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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Die vorliegende Erfindung beansprucht die Priorität der
koreanischen Anmeldung mit der Nummer 10-2014-0080751 , eingereicht am 30. Juni 2014, die hier in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme enthalten ist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbundmetall-Stromschiene für einen Folienkondensator und einen Folienkondensator, der selbige umfasst. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Verbundmetall-Stromschiene für einen Folienkondensator, deren Gewicht vermindert werden kann, während sie eine exzellente Verbundfestigkeit aufweist und unterschiedliche Eigenschaften eines elektrischen Widerstandes eines Anzugsdrehmomentes und eines Temperaturanstiegs hat, und einen Folienkondensator, der selbige umfasst.
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Eine Stromschiene bezieht sich auf ein plattenförmiges elektrisches Bauteil, das elektronische Bauteile elektrisch verbindet und das als ein Stromleitungsweg dient. Für den Fall von Fahrzeugbeuteilen, bei denen der Platz beschränkt ist, wird eine Stromschiene im allgemeinen verwendet, um eine Struktur bereitzustellen, um die Bauteile elektrisch zu verbinden und zu halten. Insbesondere verwendet ein Wechselrichterbauteil für ein Hybridfahrzeug eine Stromschiene, um eine abgeschiedene Folie zu halten und elektrisch anzuschließen.
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Ein hybrides Elektrofahrzeug (HEV) benötigt elektrische Bauteile, die von einem allgemeinen Brennkraftmaschinenfahrzeug oder elektrischem Fahrzeug nicht verwendet werden. Wenn weiterhin ein Antriebsmotor, ein Generator und eine Batterie hinzugefügt sind, benötigt das HEV ein Stromversorgungssystem von 12 V bis 42 V und ein Hochspannungssystem von 144 V bis 400 V. Insbesondere wenn viel Energie benötigt wird, ist es notwendig, dass ein Hochspannungs-Starkstromaufbau, der nicht in Erwägung gezogen wurde, und ein Hochspannungs-Starkstromkondensator, der in einem Stromwandlersystem verwendet wird, und ein Gleichstrom-Gleichstrom-Wechselrichterschaltkreis entwickelt werden. Wenn zudem das HEV gefahren und gestartet wird, führt ein Elektromotor Energie zu, und wenn das HEV gebremst wird, sammelt eine Zusatzenergiespeichervorrichtung die Energie.
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Ein Folienkondensator, der ein Wechselrichterbauteil für ein Fahrzeug ist, verwendet eine plattenförmige Stromschiene mit einer großen Fläche, um eine abgeschiedene Folie zu halten und elektrisch anzuschließen. Im allgemeinen besteht die Stromschiene aus Kupfer (Cu), das sich für die Pressbearbeitung eignet und eine hohe elektrische Leitfähigkeit hat. Normalerweise wird zähgepoltes Kupfer (C1100) verwendet. Der Grund hierfür ist, dass Cu einen hohen Schmelzpunkt bei 1.084°C und eine exzellente elektrische Leitfähigkeit von 98 IACS% bis 100 IACS% hat und sich für die Pressbearbeitung eignet. Die Probleme der Stromschiene aus Cu bestehen darin, das Cu teuer ist und ein hohes spezifisches Gewicht von 8.94 g/cm3 hat. Wenn die Stromschiene lediglich aus Cu besteht, kann die Stromschiene somit zu schwer zu handhaben sein.
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Ein Kondensator, der in dem Folienkondensator enthalten ist, wird durch das folgende Verfahren hergestellt: eine Kunststofffolie wird als ein dielektrisches Material verwendet, eine Folie, die man durch Abscheiden eines Metalls auf eine Oberfläche oder beide Oberflächen der Kunststofffolie erhält, wird aufgewickelt und Zink, eine Zinklegierung, Arsen oder Zinkarsen wird auf beiden Seiten der gewickelten abgeschiedene Folie metallisiert, um metallisierte Oberflächen auszubilden. Die Kunststofffolie umfasst unterschiedliche Arten von Harzen, wie etwa Polyethylen-Terephtalat (PET), Polypropylen (PP), Polyethylen-Naphtalat (PEN), Polycarbonat (PC), Polyethylensulfid (PPS) und dergleichen. Weiterhin können gemäß der Verwendung des Kondensators eine Vielzahl von Kondensatorelementen mit einer N-Pol-Stromleitung und einer P-Pol-Stromleitung verbunden und in ein Gehäuse eingefügt sein, das aus Kunststoff oder Metall besteht. Anschließend kann, um das Innere des Kondensators zu schützen und zu isolieren, der Kondensator mit einem Formgussmaterial, wie etwa Epoxy oder Urethan oder einer Mehrfachschicht aus heterogenen Formgussmaterialien, wie etwa Epoxy und Urethan, gefüllt werden.
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Wenn eine Hochspannung oder ein Starkstrom an dem Folienkondensator anliegen, erzeugt der Folienkondensator Wärme. Die Wärme, die von dem Folienkondensator erzeugt wird, kann dessen elektrische Eigenschaften beeinträchtigen und seine Lebensdauer und Zuverlässigkeit verringern. In letzter Zeit ist es erforderlich, dass Bauteile, die in einem Fahrzeug verwendet werden, ein vermindertes Gewicht haben. Somit muss eine Stromschiene für einen Folienkondensator, der in einem Fahrzeug verwendet wird, ebenfalls ein vermindertes Gewicht haben, während eine physikalische Eigenschaft der Stromschiene, die aus Cu besteht, erfüllt wird.
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Der verwandte Stand der Technik der vorliegenden Erfindung ist in der
koreanischen Patentoffenlegungsschrift No. 2006-0035057 offenbart, die am 26. April 2006 mit dem Titel ”Cu-Al Clad Bus Bar with Ag-Coating and Manufacturing Methods thereof” veröffentlicht wurde.
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ÜBERSICHT ÜBER DIE ERFINDUNG
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Bei einer Ausführungsform kann eine Verbundmetall-Stromschiene für einen Folienkondensator eine Verbundmetallschicht umfassen, die beinhaltet: eine Aluminiumschicht; eine erste Kupferschicht, die auf die eine Oberfläche der Aluminiumschicht geschichtet ist; und eine zweite Kupferschicht, die auf die andere Oberfläche der Aluminiumschicht geschichtet ist. Die Dicken der ersten und der zweiten Kupferschicht können in dem Bereich zwischen 10% und 25% der Gesamtdicke der Verbundmetallschicht eingestellt sein, und die Dicke der Aluminiumschicht kann in dem Bereich zwischen 50% und 70% der Gesamtdicke der Verbundmetallschicht eingestellt sein. Die Verbundmetallschicht kann eine prozentuale Dickenverringerung von weniger als 10% und einen Streckungsprozentsatz von 25% oder mehr haben, wobei die Verbundfestigkeit der Verbundmetallschicht, gemessen auf der Basis von ISO 11339, größer oder gleich 10 kgf auf der Basis der Probenbreite von 25 mm sein kann.
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Das Dickenverhältnis der ersten Kupferschicht zu der zweiten Kupferschicht kann in dem Bereich zwischen 1:0,5 und 1:1,5 eingestellt sein.
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Die Dicken der ersten und der zweiten Kupferschicht können in dem Bereich zwischen 15% und 25% der Gesamtdicke der Verbundmetallschicht eingestellt sein, und die Querschnittsdicke der Aluminiumschicht kann in dem Bereich zwischen 50% und 65% der Gesamtdicke der Verbundmetallschicht eingestellt sein.
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Das Dickenverhältnis der ersten oder zweiten Kupferschicht zu der Aluminiumschicht kann in dem Bereich zwischen 1:3 und 1:8 eingestellt sein.
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Die erste und zweite Schichtdicken können eine Dicke von 0,05 mm bis 0,5 mm haben, und die Aluminiumschicht kann eine Dicke von 0,3 mm bis 2,0 mm haben.
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Die Verbundmetall-Stromschiene kann eine Dicke von 0,5 mm bis 2,5 mm haben.
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Das Verhältnis der prozentualen Dickenverringerung zu dem Streckungsprozentsatz der Verbundmetallschicht kann in dem Bereich zwischen 1:2 und 1:15 eingestellt sein.
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Die Verbundmetall-Stromschiene kann eine elektrische Leitfähigkeit von 60 IACS% oder mehr haben.
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Die Verbundmetallschicht kann einen Streckungsprozentsatz zwischen 25% und 35% haben.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt eine Verbundmetall-Stromschiene gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 ist eine explosionsartige Perspektivansicht eines Folienkondensators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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3 ist eine Querschnittsansicht der Verbundmetall-Stromschiene entlang A-A' aus 1.
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4A bis 4D zeigen Biegeversuchsergebnisse von Beispielen und Vergleichsbeispielen, wenn ein Radiuskrümmung auf 0,5 eingestellt ist.
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5A und 5B sind Fotografien, die die Querschnitte der Stromschienen gemäß den Beispielen vor und nach einem Temperaturschock-Versuch darstellen.
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5C und 5D sind Fotografien, die die Querschnitte der Stromschienen gemäß den Vergleichsbeispielen vor und nach dem Temperaturschock-Versuch zeigen.
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6A bis 6D sind Fotografien, die den Übergang zwischen der Kupferschicht und der Aluminiumschicht in den Stromschienen gemäß den Beispielen und den Vergleichsbeispielen nach der Wärmebehandlung zeigen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Im Verlauf der Beschreibung der vorliegenden Erfindung werden detaillierte Beschreibungen, die sich auf hinreichend bekannte Konfigurationen beziehen, ausgelassen, um die Gegenstände der vorliegenden Erfindung nicht unnötig unklar zu machen. Weiterhin sind die Begriffe, wie sie hier verwendet werden, unter Berücksichtigung der Funktionen der Erfindung definiert und können gemäß dem Bedürfnis oder der Absicht der Benutzer oder Bedienpersonen geändert werden. Somit sollte die Definition der Begriffe gemäß der gesamten Offenbarung vorgenommen werden, wie sie hier ausgeführt ist.
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine Verbundmetall-Stromschiene für einen Folienkondensator. 1 zeigt eine Verbundmetall-Stromschiene gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3 ist eine Querschnittsansicht der Verbundmetall-Stromschiene entlang A-A' aus 1. Unter Bezugnahme auf 1 und 3 kann die Verbundmetall-Stromschiene eine Verbundmetallschicht 50 umfassen, die eine Aluminiumschicht 10 mit einer vorbestimmten Dicke, eine erste Kupferschicht 20, die in einer vorbestimmten Dicke auf eine Oberfläche der Aluminiumschicht 10 geschichtet ist, und eine zweite Kupferschicht 22, die in einer vorbestimmten Dicke auf die andere Seite der Aluminiumschicht 10 geschichtet ist, beinhaltet. Wenn die Verbundmetall-Stromschiene 100 eine Aluminiumschicht 10 zwischen der ersten und der zweiten Kupferschicht 20 und 22 umfasst, wie es oben beschrieben ist, kann das Gewicht der Verbundmetall-Stromschiene 100 vermindert werden.
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Bei einer Ausführungsform kann die Verbundmetallschicht 50 mit einer prozentualen Dickenverringerung von weniger als 10% gewalzt sein. In der vorliegenden Beschreibung kennzeichnet ”prozentuale Dickenverringerung” einen Dickenunterschied der Verbundmetallschicht zwischen vor und nach dem Walzen. Wenn die Verbundmetallschicht 50 mit der oben beschriebenen prozentualen Dickenverringerung hergestellt wird, kann die Stromschiene gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine exzellente Formbarkeit, Härte und mechanische Festigkeit, wie etwa eine Verbundfestigkeit, haben. Wenn eine prozentuale Dockenverringerung von 10% oder mehr angewendet wird, können die Formbarkeit, Härte und mechanische Festigkeit beeinträchtigt werden.
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Die Verbundmetallschicht kann beispielsweise mit einer prozentualen Dickenverringerung von 0% bis 10% hergestellt sein. Bei einer Ausführungsform kann die Verbundmetallschicht mit einer prozentualen Dickenverringerung von 0% bis 8% hergestellt sein. Bei einer speziellen Ausführungsform kann die Verbundmetallschicht 50 mit einer prozentualen Dickenverringerung von 0% hergestellt sein. Das Verbundmetallmaterial kann beispielsweise mit einer prozentualen Dickenverringerung von 0% bis 8% hergestellt sein. In der Beschreibung kann ”die prozentuale Dickenverringerung von 0%” definieren, dass ein angelassenes Material verwendet wird. Bei einer speziellen Ausführungsform kann das Verbundmetallmaterial 50 mit einer prozentualen Dickenverringerung von 0, 0,01, 0,1, 0,5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 9,5 oder 9,9% hergestellt sein.
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Bei einer Ausführungsform kann die Verbundmetallschicht 50 einen Streckungsprozentsatz von 25% oder mehr haben. In dem oben beschriebenen Bereich können die Härte und die mechanische Festigkeit, wie etwa eine Verbundfestigkeit, verbessert werden, während die Formbarkeit sichergestellt ist. Wenn ein Streckungsprozentsatz von 25% oder weniger angewendet wird, können die Formbarkeit, Härte und mechanische Festigkeit der Stromschiene gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beeinträchtigt werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform kann der Streckungsprozentsatz auf der Basis von ISO 6892 gemessen werden. Die Verbundmetallschicht 50 kann beispielsweise einen Streckungsprozentsatz von 25% bis 35% haben. Bei einer Ausführungsform kann die Verbundmetallschicht 50 einen Streckungsprozentsatz von 25% bis 35% haben. Die Verbundmetallschicht 50 kann einen Streckungsprozentsatz von 25, 26, 28, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34 oder 35% haben.
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Bei einer Ausführungsform kann das Verhältnis der prozentualen Dickenverringerung zu dem Streckungsprozentsatz der Verbundmetallschicht in einem Bereich zwischen 1:2 und 1:15 eingestellt sein. In dem oben beschriebenen Bereich kann die Stromschiene gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine exzellente Formbarkeit und Verbundfestigkeit haben, können eine Verbundablösung am Übergang und Risse während eines Biegevorgangs im wesentlichen verhindert werden und kann ein Folienkondensator einen äquivalenten Reihenwiderstand (ESR) haben. Beispielsweise kann das Verhältnis des Prozentsatzes der Dickenverringerung zu dem Streckungsprozentsatz der Verbundmetallschicht 50 in dem Bereich zwischen 1:2,5 und 1:5 eingestellt sein. Beispielsweise kann das Verhältnis der Prozentsatzes der Dickenverringerung zu dem Streckungsprozentsatz der Verbundmetallschicht 50 in dem Bereich zwischen 1:3 und 1:4,5 eingestellt sein.
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Bei einer speziellen Ausführungsform kann die Verbundfestigkeit der Verbundmetallschicht 50, gemessen auf der Basis von ISO 11339, größer oder gleich 10 kgf auf der Basis einer Probenbreite von 25 mm sein. In dem oben beschriebenen Bereich können die elektrische Leitfähigkeit und die Temperaturschock-Beständigkeit der Verbundmetallschicht 50 verbessert sein, während eine Verbundablösung am Übergang und Risse während einer Biegevorgangs für die Herstellung einer Stromschiene eines Folienkondensators im wesentlichen verhindert werden. Da zudem die Verbundablösung am Übergang und Risse während des Biegevorgangs im wesentlichen verhindert werden, kann der Folienkondensator gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen geringen ESR-Wert haben. Wenn die Verbundfestigkeit der Verbundmetallschicht geringer als 10 kgf ist, können eine Verbundablösung am Übergang und Risse während des Biegevorgangs auftreten. Die Verbundmetallschicht kann beispielsweise eine Verbundfestigkeit von 15 kgf oder mehr haben. Bei einer Ausführungsform kann die Verbundmetallschicht eine Verbundfestigkeit von 10 kgf bis 20 kgf haben. Bei einer speziellen Ausführungsform kann die Verbundmetallschicht 50 eine Verbundfestigkeit von 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 oder 20 kgf haben.
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Bei einer speziellen Ausführungsform können die Querschnittsdicken der ersten und der zweiten Schicht 20 und 22 in einem Bereich zwischen 10% und 25% der Gesamtdicke der Verbundmetallschicht 50 eingestellt sein und die Querschnittsdicke der Aluminiumschicht 10 in einem Bereich zwischen 50% und 70% der Gesamtdicke der Verbundmetallschicht 50 eingestellt sein. In dem oben beschriebenen Bereich kann die Verbundmetallschicht 50 eine exzellente Leichtgewichteigenschaft und sichere Eigenschaften, wie etwa einen elektrischen Widerstand und ein Anzugsdrehmoment, haben.
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Wenn die Dicke der ersten Kupferschicht 20 geringer als 10% der Gesamtdicke der Verbundmetallschicht 50 ist, können die elektrische Leitfähigkeit und Formbarkeit der Stromschiene gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beeinträchtigt werden, und wenn die Dicke der ersten Kupferschicht 20 mehr als 25% der Gesamtdicke der Verbundmetallschicht 50 beträgt, kann die Leichtgewichteigenschaft der Stromschiene beeinträchtigt werden.
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Wenn die Dicke der zweiten Kupferschicht 22 geringer als 10% der Gesamtdicke des Verbundmaterials 50 ist, kann die elektrische Leitfähigkeit und Formbarkeit der Stromschiene gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beeinträchtigt werden, und wenn die Dicke der zweiten Kupferschicht 22 mehr als 25% der Gesamtdicke der Verbundmetallschicht 50 beträgt, kann die Leichtgewichteigenschaft der Stromschiene beeinträchtigt werden.
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Wenn die Dicke der Aluminiumschicht 10 geringer als 50% der Gesamtdicke der Verbundmetallschicht 50 ist, können die Leichtgewichteigenschaft und die Formbarkeit der Stromschiene gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beeinträchtigt werden, und wenn die Dicke der Aluminiumschicht 10 mehr als 70% der Gesamtdicke der Verbundmetallschicht 50 beträgt, kann die elektrische Leitfähigkeit der Stromschiene beeinträchtigt werden.
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Beispielsweise kann die Querschnittsdicke der ersten und der zweiten Kupferschicht 20 und 22 in dem Bereich von 15% bis 25% der Gesamtdicke der Verbundmetallschicht 50 eingestellt sein und die Querschnittsdicke der Aluminiumschicht 10 in dem Bereich von 50% bis 65% der Gesamtdicke der Verbundmetallschicht 50 eingestellt sein.
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Bei einer Ausführungsform kann die Querschnittsdicke der ersten und der zweiten Kupferschicht 20 und 22 in dem Bereich von 22% bis 25% der Gesamtdicke des Verbundmetallmaterials 50 eingestellt sein und die Querschnittsdicke der Aluminiumschicht 10 in dem Bereich von 53% bis 56% der Gesamtdicke des Verbundmetallmaterials 50 eingestellt sein.
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Bei einer Ausführungsform kann die Querschnittsdicke der ersten Kupferschicht 20 auf 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24 oder 25% der Gesamtdicke der Verbundmetallschicht 50 eingestellt sein. Weiterhin kann die Querschnittsdicke der zweiten Kupferschicht 22 auf 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24 oder 25% der Gesamtdicke der Verbundmetallschicht 50 eingestellt sein. Weiterhin kann die Querschnittsdicke der Aluminiumschicht 10 auf 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 22, 63, 64, 65, 66, 66, 67, 68, 69 oder 70% der Gesamtdicke der Verbundmetallschicht 50 eingestellt sein.
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Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Aluminium, das die Aluminiumschicht 10 bildet, nicht speziell eingeschränkt. Es können reines Aluminium, wie etwa A1050 oder A1100 oder eine Legierung aus Aluminium und Magnesium, Mangan oder Silizium, wie etwa A3003, A3004 oder A9005m, verwendet werden. Beispielsweise kann reines Aluminium, wie etwa A1050 in Anbetracht der Bearbeitungsmöglichkeiten des Pressens verwendet werden.
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Bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Kupfer, das die erste und die zweite Kupferschicht 20 und 22 bildet, nicht speziell eingeschränkt. Es können jedoch reines Kupfer, wie etwa C1100, oder eine Legierung aus Kupfer und einem heterogenen Metall verwendet werden. Bei einer speziellen Ausführungsform könne die erste und die zweite Kupferschicht 20 und 22 aus demselben Material oder unterschiedlichen Materialien ausgebildet sein.
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Bei einer speziellen Ausführungsform können die erste und die zweite Kupferschicht 20 und 22 in einem Dickenverhältnis von 1:0,5 bis 1:1,5 ausgebildet sein. In dem oben beschriebenen Bereich kann die Stromschiene gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen exzellenten elektrischen Widerstand und ein exzellentes Anzugsdrehmoment haben. Beispielsweise können die erste und die zweite Kupferschicht 20 und 22 in einem Dickenverhältnis von 1:0,8 bis 1:1,2 ausgebildet sein. Beispielsweise können die erste und die zweite Kupferschicht 20 und 22 in einem Dickenverhältnis von 1:1 bis 1:1,2 ausgebildet sein.
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Bei der oben beschriebenen Verbundmetall-Stromschiene kann das Dickenverhältnis der ersten oder der zweiten Kupferschicht 20 oder 22 zu der Aluminiumschicht 10 1 überschreiten. In dem oben beschriebenen Bereich kann die Stromschiene gemäß der vorliegenden Erfindung Eigenschaften, wie etwa den elektrischen Widerstand und das Anzugsdrehmoment, sicherstellen. Das Dickenverhältnis kann in dem Bereich zwischen 3 und 8 eingestellt sein. Das Dickenverhältnis kann beispielsweise auf 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8 eingestellt sein.
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Die Verbundmetall-Stromschiene 100 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann mit einem Extrusionsverfahren, einem Ziehverfahren, einem Walzverfahren oder einer Kombination aus denselben hergestellt werden. Die Verbundmetall-Stromschiene 100 kann beispielsweise mit dem Walzverfahren unter Berücksichtigung des Aluminiummaterials, der Kupfermaterials und der Hafteigenschaften derselben hergestellt werden.
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Das Walzverfahren kann durch eine typische Wärmebehandlung ausgeführt werden. Gleichzeitig kann die Temperatur der Wärmebehandlung zwischen der Raumtemperatur und den Schmelzpunkten von Aluminium und Kupfer liegen. Die Temperatur der Wärmebehandlung kann in dem Bereich zwischen 200°C und 400°C eingestellt sein.
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Insbesondere kann das Walzeverfahren wie folgt ausgeführt werden. Zunächst kann das Kupfer auf beide Seiten eines Aluminiumkörpers geschichtet werden, um so einen geschichteten Aufbau auszubilden. Anschließend kann der geschichtete Aufbau in einen elektrischen Ofen gegeben werden, in dem eine reduzierende Atmosphäre, eine inerte Atmosphäre oder eine Vakuumatmosphäre herrscht, und bei einer geeigneten Temperatur warmgewalzt werden, um eine Stromschiene auszubilden, die eine Verbundmetallschicht 50 umfasst. Die Verbundmetallschicht 50 kann eine erste Kupferschicht, eine Aluminiumschicht und eine zweite Kupferschicht umfassen, die vollständig aneinander angebracht und miteinander integriert sind.
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Gleichzeitig kann eine zusätzliche Wärmebehandlung ausgeführt werden. Insbesondere kann die gewalzte Stromschiene in den elektrische Ofen gegeben werden, in dem eine reduzierende Atmosphäre, eine inerte Atmosphäre oder eine Vakuumatmosphäre herrscht, und bei einer geeigneten Temperatur für eine vorbestimmte Zeit erwärmt werden. Anschließend kann die Verbundfestigkeit am Übergang zwischen Aluminium und Kupfer erhöht werden, um die mechanische Eigenschaft der Stromschiene zu verbessern. Wenn das Verbundmaterial, das die erste Kupferschicht, die Aluminiumschicht und die zweite Kupferschicht umfasst, mit dem Walzverfahren hergestellt wird, kann das Walzverfahren bei Raumtemperatur ausgeführt werden. Der Walzvorgang kann jedoch in dem Bereich von 200°C bis 400°C ausgeführt werden, so dass die erste Kupferschicht, die Aluminiumschicht und die zweite Kupferschicht einfacher aneinander haften.
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Bei einer Ausführungsform kann die Verbundmetall-Stromschiene 100 eine Dicke von 0,5 mm bis 2,5 mm haben. Weiterhin kann auf der Basis der Gesamtdicke der Verbundmetall-Stromschiene 100 die Dicke der Aluminiumschicht 10 in dem Bereich von 0,3 mm bis 2,0 mm eingestellt werden, die Dicke der ersten Kupferschicht 20 in dem Bereich von 0,05 mm bis 0,5 mm und die Dicke der zweiten Kupferschicht 22 in dem Bereich von 0,05 mm bis 0,5 mm eingestellt werden.
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Bei einer speziellen Ausführungsform kann die Verbundmetall-Stromschiene eine elektrische Leitfähigkeit von 60 IACS% oder mehr haben. Hier steht IACS für ”International Annealed Copper Standard” und ist eine Einheit elektrischer Leitfähigkeit auf der Basis der elektrischen Leitfähigkeit reinen Kupfers, die auf 100% IACS bei einer Temperatur von 20°C eingestellt ist. In dem oben beschriebenen Bereich kann die Verbundmetall-Stromschiene gleichzeitig eine Korrosionsbeständigkeit, eine elektrische Leitfähigkeit und das Anzugsdrehmoment sicherstellen, während die Leichtgewichteigenschaft und die Wirtschaftlichkeit derselben verbessert werden. Die Verbundmetall-Stromschiene kann beispielsweise eine elektrische Leitfähigkeit von 60 IACS% bis 85 IACS% haben. Bei einer Ausführungsform kann die Verbundmetall-Stromschiene eine elektrische Leitfähigkeit von 65 IACS% bis 85 IACS% haben. Bei einer speziellen Ausführungsform kann die Verbundmetall-Stromschiene eine elektrische Leitfähigkeit von 60, 61, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84 oder 85 IACS% haben.
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Das Gewicht der Verbundmetall-Stromschiene für einen Folienkondensator gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann um 40% im Vergleich zu der bestehenden Stromschiene reduziert sein, wobei die Kosten der Verbundmetall-Stromschiene um 15% im Vergleich zu einer bestehenden Stromschiene verringert sein können.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf einen Folienkondensator, der die Verbundmetall-Stromschiene umfasst. 2 ist eine explosionsartige Perspektivansicht eines Folienkondensators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Unter Bezugnahme auf 2 kann der Folienkondensator 100 ein Gehäuse 300, eine Vielzahl von Kondensatorelementen 200, die sich in dem Gehäuse 300 befinden, eine P-Pol-Stromschiene 100a oder 100b und eine N-Pol-Stromschiene 100b oder 100a umfassen. Eine oder mehrere der P-Pol-Stromschiene und der N-Pol-Stromschiene können die Verbundmetall-Stromschiene gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfassen.
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Der Folienkondensator 1000 kann mit einem typischen Verfahren hergestellt werden. Bei einer speziellen Ausführungsform können die zahlreichen Kondensatorelemente 200 mit der N-Pol-Stromschiene 100a oder 100b und der P-Pol-Stromschiene 100b oder 100a, die unterschiedliche Polaritäten haben, verbunden und in das Gehäuse 300 eingefügt werden. Anschließend kann, um das Innere des Kondensators zu schützen und zu isolieren, der Kondensator mit einem Formgussmaterial, wie etwa Epoxy oder Urethan gefüllt werden.
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Bei einer speziellen Ausführungsform können die Kondensatorelemente 200 mit einem typischen Verfahren hergestellt werden. Beispielsweise kann eine abgeschiedene Folie hergestellt werden, indem ein Metall auf eine Oberfläche oder beide Oberflächen einer dielektrischen Kunststofffolie abgeschieden wird und anschließend geschichtet oder gewickelt wird. Anschließend kann eine Metallschicht auf der geschichteten oder gewickelten abgeschiedenen Folie ausgebildet werden. Bei einer speziellen Ausführungsform kann die dielektrische Kunststofffolie eines oder mehrere aus Polyethylen-Terephtalat (PET), Polypropylen (PP), Polyethylen-Naphtalat (PEN), Polycarbonat (PC) und Polyethylensulfid (PPS) umfassen. Bei einer speziellen Ausführungsform kann die Metallschicht durch Metallisieren oder Sprühen eines oder mehrerer der Elemente Zink, einer Zinklegierung, Arsen und Zinkarsen ausgebildet werden.
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Anschließend kann, um das Innere des Folienkondensators 1000 zu schützen, der Folienkondensator 1000 mit einem Formgussmaterial, wie etwa Epoxy oder Urethan, oder einer Mehrfaschschicht aus heterogenen Formgussmaterialien, wie etwa Epoxy und Urethan gefüllt werden.
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Der ESR des Folienkondensators 1000, gemessen bei 10 kHz mit einer automatischen Stromregeleinrichtung (LCR-Messeinrichtung), kann zwischen 0,1 mΩ und 3,5 mΩ liegen. In dem oben beschriebenen Bereich kann der Folienkondensator 1000 eine exzellente elektrische Eigenschaft haben. Beispielsweise kann der Folienkondensator einen ESR von 0,5 mΩ bis 2,0 mΩ haben. Bei einer speziellen Ausführungsform kann der Folienkondensator 1000 einen ESR von 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 1,0, 1,5, 2,0, 2,5, 3,0 und 3,5 mΩ haben.
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Im folgenden werden die Bestandteile und Funktionen der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind jedoch als bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, wobei die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist.
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Da sich Bestandteile und Funktionen, die hier nicht beschrieben sind, dem Fachmann in ausreichendem Maße erschließen können, wird auf eine detaillierte Beschreibung derselben verzichtet.
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Beispiele und Vergleichsbeispiele
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Beispiele 1 bis 4
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Eine Platte aus reinem Kupfer, wie etwa C1100, wurde auf eine Platte mit reinem Aluminium, wie etwa A1050, geschichtet. Anschließend wurde der geschichtete Aufbau in einen elektrischen Ofen gesetzt, in dem eine Atmosphäre bei einer Temperatur von 200°C bis 400°C herrschte, für eine Stunde erwärmt und mit einer prozentualen Dickenverringerung von 0% (angelassenes Material) bis 8% warmgewalzt, um ein Material auszubilden, das eine Verbundmetallschicht umfasst, die eine Dicke von 1 mm hat. Auf diese Weise wurde eine Stromschiene für einen Folienkondensator hergestellt, bei dem das Material verwendet wurde, das die Verbundmetallschicht umfasst. Die Verbundmetallschicht kann eine erste und eine zweite Kupferschicht umfassen, die auf beiden Oberflächen einer Aluminiumschicht in einem Dickenverhältnis der folgenden Tabelle 1 ausgebildet sind.
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Vergleichsbeispiel 1
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Eine Stromschiene, die aus typischem Kupfer, wie etwa C1100, ausgebildet ist, wurde als Stromschiene gemäß dem Vergleichsbeispiel 1 verwendet. Die Stromschiene kann eine Dicke von 1 mm haben.
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Vergleichsbeispiel 2 bis 6
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Verbundmetall-Stromschienen gemäß den Vergleichsbeispielen 2 und 6 wurden in derselben Weise wie das Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass eine prozentuale Dickenverringerung angewendet wurde, wie es in Tabelle 1 dargestellt ist, und eine Verbundmetallschicht ausgebildet wurde, die die erste und die zweite Kupferschicht umfasst, die auf beiden Seiten einer Aluminiumschicht in dem Dickenverhältnis von Tabelle 1 ausgebildet worden waren.
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Versuchsbeispiel
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Die folgenden Eigenschaften wurden für die Stromschienen gemäß den Beispielen 1 bis 4 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 6 bewertet.
- (1) Streckungsprozentsatz (%): die Streckungsprozentsätze der Stromschienen gemäß den Beispielen 1 bis 4 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 6 wurden auf der Basis von ISO 6892 gemessen, wobei die Messergebnisse in der folgenden Tabelle 1 aufgeführt sind.
- (2) Verbundfestigkeit (kgf/25 mm): die Verbundfestigkeiten der Stromschienen gemäß den Beispielen 1 und 4 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 6 wurden für eine Probe der Breite 25 mm auf der Basis von ISO 11339 gemessen, wobei die Messergebnisse in der folgenden Tabelle 1 aufgeführt sind.
- (3) Zugfestigkeit (MPa): die Zugfestigkeiten der Stromschienen gemäß den Beispielen 1 bis 4 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 6 wurden auf der Basis von ISO 6892 gemessen, wobei die Messergebnisse in der folgenden Tabelle 1 aufgeführt sind.
- (4) Härte (Hv): die Härten der Stromschiene gemäß den Beispielen 1 bis 4 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 6 wurden mit einer Vickers-Härteprüfeinrichtung gemessen, wobei die Messergebnisse in der folgenden Tabelle 1 aufgeführt sind.
- (5) Stromschienengewicht (1 Satz, g): die Gewichte der Stromschienen gemäß den Beispielen 1 bis 4 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 6 wurden mit einem typischen Verfahren gemessen, wobei die Messergebnisse in der folgenden Tabelle 1 aufgeführt sind.
- (6) Elektrische Leitfähigkeit (IACS%): die elektrischen Leitfähigkeiten der Stromschienen gemäß den Beispielen 1 bis 4 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 6 wurden gemessen, wobei die Messergebnisse in der folgenden Tabelle 1 aufgeführt sind. Gleichzeitig steht IACS für ”International Annealed Copper Standard” und ist eine Einheit der elektrischen Leitfähigkeit auf der Basis der elektrischen Leitfähigkeit von reinem Kupfer, die auf 100% bei einer Temperatur von 20°C eingestellt ist.
- (7) Elektrischer Widerstand (μΩ): der elektrische Widerstand über die Stromschienen gemäß den Beispielen 1 bis 4 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 6 wurden bei 10 kHz mit einer automatischen Stromregeleinrichtung (LCR) gemessen, wobei die Messergebnisse in der folgenden Tabelle 1 aufgeführt sind.
- (8) Anzugsdrehmoment: es wurde untersucht, ob ein Riss oder eine Beschädigung auftritt, wenn eine Kraft von 10 Nm auf die Stromschienen gemäß den Beispielen 1 bis 4 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 6 wirkt, um eine Schraube festzuziehen. Wurde eine Schraube ohne einen Riss oder eine Beschädigung festgezogen, wurde dies mit O gekennzeichnet, und wenn ein Riss oder eine Beschädigung auftrat, wurde dies mit × gekennzeichnet. Die Bestimmungsergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 aufgeführt.
- (9) Temperaturanstiegsversuch: es wurden Folienkondensatoren hergestellt, die die Stromschienen gemäß den Beispielen 1 bis 4 bzw. den Vergleichsbeispielen 1 bis 6 umfassen, wobei die Temperaturanstiege der Stromschienen gemessen wurden. Die Messergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 aufgeführt.
- (10) Biegeversuch: es wurde bestimmt, ob ein Riss auftritt, wenn eine L-förmiger Biegeversuch, ein Z-förmiger Biegeversuch und Biegeversuche für Radiuskrümmungen von 0,5, 1,0, 1,5 und 2,0 an den Stromschienen gemäß den Beispielen 1 bis 4 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 6 ausgeführt werden. Trat kein Riss auf, wurde dies mit 0 gekennzeichnet, und wenn ein Riss auftrat, wurde dies mit × gekennzeichnet. Die Bestimmungsergebnisse sind in Tabelle 1 und 4 aufgeführt.
- (11) Analyse für die Berührungsfläche zwischen der Kupferschicht und der Aluminiumschicht vor und nach dem Temperaturschock-Versuch: der Temperaturschock-Versuch wurde während 750 Zyklen ausgeführt, bei dem bei jedem einzelnen die Stromschienen gemäß den Beispielen 1 bis 4 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 6 bei –40°C für eine Stunde und anschließend bei 105°C für eine Stunde belassen wurden, wobei untersucht wurde, ob die Verbundablösung am Übergang und die Rissausbreitung an einem weitere Metallübergang auftrat. Trat die Verbundablösung am Übergang und die Ausbreitung von Rissen nicht auf, wurde dies mit 0 gekennzeichnet, und wenn die Verbundablösung am Übergang und die Rissausbreitung auftrat, wurde dies mit × gekennzeichnet. Die Bestimmungsergebnisse sind in Tabelle 1 und 5 gezeigt.
- (12) Analyse des Übergangs zwischen der Kupferschicht und der Aluminiumschicht nach der Wärmebehandlung: nachdem die Stromschienen gemäß den Beispielen 1 bis 4 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 6 für eine Stunde wärmebehandelt worden waren, wurde eine Verbindungsschicht festgestellt, die sich an dem Übergang zwischen der Kupferschicht und der Aluminiumschicht ausgebildet hatte, wobei die Querschnittsdicke des Übergangs gemessen wurde. Die Messergebnisse sind in der Tabelle 1 und 6 aufgeführt.
- (13) Äquivalenter Reihenwiderstand (ESR): es wurden Folienkondensatoren hergestellt, die die Stromschienen gemäß den Beispielen 1 bis 4 bzw. den Vergleichsbeispielen 1 bis 6 enthielten, wobei ein Temperaturschock-Versuch während 750 Zyklen ausgeführt wurde und ESRs der Folienkondensatoren bei 10 kHz mit einer automatischen Stromregeleinrichtung (LCR-Messeinrichtung) gemessen wurden. Die Messergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 aufgeführt.
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Wie in Tabelle 1 gezeigt, haben die Stromschienen gemäß den Beispielen 1 bis 4 der vorliegenden Erfindung einen geringeren ESR als die Vergleichsbeispiele 2 und 6 und ein geringeres Gewicht als die existierende Stromschiene, die aus Kupfer ausgebildet ist, während die elektrischen Widerstände, die Anzugsdrehmomente und die Temperaturanstiege ähnlich jenen der existierenden Stromschiene sind, die aus Kupfer ausgebildet ist.
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Weiterhin können die Vergleichsbeispiele 2 bis 4, die von dem Dickenverhältnis der Aluminiumschicht zu der ersten oder der zweiten Kupferschicht in den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung abweichen, keine Leichtgewichteigenschaft erzielen, oder haben nicht denselben elektrischen Widerstand, dasselbe Anzugsdrehmoment und denselben Temperaturanstieg wie die existierende Stromschiene, die aus Kupfer besteht. Somit können die Vergleichsbeispiele 2 bis 4 nicht die Wirkung in Übereinstimmung mit den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erzielen. Das Vergleichsbeispiel 1, das aus Kupfer gefertigt ist, hat ein größeres Gewicht als die Beispiele 1 bis 4. Für den Fall der Vergleichsbeispiele 2 und 3, bei denen die prozentuale Dickenverringerung von jenen der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung abweicht, waren die Streckungsprozentsätze und die Verbundfestigkeiten derselben beeinträchtigt, wobei ein Riss während des Biegeversuches auftrat.
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4A bis 4D zeigen Biegeversuchsergebnisse der Beispiele 1 und 2 und der Vergleichsbeispiele 2 und 3, wenn die Radiuskrümmung R auf 0,5 eingestellt ist. Unter Bezugnahme auf Tabelle 1 und 4A bis 4D trat kein Riss während der Biegeversuche bei den Stromschienen gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf. Es traten jedoch Risse bei den Vergleichsbeispielen 2 bis 6 auf, bei denen das Dickenverhältnis der Aluminiumschicht zu der ersten oder zweiten Kupferschicht von jenen der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abwich, oder bei denen der Prozentsatz der Dickenverringerung von jenen der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung abwich.
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5A und 5B sind Fotografien, die die Querschnitte der Stromschienen gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vor und nach dem Temperaturschock-Versuch zeigen, und 5C und 5D sind Fotografien, die die Querschnitte der Stromschienen gemäß den Vergleichsbeispielen vor und nach dem Temperaturschock-Versuch zeigen. Unter Bezugnahme auf Tabelle 1 und 5A bis 5D trat eine Verbundablösung am Übergang an der Berührungsfläche zwischen der Kupferschicht und der Aluminiumschicht auf und breitete sich ein Riss zu der Berührungsfläche der anderen Metallschicht bei den Stromschienen gemäß den Vergleichsbeispielen 2 und 6 aus, bei denen das Dickenverhältnis der Aluminiumschicht zu der ersten oder zweiten Kupferschicht von jenen der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung abweicht, oder bei denen die prozentuale Dickenverringerung von jenen der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung abweicht.
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6 ist eine Fotografie, die die Berührungsfläche zwischen der Kupferschicht und der Aluminiumschicht bei der Stromschiene gemäß dem Beispiel 1 nach der Wärmebehandlung zeigt, 6B ist eine Fotografie, die die Berührungsfläche zwischen der Kupferschicht und der Aluminiumschicht gemäß dem Beispiel 2 nach der Wärmebehandlung zeigt, 6C ist eine Fotografie, die die Berührungsfläche zwischen der Kupferschicht und der Aluminiumschicht bei der Stromschiene gemäß dem Beispiel 3 nach einer Wärmebehandlung zeigt und 6D ist eine Fotografie, die die Berührungsfläche zwischen der Kupferschicht und der Aluminiumschicht bei der Stromschiene gemäß dem Vergleichsbeispiel 3 nach der Wärmebehandlung zeigt. Unter Bezugnahme auf Tabelle 1 und 6A bis 6D bildete sich keine Verbindungsschicht an den Berührungsflächen bei den Beispielen 1 bis 4 der vorliegenden Erfindung. Jedoch bildete sich eine Verbindungsschicht bei den Vergleichsbeispielen 2 bis 6, bei denen das Dickenverhältnis der Aluminiumschicht zu der ersten oder zweiten Kupferschicht von jenen der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung abweicht, oder bei denen die prozentuale Dickenverringerung von jenen der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung abweicht.
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Wenn die Stromschiene durch Widerstandswärme erwärmt wird oder in einer Hochtemperaturumgebung verwendet wird, kann sich eine Metallverbindung, die aus Aluminium und Kupfer mit hoher Sprödigkeit besteht, an der Berührungsfläche bilden. In diesem Fall können sich die elektrische Leitfähigkeit, die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer der Stromschiene verringern.
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Wenngleich bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zu Darstellungszwecken offenbart wurden, wird der Fachmann verstehen, dass unterschiedliche Abänderungen, Hinzufügungen und Ersetzungen möglich sind, ohne vom Geltungsbereich und Geist der Erfindung abzuweichen, wie er in den beiliegenden Ansprüchen definiert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- KR 10-2014-0080751 [0001]
- KR 2006-0035057 [0008]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- ISO 11339 [0009]
- ISO 6892 [0029]
- ISO 11339 [0031]
- ISO 6892 [0060]
- ISO 11339 [0060]
- ISO 6892 [0060]