DE102009033370B4

DE102009033370B4 - Stromschiene mit Kompensationsabschnitt

Info

Publication number: DE102009033370B4
Application number: DE200910033370
Authority: DE
Inventors: Jürgen Ertel; Andreas Minkenberg; Roland Trattner; Peter Füssl; Robert Bachhofer; Kai Hüning
Original assignee: Taller GmbH
Current assignee: Taller GmbH
Priority date: 2009-07-16
Filing date: 2009-07-16
Publication date: 2011-12-15
Anticipated expiration: 2029-07-17
Also published as: WO2011006493A2; DE102009033370A1; WO2011006493A3

Abstract

Stromschiene zur Herstellung einer elektrischen Verbindung, wobei die Stromschiene aus einem elektrisch leitenden Material mit hoher Stromtragfähigkeit besteht, sich in eine Längsrichtung x erstreckt, und aus mehreren aneinander angrenzenden Abschnitit mindestens zwei Befestigungsabschnitten (1) an einer Trägerfläche fixiert werden kann, wobei die Stromschiene mindestens einen Kompensationsabschnitt (3) aufweist, welcher zwischen zwei Befestigungsabschnitten (1) angeordnet und geometrisch so gestaltet ist, dass er einerseits eine höhere Wärmeabgabefähigkeit aufgrund erhöhter Konvektion und/oder Wärmeabstrahlung aufweist als die angrenzenden Abschnitte der Stromschiene, und dass andererseits bei Wärmeausdehnung der Stromschiene im fixierten Zustand ein lokales Ausweichen des Materials des Kompensationsabschnitts (3) quer zur x-Richtung durch lokale Deformation des Kompensationsabschnitts (3) ermöglicht wird, und wobei der Kompensationsabschnitt (3) mindestens einen Verbindungssteg (4, 4') umfasst, welcher die beiden an den Kompensationsabschnitt (3) angrenzenden Abschnitte der Stromschiene miteinander verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensationsabschnitt (3) gebogene Verbindungsstege (4,...

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Stromschiene zur Herstellung einer elektrischen Verbindung, wobei die Stromschiene aus einem elektrisch leitenden Material mit hoher Stromtragfähigkeit besteht, sich in eine Längsrichtung x erstreckt, und aus mehreren aneinander angrenzenden Abschnitten aufgebaut ist, wobei die Stromschiene mit mindestens zwei Befestigungsabschnitten an einer Trägerfläche fixiert werden kann, wobei die Stromschiene mindestens einen Kompensationsabschnitt aufweist, welcher zwischen zwei Befestigungsabschnitten angeordnet und geometrisch so gestaltet ist, dass er einerseits eine höhere Wärmeabgabefähigkeit aufgrund erhöhter Konvektion und/oder Wärmeabstrahlung aufweist als die angrenzenden Abschnitte der Stromschiene, und dass andererseits bei Wärmeausdehnung der Stromschiene im fixierten Zustand ein lokales Ausweichen des Materials des Kompensationsabschnitts quer zur x-Richtung durch lokale Deformation des Kompensationsabschnitts ermöglicht wird, und wobei der Kompensationsabschnitt mindestens einen Verbindungssteg umfasst, welcher die beiden an den Kompensationsabschnitt angrenzenden Abschnitte der Stromschiene miteinander verbindet.
Eine solche Stromschiene ist beispielsweise aus AT 344 812 B bekannt. Stromschienen werden eingesetzt, um schnell und sicher elektrische Verbindungen zwischen zwei stromführenden Bauteilen herzustellen. Hierzu wird die Stromschiene an mehreren Abschnitten in oder an einem Gehäuse befestigt wie etwa in DE 196 46 264 A1 vorgestellt.
Derartige Stromschienen werden insbesondere bei Stromversorgungsboxen im Automobilbau verwendet. Da in solchen Stromversorgungsboxen hohe Ströme fließen (ca. 200 A), erhitzt sich die Stromschiene im Betrieb und es kommt zu einer Wärmeausdehnung, was wiederum zu mechanische Spannungen zwischen der Stromschiene und dem Gehäuse führt. Aufgrund dieser mechanischen Belastung des Gehäuses bei der Wärmeausdehnung wird das Gehäuse, welches i. A. aus Kunststoff gefertigt ist, verformt. Dabei kann es zur Bildung von Rissen kommen und Feuchtigkeit kann in das Gehäuse eintreten.
Verschiedene Lösungen dieses Problems wurden in der Vergangenheit offenbart. So stellt US 3,544,706 einen metallischen Streifen mit darin eingelassenen supraleitenden Drähten vor, der zum Ausgleich der mechanischen Spannung U-förmig gebogen wird und in den einige längs verlaufende Schlitze zur Kühlung eingestanzt wurden. Diese Lösung lässt sich aber ohne weiteres nicht auf nicht-supraleitende Anwendungen übertragen.
In der DE 698 35 023 T2 wird in einer Schalteinrichtung ein Übergangselement eingesetzt, das U-förmig gebogen ist und die durch Wärmeentwicklung entstehenden mechanischen Spannungen durch Verbiegen ausgleichen kann.
DE 198 39 423 A1 und US 1,157,603 offenbaren mehrstückige, biegsame Elemente, die zur leitenden Verbindung zwischen zwei stromführenden Elementen eingesetzt werden.
Bei der AT 344 812 B wird ein gebogenes Leiterelement mit Kühlkanälen vorgestellt, das nicht nur mechanische Spannungen durch Wärmeentwicklung durch weiteres Verbiegen ausgleichen kann, sondern über die Kühlkanäle auch einen Wärmeaustausch zulässt.
Alle bisher vorgestellten Lösungen weisen allerdings den Nachteil auf, dass mit dem Einbringen der Übergangselemente oder Stromschienen der Querschnitt des stromführenden Leiters verringert wird und es bereits dadurch zu einer Verringerung der Stromtragfähigkeit kommt.
Zusätzlich fallen bei allen bekannten Stromschienen mit Kühlung herstellungsbedingt große Mengen an Abfallmaterial, etwa durch Ausstanzen an.
Aufgabe der Erfindung
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Stromschiene vorzuschlagen, mit der es möglich ist, auch bei Belastung mit hohen Stromstärken mechanische Spannungen zwischen der Stromschiene und einer mit dieser Stromschiene fest verbundenen Trägerfläche zu minimieren, wobei der Querschnitt des Leiters durch die Stromschiene nicht verringert werden soll und wobei die Stromschiene sich möglichst abfallfrei herstellen lassen soll.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Kompensationsabschnitt gebogene Verbindungsstege ohne dazwischen liegende Durchgangsschlize umfasst, wobei benachbarte Verbindungsstege jeweils alternierend in eine y-Richtung bzw. eine –y-Richtung quer zur x-Richtung gebogen sind, und dass die Verbindungsstege durch abfallloses Durchschneiden und anschließendes Formen hergestellt sind.
D. h. die Verbindungsstege verlaufen zumindest teilweise in eine von der x-Richtung abweichende Richtung. Hierdurch wird eine vergrößerte Oberfläche realisiert und somit eine verbesserte Kühlwirkung erreicht. Der erfindungsgemäße Kompensationsabschnitt dient also als zusätzliche Kühlfläche. Durch die erhöhte Wärmeabgabefähigkeit des Kompensationsabschnitts wird die Wärmeentwicklung und somit die Ausdehnung des Materials der Stromschiene verringert.
Die Möglichkeit des lokales Ausweichens des Materials der Stromschiene, bewirkt, dass die Kräfte, die bei Wärmeausdehnung des Materials der Stromschiene auf die Befestigungspunkte der Stromschiene an der Trägerfläche wirken, so klein gehalten werden, dass die Trägerfläche, bspw. eines Gehäuses, auch bei hohen Strömen nicht zerstört wird. Die bei der Ausdehnung wirkenden Kräfte werden auf den Bereich des Kompensationsabschnitts konzentriert, der so gestaltet ist, dass er leichter verformbar ist, als die Befestigungsabschnitte.
Die Deformation der Stromschiene wird also einerseits reduziert durch eine geringere Wärmeentwicklung und andererseits mittels eines gegenüber den Befestigungsabschnitten flexibleren Kompensationsbereichs in einen definierten Bereich gelenkt.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Verbindungsstege durch abfallloses Durchschneiden und anschließendes Formen hergestellt sind. Hierdurch wird eine erhöhte Wärmeabfuhr ohne Querschnitteinbuße des Materials ermöglicht. Der Kompensationsabschnitt kann also den gleichen Leitungsquerschnitt aufweisen wie die angrenzenden Abschnitte, wodurch eine konstante Stromtragfähigkeit über die verschiedenen Abschnitte der Stromschiene realisiert werden kann.
Es ist außerdem vorteilhaft, wenn die Verbindungsstege quer zur x-Richtung gebogen sind. Die Verbindungsstege verlaufen dann abschnittsweise entlang einer Richtung, die eine Komponente senkrecht zur Längsrichtung der Stromschiene aufweist, bspw. in Form eines Bogens. Somit wird bewirkt, dass durch eine Deformation des Kompensationsabschnitts keine nennenswerten Kräfte auf die Fixierungspunkte der Stromschiene wirken, da die durch die Ausdehnung der an den Kompensationsabschnitt angerenzenden Bereiche auftretenden Kräfte in eine Richtung senkrecht zur Längsrichtung der Stromschiene umgelenkt werden (Ausweichmöglichkeit des Stromschienenmaterials).
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Vorzugsweise sind mindestens drei Verbindungsstege vorgesehen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Stromschiene einschließlich Kompensationsabschnitt einstückig aufgebaut ist. Die Stromschiene kann dann in einem einzigen Arbeitsgang und somit kostengünstig hergestellt werden.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
Zeichnung und detaillierte Beschreibung der Erfindung
Es zeigt
1 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromschiene mit alternierend gebogenen Verbindungsstegen.
Die in den Figuren gezeigten Stromschienen. erstrecken sich in x-Richtung, welche im Betrieb die Stromflussrichtung ist und weisen jeweils zwei Befestigungsabschnitte 1 auf, an denen die Stromschiene an einer Trägerfläche (nicht gezeigt) befestigt werden kann. Eine solche Befestigung kann beispielsweise durch Verschraubung o. ä. realisiert werden. Dazu sind in den gezeigten Ausführungsbeispielen in den Befestigungsabschnitten 1 Befestigungspunkte in Form von Ausnehmungen 2 vorgesehen, durch die Befestigungsmittel hindurch geführt werden können. Es ist jedoch auch möglich, die Stromschiene mit der Trägerfläche zu verkleben oder anderweitig mechanisch zu befestigen. Zwischen den Befestigungsabschnitten 1 ist ein Kompensationsabschnitt 3 angeordnet, der einen oder mehrere Verbindungsstege 4, 4' umfasst, die zumindest teilweise quer zur x-Richtung verlaufen, wodurch ein lokales Ausweichen des Materials der Stromschiene quer zur x-Richtung ermöglicht wird. Durch die Ausgestaltung des Kompensationsabschnitts in Form von Verbindungsstegen ergibt sich darüber hinaus eine gegenüber den angrenzenden Abschnitten (hier: Befestigungsabschnitte 1) eine vergrößerte Oberfläche pro Abschnittsfläche. Dies ermöglicht eine verbesserte Wärmeabfuhr, wodurch die Ausdehnung der Stromschiene verringert werden kann.
1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromschiene, bei der die Verbindungsstege 4, 4' bogenförmig gestaltet sind. Es befinden sich hier zwischen benachbarten Verbindungsstegen 4 und 4' keine Durchgangsschlitze, sondern benacharte Verbindungsstege 4, 4' sind sind in entgegengesetzte Richtungen y bzw. –y gebogen. Dies hat zur Folge, dass jeweils zwischen zwei Verbindungsstegen 4, die in y-Richtung gebogen sind, ein Freiraum existiert; ebenso zwischen zwei Verbindungsstegen 4', die in –y-Richtung gebogen sind.
Dies hat den Vorteil, dass einerseits Luft zwischen den einzelnen Verbindungsstegen 4, 4' zirkulieren und andererseits der Querschnitt der angrenzenden Abschnitte und damit die Stromtragfähigkeit beibehalten werden kann. Die in 1 gezeigte Ausführungsform kann durch abfallloses Durchschneiden und anschließendes Formen hergestellt werden.
Die erfindungsgemäßen Stromschienen bestehen hauptsächlich aus einem Material mit hoher Stromtragfähigkeit und können durch Stanzen (aus Metallblech, insbesondere Kupfer) oder durch Druckguß (bspw. aus Aluminium) hergestellt werden. Neben der Kompensation der Ausdehnung der Stromschiene in x-Richtung können aufgrund der Flexibilität der Verbindungsstege 4, 4', auch Torsionsbewegungen kompensiert werden.
Die erfindungsgemäße Stromschiene eignet sich besonders für Hochstromanwendungen, z. B. für Stromversorgungsboxen im Kfz-Bereich oder zur Verbindung von Batterienmodulen in Elektroautos.
Bezugszeichenliste

1: Befestigungsabschnitt
2: Ausnehmung an Befestigungspunkt
3: Kompensationsabschnitt
4, 4': Verbindungssteg

Claims

Stromschiene zur Herstellung einer elektrischen Verbindung, wobei die Stromschiene aus einem elektrisch leitenden Material mit hoher Stromtragfähigkeit besteht, sich in eine Längsrichtung x erstreckt, und aus mehreren aneinander angrenzenden Abschnitten (1, 3) aufgebaut ist, wobei die Stromschiene mit mindestens zwei Befestigungsabschnitten (1) an einer Trägerfläche fixiert werden kann, wobei die Stromschiene mindestens einen Kompensationsabschnitt (3) aufweist, welcher zwischen zwei Befestigungsabschnitten (1) angeordnet und geometrisch so gestaltet ist, dass er einerseits eine höhere Wärmeabgabefähigkeit aufgrund erhöhter Konvektion und/oder Wärmeabstrahlung aufweist als die angrenzenden Abschnitte der Stromschiene, und dass andererseits bei Wärmeausdehnung der Stromschiene im fixierten Zustand ein lokales Ausweichen des Materials des Kompensationsabschnitts (3) quer zur x-Richtung durch lokale Deformation des Kompensationsabschnitts (3) ermöglicht wird, und wobei der Kompensationsabschnitt (3) mindestens einen Verbindungssteg (4, 4') umfasst, welcher die beiden an den Kompensationsabschnitt (3) angrenzenden Abschnitte der Stromschiene miteinander verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensationsabschnitt (3) gebogene Verbindungsstege (4, 4') ohne dazwischen liegende Durchgangsschlitze umfasst, wobei benachbarte Verbindungsstege (4, 4') jeweils alternierend in eine y-Richtung bzw. eine –y-Richtung quer zur x-Richtung gebogen sind, und dass die Verbindungsstege (4, 4') durch abfallloses Durchschneiden und anschließendes Formen hergestellt sind.
Stromschiene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei Verbindungsstege (4, 4') vorgesehen sind.
Stromschiene nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene einschließlich Kompensationsabschnitt (3) einstückig aufgebaut ist.