DE202009009607U1

DE202009009607U1 - Stromschiene mit Kompensationsabschnitt

Info

Publication number: DE202009009607U1
Application number: DE200920009607
Authority: DE
Original assignee: Taller GmbH
Current assignee: Lisa Draexlmaier GmbH; Taller GmbH
Priority date: 2009-07-16
Filing date: 2009-07-16
Publication date: 2009-09-10
Anticipated expiration: 2019-07-17

Abstract

Stromschiene zur Herstellung einer elektrischen Verbindung,
wobei die Stromschiene aus einem elektrisch leitenden Material mit hoher Stromtragfähigkeit besteht, sich in eine Längsrichtung x erstreckt, und aus mehreren aneinander angrenzenden Abschnitten (1, 3a, 3b, 3c, 3d) aufgebaut ist, wobei die Stromschiene mit mindestens zwei Befestigungsabschnitten (1) an einer Trägerfläche fixiert werden kann,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stromschiene mindestens einen Kompensationsabschnitt (3a, 3b, 3c, 3d) aufweist, welcher zwischen zwei Befestigungsabschnitten (1) angeordnet und geometrisch so gestaltet ist,
dass er einerseits eine höhere Wärmeabgabefähigkeit aufgrund erhöhter Konvektion und/oder Wärmeabstrahlung aufweist als die angrenzenden Abschnitte der Stromschiene, und
dass andererseits bei Wärmeausdehnung der Stromschiene im fixierten Zustand ein lokales Ausweichen des Materials des Kompensationsabschnitts (3a, 3b, 3c, 3d) quer zur x-Richtung durch lokale Deformation des Kompensationsabschnitts (3a, 3b, 3c, 3d) ermöglicht wird.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Stromschiene zur Herstellung einer elektrischen Verbindung, wobei die Stromschiene aus einem elektrisch leitenden Material mit hoher Stromtragfähigkeit besteht, sich in eine Längsrichtung x erstreckt, und aus mehreren aneinander angrenzenden Abschnitten aufgebaut ist, wobei die Stromschiene mit mindestens zwei Befestigungsabschnitten an einer Trägerfläche fixiert werden kann.
Eine solche Stromschiene ist beispielsweise aus DE 196 46 264 bekannt.
Stromschienen werden eingesetzt, um schnell und sicher elektrische Verbindungen zwischen zwei stromführenden Bauteilen herzustellen. Hierzu wird die Stromschiene an mehreren Abschnitten in oder an einem Gehäuse befestigt.
Derartige Stromschienen werden insbesondere bei Stromversorgungsboxen im Automobilbau verwendet. Da in solchen Stromversorgungsboxen hohe Ströme fließen (ca. 200 A), erhitzt sich die Stromschiene im Betrieb und es kommt zu einer Wärmeausdehnung, was wiederum zu mechanische Spannungen zwischen der Stromschiene und dem Gehäuse führt. Aufgrund dieser mechanischen Belastung des Gehäuses bei der Wärmeausdehnung wird das Gehäuse, welches i. A. aus Kunststoff gefertigt ist, verformt. Dabei kann es zur Bildung von Rissen kommen und Feuchtigkeit kann in das Gehäuse eintreten.
Aufgabe der Erfindung
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Stromschiene vorzuschlagen, mit der es möglich ist, auch bei Belastung mit hohen Stromstärken mechanische Spannungen zwischen der Stromschiene und einer mit dieser Stromschiene fest verbundenen Trägerfläche zu minimieren.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Stromschiene mindestens einen Kompensationsabschnitt aufweist, welcher zwischen zwei Befestigungsabschnitten angeordnet und geometrisch so gestaltet ist, dass er einerseits eine höhere Wärmeabgabefähigkeit aufgrund erhöhter Konvektion und/oder Wärmeabstrahlung aufweist als die angrenzenden Abschnitte der Stromschiene, und dass andererseits bei Wärmeausdehnung der Stromschiene im fixierten Zu stand ein lokales Ausweichen des Materials des Kompensationsabschnitts quer zur x-Richtung durch lokale Deformation des Kompensationsabschnitts ermöglicht wird.
Der erfindungsgemäße Kompensationsabschnitt dient also als zusätzliche Kühlfläche. Durch die erhöhte Wärmeabgabefähigkeit des Kompensationsabschnitts wird die Wärmeentwicklung und somit die Ausdehnung des Materials der Stromschiene verringert.
Die Möglichkeit des lokales Ausweichens des Materials der Stromschiene, bewirkt, dass die Kräfte, die bei Wärmeausdehnung des Materials der Stromschiene auf die Befestigungspunkte der Stromschiene an der Trägerfläche wirken, so klein gehalten werden, dass die Trägerfläche, bspw. eines Gehäuses, auch bei hohen Strömen nicht zerstört wird. Die bei der Ausdehnung wirkenden Kräfte werden auf den Bereich des Kompensationsabschnitts konzentriert, der so gestaltet ist, dass er leichter verformbar ist, als die Befestigungsabschnitte.
Die Deformation der Stromschiene wird also einerseits reduziert durch eine geringere Wärmeentwicklung und andererseits mittels eines gegenüber den Befestigungsabschnitten flexibleren Kompensationsbereichs in einen definierten Bereich gelenkt.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromschiene sieht vor, dass der Kompensationsabschnitt mindestens einen Verbindungssteg umfasst, welcher die beiden an den Kompensationsabschnitt angrenzenden Abschnitte der Stromschiene miteinander verbindet. Der Verbindungssteg weist einen gegenüber den angerenzenden Abschnitten kleineren Querschnitt auf und kann somit einfacher verformt werden als die angerenzenden Abschnitte. Auf diese Weise werden die aufgrund der Ausdehnung auftretenden Kräfte größtenteils zur Verformung dieser Verbindungsstege verwendet.
In einer besonderen Ausführungsform umfasst der Kompensationsabschnitt mehrere Verbindungsstege mit dazwischen liegenden Durchgangsschlitzen. Die Anzahl der Verbindungsstege ist abhängig von der Stromstärke, die über die Stromschiene fließen soll, und von der Dicke der Verbindungsstege (je dünner die Verbindungsstege, desto mehr Verbindungssteg sind notwendig, um die benötigte Stromtragfähigkeit zu gewährleisten).
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Kompensationsabschnitt gebogene Verbindungsstege ohne dazwischen liegende Durchgangsschlitze umfasst, wobei benachbarte Verbindungsstege jeweils alternierend in eine y-Richtung bzw. eine –y-Richtung quer zur x-Richtung gebogen sind. D. h. die Verbindungsstege verlaufen zumindest teilweise in eine von der x-Richtung abweichende Richtung. Hierdurch wird eine vergrößerte Oberfläche realisiert und somit eine verbesserte Kühlwirkung erreicht.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Verbindungsstege durch abfalllose Durchschneiden und anschließendes Formen hergestellt sind. Hierdurch wird eine erhöhte Wärmeabfuhr ohne Querschnitteinbuße des Materials ermöglicht. Der Kompensationsabschnitt kann also den gleichen Leitungsquerschnitt aufweisen wie die angrenzenden Abschnitte, wodurch eine konstante Stromtragfähigkeit über die verschiedenen Abschnitte der Stromschiene realisiert werden kann.
Vorzugsweise sind mindestens drei Verbindungsstege vorgesehen.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Verbindungsstege quer zur x-Richtung gebogen. Die Verbindungsstege verlaufen abschnittsweise entlang einer Richtung, die eine Komponente senkrecht zur Längsrichtung der Stromschiene aufweist, bspw. in Form eines Bogens. Somit wird bewirkt, dass durch eine Deformation des Kompensationsabschnitts keine nennenswerten Kräfte auf die Fixierungspunkte der Stromschiene wirken, da die durch die Ausdehnung der an den Kompensationsabschnitt angerenzenden Bereiche auftretenden Kräfte in eine Richtung senkrecht zur Längsrichtung der Stromschiene umgelenkt werden (Ausweichmöglichkeit des Stromschienenmaterials).
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Verbindungssteg schlangenförmig oder mäanderförmig gestaltet. Alternativ hierzu kann der Verbindungssteg auch die Form eines Bogens oder eines Dreiecks aufweisen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Stromschiene einschließlich Kompensationsabschnitt einstückig aufgebaut ist. Die Stromschiene kann dann in einem einzigen Arbeitsgang und somit kostengünstig hergestellt werden.
Alternativ hierzu kann die Stromschiene mehrstückig ausgestaltet sein, wobei mindestens zwei Teilstücke der Stromschiene jeweils einen Kompensationsabschnitt aufweisen, und dass ein flexibles hochstromtragfähiges Element an seinen beiden Enden innerhalb der Kompensationsabschnitte der benachbarten Teilstücken befestigt ist. Das flexible hochstromtragfähige Element kann beispielsweise in den Kompensationsabschnitten verklemmt sein. Als flexibles hochstromtragfähiges Element kann ein anders Material verwendet werden als das Material der Stromschiene. In dieser Ausführungsform erlaubt neben den Kompensationsabschnitten auch das flexible hochstromtragfähige Element eine verbesserte Wärmeabgabe und eine Ausweichmöglichkeit des Materials bei Ausdehnung.
Besonders vorteilhaft ist eine Weiterbildung dieser Ausführungsform, bei der das flexible Element ein Masseband ist. Unter einem Masseband versteht man einen flexiblen Rechteckleiter, der in der Regel aus einem Zopfgeflecht besteht. Massebänder eignen sich besonders gut zum Leiten großer Ströme.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
Zeichnung und detaillierte Beschreibung der Erfindung
Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromschiene mit einem schlangenlinienförmigen Verbindungssteg;
2 eine perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromschiene mit mehreren bogenförmigen Verbindungsstegen;
3 eine perspektivische Darstellung einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromschiene mit alternierend gebogenen Verbindungsstegen;
4a eine perspektivische Darstellung einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromschiene mit zwei Kompensationsabschnitten mit alternierend gebogenen Verbindungsstegen und einem flexiblen Element; und
4b eine aufgeschnittene perspektivische Darstellung der Stromschiene aus 4a.
Die in den Figuren gezeigten Stromschienen erstrecken sich in x-Richtung, welche im Betrieb die Stromflussrichtung ist und weisen jeweils zwei Befestigungsabschnitte 1 auf, an denen die Stromschiene an einer Trägerfläche (nicht gezeigt) befestigt werden kann. Eine solche Befestigung kann beispielsweise durch Verschraubung o. ä. realisiert werden. Dazu sind in den gezeigten Ausführungsbeispielen in den Befestigungsabschnitten 1 Befestigungspunkte in Form von Ausnehmungen 2 vorgesehen, durch die Befestigungsmittel hindurch geführt werden können. Es ist jedoch auch möglich, die Stromschiene mit der Trägerfläche zu verkleben oder anderweitig mechanisch zu befestigen. Zwischen den Befesti gungsabschnitten 1 ist ein Kompensationsabschnitt 3a, 3b, 3c, 3d angeordnet, der einen oder mehrere Verbindungsstege 4a, 4b, 4c, 4c', 4d umfasst, die zumindest teilweise quer zur x-Richtung verlaufen, wodurch ein lokales Ausweichen des Materials der Stromschiene quer zur x-Richtung ermöglicht wird. Durch die Ausgestaltung des Kompensationsabschnitts in Form von Verbindungsstegen ergibt sich darüber hinaus eine gegenüber den angrenzenden Abschnitten (hier: Befestigungsabschnitte 1) eine vergrößerte Oberfläche pro Abschnittsfläche. Dies ermöglicht eine verbesserte Wärmeabfuhr, wodurch die Ausdehnung der Stromschiene verringert werden kann.
1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromschiene, bei der der Kompensationsabschnitt 3a einen einzigen Verbindungssteg 4a umfasst. Der Verbindungssteg 4a ist schlangenlinienförmig in der Ebene der angerenzenden Abschnitte gewunden und verläuft größtenteils in z-Richtung (senkrecht zur x-Richtung). Der Kompensationsabschnitt 3a kann somit klein gehalten werden. Der Kompensationsabschnitt erfüllt jedoch auch seine Aufgabe, wenn die Windungen des Verbindungsstegs 4a weniger dicht angeordnet sind. Erwärmt sich die Stromschiene, erfolgt infolge der Fixierung der Befestigungsabschnitte 1 an den Befestigungspunkten eine Ausdehnung der Befestigungsabschnitte 1 in Richtung Kompensationsabschnitt 3a. Durch die Ausgestaltung des Kompensationsabschnitts 3a in Form eines Verbindungsstegs 4a weist der Kompensationsabschnitt 3a eine gegenüber den Befestigungsabschnitten 1 erhöhte Flexibilität auf. Der Verbindungssteg 3a wirkt wie eine Feder, so dass der Kompensationsabschnitt 3a durch die aufgrund der Ausdehnung der Befestigungsabschnitte 1 auf ihn wirkenden Kräfte komprimiert und somit die Ausdehnung der Stromschiene in x-Richtung kompensiert wird. Selbiges gilt für die in 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen.
2 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stromschiene, bei der der Kompensationsabschnitt 3b drei bogenförmige Verbindungsstege 4b umfasst, die so gebogen sind, dass der Verlauf der Verbindungsstege 4b zumindest teilweise eine Komponente in y-Richtung aufweisen (in y-Richtung gebogen), wo bei die y-Richtung nicht in der Ebene der Befestigungsabschnitte 1 liegt. Zwischen den einzelnen Verbindungsstegen 4b befinden sich Durchgangsschlitze, durch die hindurch Luft strömen kann, so dass eine erhöhte Wärmeabgabefähigkeit erreicht wird. Bei Ausdehnung der Stromschiene erfolgt ein Ausweichen des Materials des Kompensationsabschnitts 3b, indem der Verbindungssteg 4a stärker in y-Richtung verbogen wird.
In 3 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromschiene gezeigt, bei der die Verbindungsstege 4c, 4c' ebenfalls bogenförmig gestaltet sind. Im Gegensatz zu der in 3 gezeigten Ausführungsform befinden sich hier zwischen benachbarten Verbindungsstegen 4c und 4c' keine Durchgangsschlitze, sondern benachbarte Verbindungsstege 4c, 4c' sind in entgegengesetzte Richtungen y bzw. –y gebogen. Dies hat zur Folge, dass jeweils zwischen zwei Verbindungsstegen 4c, die in y-Richtung gebogen sind, ein Freiraum existiert; ebenso zwischen zwei Verbindungsstegen 4c', die in –y-Richtung gebogen sind. Dies hat den Vorteil, dass einerseits Luft zwischen den einzelnen Verbindungsstegen 4c, 4c' zirkulieren und andererseits der Querschnitt der angrenzenden Abschnitte und damit die Stromtragfähigkeit beibehalten werden kann. Die in 3 gezeigte Ausführungsform kann durch abfallloses Durchschneiden und anschließendes Formen hergestellt werden.
4a, 4b zeigen eine besonders flexible Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromschiene. Die Stromschiene umfasst hier zwei Teilstücke 5, 6, die voneinander beabstandet und über ein flexibles hochstromtragfähiges Element 7, bspw. ein Masseband, miteinander verbunden sind. Jedes Teilstück 5, 6 weist einen Befestigungsabschnitt 1 sowie einen Kompensationsabschnitt 3d auf. Bei Ausdehnung der Stromschiene nähern sich die beiden Kompensationsabschnitte 3d aneinander an, so dass der Abstand zwischen den Kompensationsabschnitten 3d kleiner wird. Durch die Flexibilität des hochstromtragfähigen Elements wird gewährleistet, dass Strom über die Stromschiene fließen kann unabhängig vom Dehnungszustand und somit unabhängig von der Temperatur der Stromschiene.
Jeder Kompensationsabschnitt 3d umfasst Verbindungsstege 4d, die in einer Richtung quer zur x-Richtung gebogen sind. Diese Stege 4d dienen zur Kühlung und haben gegenüber den Verbindungsstegen 4a, 4b, 4c der zuvor beschriebenen Ausführungsformen die zusätzliche Funktion, das flexibles hochstromtragfähige Element 7 zu halten, insbesondere zu verklemmen, um somit eine leitende Verbindung zwischen den beiden Teilstücke 5, 6 der Stromschiene herzustellen. Dies wird insbesondere dadurch realisiert, dass sowohl in y-Richtung gebogenen als auch in –y-Richtung gebogene Verbindungsstege an jeweils mindestens einem Ende der Teilstücke 5, 6 der Stromschiene vorgesehen sind, die „Taschen” bilden, in denen das flexible Element verklemmt werden kann. Es ist auch möglich mehr als zwei Teilstücke pro Schiene vorzusehen, wobei die Teilstücke, die von zwei weiteren Schienenteilen umgeben sind an beiden Enden einen Kompensationsabschnitt aufweisen.
Die erfindungsgemäßen Stromschienen bestehen hauptsächlich aus einem Material mit hoher Stromtragfähigkeit und können durch Stanzen (aus Metallblech, insbesondere Kupfer) oder durch Druckguß (bspw. aus Aluminium) hergestellt werden. Neben der Kompensation der Ausdehnung der Stromschiene in x-Richtung können aufgrund der Flexibilität der Verbindungsstege 4a, 4b, 4c, 4c', 4d und des flexiblen Elements 7 auch Torsionsbewegungen kompensiert werden.
Die erfindungsgemäße Stromschiene eignet sich besonders für Hochstromanwendungen, z. B. für Stromversorgungsboxen im Kfz-Bereich oder zur Verbindung von Batteriemodulen in Elektroautos.

1: Befestigungsabschnitt
2: Ausnehmung an Befestigungspunkt
3a, 3b, 3c, 3d: Kompensationsabschnitt
4a, 4b, 4c, 4c', 4d: Verbindungssteg
5: Flexibles Element
6, 7: Teilstücke der Stromschiene

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19646264 [0002]

Claims

Stromschiene zur Herstellung einer elektrischen Verbindung, wobei die Stromschiene aus einem elektrisch leitenden Material mit hoher Stromtragfähigkeit besteht, sich in eine Längsrichtung x erstreckt, und aus mehreren aneinander angrenzenden Abschnitten (1, 3a, 3b, 3c, 3d) aufgebaut ist, wobei die Stromschiene mit mindestens zwei Befestigungsabschnitten (1) an einer Trägerfläche fixiert werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene mindestens einen Kompensationsabschnitt (3a, 3b, 3c, 3d) aufweist, welcher zwischen zwei Befestigungsabschnitten (1) angeordnet und geometrisch so gestaltet ist, dass er einerseits eine höhere Wärmeabgabefähigkeit aufgrund erhöhter Konvektion und/oder Wärmeabstrahlung aufweist als die angrenzenden Abschnitte der Stromschiene, und dass andererseits bei Wärmeausdehnung der Stromschiene im fixierten Zustand ein lokales Ausweichen des Materials des Kompensationsabschnitts (3a, 3b, 3c, 3d) quer zur x-Richtung durch lokale Deformation des Kompensationsabschnitts (3a, 3b, 3c, 3d) ermöglicht wird.
Stromschiene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensationsabschnitt (3a, 3b, 3c) mindestens einen Verbindungssteg (4a, 4b, 4c, 4c') umfasst, welcher die beiden an den Kompensationsabschnitt (3a, 3b, 3c) angrenzenden Abschnitte der Stromschiene miteinander verbindet.
Stromschiene nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensationsabschnitt (3b) mehrere Verbindungsstege mit dazwischen liegenden Durchgangsschlitzen umfasst.
Stromschiene nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensationsabschnitt (3c) gebogene Verbindungsstege (4c, 4c') ohne dazwischen liegende Durchgangsschlitze umfasst, wobei benachbarte Verbindungsstege (4c, 4c') jeweils alternierend in eine y-Richtung bzw. eine –y-Richtung quer zur x-Richtung gebogen sind.
Stromschiene nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstege (4c, 4c') durch abfalllose Durchschneiden und anschließendes Formen hergestellt sind.
Stromschiene nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei Verbindungsstege (4b, 4c, 4c') vorgesehen sind.
Stromschiene nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstege (4a, 4c, 4c', 4d) quer zur x-Richtung gebogen sind.
Stromschiene nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungssteg (4a) schlangenförmig oder mäanderförmig gestaltet ist.
Stromschiene nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene einschließlich Kompensationsabschnitt (3a, 3b, 3c) einstückig aufgebaut ist.
Stromschiene nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene mehrstückig ausgestaltet ist, wobei mindestens zwei Teilstücke (6, 7) der Stromschiene jeweils einen Kompensationsabschnitt (3d) aufweisen, und dass ein flexibles hochstromtragfähiges Element (5) an seinen beiden Enden innerhalb der Kompensationsabschnitte (3d) der benachbarten Teilstücken (6, 7) befestigt ist.
Stromschiene nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Element (5) ein Masseband ist.