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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von mehreren Stromschienenverbünden, ein Verfahren zum Herstellen einer räumlichen Stromschienenstruktur, ein Spritzgusssystem zum Herstellen von mehreren Stromschienenverbünden und ein Trennsystem zum Herstellen von mehreren Stromschienenverbünden.
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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden hauptsächlich in Verbindung mit Schaltelementen (Schützen) für Fahrzeugbordnetze beschrieben. Die Erfindung kann aber in jeder Anwendung genutzt werden, in welcher elektrische Lasten geschaltet werden.
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Um hohe elektrische Ströme leiten zu können, können Stromschienen aus massivem Metallblech verwendet werden. Über eine große Materialstärke des Metallblechs, sowie eine angepasste Breite der Stromschienen kann ein Leitungsquerschnitt an den erwarteten Stromfluss angepasst werden. Die Stromschienen können einzeln gestanzt und gebogen werden. Anschließend können die Stromschienen unter Verwendung von Schrauben oder Nieten mit Bauelementen, wie Steckern, Verbrauchern und Schaltern verbunden werden, um eine elektrische Schaltung zu bilden. In der elektrischen Schaltung können sich Stromschienen auch beabstandet zueinander überkreuzen.
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Beschreibung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Einsatz konstruktiv möglichst einfacher Mittel die Montage einer Schaltung für große elektrische Leistungen zu vereinfachen und zu beschleunigen.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den begleitenden Figuren angegeben. Insbesondere können die unabhängigen Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein.
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Es wird ein Verfahren zum Herstellen von mehreren Stromschienenverbünden vorgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- a) Stanzen eines einteilig zusammenhängenden ersten Stanzgitters aus einem ebenen, elektrisch leitenden Blech unter Verwendung eines ersten Stanzwerkzeugs, und Stanzen eines von dem ersten Stanzgitter verschiedenen, einteilig zusammenhängenden zweiten Stanzgitters aus einem ebenen, elektrisch leitenden Blech unter Verwendung eines zweiten Stanzwerkzeugs. Das erste Stanzgitter und das zweite Stanzgitter umfassen zumindest je zwei Stromschienen zum Übertragen von elektrischen Leistungen im Hochvoltbereich, wobei die Stromschienen je über zumindest einen Doppelsteg aus zwei durch einen Zwischenraum beabstandeten Stegen miteinander verbunden sind;
- b) Anspritzen einer ersten Stützstruktur aus einem elektrisch isolierenden Kunststoffmaterial an den Doppelsteg des ersten Stanzgitters unter Verwendung eines Spritzgusswerkzeugs, und Anspritzen einer zweiten Stützstruktur aus dem Kunststoffmaterial an den Doppelsteg des zweiten Stanzgitters unter Verwendung des gleichen Spritzgusswerkzeugs, wobei das Kunststoffmaterial zumindest in die Zwischenräume zwischen den Stegen gespritzt wird; und
- c) Trennen des Doppelstegs des ersten Stanzgitters durch Stanzen von elektrisch isolierenden Lücken in die Stege unter Verwendung eines Trennwerkzeugs, und Trennen des Doppelstegs des zweiten Stanzgitters durch Stanzen von elektrisch isolierenden Lücken in die Stege unter Verwendung des gleichen Trennwerkzeugs, wobei die Stützstrukturen nicht getrennt werden.
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Ferner wird ein Verfahren zum Herstellen einer räumlichen Stromschienenstruktur vorgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- a) Bereitstellen eines ersten Stromschienenverbunds und zumindest eines zweiten von dem ersten Stromschienenverbund verschiedenen zweiten Stromschienenverbunds, wobei die Stromschienenverbünde je zumindest zwei übereinstimmende Aufnahmen aufweisen;
- b) Anordnen des ersten Stromschienenverbunds auf zumindest zwei den Aufnahmen entsprechenden Aufnahmedomen unter Verwendung der Aufnahmen, und Anordnen des zweiten Stromschienenverbunds über dem ersten Stromschienenverbund auf zumindest den zwei Aufnahmedomen unter Verwendung der Aufnahmen, wobei der zweite Stromschienenverbund durch Abstandhalter des ersten Stromschienenverbunds und/oder des zweiten Stromschienenverbunds auf Abstand zu dem ersten Stromschienenverbund gehalten wird; und
- c) Verbinden zumindest eines Schützes mit zumindest zwei der Aufnahmedome, um die Stromschienenverbünde zu fixieren.
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Die Stromschienenverbünde können unter Verwendung des hier vorgestellten Ansatzes bereitgestellt werden.
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Weiterhin wird ein Spritzgusssystem zum Herstellen von mehreren Stromschienenverbünden vorgestellt, das aus einem Spritzgusswerkzeug und einem ersten und zumindest einem zweiten Stanzgitter besteht. Das Spritzgusswerkzeug kann zum Anspritzen einer Stützstruktur an die Stanzgitter ausgebildet sein. Ein erster Anteil eines die Stützstruktur abbildendenden Formhohlraums kann in Kavitäten des Spritzgusswerkzeugs abgebildet sein. Ein zweiter Anteil des Formhohlraums kann in zumindest einem Durchbruch der Stanzgitter abgebildet sein. Der vollständige Formhohlraum kann durch das Spritzgusswerkzeug und das eingelegte erste Stanzgitter oder zweite Stanzgitter ausgebildet werden, wenn eine Düsenseite des Spritzgusswerkzeugs und eine Auswerferseite des Spritzgusswerkzeugs beim Schließen an gegenüberliegenden Oberflächen des ersten Stanzgitters oder zweiten Stanzgitters abdichten. In geschlossenem Zustand des Spritzgusswerkzeugs kann eine Spaltweite zwischen der Düsenseite und der Auswerferseite durch die Materialstärke des ersten Stanzgitters beziehungsweise zweiten Stanzgitters bestimmt sein.
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Schließlich wird ein Trennsystem zum Herstellen von mehreren Stromschienenverbünden vorgestellt, das aus einem Trennwerkzeug und einem ersten Stanzgitter und zumindest einem zweiten Stanzgitter besteht, wobei das Trennwerkzeug dazu ausgebildet ist, Stromschienen des ersten Stanzgitters und des zweiten Stanzgitters elektrisch voneinander zu isolieren, wobei das Stanzwerkzeug zumindest eine Trenneinrichtung zum Stanzen je einer elektrisch isolierenden Lücke in die Stege eines im ersten Stanzgitter und im zweiten Stanzgitter vorhandenen Doppelstegs aufweist, wobei die Doppelstege je zwei Stromschienen zum Führen von elektrischen Leistungen im Hochvoltbereich verbinden.
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Unter einem Stromschienenverbund kann eine Gruppe von Stromschienen verstanden werden, die relativ zueinander durch eine angespritzte Stützstruktur fixiert sind. Dadurch kann der Stromschienenverbund als eine Einheit verwendet werden. Alle Stromschienen des Stromschienenverbunds können gemeinsam in einem Schritt gestanzt werden. Alle Stromschienen des Stromschienenverbunds können gemeinsam in einem Schritt montiert werden. Der Stromschienenverbund weist Schnittstellen zu anderen Komponenten einer elektrischen Schaltung auf, die vorausgehend oder nachfolgend montiert werden können. Beispielsweise kann der Stromschienenverbund Schnittstellen zu Schaltern beziehungsweise Schützen, Verbrauchern und/oder Steckern beziehungsweise Steckdosen aufweisen. Die Stromschienen des Stromschienenverbunds sind dafür ausgelegt, hohe elektrische Leistungen verlustarm zu übertragen. Dazu können die Stromschienen für einen hohen elektrischen Stromfluss ausgelegt sein. Eine Isolierung der Stromschienen voneinander und zu anderen Leitern kann für elektrische Spannungen im Hochvoltbereich ausgelegt sein. Insbesondere kann die Isolierung durch einen Isolationsabstand zu anderen Leitern hergestellt werden. Der Hochvoltbereich beinhaltet elektrische Spannungen zwischen 60 Volt und 1000Volt, insbesondere elektrische Spannungen zwischen 400 Volt und 900 Volt. In einer Anwendungsform sind die Luft- und Kriechstrecken auf Spannungen zwischen 400 Volt und 500 Volt ausgelegt. In einer anderen Anwendungsform sind die Luft- und Kriechstrecken auf Spannungen zwischen 700 Volt und 950 Volt ausgelegt. Das Blech für die Stromschienen kann eine Materialstärke zwischen einem Millimeter und sieben Millimetern, insbesondere zwischen zwei Millimetern und sechs Millimetern, insbesondere zwischen drei Millimetern und fünf Millimetern aufweisen. Abstände zwischen den Stromschienen sind groß genug, um Luft- und Kriechstrecken für die verwendete elektrische Spannung einzuhalten. Die Stromschienen können auch größere Abstände zueinander aufweisen. Die gestanzten Lücken sind ebenfalls groß genug, um die Luft- und Kriechstrecken für die verwendete elektrische Spannung einzuhalten. Die Stege eines Doppelstegs können im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Übereinstimmende Doppelstege des ersten Stanzgitters und des zweiten Stanzgitters können unter Verwendung gleicher Trenneinrichtungen des Trennwerkzeugs getrennt werden. Ein Formhohlraum kann ein abgeschlossenes Volumen sein, das durch eine Düsenseite und/oder eine Auswerferseite eines Spritzgusswerkzeugs sowie das zwischen der Düsenseite und der Auswerferseite eingeklemmte Stanzgitter gebildet wird. Der Formhohlraum wird beim Anspitzen des Kunststoffmaterials durch das Kunststoffmaterial gefüllt. Eine Kavität kann eine Aussparung beziehungsweise Ausnehmung des Spritzgusswerkzeugs sein. Die Kavitäten können durch eine Kontur der Düsenseite und/oder der Auswerferseite gebildet sein. Da Spritzgusswerkzeug kann eine Anschlageinrichtung aufweisen, über die das erste Stanzgitter und das zweite Stanzgitter zwischen der Düsenseite und der Auswerferseite ausgerichtet werden kann. Aufnahmedome können Befestigungspunkte sein, die Anlageflächen beziehungsweise Anschlagflächen für die Aufnahmen der Stromschienenverbünde bereitstellen. Die Aufnahmedome können beispielsweise zylindrisch sein. Die Aufnahmedome sind Bestandteil des Gehäuses für die Stromschienenstruktur. Abstandhalter können Teil der Stützstruktur sein. Ein Schütz kann ein Schalter für hohe elektrische Leistungen sein.
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Das Spritzgusswerkzeug kann zumindest eine Absperreinrichtung zum Absperren zumindest einer beim Umspritzen des ersten Stanzgitters oder des zweiten Stanzgitters auszusparenden Kavität des Spritzgusswerkzeugs aufweisen. Die Absperreinrichtung kann zwischen der auszusparenden Kavität und dem zu füllenden Formhohlraum angeordnet sein. Die erste Stützstruktur und/oder ein für die zweite Stützstruktur auszusparender Bereich des Spritzgusswerkzeugs kann unter Verwendung der Absperreinrichtung abgesperrt werden. Eine Absperreinrichtung kann beispielsweise ein austauschbarer Einsatz sein. Ebenso kann die Absperreinrichtung durch eine Betätigungseinrichtung zwischen einem sperrenden Zustand und einem durchgängigen Zustand geschaltet werden. Die Absperreinrichtung kann auch eine Tasteinrichtung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, zu ertasten, welches Stanzgitter in das Spritzgusswerkzeug eingelegt ist. Dazu können die Tasteinrichtung und die Absperreinrichtung beispielsweise federgelagert sein.
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Das Trennwerkzeug kann zumindest eine Abschalteinrichtung zum Abschalten zumindest einer in einem auszusparenden Bereich des ersten Stanzgitters und/oder des zweiten Stanzgitters angeordneten Trenneinrichtung aufweisen. In auszusparenden Bereichen des ersten Stanzgitters und/oder des zweiten Stanzgitters angeordnete Trenneinrichtungen des Trennwerkzeugs können unter Verwendung der Abschalteinrichtung abgeschaltet werden. Die Abschalteinrichtung kann unter Verwendung einer Tasteinrichtung aktiviert oder deaktiviert werden. Die Tasteinrichtung kann dazu ausgebildet sein, zu ertasten, welches teilumspritzte Stanzgitter in das Trennwerkzeug eingelegt ist.
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Das Verfahren kann einen Schritt des Umformens aufweisen, in dem die Stanzgitter teilweise quer zu einer Ebene des Blechs umgeformt werden, um räumliche Stanzgitter zu erhalten. Durch das Umformen können die Stanzgitter an eine Kontur eines Gehäuses angepasst werden. Dadurch können bei allen Stromschienen auch die Luft- und Kriechstrecken zum Gehäuse und/oder zum andern Stromschienenverbund eingehalten werden.
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Das erste Stanzgitter und das zweite Stanzgitter können mit zumindest zwei übereinstimmenden Aufnahmen zum Aufnehmen eines Aufnahmedoms gestanzt werden. Das Trennwerkzeug kann entsprechende Aufnahmeeinrichtungen für die Aufnahmen aufweisen. Das erste Stanzgitter und das zweite Stanzgitter können unter Verwendung der Aufnahmen und Aufnahmeeinrichtungen an dem Trennwerkzeug ausgerichtet werden. Die Aufnahmen können im Spritzgusswerkzeug mit dem Kunststoffmaterial mit Hülsen umspritzt werden, um die Aufnahmen elektrisch zu isolieren. An den Hülsen der isolierten Aufnahmen kann das jeweilige Stanzgitter schnell und genau im Trennwerkzeug ausgerichtet werden.
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Das Spritzgusswerkzeug kann ebenfalls Aufnahmeeinrichtungen für die Aufnahmen aufweisen. Das erste Stanzgitter und das zweite Stanzgitter können unter Verwendung der Aufnahmen und der Aufnahmeeinrichtungen an dem Spritzgusswerkzeug ausgerichtet werden. Die Aufnahmeeinrichtungen können beweglich sein. Beispielsweise können die Aufnahmeeinrichtungen federgelagert sein und beim Schließen des Spritzgusswerkzeugs Einfedern, um die Aufnahmen zum Anspritzen der Hülsen freizugeben. Beim Öffnen des Spritzgusswerkzeugs können die Aufnahmen wieder ausfedern und das teilumspritzte Stanzgitter auswerfen.
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Im Schritt des Verbindens kann in einem Unterschritt des Einschraubens je eine Schraube in zwei Innengewinde eines Schützes eingeschraubt werden, bis ein Abstandhalter der Schraube einen Abstand zwischen einer Kontaktfläche des Schützes und einer Anlagefläche eines Schraubenkopfs der Schraube definiert. In einem Unterschritt des Aufschiebens kann je eine Spannklammer, die einen Träger mit einer Keilstruktur und ein relativ zu dem Träger in einer Keilrichtung der Keilstruktur zwischen einer Transportposition und einer Spannposition bewegliches Schiebeelement aufweist auf zwei Stromschienen der Stromschienenverbünde aufgeschoben werden, bis Trägerschlitze der Träger an Aufnahmeschlitzen der Stromschienen ausgerichtet sind. In einem Unterschritt des Einführens können die Schrauben in die Aufnahmeschlitze eingeführt werden, sodass die Stromschienen an den Kontaktflächen des Schützes anliegen und die Spannklammern zwischen den Anlageflächen der Schrauben und den Stromschienen angeordnet sind. In einem Unterschritt des Bewegens können die Schiebeelemente aus der Transportposition in der in die Spannposition bewegt werden, um die Stromschienen auf die Kontaktflächen zu pressen. Im Schritt des Verbindens kann der zumindest eine Schütz mechanisch und elektrisch verbunden werden. Die Befestigungspunkte des Schützes stellen dabei die mechanische Verbindung her und fixieren die Stanzgitterstruktur an ihrem vorgesehenen Platz. Während des Aufsetzens der Befestigungspunkte auf die Aufnahmedome werden die vormontierten Schrauben in die mit den Spannklammern vormontierten Aufnahmeschlitze aus einer einheitlichen Montagerichtung eingeführt. Anschließend werden die Befestigungspunkte verschraubt und die Spannklammern gespannt. Dadurch kann ein sicherer mechanischer und elektrischer Anschluss des Schützes erreicht werden.
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Es kann zumindest ein einteilig zusammenhängendes, von dem ersten Stanzgitter und dem zweiten Stanzgitter verschiedenes drittes Stanzgitter aus einem ebenen, elektrisch leitenden Blech unter Verwendung eines dritten Stanzwerkzeugs gestanzt werden. Das dritte Stanzgitter kann zumindest zwei Stromschienen zum Übertragen von elektrischen Leistungen im Hochvoltbereichumfassen. Die Stromschienen können über zumindest einen Doppelsteg aus zwei durch einen Zwischenraum beabstandeten Stegen miteinander verbunden sein. An den Doppelsteg des dritten Stanzgitters kann ein elektrisch isolierendes Kunststoffmaterial unter Verwendung des gleichen Spritzgusswerkzeugs angespritzt werden.
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Das dritte Stanzgitter kann nach dem ersten Stanzgitter und dem zweiten Stanzgitter an den Kavitäten des Spritzgusswerkzeugs ausgerichtet werden und das Kunststoffmaterial zumindest in den Zwischenraum zwischen den Stegen gespritzt werden. Der Doppelsteg des dritten Stanzgitters kann durch Stanzen von elektrisch isolierenden Lücken in die Stege unter Verwendung des gleichen Trennwerkzeugs getrennt werden. Das dritte Stanzgitter kann im Trennwerkzeug nach dem ersten Stanzgitter und dem zweiten Stanzgitter an dem Trennbild des Trennwerkzeugs ausgerichtet werden. Das Kunststoffmaterial wird dabei nicht getrennt. Die Stromschienenstruktur kann mehr als zwei Lagen umfassen. Für eine vergrößerte Anzahl Ebenen sind verlängerte Aufnahmedome erforderlich.
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Figurenliste
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Nachfolgend wird ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Darstellung eines ersten Stanzgitters und eines zweiten Stanzgitters gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 eine Darstellung eines teilumspritzten ersten Stanzgitters und eines teilumspritzten zweiten Stanzgitters gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 3 eine Darstellung eines ersten Stromschienenverbunds und eines zweiten Stromschienenverbunds gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 4 eine Darstellung eines Herstellungsablaufs einer räumlichen Stromschienenstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 5 eine Detaildarstellung einer räumlichen Stromschienenstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 6 und 7 Darstellungen einer Düsenseite und einer Auswerferseite eines Spritzgusswerkzeugs zum Herstellen einer Stützstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
- 8 eine Darstellung eines Trennwerkzeugs zum Herstellen eines Stromschienenverbunds gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen und dienen nur der Erläuterung der Erfindung. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind durchgängig mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Detaillierte Beschreibung
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Der hier vorgestellte Ansatz kann zur automatisierbaren Fertigung einer Batterieanschlussbox (battery juncton box, BJB) verwendet werden. Die Batterieanschlussbox kann auch als Schaltgerätebox bezeichnet werden.
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Schaltgeräteboxen nehmen eine Vielzahl von Elektrikkomponenten auf, die elektrisch verbunden werden müssen. In Schaltgeräteboxen sind Komponenten, wie beispielsweise Schütze, Stromschienen, Sicherungen und Widerstände angeordnet. Für hochstromfähige Verbindungen haben sich Stromschienen aus Kupfer- oder Aluminiumblech bewährt. Durch die unterschiedlichen Geometrien der Bauteile ergeben sich jeweils unterschiedliche Montage- und Schraubrichtungen. Die Vielzahl der Einzelteile und die Enge des Bauraums erschweren eine automatisierte Montage.
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Bisher werden die elektrischen Verbindungen der Komponenten mit einzelnen Stromschienen hergestellt, die einzeln aus Flach- bzw. Blechmaterial hergestellt werden. Weil die Zugänglichkeit der Schraubpunkte innerhalb des Gehäuses nicht immer gegeben ist, können Vormontagebaugruppen gebildet werden, die dann beispielsweise aus einem Schütz und seinen Stromschienen bestehen können.
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Beispielsweise können in einer Schaltgerätebox sieben Schütze angeordnet und elektrisch verbunden sein. In herkömmlicher Ausführung werden dafür 14 Stromschienen und drei Hochstromleitungen benötigt. Bei dem hier vorgestellten Ansatz kann die Anzahl der Einzelteile deutlich reduziert werden. Die 14 Stromschienen und drei Hochstromleitungen werden durch zwei Stromschienenverbünde plus zwei weitere Leiter ersetzt. Dadurch ergeben sich ein geringerer Montageaufwand und kürzere Montagezeiten. Die Fertigung kann automatisiert werden. Ein Logistikaufwand für Beschaffung, Transport und Lagerhaltung wird verringert. Zusätzlich werden weniger Werkzeuge benötigt. Ferner ergibt sich eine einfachere Datenpflege.
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Um den Aufwand und die Kosten für die Werkzeuge zur Herstellung der Stromschienenverbünde gering zu halten, sind die Stanzgitter so gestaltet, dass mit demselben Werkzeug sowohl die Plus- als auch die Minuslage der Stromschienenverbünde gefertigt werden kann. Dadurch werden weniger Werkzeuge benötigt und es entstehen geringere Rüstkosten.
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Zum leichteren Verständnis werden in der folgenden Beschreibung die Bezugszeichen zu den 1-8 als Referenz beibehalten.
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1 zeigt eine Darstellung eines ersten Stanzgitters 406a und eines zweiten Stanzgitters 406b gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Stanzgitter 406 sind aus je einem ebenen elektrisch leitenden Blech unter Verwendung eines ersten Stanzwerkzeugs und eines zweiten Stanzwerkzeugs ausgestanzt worden. Das hier dargestellte erste Stanzgitter 406a besteht aus neun metallischen Stromschienen 400 zum Leiten von großen elektrischen Stromflüssen und elektrischen Spannungen im Hochvoltbereich oberhalb von 400 Volt. Das hier dargestellte zweite Stanzgitter 406b weist vier Stromschienen 400 zum Leiten von großen elektrischen Stromflüssen und elektrischen Spannungen im Hochvoltbereich oberhalb von 400 Volt auf. Dazu weisen die Stromschienen 400 eine Materialstärke von etwa vier Millimetern auf. Die Stromschienen 400 sind jeweils so relativ zueinander angeordnet, wie sie auch an einem Einbauort eingebaut werden. Die Stromschienen 400 sind in diesen Positionen durch Doppelstege 408 fixiert. Jede Stromschiene 400 grenzt an mindestens einen Doppelsteg 408 an. Die meisten der Stromschienen 400 werden durch zwei oder mehr Doppelstege 408 in ihrer Position gehalten.
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Die Doppelstege 408 bestehen je aus zwei im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Stegen 410 und einem in der Regel länglichen Zwischenraum 412 zwischen den Stegen 410. Die Stege 410 unterschiedlicher Doppelstege 408 weisen jeweils im Wesentlichen den gleichen Abstand zueinander auf. Dadurch sind bei den Doppelstegen 408, bei denen der Abstand größer ist, als die Länge der Stege 410, die Zwischenräume 412 breiter als lang. Die Stege 410 der Doppelstege 408 sind auch unterschiedlich lang, wenn die verbundenen Kanten der Stromschienen 400 in einem Winkel zueinander verlaufen.
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Die Stanzgitter 406 weisen weiterhin im Wesentlichen übereinstimmende Aufnahmen 414 zum Aufnehmen von Aufnahmedomen auf. Die Aufnahmen 414 sind hier runde, durch das Blech der Stromschienen 400 gestanzte Durchgangslöcher. Die Stromschienen sind so gestaltet, dass ein Leitungsquerschnitt der jeweiligen Stromschiene 400 um die Aufnahme 414 herumgeführt ist. Alle im zweiten Stanzgitter 406b vorhandenen Aufnahmen 414 sind auch im ersten Stanzgitter 406a vorhanden. Umgekehrt sind nicht alle im ersten Stanzgitter 406a vorhandenen Aufnahmen 414 im zweiten Stanzgitter 406b vorhanden.
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Die Stanzgitter 406 sind hier bereits umgeformt dargestellt. Beim Umformen sind die Stanzgitter 406 durch einen Umformprozess zu räumlichen Stanzgittern 406 umgeformt worden. Insbesondere Anschlussbereiche der Stromschienen 400 sind quer zu einer Ebene des Blechs abgekantet. Zusätzlich sind Ebenensprünge beziehungsweise Parallelverschiebungen in die Stanzgitter 406 beziehungsweise die Stromschienen 400 eingebracht worden.
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Bei dem hier vorgestellten Ansatz werden mehrere Stromschienen 400 zu Stanzgittern 406 zusammengefasst. Beispielsweise können alle Plus- und alle Minusschienen zu jeweils einem Stanzgitter 406 zusammengefasst werden. Ebenso können Plus- und Minusschienen gemischt angeordnet sein. Die Stanzgitter 406 werden aus jeweils einem Blech hergestellt. Die Strombahnen beziehungsweise Stromschienen 400 sind innerhalb eines Stanzgitters 406 so angeordnet, dass sie „entflochten“ sind, also nebeneinander ohne Überschneidung liegen. Die Stanzgitter 406 werden gestanzt, indem nicht benötigtes Material zwischen den Leitern entfernt wird, jedoch noch Verbindungsstege stehen gelassen bleiben, dass sie noch einteilig zusammenhängen.
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Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Zusammenlegung in nur einer Ebene nicht möglich, da zu viele Anschlusspunkte miteinander verbunden werden müssen, sodass dies nicht ohne Kreuzungen möglich ist. Des Weiteren ist die zur Verfügung stehende Fläche begrenzt, sodass die elektrisch erforderlichen Querschnitte aufgrund der Breite der Blechstreifen nebeneinander nicht Platz hätten. Da sich die Plus- und Minuskomponenten in ihrer Lage unterscheiden, ergeben sich zwangsläufig unterschiedliche Geometrien der Stanzgitter 406. Bei dem hier vorgestellten Ansatz werden die Stanzgitter 406 mit einem möglichst geringen Werkzeugaufwand weiterverarbeitet.
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Selbstverständlich werden für unterschiedliche Stanzgeometrien unterschiedliche Werkzeuge benötigt, es sei denn, die Zuschnitte werden mit einem Nibbler oder mittels werkzeuglosen Trennverfahren, wie Laserschnitt oder Wasserstrahlschnitt gefertigt. Für die Großserie werden jedoch Stanz-Biegewerkzeuge verwendet. Hier sind beispielhaft jeweils ein Minuslayer und ein Pluslayer für die Stanzgitterherstellung dargestellt. Trotz stark unterschiedlicher Geometrie gibt es Teilbereiche, die jeweils übereinstimmen.
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2 zeigt eine Darstellung eines teilumspritzten ersten Stanzgitters 406a und eines teilumspritzten zweiten Stanzgitters 406b gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Stanzgitter 406 entsprechen im Wesentlichen den Stanzgittern in 1. Die Stanzgitter 406 sind mit einer Stützstruktur 416 teilumspritzt. Die Stützstruktur 416 besteht aus in die Zwischenräume zwischen den Stegen der Doppelstege 408 eingespritztem, elektrisch isolierendem Kunststoffmaterial. Die Stützstrukturen 416 sind über die Zwischenräume hinaus über eine Oberfläche der Stanzgitter 406 verlängert angespritzt worden und verbinden die einzelnen Zwischenräume eines Stanzgitters 406 miteinander. In den Aufnahmen 414 ist die Stützstruktur 416 als geschlossen ringförmig umlaufende Hülse 420 ausgebildet. Die Hülse 420 isoliert die Stromschienen 400 in verbautem Zustand gegen die Aufnahmedome.
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Die dargestellten großen Löcher sind Befestigungspunkte für Schütze. Diese Befestigungspunkte haben bei beiden Stanzgittern 406 die gleichen Koordinaten, da die Stanzgitter 406 an diesen Punkten im Druckgussgehäuse der Schaltgerätebox zusammen mit den Schützen befestigt werden. Um die Stanzgitter 406 gegeneinander und zum Gehäuse hin zu isolieren, ist die Hinterspritzung so ausgeführt, dass eine Kunststoffhülse entsteht, die den Lochrand des Blechteils umlaufend abdeckt.
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3 zeigt eine Darstellung eines ersten Stromschienenverbunds 800a und eines zweiten Stromschienenverbunds 800b gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die fertigen Stromschienenverbünde 800 entsprechen im Wesentlichen den Stanzgittern in 2. Zusätzlich sind hier in die elektrisch leitenden Stege der Doppelstege der Stanzgitter 406 elektrisch isolierende Lücken 424 gestanzt. Die Stützstrukturen 416 sind beim Trennen der Stege nicht getrennt worden. Durch die Lücken 424 sind die Stromschienen 400 elektrisch voneinander isoliert, während die Stützstrukturen 416 die Stromschienen 400 zueinander in den Relativpositionen halten.
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4 zeigt eine Darstellung eines Herstellungsablaufs einer räumlichen Stromschienenstruktur 1000 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Stromschienenstruktur 1000 wird hier in einen Teil eines Gehäuses 1002 einer Schaltgerätebox eingebaut. Zum Aufnehmen der Stromschienenstruktur 1000 weist das Gehäuse 1002 Aufnahmedome 1004 auf. Das Gehäuse 1002 ist ein metallisches Gussteil. Die Aufnahmedome 1004 sind an das Gehäuse 1002 angegossen. Die Aufnahmedome 1004 sind gleichzeitig Befestigungspunkte für Komponenten einer elektrischen Schaltung. Die meisten Aufnahmedome 1004 sind Befestigungspunkte für Schütze 100 der elektrischen Schaltung. Die elektrischen Leiter zwischen den Komponenten der Schaltung sind durch die Stromschienenstruktur 1000 abgebildet.
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Die Stromschienenstruktur 1000 besteht hier aus zwei Ebenen übereinander angeordneter Stromschienenverbünde 800, wie sie beispielsweise in 3 dargestellt sind. Zum Herstellen der Stromschienenstruktur 1000 wird ein erster Stromschienenverbund 800a auf die Aufnahmedome 1004 aufgeschoben. Die in die Aufnahmen der Stromschienen angespritzten Hülsen gleiten dabei auf die Aufnahmedome 1004 auf. Die angespritzten Abstandhalter definieren einen Abstand zwischen den Stromschienen und dem Gehäuse 1002. Über den ersten Stromschienenverbund 800a wird ein zweiter Stromschienenverbund 800b auf die Aufnahmedome 1004 aufgeschoben. Dabei bleiben einige Aufnahmedome 1004 unbenutzt. Auch hier isolieren die Hülsen die Stromschienen von den Aufnahmedomen 1004. Die Abstandhalter stellen jedoch einen Abstand zu den Stromschienen des ersten Stromschienenverbunds 800a ein. Die beiden Stromschienenverbünde 800 bilden in aufgeschobenem Zustand die zwei im Wesentlichen parallel zueinander liegenden Ebenen der Stromschienenstruktur 1000 aus. Nachdem die beiden Stromschienenverbünde 800 aufgeschoben sind, werden die Schütze 100 mit den Aufnahmedomen 1004 verschraubt und fixieren so gleichzeitig die Stromschienenstruktur 1000.
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Anschlussbereiche des ersten Stromschienenverbunds 800a durchdringen teilweise Lücken des zweiten Stromschienenverbunds 800b. Mit diesen Anschlussbereichen und Anschlussbereichen des zweiten Stromschienenverbunds 800b werden die Schütze 100 beziehungsweise weitere Komponenten elektrisch leitend verbunden.
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In einem Ausführungsbeispiel sind in Kontaktflächen der Schütze 100 Schrauben mit einem Abstandhalter eingeschraubt worden, bevor die Schütze 100 auf die Aufnahmedome 1004 geschraubt worden sind. Jeder Schütz 100 ist dabei mit zwei Schrauben vormontiert worden. Die Anschlussbereiche der Stromschienen weisen je eine Kontaktkontur auf, auf die eine Spannklammer aufgeschoben ist. Die Kontaktkontur weist einen nach oben offenen Aufnahmeschlitz auf. Die Spannklammer ist zu dem Aufnahmeschlitz ausgerichtet. Beim Aufsetzen der Schütze 100 ist je eine Schraube in je einen Aufnahmeschlitz eingeschoben worden, sodass ein Schraubenkopf der Schraube auf einer der Kontaktfläche gegenüberliegenden Seite der Stromschiene angeordnet ist, und sich die Spannklammer zwischen dem Schraubenkopf und der Stromschiene befindet.
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Zum Kontaktieren der Schütze 100 werden Schiebeelemente der Spannklammern über Keilstrukturen der Spannklammern unter die Schraubenköpfe bewegt. Durch die Keilstrukturen verdicken sich die Spannklammern beim Bewegen der Schiebeelemente und stützen sich jeweils auf den Stromschienen und an den Schraubenköpfen ab. Dabei werden die Stromschienen auf die Kontaktflächen gepresst, wodurch der elektrisch leitende Kontakt zu dem jeweiligen Schütz 100 hergestellt wird.
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5 zeigt eine Detaildarstellung einer räumlichen Stromschienenstruktur 1000 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Stromschienenstruktur 1000 entspricht dabei im Wesentlichen der Stromschienenstruktur in 4. Zwei Aufnahmedome 1004 des Gehäuses 1002 sind hier geschnitten dargestellt. Die Aufnahmedome 1004 sind durch Rippen 1006 von einer Außenwand des Gehäuses 1002 beabstandet. Die Rippen 1006 bilden am Übergang zu den Aufnahmedomen 1004 je eine ringförmig umlaufende Anschlagfläche 1008 aus. Auf den Anschlagflächen 1008 liegen die Hülsen 420 des ersten Stromschienenverbunds 800a auf. Die Hülsen 420 stellen die erforderlichen Luft- und Kriechstrecken zum elektrischen isolieren der Stromschienen 400 des ersten Stromschienenverbunds 800a sicher. Die Hülsen 420 umschließen die Aufnahmedome 1004 ringförmig und zentrieren den ersten Stromschienenverbund 800a auf den Aufnahmedomen 1004. Die an die Hülsen 420 anschließenden Abstandhalter 422 bilden Anschlagflächen für die Hülsen 420 des zweiten Stromschienenverbunds 800b. Die Hülsen 420 stellen die erforderlichen Luft- und Kriechstrecken zum elektrischen isolieren der Stromschienen 400 des ersten Stromschienenverbunds 800a von den Stromschienen 400 des zweiten Stromschienenverbunds 800a sicher. Die Hülsen 420 umschließen die Aufnahmedome 1004 ringförmig und zentrieren den zweiten Stromschienenverbund 800a auf den Aufnahmedomen 1004. Die an die Hülsen 420 anschließenden Abstandhalter 422 schließen bündig mit den Aufnahmedomen 1004 ab. Befestigungspunkte 108 der Schütze 100 liegen auf den Abstandhaltern 422 und den Aufnahmedomen 1004 auf und halten die Stromschienenverbünde 800 auf den Aufnahmedomen 1004 fest. Die Befestigungspunkte 108 sind mit Schrauben in Innengewinden der Aufnahmedome 1004 verschraubt.
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Die Stanzgitter 406 werden an den angespritzten Hülsen 420 auf die Dome für die Schützbefestigung aufgefädelt. Das Plus-Stanzgitter 406a stützt sich in einem Ausführungsbeispiel an Rippen 1006 der Dome ab und zentriert sich an den Domen. Das Minus-Stanzgitter 406b stützt sich hier an den Hülsen 420 des Plusstanzgitters ab und zentriert sich auch an den Domen. Verschraubt wird erst durch die Befestigung der Schütze 100. Ein Z-Toleranzausgleich ist über hier nicht dargestellte Quetschrippen der Hülsen 420 möglich.
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6 und 7 zeigen Darstellungen einer Düsenseite 902 und einer Auswerferseite 908 eines Spritzgusswerkzeugs 900 zum Herstellen einer Stützstruktur 416 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Spritzgusswerkzeug 900 ist dazu ausgebildet, die Stützstruktur 416 an ein erstes Stanzgitter 406a und ein zweites Stanzgitter 406b anzuspritzen. Das Spritzgusswerkzeug 900 und die Stanzgitter 406 bilden dabei ein Spritzgusssystem, bei dem ein erster Anteil eines die Stützstruktur 416 abbildendenden Formhohlraums 904 in Kavitäten 906 des Spritzgusswerkzeugs 900 abgebildet ist. Ein erster zweiter Anteil des Formhohlraums 904 ist durch das erste Stanzgitter 406a abgebildet. Ein zweiter zweiter Anteil des Formhohlraums 904 ist durch das zweite Stanzgitter 406a abgebildet. Hier sind die zweiten Anteile durch die Zwischenräume zwischen den Stegen der Doppelstege und Ringspalte um die Aufnahmen abgebildet. Dabei wird der Formhohlraum 904 erst durch ein Zusammenfahren der Düsenseite 902 und der Auswerferseite 908 des Spritzgusswerkzeugs 900 gegen das jeweilig eingelegte Stanzgitter 406 geschlossen. Die Düsenseite 902 und die Auswerferseite 908 dichten beim Schließen an gegenüberliegenden Oberflächen der Stanzgitter 406 ab. Dabei sind die Stanzgitter 406 zwischen der Düsenseite 902 und der Auswerferseite 908 angeordnet und bestimmen eine Spaltweite zwischen der Düsenseite 902 und der Auswerferseite 908 durch die Materialstärken der Stanzgitter 406.
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Die Kavitäten 906 des Spritzgusswerkzeugs 900 sind hier zu einem großen Teil in der Düsenseite 902 angeordnet. Die Kavitäten 906 der Düsenseite 902 bilden die Rippen und Abstandhalter ab. Die Hülsen um die Aufnahmen sind in der Auswerferseite 908 abgebildet.
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Hier sind alle Kavitäten 906 des Spritzgusswerkzeugs 900 verschlossen, wenn das erste Stanzgitter 406a eingelegt ist. Wenn das zweite Stanzgitter 406b eingelegt ist, sind einige Kavitäten 906 des Spritzgusswerkzeugs 900 unverschlossen. Damit beim Anspritzen kein Kunststoffmaterial austritt, weist die Düsenseite 902 hier Absperreinrichtungen 910 auf. Die Absperreinrichtungen 910 sperren die jeweils unverschlossenen Kavitäten 906 ab. Insbesondere sind die Absperreinrichtungen 910 in Kavitäten 906 für Rippen angeordnet, da die Kavitäten 906 für die Rippen als Kanäle zum Verteilen des Kunststoffmaterials dienen. Die Stanzgitter 406 können beispielsweise über Anschläge an dem Spritzgusswerkzeug ausgerichtet werden. Dabei können die Anschläge für das erste Stanzgitter 406a und das zweite Stanzgitter 406b verwendet werden.
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Bei der hier vorgestellten Gestaltung der Blechteile kann die Hinterspritzung mit nur einem Spritzgusswerkzeug 900 ausgeführt werden. Dazu werden lediglich zum Anspritzen der Minusseite vier Kavitäten 906 durch Einsätze gesperrt. Die restliche Geometrie des Kunststoffteils ist identisch. Das heißt, es wird nur ein einziges Spritzgusswerkzeug 900 benötigt.
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8 zeigt eine Darstellung eines Trennwerkzeugs 1100 zum Herstellen von Stromschienenverbünden 800 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Trennwerkzeug 1100 ist dazu ausgebildet, aus teilumspritzten Stanzgittern 406 elektrisch isolierte Stromschienenverbünde 800 herzustellen. Dazu werden jeweils Lücken in die Stege der Doppelstege gestanzt. Die Lücken werden durch Trenneinrichtungen 1102 gestanzt. Die Trenneinrichtungen sind Stempelpaare, die in korrespondierende Lochpaare 1104 des Trennwerkzeugs 1100 eintauchen. Hier ist nur eine Lochseite 1106 des Trennwerkzeugs 1100 dargestellt. Die Stempelpaare sind in einer hier nicht dargestellten Stempelseite des Trennwerkzeugs 1100 gelagert.
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Beim Trennen bleibt zwischen zwei Lücken immer die Stützstruktur erhalten. Die Stützstruktur positioniert die dann elektrisch voneinander isolierten Stromschienen der Stromschienenverbünde zueinander.
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Da die Stützstruktur des ersten Stanzgitters 406a und des zweiten Stanzgitters 406b unter Verwendung des gleichen Spritzgusswerkzeugs hergestellt wird, werden auch der erste Stromschienenverbund 800a und der zweite Stromschienenverbund 800b unter Verwendung des gleichen Trennwerkzeugs 1100 getrennt. Das Trennwerkzeug kann Aufnahmeeinrichtungen für die Aufnahmen aufweisen. Das erste Stanzgitter und das zweite Stanzgitter können vor dem Trennen unter Verwendung der Aufnahmen an dem Trennwerkzeug ausgerichtet werden.
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In einem Ausführungsbeispiel werden zum Trennen unabhängig, ob das erste Stanzgitter 406a oder das zweite Stanzgitter 406b eingelegt ist, alle Trenneinrichtungen 1102 betätigt. Dabei werden in Stromschienen auch Lücken gestanzt, die keine Funktion aufweisen. Die betroffenen Stromschienen weisen dazu eine angepasste Geometrie auf, um den Leitungsquerschnitt auch mit gestanzten Lücken sicherzustellen.
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In einem Ausführungsbeispiel weist das Trennwerkzeug 1100 eine Abschalteinrichtung auf, die zumindest die in auszusparenden Bereichen des jeweiligen Stanzgitters 406 angeordneten Trenneinrichtungen 1102 deaktiviert.
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Mit anderen Worten zeigen 6 bis 8 einen Ansatz, um Stanzgitter 406 für die automatisierbare Fertigung kostengünstig herzustellen.
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Der nächste Schritt bei der Herstellung ist nach dem Hinterspritzen das Vereinzeln der Stromverbinder. Damit ist das Durchtrennen der Verbindungsstege gemeint, wobei so große Abstände zwischen den metallischen Einzelteilen erzielt werden, dass die geforderten Luft- und Kriechstrecken eingehalten werden. Dies kann auch wieder mit nur einem Stanzwerkzeug 1100 durchgeführt werden, weil im hier vorgestellten Konzept die Verbindungsstege so gelegt sind, dass sie sich in Teilbereichen zwischen der Plus- und der Minuslage nicht unterscheiden. In der Abbildung ist ein Stanzwerkzeug 1100 mit Schneidplatte und Schnittstempeln vereinfacht dargestellt. Das Werkzeug für den Pluslayer ist identisch mit dem für den Minuslayer.
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Da es sich bei der vorhergehend detailliert beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren um Ausführungsbeispiele handelt, können sie in üblicher Weise vom Fachmann in einem weiten Umfang modifiziert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind die mechanischen Anordnungen und die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander lediglich beispielhaft
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Schütz
- 108
- Befestigungspunkt
- 400
- Stromschiene
- 406
- Stanzgitter
- 406a
- erstes Stanzgitter
- 406b
- zweites Stanzgitter
- 408
- Doppelsteg
- 410
- Steg
- 412
- Zwischenraum
- 414
- Aufnahme
- 416
- Stützstruktur
- 420
- Hülse
- 422
- Abstandhalter
- 424
- Lücke
- 800
- Stromschienenverbund
- 800a
- erster Stromschienenverbund
- 800b
- zweiter Stromschienenverbund
- 900
- Spritzgusswerkzeug
- 902
- Düsenseite
- 904
- Formhohlraum
- 906
- Kavität
- 908
- Auswerferseite
- 910
- Absperreinrichtung
- 1000
- Stromschienenstruktur
- 1002
- Gehäuse
- 1004
- Aufnahmedom
- 1006
- Rippe
- 1008
- Anschlagfläche
- 1100
- Trennwerkzeug
- 1102
- Trenneinrichtung
- 1104
- Lochpaare
- 1106
- Lochseite
