-
Die Erfindung betrifft eine Bauteilanordnung zur elektrischen Kontaktierung mit zumindest einem Dehnungsband und einem Bauteil, wobei das Dehnungsband eine Anzahl von übereinander angeordneten endseitig pressverschweißten Metallbändern umfasst.
-
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Bauteilanordnung.
-
Aus der
EP 0 897 183 B1 ist eine Hochstrom-Schaltvorrichtung bekannt. Die Hochstrom-Schaltvorrichtung weist zwei an Stromleiter anzuschließende Kontaktplatten, wenigstens einen an einer der Kontaktplatten angebrachten, bewegbar gelagerten Schaltfinger und an dem Schaltfinger und der anderen Kontaktplatte angeordnete Kontakte auf. Dabei ist der Schaltfinger über ein elektrisch leitfähiges Dehnungsband mit der einen Kontaktplatte verbunden. Der Schaltfinger weist ein die mechanischen Belastungen des Schaltvorganges aufnehmendes Gehäuse auf, in welchem sich das Dehnungsband erstreckt. Das Dehnungsband erstreckt sich in dem Gehäuse bis zu dem am Schaltfinger angebrachten Kontakt, mit dem das Dehnungsband elektrisch leitend verbunden ist. Der Kontakt ragt aus dem Gehäuse heraus und ist durch die Wand des Gehäuses geführt. Das Dehnungsband besteht aus einer Mehrzahl von zu einem Paket zusammengefügten Lamellen aus Kupfer, die an ihren Enden durch Pressschweißen miteinander verbunden sind.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Bauteilanordnung zur elektrischen Kontaktierung und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Bauteilanordnung anzugeben.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Bauteilanordnung, welche die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist und durch ein Verfahren zur Herstellung, welches die in Anspruch 3 angegebenen Merkmale aufweist.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Eine Bauteilanordnung zur elektrischen Kontaktierung weist zumindest ein Dehnungsband und ein Bauteil auf, wobei das Dehnungsband eine Anzahl von übereinander angeordneten endseitig pressverschweißten Metallbändern umfasst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das pressverschweißte Ende des Dehnungsbandes eine Fase aufweist und im Überlappstoß auf dem Bauteil angeordnet ist und das pressverschweißte Ende des Dehnungsbandes mittels einer eingebrachten Kehlnaht, welche einen Pressschweißbereich des Dehnungsbandes zumindest bereichsweise überlagert, mit dem Bauteil laserverschweißt ist.
-
Mittels einer derart ausgebildeten Bauteilanordnung können Übergangswiderstände verringert und dadurch eine Stromleitfähigkeit einer Gesamtverbindung zwischen dem Dehnungsband und dem Bauteil optimiert werden.
-
Dehnungsbänder können als Standardkomponente für derartige Bauteilanordnungen verwendet werden, so dass keine Spezialbauteile erforderlich sind. Dabei können die Dehnungsbänder in beliebiger Ausführungsform, insbesondere in Bezug auf Dicke, Breite etc., verwendet werden.
-
Bei einer solchen Bauteilanordnung können Höhenunterschiede stromtragender Bauteile in Verbindung mit stoffschlüssigen Verbindungen ausgeglichen werden.
-
Eine Realisierung einer Verbindung zwischen einem vergleichsweise dünnen Bauteil und einem vergleichsweise dicken Dehnungsband als flexible Stromschiene ist somit möglich, wobei die Fase im Pressschweißbereich ein relativ temperaturarmes Schweißen, insbesondere Laserschweißen, ermöglicht.
-
Eine solche Bauteilanordnung kann mit einem Bauteil und einem Dehnungsband hergestellt sein, unabhängig davon, aus welchen metallischen Werkstoffen diese hergestellt sind. Beispielsweise können beziehungsweise kann das Bauteil und/oder das Dehnungsband aus Aluminium, Kupfer sowie Mischverbindungen gebildet sein.
-
Die Bauteilanordnung eignet sich insbesondere zur Anwendung bei Übertragung vergleichsweise hoher Ströme, beispielsweise in einer Leistungselektronik und/oder für Kontaktierungen an elektrischen Energiespeichem und Stromschienen.
-
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Bauteilanordnung.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
-
Dabei zeigen:
- 1 schematisch einen Ausschnitt eines Dehnungsbandes mit pressverschweißtem Ende,
- 2 schematisch einen Ausschnitt des Dehnungsbandes mit einer an dem pressverschweißten Ende ausgebildeten Fase,
- 3 schematisch eine Bauteilanordnung mit dem Dehnungsband und einem Bauteil und
- 4 schematisch einen Ausschnitt des Dehnungsbandes mit einer ausgebildeten Fase einer anderen Form und Abmessungen.
-
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
1 zeigt einen Ausschnitt eines Dehnungsbandes 1 einer in 3 dargestellten Bauteilanordnung A.
-
Ein solches Dehnungsband 1 bildet eine flexible Stromschiene und umfasst eine Anzahl übereinander angeordneter Metallbänder 1.1, welche endseitig pressverschweißt sind und die Enden der Metallbänder 1.1 somit verbunden sind und ein jeweiliges Ende des Dehnungsbandes 1 kompakt ausgeführt ist. Beispielsweise sind die Metallbänder 1.1 aus Kupfer oder Aluminium gebildet.
-
Im Allgemeinen ist bekannt, dass elektrische Kontaktierungen von stromtragenden Komponenten mittels mechanischer Verfahren, wie beispielsweise Verschraubungen, und/oder mittels stoffschlüssigen Verbindens, zum Beispiel mittels Schweißverfahren, herstellbar sind.
-
Üblicherweise weisen mechanische Verbindungen einen vergleichsweise hohen Kontaktwiderstand auf, wohingegen stoffschlüssige Verbindungen mittels Verschweißens oftmals nur an Komponenten mit einer vergleichsweise dünnen Materialstärke prozesssicher herstellbar sind. Bei einem Verschweißen von dickwandigen materialstarken Komponenten sind die zu verbindenden Komponenten durch einen vergleichsweise hohen Leistungseinsatz einer verhältnismäßig hohen thermischen Belastung ausgesetzt. Dadurch ist ein thermisches Fügen insbesondere von temperatursensiblen Komponenten nicht möglich.
-
Im Folgenden werden eine mittels Schweißverfahren hergestellte Bauteilanordnung A und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen beschrieben.
-
Wie oben beschrieben, bildet eine Komponente der Bauteilanordnung A das Dehnungsband 1 mit den pressverschweißten Enden.
-
Ein jeweiliger Pressschweißbereich B des Dehnungsbandes 1 wird nach einem stoffschlüssigen Fügen mit einer Fase F versehen, wobei die jeweilige Fase F an einem freien Ende des Pressschweißbereiches B ausgebildet ist, wie in 2 gezeigt ist. Alternativ kann der Pressschweißbereich B des Dehnungsbandes 1 durch eine entsprechende, beispielsweise stufenartige, Anordnung der einzelnen Metallbänder 1.1 direkt beim Ausführen des Pressschweißens mit einer Fase F ausgebildet werden. Mit anderen Worten wird das Dehnungsband 1 direkt mit einer Fase F hergestellt, so dass in dem Fall kein nachträgliches Einbringen einer solchen Fase F erforderlich ist.
-
Anschließend wird das Dehnungsband 1 im Überlappstoß auf einem Bauteil 2, mit welchem das Dehnungsband 1 stromführend verbunden werden soll, angeordnet und über eine Kehlnaht K mittels Laserschweißens L verbunden, wie in 3 gezeigt ist. Dabei überlagert die Kehlnaht K den Pressschweißbereich B, wodurch der Pressschweißbereich B zumindest teilweise durch das Laserschweißen L aufgeschmolzen wird und dadurch anteilig ein gemeinsames Gefüge, insbesondere eine Hybridschweißverbindung, entsteht.
-
Eine solche Hybridschweißverbindung weist vergleichsweise gute Verbindungseigenschaften und einen relativ geringen Übergangswiderstand und somit eine verhältnismäßig gute Stromleitfähigkeit auf, insbesondere im Vergleich zu geschraubten Verbindungen.
-
Eine Geometrie der Kehlnaht K wird aufgrund der ausgebildeten Fase F im Pressschweißbereich B des Dehnungsbandes 1 optimiert beeinflusst, so dass nicht der gesamte Pressschweißbereich B in seiner in 4 gezeigten gesamten Höhe tB, also seiner Materialstärke, beim Laserschweißen L durchdrungen werden muss.
-
Eine ausreichend große Anbindung des Dehnungsbandes 1 an das Bauteil 2 kann somit mit einem erheblich verringerten Leistungseinsatz realisiert werden. Dabei wird die Anbindung, das heißt ein elektrischer Kontaktierungsbereich zwischen dem Dehnungsband 1 und dem Bauteil 2 durch ein sogenanntes A-Maß M der Kehlnaht K, wie in 3 gezeigt ist, bestimmt.
-
Die Kehlnaht K kann mittels linearer Strahlbewegung beim Laserschweißen L entlang des Pressschweißbereiches B oder mittels überlagerter Strahloszillation ausgeführt werden.
-
4 zeigt einen Ausschnitt des Dehnungsbandes 1 mit einer im Pressschweißbereich B ausgebildeten Fase F, wobei der Pressschweißbereich B eine andere Form als in 3 aufweist. Zudem sind Abmessungen in Bezug auf den Pressschweißbereich B dargestellt.
-
Wie oben erwähnt, ist die Höhe tB des Pressschweißbereiches B, das heißt die Gesamtmaterialstärke, eine Breite bB des Pressschweißbereiches B, eine Höhe hF der Fase F und eine Breite bF der Fase F abgebildet.
-
Insbesondere ist dabei die Höhe tB des Pressschweißbereiches B größer/gleich der Höhe hF der Fase F, wobei diese größer/gleich ein Viertel der Höhe tB des Pressschweißbereiches B ist. Des Weiteren ist die Breite bB des Pressschweißbereiches B größer als die Breite bF der Fase F, die größer/gleich ein Viertel der Breite bB des Pressschweißbereiches B ist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
