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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Stromverbindung gemäß Anspruch 1 und ein System mit einer solchen Stromverbindung gemäß Anspruch 3.
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Bisher werden hohe Ströme innerhalb und zwischen elektrischen oder elektronischen Bauelementen mittels metallischer Stromschienen geleitet. Die Stromverbindung mittels einer Stromschiene kann dabei zwischen elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen, die beispielsweise Bestandteile einer leistungselektronischen Komponente sind, wie z.B. einem Inverter oder einem DCDC-Wandler oder eine elektrische Maschine, oder auch zwischen Bauelementen, die selbst eine leistungselektronische Komponente sind, erfolgen. Typischerweise sind Stromschienen aus Kupfer. Diese haben den Nachteil, dass sie starr und relative schwer sind. Wegen der Starrheit einer Stromschiene aus Kupfer, sind zusätzliche mechanische Entkopplungsmittel zwischen zwei über eine Stromschiene verbundene Bauelemente notwendig. Die mechanische Entkopplung wird beispielsweise durch zusätzliche Bögen realisiert. Diese Bögen können wiederum unerwünschte parasitäre Induktivitäten verursachen. Des Weiteren können mechanische Entlastungsmittel auch zusätzliche Verluste und dadurch mehr Wärme im Bauelement erzeugen, wodurch der Wirkungsgrad des Bauelements verringert wird.
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Vorteil der Erfindung/ Offenbarung der Erfindung
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Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Stromverbindung und ein System mit einer solchen Stromverbindung der eingangs genannten Art bereit zu stellen, die mechanisch flexibler ist, so dass die vorstehenden Nachteile beseitigt bzw. minimiert werden.
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Diese Aufgabe wird bei der erfindungsgemäßen Stromverbindung, die dazu eingerichtet, dass die Stromverbindung elektrische und/oder elektronische Bauelemente elektrisch miteinander verbindet, dadurch gelöst, dass die Stromverbindung CNB-Fasern und/oder CNT-Fasern aufweist. Insbesondere aus CNB-Fasern und/oder CNT-Fasern besteht, die vorzugsweise in einem oder mehreren Bündeln zusammengefasst sind.
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CNB-Fasern sind Fasern auf Basis von Kohlenstoff-Nano-Materialien (Carbon Nano Based Material), wie beispielsweise Graphen. CNT-Fasern sind Fasern auf Basis von Kohlenstoff-Nano-Röhrchen (CNT = Carbon Nano Tube). CNB-Materialien und CNT-Materialien haben den Vorteil, dass sie sehr biegeschlaff und somit auch flexibel sind. Durch ihre Verwendung in einer Stromverbindung ergibt sich eine biegeschlaffe und flexible Stromverbindung. Wodurch Systeme mit solchen Stromverbindungen realisierbar werden, die mechanisch flexibler sind als aus dem Stand der Technik bisher bekannte Systeme und bei denen auf zusätzliche mechanische Entlastungsmittel verzichtet werden können.
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Ein weiterer Vorteil ist es, dass CNB-Fasern und CNT-Fasern eine elektrische Leitfähigkeit von 10 S/µm bis maximal 50 S/µm haben und somit sehr gute Stromleitungseigenschaften besitzen. Insbesondere ist die Stromverbindung eine Hochstromverbindung, d.h. die Stromverbindung ist für Ströme von mindestens 40 Ampere ausgelegt.
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Die Erfindung betrifft auch ein System mit mindestens zwei Bauelementen, die elektrische und/oder elektronische Bauelemente sind, und eine erfindungsgemäße Stromverbindung aufweist, wobei die mindestens zwei Bauelementen mittels der Stromverbindung elektrisch verbunden sind.
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Durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen, biegeschlaffen und flexiblen Stromverbindung in einem System zur Verbindung von Bauelementen kann auf eine zusätzliche mechanische Entlastung im System verzichtet werden. Durch den Einbau der erfindungsgemäßen Stromverbindung in das System ergibt sich, dass die Bauelemente beweglich zueinander sind und es einen größeren Freiheitsgrad bei der Anordnung der Bauelemente zueinander oder in einem Bauraum gibt.
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Durch den Verzicht von einem mechanischen Entkopplungsmittel im System wird auch die Verlustleistung reduziert und es entsteht im System weniger Eigenwärme, die über eine Kühlung aus dem System herausgeführt werden müsste. Des Weiteren wird durch die Reduzierung der benötigten Bestandteile im System Gewicht und Material im System eingespart. Die Konstruktion und der Herstellungsprozess des Systems vereinfachen sich und die Produktionskosten für das System sinken.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird zur Kontaktierung der Stromverbindung mit mindestens einem der Bauelemente die CNB-Fasern und/oder die CNT-Fasern an das Bauelement angenäht oder angeknotet oder mittels einer angecrimpten Lasche oder einer aus den Fasern ausgebildete Lasche verbunden. Dadurch wird auf eine einfache Weise eine elektrische feste Verbindung zwischen der Stromverbindung und dem Bauelement realisiert. Außerdem kann auf Lötverbindungen verzichtet werden.
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Bei einer weiteren Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Stromverbindung mit mindestens einem der Bauelemente eine lösbare Kontaktierung hat. Lösbare Kontaktierungen haben den Vorteil, dass die Stromverbindung oder das Bauelement leichter ausgetauscht und ersetzt oder ein einem anderen System wiederverwendet werden können.
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Beispielsweise können lösbare Kontaktierungen durch einen Druckknopf oder eine Klettverbindung realisiert werden. Bei einer Weiterentwicklung ist vorgesehen, dass zur lösbaren Kontaktierung der Stromverbindung mit mindestens einem der Bauelemente die CNB-Fasern und/oder die CNT-Fasern einen Druckknopf aufweisen und die Kontaktstelle des Bauelements ein zum Druckknopf entsprechendes Gegenstück aufweist. Ein Ende der CNT-Fasern und/oder CNB-Fasern wird zusammengeführt und in den Druckknopf eingequetscht oder ein genietet. Das Gegenstück zum Druckknopf für die lösbare elektrische Kontaktierung ist am Bauelement befestigt. Beispielsweise ist das Gegenstück ans Bauelement angelötet oder angenietet.
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Bei einer anderen Realisierung der lösbaren Kontaktierung zwischen Stromverbindung und einem Bauelement wird eine Klettverbindung verwendet. Die Stromverbindung ist mit mindestens einem der Bauelemente mittels einer Klettverbindung lösbar kontaktiert, wobei insbesondere die CNB-Fasern oder die CNT-Fasern an ihrem Ende Schlaufen bilden und das Bauelement an seiner Kontaktstelle entsprechende, leitende Widerhaken aufweist.
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Bei einer alternativen Realisierung des erfindungsgemäßen Systems kann die Klettverbindung auch dazu genutzt werden die Stromverbindung mechanisch zu befestigen. Dazu weist die Stromverbindung wieder Schlaufen aus CNB-Fasern oder CNT-Fasern auf. Auf einem Bauelement oder einem Träger sind nichtleitende Widerhaken angeordnet, mit denen die Schlaufen der Stromverbindung eine Klettverbindung eingehen. Dadurch wird die Stromverbindung mechanisch geführt und ist befestigt.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist das System ein elektrischer Kommutierungskreis, der mindestens zwei Stromverbindungen mit CNB-Fasern oder CNT-Fasern aufweist, wobei zwei der Stromverbindungen sich überkreuzendoder überlappend im Kommutierungskreis angeordnet sind. Dadurch ergibt sich vorteilhaft, dass parasitäre Induktivitäten weiter reduziert werden.
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Die Bauelemente können selbst leistungselektrische Komponenten sein, wie beispielsweise ein Inverter, ein DC/DC-Wandler, eine Leistungselektronik oder ein elektrischer Motor. Die Bauelemente können auch Bestandteile einer leistungselektrischen Komponente sein.
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Figurenliste
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- 1 zeigt ein erstes Beispiel für ein erfindungsgemäßes System mit einer Stromverbindung
- 2 zeigt ein zweites Beispiel für ein erfindungsgemäßes System als Kommutierungskreis
- 3 zeigt Beispiele für mögliche Kontaktierung im erfindungsgemäßen System
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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1 zeigt ein erstes Beispiel für ein erfindungsgemäßes System 1. Das System 1 weist ein erstes Bauelement 2 und ein zweites Bauelement 3 auf. Jedes Bauelement 2, 3 kann optional einen Anschluss 4 aufweisen, mit dem das Bauelement 2, 3 mit weiteren hier nicht gezeigten Bauelementen oder Bestandteile des Systems 1 verbindbar ist. Das erste Bauelement 2 und das zweite Bauelement 3 sind über eine Stromverbindung 10 miteinander elektrisch verbunden. Die Stromverbindung 10 weist erfindungsgemäß CNT-Fasern und/oder CNB-Fasern auf. Insbesondere wird die Stromverbindung 10 durch CNT-Fasern und/oder CNB-Fasern ausgebildet. Neben den stromführenden CNT-Fasern und/oder CNB-Fasern kann die Stromverbindung 10 beispielsweise auch eine Isolierung gegen die Umgebung aufweisen. Oder die CNT-Fasern und/oder CNB-Fasern sind in mehrere Bündel zusammengefasst, wobei die Bündel gegeneinander elektrisch isoliert sind.
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Die Kontaktierung der Stromverbindung 10 mit dem Bauelement 2, 3 kann beispielsweise mittels annähen oder anknoteten der Stromverbindung 10 an das Bauelement 2, 3 erfolgen. Dabei wird eine oder mehrere CNB-Fasern und/oder CNT-Fasern der Stromverbindung 10 in das Bauelement 2, 3 so geführt, dass eine Naht oder ein Knoten entsteht. Die Kontaktierung kann auch mittels einer Lasche erfolgen, die an ein Ende der Fasern der Stromverbindung 10 angecrimpt wird. Die Lasche selbst wird dann wiederum mit dem Bauelement 10 verbunden. Die Lasche könnte auch aus den CNB- oder CNT-Fasern selbst geformt werden.
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1a) und 1b) unterscheiden sich nur durch die relative räumliche Anordnung des ersten und des zweiten Bauelements 2, 3 zueinander. In 1a) sind die beiden Bauelement 2, 3 in einem Winkel von ca. 90° zueinander angeordnet. In 1b) sind die beiden Bauelement 2, 3 entlang einer Linie angeordnet. Dies verdeutlicht, dass durch die Stromverbindung 10 mit CNB-Fasern und/oder CNT-Fasern eine sehr flexible Verbindung zwischen den Bauelementen 2, 3 entsteht, die eine unterschiedliche Anordnung der Bauelemente 2, 3 zueinander ermöglicht. Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch Flexibilität der Stromverbindung 10 für den Zusammenbau von Komponenten, da in einem Zusammenbauprozess die bereits über die flexible Stromverbindung verbundenen Komponenten beispielsweise zusammengeklappt werden können und so durch eine kleine Öffnung geführt werden können um dann wieder auseinander geklappt und positioniert zu werden.
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In 2 ist ein Kommutierungskreis dargestellt. Der hier gezeigte Kommutierungskreis könnte beispielsweise in einem Inverter verwendet werden. Die Stromverbindung 10 mit CNB-Fasern und/oder CNT-Fasern vorhanden sein und zwischen den Plus-& Minus-Abgängen des Zwischenkreiskondensators 20 und den Plus-Eingang 22 und Minus-Eingang 21 eines hier nicht gezeigten Leistungsmodules einer B6 Brücke liegen. Bei einer alternativen Ausführung können die Stromverbindungen 10 auch übereinander geführt werden, dabei wird der gleiche Effekt wie beim überkreuzen erreicht.
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In 3a ist ein Beispiel für eine lösbare Kontaktierung zwischen Stromverbindung 10 und einem Bauelement 2 dargestellt. Die lösbare Kontaktierung ist eine Klettverbindung. Die Stromverbindung 10 weist an ihrem einen Ende Schlaufen 6 auf, wobei die Schlaufen 6 aus den CNB-Fasern oder den CNT-Fasern der Stromverbindung 10 gebildet werden. Auf der Oberfläche des Bauelements 2 sind Widerhäkchen 7 angeordnet. Die Widerhaken 7 sind elektrisch leitet und können sich in den Schlaufen 6 von der Stromverbindung 10 verfangen, wobei die elektrische Kontaktierung zwischen Stromverbindung 10 und Bauelement 2 entsteht. Bei einer alternativen Ausgestaltung können die Widerhaken 7 auch aus einem nichtleitenden Material sein. Dann dient die Klettverbindung zur mechanischen Führung oder Befestigung der Stromverbindung 10.
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In 3a ist beispielhaft eine Stromverbindung 10 aus CNB- Fasern und/oder CNT-Fasern gezeigt. Am Ende der Stromverbindung bilden die Fasern eine Lasche 15 aus. Die Enden der Fasern sind mit dem Faserstrang verspleißt (16).
