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Gebiet der Erfindung
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich im Allgemeinen auf das Gebiet der Leistungselektronik und insbesondere auf eine Stromschiene und ein Leistungsmodul mit einer solchen.
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Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik
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Eine Stromschiene wird breit in elektrischen Leistungsmodulen wie z.B. einem Stromrichter oder einem Stromwandler zur Verbindung von Leistungselementen wie z.B. IGBTs, Gleichrichterdioden und ähnlichen oder zum Erzielen von Leistungsregelung wie z.B. in Invertern oder Frequenzwandlern angewendet.
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Die Stromschiene weist im Allgemeinen viele Verbindungsterminals wie z.B. Anschlussstifte, Anschlussfüßchen oder Anschlussbügel auf zum Verbinden an eine elektrische Vorrichtung wie z.B. einen Verbinder, eine Leiterplatte, ein direkt bondiertes Kupfersubstrat (DBC), ein IGBT, eine Gleichrichterdiode oder ähnliches. Um elektrischen Kriechstrom oder eine Entladung zu vermeiden, ist ein ausreichender Abstand und/oder eine Kriechstrecke zwischen benachbarten Verbindungsterminals, insbesondere in einer Umgebung höherer Spannung, erforderlich. Der Abstand zwischen benachbarten Verbindungsanschlüssen ist oft eingeschränkt und wegen strenger Anforderung für das Layout und die Raumgröße von Elementen nicht leicht anpassbar.
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Zusammenfassung
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Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um zumindest eines der vorstehend genannten und weitere Probleme und Defekte zu überwinden oder zu eliminieren.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Stromschiene und ein Leistungsmodul mit einer solchen bereitzustellen, um zumindest den eingeschränkten Abstand oder die Kriechstreckenproblematik zu lösen.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Ausführungsbeispiel eine Stromschiene bereit, welche aufweist: einen Isolierkörper; und einen Stromschienenleiter, welcher einen Leiterkörper aufweist, welcher teilweise durch den Isolierkörper eingehaust ist, und ein Verbindungsterminal, welches sich von dem Leiterkörper erstreckt und zur Verbindung an eine elektrische Vorrichtung ausgebildet ist, und ist ein Abschnitt des Verbindungsanschlusses durch eine Isolierstruktur umgeben.
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In einem Ausführungsbeispiel weist der Stromschienenleiter eine Vielzahl von Anschlussterminals auf, welche Seite an Seite in einem Abstand angeordnet sind, und zumindest einer der benachbarten Anschlussterminals ist teilweise durch die Isolierstruktur umgeben.
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In einem Ausführungsbeispiel weist jedes Verbindungsterminal einen Verbindungsendabschnitt zum Verbinden der elektrischen Vorrichtung auf, und die Isolierstruktur ist um alle anderen Abschnitte des Verbindungsanschlusses außer dem Verbindungsendabschnitt gewickelt.
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In einem Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Isolierstruktur integral von dem Isolierkörper entlang eines Weges von dem Leiterkörper zu dem Verbindungsendabschnitt.
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In einem Ausführungsbeispiel ist die Isolierstruktur in Form einer Hülse gebildet.
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In einem Ausführungsbeispiel weist der Stromschienenleiter einen ersten Sub-Stromschienenleiter und einen zweiten Sub-Stromschienenleiter auf, welche einander überlappen, der Isolierkörper weist eine erste isolierende Schicht, welche an einer Oberfläche des ersten Sub-Stromschienenleiters vorgesehen ist, welche von dem zweiten Sub-Stromschienenleiter wegweist, eine zweite isolierende Schicht, welche zwischen dem ersten Sub-Stromschienenleiter und dem zweiten Sub-Stromschienenleiter angeordnet ist, und eine dritte isolierende Schicht auf, welche an einer Oberfläche des zweiten Sub-Sstromschienenleiters angeordnet ist, welche von dem ersten Stromschienenleiter wegweist, wobei die erste, zweite und die dritte isolierende Schicht so angeordnet sind, dass sie den ersten Sub-Stromschienenleiter von dem zweiten Sub-Stromschienenleiter elektrisch isolieren, und die Isolierstruktur ist durch zumindest eine der ersten, zweiten und dritten isolierenden Schichten ausgebildet.
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In einem Ausführungsbeispiel ist einer der Stromschienenleiter erster Stromschienenleiter und zweiter Stromschienenleiter ein positiver Gleichstromstromschienenleiter, und der andere ist ein negativer Wechselstromstromschienenleiter.
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In einem Ausführungsbeispiel weist der erste Sub-Stromschienenleiter eine Vielzahl von ersten Verbindungsterminals auf, weist der zweite Sub-Stromschienenleiter eine Vielzahl von zweiten Verbindungsterminals auf, sind die ersten Verbindungsterminals und die Vielzahl von zweiten Verbindungsterminals abwechselnd an derselben Seite der Stromschiene angeordnet, und ist zumindest einer des einen ersten Verbindungsterminals und des einen zweiten Verbindungsterminals, welche benachbart zueinander sind, teilweise durch die Isolierstruktur umwickelt.
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In einem Ausführungsbeispiel weist die Stromschiene des Weiteren einen dritten Sub-Stromschienenleiter auf, welcher so angeordnet ist, dass er den ersten Sub-Stromschienenleiter und den zweiten Sub-Stromschienenleiter überlappt und elektrisch isoliert von diesen ist, wobei der dritte Sub-Stromschienenleiter eine Vielzahl von dritten Verbindungsterminals aufweist, weist der erste Sub-Stromschienenleiter eine Vielzahl von ersten Verbindungsterminals auf, welche an einer ersten Seite der Stromschiene angeordnet sind, weist der zweite Sub-Stromschienenleiter eine Vielzahl von zweiten Verbindungsterminals auf, welche an einer zweiten Seite der Stromschiene angeordnet ist, welche verschieden von der ersten Seite ist, sind einige der Vielzahl der dritten Verbindungsterminals an der ersten Seite angeordnet, so dass diese sich mit den ersten Verbindungsterminals abwechseln, oder an der zweiten Seite angeordnet sind, so dass sie mit den zweiten Verbindungsterminals (131) sich abwechseln; und ist zumindest einer des einen ersten oder zweiten Verbindungsterminals und des einen dritten Verbindungsterminals, welche benachbart zueinander sind, teilweise durch die Isolierstruktur umwickelt.
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In einem Ausführungsbeispiel ist der dritte Substromschienenleiter ein Wechselstromstromschienenleiter.
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In einem Ausführungsbeispiel weist zumindest eine der ersten, zweiten und dritten isolierenden Schichten einen Abschnitt auf, welcher zwischen der isolierenden Struktur und dem dritten Verbindungsterminal angeordnet ist, welche benachbart zueinander angeordnet sind.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Ausführungsbeispiel des Weiteren ein Leistungsmodul mit der Stromschiene dar, welche in irgendeinem der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben ist.
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In einem Ausführungsbeispiel weist das Leistungsmodul des Weiteren ein Gehäuse, welches ein isolierendes Gehäuse sein kann, und eine Verbindungsoberfläche auf, ist die Stromschiene in dem Gehäuse derart aufgenommen, dass einige der Verbindungsterminals mit der Verbindungsoberfläche verbunden sind, und ist ein Softgelmaterial in einer Höhe von der Schweißoberfläche bis zur einem unteren Ende der Isolierstruktur in das Isoliergehäuse eingefüllt. Die Verbindungsoberfläche kann eine Leiterplatte (PCB), ein direkt kupferbondiertes Substrat (DBC) oder andere im technischen Gebiet bekannte Substrate aufweisen. Die Verbindung von einem oder mehreren der Verbindungsterminals mit der Verbindungsoberfläche kann durch Schweißen (einschließlich Ultraschallschweißen), Hartlöten, Löten, Sintern oder durch andere Verbindungstechnologien erfolgen, welche im technischen Gebiet bekannt sind.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Ausführungsbeispiel ein Verfahren zum Herstellen einer Stromschiene bereit, welches aufweist:
- Bereitstellen einer ersten isolierenden Lage mit einem vorstehenden Abschnitt, welcher sich nach außen von einer Seite davon erstreckt;
- Bereitstellen einer Stromschienenleiterlage mit einem geformten Verbindungsterminal, welches sich von einer Seite davon nach außen erstreckt;
- Anordnen der Isolierlage und der Stromschienenleiterlage mit dem geformten Verbindungsterminal in einem Werkzeug derart, dass die Stromschienenleiterlage an einer oberen Oberfläche der ersten Isolierlage angeordnet ist und der erste vorstehende Abschnitt so ausgebildet ist, dass er zumindest einen Teil des Verbindungsterminals von unten abdeckt;
- Anordnen einer zweiten Isolierlage mit einem zweiten vorstehenden Abschnitt, welcher sich nach außen von einer Seite an einer oberen Oberfläche der Stromschienenleiterlage derart erstreckt, dass die zweite Isolierlage, die Stromschienenleiterlage und die erste Isolierlage in eine Sandwichanordnung gestapelt sind und der zweite vorstehende Abschnitt so ausgebildet ist, dass er zumindest den Teil des Verbindungsterminals von oben abdeckt; und
- Verbinden der zweiten Isolierlage, der Stromschienenleiterlage und der ersten Isolierlage miteinander derart, dass der erste vorstehende Abschnitt und der zweite vorstehende Abschnitt miteinander verbunden sind, so dass eine Isolierstruktur gebildet wird, welche um den Abschnitt des Verbindungsterminals herumgewickelt ist.
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In einem Ausführungsbeispiel ist die Isolierstruktur in eine Hülse geformt, welche teilweise das Verbindungsterminal umgibt, wobei ein freies Ende des Verbindungsterminals freiliegt.
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In einem Ausführungsbeispiel weist die Stromschienenleiterlage eine Vielzahl von Verbindungsterminals auf, welche Seite an Seite in einem Abstand angeordnet sind, und ist zumindest eines der zwei benachbarten Verbindungsterminals teilweise durch die Isolierstruktur umgeben.
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In einem Ausführungsbeispiel weist das Verbinden der zweiten Isolierlage, der Stromschienenleiterlage und der ersten Isolierlage miteinander auf: Anlegen eines Druckes und/oder einer erhöhten Temperatur an die Sandwichanordnung.
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Figurenliste
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Die obigen und weitere Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden deutlicher durch detailliertes Beschreiben von deren Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, in welchen:
- 1A eine perspektivische Ansicht ist, welche schematisch eine Struktur einer Stromschiene gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 1B eine teilweise vergrößerte Ansicht ist, welche schematisch einen Abschnitt der Stromschiene zeigt, welche durch einen in 1A gezeigten gestrichelten Kreis angedeutet ist;
- 1C ein schematisches Diagramm ist, welches eine Struktur eines Verbindungsterminals einer Stromschiene gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 2A eine perspektivische Ansicht ist, welche schematisch eine Anordnung eines Leistungsmoduls zeigt, welches mit einer Stromschiene gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung versehen ist;
- 2B ist eine Draufsicht, welche schematisch das Leistungsmodul zeigt, welches in 2A dargestellt ist;
- 2C ist eine entlang einer Linie C-C' vorgenommene, in 2b gezeigte Teilschnittansicht, welche schematisch einen Abschnitt des Leistungsmoduls zeigt;
- 3 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Zusammenbau oder zur Herstellung einer Stromschiene gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
- 4A bis 4E sind strukturelle perspektivische Ansichten, welche schematisch die Schritte des Verfahrens, welches jeweils in 3 gezeigt ist, zeigen.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Technische Lösungen der vorliegenden Erfindung werden nun im Detail in Kombination mit Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. In der Beschreibung beziehen sich dieselben oder ähnliche Bezugsziffern auf dieselben oder ähnliche Elemente. Die nachfolgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, welche unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erfolgen, ist dafür vorgesehen, die allgemeinen erfinderischen Konzepte der vorliegenden Erfindung zu illustrieren, und sollen nicht als beschränkend für die vorliegende Erfindung angesehen werden.
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Gemäß einem allgemeinen erfinderischen Konzept der vorliegenden Erfindung ist eine Stromschiene vorgesehen, welche ein Verbindungsterminal, welches zur Verbindung an eine elektrische Vorrichtung ausgebildet ist, und eine Isolierstruktur aufweist, welche um einen Abschnitt des Verbindungsterminals herumgewickelt ist oder diesen umgibt, wodurch ein Kriechabstand zwischen benachbarten Verbindungsterminals vergrößert werden kann.
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In der nachfolgenden detaillierten Beschreibung sind aus Gründen der Erklärung zahlreiche spezifische Details ausgeführt, um ein sorgfältiges Verstehen der offenbarten Ausführungsbeispiele bereitzustellen. Es versteht sich jedoch, dass das eine oder andere Ausführungsbeispiel auch ohne diese spezifischen Details in die Praxis umgesetzt werden kann. In anderen Fällen sind bekannte Strukturen und Vorrichtungen schematisch gezeigt, um die Zeichnungen zu vereinfachen.
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1A ist eine perspektivische Ansicht, welche schematisch eine Struktur einer Stromschiene 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, und 1B ist eine teilweise vergrößerte Ansicht, welche schematisch einen Abschnitt der Stromschiene zeigt, welche durch einen gestrichelten Kreis angedeutet ist, welcher in 1A gezeigt ist. Wie gezeigt, weist die Stromschiene 100 einen isolierenden Körper 110 und einen Stromschienenleiter 120, 130, 140, wobei der Stromschienenleiter einen Leiterkörper aufweist, welcher z.B. im Allgemeinen eine lagenartige oder folienartige Form hat und teilweise durch den isolierenden Körper 110 eingehaust ist, und eine Vielzahl von Anschlusselementen 121, 131, 141 auf, welche Seite an Seite in einem Abstand angeordnet sind. Der Verbindungsanschluss erstreckt sich von dem Leiterkörper aus und ist zur Verbindung an eine elektrische Vorrichtung wie z.B. ein Verbinder, eine Leiterplatte, ein IGBT, eine Gleichrichterdiode oder ähnliches ausgebildet. In einigen Ausführungsbeispielen kann das Verbindungsterminal ein Anschlussbügel, ein Anschlussfuß, Anschlussstifte oder ähnliches sein.
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Bei einer konventionellen Stromschiene sind die Verbindungsterminals im Allgemeinen vom isolierenden Körper freiliegend, um somit elektrischen Kriechstrom oder Entladung zwischen den Verbindungsterminals bei unterschiedlichen elektrischen Potentialen zu vermeiden, muss ein ausreichender physikalischer oder räumlicher Abstand zwischen benachbarten Verbindungsterminals vorgesehen sein, um den Abstand/Kriechabstand zwischen ihnen, insbesondere bei einer Hochvoltumgebung, sicherzustellen. Der Abstand zwischen benachbarten Verbindungsterminals ist oft beschränkt und kann wegen strikter Anforderungen für das Layout und die räumlichen Abmessungen der Elemente nicht leicht angepasst werden. In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie es in 1A und 1B gezeigt ist, ist eine isolierende Struktur 101 um einen Abschnitt von zumindest einem oder zwei benachbarten Verbindungselementen herumgewickelt oder gekapselt, wobei die Terminals während des Betriebes unterschiedliche elektrische Potentiale haben können, wodurch verhindert wird, dass ein elektrischer Kriechstrom oder eine Entladung zwischen benachbarten Verbindungsterminals auftritt.
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Durch das Versehen der Stromschiene mit der Isolierstruktur zwischen benachbarten Verbindungsterminals können Abstands- bzw. Kriechabstandsprobleme, welche insbesondere bei hohen Spannungen auftreten, gelöst werden, und ist eine höhere Betriebsspannung für die Stromschiene möglich oder für ein Leistungsmodul mit der Stromschiene. Des Weiteren können die Verbindungsterminals eng aneinander angeordnet werden, wodurch demgemäß Raum einspart werden kann, und zwar derart, dass das Layout des Leistungsmoduls sehr kompakt sein kann und eine hohe Leistungsdichte möglich ist.
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In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie es in 1C gezeigt ist, kann jedes Verbindungsterminal einen Abschnitt 102, welcher sich von dem Leiterkörper erstreckt, einen Verbindungsendabschnitt 104 zum Verbinden mit einer elektrischen Vorrichtung, und einen Zwischenabschnitt 103 aufweisen, welcher sich zwischen den Abschnitt 102 und den Verbindungsendabschnitt 104 erstreckt. Bei dem veranschaulichten Beispiel erstreckt sich der Abschnitt 102 im Wesentlichen horizontal und nach außen von dem Leiterkörper, erstreckt sich der mittlere Abschnitt 103 im Wesentlichen vertikal und nach unten von dem Abschnitt 102 und erstreckt sich der Verbindungsendabschnitt 104 im Wesentlichen horizontal und nach außen von dem Zwischenabschnitt 103. Es versteht sich, das Typen, Formen, Positionen und Anzahl der Verbindungsterminals nicht auf diejenigen beschränkt sind, welche in den Figuren gezeigt sind und daher nicht als gegeben angesehen werden.
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In einem Ausführungsbeispiel ist die Isolierstruktur 101 um alle anderen Abschnitte, und zwar einschließlich des Abschnittes 102 und des Zwischenabschnittes 103, des Verbindungsterminals gewickelt, außer den Verbindungsendabschnitt 104, wodurch weiterhin der Kriechabstand zwischen benachbarten Verbindungsterminals, welche unterschiedliche elektrische Potentiale während des Betriebs haben können, gewährleistet ist.
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In einigen Ausführungsbeispielen kann sich die isolierende Struktur integral von dem isolierenden Körper aus erstrecken, und zwar z.B. entlang eines Weges von dem Leiterkörper zu dem Verbindungsendabschnitt. Mit anderen Worten, die Isolierstruktur kann integral mit dem isolierenden Körper ausgebildet sein. Bei anderen Ausführungsbeispielen ist die Isolierstruktur als ein separates Teil ausgebildet, welches mit dem isolierenden Körper verbunden ist oder diesen berührt. Beispielhaft kann die Isolierstruktur in Form einer Hülse oder Umhüllung, Röhre oder einer anderen Form ausgebildet sein, welche geeignet dafür sind, dass zumindest teilweise das Verbindungsterminal eingekapselt ist.
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In dem Ausführungsbeispiel, welches in 1A gezeigt ist, weist die Stromschiene 100 einen positiven Gleichstrom (DC)-Stromschienenleiter 120 und einen negativen DC-Stromschienenleiter 130 auf, welche z.B. einander überlappen. Der isolierende Körper 110 weist eine erste Isolierschicht 111, eine zweite Isolierschicht 112 und eine dritte Isolierschicht 113 auf, ist die erste Isolierschicht 111 an einer Oberfläche des positiven Stromschienenleiters 120 angeordnet, welche von dem negativen Stromschienenleiter 130 wegweist, ist die zweite Isolierschicht 112 zwischen dem positiven Stromschienenleiter 120 und dem negativen Stromschienenleiter 130 vorgesehen, ist die dritte Isolierschicht 113 an einer Oberfläche des negativen Stromschienenleiters 130 vorgesehen, welcher von dem positiven Stromschienenleiter 120 wegweist, wodurch einen laminierte Schienenanordnung gebildet wird, und zwar wie eine Sandwichstruktur. Die erste Isolierschicht 111, die zweite Isolierschicht 112 und die dritte lisolierschicht 113 sind so angeordnet, dass sie den positiven Stromschienenleiter 120 von dem negativen Stromschienenleiter 130 elektrisch isolieren. Bei einem Beispiel ist die Isolierstruktur 101 durch zumindest eine der ersten Isolierschicht 111, der zweiten Isolierschicht 112 und der dritten Isolierschicht 113 ausgebildet. Beispielsweise ist unter Bezugnahme auf 1B die Isolierstruktur 101 durch Abschnitte der ersten Isolierschicht 111 und der zweiten Isolierschicht 112 ausgebildet, welche das Verbindungsterminal dazwischen als Sandwich ausbilden und welche an Seitenkanten davon abgedichtet sind.
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In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist der positive Stromschienenleiter 120 eine Vielzahl von positiven Verbindungsterminals 121 auf, weist der negative Stromschienenleiter 130 eine Vielzahl von negativen Verbindungsterminals 131 auf. In einigen Beispielen ist nicht gezeigt, dass die positiven Verbindungsterminals und die Vielzahl von negativen Verbindungsterminals alternierend an derselben Seite der Stromschiene angeordnet sind und zumindest einer des einen positiven Verbindungsterminals und des einen negativen Verbindungsterminals benachbart zueinander teilweise durch die Isolierstruktur eingewickelt oder umgeben ist.
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In einigen Ausführungsbeispielen, unter Bezug auf die 1A, 2A und 2B, sind die positiven Verbindungsterminals 121 an einer ersten Seite der Stromschiene 100 angeordnet, sind die negativen Verbindungsterminals 131 an einer zweiten Seite der Stromschiene angeordnet, welche verschieden davon ist, z.B. zu der ersten Seite gegenüberliegend. Des Weiteren kann die Stromschiene 100 weiterhin einen Wechselstrom-Stromschienenleiter 140 aufweisen, ist der Wechselstrom-Stromschienenleiter 140 so angeordnet, dass er den positiven Stromschienenleiter 120 und den negativen Stromschienenleiter 130 überlappt und elektrisch von dem positiven Stromschienenleiter 120 und dem negativen Stromschienenleiter 130 isoliert, z.B. durch die erste Isolierschicht 111 oder durch die dritte Isolierschicht 113. Der Wechselstrom-Stromschienenleiter 140 kann eine Vielzahl von Wechselstrom (AC)-Verbindungsterminals 141 aufweisen. In einigen Beispielen sind einige Wechselstromverbindungsterminals 141 an der ersten Seite so angeordnet, dass sie mit den positiven Verbindungsterminals 121 sich abwechseln, und/oder sind einige Wechselstromverbindungsterminals 141 an der zweiten Seite so angeordnet, dass sie sich mit den negativen Verbindungsterminals 131 abwechseln. In derartigen Beispielen ist die Isolierstruktur um zumindest eines des einen positiven Verbindungsterminals oder des negativen Verbindungsterminals und ein Wechselstromverbindungsterminal herumgewickelt, welche benachbart zueinander sind. Z.B. sind unter Bezug auf die 1A, 2A und 2B das positive Verbindungsterminal 120 und das negative Verbindungsterminal 130 jeweils teilweise von der Isolierstruktur 101 umwickelt. In anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispielen kann die Isolierstruktur teilweise um die Wechselstromverbindungsterminals gewickelt sein.
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In einem Ausführungsbeispiel weist zumindest eine der ersten, zweiten und dritten Isolierschichten einen Abschnitt auf, welcher zwischen der Isolierstruktur und dem Wechselstromverbindungsterminal ist, welche benachbart zueinander angeordnet sind. Unter Bezugnahme auf die 1A und 1B erstreckt sich ein Abschnitt der dritten Isolierschicht zwischen der Isolierstruktur 101 und dem Wechselstromverbindungsterminal 140, wodurch dabei der Abstand bzw. der Kriechabstand zwischen dem positiven Verbindungsterminal und dem negativen Verbindungsterminal und dem Wechselstromverbindungsterminal gewährleistet ist, welche benachbart zueinander angeordnet sind und während des Betriebes unterschiedliche elektrische Potentiale haben können.
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Die Figuren 2Ab bis 2C zeigen schematisch ein Leistungsmodul 200. Das Leistungsmodul 200 weist die Stromschiene 100 auf. Z.B. kann das Leistungsmodul ein Stromrichter oder ein Stromwandler sein, welcher in einer Vielzahl von Anwendungen von kleineren, Niederspannungs-, Computer-, elektronischen und Telekommunikationssystemen bis zu größeren, Hochspannungstransportsystemen wie z.B. Züge und elektrische Fahrzeuge verwendet werden.
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Wie gezeigt, weist das Leistungsmodul 200 des Weiteren ein isolierendes Gehäuse 201 auf und ist die Stromschiene 100 in dem isolierenden Gehäuse 201 aufgenommen. In einem Beispiel kann das Leistungsmodul 200 oder das isolierende Gehäuse 201 mit einer Verbindungsoberfläche 202 oder einer anderen Montageoberfläche wie z.B. eine Verbindungsoberfläche oder einem Verbindungsanschluss einer Leiterplatte des Leistungsmoduls versehen sein, welches in dem isolierenden Gehäuse angeordnet ist, und können einige der Verbindungsterminals geschweißt, hartgelötet, gesintert, gelötet oder mittels anderer bekannter Technologien auf der Verbindungsoberfläche verbunden sein.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie in 2C gezeigt, kann ein Softgelmaterial 220 in dem isolierenden Gehäuse 201 eingefüllt sein, z.B. in einen Raum zwischen dem freiliegenden Verbindungsendabschnitt des Verbindungsterminals und seines benachbarten Verbindungsterminals, welches nicht umwickelt oder mittels der Isolierstruktur abgedeckt ist, wodurch weiterhin der Abstand bzw. Kriechabstand zwischen dem freiliegenden Verbindungsendabschnitt und seinem benachbarten Verbindungsterminal gewährleistet ist. In einem Beispiel kann das Softgelmaterial 220 eine Füllhöhe h von der Schweißoberfläche 202 bis zu einem unteren Ende der Isolierstruktur 101 aufweisen, wie es in 2C gezeigt ist. Dadurch sind die Abschnitte, einschließlich des Abschnittes 102 und des Zwischenabschnittes 103 des Verbindungsterminals oberhalb einer Ebene F-F', wo die unteren Enden der Isolierstrukturen 101 angeordnet sind, durch die isolierende Struktur 101 umwickelt und isoliert, während der Verbindungsendabschnitt 104 des Verbindungsterminals unterhalb der Ebene durch das Gelmaterial 220 umschlossen und isoliert ist. Mit der Kombination der Isolierstruktur mit dem gefüllten Softgelmaterial kann die komplette Stromschiene innerhalb des Leistungsmoduls isoliert sein, wodurch ein kleinerer oder sogar kein Abstand/Kriechabstand zwischen den Anschlüssen bei verschiedenen elektrischen Potentialen erforderlich ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung stellt des Weiteren ein Verfahren des Zusammenbaus oder des Herstellens einer Stromschiene bereit. Wie in 3 gezeigt, weist das Verfahren hauptsächlich die folgenden Schritte auf:
- Schritt S1: Bereitstellen einer ersten isolierenden Lage 12 mit einem vorstehenden Abschnitt 1201, welcher sich nach außen von einer Seite davon erstreckt, wie in 4A gezeigt, wobei der erste vorstehende Abschnitt so ausgebildet ist, dass er einen Abschnitt einer Hülse, wie zuvor beschrieben, bildet; beispielsweise kann die isolierende Lage ein flacher Körper sein und kann so verwendet werden, dass sie eine der ersten Isolierschicht 111, der zweiten Isolierschicht 112 und der dritten Isolierschicht 113, wie oben beschrieben, bildet;
- Schritt S2: Bereitstellen einer Stromschienenleiterlage 20 mit einem vorstehenden Abschnitt oder Anschlussfuß 21, welcher sich von einer Seite davon erstreckt, wie in 4B gezeigt, wobei der vorstehende Abschnitt oder der Fuß 21 so ausgebildet ist, dass sie eines der Verbindungsterminals, wie zuvor beschrieben, bilden; z.B. kann die Stromschienenleiterlage einen flachen Leiterkörper haben und verwendet werden, um einen der Stromschienenleiter 120, 130 und 140, wie zuvor beschrieben, auszubilden; in einem Beispiel kann die Stromschienenleiterlage einen flachen Leiterkörper aufweisen und kann verwendet werden, um einen der Stromschienenleiter 120, 130 und 140, wie zuvor beschrieben, auszubilden; in einem Beispiel kann die Stromschienenleiterlage hergestellt sein als eine Metallfolie wie z.B. eine Kupferlage oder ein anderes leitendes Material;
- Schritt S3: Biegen oder Formen des vorstehenden Abschnittes oder Fußes 21 derart, dass der vorstehende Abschnitt oder der Fuß 21 in ein Verbindungsterminal geformt ist, welches z.B., wie in 4D gezeigt, einen Abschnitt 102 aufweist, welcher sich von dem Leiterkörper erstreckt, wobei ein Verbindungsendabschnitt 104 zur Verbindung an einer elektrischen Vorrichtung und ein Zwischenabschnitt 103 sich zwischen dem Abschnitt 102 und dem Verbindungsendabschnitt 104, wie oben beschrieben, erstrecken;
- Schritt S4: Anordnen der Isolierlage und der Stromschienenleiterlage mit dem ausgebildeten Verbindungsterminal in ein Werkzeug oder eine Matrize (nicht gezeigt) derart, dass die Stromschienenleiterlage an einer oberen Oberfläche der Isolierlage angeordnet ist und der vorstehende Abschnitt 1201 so geformt ist (z.B. gebogen), dass er zumindest einen Abschnitt, beispielsweise den Abschnitt 102 und den Zwischenabschnitt 103 des Verbindungsterminals, von unten, wie in 4D gezeigt, abdeckt;
- Schritt S5: Anordnen einer zweiten Isolierlage 11, welche einen zweiten vorstehenden Abschnitt 1101 aufweist, welcher sich nach außen von einer Seite davon erstreckt, ähnlich der ersten Isolierlage 12, welche in 4A gezeigt ist, an einer oberen Oberfläche der Stromschienenleiterlage 20 derart, dass die zweite Isolierlage 11, die Stromschienenleiterlage 20 und die erste Isolierlage 12 in einer Sandwichanordnung gestapelt sind und der vorstehende Abschnitt 1101 so geformt ist (z.B. gebogen), dass er zumindest einen Abschnitt beispielsweise den Abschnitt 102 und den Zwischenabschnitt 103 des Verbindungsterminals von oben abdeckt, und Anlegen eines Druckes und/oder einer erhöhten Temperatur an die Sandwichanordnung derart, dass die zweite Isolierlage 11, die Stromschienenleiterlage 20 und die erste Isolierlage 12 abgedichtet oder miteinander verbunden sind, der vorstehende Abschnitt 1101 und der vorstehende Abschnitt 1201 miteinander verbunden sind, so dass eine Isolierstruktur oder Hülse gebildet ist, welche um einen Abschnitt des Verbindungsterminals gewickelt ist oder diesen umgibt, wodurch ein Kriechabstand zwischen benachbarten Verbindungsterminals vergrößert werden kann.
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Bei einigen Ausführungsbeispielen kann ein Kleber auf zumindest eine der Oberflächen der zweiten Isolierlage, der Stromschienenleiterlage und der ersten Isolierlage, welche derart einander zugewandt sind, dass diese Lagen in Position relativ zueinander gehalten werden können, wenn der Druck und/oder die erhöhte Temperatur angelegt werden, aufgetragen sein. Es sei festgestellt, dass vor dem Anlegen des Druckes und/oder der erhöhten Temperatur eine zusätzliche Isolierlage oder zusätzliche Isolierlagen und/oder eine zusätzliche Stromschienenleiterlage oder zusätzliche Stromschienenleiterlagen nacheinander auf die obige Sandwichanordnung derart gestapelt werden können, dass eine Mehrschichtstromschienenstruktur gebildet ist. Es sei ebenfalls festgestellt, dass die Reihenfolge der obigen Schritte nicht auf die oben beschriebenen und in den Figuren dargestellten beschränkt ist und in einigen Fällen geändert werden kann; z.B. können die Schritte S1 und S2 zur selben Zeit oder der Schritt S2 kann vor dem Schritt S1 ausgeführt werden, oder die Schritte S2 und S3 können in einem Schritt kombiniert werden durch Formen einer leitenden Lage (z.B. einer Metalllage) in die Stromschienenleiterfolie 20, in 4C gezeigt, durch einen Stanzformprozess.
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Obwohl einige Ausführungsbeispiele gezeigt und beschrieben worden sind, versteht es sich für den Durchschnittsfachmann, dass zahlreiche Änderungen oder Modifikationen an diesen Ausführungsbeispielen vorgenommen werden können, ohne von den Prinzipien und dem Geist der Erfindung abzuweichen, dessen Schutzumfang in den Ansprüchen und ihren Äquivalenten definiert ist.
