DE202010008933U1

DE202010008933U1 - Elektrische Verbindung zwischen zwei Busbars aus ebenen Leitern und einer zwischen den Leitern angeordneten Isolationsschicht

Info

Publication number: DE202010008933U1
Application number: DE202010008933U
Authority: DE
Original assignee: SMA Solar Technology AG
Current assignee: SMA Solar Technology AG
Priority date: 2010-11-02
Filing date: 2010-11-02
Publication date: 2010-12-23
Anticipated expiration: 2020-11-03
Also published as: WO2012059311A1; CN203398318U; US9071028B2; US20130244458A1; DE202011000434U1

Abstract

Elektrische Verbindung (1) zwischen zwei Busbars (2) aus ebenen Leitern (3, 4) und aus einer zwischen den Leitern (3, 4) angeordneten Isolationsschicht (5) an einander gegenüberliegenden Längskanten (6) der beiden Busbars (2), wobei die beiden Leiter (3, 4) jedes Busbars (2) an dessen Längskante (6) in einem Abstand (21) parallel zueinander verlaufen, wobei ein Formkörper (12) aus elektrisch isolierendem Material diesen Abstand (21) zwischen den Leitern (3, 4) beider Busbars (2) überbrückt und wobei elektrisch leitende, gegeneinander verspannte, aber voneinander elektrisch isolierte Kontaktelemente (9, 14) über quer zu den Längskanten (6) strukturierte Kontaktflächen (15) an jeweils einem der Leiter (3, 4) jedes Busbars (2) anliegen und ihn zwischen sich und dem Formkörper (12) einspannen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktflächen (15) für jeden Leiter (3, 4) der beiden Busbars (2) einen parallel zu den Längskanten (6) verlaufenden Klemmsteg (16) von flachem Querschnitt aufweist.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Verbindung zwischen zwei Busbars aus ebenen Leitern und einer zwischen den Leitern angeordneten Isolationsschicht an parallel zueinander verlaufenden Längskanten der beiden Busbars, die die Merkmale des Oberbegriffs des unabhängigen Schutzanspruchs 1 aufweist.
Busbars aus ebenen Leitern und einer zwischen den Leitern angeordneten Isolationsschicht werden beispielsweise zur Parallelschaltung einer Mehrzahl von Kondensatoren, d. h. zur Ausbildung sogenannter Kondensatorbänke verwendet. Wenn mehrere solche Kondensatorbänke parallel geschaltet werden sollen, sind deren Busbars miteinander zu verbinden. Dabei kommt es darauf an, die Verbindung in einer solchen Weise auszubilden, dass möglichst geringe parasitäre Induktivitäten resultieren.
STAND DER TECHNIK
Aus der US 2008/002328 A1 ist eine elektrische Verbindung zwischen zwei Busbars mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Schutzanspruchs 1 bekannt. Hier sind an den parallel zueinander verlaufenden Längskanten jeweils zwei aufeinander zu vorspringende Fortsätze der beiden Leiter und der dazwischen angeordneten Isolationsschicht ausgebildet. Im Bereich jedes dieser Fortsätze ist der eine der beiden Leiter zweifach um 90° abgewinkelt und auf diese Weise so von dem anderen Leiter weg parallel abgekröpft, dass am freien Ende jedes Fortsatzes ein Bereich resultiert, in dem die beiden Leiter in freiem Abstand parallel zueinander verlaufen. Hier ist im Bereich jedes Fortsatzes jeweils ein Formkörper aus elektrisch isolierendem Material zwischen den beiden Leitern angeordnet. Auf den dem Formkörper abgewandeten Seiten der Leiter sind jeweils elektrisch leitende Kontaktelemente in Form von Metallplatten angeordnet. Dabei sind an der einen Metallplatte zwei Gewindestangen befestigt, die sich durch Löcher in dem Formkörper und in der anderen Metallplatte hindurch erstrecken, wobei sie im Bereich der anderen Metallplatte von isolierenden Buchsen umgeben sind. Diese isolierenden Buchsen stützen sich mit einem Radialbund an der abgewandten Seite der anderen Platten ab und dienen als Widerlager für Muttern, mit denen die beiden Metallplatten gegeneinander beaufschlagbar sind, ohne einen elektrischen Kontakt zwischen ihnen herzustellen. Die den Leitern zugewandten Oberflächen der Metallplatten können mit parallel zu den Längskanten verlaufenden Rillen strukturiert sein, um die elektrische Kontaktierung der Leiter zu verbessern.
Wenn die aus der US 2008/002328 A1 bekannte elektrische Verbindung im Betrieb von Kondensatorbänken beispielsweise als Pufferkapazität in einem Wechselrichter zur Einspeisung elektrischer Energie von einer Photovoltaikanlage in ein Wechselstromnetz große Ströme zu leiten hat, erreicht sie schnell höhere Temperaturen. Bei diesen höheren Temperaturen kann die mit den Muttern zwischen den leitenden Spannelementen aufgebrachte Vorspannkraft durch die geringere Temperaturfestigkeit der aus Kunststoff ausgebildeten isolierenden Buchsen verloren gehen, Dadurch wird dann der flächige elektrische Kontakt zwischen den Kontaktelementen und den von ihnen kontaktierten Leitern eingebüßt. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Längskanten der beiden Busbars und oder die beiden Leiter jedes Busbars keine exakt parallele Grundausrichtung aufweisen und nur durch eine erhebliche Vorspannkraft in ausreichenden elektrischen Kontakt mit den Metallplatten gebracht werden können. Daher müssen aufwändige Kontaktvermittlungselemente zwischen den Spannelementen und den Leitern angeordnet werden, wie sie beispielsweise aus der EP 0 716 474 A1 bekannt sind, um die gewünschten elektrischen Kontakte dauerhaft sicherzustellen. Diese Kontaktvermittlungselemente werden sonst beispielsweise eingesetzt, um Gabelstecker zur steckbaren Verbindung von Stromschienen in Stromumrichtern in Schienenfahrzeugen auszubilden und bestehen aus elastisch verformbaren Blechformkörpern. Bei sehr großen zu leitenden Strömen stoßen diese Kontaktvermittlungselemente jedoch wegen ihrer vergleichsweise kleinen leitenden Blechquerschnitte schnell an ihre physikalischen Grenzen und überhitzen.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Verbindung zwischen zwei Busbars aus ebenen Leitern und einer zwischen den Leitern angeordneten Isolationsschicht an parallel zueinander verlaufenden Längskanten der beiden Busbars aufzuzeigen, die einen – insbesondere hinsichtlich seiner thermischen Stabilität – verbesserten elektrischen Kontakt zwischen den beiden Busbars bereitstellt.
LÖSUNG
Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine elektrische Verbindung mit den Merkmalen des unabhängigen Schutzanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der neuen elektrischen Verbindung sind in den abhängigen Schutzansprüchen beschrieben.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Bei der neuen elektrischen Verbindung wird ein definierter streifenförmiger Kontaktbereich jedes Leiters mit dem zugehörigen Kontaktelement dadurch sichergestellt, dass an dem Kontaktelement für jeden der Leiter ein parallel zu den Längskanten der Busbars verlaufender Klemmsteg von flachem Querschnitt ausgebildet ist. Dabei ist es bevorzugt, wenn jede Kontaktfläche für jeden der Leiter über ihre ganze Breite nur einen einzigen solchen Klemmsteg ausbildet, d. h. im Querschnitt quer zu dem Verlauf der Längskanten insgesamt ballig oder trapezförmig ausgebildet ist. Durch den Klemmsteg wird bei der neuen elektrischen Verbindung der angestrebte streifenförmige elektrische Kontakt längs der Längskanten zwischen den Kontaktflächen und den Leitern beider Busbars auch dann erreicht, wenn die Leiter beider Busbars nicht exakt parallel in denselben Ebenen ausgerichtet sind, sondern z. B. einen kleinen Versatz oder eine kleine Winkelfehlausrichtung aufweisen, wie sie auch bei einer toleranzarmen Fertigung nicht immer ganz zu vermeiden sind. Für die Sicherstellung des streifenförmigen Kontaktbereichs auch bei solchen Fehlausrichtungen sind zudem keine besonders hohen Spannkräfte zwischen den beiden Kontaktelementen der elektrischen Verbindung erforderlich.
Typische Krümmungsradien des Querschnitts der Kontaktfläche liegen in einem Bereich vom 0,5-fachen bis zum 5-fachen der Breite der jeweiligen Kontaktfläche quer zu den Längskanten. Bevorzugt ist ein Bereich des Krümmungsradius vom 1-fachen bis zum 2-fachen der Breite der Kontaktfläche.
Bei der neuen elektrischen Verbindung sind die Kontaktelemente vorzugsweise durch eine Mehrzahl von längs der Längskanten verteilten Spannelementen gegeneinander verspannt. Bevorzugt sind dabei mindestens drei Spannelemente, insbesondere fünf Spannelemente, in gleichmäßiger Verteilung entlang der Längskanten.
Jedes Spannelement kann insbesondere eine Spannschraube aufweisen, die durch ein Loch in dem einen Kontaktelement in ein Gewinde an dem anderen Kontaktelement eingreift, wobei sie sich mit einem Kopf an dem einen Kontaktelement abstützt. Wenn die Spannschraube dabei nicht aus einem elektrisch isolierendem Material ausgebildet ist, muss sie gegenüber dem einen Kontaktelement elektrisch isoliert sein. Dies kann z. B. dadurch realisiert sein, dass zwischen ihr und dem einen Kontaktelement eine Buchse aus elektrisch isolierendem Material angeordnet ist, wobei sich der Kopf der Spannschraube über einen Radialbund der Buchse an dem einem Kontaktelement abstützt und wobei sich die Buchse bis in ein Loch in dem Formkörper hinein erstreckt.
Jedes Gewinde an dem anderen Kontaktelement kann in einer separaten, in das andere Kontaktelement eingepressten Gewindebuchse vorgesehen sein, bei der es sich um ein kostengünstiges Standardbauteil handeln kann.
Besonders bevorzugt ist es bei der neuen elektrischen Verbindung, wenn jede Buchse aus einem Material besteht, das auch bei Temperaturerhöhungen die mit den Spannelementen zwischen den Kontaktelementen aufgebrachten Vorspannungen abstützt. Geeignet sind hierfür beispielsweise Buchsen aus einem Kunststoffmaterial, wie insbesondere einem duroplastischem Material, oder einem keramischem Material, wobei das erstere leichter zu verarbeiten und weniger spröde und das zweite auch bei noch höheren Temperaturen formstabil ist.
Auch der Formkörper kann aus einem Kunststoffmaterial, wie insbesondere einem duroplastischem Material, oder einem keramischen Material bestehen. Er kann dabei, weil er die auch auf ihn einwirkenden Vorspannkräfte zwischen den Kontaktelementen großflächiger abstützt, häufig ohne Funktionseinbußen auch dann noch aus einem temperaturstabilen Kunststoffmaterial bestehen, wenn die Buchsen wegen der auftretenden hohen Temperaturen bereits vorzugsweise aus einem keramischen Material ausgebildet sind.
Eine zwischen den Leitern jedes Busbars angeordnete Isolationsschicht kann bei der neuen elektrischen Verbindung bis zwischen einen der Leiter des Busbars und den Formkörper reichen, so dass die von ihr bewegte elektrische Isolierung in die durch den Formkörper bewegte elektrische Isolierung nahtlos übergeht.
Der Formkörper kann aber auch ballig ausgebildete Abstützflächen für die Leiter der Busbars aufweisen, um die Überbrückbarkeit von Fehlausrichtungen zwischen den Längskanten der beiden Busbars zu vergrößern. Die ballig ausgebildeten Abstützflächen können spiegelsymmetrisch zu den ihnen über den jeweiligen Leiter hinweg gegenüberliegenden Kontaktflächen der Kontaktelemente ausgebildet sein und somit gleiche Krümmungsradien aufweisen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Schutzansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass zwingend alle Vorteile von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Schutzansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Schutzansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Schutzansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Schutzansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert und beschrieben.
1 ist eine perspektivische Ansicht schräg von oben auf eine elektrische Verbindungen zwischen zwei Busbars.
2 ist eine Ansicht der elektrischen Verbindungen gemäß 1 mit Blickrichtung längs der Längskanten der beiden Busbars.
3 ist eine Ansicht der elektrischen Verbindungen gemäß 1 und 2 mit der Blickrichtung gemäß 2, wobei die beiden Busbars weggelassen und dafür verdeckte Linien der Verbindungselemente dargestellt sind.
4 ist eine Ansicht der elektrischen Verbindungen gemäß 1 bis 3 mit Blickrichtung senkrecht zu 2 und 3, wobei auch hier die beiden Busbars weggelassen sind; und
5 ist eine perspektivische Explosionszeichnung der der elektrischen Verbindungen gemäß 1 bis 4 ohne Darstellung der beiden Busbars.
FIGURENBESCHREIBUNG
In 1 und 2 ist eine elektrische Verbindungen 1 zwischen zwei Busbars 2 aus ebenen Leitern 3 und 4 und aus einer zwischen den Leitern 3 und 4 angeordneten Isolationsschicht 5 an einander gegenüberliegenden Längskanten 6 der beiden Busbars 2 dargestellt. Dabei ist der Rand 23 des oben liegenden Leiters 3 von dem unten liegenden Leiter 4 weg parallel abgeknöpft, so dass die beiden Leiter 3, 4 jedes Busbars 2 an dessen Längskante 6 in einem Abstand 21 parallel zueinander verlaufen. Die einander entsprechenden Leiter 3 bzw. 4 beider Busbars sind jeweils durch ein Kontaktelement 9 bzw. 14 elektrisch miteinander verbunden. Dabei sind Spannelemente 7 in Form von Spannschrauben 8 vorgesehen, die im Bereich des oberen Kontaktelements 9 von elektrisch isolierenden Buchsen 10 umgeben sind und sich durch Löcher in dem oberen Kontaktelement 9 und einem darunterliegenden Formkörper 12 aus isolierendem Material erstrecken, bis sie in Innengewinde 13 eingreifen, die in von unten in Löcher in dem unteren Kontaktelement 14 eingepressten Gewindebuchsen 24 vorgesehen sind. Der Formkörper 12 ist zwischen den Leitern 3 und 4 angeordnet und überbrückt den Abstand 21 zwischen dem Rand 23 des Leiters 3 und dem darunter liegenden Leitern 4. Die Isolationsschicht 5 ragt dabei bis zwischen den Formkörper 12 und den unteren Leiter 4 vor. Kontaktflächen 15 der Kontaktelemente 9 und 14, welche an jeweils einem der Leiter 3 und 4 anliegen, sind ballig ausgebildet. Sie formen so flach abgerundete Klemmstege 16 aus, die die Leiter 3 und 4 an Abstützflächen 17 des Formkörpers 12 andrücken. Die Abstützflächen 17 weisen hier einen planparallelen Verlauf auf. Alternativ sind sie ebenfalls konvex mit vorzugsweise spiegelsymmetrischem Verlauf zu den ihnen gegenüberliegenden Kontaktflächen 15 ausgeformt. Die flachen Klemmstege 16 liegen über längs der Längskanten 6 verlaufende streifenförmige Bereiche 22 an den Leitern 3 und 4 an und stellen einen dauerhaften elektrischen Kontakt mit ausreichend großer flächiger Ausdehnung zwischen den Leitern 3 bzw. 4 beider Busbars 2 sicher.
In 3 ist zu sehen, dass sich die Buchsen 10 durch den gesamten Formkörper 12 hindurch erstrecken. Die Buchsen 10 und der Formkörper 12 können aus duroplastischen Materialen ausgebildet sein. Eine besonders hohe thermische Stabilität weist die elektrische Verbindung auf, wenn zumindest die Buchsen 10 aus einem keramischen Material ausgebildet sind. 3 lässt zusätzlich erkennen, dass sich Köpfe 18 der Spannschrauben 8 jeweils über eine Unterlegscheibe 27 und über einen Radialbund 19, der Teil der Hülse 10 ist, an der Oberseite des Kontaktelements 9 abstützen und dass der obere Rand 20 der Hülsen 10 zur Vermeidung elektrischer Überschläge zwischen den Köpfen 18 und dem Kontaktelement 9 nach oben über die Köpfe 18 übersteht.
4 lässt zusätzlich erkennen, dass der Formkörper an seinen beiden Enden 28 mit Fasen 29 versehen ist, um leichter zwischen die Leiter 3 und 4 an den Längskanten 6 der Busbars gemäß 1 und 2 einschiebbar zu sein.
5 zeigt die Einzelteile der Verbindung 1, wobei die mit dem unteren Kontaktelement 14 verpressten Gewindebuchsen 24 nicht separat dargestellt sind.
Bezugszeichenliste

1: Verbindung
2: Busbar
3: Leiter
4: Leiter
5: Isolationsschicht
6: Längskante
7: Spannelement
8: Spannschraube
9: Kontaktelement
10: Buchse
11: Loch
12: Formkörper
13: Gewinde
14: Kontaktelement
15: Kontaktfläche
16: Klemmsteg
17: Abstützfläche
18: Kopf
19: Radialbund
20: Rand
21: Abstand
22: Bereich
23: Rand
24: Gewindebuchse
25: Loch
26: Loch
27: Unterlegscheibe
28: Ende
29: Fase

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 2008/002328 A1 [0003, 0004]
- EP 0716474 A1 [0004]

Claims

Elektrische Verbindung (1) zwischen zwei Busbars (2) aus ebenen Leitern (3, 4) und aus einer zwischen den Leitern (3, 4) angeordneten Isolationsschicht (5) an einander gegenüberliegenden Längskanten (6) der beiden Busbars (2), wobei die beiden Leiter (3, 4) jedes Busbars (2) an dessen Längskante (6) in einem Abstand (21) parallel zueinander verlaufen, wobei ein Formkörper (12) aus elektrisch isolierendem Material diesen Abstand (21) zwischen den Leitern (3, 4) beider Busbars (2) überbrückt und wobei elektrisch leitende, gegeneinander verspannte, aber voneinander elektrisch isolierte Kontaktelemente (9, 14) über quer zu den Längskanten (6) strukturierte Kontaktflächen (15) an jeweils einem der Leiter (3, 4) jedes Busbars (2) anliegen und ihn zwischen sich und dem Formkörper (12) einspannen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktflächen (15) für jeden Leiter (3, 4) der beiden Busbars (2) einen parallel zu den Längskanten (6) verlaufenden Klemmsteg (16) von flachem Querschnitt aufweist.
Elektrische Verbindung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt ballig oder trapezförmig ist.
Elektrische Verbindung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Kontaktfläche (15) für jeden der Leiter (3, 4) einen Krümmungsradius aufweist, der im Bereich vom 0,5-fachen bis zum 5-fachen der Breite der Kontaktfläche (15) quer zu den Längskanten (6) liegt.
Elektrische Verbindung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Kontaktfläche (15) einen Krümmungsradius aufweist, der im Bereich vom 1-fachen bis zum 2-fachen der Breite der Kontaktfläche (15) quer zu den Längskanten (6) liegt.
Elektrische Verbindung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (9, 14) durch eine Mehrzahl von längs der Längskanten (6) verteilten Spannelementen (7) gegeneinander verspannt sind.
Elektrische Verbindung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (9, 14) durch mindestens drei Spannelemente (7) gegeneinander verspannt sind.
Elektrische Verbindung (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannelemente (7) jeweils eine Spannschraube (8) aufweisen, die durch ein Loch (11) in dem einen Kontaktelement (9) in ein Gewinde (13) an dem anderen Kontaktelement (14) eingreift.
Elektrische Verbindung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Gewinde (13) in einer separaten, in das andere Kontaktelement (14) eingepressten Gewindebuchse (24) vorgesehen ist.
Elektrische Verbindung (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass jede Spannschraube (8) gegenüber dem einen Kontaktelement (9) elektrisch isoliert ist.
Elektrische Verbindung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jede Spannschraube (8) mit einer Buchse (10) aus elektrisch isolierendem Material gegenüber dem einen Kontaktelement (9) elektrisch isoliert ist, wobei sich ein Kopf (18) der Spannschraube (8) über einen Radialbund (19) der Buchse (10) an dem einen Kontaktelement (9) abstützt und wobei sich die Buchse (10) bis in den Formkörper (12) hinein erstreckt.
Elektrische Verbindung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jede Buchse (10) aus einem duroplastischen oder keramischen Material besteht.
Elektrische Verbindung () nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper (12) aus einem duroplastischen oder keramischen Material besteht.
Elektrische Verbindung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zwischen den Leitern (3, 4) jedes Busbars (2) angeordnete Isolationsschicht (5) bis zwischen einen der Leiter (3, 4) des Busbars (2) und den Formkörper (12) erstreckt.
Elektrische Verbindung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper (12) planparallele Abstützflächen (17) für die Leiter (3, 4) der Busbars (2) aufweist.
Elektrische Verbindung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper (12) ballig ausgebildete Abstützflächen für die Leiter (3, 4) der Busbars (2) aufweist.
Elektrische Verbindung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der beiden Leiter (3) jedes Busbars (2) an dessen Längskante (6) von dem anderen Leiter (4) weg abgekröpft ist.