EP1817781B1 - Induktives bauelement und verfahren zum herstellen eines solchen induktiven beuelements - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to an inductive component having a conductor with a non-rectangular cross-section for conducting a current, at least one flat connection conductor for supplying or discharging the current to or from the conductor, wherein the conductor and the connection conductor in the region of a connecting portion of Conductor are connected together to form a conductor arrangement. More particularly, the invention relates to an inductive component having a magnetic module with an opening, wherein the current conductor is passed through the opening.
- the invention also relates to a method for producing a conductor arrangement for such an inductive component.
- a magnetic module current transformer, transformer
- the currently cheapest production of a magnetic component for high-quality current transformers consists in the production of toroidal cores, in particular toroidal cores, and the winding of the isolated or encapsulated cores with the corresponding secondary winding on the basis of enameled copper wire.
- Cores suitable for this purpose are known, for example, from US Pat EP 1 131 830 and EP 1 129 459 , The EP 1 114 429 describes current transformers for such purposes.
- One way of constructing a current transformer is to select the size of the current transformer so that it is possible to pass through a bus bar, for example, the size of 19 x 2.5 mm through the inner hole of the current transformer.
- An optimization is to give the area of the busbar on which the current transformer is to sit, a round cross-section.
- the inner hole of the current transformer can be smaller and used as a result of a smaller ring band core, which is due to the process then cheaper accordingly.
- the smaller the diameter of the core the more favorable are the process steps of a heat treatment and a coating.
- the production of a suitable busbar is done by providing a U-shaped conductor arrangement with different sections. A central connecting portion with a round cross-section serves as an element of the current transformer for passing through the corresponding opening in the core.
- connection conductors with a rectangular cross section are used to connect the conductor in the form of known per se connectors.
- the conductor arrangement thus consists of three metal parts with mutually different cross-sections, wherein the two ends of the round conductor are to be fastened to the flattened surfaces of the rectangular connection conductors.
- the inductive element used in EP 0 389 678 A1 has a winding conductor as a current conductor and two connection conductors on opposite sides of the winding conductor.
- the leads are flattened to provide a pad for use as an SMD component and are joined to pads of a printed circuit board by soldering.
- a method of fabricating an inductive chip with metal terminal strips is known.
- a metallic strip which is provided with slit-shaped openings, equipped with magnetic or non-magnetic cores. These cores are then wound with a wire. Thereafter, the ends of the wire are connected to portions of the metal strip and the core is provided with a housing. The packaged component is then cut off from the metal strip together with the portions of the metal strip so that the portions form terminals of the component, which are finally bent over.
- the US Pat. No. 4,491,818 discloses the preamble of claim 1 and describes a coil having a toroid wound with a wire.
- the coil is mounted standing on a printed circuit board.
- a conductor is passed, the ends of which are soldered to the circuit board. In the area of the opening, the conductor runs parallel to the printed circuit board.
- connection points In addition to soft soldering, which is commonly used to make a connection of SMD components, bonding by means of resistance spot welding or brazing is known for attaching a conductor to a lead.
- both methods require a complex process technology and a high energy input for each connection point to be created.
- the production-accompanying review of the connection points to ensure the quality of the conductor arrangement is to be seen, since in particular the welding in the sense of DIN ISO 9001 is classified as a so-called special process, as is Joining technology, welding technology, DVS publishing house, ISBN 3-87155-786-2, page 328, 2004 , is known.
- Particularly critical are the effects of oxide layers on the connection partners, the wear of the electrodes and the lack of possibility of meaningful, such as optical or electrical testing of the compound.
- the object of the invention is to propose an inductive component, in particular for a current detection device and a method for producing such an inductive component, which provides a simple production with a secure connection and the lowest possible load of other components.
- an inductive component is provided with a current conductor with non-rectangular cross-section for conducting a current to be detected, at least one planar connection conductor for supplying or discharging the current to be detected to or from the conductor, wherein the conductor and the connection conductor in the area of a connection portion of the conductor to form a conductor arrangement are connected to each other, and wherein the conductor in the region of the connecting portion has a flattened, in particular rectangular cross-section and a flat surface of the connecting portion of the conductor is connected to a flat surface of the connecting conductor.
- the device has a magnetic module with an opening through which the conductor is passed.
- the invention comprises a method for producing a conductor arrangement for an inductive component, in particular for use in a current detection device, in which a current conductor with non-rectangular cross-section is connected to a planar connection conductor, wherein the conductor in the cross section in a connecting portion of the conductor ( in particular with rectangular cross-section) is flattened, and the flattened connecting portion of the conductor is connected to the connecting conductor.
- an inductive component can be provided in which the cross section of the current conductor is formed away from the connecting section with an arcuate, in particular round, outer contour, in particular an oval or round cross-sectional shape.
- the inductive component can be designed with two connecting sections on the conductor for connecting the conductor to two connecting conductors.
- the compound is formed as a press connection, in particular as a cold press connection.
- the press connection is designed as a clinching connection.
- the current conductor and the connecting conductor or conductors may be formed as metal parts made of copper or a copper alloy.
- the inductive component according to the invention can be, for example, a magnetic module for current detection.
- the magnetic module can be designed as a current transformer or transformer.
- a current transformer preferably has a toroidal core.
- the ring core is preferably formed as a ring band core.
- the ring core is formed of an amorphous or nanocrystalline alloy.
- the current conductor may have a deformation, in particular compression, for fixing and / or aligning in an opening of the current transformer with respect to the other cross section.
- the contact points can be freed, cleaned and / or plasma-activated in the region of the connection section and / or the connection conductor of metal oxides. Also advantageous is a current detection device, in which the current conductor, the connecting portion and / or the connecting conductor are annealed by means of a heat treatment.
- connection is carried out as a press connection by means of a clinching technique.
- a method is preferably used in which contact points are freed from metal oxides before being combined with a chemical treatment, in particular pickling. The contact points can be cleaned and / or activated on the surface before being connected by means of a plasma treatment. Also advantageous is a method in which the current conductor, its connecting portion and / or the connecting conductor is annealed before joining by means of a heat treatment or are.
- the conductor arrangement thus represents a cost-optimized and long-term stable construction of power line rails.
- the conductor with the non-rectangular cross section, in particular with a round or nearly round cross section on the one hand and on the other hand at least one connecting conductor with a flat surface, in particular a rectangular cross section with each other, which have a stable and durable connection.
- a press connection without the use of heat by, for example, soldering or welding, there is the particular advantage that no heat is transmitted via the conductor to adjacent components of the toroidal core and the like.
- the second connection between the current conductor and a second connection conductor can, for example before the insertion of the conductor in the opening of the current transformer or toroidal be created so that eventually only one such connection is required.
- a cold welding in conjunction with a riveted connection requires a high degree of deformation, so that advantageously a soft metal such as copper or a copper alloy is used.
- a cold welding connection can be further improved with regard to the electrical properties, for example minimum contact resistance and gas tightness.
- the so-called cold pressure welding offers the advantage of a welding process in which a connection is complete, without external thermal energy supplied by pressure alone.
- the clinching represents a riveting, which advantageously without rivet, that is, without foreign materials manages by the material of one partner involved, for example, the conductor is pressed deep into a forming cavity in the other partner, such as the terminal conductor, wherein forms a mushroom-shaped undercut corresponding to the shape of a press-stamp and a die, so that a positive and non-positive connection is achieved.
- connection technology There are a variety of advantages through the connection technology and the structure of the conductor arrangement.
- a mechanically very robust connection is created.
- a simple manufacturing technique allows plant investment of only 30-50% compared to the corresponding welding / brazing technique.
- a simple and inexpensive maintenance of the production facilities is possible in comparison to the welding / brazing technique.
- Compared to the welding / brazing technique when using a cold weld joint, no heating of the metal parts occurs, so that no separate cooling is necessary to protect a plastic coating, for example, a current transformer. Vapors, sparks or chips are avoided.
- a quality assurance is possible by controlling simple mechanical dimensions, for example the thickness in the formed "rivet".
- the energy costs per connection point during manufacture are three to five times lower than in the welding / brazing technique.
- the cost per connection point taking into account even the investment cost, operating cost and tooling cost, is about 5: 1 more favorable when using clinching.
- connection points Since the conductor arrangement serves to transmit an electrical current, heating of the conductor arrangement by the current flow, in particular in the region of the connection points, must also be considered.
- the connection points do not represent a constriction of the cable cross-section. In the case of a poor connection, the temperature there rises significantly above the level of the remaining connection parts due to the higher voltage drop and accelerates the damage or aging of the contact point. This can lead to an increase in the contact resistance.
- the current detection device according to the invention or the described manufacturing method provides a low-resistance connection with simultaneously high mechanical strength, which allows a permanent connection even in the case of heating occurring during operation when using a clinching.
- Fig. 1 shows in various manufacturing steps components of a current detection device, which will be described in the following representative and exemplary of inductive components according to the invention.
- a current conductor 1 As the uppermost a current conductor 1 is shown, which, as shown in the middle, is passed through an opening 20 of a current transformer 2.
- the conductor has a non-rectangular, in particular a round cross-section.
- the cross-section of the conductor 1 in this area may also be slightly deformed, for example slightly flattened or oval instead of circular, to come into clamping engagement with the wall of the opening 20.
- conductors with other cross-sectional shapes can be used as circular cross-sectional shapes.
- cross sections in the form of an octet, square or optionally triangular or cross sections with wavy or serrated outer circumference can be used, which stand out clearly from a flat rectangular shape.
- the end of the current conductor 1 passed through the opening 20 of the current transformer 2 is flattened to form a connecting section 3.
- the flattening is done by squeezing, which is particularly easy, especially in a conductor 1 made of copper or a copper alloy.
- the connecting portion 3 of the conductor 1 has a substantially rectangular Cross-section on. In principle, however, other cross-sections which have a flattening on one side, for example also a flattening by material removal, can advantageously be implemented.
- Fig. 2 shows an output stage of a preferred conductor arrangement of the conductor 1 with connecting portions 3 at both ends, the current transformer 2, through the opening 20 of the conductor 1 passes between the connecting portions 3, and with two connecting conductors 4, which are elongated, flat pins with rectangular or in Substantially rectangular cross-section are formed.
- the connecting portions 3 with the connecting conductors 4 the flattened connecting portions 3 are placed with their flat surface on the flat surface of the connecting conductor 4 and connected together.
- the connection can be made in any manner known per se, for example by soldering or welding. But especially preferred is a cold connection without the supply of heat by means of, for example, cold press welding and / or clinching.
- a guided through one of the two terminal conductor 4 and the corresponding connecting portion 3 in the conductor 1 current is passed through the opening 20 of the current transformer 2 and discharged through the second connecting portion 3 and the second terminal conductor 4.
- the current passed through the current transformer 2 induces in the current transformer 2 a current flow which is conducted via lines 21 of an evaluation circuit for detecting the current flow.
- Fig. 2 is a conductor arrangement shown, in which the two connecting portions 3 of the conductor 1 were generated from the originally round rod-shaped conductor 1 by pressing. When pressing the thickness of the rod is reduced and creates a flat surface. With the help of a connection technique based on the By clinching, the ends of the round bar and the rectangular terminal lugs formed by the terminal conductors 4 are connected to each other. The strong deformation in the region of the connection points of the clinching results in button-shaped rivets 5, so that by means of a cold welding a mechanically stable connection and a good electrical contact for a secure flow of current are generated.
- Figure 4 illustrates a cross-section through an exemplary, by clinching produced connection of a connecting portion 3 and a connecting conductor 4.
- the first tests showed a shear strength of more than 1600 N and a head tensile strength of more than 1500 N.
- Fig. 2 shows an embodiment, each with a clinching point 5 for connecting the corresponding connecting portion 3 with the adjacent terminal conductor 4th
- Fig. 3 shows a further embodiment of a conductor arrangement with also a current conductor 1, the flattened connecting portions 3 are each connected to a terminal conductor 4, wherein for the compounds in each case two clinching points are used. This creates a twist protection of the conductor 1 relative to the two connecting conductors. It is also sketched that the current conductor 1 does not necessarily have to lead straight from one connecting section 3 to the other connecting section 3, but can also have a bend.
- Figure 5 shows an exemplary circuit arrangement of a current detection device 0 for detecting a current flow through three conductors L1, L2, L3.
- a corresponding cable additionally has a neutral conductor N.
- the three conductors L1, L2, L3 are interrupted and each end in a plug contact 6 for insertion of a contact pin in the form of the connecting conductor 4.
- Each of the conductors L1, L2, L3 are thus associated with two female plug-in contact elements 6, in which the two connecting conductors 4 of the conductor arrangement according to, for example Fig. 2 or Fig. 3 be plugged in.
- the current conductor 1 which connects the two connecting conductors 4 via the connecting sections 3 leads through the corresponding opening of a current transformer 2, which, for example, as in FIG Fig. 2 or Fig. 3 can be trained.
- three current transformers 2 are arranged and fastened on a circuit board with electronics for evaluation or current detection.
- the electronics are accommodated in a housing from which correspondingly six such connecting conductors 4 protrude as contact pins for insertion into corresponding plug-in contact sockets 6 and a further connecting conductor as a contact pin for a connection to the neutral conductor N.
- such electronics also have one or more output devices for outputting the detected amount of current.
- the output device is a display device D.
- the display device D or another external interface outputs the quantities of current detected by means of signal processing and optionally analog-to-digital converters in the electronics.
- a current conductor system which serves for the measurement of electrical currents and is formed in particular of three metal parts and a current detection system.
- the current conductor system consists of a middle part as the current conductor 1, which has a preferably round cross-section and in which after plugging the current transformer 2 as a current detection system at least one, in particular both of its ends as a connecting portion 3 are flattened.
- the current conductor system consists of two further parts in the manner of the connecting conductor 4 with a rectangular cross section for the formation of terminal lugs or contact pins for a plug connection.
- connection of the three parts takes place in particular as a cold press connection for forming a mechanically and electrically good connection.
- a cold press connection is preferably made twice on each side, in order to achieve an additional safeguard against twisting while increasing the connection cross section.
- the current detection system preferably consists of a transformer-type current transformer.
- a current transformer is preferably a toroidal core, in particular a toroidal core formed as a toroidal core made of an amorphous or nanocrystalline alloy.
- the round metal rod forming the current conductor 1 preferably has a deformation, in particular a slight compression, in the middle region or in the region which is passed through the opening 20 of the current transformer 2, as a result of which the current transformer 2 is plugged into the current conductor 1 in a desired manner Position fixed and thus secured.
- the contact points are advantageously removed before joining, in particular before the clinching, with a chemical treatment such as pickling of metal oxides.
- the contact points are cleaned or activated before the clinching or other connection, for example, with a treatment in a plasma on the surface. It is also advantageous to soft anneal the metal parts before the clinching by a heat treatment.
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine induktives Bauelement mit einem Stromleiter mit nicht-rechteckigem Querschnitt zum Leiten eines Stromes, zumindest einem flächigen Anschlussleiter zum Zu- oder Abführen des Stromes zu bzw. von dem Stromleiter, wobei der Stromleiter und der Anschlussleiter im Bereich eines Verbindungsabschnittes des Stromleiters unter Ausbildung einer Leiteranordnung miteinander verbunden sind. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein induktives Bauelement mit einem magnetischen Modul mit einer Öffnung, wobei der Stromleiter durch die Öffnung geführt ist.
- Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Herstellen einer Leiteranordnung für ein solches induktives Bauelement.
- Zur Stromerfassung sind verschiedenartige elektronische Stromzähler bekannt, welche zunehmend im Industrie- und Haushaltsbereich die mechanischen Ferraris-Zähler ablösen und die Stromerfassung mit unterschiedlich aufgebauten Anordnungen durchführen. Neben einer Stromerfassung mit Mess-Shunts, Rogowski-Spulen oder Hall-Elementen sind auch Stromwandler auf Basis von weichmagnetischen Ringkernen, insbesondere Ringbandkernen, als magnetische Module in elektronischen Zählern verbreitet. Ein magnetisches Modul (Stromwandler, Transformator) bewirkt eine galvanische Netztrennung und liefert eine präzise Messgröße in Form einer Signalspannung an einem Bürdenwiderstand. Die Anforderungen an Amplitudengenauigkeit, Phasengenauigkeit und Linearität werden durch IEC 62053, -21, -23 bzw. vormals 1036 in Europa sowie ANSI C12.xx in den USA festgelegt, und sind beispielsweise dem Firmenprospekt "VAC-Stromtransformatoren für elektronische Energie-Zähler", der Vacuumschmelze, Oktober 1998 zu entnehmen. Stromwandler für elektronische Energie-Zähler sind allgemein auch aus dem Firmenprospekt "Stromtransformatoren für elektronische Energie-Zähler" der Vacuumschmelze 2002 bekannt. Solche Stromwandler verwendende Energie-Zähler (auch Watthour-Meter genannt) dienen als amtlich zugelassenes Messmittel, um den von einem Verbraucher genutzten elektrischen Strom kostenmäßig gegenüber den Energie-Versorgungsunternehmen abzurechnen.
- Bekannt ist ein Aufbau aus Stromschienen und einem dazu passenden Ringkern-Stromwandler zur Erfassung von Verbrauchsströmen in elektronischen Energiezählern. In den USA und anderen Ländern verbreitete steckbare Stromzähler haben auf der Rückseite genormte rechteckige Anschlussfahnen, welche bei einer Montage des Stromzählers in Steckplätze mit passenden Federkontakten eingeschoben werden. Diese Anschlüsse mit einem Querschnitt von ca. a x 2,5 mm dienen der Ein- und Ausleitung des Verbrauchsstromes, welcher bei 110 V-Systemen maximal ca. 200-480 Aeff beträgt. Als Dicke a des Querschnitts wird beispielsweise a=19 mm bei einem maximalen Strom von I-max=320A angesetzt. Üblicherweise werden die Ströme der drei Phasen des Wechselstromnetzes in den Stromzähler hinein, durch ein Stromerfassungs-System hindurch und wieder aus dem Stromzähler heraus geleitet. Eine elektronische Schaltung im Stromzähler erfasst die Ströme der drei Stromerfassungs-Systeme und errechnet aus Stromstärke und Phasenlage die verbrauchte Energie, wie dies beispielsweise aus
US 4,887,028 bekannt ist. - Die derzeit preiswerteste Herstellung eines magnetischen Bauteils für hochwertige Stromwandler besteht in der Herstellung von Ringkernen, insbesondere Ringbandkernen, und der Bewicklung der isolierten bzw. gekapselten Kerne mit der entsprechenden Sekundärwicklung auf der Basis von Kupferlackdraht. Dafür geeignete Kerne sind beispielsweise bekannt aus der
EP 1 131 830 undEP 1 129 459 . DieEP 1 114 429 beschreibt Stromwandler für derartige Zwecke. - Eine Möglichkeit des konstruktiven Aufbaus eines Stromwandlers besteht darin, die Größe des Stromwandlers so auszuwählen, dass es möglich ist, eine Stromschiene beispielsweise der Größe 19 x 2,5 mm durch das Innenloch des Stromwandlers durchzustecken.
- Eine Optimierung besteht darin, dem Bereich der Stromschiene, auf welcher der Stromwandler sitzen soll, einen runden Querschnitt zu geben. Dadurch kann das Innenloch des Stromwandlers kleiner werden und infolge ein kleinerer Ringbandkern eingesetzt werden, wobei dieser verfahrensbedingt dann entsprechend preiswerter ist. Selbst bei gleichem Einsatz an weichmagnetischem Bandmaterial und gleicher Wickelzeit für den Kern sind die Prozess-Schritte einer Wärmebehandlung und einer Beschichtung umso günstiger, je kleiner der Durchmesser des Kerns ist. Die Herstellung einer dafür geeigneten Stromschiene erfolgt durch die Bereitstellung einer U-förmigen Leiteranordnung mit verschiedenen Abschnitten. Ein zentraler Verbindungsabschnitt mit rundem Querschnitt dient als Element des Stromwandlers zum Hindurchführen durch die entsprechende Öffnung in dem Kern. Zwei Anschlussleiter mit rechteckigem Querschnitt dienen zum Anschließen des Stromleiters in Form der für sich bekannten Steckverbindungen. Die Leiteranordnung besteht somit aus drei Metallteilen mit zueinander verschiedenen Querschnitten, wobei die beiden Enden des runden Stromleiters an den abgeflachten Oberflächen der rechteckigen Anschlussleiter zu befestigen sind.
- Das induktive Element, das in
EP 0 389 678 A1 beschrieben ist, weist einen Wicklungsleiter als Stromleiter und zwei Anschlussleiter an sich gegenüber liegenden Seiten des Wicklungsleiters auf. Die Anschlussleiter sind zur Schaffung einer Anschlussfläche für die Verwendung als SMD-Bauteil abgeflacht und werden mit Kontaktflächen einer Leiterplatte durch Lötung verbunden. - Aus der
US 4 785 527 ist ein Verfahren zur Herstellung eines induktiven Chips mit metallischen Anschlussstreifen bekannt. Hierbei wird ein metallischer Streifen, der mit schlitzförmigen Öffnungen versehen ist, mit magnetischen oder nichtmagnetischen Kernen Bestückt. Diese Kerne werden dann mit einem Draht bewickelt. Danach werden die Enden des Drahtes mit Abschnitten des Metallstreifens verbunden und der Kern mit einem Gehäuse versehen. Das gehäuste Bauelement wird dann zusammen mit den Abschnitten des Metallstreifens von dem Metallstreifen abgeschnitten, so dass die Abschnitte Anschlüsse des Bauelements bilden, die abschließend noch umgebogen werden. - Die
US 4 491 818 A offenbart den Oberbegriff des Anspruchs 1 und beschreibt eine Spule mit einem Ringkern, der mit einem Draht bewickelt ist. Die Spule ist stehend auf einer Leiterplatte montiert. Durch die Öffnung des Ringkerns ist ein Leiter hindurchgeführt, dessen Enden mit der Leiterplatte verlötet sind. Im Bereich der Öffnung verläuft der Leiter parallel zur Leiterplatte. - Neben dem Weichlöten, das üblicherweise für die Herstellung einer Verbindung von SMD-Bauteilen verwendet wird, sind zur Befestigung eines Stromleiters an einem Anschlussleiter das Verbinden mittels Widerstands-Punktschweißen oder Hartlöten bekannt. Beide Verfahren erfordern jedoch eine aufwändige Prozesstechnik sowie einen hohen Energieeintrag für jeden zu erstellenden Verbindungspunkt. Als besondere Schwierigkeit ist die fertigungsbegleitende Überprüfung der Verbindungspunkte zur Absicherung der Qualität der Leiteranordnung zu sehen, da insbesondere das Schweißen im Sinne der DIN ISO 9001 als ein sogenannter spezieller Prozess einzustufen ist, wie dies aus Fügetechnik, Schweißtechnik, DVS-Verlag, ISBN 3-87155-786-2, Seite 328, 2004, bekannt ist. Besonders kritisch sind dabei die Einflüsse durch OxidSchichten auf den Verbindungspartnern, der Verschleiß der Elektroden sowie die fehlende Möglichkeit einer aussagefähigen, beispielsweise optischen oder elektrischen Prüfung der Verbindung.
- Die Verbindungen einer solchen Leiteranordnung von drei Elementen mit an den Verbindungspunkten jeweils zueinander verschiedenen Querschnitten sollen eine große Lebensdauer von beispielsweise ca. 10-15 Jahren mit großer Zuverlässigkeit ermöglichen, so dass die Fertigung der Leiteranordnung sehr prozesssicher ausgeführt werden muss. Aus Gründen der elektrischen Leitfähigkeit werden entsprechende Stromschienen bzw. Leiteranordnungen überwiegend aus Kupfermaterial aufgebaut. Probleme ergeben sich dabei aber sowohl beim Hartlöten als auch beim Schweißen insbesondere durch die Erwärmung beim Erstellen der Verbindungspunkte, da die Wärme durch den Stromleiter auf den Stromwandler übertragen wird und diesen beschädigen kann.
- Allgemein bekannt ist zum Verbinden zweier Metalle das sogenannte Kaltpress-Schweißen, welches beispielsweise beschrieben ist in der Übersicht über den Stand und die Entwicklungstendenzen des Kaltpress-Schweißens, J. Ruge, H. Preis und K. Thomas, Braunschweig, DVS-Bericht, Band 139, "Abbrennstumpfschweißen und Reibschweißen mit verwandten Verfahren", Seite 25, 1991. Aus dem Forschungsbericht "Untersuchung zum ultraschall-gestützten Kaltpress-Schweißen für Anwendungen in der Kleinteilfertigung", Institut für Schweißtechnik TU Braunschweig, Institut für Füge- und Strahltechnik Otto von Guericke, Universität Magdeburg, AiF Nr. 12494 BG/4 01.06.2000/30.09.2002 und aus "Informationen und Anwendungshinweise zur Tox-Verbindungstechnik der Firma Tox-Pressotechnik GmbH & Co. KG, Weingarten ist ein Durchsetzfügen als eine Art einer Vernietung zweier metallischer Körper bekannt.
- Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein induktives Bauelement insbesondere für eine Stromerfassungseinrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen induktiven Bauelements vorzuschlagen, welches eine einfache Fertigung bei sicherer Verbindung und möglichst geringer Belastung weiterer Komponenten bereitstellt.
- Diese Aufgabe wird durch ein induktives Bauelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren zum Herstellen eines induktiven Bauelements mit den Merkmalen des Patentanspruchs 20 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand von Unteransprüchen.
- Dem gemäß ist ein induktives Bauelement vorgesehen mit einem Stromleiter mit nicht-rechteckigem Querschnitt zum Leiten eines zu erfassenden Stroms, zumindest einem flächigen Anschlussleiter zum Zu- oder Abführen des zu erfassenden Stromes zu bzw. von dem Stromleiter, wobei der Stromleiter und der Anschlussleiter im Bereich eines Verbindungsabschnittes des Stromleiters unter Ausbildung einer Leiteranordnung miteinander verbunden sind, und wobei der Stromleiter im Bereich des Verbindungsabschnitts einen abgeflachten, insbesondere rechteckigen Querschnitt aufweist und eine flache Fläche des Verbindungsabschnitts des Stromleiters mit einer flachen Fläche des Anschlussleiters verbunden ist. Das Bauelement weist ein magnetisches Modul mit einer Öffnung auf, durch die der Stromleiter geführt ist.
- Außerdem umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Leiteranordnung für ein induktives Bauelement, insbesondere zur Anwendung in einer Stromerfassungseinrichtung, bei dem ein Stromleiter mit nicht-rechteckigem Querschnitt mit einem flächigen Anschlussleiter verbunden wird, wobei bei dem Stromleiter der Querschnitt in einem Verbindungsabschnitt des Stromleiters (insbesondere mit rechteckigem Querschnitt) abgeflacht wird, und der abgeflachte Verbindungsabschnitt des Stromleiters mit dem Anschlussleiter verbunden wird.
- Es kann zudem ein induktives Bauelement vorgesehen werden, bei welchem der Querschnitt des Stromleiters abseits des Verbindungsabschnitts mit bogenförmiger, insbesondere runder Außenkontur, insbesondere ovaler oder runder Querschnittsform ausgebildet ist.
- Das induktive Bauelement kann mit zwei Verbindungsabschnitten am Stromleiter zum Verbinden des Stromleiters mit zwei Anschlussleitern ausgeführt sein.
- Darüber ist die Verbindung als Pressverbindung, insbesondere als Kaltpressverbindung, ausgebildet.
- Vorteilhaft ist insbesondere, wenn bei der die Pressverbindung als Durchsetzfügeverbindung ausgebildet ist.
- Es kann auch ein induktives Bauelement vorgesehen werden, bei dem die Pressverbindung zwischen dem Verbindungsabschnitt und dem Anschlussleiter zweifach ausgebildet ist.
- Des Weiteren kann der Stromleiter und der bzw. die Anschlussleiter als Metallteile aus Kupfer oder einer Kupferlegierung ausgebildet sind.
- Das erfindungsgemäße induktive Bauelement kann beispielsweise ein magnetisches Modul zur Stromerfassung sein. Das magnetische Modul kann als Stromwandler bzw. Transformator ausgebildet sein.
- Insbesondere ein Stromwandler weist bevorzugt einen Ringkern auf. Der Ringkern ist vorzugsweise als Ringbandkern ausgebildet. Vorteilhafterweise ist der Ringkern aus einer amorphen oder nanokristallinen Legierung ausgebildet.
- Der Stromleiter kann zum Fixieren und/oder Ausrichten in einer Öffnung des Stromwandlers gegenüber dem sonstigen Querschnitt eine Verformung, insbesondere Verpressung aufweisen.
- Die Kontaktstellen können im Bereich des Verbindungsabschnitts und/oder des Anschlussleiters von Metalloxiden befreit, gereinigt und/oder plasmaaktiviert sein. Vorteilhaft ist auch eine Stromerfassungseinrichtung, bei welcher der Stromleiter, der Verbindungsabschnitt und/oder der Anschlussleiter mittels einer Wärmebehandlung weichgeglüht sind.
- Vorzugsweise wird die Verbindung als Pressverbindung mit Hilfe einer Durchsetzfügetechnik ausgeführt. Zur Anwendung kommt vorzugsweise ein Verfahren, bei dem Kontaktstellen vor dem Verbinden mit einer chemischen Behandlung, insbesondere Beizen, von Metalloxiden befreit werden. Die Kontaktstellen können dabei vor dem Verbinden mittels einer Plasmabehandlung an der Oberfläche gereinigt und/oder aktiviert werden. Vorteilhaft ist auch ein Verfahren, bei dem der Stromleiter, dessen Verbindungsabschnitt und/oder der Anschlussleiter vor dem Verbinden mittels einer Wärmebehandlung weichgeglüht wird bzw. werden.
- Die Leiteranordnung stellt somit einen kosten-optimierten und langzeitstabilen Aufbau von Stromleitungsschienen dar. Auf einfache Art und Weise wird der Stromleiter mit dem nicht-rechteckigen Querschnitt, insbesondere mit einem runden oder nahezu runden Querschnitt einerseits und andererseits zumindest ein Anschlussleiter mit einer flachen Oberfläche, insbesondere einem rechteckigen Querschnitt miteinander verbunden, wobei diese eine stabile und langlebige Verbindung aufweisen. Bei einer Pressverbindung ohne den Einsatz von Hitze durch beispielsweise Löten oder Schweißen besteht der besondere Vorteil, dass über den Stromleiter keine Hitze an benachbarte Komponenten des Ringkerns und dergleichen übertragen wird. Die zweite Verbindung zwischen dem Stromleiter und einem zweiten Anschlussleiter kann beispielsweise vor dem Einsetzen des Stromleiters in der Öffnung des Stromwandlers bzw. Ringkerns erstellt werden, so dass letztendlich gegebenenfalls nur eine derartige Verbindung erforderlich ist.
- Durch das Flachpressen der Enden einer Rundstange als Stromleiter, worauf der Stromwandler sitzt, werden flache Bereiche geschaffen, welche nach dem Übereinanderlegen mit den flachen Anschlussfahnen durch eine Kaltpressverbindung, z.B. Durchsatzfügen bzw. Clinchen dauerhaft und mit geringstem Übertragungswiderstand verbunden werden bzw. sind. Natürlich muss das Abflachen des Stromleiters nicht zwingend an den Enden erfolgen, sondern kann auch in einem sonstigen Bereich benachbart des Ringkerns bzw. Stromwandlers erfolgen.
- Insbesondere eine Kaltverschweißung in Verbindung mit einer genieteten Verbindung erfordert einen hohen Umformungsgrad, so dass vorteilhafter Weise ein weiches Metall wie beispielsweise Kupfer oder eine Kupferlegierung verwendet wird. Durch eine entsprechende Vorbehandlung der Verbindungspartner, das heißt des Stromleiters und des bzw. der Anschlussleiter kann eine Kaltschweißverbindung bezüglich der elektrischen Eigenschaften, beispielsweise minimalem Übergangswiderstand und der Gasdichtigkeit weiter verbessert werden. Das sogenannte Kaltpressschweißen bietet den Vorteil eines Schweißverfahrens, bei dem eine Verbindung vollständig, ohne von außen zugeführter thermischer Energie allein durch Druckkraft zustande kommt. Das Durchsetzfügen stellt eine Vernietung dar, welche vorteilhafter Weise ohne Niet-, das heißt ohne Fremdwerkstoffe auskommt, indem der Werkstoff des einen beteiligten Partners, beispielsweise des Stromleiters, tief in eine sich bildende Aushöhlung in dem anderen Partner, beispielsweise dem Anschlussleiter, gepresst wird, wobei sich entsprechend der Form eines Press-Stempels und einer Matrize eine pilzförmige Hinterschneidung ausbildet, so dass eine form- und kraftschlüssige Verbindung erzielt wird.
- Es bietet sich eine Vielzahl von Vorteilen durch die Verbindungstechnik bzw. den Aufbau der Leiteranordnung. Neben guten elektrischen Eigenschaften entsteht eine mechanisch sehr robuste Verbindung. Eine einfache Herstelltechnik ermöglicht Anlagen-Investitionen von nur 30-50% im Vergleich zu der entsprechenden Schweiß-/Hartlöt-Technik. Möglich ist eine einfache und preiswerte Wartung der Fertigungsanlagen im Vergleich zur Schweiß-/Hartlöt-Technik. Gegenüber der Schweiß-/Hartlöt-Technik erfolgt beim Einsatz einer Kaltschweiß-Verbindung keine Erwärmung der Metallteile, so dass keine gesonderte Kühlung notwendig ist, um einen Kunststoffüberzug beispielsweise eines Stromwandlers zu schützen. Dämpfe, Funken oder Späne werden vermieden. Eine Qualitätssicherung ist durch die Kontrolle einfacher mechanischer Maße, beispielsweise der Dicke im ausgebildeten "Niet" möglich. Weiterhin sind die Energiekosten pro Verbindungsstelle bei der Herstellung drei- bis fünffach geringer als bei der schweiß-/Hartlöt-Technik. Im Vergleich der Punktschweißtechnik zur Durchsetzfügetechnik sind die Kosten pro Verbindungspunkt unter der Berücksichtigung sogar der Investitionskosten, der Betriebskosten und der Werkzeugkosten im Verhältnis von etwa 5:1 beim Einsatz des Durchsetzfügens günstiger.
- Da die Leiteranordnung zum Übertragen eines elektrischen Stroms dient, sind auch Erhitzungen der Leiteranordnung durch den Stromfluss insbesondere im Bereich der Verbindungspunkte zu berücksichtigen. Der elektrische Widerstand einer typischen U-förmigen Stromschiene beträgt etwa 100µ Ohm. Bei einem Strom von etwa 200 A entsteht gemäß Pv=I2×R in der Einheit eine Verlustleistung von 4 W, welche eine Erwärmung zur Folge hat. Dabei ist zu beachten, dass die Verbindungsstellen keine Einschnürung des Leitungs-Querschnittes darstellen. Bei einer schlechten Verbindung steigt die Temperatur dort bedingt durch den höheren Spannungsabfall deutlich über das Niveau der restlichen Anschlussteile und beschleunigt die Schädigung bzw. Alterung der Kontaktstelle. Dabei kann es zu einer Erhöhung des Übergangswiderstandes kommen. Dies ist ein kumulativer Prozess, der in weiter steigenden Temperaturen und schließlich in dem Versagen der Verbindungsstelle münden kann. Im Falle einer geschweißten oder insbesondere einer gelöteten Verbindung kann dies zum partiellen oder vollständigen Aufschmelzen des Verbindungspunktes durch Überhitzung führen. Ob Löt- oder Schweißbrücken langzeit-stabil sind, ist daher in der Regel sehr unsicher. Ein im Endstadium eines solchen Ausfall-Szenarios auftretender Lichtbogen kann die völlige Unterbrechung der elektrischen Verbindung zur Folge haben. Als Anforderung an die Verbindungsstelle muss daher eine niederohmige Verbindung mit gleichzeitig hoher mechanischer Festigkeit gefordert werden, so dass sich der Übergangswiderstand durch Erschütterungen, Vibration oder Stöße bei der Montage oder im späteren Einsatz nicht merklich erhöht.
- Vorteilhafterweise bietet die erfindungsgemäße Stromerfassungseinrichtung bzw. das beschriebene Fertigungsverfahren eine niederohmige Verbindung mit gleichzeitig hoher mechanischer Festigkeit, welche selbst im Falle einer im Betrieb auftretenden Erhitzung beim Einsatz einer Durchsetzfügung eine trotzdem dauerhafte Verbindung ermöglicht.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:
- Fig. 1
- einzelne Fertigungsschritte bei der Fertigung eines erfindungsgemäßen induktiven Bauteils;
- Fig. 2
- montierte Komponenten eines induktiven Bauelements gemäß einer ersten Ausführungsform;
- Fig. 3
- montierte Komponenten eines induktiven Bauelements gemäß einer zweiten Ausführungsform;
- Fig. 4
- einen Querschnitt durch einen Durchsetzfügepunkt; und
- Fig. 5
- eine beispielhafte für sich bekannte SchaltungsAnordnung, bei welcher derartige Bauelemente eingesetzt werden können.
-
Fig. 1 zeigt in verschiedenen Fertigungsschritten Komponenten einer Stromerfassungseinrichtung, die im Folgenden stellvertretend und beispielhaft für erfindungsgemäße induktive Bauelemente beschrieben wird. Als oberstes ist ein Stromleiter 1 dargestellt, welcher, wie in der Mitte dargestellt, durch eine Öffnung 20 eines Stromwandlers 2 hindurchgeführt ist. Der Stromleiter weist einen nicht-rechteckigen, insbesondere einen runden Querschnitt auf. Beispielsweise zur Verankerung innerhalb der Öffnung 20 des Stromwandlers 2 kann der Querschnitt des Stromleiters 1 in diesem Bereich auch leicht verformt sein, beispielsweise leicht abgeflacht oder oval anstelle kreisrund, um mit der Wandung der Öffnung 20 in Klemmeingriff zu treten. Anstelle eines kreisrunden Stromleiters 1 können prinzipiell aber auch Stromleiter mit anderen Querschnittsformen als kreisrunden Querschnittsformen eingesetzt werden. Prinzipiell sind beispielsweise auch Querschnitte in Form eines Oktetts, Quadrates oder gegebenenfalls Dreiecks oder Querschnitte mit welligem oder gezacktem Außenumfang einsetzbar, welche sich deutlich von einer flachen rechteckigen Form abheben. - Nach dem Durchführen des Stromleiters 1 durch die Öffnung 20 des Stromwandlers 2 wird das durch die Öffnung 20 des Stromwandlers 2 hindurchgeführte Ende des Stromleiters 1 zur Ausbildung eines Verbindungsabschnittes 3 abgeflacht. Auf besonders einfache Art und Weise erfolgt die Abflachung durch ein Quetschen, was insbesondere bei einem Stromleiter 1 aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besonders einfach möglich ist. Bei der dargestellten Ausführungsform weist der Verbindungsabschnitt 3 des Stromleiters 1 einen im Wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt auf. Vorteilhaft umsetzbar sind prinzipiell aber auch andere Querschnitte, welche auf einer Seite eine Abflachung aufweisen, beispielsweise auch eine Abflachung durch Materialabtragung.
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Fig. 2 zeigt eine Endstufe einer bevorzugten Leiteranordnung aus dem Stromleiter 1 mit Verbindungsabschnitten 3 an beiden Enden, dem Stromwandler 2, durch dessen Öffnung 20 der Stromleiter 1 zwischen dessen Verbindungsabschnitten 3 hindurchführt, und mit zwei Anschlussleitern 4, welche als längliche, flache Steckstifte mit rechteckigem oder im Wesentlichen rechteckigem Querschnitt ausgebildet sind. Zur Verbindung der Verbindungsabschnitte 3 mit den Anschlussleitern 4 werden die abgeflachten Verbindungsabschnitte 3 mit ihrer flachen Oberfläche auf der flachen Oberfläche der Anschlussleiter 4 aufgelegt und miteinander verbunden. Die Verbindung kann in beliebiger für sich bekannter Art und Weise erfolgen, beispielsweise auch durch Löten oder Schweißen. Besonders bevorzugt wird aber eine kalte Verbindung ohne Zufuhr von Wärme mittels beispielsweise Kaltpress-Schweißen und/oder Durchsetzfügen. - Ein über einen der beiden Anschlussleiter 4 und den entsprechenden Verbindungsabschnitt 3 in den Stromleiter 1 geführter Strom wird durch die Öffnung 20 des Stromwandlers 2 hindurchgeleitet und über den zweiten Verbindungsabschnitt 3 und den zweiten Anschlussleiter 4 abgeführt. Der durch den Stromwandler 2 hindurchgeführte Strom induziert in dem Stromwandler 2 einen Stromfluss, welcher über Leitungen 21 einer Auswerteschaltung zum Erfassen des geflossenen Stromes geführt wird.
- Bei der Ausführungsform gemäß
Fig. 2 ist eine Leiteranordnung dargestellt, bei der die beiden Verbindungsabschnitte 3 des Stromleiters 1 aus dem ursprünglich rundstangenförmigen Stromleiter 1 durch Pressung erzeugt wurden. Beim Pressen wird die Dicke der Stange reduziert und eine plane Fläche erzeugt. Mit Hilfe einer Verbindungstechnik auf Basis des Durchsetzfügens werden die Enden der Rundstange und die rechteckförmigen Anschlussfahnen, welche durch die Anschlussleiter 4 ausgebildet werden, miteinander verbunden. Durch die starke Umformung im Bereich der Verbindungspunkte des Durchsetzfügen entstehen knopfförmige Vernietungen 5, so dass mittels einer Kaltverschweißung eine mechanisch stabile Verbindung und ein guter elektrischer Kontakt für einen sicheren Stromfluss erzeugt werden.Fig.4 stellt einen Querschnitt durch eine beispielhafte, mittels Durchsetzfügens erzeugte Verbindung eines Verbindungsabschnitts 3 und eines Anschlussleiters 4 dar. Durch die geeignete Auswahl eines Stempels nimmt das von dem Verbindungsabschnitt 3 in den Anschlussleiter 4 gedrückte Material einen pilzförmigen Querschnitt an und bildet eine Hintergreifung zur Ausbildung einer mechanisch hohen Stabilität in Art einer Niet. Dargestellt ist der Fall einer 8 mm breiten Vernietung mittels Durchsetzfügens, wobei aber auch andere Dimensionen entsprechend des jeweiligen Bedarfs gewählt werden können. - Bei einem Durchsetzfügepunkt der beispielhaften Größe von 8 mm zwischen zwei Kupferteilen mit den Dicken von je 2,4 mm ergab sich in ersten Versuchen eine Scherfestigkeit von mehr als 1600 N und eine Kopfzugfestigkeit von mehr als 1500 N.
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Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform mit jeweils einem Durchsetzfügepunkt 5 zur Verbindung des entsprechenden Verbindungsabschnitts 3 mit dem benachbarten Anschlussleiter 4.Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Leiteranordnung mit ebenfalls einem Stromleiter 1, dessen abgeflachte Verbindungsabschnitte 3 jeweils mit einem Anschlussleiter 4 verbunden sind, wobei für die Verbindungen jeweils zwei Durchsetzfügepunkte verwendet sind. Dadurch entsteht ein Verdrehschutz des Stromleiters 1 gegenüber den beiden Anschlussleitern. Skizziert ist außerdem, dass der Stromleiter 1 nicht zwingend geradlinig von einem Verbindungsabschnitt 3 zu dem anderen Verbindungsabschnitt 3 führen muss, sondern auch eine Biegung aufweisen kann. -
Fig.5 zeigt eine beispielhafte Schaltungsanordnung einer Stromerfassungseinrichtung 0 zum Erfassen eines Stromflusses durch drei Leiter L1, L2, L3. In üblicher Art und Weise weist ein entsprechendes Kabel zusätzlich einen neutralen Leiter N auf. Die drei Leiter L1, L2, L3 sind unterbrochen und enden jeweils in einem Steckkontakt 6 zum Einstecken eines Kontaktstiftes in Form der Anschlussleiter 4. Jedem der Leiter L1, L2, L3 sind somit zwei buchsenförmige Steckkontakt-Elemente 6 zugeordnet, in welche die beiden Anschlussleiter 4 der Leiteranordnung gemäß beispielsweiseFig. 2 oderFig. 3 eingesteckt werden. Der die beiden Anschlussleiter 4 über die Verbindungsabschnitte 3 verbindende Stromleiter 1 führt durch die entsprechende Öffnung eines Stromwandlers 2, der beispielsweise wie gemäßFig. 2 oderFig. 3 ausgebildet sein kann. - Zum Beispiel sind drei Stromwandler 2 mit jeweils einer derart durchgeführten Leiteranordnung auf einer Platine mit einer Elektronik zur Auswertung bzw. Stromerfassung angeordnet und befestigt. Üblicherweise ist die Elektronik in einem Gehäuse aufgenommen, aus welchem entsprechend sechs solche Anschlussleiter 4 als Kontaktstifte zum Einstecken in entsprechende Steckkontakt-Buchsen 6 sowie ein weiterer Anschlussleiter als Kontaktstift für eine Verbindung mit dem neutralen Leiter N herausragen. Üblicherweise weist eine solche Elektronik auch eine oder mehrere Ausgabeeinrichtungen zum Ausgeben der erfassten Strommenge auf. Beispielsweise handelt es sich bei der Ausgabeeinrichtung um eine Anzeigeeinrichtung D. Auf der Anzeigeeinrichtung D oder einer sonstigen externen Schnittstelle werden die mittels Signalverarbeitung und gegebenenfalls Analog-/Digital-Wandlern in der Elektronik erfassten Strommengen ausgegeben.
- Bei dem dargestellten Prinzip-Schaltbild eines elektronischen Stromzählers als Stromerfassungseinrichtung 0 wird somit mit drei Durchsteck-Stromwandlern aus den zu messenden drei Strömen mittels einer 1:N-Transformation und über Lastwiderstände jeweils ein individuelles Spannungs-Signal für eine AuswerteElektronik erzeugt und dieser zugeführt. Danach erfolgt die Anzeige der berechneten Energie mittels einer Ausgabeeinrichtung.
- Bevorzugt wird somit ein Stromleiter-System bereitgestellt, welches zur Messung von elektrischen Strömen dient und aus insbesondere drei Metallteilen und einem Stromerfassungs-System ausgebildet ist. Das Stromleiter-System besteht dabei aus einem mittleren Teil als dem Stromleiter 1, welcher einen vorzugsweise runden Querschnitt hat und bei dem nach dem Aufstecken des Stromwandlers 2 als einem Stromerfassungs-System zumindest eines, insbesondere beide seiner Enden als Verbindungsabschnitt 3 flachgedrückt werden. Außerdem besteht das Stromleiter-System aus zwei weiteren Teilen in Art der Anschlussleiter 4 mit rechteckförmigem Querschnitt zur Ausbildung von Anschlussfahnen bzw. Kontaktstiften für eine Steckverbindung.
- Die Verbindung der drei Teile erfolgt insbesondere als Kaltpress-Verbindung zum Ausbilden einer mechanisch und elektrisch guten Verbindung. Eine Kaltpress-Verbindung wird dabei vorzugsweise auf jeder Seite zweifach hergestellt, um somit bei gleichzeitiger Erhöhung des VerbindungsQuerschnittes eine zusätzliche Sicherung gegen Verdrehen zu erreichen. Vorzugsweise besteht das Stromerfassungs-System aus einem transformatorisch arbeitenden Stromwandler. Bevorzugt wird als Stromwandler ein Ringkern, insbesondere ein als Ringbandkern ausgebildeter Ringkern aus einer amorphen oder nanokristallinen Legierung. Die den Stromleiter 1 ausbildende runde Metallstange besitzt im mittleren Bereich bzw. in dem Bereich, welcher durch die Öffnung 20 des Stromwandlers 2 hindurchgeführt wird, vorzugsweise eine Verformung, insbesondere eine leichte Verpressung, wodurch der Stromwandler 2 beim Aufstecken auf den Stromleiter 1 in einer gewünschten Lage fixiert und damit befestigt wird.
- Zur Verbesserung der Verbindung werden die Kontaktstellen vor dem Verbinden, insbesondere vor dem Durchsetzfügen in vorteilhafter Weise mit einer chemischen Behandlung wie Beizen von Metalloxiden befreit. Die Kontaktstellen werden vor dem Durchsetzfügen oder sonstigen Verbindung beispielsweise mit einer Behandlung in einem Plasma an der Oberfläche gereinigt bzw. aktiviert. Vorteilhaft ist auch, die Metallteile vor dem Durchsetzfügen durch eine Wärmebehandlung weich zu glühen.
- Obwohl in den obigen Ausführungsbeispielen auf Stromerfassungseinrichtungen Bezug genommen wird, können selbstredend beliebige induktive Bauelemente, wie etwa Drosseln, Transformatoren und andere Arten von magnetischen Modulen, erfindungsgemäß ausgebildet und hergestellt werden.
Claims (25)
- Induktives Bauelement (0) mit einem Stromleiter (1) zum Leiten eines Stromes, zumindest einem flächigen Anschlussleiter (4) zum Zu- oder Abführen eines Stromes zu bzw. von dem Stromleiter (1), wobei der Stromleiter (1) und der Anschlussleiter (4) im Bereich eines Verbindungsabschnittes (3) des Stromleiters (1) unter Ausbildung einer Leiteranordnung miteinander verbunden sind, wobei das induktive Bauelement (0) ein magnetisches Modul mit einer Öffnung (20) aufweist, durch die der Stromleiter (1) geführt ist, und der Stromleiter (1) abseits des Verbindungsabschnitts (3) als geradlinige oder gebogene Stange mit nicht-rechteckigem Querschnitt ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Stromleiter (1) im Bereich des Verbindungsabschnitts (3) einen abgeflachten Querschnitt aufweist, eine flache Fläche des Verbindungsabschnitts (3) des Stromleiters (1) mit einer flachen Fläche des Anschlussleiters (4) verbunden ist und die Verbindung als Pressverbindung ausgebildet ist. - Induktives Bauelement nach Anspruch 1, bei welcher der Querschnitt des Stromleiters (1) abseits des Verbindungsabschnitts (3) mit bogenförmiger Außenkontur ausgebildet ist.
- Induktives Bauelement nach Anspruch 2, bei welcher der Querschnitt des Stromleiters (1) abseits des Verbindungsabschnitts (3) mit runder Außenkontur ausgebildet ist.
- Induktives Bauelement nach Anspruch 2, bei welcher der Querschnitt des Stromleiters (1) abseits des Verbindungsabschnitts (3) mit ovaler Außenkontur ausgebildet ist.
- Induktives Bauelement nach einem vorstehenden Anspruch mit zwei Verbindungsabschnitten (3) am Stromleiter (1) zum Verbinden des Stromleiters (1) mit zwei Anschlussleitern (4).
- Induktives Bauelement nach einem vorstehenden Anspruch, wobei die Verbindung als Kaltpressverbindung ausgebildet ist.
- Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Pressverbindung als Durchsetzfügeverbindung (5) ausgebildet ist.
- Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Pressverbindung zwischen dem Verbindungsabschnitt (3) und dem Anschlussleiter (4) zweifach ausgebildet ist.
- Induktives Bauelement nach einem vorstehenden Anspruch, wobei der Stromleiter (1) und der bzw. die Anschlussleiter (4) als Metallteile aus Kupfer oder einer Kupferlegierung ausgebildet sind.
- Induktives Bauelement nach einem vorstehenden Anspruch, bei welchem das induktive Bauelement ein magnetisches Modul mit einer Öffnung (20) aufweist, wobei der Stromleiter (1) durch die Öffnung (20) geführt ist.
- Induktives Bauelement nach einem vorstehenden Anspruch, wobei das magnetische Modul als Transformator ausgebildet ist.
- Induktives Bauelement nach Anspruch 11, wobei der Transformator (2) einen Ringkern aufweist.
- Induktives Bauelement nach Anspruch 12, wobei der Ringkern als Ringbandkern ausgebildet ist.
- Induktives Bauelement nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Ringkern aus einer amorphen oder nanokristallinen Legierung ausgebildet ist.
- Induktives Bauelement nach einem vorstehenden Anspruch, wobei der Stromleiter (1) zum Fixieren und/oder Ausrichten in einer Öffnung (20) des Stromwandlers (2) gegenüber dem sonstigen Querschnitt eine Verformung aufweist.
- Induktives Bauelement nach Anspruch 15, wobei die Verformung eine Verpressung ist.
- Induktives Bauelement nach einem vorstehenden Anspruch, wobei Kontaktstellen im Bereich des Verbindungsabschnitts (3) und/oder des Anschlussleiters (4) von Metalloxiden befreit sind, gereinigt und/oder plasmaaktiviert sind.
- Induktives Bauelement nach einem vorstehenden Anspruch, wobei der Stromleiter (1), der Verbindungsabschnitt (3) und/oder der Anschlussleiter (4) mittels einer Wärmebehandlung weichgeglüht sind.
- Induktives Bauelement nach einem vorherigen Anspruch, bei welchem der Stromleiter (1) in seinem abgeflachten Abschnitt einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist.
- Verfahren zum Herstellen eines induktiven Bauelements (0) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, bei dem ein abseits des Verbindungsabschnitts (3) als geradlinige oder gebogene Stange mit nicht-rechteckigem Querschnitt ausgebildeter und durch die Öffnung (20) eines Strommoduls geführter Stromleiter (1) mit einem flächigen Anschlussleiter (4) verbunden wird,
dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Stromleiter (1) der Querschnitt in einem Verbindungsabschnitt (3) des Stromleiters (1) abgeflacht wird,
der abgeflachte Verbindungsabschnitt (3) des Stromleiters (1) mit dem Anschlussleiter (4) verbunden wird, und
die Verbindung als Pressverbindung ausgebildet wird. - Verfahren nach Anspruch 21, bei dem das Verbinden als Pressverbindung mit Hilfe einer Durchsetzfügetechnik durchgeführt wird.
- Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, bei dem Kontaktstellen vor dem Verbinden mit einer chemischen Behandlung von Metalloxiden befreit werden.
- Verfahren nach Anspruch 22, bei dem Kontaktstellen vor dem Verbinden durch Beizen von Metalloxiden befreit werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23, bei dem Kontaktstellen vor dem Verbinden mittels einer Plasmabehandlung an der Oberfläche gereinigt und/oder aktiviert werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 24, bei dem der Stromleiter (1), dessen Verbindungsabschnitt (3) und/oder der Anschlussleiter (4) vor dem Verbinden mittels einer Wärmebehandlung weichgeglüht wird bzw. werden.
Applications Claiming Priority (2)
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