DE102020127036A1 - Connector assembly and method of manufacturing a connector assembly - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung mit einem ersten elektrischen oder elektronischen Bauteil (10) mit einer ersten Stromschiene (ST1) und einer zweiten Stromschiene (ST2), wobei die erste Stromschiene (ST1) und die zweite Stromschiene (ST2) über eine erste Isolationsschicht (ISO1) flächig übereinander liegen, und einem zweiten elektrischen oder elektronischen Bauteil (20) mit einer dritten Stromschiene (ST3) und einer vierten Stromschiene (ST4), wobei die dritte Stromschiene (ST3) und die vierte Stromschiene (ST4) über eine zweite Isolationsschicht (IS02) flächig übereinander liegen, wobei ein erster Kontaktierungsbereich (KB1) der ersten Stromschiene (ST1) elektrisch leitend verbunden ist mit einem vierten Kontaktierungsbereich (KB4) der vierten Stromschiene (ST4) und ein zweiter Kontaktierungsbereich (KB2) der zweiten Stromschiene (ST2) elektrisch leitend verbunden ist mit einem dritten Kontaktierungsbereich (KB3) der dritten Stromschiene (ST3), wobei der erste Kontaktierungsbereich (KB1) gegenüber dem zweiten Kontaktierungsbereich (KB2) vorsteht und mit dem vierten Kontaktierungsbereich (KB4) überlappt und mit diesem mittels einer ersten Fügenaht (L1) verbunden ist, und wobei der dritte Kontaktierungsbereich (KB3) gegenüber dem vierten Kontaktierungsbereich (KB4) vorsteht und mit dem zweiten Kontaktierungsbereich (KB2) überlappt und mit diesem mittels einer zweiten Fügenaht (L2) verbunden ist. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindungsanordnung angegeben.The invention relates to a connection arrangement with a first electrical or electronic component (10) with a first busbar (ST1) and a second busbar (ST2), the first busbar (ST1) and the second busbar (ST2) having a first insulation layer (ISO1 ) lie flat on top of each other, and a second electrical or electronic component (20) with a third busbar (ST3) and a fourth busbar (ST4), wherein the third busbar (ST3) and the fourth busbar (ST4) have a second insulation layer (IS02 ) lie flat on top of each other, with a first contacting area (KB1) of the first busbar (ST1) being electrically conductively connected to a fourth contacting area (KB4) of the fourth busbar (ST4) and a second contacting area (KB2) of the second busbar (ST2) being electrically conductively connected is connected to a third contact area (KB3) of the third busbar (ST3), wherein the first Kontakti The contacting area (KB1) projects beyond the second contacting area (KB2) and overlaps with the fourth contacting area (KB4) and is connected to it by means of a first joining seam (L1), and wherein the third contacting area (KB3) projects beyond the fourth contacting area (KB4). and overlaps with the second contact area (KB2) and is connected to it by means of a second seam (L2). Furthermore, a method for producing a connection arrangement is specified.
Description
Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung und ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindungsanordnung zur Verwendung bei Leistungselektronik-Steuergeräten, insbesondere Umrichtern oder Wandlern, z.B. für Schienenfahrzeuge, Windkraft- oder Solaranlagen oder für die PKW-Elektromobilität.The invention relates to a connection arrangement and a method for producing a connection arrangement for use in power electronics control devices, in particular converters or converters, e.g. for rail vehicles, wind power or solar systems or for passenger car electromobility.
In Elektro- oder Hybridfahrzeugen werden im Zusammenhang mit den Traktionsbatterien Leistungselektroniken eingesetzt. In diesen werden elektrische oder elektronische Bauteile durch stromführende Elemente miteinander verbunden, die hohe elektrische Ströme führen müssen. Um Induktivitäten in den stromführenden Elementen zu reduzieren und Verlustleistungen gering zu halten, werden üblicherweise stromführende Elemente verwendet, die eine flächige und parallele Stromführung ermöglichen. Hier ist es z.B. bekannt, als stromführende Elemente sogenannte Stromschienen zu verwenden. Dabei werden beispielsweise jeweils zwei Stromschienen mit entgegengesetzter Stromrichtung direkt übereinander und in geringem Abstand parallel zueinander geführt. Als Abstandselement und zur elektrischen Isolierung wird z.B. eine Isolationsschicht in Form einer Kunststofffolie zwischen den Stromschienen angeordnet.In electric or hybrid vehicles, power electronics are used in connection with the traction batteries. In these, electrical or electronic components are connected to one another by current-carrying elements that have to conduct high electrical currents. In order to reduce inductances in the current-carrying elements and to keep power losses low, current-carrying elements are usually used, which enable a planar and parallel current flow. It is known here, for example, to use so-called busbars as current-carrying elements. In this case, for example, two busbars with opposite current directions are routed directly one above the other and parallel to one another at a small distance. An insulating layer in the form of a plastic film, for example, is arranged between the busbars as a spacer element and for electrical insulation.
Sollen verschiedene elektrische und/oder elektronische Bauteile miteinander elektrisch leitend verbunden werden, so wird bislang diese parallele und eng übereinander liegende Anordnung unterbrochen. Beispielsweise werden die Stromschienen eines ersten Bauteils auseinandergeführt um eine Verschraubung oder Verklemmung mit den Stromschienen eines zweiten Bauteils zu ermöglichen. Die räumliche Beabstandung führt zu einer lokal höheren Induktivität, die Verluste verursacht und somit die Effizienz des Systems beeinträchtigt. Eine erhöhte Induktivität kann weiterhin elektromagnetische Störungen verursachen, z.B. können Niedervoltsignale im Fahrzeug gestört werden. Weiterhin bedeutet eine mechanische Verschraubung oder eine Klemmung von zwei Stromschienen eines gleichen Pols auch eine Übergangswiderstand- und Erwärmungsstelle, die zusätzlich nachteilig hinsichtlich des thermischen Verhaltens und der Effizienz des Systems wirkt.If various electrical and/or electronic components are to be connected to one another in an electrically conductive manner, this parallel and closely stacked arrangement has hitherto been interrupted. For example, the busbars of a first component are led apart in order to enable screwing or clamping with the busbars of a second component. The spatial separation leads to locally higher inductance, which causes losses and thus impairs the efficiency of the system. Increased inductance can also cause electromagnetic interference, e.g. low-voltage signals in the vehicle can be disrupted. Furthermore, mechanical screwing or clamping of two busbars of the same pole also means a point of contact resistance and heating, which is also disadvantageous with regard to the thermal behavior and the efficiency of the system.
Aus der Druckschrift
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung eine weitere Möglichkeit anzugeben, wie eine niederohmige Verbindungsanordnung realisiert werden kann. In einem weiteren Aspekt soll die Verbindungsanordnung darüber hinaus einen geringen Bauraumbedarf aufweisen und insbesondere großseriengerecht gestaltet und herstellbar sein.Against this background, it is the object of the invention to specify a further possibility of how a low-impedance connection arrangement can be implemented. In a further aspect, the connection arrangement should also have a small installation space requirement and in particular should be designed and manufacturable for large-scale production.
Gelöst wird die Aufgabe durch eine Verbindungsanordnung nach Patentanspruch 1 und ein Verfahren nach Patentanspruch 8. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.The object is achieved by a connection arrangement according to patent claim 1 and a method according to patent claim 8. Further advantageous refinements result from the dependent claims and the following description.
Es wird eine Verbindungsanordnung angegeben mit einem ersten elektrischen oder elektronischen Bauteil mit einer ersten Stromschiene und einer zweiten Stromschiene, wobei die erste Stromschiene und die zweite Stromschiene über eine erste Isolationsschicht flächig übereinander liegen. Weiterhin weist die Verbindungsanordnung ein zweites elektrisches oder elektronisches Bauteil auf mit einer dritten Stromschiene und einer vierten Stromschiene, wobei die dritte Stromschiene und die vierte Stromschiene über eine zweite Isolationsschicht flächig übereinander liegen. Die erste bzw. zweite Isolationsschicht liegt folglich zwischen den beiden jeweiligen Stromschienen und isoliert diese elektrisch voneinander. Die Isolationsschicht kann z.B. eine Kunststofffolie sein. Ein erster Kontaktierungsbereich der ersten Stromschiene ist elektrisch leitend verbunden mit einem vierten Kontaktierungsbereich der vierten Stromschiene und ein zweiter Kontaktierungsbereich der zweiten Stromschiene ist elektrisch leitend verbunden mit einem dritten Kontaktierungsbereich der dritten Stromschiene. Der erste Kontaktierungsbereich steht dabei gegenüber dem zweiten Kontaktierungsbereich vor und überlappt mit dem vierten Kontaktierungsbereich und ist mit diesem mittels einer ersten Fügenaht verbunden. Der dritte Kontaktierungsbereich steht gegenüber dem vierten Kontaktierungsbereich vor und überlappt mit dem zweiten Kontaktierungsbereich und ist mit diesem mittels einer zweiten Fügenaht verbunden. Als Kontaktierungsbereich wird ein Abschnitt der Stromschiene bezeichnet, in dem die Stromschiene eine elektrisch leitfähige Verbindung zu einer weiteren Stromschiene aufweist.A connection arrangement is specified with a first electrical or electronic component with a first busbar and a second busbar, the first busbar and the second busbar lying flat on top of one another via a first insulation layer. Furthermore, the connection arrangement has a second electrical or electronic component with a third busbar and a fourth busbar, the third busbar and the fourth busbar lying flat on top of one another via a second insulation layer. The first or second insulation layer consequently lies between the two respective busbars and electrically insulates them from one another. The insulation layer can be a plastic film, for example. A first contacting area of the first busbar is electrically conductively connected to a fourth contacting area of the fourth busbar and a second contacting area of the second busbar is electrically conductively connected to a third contacting area of the third busbar. The first contacting area protrudes in relation to the second contacting area and overlaps with the fourth contacting area and is connected to it by means of a first seam. The third contacting area protrudes in relation to the fourth contacting area and overlaps with the second contacting area and is connected to it by means of a second seam. A section of the busbar in which the busbar has an electrically conductive connection to a further busbar is referred to as a contacting region.
Durch diese Anordnung kann auf eine räumliche Trennung der Stromschienen eines Bauelementes verzichtet werden und dennoch eine zuverlässige elektrische Kontaktierung zwischen den zwei Bauelementen erzielt werden. Der Anordnung liegt die Idee zugrunde, dass die Stromschienen eines Bauelements immer überlappend bleiben und gegeneinander elektrisch isoliert bleiben. Beispielsweise kommen zwei Stromschienen des ersten Bauteils horizontal aus einer Richtung und zwei Stromschienen des zweiten Bauteils laufen horizontal aus einer zweiten Richtung auf die zwei Stromschienen des ersten Bauteils zu. Hierbei sind die Stromschienen in drei Leiterniveaus angeordnet, so dass sich jeweils eine Stromschiene des ersten Bauteils und eine Stromschiene des zweiten Bauteils überlappend in den Kontaktierungsbereichen treffen. Jeweils eine Stromschiene eines Stromschienenpaares steht dabei entlang einer Längsrichtung der Stromschiene gegenüber der anderen Stromschiene vor. Die Stromschienen können in dieser Anordnung quasi verzahnend ineinander geschoben werden, so dass jeweils Stromschienen gleicher Polarität überlappend aufeinander zu liegen kommen. Eine Beabstandung der Stromschienen eines Bauelementes voneinander - abgesehen von der elektrischen Isolierung durch die Isolationsschicht - ist nicht notwendig. Vielmehr bleiben die Stromschienen im jeweiligen Kontaktierungsbereich in derselben Ebene, in der sie an den Kontaktierungsbereich herangeführt werden. Die Stromschienen werden im Kontaktierungsbereich insbesondere nicht abgekantet oder in eine andere Ebene geführt. Vorzugsweise liegen die Kontaktierungsbereiche der zweiten Stromschiene und der dritten Stromschiene in derselben Ebene. Diese überlappende Anordnung bietet die Möglichkeit große Kontaktierungsbereiche zu schaffen, in denen die Stromschienen einander elektrisch kontaktieren. Zudem ermöglicht eine derartige Anordnung besonders geringe Induktivitäten, da die flächige und parallele Stromführung durchgehend erhalten bleibt.This arrangement makes it possible to dispense with a spatial separation of the busbars of a component and still achieve reliable electrical contacting between the two components. The arrangement is based on the idea that the busbars of a component always remain overlapping and remain electrically isolated from one another. For example, two busbars of the first component come horizontally from one direction and two busbars of the second component run out horizontally a second direction towards the two busbars of the first component. Here, the busbars are arranged in three conductor levels, so that one busbar of the first component and one busbar of the second component overlap in the contacting areas. In each case one busbar of a pair of busbars protrudes along a longitudinal direction of the busbar in relation to the other busbar. In this arrangement, the busbars can be pushed into one another in a quasi-interlocking manner, so that busbars of the same polarity come to lie on top of one another in an overlapping manner. It is not necessary for the busbars of a component to be spaced apart from one another—apart from the electrical insulation provided by the insulating layer. Rather, the busbars in the respective contacting area remain in the same plane in which they are brought up to the contacting area. In particular, the busbars are not folded in the contacting area or routed to another level. Preferably, the contacting areas of the second busbar and the third busbar are in the same plane. This overlapping arrangement makes it possible to create large contacting areas in which the busbars make electrical contact with one another. In addition, such an arrangement enables particularly low inductances, since the areal and parallel current conduction is maintained throughout.
Die erste und zweite Stromschiene des ersten elektrischen oder elektronischen Bauteils weisen unterschiedliche Polaritäten auf, z.B. kann die erste Stromschiene ein (+)-Leiter sein und die zweite Stromschiene ein (-)-Leiter oder umgekehrt. Die Polarität der dritten und vierten Stromschiene ist entsprechend derart gewählt, dass die dritte Stromschiene die gleiche Polarität wie die zweite Stromschiene aufweist, z.B. (-) und die vierte Stromschiene die gleiche Polarität wie die erste Stromschiene aufweist, z.B. (+).The first and second busbars of the first electrical or electronic component have different polarities, e.g., the first busbar can be a (+) conductor and the second busbar can be a (-) conductor or vice versa. The polarity of the third and fourth busbars is correspondingly chosen such that the third busbar has the same polarity as the second busbar, e.g. (-) and the fourth busbar has the same polarity as the first busbar, e.g. (+).
Zur Realisierung einer niederohmigen elektrischen Verbindung und zur Vermeidung von Übergabewiderständen sind die erste und vierte Stromschiene in ihren Kontaktierungsbereichen mittels einer ersten Fügenaht verbunden, ebenso die zweite und dritte Stromschiene mittels einer zweiten Fügenaht. Die Fügenähte sind dabei vorzugsweise selbst elektrisch leitfähig bzw. haben vorzugsweise die gleiche innere Struktur wie das unbearbeitete Material.In order to implement a low-impedance electrical connection and to avoid transfer resistances, the first and fourth busbars are connected in their contacting areas by means of a first seam, and the second and third busbars are also connected by means of a second seam. The joining seams are preferably themselves electrically conductive or preferably have the same internal structure as the unprocessed material.
Für die Produktion hoher Volumina ist es in einer Ausgestaltung besonders bevorzugt, wenn die Fügenähte als Schweißnähte ausgebildet sind. Das Verschweißen kann insbesondere mittels Laserstrahlung erfolgen.For the production of high volumes, it is particularly preferred in one embodiment if the joining seams are in the form of weld seams. The welding can take place in particular by means of laser radiation.
Hinsichtlich einer großseriengerechten Herstellbarkeit der Verbindungsanordnung ist es in einer Ausgestaltung besonders bevorzugt, wenn die erste Stromschiene eine Durchgangsöffnung aufweist, die in Richtung auf den zweiten Kontaktierungsbereich der zweiten Stromschiene ausgebildet ist. Im Bereich der Durchgangsöffnung liegt die zweite Stromschiene somit von Seiten der ersten Stromschiene frei zugänglich offen. Dies ermöglicht es, dass beide elektrisch leitenden Verbindungen (die Verbindung zwischen der zweiten Stromschiene und der dritten Stromschiene und die Verbindung zwischen der ersten und der vierten Stromschiene) von derselben Seite ausgebildet werden können. Hierdurch ist nur eine einseitige Zugänglichkeit während der Montage notwendig um die Fügenähte auszubilden. Insbesondere können z.B. beide Schweißungen ohne nennenswerte Umpositionierung mittels derselben Laserstrahlanlage durchgeführt werden, was die Herstellzeit und -kosten reduziert.With regard to the ability to manufacture the connection arrangement in large series, it is particularly preferred in one configuration if the first busbar has a through-opening which is formed in the direction of the second contacting region of the second busbar. In the area of the through-opening, the second busbar is thus open and freely accessible from the side of the first busbar. This enables both electrically conductive connections (the connection between the second bus bar and the third bus bar and the connection between the first and fourth bus bars) to be formed from the same side. As a result, only one-sided accessibility during assembly is necessary to form the joint seam. In particular, both welds can be carried out using the same laser beam system without any significant repositioning, which reduces production time and costs.
Die Verwendung eines Laserstrahls zur Ausbildung der elektrisch leitenden Verbindung ermöglicht es darüber hinaus, dass in einer Ausgestaltung die Durchgangsöffnung in der ersten Stromschiene als schlitzförmige Öffnung ausgebildet ist. Als schlitzförmig wird im Rahmen dieser Erfindung eine Öffnung verstanden, deren Breite um ein Vielfaches geringer ist als ihre Länge, z.B. mindestens um den Faktor 3 geringer oder mindestens um den Faktor 5 geringer. Durch die schlitzförmige Durchgangsöffnung wird die Querschnittsverringerung in der ersten Stromschiene auf ein Minimum reduziert und hat somit nur einen sehr geringen bzw. keinen nennenswerten negativen Einfluss auf den Stromfluss und damit auf die Effizienz des Gesamtsystems.The use of a laser beam to form the electrically conductive connection also makes it possible, in one configuration, for the through-opening in the first busbar to be formed as a slot-shaped opening. In the context of this invention, a slit-like opening is understood to mean an opening whose width is many times smaller than its length, e.g. smaller by a factor of at least 3 or smaller by a factor of at least 5. The slot-shaped through-opening reduces the reduction in cross-section in the first busbar to a minimum and thus has only a very small or no significant negative influence on the current flow and thus on the efficiency of the overall system.
In einer Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass die zu der Durchgangsöffnung weisenden Stirnseiten der ersten Stromschiene durch ein Isolations-Einlegeteil bedeckt sind. Hierbei kann es sich z.B. um ein Kunststoffbauteil handeln, das umfangsseitig in der Durchgangsöffnung angeordnet ist und ggf. über die erste Stromschiene hinausragt. Im Inneren des Isolations-Einlegeteils verbleibt eine Durchgangsöffnung bis zur zweiten Stromschiene. Das Isolations-Einlegeteil dient zur elektrischen Isolation der ersten Stromschiene von der zweiten Stromschiene und bildet eine Barriere gegen Kriechströme. Zudem wirkt das Isolations-Einlegeteil als Spritz- und Staubschutz während des Laserschweißprozesses.In one configuration, it is provided that the end faces of the first busbar pointing towards the through-opening are covered by an insert insulation part. This can be a plastic component, for example, which is arranged in the through-opening on the peripheral side and possibly protrudes beyond the first busbar. A through opening up to the second busbar remains inside the insulation insert. The insulating insert is used to electrically insulate the first busbar from the second busbar and forms a barrier against leakage currents. In addition, the insulating insert acts as a splash and dust protection during the laser welding process.
Zur Reduzierung der Baulänge der Verbindungsanordnung ist es besonders vorteilhaft, wenn in einer Ausgestaltung zwischen dem zweiten Kontaktierungsbereich der zweiten Stromschiene und dem vierten Kontaktierungsbereich der vierten Stromschiene ein Isolationselement angeordnet ist. Das Isolationselement ist vorzugsweise als Kunststoffelement ausgebildet. Das Isolationselement wird vorzugsweise zwischen den Stirnseiten der in einer Ebene aufeinander zulaufenden zweiten und vierten Stromschiene positioniert. Das Isolationselement kann beispielsweise einen Querschnitt aufweisen, der im Wesentlichen dem Querschnitt der zweiten bzw. vierten Stromschiene entspricht. Ggf. kann das Isolationselement ein zusätzliches Dichtelement, wie z.B. eine Gummidichtung aufweisen, durch welche das Isolationselement zwischen den Stromschienen verklemmt und dadurch fixiert wird. Das Isolationselement reduziert die zu berücksichtigende Kriechstrecke, so dass die Baulänge der Verbindungsanordnung minimiert werden kann. Alternativ oder ergänzend zu dem Isolationselement kann auch eine Isolationsschicht, z.B. die zwischen der dritten und vierten Stromschiene angeordnete zweite Isolationsschicht in Richtung auf den dritten Kontaktierungsbereich gegenüber der vierten Stromschiene vorstehen.In order to reduce the overall length of the connection arrangement, it is particularly advantageous if, in one embodiment, an insulating element is arranged between the second contacting area of the second busbar and the fourth contacting area of the fourth busbar. The insulating element is preferably made of art fabric element formed. The insulating element is preferably positioned between the end faces of the second and fourth busbars, which converge in one plane. The insulating element can have a cross section, for example, which essentially corresponds to the cross section of the second or fourth busbar. If necessary, the insulating element can have an additional sealing element, such as a rubber seal, through which the insulating element is clamped between the busbars and thereby fixed. The insulation element reduces the creepage distance to be taken into account, so that the overall length of the connection arrangement can be minimized. As an alternative or in addition to the insulating element, an insulating layer, for example the second insulating layer arranged between the third and fourth busbars, can also protrude in the direction of the third contacting region with respect to the fourth busbar.
Bei den elektrischen oder elektronischen Bauteilen kann es sich in einer Ausgestaltung um ein Kondensatormodul und ein Leistungsmodul handeln. Beispielsweise kann das erste Bauteil ein Kondensatormodul sein und das zweite Bauteil ein Leistungsmodul oder umgekehrt. Bei dem Kondensatormodul handelt es sich insbesondere um einen Zwischenkreiskondensator. Das Leistungsmodul ist insbesondere ein Wechselrichtermodul oder Gleichrichtermodul. Der Zwischenkreiskondensator ist dann mittels der Stromschienen an einem Gleichspannungsanschluss des Leistungsmoduls angeschlossen. Die voranstehend beschriebene Verbindungsanordnung zeichnet sich durch einen geringen Bauraumbedarf aus. Eine derartige Verbindung lässt sich daher auch in bestehende Konzepte integrieren, ohne dass Bauraumänderungen notwendig sind. Sie ist daher insbesondere geeignet um in Kraftfahrzeugen, wie z.B. Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen, Verwendung zu finden.In one configuration, the electrical or electronic components can be a capacitor module and a power module. For example, the first component can be a capacitor module and the second component can be a power module or vice versa. The capacitor module is in particular an intermediate circuit capacitor. The power module is in particular an inverter module or rectifier module. The intermediate circuit capacitor is then connected to a DC voltage connection of the power module by means of the busbars. The connection arrangement described above is characterized by a small space requirement. A connection of this type can therefore also be integrated into existing concepts without the need for changes in the installation space. It is therefore particularly suitable for use in motor vehicles, such as electric vehicles or hybrid vehicles.
Weiterhin wird Verfahren zur Herstellung einer Verbindungsanordnung angegeben, insbesondere zur Herstellung der voranstehend beschriebenen Verbindungsanordnung. Das Verfahren weist die Schritte auf:
- - Bereitstellen eines ersten elektrischen oder elektronischen Bauteils mit einer ersten Stromschiene und einer zweiten Stromschiene, die über einer ersten Isolationsschicht flächig übereinander liegen, wobei ein erster Kontaktierungsbereich der ersten Stromschiene gegenüber einem zweiten Kontaktierungsbereich der zweiten Stromschiene vorsteht,
- - Bereitstellen eines zweiten elektrischen oder elektronischen Bauteils mit einer dritten Stromschiene und einer vierten Stromschiene, die über einer zweiten Isolationsschicht flächig übereinander liegen, wobei ein dritter Kontaktierungsbereich der dritten Stromschiene gegenüber einem vierten Kontaktierungsbereich der vierten Stromschiene vorsteht,
- - Positionieren und Fixieren von erstem elektrischen oder elektronischen Bauteil und zweitem elektrischen oder elektronischen Bauteil derart, dass sich der erste Kontaktierungsbereich der ersten Stromschiene und der vierte Kontaktierungsbereich der vierten Stromschiene überlappend kontaktieren und dass sich der zweite Kontaktierungsbereich der zweiten Stromschiene und der dritte Kontaktierungsbereich der dritten Stromschiene überlappend kontaktieren,
- - Ausbilden einer ersten Fügenaht, welche den ersten Kontaktierungsbereich mit dem vierten Kontaktierungsbereich verbindet und
- - Ausbilden einer zweiten Fügenaht, welche den zweiten Kontaktierungsbereich mit dem dritten Kontaktierungsbereich verbindet.
- - providing a first electrical or electronic component with a first busbar and a second busbar, which lie flat on top of one another over a first insulation layer, with a first contacting area of the first busbar protruding in relation to a second contacting area of the second busbar,
- - Providing a second electrical or electronic component with a third busbar and a fourth busbar, which lie flat on top of one another over a second insulating layer, with a third contacting area of the third busbar protruding in relation to a fourth contacting area of the fourth busbar,
- - Positioning and fixing the first electrical or electronic component and the second electrical or electronic component in such a way that the first contacting area of the first busbar and the fourth contacting area of the fourth busbar contact overlapping and that the second contacting area of the second busbar and the third contacting area of the third contact busbar overlapping,
- - Forming a first joining seam which connects the first contacting area to the fourth contacting area and
- - Forming a second joining seam which connects the second contacting area to the third contacting area.
Das Ausbilden der Fügenähte erfolgt vorzugsweise durch ein Schweißverfahren. Zum wirtschaftlichen Ausbilden der Verbindungsanordnung ist es von Vorteil, wenn das Ausbilden der Fügenähte von nur einer Seite erfolgen kann. Hierzu erfolgt in einer Ausgestaltung das Ausbilden der ersten Fügenaht, welche den zweiten Kontaktierungsbereich mit dem dritten Kontaktierungsbereich verbindet, durch eine Durchgangsöffnung in der ersten Stromschiene hindurch.The joining seam is preferably formed by a welding process. In order to form the connection arrangement economically, it is advantageous if the joining seam can only be formed from one side. For this purpose, in one configuration, the first joining seam, which connects the second contacting area to the third contacting area, is formed through a through-opening in the first busbar.
Das Ausbilden der Fügenähte erfolgt vorzugsweise durch ein Laserstrahlschweißverfahren. Für dieses Schweißverfahren ist nur eine sehr schmale, schlitzförmige Durchgangsöffnung notwendig. Der Laserstrahl wird bei diesem Verfahren durch die Durchgangsöffnung in der ersten Stromschiene auf die zweite Stromschiene gerichtet und bildet eine Fügenaht aus, welche die zweite Stromschiene mit der dritten Stromschiene verbindet. Das Laserstrahlschweißverfahren erzeugt nur einen geringen Wärmeeintrag und die Gefügeveränderungen sind im Vergleich zu anderen Schweißverfahren gering. Das Laserstrahlschweißverfahren ist schnell und benötigt nur einen Einmalaufwand zur Anlagenbeschaffung und ist daher gut für die Massenproduktion geeignet.The joining seam is preferably formed by a laser beam welding process. Only a very narrow, slit-shaped passage opening is required for this welding process. In this method, the laser beam is directed through the through opening in the first busbar onto the second busbar and forms a joint seam which connects the second busbar to the third busbar. The laser beam welding process generates only a small amount of heat and the structural changes are minor compared to other welding processes. The laser beam welding process is fast and requires only a one-time investment for equipment procurement, and is therefore well suited for mass production.
Zum Fixieren der vorpositionierten Stromschienen kann eine Spannvorrichtung verwendet werden, welche die Schienen zusammenpresst. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass sich die Schienen während des thermischen Fügens kontaktieren. Zudem wirkt die Spannvorrichtung als Staub- und Spritzschutz während des Fügevorgangs. Die Spannvorrichtung kann beispielsweise gegen eine Trägerplatte verspannt werden, welche die Bauteile trägt. Nach dem thermischen Fügen der Stromschienen kann die Spannvorrichtung entfernt werden.A clamping device that presses the rails together can be used to fix the pre-positioned busbars in place. This ensures that the rails make contact during thermal joining. In addition, the clamping device acts as a dust and splash guard during the joining process. The clamping device can, for example, be braced against a support plate which supports the components carries. After thermal joining of the busbars, the clamping device can be removed.
Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der Verbindungsanordnung beschrieben sind, gelten auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Sofern in dieser Anmeldung der Begriff „kann“ verwendet wird, handelt es sich sowohl um die technische Möglichkeit als auch um die tatsächliche technische Umsetzung.Features and details that are described in connection with the connection arrangement also apply in connection with the method according to the invention and vice versa, so that the disclosure of the individual aspects of the invention is or can always be referred to reciprocally. Further advantages, features and details of the invention result from the following description, in which exemplary embodiments of the invention are described in detail with reference to the drawings. The features mentioned in the claims and in the description can each be essential to the invention individually or in any combination. If the term "can" is used in this application, it is both the technical possibility and the actual technical implementation.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:
-
1 eine schematische Schnittansicht A-A einer beispielhaften Verbindungsanordnung und -
2 eine schematische Draufsicht der in1 dargestellten Verbindungsanordnung.
-
1 a schematic sectional view AA of an exemplary connection arrangement and -
2 a schematic plan view of in1 illustrated connection arrangement.
Die erste Stromschiene ST1 und die zweite Stromschiene ST2 liegen flächig über eine erste Isolationsschicht ISO1 übereinander. Die erste Isolationsschicht ISO1 beabstandet die erste und zweite Stromschiene ST1 und ST2 voneinander und isoliert diese elektrisch voneinander. Die oben liegende, erste Stromschiene ST1 ist an ihrem Ende verlängert und ragt in Längsrichtung über die zweite Stromschiene ST2 hinaus.The first busbar ST1 and the second busbar ST2 lie flat on top of one another over a first insulating layer ISO1. The first insulating layer ISO1 spaces the first and second busbars ST1 and ST2 from one another and electrically insulates them from one another. The end of the upper, first busbar ST1 is extended and protrudes in the longitudinal direction beyond the second busbar ST2.
Die dritte Stromschiene ST3 und die vierte Stromschiene ST4 liegen flächig über eine zweite Isolationsschicht ISO2 übereinander. Die zweite Isolationsschicht ISO2 beabstandet die dritte und vierte Stromschiene ST3 und ST4 voneinander und isoliert diese elektrisch voneinander. Die unten liegende, dritte Stromschiene ST3 ist an ihrem Ende verlängert und ragt in Längsrichtung über die vierte Stromschiene ST4 hinaus.The third busbar ST3 and the fourth busbar ST4 lie flat on top of one another via a second insulating layer ISO2. The second insulating layer ISO2 separates the third and fourth busbars ST3 and ST4 from one another and electrically insulates them from one another. The third busbar ST3 lying below is extended at its end and protrudes in the longitudinal direction beyond the fourth busbar ST4.
Die erste und zweite Isolationsschicht ISO1 und ISO2 können z.B. in Form einer dünnen Kunststofffolie ausgebildet sein. Die erste und zweite Isolationsschicht ISO1 und ISO2 können einen Überstand am Rand der Stromschienen aufweisen entsprechend der elektrischen Luft-und Kriechstrecke.The first and second insulating layers ISO1 and ISO2 can be in the form of a thin plastic film, for example. The first and second insulation layers ISO1 and ISO2 can have an overhang at the edge of the busbars corresponding to the electrical clearance and creepage distance.
Die Stromschienen ST1 bis ST4 sind aufeinander zugeführt, wobei ein Leiterpaar (ST1 und ST2) das zweite Leiterpaar (ST3 und ST4) überlappend trifft, so dass die Stromschienen in drei Leiterniveaus angeordnet sind. Die Stromschienen gleicher Polarität, also erste Stromschiene ST1 und vierte Stromschiene ST4, sowie zweite Stromschiene ST2 und dritte Stromschiene ST3, gelangen in Kontaktierungsbereichen in flächige Anlage miteinander. Genauer gesagt überlappt ein erster Kontaktierungsbereich KB1 der ersten Stromschiene ST1 mit einem vierten Kontaktierungsbereich KB4 der vierten Stromschiene ST4 und kontaktiert diesen. Ebenso überlappt ein zweiter Kontaktierungsbereich KB2 der zweiten Stromschiene mit einem dritten Kontaktierungsbereich KB3 der dritten Stromschiene ST3 und kontaktiert diesen. Durch diese Anordnung liegen die zwei mittleren Stromschienen ST2 und ST4 auf dem gleichen Leitungsniveau. Zwischen ihnen ist ein Isolationselement 30, hier in Form eines Kunststoffelements 32 mit zusätzlicher Gummidichtung 34, angeordnet, welches die beiden Stromschienen ST2 und ST4, welche unterschiedliche Polaritäten besitzen, voneinander elektrisch isoliert. Durch die Verwendung des Isolationselementes wird die Baulänge des Konzeptes reduziert.The busbars ST1 to ST4 are fed to one another, with one pair of conductors (ST1 and ST2) overlapping the second pair of conductors (ST3 and ST4), so that the busbars are arranged in three conductor levels. The busbars of the same polarity, ie the first busbar ST1 and the fourth busbar ST4, as well as the second busbar ST2 and the third busbar ST3, come into planar contact with one another in contacting areas. More precisely, a first contacting area KB1 of the first busbar ST1 overlaps with a fourth contacting area KB4 of the fourth busbar ST4 and makes contact with it. Likewise, a second contacting area KB2 of the second busbar overlaps with a third contacting area KB3 of the third busbar ST3 and makes contact with it. This arrangement means that the two middle busbars ST2 and ST4 are on the same line level. Between them is an insulating
Die Stromschienen ST1 und ST4 sowie die Stromschienen ST2 und ST3 sind in ihren jeweiligen Kontaktierungsbereichen mittels Laserschweißverfahren mit jeweils einer Lasernaht L1 und L2 dauerhaft verbunden. Das Verschweißen mittels Laserstrahl L erfolgt vorzugsweise für beide Lasernähte L1, L2 von derselben Seite der Verbindungsanordnung. Hierzu werden die Stromschienen mittels einer Spannvorrichtung 40 gegen die Trägerplatte 50 verspannt, welche z.B. auch die Bauelemente 10 und 20 trägt. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass sich die Stromschienen während des Schweißens kontaktieren. Die Stromschienen können durch eine dritte Isolationsschicht ISO3 elektrisch von der Trägerplatte 50 isoliert sein.The busbars ST1 and ST4 as well as the busbars ST2 and ST3 are permanently connected in their respective contact areas by means of a laser welding process with a respective laser seam L1 and L2. The welding by means of a laser beam L is preferably carried out for both laser seams L1, L2 from the same side of the connection arrangement. For this purpose, the busbars are braced against the
Die Spannvorrichtung 40 weist zwei Durchgangsöffnungen 42, 44 auf, durch die der Laserstrahl L auf die Stromschienen gerichtet wird. In der ersten Durchgangsöffnung 42 liegt die Oberfläche der ersten Stromschiene ST1 frei. Diese kann - wie in
In der zweiten Durchgangsöffnung 44 der Spannvorrichtung 40 liegt die Oberfläche der zweiten Stromschiene ST2 frei. Dies wird erreicht, indem in der ersten Stromschiene ST1, welche über der zweiten Stromschiene ST2 angeordnet ist, eine Durchgangsöffnung 60 ausgebildet ist. Die Durchgangsöffnung 60 ist vorzugsweise schlitzförmig ausgebildet. Die zu der Durchgangsöffnung 60 weisenden Stirnflächen der ersten Stromschiene ST1 sind durch ein Isolations-Einlegeteil 70 elektrisch isoliert, welches die Durchgangsöffnung 60 umfangsseitig auskleidet. Zur Ausbildung der zweiten Lasernaht L2 wird der Laserstrahl L durch die zweite Durchgangsöffnung 44 und die Durchgangsöffnung 60 auf die Oberfläche der zweiten Stromschiene ST2 gerichtet und erzeugt eine Einschweißung in die zweite und dritte Stromschiene. Während des Schweißprozesses kann die Spannvorrichtung 40 auch als Strahl- und Staubschutz wirken. Nach Ausbildung der Lasernähte L1 und L2 wird die Spannvorrichtung 40 entfernt.The surface of the second busbar ST2 is exposed in the second passage opening 44 of the
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Verbindungsanordnungconnection arrangement
- 10, 2010, 20
- elektrisches oder elektronisches Bauteilelectrical or electronic component
- 3030
- Isolationselementisolation element
- 3232
- Kunststoffelementplastic element
- 3434
- Gummidichtungrubber seal
- 4040
- Spannvorrichtungclamping device
- 42, 4442, 44
- Durchgangsöffnungenpassage openings
- 5050
- Trägerplattebacking plate
- 6060
- Durchgangsöffnungpassage opening
- 7070
- Isolations-EinlegeteilInsulation insert
- ISO1 - ISO3ISO1 - ISO3
- Isolationsschichteninsulation layers
- KB1 - KB4KB1 - KB4
- Kontaktierungsbereichecontacting areas
- LL
- Laserstrahllaser beam
- L1, L2L1, L2
- Lasernähtelaser seams
- ST1 - ST4ST1 - ST4
- Stromschienenpower rails
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102016209271 A1 [0004]DE 102016209271 A1 [0004]
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-
2020
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