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TECHNISCHES GEBIET
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Das Folgende betrifft eine Sammelschiene zur Verwendung zum Leiten eines Wechselstroms.
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HINTERGRUND
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Ein vollkommen oder teilweise durch einen Elektromotor angetriebenes Kraftfahrzeug kann als ein Elektrofahrzeug (EV) oder ein Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) bezeichnet werden. Wie an sich bekannt ist, enthalten solche Fahrzeuge eine Hochspannungsbatterie (HV) oder Batterien zur Zuführung von Leistung in ihre Elektromotoren.
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Typisch ist es, dass solche Elektrofahrzeuge das Laden von Hochspannungsbatterien vorsehen, indem ein an Bord des Fahrzeugs eingebautes Batterieladegerätmodul verwendet wird. Das bordeigene Batterieladegerätmodul ist in Verbindung mit den Hochspannungsbatterien des Fahrzeugs vorgesehen und so gestaltet, dass elektrische Wechselstromleistung aus einem Elektroenergieversorgungsnetz zur Speicherung durch die Hochspannungsbatterien des Fahrzeugs gleichgerichtet wird. Solche Elektrofahrzeuge enthalten außerdem einen Inverter zur Nutzung beim Umwandeln von durch die Fahrzeugbatterien bereitgestellter Gleichspannung in eine Wechselspannung zur Verwendung zur Stromversorgung des Elektromotors oder von Motoren des Fahrzeugs. Außerdem können solche Elektrofahrzeuge auch ein Hilfsleistungsmodul enthalten. Diese Vorrichtungen und Module können eine Anzahl von elektrischen Komponenten umfassen, die Transformatoren, Induktoren, Kondensatoren, Sammelschienen, Transistoren und andere Komponenten einschließen können.
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In einer Sammelschiene zur Leitung eines Wechselstroms neigt der Wechselstrom dazu, sich näher an der Oberfläche der Sammelschiene zu konzentrieren. Das heißt, die Stromdichte ist höher zu den Außenflächen der Sammelschiene hin und niedriger zu der Mitte der Sammelschiene hin. Infolgedessen wird der feste Querschnitt eines elektrischen Leiters nur teilweise genutzt, wenn Wechselstromleistung hindurchgeführt wird. Dies bewirkt, dass der Wirkwiderstand der Schiene zunimmt. Die Zunahme des Wechselstromwiderstands ist ausgeprägter, wenn sich die Frequenz des Wechselstroms erhöht. Während diese Wirkung in Gebrauchssystemen mit 60-Hz-Wechselstrom aufgetreten ist, ist sie deshalb nicht wesentlich. Jedoch tritt in Antriebsinvertern, die bei etwa 1000 Hz arbeiten, diese Wirkung spürbar auf, wobei drahtlose Ladesysteme, die bei etwa 85 kHz arbeiten, eine mehrfache Zunahme des Wechselstromwiderstands aufweisen. Eine Zunahme des Wechselstromwiderstands verursacht erhöhte Leistungsverluste in der Wechselstrom-Sammelschiene und damit eine erhöhte Temperatur.
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Folglich besteht Bedarf an einer verbesserten Sammelschiene zur Verwendung zum Leiten eines Wechselstroms, mit der man sich den oben besonders erwähnten Problemen zuwenden würde. Eine solche Sammelschiene würde mehrfache Bänder von elektrischen Leitern umfassen. Die Dicke kann auf der Basis der Wechselstromfrequenz gewählt werden, und die Breite und Anzahl von Bändern kann basierend auf der gesamten benötigten Stromtragfähigkeit (Strombelastbarkeit) gewählt werden. Die dünnen Bänder verringern den Wechselstromwiderstand, und Spalte zwischen den Bändern lassen es zu, dass ein Luftstrom stattfindet. Somit werden Verluste reduziert und die Temperatur sowohl durch reduzierte Verluste als auch durch verbesserten konvektiven Luftstrom und Wärmestrahlung gesenkt.
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Eine solche Sammelschiene, die Schlitze aufweist, die eine mit Rippen versehene Struktur bilden, verbessert die Leistungsfähigkeit der Sammelschiene vielmehr als ein fester Querschnitt, indem Verluste gesenkt werden und die Betriebstemperatur reduziert wird. Außerdem ist eine solche Sammelschiene leichter im Gewicht und in der Größe kompakter als Sammelschienen mit festem Querschnitt. Eine solche Sammelschiene bewirkt außerdem eine Leistungshöhe für ein drahtloses Ladegerät, die näher an die eines bordeigenen Ladegerätes herankommt.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Nach einer der hier beschriebenen Ausführungsformen wird eine Sammelschiene zur Verwendung zum Leiten eines Wechselstroms bereitgestellt. Die Sammelschiene kann eine Vielzahl von im Wesentlichen parallelen Rippen umfassen, wobei jede Rippe ein erstes und zweites Ende aufweist, jede Rippe zum Leiten eines im Wesentlichen gleichen Anteils des Stroms, die Rippen im Abstand voneinander angeordnet sind, so dass dazwischenliegend Spalte zum Luftstrom durch die Spalte zwischen den Rippen bewirkt werden. Die Sammelschiene kann des Weiteren ein die ersten Enden der Vielzahl von Rippen verbindendes, elektrisch leitfähiges Befestigungsmerkmal, das Befestigungsmerkmal zum Befestigen der Vielzahl von Rippen an einer elektrischen Komponente umfassen.
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Nach einer hier beschriebenen anderen Ausführungsform wird eine Sammelschiene zur Verwendung zum Leiten eines Wechselstroms bereitgestellt. Die Sammelschiene kann eine Vielzahl von Rippen umfassen, wobei jede Rippe ein erstes und zweites Ende aufweist, die Rippen im Abstand voneinander angeordnet sind, so dass dazwischenliegend Spalte zum Luftstrom durch die Spalte zwischen den Rippen bewirkt werden, ein die ersten Enden der Vielzahl von Rippen verbindendes, elektrisch leitfähiges, erstes Befestigungsmerkmal, das erste Befestigungsmerkmal zum Befestigen der Vielzahl von Rippen an einer ersten elektrischen Komponente, und ein elektrisch leitfähiges, zweites Befestigungsmerkmal, das die zweiten Enden der Vielzahl von Rippen verbindet, das zweite Befestigungsmerkmal zum Befestigen der Vielzahl von Rippen an einer zweiten elektrischen Komponente. Die Vielzahl von Rippen bewirkt eine erhöhte Leistungsfähigkeit der Sammelschiene auf der Basis einer Frequenz des durch die Sammelschiene zu leitenden Wechselstroms.
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Es wird außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer Sammelschiene zur Verwendung zum Leiten eines Wechselstroms bereitgestellt. Das Verfahren kann das Befestigen einer Vielzahl von elektrisch leitfähigen Bändern umfassen, um eine Sammelschiene mit einer Vielzahl von Rippen zu bilden, wobei jede Rippe ein erstes und zweites Ende aufweist, die Rippen im Abstand voneinander angeordnet sind, um dazwischenliegend Spalte zum Luftstrom durch die Spalte zwischen den Rippen zu bewirken, wobei die ersten Enden der Vielzahl von Rippen miteinander verbunden sind. Das Verfahren kann des Weiteren das Bilden eines Befestigungsmerkmals zum Befestigen der Vielzahl von Rippen an einer elektrischen Komponente umfassen.
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Eine ausführliche Beschreibung dieser und anderer Ausführungsformen einer Sammelschiene zur Verwendung zum Leiten eines Wechselstroms wird nachstehend zusammen mit den begleitenden Zeichnungen erläutert.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine perspektivische Darstellung einer Sammelschiene zur Verwendung zum Leiten eines Wechselstroms nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung.
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2 ist eine Vorderansicht der Sammelschiene von 1 zur Verwendung zum Leiten eines Wechselstroms nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung.
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3 ist eine Ansicht von unten der Sammelschiene von 1 zur Verwendung zum Leiten eines Wechselstroms nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung.
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4 ist eine Seitenansicht der Sammelschiene von 1 zur Verwendung zum Leiten eines Wechselstroms nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung.
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5 ist eine perspektivische Darstellung einer Sammelschiene zur Verwendung zum Leiten eines Wechselstroms nach einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung.
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6 ist eine Querschnittsdarstellung einer Sammelschiene zur Verwendung zum Leiten eines Wechselstroms nach einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung.
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7 ist ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer Sammelschiene zur Verwendung zum Leiten eines Wechselstroms.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Wie erforderlich, sind hier ausführliche Ausführungsformen offengelegt. Es soll jedoch verständlich werden, dass die offengelegten Ausführungsformen lediglich beispielhaft sind und verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgerecht. Merkmale können übertrieben oder auf ein Mindestmaß reduziert sein, um Einzelheiten besonderer Komponenten darzustellen. Deshalb sollen spezifische strukturelle und funktionelle Einzelheiten, die hier offengelegt sind, nicht als einschränkend, sondern lediglich als eine repräsentative Basis zur Lehre für den Fachmann interpretiert werden.
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Mit Bezug auf 1 bis 7 werden eine ausführlichere Beschreibung verschiedener Ausführungsformen einer Sammelschiene zur Verwendung zum Leiten eines Wechselstroms und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Sammelschiene beschrieben. Zur besseren Darstellung und um das Verständnis zu erleichtern, wurden hier in den Zeichnungen durchweg gleiche Bezugszahlen für gleiche Komponenten und Merkmale verwendet.
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Wie zuvor beschrieben ist es typisch, dass Elektrofahrzeuge (EV) und Hybridelektrofahrzeuge (HEV) das Laden von Hochspannungsbatterien vorsehen, indem ein Batterieladegerätmodul verwendet wird, das an Bord des Fahrzeugs eingebaut ist. Das bordeigene Batterieladegerätmodul ist in Verbindung mit den Hochspannungsbatterien des Fahrzeugs vorgesehen und so gestaltet, dass elektrische Wechselstromleistung von einem Elektroenergieversorgungsnetz zur Speicherung durch die Hochspannungsbatterien des Fahrzeugs gleichgerichtet wird. Solche Elektrofahrzeuge enthalten außerdem einen Inverter zur Verwendung zum Umwandeln einer durch die Fahrzeugbatterien bereitgestellten Gleichspannung in eine Wechselspannung zur Verwendung zum Speisen des Elektromotors oder von Motoren des Fahrzeugs. Außerdem können solche Elektrofahrzeuge auch ein Hilfsleistungsmodul enthalten. Diese Vorrichtungen und Module können eine Anzahl elektrischer Komponenten aufweisen, die Transformatoren, Induktoren, Kondensatoren, Sammelschienen, Transistoren und andere Komponenten umfassen können.
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In einer Wechselstrom leitenden Sammelschiene neigt der Strom dazu, sich nahe an der Oberfläche der Sammelschiene zu konzentrieren (diese Wirkung ist in der Industrie als „Stromverdrängungseffekt” bekannt). Infolgedessen wird die Fläche festen Querschnitts eines elektrischen Leiters, wie Kupfer oder Aluminium, nur teilweise genutzt, wenn eine Wechselstromleistung hindurchgeht. Dies bewirkt, dass ein Wirkwiderstand der Sammelschiene zunimmt. Die Zunahme des Wechselstromwiderstands ist ausgeprägter, wenn sich die Frequenz des Wechselstroms erhöht. Während diese Wirkung in Gebrauchssystemen mit einem Wechselstrom von 50 oder 60 Hz aufgetreten ist, ist sie daher nicht wesentlich. Jedoch tritt diese Wirkung in Antriebsinvertern, die bei 1000 Hz arbeiten, spürbar auf, wobei drahtlose Ladesysteme, die bei 85 kHz arbeiten, eine mehrfache Zunahme des Wechselstromwiderstands besitzen. Eine Zunahme des Wechselstromwiderstands verursacht erhöhte Leistungsverluste in der Wechselstrom-Sammelschiene und damit eine erhöhte Temperatur.
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Folglich besteht Bedarf an einer verbesserten Sammelschiene zur Verwendung zum Leiten eines Wechselstroms, mit der man sich den oben angemerkten Problemen zuwenden würde. Eine solche Sammelschiene würde mehrere Bänder elektrischer Leiter aufweisen. Die Dicke kann auf der Basis der Wechselstromfrequenz gewählt werden, und die Breite und Anzahl von Bändern kann auf der Basis der gesamten erforderlichen Stromtragfähigkeit gewählt werden. Die dünnen Bänder verringern den Wechselstromwiderstand; und Spalte zwischen den Bändern lassen es zu, dass ein Luftstrom stattfindet. Somit werden Verluste reduziert und die Temperatur gesenkt sowohl durch reduzierte Verluste als auch durch einen verbesserten konvektiven Luftstrom und verbesserte Wärmestrahlung wegen des erhöhten Flächenbereichs, der für die Sammelschiene zum Austausch von Wärmestrahlung mit der Umgebung verfügbar ist.
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Mit Bezug jetzt auf 1 bis 4 sind Vorderansicht, Ansicht von unten und Seitenansicht einer Sammelschiene 10 zur Verwendung zum Leiten eines Wechselstroms nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung dargestellt. Wie darin ersichtlich ist, kann die Sammelschiene 10 eine Vielzahl von im Wesentlichen parallelen Rippen 12 umfassen, wobei jede Rippe 12 ein erstes Ende 14 und ein zweites Ende 16 aufweist. Jede Rippe 12 kann zur Leitung eines im Wesentlichen gleichen Anteils eines Wechselstroms vorgesehen werden. Die Rippen 12 können im Abstand voneinander angeordnet sein, um dazwischenliegend Spalte 18 zum Luftstrom durch die Spalte 18 zwischen den Rippen 12 zu bewirken.
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Wie es in 1 bis 4 ersichtlich ist, kann sich die Vielzahl von Rippen 12 in einer Vielzahl nicht paralleler Ebenen erstrecken. In dieser Hinsicht kann die Sammelschiene 10 im Wesentlichen eindimensional, mit einer Vielzahl von geraden Rippen 12 (siehe z. B. 5) sein. Jedoch kann die Sammelschiene 10 auch zweidimensional oder dreidimensional sein, abhängig von den Anforderungen jeder besonderen Anwendung und der Form der Sammelschiene 10, die zum Verbinden von elektrischen Komponenten benötigt wird.
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Noch mit Bezug auf 1 bis 4 kann ein elektrisch leitfähiges Befestigungsmerkmal 20 zur Verbindung der ersten Enden 14 der Vielzahl von Rippen 12 bereitgestellt werden. In gleicher Weise kann ein elektrisch leitfähiges Befestigungsmerkmal 22 zur Verbindung der zweiten Enden 16 der Vielzahl von Rippen 12 bereitgestellt werden. Die Befestigungsmerkmale 20, 22 können auch zur Befestigung der Vielzahl von Rippen 12 an einer elektrischen Komponente (nicht gezeigt) bereitgestellt werden.
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Wie in 1 bis 4 ersichtlich ist, erlauben es die an Merkmalen 20, 22 befestigten Enden 14, 16 der Rippen 12, die mit Rippen versehene Sammelschiene 10 an einem elektrischen System (nicht gezeigt), das elektrische Leistung zur Verfügung stellt und diese nutzt, zu befestigen. Die Merkmale 20, 22 können Vorkehrungen für eine geschraubte Verbindung oder einen Verbindungspunkt 24 (wie etwa ein Durchgangsloch) und/oder einen elektrischen Anschluss geeigneter Ausführung wie einen Flachsteckanschluss 26 einschließen. Jedes der Befestigungsmerkmale 20, 22 umfasst somit einen Anschluss, der gestaltet ist, um mit einem Anschluss einer elektrischen Komponente (nicht gezeigt) zusammenzuwirken.
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Wie es an sich bekannt ist, wird Gleichstrom in einem Massivleiter im Wesentlichen gleichmäßig verteilt. Umgekehrt wird ein Wechselstrom, der durch einen Massivleiter fließt, nicht gleichmäßig über den Querschnitt des Leiters verteilt. Stattdessen ist die Wechselstromdichte an der Oberfläche des Leiters am höchsten und nimmt an Punkten tiefer in den Massivleiter (von der Oberfläche weg) ab. Die Tiefe, bei der die Wechselstromdichte auf 36,79% des Wertes oder nahe der Oberfläche abfällt, kann als die „Hauttiefe” des Leiters bezeichnet werden, die ebenfalls von der Frequenz des Wechselstroms und dem besonderen Werkstoff des Leiters abhängig ist.
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In dieser Hinsicht konzentriert sich Wechselstrom, mit hoher Frequenz, an der Oberfläche eines Leiters, wodurch der Leiterwirkungsgrad abnimmt. Folglich kann eine Sammelschiene 10 mit einem Aufbau mit mehreren Bändern oder Rippen 12 einen Leiterwirkungsgrad für Wechselstrom dadurch erhöhen, dass ein größerer Oberflächenbereich zur Verfügung gestellt wird. Ein erhöhter Wirkungsgrad in einer solchen Sammelschiene 10 führt auch zu geringeren Verlusten und damit kühleren Betriebstemperaturen. Die Vielzahl von Rippen 12 der Sammelschiene 10 bewirkt deshalb einen zunehmenden Wirkungsgrad der Sammelschiene 10 mit zunehmender Frequenz des Wechselstroms. Während solche Vorteile bei einem hochfrequenten Wechselstrom ausgeprägter sind, können diese Vorteile auch bei niedrigeren Frequenzen wie etwa normalen Gebrauchsfrequenzen von 50 oder 60 Hz erreicht werden.
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Mit Bezug als Nächstes auf 5 ist eine perspektivische Darstellung einer Sammelschiene 10 zur Verwendung zum Leiten eines Wechselstroms nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung gezeigt. Wie darin ersichtlich ist, kann die Sammelschiene 10 eine Vielzahl von Rippen 12 umfassen, wobei jede Rippe ein erstes Ende 14 und zweites Ende 16 aufweist. Die Rippen 12 können im Abstand voneinander angeordnet sein, um dazwischenliegend Spalte 18 zum Luftstrom durch die Spalte 18 zwischen den Rippen 12 zu bewirken. Die Vielzahl von Rippen 12 bewirkt einen erhöhten Wirkungsgrad der Sammelschiene 10 basierend auf einer Frequenz des durch die Sammelschiene 10 zu leitenden Wechselstroms.
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Die Sammelschiene 10 kann auch ein elektrisch leitfähiges, erstes Befestigungsmerkmal 20 aufweisen, das die ersten Enden 14 der Vielzahl von Rippen 12 verbindet. Das erste Befestigungsmerkmal 20 kann zum Befestigen der Vielzahl von Rippen 12 an einer ersten elektrischen Komponente (nicht gezeigt) vorgesehen sein. Die Sammelschiene 10 kann außerdem ein elektrisch leitfähiges, zweites Befestigungsmerkmal 22 aufweisen, das die zweiten Enden 16 der Vielzahl von Rippen 12 verbindet. Das zweite Befestigungsmerkmal 22 kann zum Befestigen der Vielzahl von Rippen 12 an einer zweiten elektrischen Komponente (nicht gezeigt) vorgesehen sein.
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In dieser Hinsicht kann das erste Befestigungsmerkmal 20 der Sammelschiene 10 einen Anschluss 24 aufweisen, der gestaltet ist, um mit einem Anschluss einer ersten elektrischen Komponente (nicht gezeigt) zusammenzuwirken. Das zweite Befestigungsmerkmal 22 der Sammelschiene 10 kann ebenso einen Anschluss 24 aufweisen, der gestaltet ist, um mit einem Anschluss einer zweiten elektrischen Komponente (nicht gezeigt) zusammenzuwirken. Wie zuvor angemerkt, können die Anschlüsse 24 für eine geschraubte Verbindung oder einen Verbindungspunkt wie etwa ein Durchgangsloch oder einen beliebigen anderen elektrischen Anschluss geeigneter Ausführung gestaltet sein.
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Noch mit Bezug auf 5, kann die Sammelschiene 10 des Weiteren ein oder mehrere Distanzstücke 28 umfassen, die sich zwischen mindestens zwei der Vielzahl von Rippen 12 befinden, um eine Unterstützung damit zu bewirken und/oder einen Abstand zwischen den Rippen 12 beizubehalten. In dieser Hinsicht kann ein Distanzstück 28 einen isolierenden Werkstoff wie etwa Kunststoff einschließen. Für lange Sammelschienen soll eine zweite Funktion des Distanzstücks (der Distanzstücke) 28 das durch Eigengewicht verursachte Durchhängen von Bändern vermeiden und einen konstanten Abstand zwischen benachbarten Bändern aufrechterhalten. Außerdem verbessern die Distanzstücke 28, wenn eine Sammelschiene 10 in einer schwingenden Umgebung (wie etwa einem Kraftfahrzeug) eingesetzt wird, die Steifigkeit der Sammelschiene 10 und verhindern, dass eine schwingende Bewegung einzelner Bänder 12 unangemessen hoch und nachteilig wird. Für diese zwei Funktionen kann das Distanzstück 28 aus technischen Polymeren hergestellt werden, die nicht zwangsläufig elektrisch leitfähig sind.
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Alternativ dazu kann ein Distanzstück 28 ein elektrisch leitfähiges Material aufweisen und als elektrisches Verbindungsmerkmal gestaltet sein. Ein solches Verbindungsmerkmal, welches ein Durchgangsloch aufweisen kann, das in dem Distanzstück 28 wie in 5 gezeigt, ausgebildet ist, kann als Verbindungspunkt zum Abgriff von elektrischer Leistung funktionieren.
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Mit Bezug auf 1 bis 5 kann die Vielzahl von Rippen 12 der Sammelschiene 10 eine Vielzahl von gestanzten, leitfähigen Bändern wie Kupfer bestehen. Alternativ dazu kann die Sammelschiene 10 aus anderen, weniger üblich verwendeten Werkstoffen wie anderen Metallen und/oder elektrisch leitfähigen Polymeren hergestellt sein. Solche Bänder können an den ersten und zweiten Enden 14, 16 der Rippen 12 zusammengeschweißt oder -gelötet sein, wie etwa durch Schweißen oder Löten der Bänder an Distanzstücke 28. Schweiß- oder Lötverfahren sind jedoch nur beispielhaft; und die Vielzahl von Rippen 12 kann an den ersten und/oder zweiten Enden 14, 16 in bekannter Weise wie etwa dem Nieten befestigt werden.
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Mit Bezug als Nächstes auf 6, ist eine Querschnittsdarstellung einer Sammelschiene 10 zur Verwendung zum Leiten eines Wechselstroms nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung gezeigt. In dieser Hinsicht kann die gezeigte Querschnittsdarstellung einer Sammelschiene 10, wie der in 1 bis 5 dargestellten, zugeordnet werden.
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Wie darin ersichtlich ist, besteht der Aufbau der Sammelschiene 10 aus dünnen Rippen oder Bändern 12, die jeweils einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen. In dieser Hinsicht kann der Begriff „Rippe” und „Band” hier austauschbar verwendet werden. Die Bänder 12 können von beliebiger Anzahl (n) sein, die in 6 als Bänderzahlen 1, 2,..., (n – 1), n dargestellt sind. Die Rippen oder Bänder 12 besitzen jeweils eine Breite 30 und eine Dicke 32 und bilden zusammen ein Paket, das eine Dicke 34 der Sammelschiene 10 definiert. Im Allgemeinen ist die Breite 30 jedes Bandes 12 wesentlich größer als die Dicke 32 des Bandes 12. Das Verhältnis der Breite 30 der Bänder 12 zu der Dicke 34 der Sammelschiene 10 ist abhängig von der Anwendung und kann außerdem durch Ausführbarkeit der Herstellung gesteuert werden. Die Rippen oder Bänder 12 sind auch im kleinen Abstand voneinander weg positioniert, indem mehrere Luftspalte 18 gebildet werden.
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Obgleich die in 6 gezeigten Bänder 12 den gleichen Querschnitt und Abstand aufweisen, sind diese Bedingungen nicht notwendig, um die hier beschriebenen Vorteile zur Verfügung zu stellen. Das heißt, die Bänder 12 in dem Paket können von unterschiedlichen Dicken und anderem Abstand sein. Dies kann in einigen Fällen wünschenswert sein, weil die äußeren Bänder 12 besser gekühlt werden können im Vergleich zu den näher zur Mitte des Pakets befindlichen Bändern 12. Außerdem braucht jedes Band 12 nicht die gleiche Länge wie andere Bänder 12 zu haben. Stattdessen kann die Länge jedes Bandes 12 anders als andere Bänder 12 sein. Noch weiter kann die Breite 30 und/oder Dicke 32 jedes Bandes 12 entlang der Länge der Sammelschiene 10 variieren.
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Die Dicke 32 jedes Bandes 12 in einer Sammelschiene 10 ist eine Entwurfsvariable. Die Dicke 32 jedes Bandes 12 wird in erster Linie auf der Basis der zuvor beschriebenen „Hauttiefen-Charakteristik” des leitfähigen Materials des Bandes 12 und der Frequenz des durch die Sammelschiene 10 zu leitenden Wechselstroms ausgewählt. Für eine gegebene Wechselstromfrequenz bietet eine kleinere Dicke 32 für jedes Band 12 im Allgemeinen eine bessere Nutzungseffizienz des Materials. In dieser Hinsicht führen kleinere Werte der Banddicke 32 zu geringerem Wechselstromwiderstand.
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Der Abstand oder die Spalte 18 zwischen benachbarten Bändern 12 in einer Sammelschiene 10 ist eine weitere Entwurfsvariable. Das Vergrößern des Abstands 18 verbessert das Kühlen der Sammelschiene 10 und damit ihren Wirkungsgrad, erhöht jedoch auch die gesamte Querschnittsfläche der Sammelschiene 10 (d. h. Sammelschienendicke 34). Die Wahl des Abstands 18 zwischen den Bändern 12 basiert auf Technikentwurf und Optimierung.
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Die Breite 30 der Bänder 12 und die Anzahl von Bändern 12 in einer Sammelschieneneinheit 10 ist in erster Line eine Funktion der Stromtragfähigkeit und des gewünschten Seitenverhältnisses der Sammelschiene 10. Zur Beibehaltung der Wechselstromkapazität einer Sammelschiene 10 ist es möglich, die Breite 30 der Bänder 12 durch Erhöhen der Anzahl (n) von Bändern 12 in dem Paket und damit die Dicke 34 der Sammelschiene 10 zu erhöhen. Umgekehrt kann die Anzahl (n) von Bändern 12 in dem Paket und damit die Dicke 34 der Sammelschiene 10 durch Erhöhen der Breite 30 der Bänder 12 reduziert werden. Die genaue Wahl der Breite 30 der Bänder 12 und der Dicke 34 des Sammelschienenpakets 10 sowie die Form der Sammelschiene 10 können für jeden Entwurf empirisch festgelegt werden.
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Es soll auch angemerkt werden, dass die Abmessungen für eine Sammelschiene 10 von Anwendung und Entwurf abhängig sind. In dieser Hinsicht sind mit Bezug auf 5 und 6 beispielhafte Abmessungen für eine einen Wechselstrom von 25 bis 30 Ampere bei etwa 85 kHz führende Sammelschiene 10: drei Rippen oder Bänder 12; wobei jede Rippe oder jedes Band 12 eine Dicke 32 von 0,6 bis 1,0 mm aufweist, jede Rippe oder jedes Band 12 eine Breite 30 von 8 bis 12 mm aufweist; und die Sammelschiene 10 eine Dicke 34 von 8 bis 12 mm aufweist.
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Mit Bezug jetzt auf 7 ist ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines Verfahrens 40 zur Herstellung einer Sammelschiene zur Verwendung zum Leiten eines Wechselstroms dargestellt. Wie darin ersichtlich ist, kann das Verfahren 40 das Befestigen 42 einer Vielzahl von elektrisch leitfähigen Bändern zur Bildung einer Sammelschiene umfassen, die eine Vielzahl von Rippen aufweist, wobei jede Rippe ein erstes und zweites Ende besitzt, die Rippen im Abstand voneinander angeordnet sind, um dazwischenliegend Spalte zum Luftstrom durch die Spalte zwischen den Rippen zu bewirken, wobei die ersten Enden der Vielzahl von Rippen miteinander verbunden sind. Das Verfahren 40 kann des Weiteren das Bilden 44 eines Befestigungsmerkmals zum Befestigen der Vielzahl von Rippen an einer elektrischen Komponente umfassen.
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Das Verfahren 40 kann außerdem das Stanzen 46 der Vielzahl von elektrisch leitfähigen Bändern aus einem elektrisch leitfähigen Material umfassen, wobei jedes Band eine im Wesentlichen ähnliche Form aufweist. Ferner kann nach dem Verfahren 40 das Befestigen 42 der Vielzahl von elektrisch leitfähigen Bändern das Zusammenschweißen oder -löten 48 der Vielzahl von Bändern umfassen.
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In dieser Hinsicht soll angemerkt werden, dass die Vorteile, die durch die hier beschriebene Sammelschiene 10 zur Verfügung gestellt werden, nicht durch ein speziell festgelegtes Herstellungsverfahren beschränkt sind. Obgleich Fertigungsprozesse durch Schweißen und Löten für klein bemessene Sammelschienen 10 brauchbarer sein können, kann in einigen Fällen das Zusammennieten der Bänder 12 ein brauchbareres und weniger kostspieliges Konstruktionsverfahren sein. Für größere Sammelschienen 10 kann Gießen und anschließendes maschinelles Bearbeiten ein optimales Fertigungsverfahren sein. Ebenso kann alternativ dazu 3D-Druck ein optimaler Herstellungsprozess sein. Ohne Rücksicht werden, wie zuvor angemerkt, die mit den verschiedenen Ausführungsformen einer hier beschriebenen Sammelschiene 10 verbundenen Vorteile nicht durch den verwendeten Fertigungsprozess beeinflusst oder davon abhängig sein. Der ausgewählte Fertigungsprozess kann von der Größe, Abmessungen, Genauigkeit und der Anzahl herzustellender Gegenstände abhängen.
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Wie aus dem Vorhergehenden ohne weiteres deutlich wird, sind Ausführungsformen einer Sammelschiene zur Verwendung zum Leiten eines Wechselstroms und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Sammelschiene beschrieben worden. Diese Ausführungsformen stellen eine Sammelschiene zur Verfügung, die keinen festen Querschnitt aufweist, sondern eine gerippte Struktur bildende Schlitze aufweist, wodurch der Sammelschienenwirkungsgrad durch Senkung von Verlusten und Reduzierung der Betriebstemperatur verbessert wird, und eine Sammelschiene bereitgestellt wird, die leichter im Gewicht und kompakter in der Größe ist als Sammelschienen mit festem Querschnitt.
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Während verschiedene Ausführungsformen einer Sammelschiene zur Verwendung zum Leiten eines Wechselstroms hier dargestellt und beschrieben wurden, sind diese nur beispielhaft, und es ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle, die möglich sind, darstellen und beschreiben. Stattdessen sind die Worte, die hier verwendet werden, Worte einer Beschreibung anstatt Einschränkung, und es wird verständlich, dass an diesen Ausführungsformen verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der folgenden Ansprüche abzuweichen.
