, 1b, 1c sind im Vergleich zur Gesamtlänge des Verbindungselements 1 klein. An den beiden Enden jedes Abschnittes 1a, 1b, 1c sind je zwei Bohrungen 3 ausgebildet. Je nach Dimension bzw. Stromfluss ändert sich dieses Lochbild gemäss EN43670. Die Enden je zweier benachbarter Abschnitte 1a, 1b bzw. 1b, 1c überlappen sich, und diese Abschnitte 1a, 1b bzw. 1b, 1c sind paarweise mittels durch die Bohrungen 3 hindurchgeführter Schrauben 5 miteinander verbunden. Die Längsrichtungen bzw. die miteinander verbundenen Schenkel benachbarter Abschnitte 1a, 1b bzw. 1b, 1c sind orthogonal zueinander ausgerichtet.
3 zeigt eine zweite Baugruppe, die sich von der ersten Baugruppe durch unterschiedlich ausgebildete Verbindungselemente 1' unterscheidet. Eines dieser Verbindungselemente 1' ist in 4 detailliert dargestellt. Es ist aus einem homogenen bzw. einstückigen Profilkörper mit vorzugsweise zumindest näherungsweise rechteckigem Querschnitt gefertigt. Die Dicke des Profilkörpers ist grösser oder gleich 2,5 mm und kleiner oder gleich 120 mm. Die Breite des Profilkörpers ist grösser oder gleich 10 mm und kleiner oder gleich 120 mm. Die Gesamtlänge des Profilkörpers kann bis zu 4 m oder maximal bis zu 6 m betragen. Die Querschnittfläche des Profilkörpers ist grösser oder gleich 25 mm² und dessen elektrische Leitfähigkeit grösser oder gleich 25 m/(Ω mm²).
Der ursprünglich gerade Profilkörper wird mehrfach in unterschiedlicher Weise umgeformt. Er umfasst mehrere gerade bzw. ebene Teilbereiche, die unterschiedlich ausgerichtet sind. Ausgehend vom linken Ende folgt nach dem ersten geraden Teilabschnitt eine 90°-Biegung im Gegenuhrzeigersinn um eine erste Achse A1'. Die erste Achse A1' ist orthogonal zur Längsrichtung und in Breitenrichtung des Profilkörpers ausgerichtet. Der innere Biegeradius bzw. der Biegeradius der der Biegeachse A1' zugewandten Seite des Profilkörpers liegt vorzugsweise zwischen der Hälfte und dem Zweifachen der Profilkörperdicke. Zwischen dem zweiten und dem dritten geraden Teilabschnitt ist in analoger Weise ein Bereich mit einer Biegung um 90° im Uhrzeigersinn um eine zweite Achse A2 ausgebildet, wobei die zweite Achse A2' parallel zur ersten Achse A1' ausgerichtet ist. Zwischen dem dritten und dem vierten geraden Teilabschnitt ist der Profilkörper durch eine Hochkantbiegung um 90° um eine dritte Achse A3' umgeformt. Die dritte Achse A3' ist orthogonal zur ersten Achse A1' und zur Breitseite des Profilkörpers. Der innere Biegeradius bzw. der Radius der inneren Kante des Profilkörpers liegt vorzugsweise zwischen der Hälfte und dem Zweifachen der Profilkörperbreite. Anschliessend an den vierten geraden Teilabschnitt folgen zwei Biegungen in der Art der ersten beiden Biegungen mit entgegengesetztem Drehsinn um eine vierte Achse A4' und eine fünfte Achse A5' unmittelbar aufeinander. Die zugehörigen Biegewinkel haben einen Betrag von etwa 45°. Die Achsen A4' und A5' sind orthogonal zur Längsrichtung des Profilkörpers an dieser Stelle und parallel zur Breitseite des Profilkörpers. Zwischen einem anschliessenden weiteren geraden Teilabschnitt und dem letzten geraden Teilabschnitt umfasst der umgeformte Profilkörper einen Bereich mit einer Tordierung um 90° mit positivem Drehsinn um eine sechste Achse A6' bzw. um die Längsachse des Profilkörpers an dieser Stelle.
Der Profilkörper weist somit verteilt über seine Längsausdehnung eine Mehrzahl unterschiedlicher Umformungen wie Biegungen, Hochkantbiegungen oder Tordierungen auf. Die Anzahl, Art und Anordnung solcher Umformungen kann für jedes Verbindungselement 1' individuell festgelegt werden. Die Umformachsen A1', A2', A3', A4', A5', A6' können im Bereich des umzuformenden Teilbereichs des Profilkörpers beliebige Orientierungen im dreidimensionalen Raum aufweisen, insbesondere in Richtung der Länge, der Breite oder der Tiefe des Profilkörpers beim umzuformenden Bereich. Die Umformungen können der Reihe nach von einem Ende zum anderen Ende des Profilkörpers mittels entsprechend ausgebildeter Biegevorrichtungen ausgeführt werden. Alternativ kann auch eine beliebige andere Reihenfolge der Umformungen vorgegeben werden. Zum Herstellen eines Verbindungselements, welches einen ersten Raumpunkt mit einem zweiten Raumpunkt im dreidimensionalen Raum verbinden soll, müssen die zur Steuerung der Umformvorrichtungen (nicht dargestellt) erforderlichen Parameter ermittelt werden. Anhand von Vorgaben wie Materialart, Breite und Dicke des Profilkörpers, Koordinaten des ersten Raumpunkts und des zweiten Raumpunkts, Angaben zur gewünschten Linienführung und/oder Angaben zu Sperrzonen für das Verbindungselement 1' ermittelt eine Berechnungsvorrichtung (nicht dargestellt) die zum Herstellen des Verbindungselements 1' erforderlichen Parameter. Dazu gehören z. B. die Gesamtlänge des umzuformenden Profilkörpers, die Anzahl, Art und Anordnung der erforderlichen Umformungen sowie vorzugsweise die Reihenfolge der nacheinander auszuführenden Umformungen. Die unterschiedlichen Umformungen können nacheinander an entsprechend ausgerüsteten Umformstationen vorgenommen werden. Damit die Umformungen aufeinander abgestimmt sind, werden vorzugsweise Referenzpositionen am Profilkörper definiert, die von den Umformvorrichtungen berücksichtigt werden können. Alternativ können die Umformvorrichtungen auch in einer gemeinsamen Umformanlage zusammengefasst sein, wobei das Werkstück in definierter Weise automatisch zwischen den Umformvorrichtungen bewegt werden kann. Anschliessend oder vorgängig zu den Umformungen das Verbindungselement 1' optional vollständig oder partiell mit einer elektrischen Isolationsschicht ummantelt werden.
Bezugszeichenliste

1, 1': Verbindungselement
1a, 1b, 1c: Stromschienenabschnitte
3: Bohrung
5: Schraube

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

EN43670 [0014]

Claims

Elektrisches Verbindungselement (1') zum verlustarmen Leiten von elektrischem Strom bei Anlagen oder Geräten zwischen einem ersten Raumpunkt und einem zweiten Raumpunkt, gekennzeichnet durch einen einstückigen, elektrisch leitenden Profilkörper mit mindestens zwei in Längsrichtung nacheinander angeordneten Umformungsbereichen, in denen der Profilkörper in unterschiedlicher Weise umgeformt ist.
Elektrisches Verbindungselement (1') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilkörper ein Stab oder Band ist, dessen Querschnittfläche grösser oder gleich 25 mm² ist, und dessen Leitfähigkeit grösser oder gleich 25 m/(Ω mm²) ist.
Elektrisches Verbindungselement (1') nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilkörper aus Kupfer oder Aluminium oder einer Legierung mit Kupfer oder Aluminium oder aus einem Verbundwerkstoff mit Kupfer oder Aluminium gefertigt ist.
Elektrisches Verbindungselement (1') nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilkörper einen rechteckigen Querschnitt mit einer minimalen Dicke von 2,5 mm, einer minimalen Breite von 10 mm und eine Gesamtlänge von maximal 6 m aufweist, und dass die umgeformten Bereiche Umformungen aus der Gruppe Biegen, Hochkantbiegen, Tordieren sind.
Elektrisches Verbindungselement (1') nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilkörper an ihren Enden Verbindungsbereiche mit Bohrungen (3) oder anderen Verbindungselementen umfassen.
Elektrisches Verbindungselement (1') nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der umgeformte Profilkörper zumindest zwischen den Verbindungsbereichen von einem elektrischen Isolator ummantelt ist.
Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Verbindungselements (1') nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Verbinden der Raumpunkte erforderliche Gestalt des Verbindungselements (1') festgelegt wird, dass die erforderliche Länge des Profilkörpers unter Berücksichtigung der vorzunehmenden Umformungen ermittelt wird, dass der Profilkörper auf diese Länge abgelängt wird, und dass der Profilkörper entsprechend der vorgegebenen Gestalt in einem oder mehreren Schritten umgeformt wird.