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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung, insbesondere zur Verwendung in Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Anspruchs 1.
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In der Leistungselektronik, beispielsweise in Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen, werden elektrische und/oder elektronische Bauteile, die hohe elektrische Ströme führen, miteinander verbunden. Aufgrund der hohen elektrischen Ströme müssen stromführende Elemente, durch die die elektrischen und/oder elektronischen Bauteile miteinander verbunden sind, entsprechend geringe elektrische Widerstände aufweisen und somit große Querschnitte und/oder Materialen hoher elektrischer Leitfähigkeit haben. So wird Strom in solchen Anordnungen beispielsweise über Stromschienen, die auch Busbars genannt werden, geführt und die elektrischen und/oder elektronischen Bauteile über Stromschienen miteinander verbunden.
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Zur Verbindung von elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen untereinander werden flächige Anschlusskontakte, beispielsweise Stromschienen, die elektrische Anschlüsse der elektrischen und/oder elektronischen Bauteile bilden, elektrisch miteinander verbunden. Dabei überlappen die flächigen Anschlusskontakte und sind in dem Bereich, in dem sie überlappen, miteinander verbunden, beispielsweise verschraubt. Fließen hohe Ströme über die Verbindung, ist die Einhaltung eines geringen elektrischen Materialwiderstandes und die Einhaltung eines geringen elektrischen Kontaktwiderstand zur Minimierung der elektrischen Gesamtverlustleitung essenziell.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird eine Verbindungsanordnung, insbesondere zur Verwendung in Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen, vorgeschlagen. Die Verbindungsanordnung umfasst einen ersten flächigen Anschlusskontakt zur elektrischen Kontaktierung eines ersten elektrischen und/oder elektronischen Bauteils und einen zweiten flächigen Anschlusskontakt zur elektrischen Kontaktierung eines zweiten elektrischen und/oder elektronischen Bauteils, wobei der erste flächige Anschlusskontakt und der zweite flächige Anschlusskontakt in einem Überlappbereich überlappen und in dem Überlappbereich eine erste Kontaktfläche des ersten flächigen Anschlusskontakts und eine zweite Kontaktfläche des zweiten flächigen Anschlusskontakts aufeinander aufliegen, wobei der erste flächige Anschlusskontakt und der zweite flächige Anschlusskontakt in dem Überlappbereich mittels eines Verbindungselements verbunden und durch das Verbindungselement aufeinandergedrückt sind. Dabei ist in der ersten Kontaktfläche eine Struktur in den ersten flächigen Anschlusskontakt geprägt, die in die zweite Kontaktfläche gedrückt ist.
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Vorteile der Erfindung
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Gegenüber dem Stand der Technik weist die Verbindungsanordnung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs den Vorteil auf, dass der elektrische Kontaktwiderstand zwischen dem ersten flächigen Anschlusskontakt und dem zweiten flächigen Anschlusskontakt vorteilhaft gering ist. Bei der Herstellung von flächigen Anschlusskontakten, beispielsweise Stromschienen, wächst prozessbedingt eine Oxidschicht als Fremdschicht auf den Oberflächen der flächigen Anschlusskontakte auf. Zusätzlich können verschiedene Verunreinigungen Fremdschichten auf den Oberflächen der flächigen Anschlusskontakte bilden. Die Fremdschichten auf den Oberflächen haben eine geringere elektrische Leitfähigkeit als die eigentlichen flächigen Anschlusskontakte, die beispielsweise aus elektrisch gut leitendem Kupfer ausgebildet sind. An den Kontaktflächen der flächigen Anschlusskontakte ist der elektrische Widerstand durch die Fremdschichten auf den Kontaktflächen normalerweise stark erhöht. Durch die Struktur, die an der ersten Kontaktfläche ausgebildet ist und die in die zweite Kontaktfläche gedrückt ist, sind die Fremdschichten auf den Kontaktflächen der flächigen Anschlusskontakte aufgebrochen. An den Stellen, an denen die Struktur in die zweite Kontaktfläche gedrückt ist, liegt das eigentliche Material der flächigen Anschlusskontakte frei, so dass an diesen Stellen keine Fremdschicht mehr zwischen den Anschlusskontakten angeordnet ist. Somit wird durch die Struktur der elektrische Widerstand in dem Überlappbereich der beiden flächigen Anschlusskontakte vorteilhaft reduziert. Die Verbindungsanordnung mit der geprägten Struktur ermöglicht eine vorteilhaft niederohmige Verbindung zwischen den beiden flächigen Anschlusskontakten. Weiterhin weist die Verbindungsanordnung mit der geprägten Struktur auf dem erste flächigen Anschlusskontakt im Vergleich zu Verbindungsanordnung mit einer Standardoberfläche ohne Prägung ein deutlich geringeres Alterungsverhalten auf. Eine geprägte Struktur kann darüber hinaus vorteilhaft einfach hergestellt werden. Es sind keine zusätzlichen Schritte zum Entfernen der Fremdschicht auf den Kontaktflächen nötig. Ein einfaches Prägen der ersten Kontaktfläche ist ausreichend, um einen ausreichend niederohmigen Kontakt zwischen den beiden flächigen Anschlusskontakten herzustellen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindungen werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale ermöglicht.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass sich die Struktur flächig über die erste Kontaktfläche, insbesondere in dem gesamten Überlappbereich, erstreckt. So können die Fremdschichten an vielen über den Überlappbereich flächig verteilten Stellen durch die Struktur aufgebrochen sein und so eine besonders niederohmige Verbindung hergestellt sein.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Struktur eine Vielzahl an in die zweite Kontaktfläche hineinragenden, insbesondere spitz zulaufenden, Erhebungen aufweist. Die Erhebungen werden beim Aneinanderdrücken der Kontaktflächen der flächigen Anschlusskontakte, beispielsweise beim Verschrauben, in die zweite Kontaktfläche gedrückt. Dabei entstehen an den Erhebungen lokal sehr hohe Kräfte zwischen den Kontaktflächen, die dazu führen, dass die Fremdschichten auf den Kontaktflächen an den Stellen der Erhebungen aufbrechen. Somit bilden sich eine Vielzahl an gut leitenden Strompfaden zwischen dem ersten flächigen Anschlusskontakt und dem zweiten flächigen Anschlusskontakt. Somit wird durch die Vielzahl an Erhebungen der elektrische Widerstand in dem Überlappbereich der beiden flächigen Anschlusskontakte vorteilhaft reduziert. Laufen die Erhebungen zur zweiten Kontaktfläche hin spitz zu, so entstehen lokal besonders hohe Kräfte, die zu, Aufbrechen der Fremdschichten im Bereich der Erhebungen führen.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Erhebungen der Struktur gitterförmig angeordnet sind. So ist ein besonders guter elektrisch leitender Kontakt zwischen den flächigen Anschlusskontakten hergestellt.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der erste flächige Anschlusskontakt als Stromschiene ausgebildet ist und/oder der zweite flächige Anschlusskontakt als Stromschiene ausgebildet ist.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass in dem ersten flächigen Anschlusskontakt eine erste Ausnehmung ausgebildet ist und in dem zweiten flächigen Anschlusskontakt eine zweite Ausnehmung ausgebildet ist, wobei die erste Ausnehmung und die zweite Ausnehmung in dem Überlappbereich übereinander liegen und das Verbindungselement durch die erste Ausnehmung und die zweite Ausnehmung hindurchragt.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Struktur in dem Überlappbereich um die erste Ausnehmung herum ausgebildet ist. Somit kann die Kraft, mit der das Verbindungselement, beispielsweise die Schraubverbindung, die flächigen Anschlusskontakte zusammendrückt, direkt und besonders gut auf die Struktur übertragen werden und durch diese dann die Fremdschichten aufgebrochen sein. Die Struktur ist dann beispielsweise auch unterhalb eines Schraubkopfes einer Schraube angeordnet, so dass bei Anziehen der Schraube die Struktur besonders gut in die zweite Kontaktfläche gedrückt wird.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das Verbindungselement als Schraubverbindung mit einer Schraube mit einem Schraubkopf und einer Schraubbuchse ausgebildet ist, wobei der erste flächige Anschlusskontakt und der zweite flächige Anschlusskontakt zwischen dem Schraubkopf der Schraube und der Schraubbuchse angeordnet sind. Durch die Schraubverbindung können die beiden Kontaktflächen im Bereich um die Ausnehmungen herum durch Festziehen der Schraubverbindung durch eine besonders hohe Kraft zusammengedrückt werden, so dass die Fremdschichten durch die geprägte Struktur aufgebrochen werden.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der erste flächige Anschlusskontakt und/oder der zweite flächige Anschlusskontakt aus Kupfer ausgebildet sind.
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Weiterhin kann eine elektrische und/oder elektronische Baugruppe eine erfindungsgemäße Verbindungsanordnung umfassen, wobei die elektrische und/oder elektronische Baugruppe weiterhin ein erstes elektrisches und/oder elektronisches Bauteil und ein zweites elektrisches und/oder elektronisches Bauteil umfasst, wobei der erste flächige Anschlusskontakt als elektrischer Anschluss des ersten elektrischen und/oder elektronischen Bauteils ausgebildet ist und der zweite flächige Anschlusskontakt als elektrischer Anschluss des zweiten elektrischen und/oder elektronischen Bauteils ausgebildet ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt
- 1 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der Verbindungsanordnung,
- 2 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel des ersten flächigen Anschlusskontakts,
- 3 einen Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel des ersten flächigen Anschlusskontakts aus 2.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine schematische Ansicht auf ein Ausführungsbeispiel der elektrischen und/oder elektronischen Baugruppe 100 mit einem Ausführungsbeispiel der Verbindungsanordnung 1. Die Verbindungsanordnung 1 kann bei allen Anwendungen, bei denen hohe Ströme über Kontaktverbindungen geführt und Leistungsverluste geringgehalten werden müssen, zum Einsatz kommen. Die Verbindungsanordnung 1 kann beispielsweise in Systemen, die hohe Ströme führen, beispielsweise in der Leistungselektronik, beispielsweise in Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen eingesetzt werden. Beispielsweise kann die Verbindungsanordnung 1 in der Leistungselektronik, bei Wandlern oder Batterien eingesetzt werden.
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Die Verbindungsanordnung 1 umfasst einen ersten flächiger Anschlusskontakt 11, der beispielsweise ein elektrischer Anschluss eines ersten elektrischen und/oder elektronischen Bauteils 10 sein kann. Weiterhin umfasst die Verbindungsanordnung 1 einen zweiten flächiger Anschlusskontakt 21, der beispielsweise ein elektrischer Anschluss eines zweiten elektrischen und/oder elektronischen Bauteils 20 sein kann. Die elektrischen und/oder elektronischen Bauteile 10, 20 können beispielsweise Kommutierungszellen, EMV Filter, Inverter, Umrichter, DC/DC-Wandler, Kondensatoren, wie beispielsweise Zwischenkreiskondensatoren, Batterien oder beispielsweise auch andere elektronische und/oder elektrische Bauteile, die in Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen Anwendung finden, sein oder umfassen.
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Das erste elektrische und/oder elektronische Bauteil 10 ist mit dem zweiten elektrischen und/oder elektronischen Bauteil 20 elektrisch leitend verbunden. Die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem ersten elektrischen und/oder elektronischen Bauteil 10 mit dem zweiten elektrischen und/oder elektronischen Bauteil 20 ist über die flächigen Anschlusskontakte 11, 21 hergestellt. Dazu ist der erste flächige Anschlusskontakt 11 mit dem zweiten flächigen Anschlusskontakt 21 elektrisch leitend verbunden. Dazu liegt eine erste Kontaktfläche 15 des ersten flächigen Anschlusskontakts 11, insbesondere direkt, auf einer zweiten Kontaktfläche 25 des zweiten flächigen Anschlusskontakts 21 auf.
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Die flächigen Anschlusskontakte 11, 21 sind aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise aus einem Metall, beispielsweise aus Kupfer, ausgebildet. Kupfer weist einen vorteilhaft geringen Materialwiderstand auf. Der erste flächige Anschlusskontakt 11 kann aus dem gleichen Material wie der zweite flächige Anschlusskontakt 21 ausgebildet sein. Der erste flächige Anschlusskontakt 11 und der zweite flächige Anschlusskontakt 21 können aber auch aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet sein. Die flächigen Anschlusskontakte 11, 21 sind, zumindest in dem Bereich, in dem sie überlappen, flächig ausgebildet. Die flächigen Anschlusskontakte 11, 21 weisen in dem Überlappungsbereich 5 Kontaktflächen 15, 25 auf, an denen die flächigen Anschlusskontakte 11, 21 aneinander anliegen, so dass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den flächigen Anschlusskontakten 11, 21 hergestellt ist. Die flächigen Anschlusskontakte 11, 21 sind bezüglich ihrer flächigen Erstreckungsebenen planparallel zueinander angeordnet. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die flächigen Anschlusskontakte 11, 21 als Stromschienen 11, 21 ausgebildet. Unter einer Stromschiene 11, 21 wird im Kontext der vorliegenden Anmeldung ein elektrisch leitender flächiger Leiter, beispielsweise eine elektrisch leitende Leiste oder ein elektrisch leitender Streifen, verstanden. In 1 ist ein Querschnitt senkrecht zur flächigen Erstreckungsebene der Stromschienen 11, 21 dargestellt. Eine Stromschiene kann somit beispielsweise eine Busbar sein. Die Stromschienen 11, 21 können beispielsweise auch gebogen oder gekrümmt sein oder auch kurven- oder stufenartig verlaufen. Die Stromschienen 11, 21 sind aus einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise aus einem Metall wie beispielsweise Kupfer, ausgebildet. Die Stromschienen 11, 21 sind beispielsweise einstückig ausgebildet. Die Stromschienen 11,21 sind beispielsweise durchgehend aus dem gleichen Material ausgebildet. Die Stromschienen 11,21 sind beispielsweise als Stanzteile ausgebildet. In dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel weist jede der Stromschienen 11, 21 eine über eine Längserstreckung der Stromschienen 11, 21 beispielsweise senkrecht zur Stromrichtung konstante Dicke der Stromschiene 11, 21 auf. Weiterhin weist in dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel jede der Stromschienen 11, 21 eine über eine Längserstreckung der Stromschienen 11, 21 beispielsweise senkrecht zur Stromrichtung konstante Breite der Stromschiene 11, 21 auf.
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Wie in 1 dargestellt, umfasst die Verbindungsanordnung 1 weiterhin ein Verbindungselement 30. Das Verbindungselement 30 stellt eine mechanische Verbindung zwischen dem ersten flächigen Anschlusskontakt 11 und dem zweiten flächigen Anschlusskontakt 21 her. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Verbindungselement 30 als Schraubverbindungselement ausgebildet. Das Verbindungselement 30 umfasst beispielsweise eine Schraube 31 und eine Schraubbuchse 33. Die Schraubbuchse 33 ist beispielsweise als Schraubmutter ausgebildet. Die Schraubbuchse 33 kann aber auch beispielsweise in einem anderen Bauteil, beispielsweise einem Gehäuse, ausgebildet sein. Die Schraube 31 ist in dem Überlappbereich 5, in dem die Anschlusskontakte 11, 21 überlappen, durch die Anschlusskontakte 11, 21 hindurchgeführt. Dazu ist in dem ersten flächigen Anschlusskontakt 11 eine erste Ausnehmung 12 ausgebildet und in dem zweiten flächigen Anschlusskontakt 21 eine zweite Ausnehmung 22 ausgebildet. Die Schraube 31 ragt durch die erste Ausnehmung 12 des ersten flächigen Anschlusskontaktes 11 und durch die zweite Ausnehmung 22 des zweiten flächigen Anschlusskontaktes 21 hindurch. Die Schraube 31 ist in den Ausnehmungen 12, 22 von dem ersten flächigen Anschlusskontakt 11 und von dem zweiten flächigen Anschlusskontakt 21 beabstandet und berührt diese nicht. An einem ersten Ende der Schraube 31 ist ein Schraubkopf 34 ausgebildet. An dem von dem ersten Ende der Schraube 31 abgewandten zweiten Ende der Schraube 31 ist eine Schraubbuchse 33 auf ein Gewinde der Schraube 31 aufgeschraubt. Die Schraube 31 und die Schraubbuchse 33 drücken somit den ersten flächigen Anschlusskontakt 11 und den zweiten flächigen Anschlusskontakt 21 aufeinander. Dabei ist die erste Kontaktfläche 15 des ersten flächigen Anschlusskontakts 11 gegen die zweite Kontaktfläche 25 des zweiten flächigen Anschlusskontakts 21 gedrückt. Somit ist eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den beiden Anschlusskontakten 11, 21 hergestellt. Das Verbindungselement 30 kann zusätzlich zur Schraube 31 und zur Schraubbuchse 33 beispielsweise eine oder mehrere Unterlegscheiben umfassen, die beispielsweise unter den Schraubkopf 34 der Schraube 31 oder unter die Schraubbuchse 33 untergelegt sein können. Das Verbindungselement 30 kann beispielsweise aus einem Metall, beispielsweise aus Stahl, gefertigt sein.
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Zur Herstellung einer niederohmigen Verbindung zwischen den beiden flächigen Anschlusskontakten 11, 21 ist in der ersten Kontaktfläche 15 des ersten Anschlusskontakts 11 eine Struktur 17 eingeprägt. Die zweite Kontaktfläche 25 des zweiten flächigen Anschlusskontakts 21 kann beispielsweise vor der Verschraubung eben ausgebildet sein und in dem verschraubten Verbindungsanordnung 1 eine weitere leichte Struktur aufweisen, die entsteht, wenn die Struktur 17 der ersten Kontaktfläche 15 in die zweite Kontaktfläche 25 gedrückt wird.
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In 2 ist eine Draufsicht auf die Struktur 17 eines Ausführungsbeispiels des ersten flächigen Anschlusskontakts 11 gezeigt. In 3 ist ein Querschnitt durch den ersten flächigen Anschlusskontakt 11 gezeigt. Die Struktur 17 ist in die erste Kontaktfläche 17 des ersten flächigen Anschlusskontakts 11 geprägt, beispielsweise mittels eines Prägestempels. Die Struktur 17, die dabei entsteht, weist eine Vielzahl an Erhebungen 18 auf. Die Erhebungen 18 laufen beispielsweise in der Richtung, in der sie in die zweite Kontaktfläche 25 gedrückt sind, spitz zu. Die Erhebungen 18 sind beispielsweise gleichmäßig über die erste Kontaktfläche 15 verteilt. Die Struktur 17 wiederholt sich beispielsweise auch periodisch auf der ersten Kontaktfläche. Die Erhebungen 18 können in Form eines Gitters angeordnet sein. Die Erhebungen 18 sind beispielsweise zahnartig in die zweite Kontaktfläche gedrückt.
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Selbstverständlich sind auch weitere Ausführungsbeispiele und Mischformen der dargestellten Ausführungsbeispiele möglich.
