DE202012002933U1

DE202012002933U1 - System zur Übertragung von elektrischem Strom

Info

Publication number: DE202012002933U1
Application number: DE202012002933U
Authority: DE
Original assignee: Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2012-03-20
Filing date: 2012-03-20
Publication date: 2012-04-03
Anticipated expiration: 2022-03-21
Also published as: KR20140139534A; US9570850B2; JP2015517177A; CA2869789A1; EP2828935A1; CN104285342A; WO2013139461A1; CN104285342B; JP6130484B2; US20150050824A1; KR101887994B1; TWM457955U; CA2869789C; EP2828935B1

Abstract

System zur Übertragung von elektrischem Strom mit mindestens zwei starren Leitern (1, 2), dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Leiter (1, 2) über zumindest ein elektrisch leitendes, deformierbares Verbindungselement verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Übertragung von elektrischem Strom mit mindestens zwei elektrisch leitend miteinander verbundenen starren Leitern.
Es ist bekannt, elektrischen Strom und insbesondere Hochstrom über Leiter zu übertragen, die als großvolumige, massive Metallbauteile, d. h. im Wesentlichen starr ausgebildet sind. Die Verwendung von starren Leitern führt zu dem Problem, dass elektrische Funktionselemente, die über diese Leiter verbunden werden sollen, relativ exakt zueinander positioniert sein müssen, da ein Ausgleich von Lagetoleranzen aufgrund der Starrheit der Leiter nicht ohne weiteres möglich ist. Dieses Problem könnte dadurch gelöst werden, dass die zumindest zwei Leiter des Systems mit einem definierten Spiel miteinander verbunden sind. Dann würde sich jedoch die Kontaktfläche zwischen den beiden Leitern in Abhängigkeit von deren relativer Lage zueinander ändern, was mit einem nicht zufriedenstellenden Übertragungsverhalten für den Strom verbunden sein könnte.
Beispielsweise ist bekannt, in dem Antriebsstrang eines elektrifizierten Kraftfahrzeugs einen Stromverteiler mit einer Leistungselektronik über ein System aus starren Leitern zu verbinden.
Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes System aus mindestens zwei elektrisch leitfähig miteinander verbundenen, starren Leitern anzugeben, das trotz der Möglichkeit eines Toleranzausgleich bezüglich der Positionierung von elektrischen Funktionselementen, die mittels dieses Systems verbunden werden sollen, ein sicheres Übertragungsverhalten gewährleistet.
Diese Aufgabe wird durch ein System gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Systems sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
Ein gattungsgemäßes System zur Übertragung von elektrischem Strom (sowohl zur Energieversorgung als auch zur Signalübermittlung (auch Hochfrequenzsignale)) und insbesondere von Hochstrom (≥ 48 V Spannung der Stromquelle) mit mindestens zwei elektrisch leitend miteinander verbundenen, starren Leitern ist erfindungsgemäß dadurch weitergebildet, dass die zwei Leiter (indirekt) über zumindest ein elektrisch leitfähiges, deformierbares Verbindungselement (elektrisch leitfähig) verbunden sind.
Durch das deformierbare Verbindungselement wird eine relative Beweglichkeit der starren Leiter gewährleistet, durch die Toleranzen bezüglich der Positionierung von elektrischen Funktionselementen, die über das erfindungsgemäße System verbunden werden sollen, ausgeglichen werden können.
Das Verbindungselement kann besonders bevorzugt eine (vorzugsweise zylindrische) Schraubenfeder umfassen, die in Richtung ihrer Längsachse ringförmig geschlossen ausgebildet ist und unter Vorspannung einen Abschnitt eines ersten der Leiter umgreift. Dieses Umgreifen des ersten Leiters unter Vorspannung stellt eine permanente Kontaktierung zwischen dem Leiter und der Schraubenfeder sicher.
Ein Kontakt zwischen der ringförmigen Schraubenfeder und zumindest dem zweiten, vorzugsweise beiden Leitern, erfolgt vorzugsweise in einer von der ringförmigen Schraubenfeder ausgebildeten Radialebene; die Schraubenfeder liegt somit ringförmig und folglich relativ großflächig an dem/den Leiter(n) an. Dadurch kann ein gutes Übertragungsverhalten für den über das System fließenden Strom erzielt werden.
Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass (mindestens) zwei Schraubenfedern vorgesehen sind, die jeweils unter Vorspannung einen Abschnitt des ersten Leiters umgreifen und jeweils in einer von der jeweiligen Schraubenfeder ausgebildeten Radialebene an dem zweiten Leiter anliegen. Dadurch kann die wirksame Fläche zur Übertragung des Stroms relativ groß ausgebildet werden.
Um sicher zu stellen, dass die Schraubenfedern permanent an dem zweiten Leiter anliegen und somit ein gutes elektrisches Übertragungsverhalten sicherstellen, kann weiterhin vorgesehen sein, dass diese über (jeweils) ein Kontaktelement gegen den zweiten Leiter gedrückt werden.
Dabei ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass das/die Kontaktelement(e) selbst elektrisch leitfähig ausgebildet und zudem elektrisch leitfähig mit dem ersten Leiter verbunden ist/sind. Dadurch kontaktiert der erste Leiter die ringförmigen) Schraubenfeder(n) nicht nur an dessen/deren Innenseite (mit der diese den ersten Leiter umgreift/-en), sondern zusätzlich auch über die Kontaktelement(e). Dadurch kann wiederum die wirksame Fläche zur Übertragung des Stroms vergrößert werden.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass der zweite Leiter, der beispielsweise in Form eines Flachbauteils ausgebildet sein kann, eine Öffnung aufweist, durch die sich der erste Leiter, der beispielsweise (zumindest in einem Abschnitt) stiftförmig ausgebildet sein kann, erstreckt. Dabei ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass zumindest eine Abmessung der Öffnung des zweiten Leiters größer als die entsprechende Außenabmessung des ersten Leiters in dessen in der Öffnung aufgenommenen Abschnitt sind. Dadurch wird eine relative Beweglichkeit der Leiter in eine Vielzahl von Richtungen sichergestellt.
Vorzugsweise kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Öffnung sowie der darin aufgenommene Abschnitt des ersten Leiters jeweils einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, wobei die Durchmesserdifferenz zwischen 0,1 mm und 0,2 mm beträgt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigt:
1: ein erfindungsgemäßes System in einer isometrischen Explosionsdarstellung; und
2: einen Querschnitt durch das erfindungsgemäße System gemäß der 1.
Die 1 und 2 zeigen in verschiedenen Ansichten ein erfindungsgemäßes System zur Übertragung von Hochstrom, wie es beispielsweise in dem Antriebsstrang eines elektrifizierten Kraftfahrzeugs zum Einsatz kommen kann.
Das System umfasst zwei Leiter 1, 2, die als relativ großvolumige, massive Metallbauteile und daher im Wesentlichen starr ausgebildet sind. Eine Deformation der Leiter 1, 2 bei der Montage, beispielsweise um Lagetoleranzen von über das System zu verbindende elektrische Funktionselemente auszugleichen, ist daher nicht möglich. Die Leiter 1, 2 sind großvolumig und massiv ausgebildet, um deren elektrischen Widerstand und folglich die Verlustleistung bei der Übertragung des Hochstroms gering zu halten.
Ein erster der zwei Leiter 1 ist stiftförmig und der zweite Leiter 2 als Kontaktschiene, d. h. als Flachbauteil ausgebildet. Der zweite Leiter 2 weist eine Öffnung 3 auf, durch die der erste Leiter 1 im montierten Zustand des Systems ragt. Wie sich aus der 2 ergibt, ist der Durchmesser der Öffnung 3 größer als der Außendurchmesser des ersten Leiters 1 in demjenigen Abschnitt, in dem dieser in der Öffnung aufgenommen ist. Durch diese Durchmesserdifferenz, die beispielsweise zwischen 0,1 mm und 0,2 mm betragen kann, wird eine definierte Beweglichkeit zwischen den zwei Leitern 1, 2 nicht nur entlang der Längsachse des ersten Leiters 1, sondern auch radial dazu erreicht. Auch ein Verkippen (bei dem die Längsachse des ersten Leiters nicht mehr senkrecht zu den großen Seitenflächen des zweiten Leiters verläuft) des ersten Leiters 1 relativ zu dem zweiten Leiter 2 ist dadurch möglich.
Die relative Beweglichkeit der zwei Leiter 1, 2 zueinander gewährleistet einen Ausgleich von Positionierungstoleranzen der elektrischen Funktionselementen, die mittels des erfindungsgemäßen Systems verbunden werden sollen.
Um unabhängig von der jeweiligen Lage der beiden Leiter 1, 2 zueinander eine sichere Übertragung des Hochstroms über das System zu gewährleisten, ist vorgesehen, den Übertragungsweg für den Hochstrom von dem ersten Leiter 1 auf den zweiten Leiter 2 über zwei deformierbare Verbindungselemente auszubilden. Dadurch kann vermieden werden, dass sich die wirksame Fläche des Übertragungswegs für den Hochstrom in Abhängigkeit von der relativen Lage der beiden Leiter 1, 2 zueinander verändert. Vielmehr bleiben die Kontaktflächen zwischen den Verbindungselementen einerseits und den beiden Leitern andererseits infolge der Deformierbarkeit der Verbindungselemente im Wesentlichen gleich groß, unabhängig von der relativen Lage der Leiter 1, 2 zueinander.
Die Verbindungselemente sind in Form von Schraubenfedern 4 ausgebildet, die bezüglich der von den Wicklungen definierten Längsachsen (bzgl. der Wicklungen) einen geschlossenen Ring ausbilden. Dabei sind die Innendurchmesser der beiden ringförmigen Schraubenfedern 4 (im entlasteten Zustand) geringfügig kleiner als der Außendurchmesser des ersten Leiters 1 in denjenigen Abschnitten, in denen diese den ersten Leiter 1 nach der Montage des Systems umgreifen. Dies führt dazu, dass die Schraubenfedern 4, wenn diese die entsprechenden Abschnitte des ersten Leiters 1 umgreifen, radial aufgeweitet sind, was in Folge der elastischen Reaktionskräfte für ein sicheres, vollumfängliches Anliegen der Schraubenfedern 4 an dem ersten Leiter 1 sorgt.
Der zweite Leiter 2 wird an seinen zwei großen Seitenflächen von jeweils einer der Schraubenfedern 4 in einer von der jeweiligen Schraubenfeder 4 ausgebildeten Radialebene, d. h. ringförmig kontaktiert.
Um einen permanenten Kontakt zwischen den beiden Schraubenfedern 4 und dem zweiten Leiter 2 sicher zu stellen, werden diese über jeweils ein elektrisch leitfähiges Kontaktelement gegen den zweiten Leiter 2 gedrückt. Dabei ist das eine Kontaktelement als Kopfteil 5 des ersten Leiters 1 ausgebildet, das verglichen mit einem stiftförmigen Grundkörper 6 des ersten Leiters 1 einen größeren Durchmesser aufweist. Der Kopfteil 5 bildet eine ringförmige Vertiefung 7 aus, in der die dazugehörige Schraubenfeder 4 aufgenommen ist. Die ringförmige Vertiefung 7 wird von einem ringförmigen Kragen 8 ausgebildet, dessen Längserstreckung so gewählt ist, dass die (unbelastete) Schraubenfeder 4 diesen noch ein Stück überragt. Dadurch wird sichergestellt, dass bei einem nur schwachen Andrücken des Kopfteils 5 gegen die Schraubenfeder 4 noch ein definierter Abstand zwischen dem Kragen 8 und dem zweiten Leiter 2 besteht, der die gewünschte Beweglichkeit des ersten Leiters 1 und des zweiten Leiters 2 zueinander sicherstellt.
Das zweite Kontaktelement ist in Form einer Kontakthülse 9 vorgesehen, die ebenfalls einen Kragen 8 aufweist, der eine ringförmige Vertiefung 7 ausbildet, in der die dazugehörige Schraubenfeder 4 fast vollständig aufgenommen ist. Auch dieser Kragen 8 ist so dimensioniert, dass bei einem nur schwachen Druck von der Kontakthülse 9 auf die Schraubenfeder 4 ein Abstand zwischen dem Kragen 8 und dem zweiten Leiter 2 verbleibt.
Der minimale Abstand zwischen den beiden Kontaktelementen ist konstruktiv festgelegt, wozu ein ringförmiger Vorsprung 10 vorgesehen ist, an dem die Kontakthülse 9 anschlägt. Dadurch wird sichergestellt, dass die Kontakthülse 9 bei der Montage des Systems nicht zu weit in Richtung des Kopfteils 5 verschoben werden kann, wodurch ansonsten die Abstände zwischen den Kontaktelementen und dem zweiten Leiter 2 zu gering ausfallen könnten.
Die Verbindung der Kontakthülse 9 mit dem ersten Leiter 1 ist kraftschlüssig ausgeführt, indem der Innendurchmesser der zentralen Öffnung 11 der Kontakthülse 9 etwas geringer als der Außendurchmesser eines Befestigungsabschnitts 12 des ersten Leiters 1 gewählt ist. Dabei ist die Durchmesserdifferenz vorzugsweise jedoch so gering gewählt, dass die Kontakthülse 9 manuell oder unter Zuhilfenahme eines Handwerkzeugs auf den Befestigungsabschnitt 12 geschoben werden kann. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, durch eine Erwärmung des ersten Leiters 1 und der Kontakthülse 9 auf unterschiedliche Temperaturen eine Presspassung auszubilden.
Der Befestigungsabschnitt 12 des ersten Leiters 1 weist einen etwas größeren Durchmesser als der in Steckrichtung davor liegende Abschnitt des Grundkörpers 6 auf. Dadurch kann die Kontakthülse 9 ohne wesentlichen Kraftaufwand auf den Grundkörper 6 des ersten Leiters 1 aufgesteckt und bis zu dem Befestigungsabschnitt 12 verschoben werden.
Eine Montage des erfindungsgemäßen Systems erfolgt, indem zunächst eine der Schraubenfedern 4 auf den Grundkörper 6 des ersten Leiter 1 aufgeschoben wird, bis diese in der ringförmigen Vertiefung 7 des Kopfteils 5 aufgenommen ist. Dann wird der Grundkörper 6 des ersten Leiters 1 durch die Öffnung 3 des zweiten Leiters 2 gesteckt. Es folgt ein Aufschieben der anderen Schraubenfeder 4 auf den Grundkörper 6 des ersten Leiters 1 und abschließend ein Aufschieben der Kontakthülse 9 auf den Befestigungsabschnitt 12 des ersten Leiters 1.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Systems ermöglicht eine relative Beweglichkeit der beiden Leiter 1, 2 (in Grenzen) zueinander, und dies sowohl entlang der Längsachse des ersten Leiters 1 als auch radial dazu. Auch ist ein Verkippen von erstem Leiter 1 und zweitem Leiter 2 zueinander möglich. Dabei ist die für die Übertragung des Hochstroms wirksame Fläche im Wesentlichen stets gleich, da die Relativbewegung der beiden Leiter 1, 2 von den elastisch deformierbaren Schraubenfedern 4 aufgenommen wird, ohne dass sich dabei die Größe der Kontaktflächen zwischen den beiden Leitern 1, 2 und den beiden Schraubenfedern 4 wesentlich verändert.

Claims

System zur Übertragung von elektrischem Strom mit mindestens zwei starren Leitern (1, 2), dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Leiter (1, 2) über zumindest ein elektrisch leitendes, deformierbares Verbindungselement verbunden sind.
System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement eine Schraubenfeder (4) umfasst, die in Richtung ihrer Längsachse ringförmig ausgebildet ist und unter Vorspannung einen Abschnitt eines ersten der Leiter (1) umgreift.
System gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenfeder (4) zumindest den zweiten Leiter (2) in einer von dieser ausgebildeten Radialebene kontaktiert.
System gemäß Anspruch 3, gekennzeichnet durch zwei Schraubenfedern (4), die unter Vorspannung jeweils einen Abschnitt des ersten Leiters (1) umgreifen und den zweiten Leiter (2) in einer von der jeweiligen Schraubenfeder (4) ausgebildeten Radialebene kontaktieren.
System gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenfeder(n) (4) mittels (jeweils) einem Kontaktelement gegen den zweiten Leiter (2) gedrückt wird/werden.
System gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das/die Kontaktelemente) elektrisch leitfähig ausgebildet und mit dem ersten Leiter (1) elektrisch leitend verbunden ist/sind.
System gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Leiter (2) eine Öffnung (3) aufweist, durch die sich der erste Leiter (1) erstreckt.
System gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abmessungen der Öffnung (3) des zweiten Leiters (2) größer als die entsprechende Außenabmessung des ersten Leiters (1) in dem in der Öffnung (3) aufgenommenen Abschnitt ist.
System gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (3) sowie der in der Öffnung aufgenommenen Abschnitt des ersten Leiters (1) jeweils einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, wobei die Durchmesserdifferenz zwischen 0,1 mm und 0,2 mm beträgt.
System gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Leiter (1) stiftförmig und der zweite Leiter (2) als Flachbauteil ausgebildet sind.