DE102019206276A1

DE102019206276A1 - Federnd ausgebildete Stromschiene

Info

Publication number: DE102019206276A1
Application number: DE102019206276.8A
Authority: DE
Inventors: Stefan Huehner; Adolf Dillmann; Reiner Holp
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-05-02
Filing date: 2019-05-02
Publication date: 2020-11-05
Also published as: FR3095724A1; CN111883949A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stromschiene, insbesondere für ein Elektrofahrzeug. Die Stromschiene umfasst wenigstens einen insbesondere flach ausgebildeten Verbindungsabschnitt und wenigstens einen im Bereich eines Endes des Verbindungsabschnitts angeformten elektrischen Anschluss. Der Verbindungsabschnitt ist federnd ausgebildet und weist dazu einen Wölbungsbereich und wenigstens einen im Wölbungsbereich ausgebildeten Schlitz auf. Erfindungsgemäß ist bei der Stromschiene der eingangs genannten Art der Wölbungsbereich des federnd ausgebildeten Verbindungsabschnitts kalottenförmig, insbesondere schalenförmig, halbschalenförmig oder halbkugelförmig ausgebildet.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Stromschiene, insbesondere für ein Elektrofahrzeug. Die Stromschiene umfasst wenigstens einen insbesondere flach ausgebildeten Verbindungsabschnitt und wenigstens einen im Bereich eines Endes des Verbindungsabschnitts angeformten elektrischen Anschluss. Der Verbindungsabschnitt ist federnd ausgebildet und weist dazu einen Wölbungsbereich und wenigstens einen im Wölbungsbereich ausgebildeten Schlitz auf.
Stromschienen, welche beispielsweise einen Anschluss zum Verbinden mit weiteren elektrischen Komponenten aufweisen, sind beispielsweise Bestandteil von Leistungselektronikvorrichtungen im Automobilbereich, insbesondere sind Stromschienen Bestandteil eines Elektrofahrzeugs oder Hybridfahrzeugs. Im Bereich des Anschlusses können Montagetoleranzen durch große Schraublöcher im Anschluss ausgeglichen werden, wodurch jedoch eine Stromtragfähigkeit im Verbindungsbereich reduziert wird. DThermomechanische Kräfte oder Vibrationsbelastungen können im Bereich der Stromschiene unkontrolliert abgebaut werden, was zu Schäden an Kontaktstellen führen kann. Durch unterschiedliche thermische Ausdehnungen erzeugte Kräfte in den Kontaktstellen können auf Dauer die Kontaktstelle oder mit der Kontaktstelle verbundene elektrische Bauteile geschädigt werden, so dass ein Übergangswiederstand an der Kontaktstelle zunimmt.
Aus der DE 20 2010 005 554 U1 ist eine Durchgangsverbindung zwischen zwei Anschlussvorrichtungen für Leiter in einem Isoliergehäuse bekannt, wobei die Anschlussvorrichtungen durch eine metallische Stromschiene miteinander verbunden sind.
Aus der DE 10 2015 115 464 A1 ist eine Stromverteileranordnung für Fahrzeuganwendungen bekannt, welche eine in einem Gehäuse angeordnete Stromverteilerschiene mit spezifisch ausgebildeten Montageabschnitten aufweist, die durch einen spezifisch geformten Schlitz von dem restlichen Teil der Stromschiene getrennt ist.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß ist bei der Stromschiene der eingangs genannten Art der Wölbungsbereich des federnd ausgebildeten Verbindungsabschnitts kalottenförmig, insbesondere schalenförmig, halbschalenförmig oder halbkugelförmig ausgebildet. Vorteilhaft kann der Anschluss so in zueinander verschiedenen rotatorischen Freiheitsgraden federnd entlastet sein. Der Verbindungsabschnitt kann so als Toleranzausgleichselement ausgebildet sein. Vorteilhaft kann der Verbindungsabschnitt ausgebildet sein, mechanische Belastungen in drei zueinander verschiedenen, insbesondere ein Orthogonalsystem bildende Raumrichtungen abzubauen.
Bevorzugt ist der wenigstens eine Schlitz entlang einer zu dem Anschluss weisenden Längserstreckung des Verbindungsabschnitts ausgebildet, oder mit überwiegender Richtungskomponente zu dem Anschluss weisend ausgebildet. Bevorzugt weist der Verbindungsabschnitt eine größere Längserstreckung als eine dazu quer verlaufenden Breitenerstreckung auf. Weiter vorteilhaft kann die Stromschiene, insbesondere der Verbindungsabschnitt, aufwandsgünstig als gestanztes Blechstück bereitgestellt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Stromschiene im Wölbungsbereich, insbesondere in einer Erstreckung des Verbindungsabschnitts zu dem Anschluss hin, einen zu einer quer zur Erstreckung verlaufenden Quererstreckung verschiedenen Krümmungsradius auf. Die Erstreckung ist bevorzugt eine Erstreckung als Verbindungslinie zwischen den Anschlüssen ausgebildet. Vorteilhaft kann so eine Federwirkung bei einem Rotieren um die Längserstreckung mit einer weichen Federkonstanten ausgebildet sein.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Krümmungsradius in der Erstreckung zum Anschluss hin kleiner ausgebildet als in der Quererstreckung. Vorteilhaft kann so in Torsionsrichtung eine gute Federwirkung ausgebildet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Verbindungsabschnitt im Bereich der Wölbung wenigstens zwei oder mehrere insbesondere parallel zueinander verlaufende, jeweils als Durchbruch ausgebildete Schlitze auf. Vorteilhaft können so sich zueinander parallel erstreckende Stege oder Lamellen auf dem Verbindungsabschnitt gebildet sein, wodurch vorteilhaft eine Beweglichkeit der Stromschiene verbessert ist. Bevorzugt sind zu dem Schlitz benachbart zwei Stege oder Lamellen ausgebildet.
In einer anderen Ausführungsform sind die Schlitze jeweils wellenförmig, insbesondere sinusförmig, treppenförmig oder zickzack-förmig ausgebildet. Vorteilhaft kann so eine gute Torsionsfedereigenschaft auf dem Verbindungsabschnitt gebildet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Stromschiene wenigstens im Bereich des Verbindungsabschnitts aus wenigstens zwei aufeinander gestapelten gewölbten Blechstücken gebildet. Vorteilhaft kann so ein Stapel aus gewölbten Blattfedern gebildet sein. Die Blechstücke sind bevorzugt im Bereich der Verbindungsabschnitts zueinander beabstandet.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind in jedem Blech des die Stromschiene bildenden gestapelten Blechpakets Schlitze ausgebildet. Vorteilhaft kann so die Mobilität des Blechpakets durch die so gebildeten Lamellen in jedem Blech verbessert sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die zwischen den Schlitzen gebildeten Stege jeweils eine Breite zwischen einem und fünf Millimetern auf. Vorteilhaft kann die Stromschiene so als Verbindungselement als Bestandteil einer elektronischen Schaltung ausgebildet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt eine Blechdicke eines einzelnen der zum Blechpaket gestapelten Bleche zwischen 0,05 und 0,3 Millimeter. Vorteilhaft kann das Blechpaket so hoch flexibel ausgebildet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Breitenerstreckung der zwischen den Schlitzen ausgebildeten Lamellen oder Stege entlang einer quer zur Schlitzerstreckung verlaufenden Quererstreckung von einer Mitte der Stromschiene zu den Rändern hin abnehmend ausgebildet. Vorteilhaft kann so eine gute Torsionsfederwirkung um die Längsachse gebildet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die gestapelten Bleche im Bereich des Anschlusses miteinander stoffschlüssig verbunden, insbesondere verschweißt. Vorteilhaft kann das Blechpaket so eine insbesondere einstückig ausgebildete Stromschiene bilden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Stromschiene durch eine Kupferlegierung, beispielsweise CuSn6, umfassend Kupfer als Hauptbestandteil und sechs Gewichts-Prozent Zinn, gebildet. Die Kupferlegierung ist in einer anderen Ausführungsform beispielsweise eine Kupferlegierung umfassend eine Beimengung umfassend Chrom, Silber, Eisen, Titan, Silizium, und zum größten Teil Kupfer gebildet. Die Anteile der Beimengung betragen beispielsweise 0,5 Gewichts-Prozent Chrom, 0,1 Gewichts-Prozent Silber, 0,08 Gewichts-Prozent Eisen, 0,06 Gewichts-Prozent Titan und 0,03 Gewichts-Prozent Silizium. Die Kupferlegierung ist beispielsweise eine Legierung gemäß der Norm UNS 18080. Die Kupferlegierung weist so vorteilhaft eine gute elektrische Leitfähigkeit und ein großes Elastizitätsmodul auf, so dass der Verbindungsabschnitt gut federnd und mit geringen ohmschen Verlusten bereitgestellt werden kann.
Die Erfindung betrifft auch ein Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug mit einer Stromschiene der vorbeschriebenen Art. Die Stromschiene ist bevorzugt ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement, das einen Inverter des Fahrzeugs mit einer elektrischen Maschine des Fahrzeugs mindestens mittelbar verbindet.
Die Erfindung betrifft auch einen Inverter oder einen DC-DC-Wandler, wobei der Inverter oder DC-DC-Wandler wenigstens eine Stromschiene aufweist. Die Stromschiene verbindet beispielsweise einen DC-Link-Kondensator mit einer Halbleiterschalter-Brücke, insbesondere B6-Brücke. Der Inverter ist beispielsweise Bestandteil einer Photovoltaikanlage oder einer Windkraftanlage. Vorteilhaft können so mit der Stromschiene massive und lange elektrische Verbindungsleitungen miteinander kräftearm gekoppelt werden. Vorteilhaft können so durch unterschiedliche thermischen Ausdehnungen erzeugte Kräfte in den Kontaktstellen in dem Verbindungsabschnitt der Stromschiene federnd abgefangen werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren und weiteren Ausführungsbeispielen beschrieben. Vorteilhafte Ausführungsvarianten ergeben sich aus einer Kombination der in den abhängigen Ansprüchen und in den Figuren beschriebenen Merkmalen.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Stromschiene, bei der an zwei zueinander entgegengesetzten Enden elektrische Anschlüsse ausgebildet sind und sich zwischen den Anschlüssen ein gewölbter und federnd ausgebildeter Verbindungsabschnitt erstreckt;
2 zeigt den in 1 gezeigten Verbindungsabschnitt in einer Schnittdarstellung, in der die Wölbung sichtbar ist;
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Stromschiene mit einem federnd ausgebildeten Verbindungsabschnitt, bei der mehrere, insbesondere drei Lagen Stanzgitter aufeinander gestapelt sind;
4 zeigt den in 3 gezeigten Verbindungsabschnitt in einer Schnittdarstellung.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Stromschiene 1. Die Stromschiene 1 weist an zueinander entgegengesetzten Enden jeweils einen Endabschnitt 2 und einen Endabschnitt 3 auf, wobei die Endabschnitte 2 und 3 jeweils einen elektrischen Anschluss bilden. Die Endabschnitte 2 und 3 sind mittels eines Verbindungsabschnitts 5 miteinander verbunden und jeweils an diesen angeformt. Der Verbindungsabschnitt 5 ist federnd ausgebildet und weist dazu einen Wölbungsbereich auf. Der Wölbungsbereich ist entlang einer Längserstreckung 19 der Stromschiene 1 auf einem Längsabschnitt 4 ausgebildet, welcher in diesem Ausführungsbeispiel der Längsabmessung des Verbindungsabschnitts 5 entspricht. Die Stromschiene 1 ist somit auf dem Verbindungsabschnitt 5 gewölbt ausgebildet.
Auf dem Verbindungsabschnitt 5 weist die Stromschiene 1 mehrere, sich zueinander parallel entlang der Längserstreckung 19 erstreckende Schlitze auf. Die Schlitze trennen so zueinander benachbart angeordnete und durch die Schlitze gebildete Lamellen auf dem Verbindungsabschnitt 5. Die Stromschiene 1 ist beispielsweise aus einem Blechstück durch Stanzen und/oder Prägen, und so durch Umformen, insbesondere Kaltumformen, erzeugt. Das Blech ist beispielsweise Kupferblech.
Die Stromschiene 1 weist auf dem Verbindungsabschnitt 5 zueinander benachbart angeordnete Lamellen 6, 7, 8, 9, 10 und 11 auf. Die Lamellen 6 und 7 sind durch einen Schlitz 12 voneinander getrennt, die Lamellen 7 und 8 sind durch einen Schlitz 13 voneinander getrennt, die Lamellen 8 und 9 sind durch einen Schlitz 14 voneinander getrennt, die Lamellen 9 und 10 sind durch einen Schlitz 15 voneinander getrennt und die Lamellen 10 und 11 sind durch einen Schlitz 16 voneinander getrennt. Die Schlitze 12, 13, 14, 15 und 16 sind beispielsweise mittels Stanzen, mittels Sägen, mittels Fräsen oder mittels Laserschneiden erzeugt. Der Verbindungsabschnitt 5 ist so in zueinander verschiedenen translatorischen und/oder rotatorischen Freiheitsgraden federnd beweglich ausgebildet, sodass die Anschlüsse 3 und 2 voneinander mechanisch entkoppelt sind.
2 zeigt die in 1 dargestellte Stromschiene 1 entlang eines in 1 dargestellten Schnittes 17 quer zu einer Längsachse 19 in einer Schnittdarstellung. Die Lamellen 6, 7, 8, 9, 10 und 11 spannen gemeinsam einen Wölbungsbogen der durch den Verbindungsabschnitt 5 gebildeten Wölbung auf, wobei die Wölbung in diesem Ausführungsbeispiel kreisbogenförmig ausgebildet ist. Ein der Wölbung zugeordneter Wölbungswinkel 18 beträgt in diesem Ausführungsbeispiel 90 Grad. Der Wölbungswinkel 18 kann in einem anderen Ausführungsbeispiel zwischen 45 Grad und 140 Grad betragen.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Stromschiene 20, welche aus einem Blechpaket umfassend drei aufeinandergestapelte Bleche 21, 22 und 23 gebildet ist. Die Bleche 21, 22 und 23 sind jeweils durch Stanzen und Umformen erzeugt. Die Bleche 21, 22 und 23 sind jeweils auf einem Längsabschnitt 25 entlang einer Längserstreckung 41 der Stromschiene 20 miteinander stoffschlüssig verbunden, beispielsweise durch Widerstandsschweißen, Punktschweißen, Laserschweißen oder durch Löten, insbesondere Hartlöten. So ist auf dem Längsabschnitt 25 ein elektrischer Anschluss 27 gebildet, welcher beispielsweise mittels Schweißen, Schrauben, Durchsetzfügen oder Nieten mit einem weiteren Stanzgitter oder Leadframe, verbunden werden kann oder durch Oberflächenmontagetechnik, insbesondere SMD-Technik (SMD = Surface-Mounted-Device) mittels Reflow-Löttechnik in einem Lötofen mit einem Schaltungsträger verlötet werden kann. Der zum Schrauben ausgebildete Anschluss weist beispielsweise eine Durchgangsöffnung auf, durch die eine Schraube hindurchgeführt werden kann.
Der Anschluss 27 bildet einen Endabschnitt der Stromschiene 20, wobei an einem gegenüberliegenden Ende entlang der Längserstreckung 41 ein weiterer elektrischer Anschluss 28 entlang eines Längsabschnitts 26 ausgebildet ist. Die Anschlüsse 27 und 28 sind jeweils an einen Verbindungsabschnitt 29 angeformt, welcher sich entlang eines Längsabschnitts 24 entlang der Längserstreckung 41 erstreckt, und gewölbt ausgebildet ist. Die Wölbung ist in diesem Ausführungsbeispiel kalottenförmig ausgebildet.
Die Einzelbleche 21, 22 und 23 weisen jeweils auf dem Verbindungsabschnitt 29 der Stromschiene jeweils durch Schlitze voneinander getrennte Lamellen auf. Die Lamellen des Einzelblechs 23, nämlich die Lamellen 30, 31, 32, 33, 34, 36, 37, 38, 39 und 40 sind beispielhaft bezeichnet. Die Stromschiene 20 weist auf dem Verbindungsabschnitt 29 einen Durchbruch 35 auf, welcher in diesem Ausführungsbeispiel durch eine sich entlang der Längserstreckung 41 erstreckende Öffnung oder Ausnehmung 35 gebildet ist. Die Ausnehmung 35 ist zwischen den Lamellen 34 und 36 angeordnet und weist eine größere Breite auf als die zwischen den einzelnen Lamellen ausgebildeten Schlitze. Die Schlitze zwischen den Lamellen weisen jeweils eine kleinere Breite auf, als die Breite der Lamellen, welche jeweils durch einen Schlitz voneinander getrennt sind.
Die Dicke eines Einzelblechs beträgt beispielsweise 0,1 Millimeter. Die Stromschiene kann aus wenigstens zwei, oder wie in 3 gezeigt aus drei Einzelblechen, welche jeweils aufeinandergestapelt sind, gebildet sein. Die Stromschiene kann - anders als in 3 dargestellt - aus fünf, mehr als fünf, zehn, mehr als zehn, fünfzehn, mehr als fünfzehn, oder aus zwanzig Einzelblechen, welche jeweils aufeinandergestapelt sind, gebildet sein. Eine Lamellenbreite der Lamellen beträgt beispielsweise zwischen einem halben Millimeter und drei Millimeter, bevorzugt einem Millimeter. Die Schlitze können beispielsweise vor einem Ausformen der Wölbung oder nach einem Ausformen der Wölbung in die Einzelbleche geschnitten werden. Die Schlitze sind - insbesondere in einer ebenen Projektion des Verbindungsabschnitts jeweils gerade ausgebildet und verlaufen in diesem Ausführungsbeispiel zueinander parallel. Anders als in 3 dargestellt können die Schlitze - insbesondere in der ebenen Projektion - wellenförmig, insbesondere sinusförmig, treppenförmig, insbesondere rechteckförmig, oder dreieckförmig ausgebildet sein.
4 zeigt die in 3 dargestellte Stromschiene 20 in einer Schnittdarstellung, wobei der Schnitt auf dem Wölbungsbereich 29 quer zur Längsachse 41 gezeigt ist. Die Einzelbleche 21, 22 und 23 weisen in diesem Ausführungsbeispiel jeweils dieselbe Wölbung, insbesondere denselben Krümmungsradius im Bereich der Wölbung auf, welcher die Wölbung bestimmt. Ein mittels der Lamellen 30, 31, 32, 33, 34, 36, 37, 38, 39 und 40 aufgespannter Wölbungsbogen weist in diesem Ausführungsbeispiel einen Wölbungswinkel von 45 Grad auf. Mittels der durch die mittige Ausnehmung 35 gebildeten Lamellenpakete, welche in diesem Ausführungsbeispiel jeweils fünf zueinander angeordnete Lamellen oder Stege umfassen, kann eine weiche Torsionsfeder gebildet sein, sodass die jeweils flach ausgebildeten Anschlüsse 27 und 28 um eine entlang der Längserstreckung 41 gebildete Achse rotierend gegeneinander federn können, und so eine Torsionsfeder gebildet ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202010005554 U1 [0003]
DE 102015115464 A1 [0004]

Claims

Stromschiene (1, 20) umfassend wenigstens einen insbesondere flach ausgebildeten Verbindungsabschnitt (5, 29) mit wenigstens einem im Bereich eines Endes des Verbindungsabschnitts (5, 29) angeformten elektrischen Anschluss (2, 3, 27, 28), wobei der Verbindungsabschnitt (5, 29) federnd ausgebildet ist und dazu einen Wölbungsbereich (4, 24) und wenigstens einen im Wölbungsbereich (4, 24) ausgebildeten Schlitz (12, 13, 14, 15, 16) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wölbungsbereich (4, 24) kalottenförmig, insbesondere schalenförmig, halbschalenförmig oder halbkugelförmig ausgebildet ist.
Stromschiene (1, 20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene (1, 21) im Wölbungsbereich (4, 24) in einer Erstreckung (19, 41) des Verbindungsabschnitts (5, 29) zu dem Anschluss (2, 3, 27, 28) hin einen zu einer quer zu der Erstreckung (19, 41) verlaufenden Quererstreckung verschiedenen Krümmungsradius aufweist.
Stromschiene (1, 20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsradius in der Erstreckung (19, 41) zum Anschluss (2, 3, 27, 28) hin kleiner ausgebildet ist als in der Quererstreckung.
Stromschiene (1, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (5, 29) im Wölbungsbereich (4, 24) wenigstens zwei oder mehrere parallel zueinander verlaufende, jeweils als Durchbruch ausgebildete Schlitze (12, 13, 14, 15, 16) aufweist.
Stromschiene (1, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (12, 13, 14, 15, 16) wellenförmig, insbesondere sinusförmig ausgebildet ist.
Stromschiene (1, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dass die Stromschiene wenigstens im Bereich des Verbindungsabschnitts (5, 29) aus wenigstens zwei aufeinander gestapelten gewölbten Blechen (21, 22, 23) gebildet ist.
Stromschiene (1, 20) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Blech (21, 22, 23) des die Stromschiene (1, 20) bildenden gestapelten Blechpakets Schlitze (12, 13, 14, 15, 16) ausgebildet sind.
Stromschiene (1, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen den Schlitzen (12, 13, 14, 15, 16) gebildeten Stege (6, 7, 8, 9, 10, 11, 30, 31, 32, 33, 34, 36, 37, 38, 39, 40) jeweils eine Breite zwischen einem und fünf Millimetern aufweisen.
Stromschiene (1, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Blechdicke eines einzelnen der zum Blechpaket gestapelten Bleche (21, 22, 23) zwischen 0,05 und 0,3 Millimeter beträgt.
Stromschiene (1, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Breitenerstreckung der zwischen den Schlitzen (12, 13, 14, 15, 16) ausgebildeten Lamellen oder Stege entlang einer quer zur Schlitzerstreckung verlaufenden Quererstreckung von einer Mitte der Stromschiene zu den Rändern hin abnehmend ausgebildet ist.
Stromschiene (1, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gestapelten Bleche (21, 22, 23) im Bereich des Anschlusses miteinander stoffschlüssig verbunden, insbesondere verschweißt sind.