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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Verbindung zwischen zwei Busbars aus ebenen Leitern und einer zwischen den Leitern angeordneten Isolationsschicht an parallel zueinander verlaufenden Längskanten der beiden Busbars, die die Merkmale des Oberbegriffs des unabhängigen Schutzanspruchs 1 aufweist.
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Busbars aus ebenen Leitern und einer zwischen den Leitern angeordneten Isolationsschicht werden beispielsweise zur Parallelschaltung einer Mehrzahl von Kondensatoren, d. h. zur Ausbildung sogenannter Kondensatorbänke verwendet. Wenn mehrere solche Kondensatorbänke parallel geschaltet werden sollen, sind deren Busbars miteinander zu verbinden. Dabei kommt es darauf an, die Verbindung in einer solchen Weise auszubilden, dass möglichst geringe parasitäre Induktivitäten resultieren.
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STAND DER TECHNIK
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Aus der
US 2008/002328 A1 ist eine elektrische Verbindung zwischen zwei Busbars mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Schutzanspruchs 1 bekannt. Hier sind an den parallel zueinander verlaufenden Längskanten jeweils zwei aufeinander zu vorspringende Fortsätze der beiden Leiter und der dazwischen angeordneten Isolationsschicht ausgebildet. Im Bereich jedes dieser Fortsätze ist der eine der beiden Leiter zweifach um 90° abgewinkelt und auf diese Weise so von dem anderen Leiter weg abgekröpft, dass am freien Ende jedes Fortsatzes ein Bereich resultiert, in dem die beiden Leiter in freiem Abstand parallel zueinander verlaufen. Hier ist im Bereich jedes Fortsatzes jeweils ein Isolationskörper zwischen den beiden Leitern angeordnet. Auf den dem Isolationskörper abgewandeten Seiten der Leiter sind jeweils leitende Spannelemente in Form von Metallplatten angeordnet. Dabei sind an der einen Metallplatte zwei Gewindestangen befestigt, die sich durch Löcher in dem Isolationskörper und in der anderen Metallplatte hindurch erstrecken, wobei sie im Bereich der anderen Metallplatte durch isolierende Buchsen umgeben sind. Diese isolierenden Buchsen stützen sich mit einem Radialbund an der abgewandten Seite der anderen Platten ab und dienen als Widerlager für Mutter, mit denen die beiden Metallplatten gegeneinander beaufschlagbar sind, ohne einen elektrischen Kontakt zwischen ihnen herzustellen. Die den Leitern zugewandten Oberflächen der Metallplatten können strukturiert sein, um die elektrische Kontaktierung der Leiter zu verbessern.
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In der Praxis stellt sich heraus, dass bei der aus der
US 2008/002328 A1 bekannten elektrischen Verbindung, die im Betrieb von Kondensatorbänken beispielsweise als Pufferkapazität in einem Wechselrichter zur Einspeisung elektrischer Energie von einer Photovoltaikanlage in ein Wechselstromnetz große Ströme zu leiten hat und entsprechend höhere Temperaturen erreicht, die mit den Mutter zwischen den leitenden Spannelementen aufgebrachte Vorspannkraft durch die geringere Temperaturfestigkeit der isolierenden Buchsen verloren gehen kann, wodurch der flächige elektrische Kontakt zwischen den leitenden Spannelementen und den von ihnen kontaktierten Leitern eingebüßt wird. Daher müssen aufwändige Kontaktelemente zwischen den Spannelementen und den Leitern angeordnet werden, wie sie beispielsweise aus der
EP 0 716 474 A1 bekannt sind, um die gewünschten elektrischen Kontakte dauerhaft sicherzustellen. Diese Kontaktelemente werden sonst beispielsweise eingesetzt, um Gabelstecker zur steckbaren Verbindung von Stromschienen in Stromumrichtern in Schienenfahrzeugen auszubilden.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Verbindung zwischen zwei Busbars aus ebenen Leitern und einer zwischen den Leitern angeordneten Isolationsschicht an parallel zueinander verlaufenden Längskanten der beiden Busbars aufzuzeigen, die einen besonders einfachen Aufbau aber dennoch eine hohe thermische Stabilität des durch sie hergestellten elektrischen Kontakts zwischen den beiden Busbars aufweist.
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LÖSUNG
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine elektrische Verbindung mit den Merkmalen des unabhängigen Schutzanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der neuen elektrischen Verbindung sind in den abhängigen Schutzansprüchen beschrieben.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Bei der neuen elektrischen Verbindung ist für jedes Paar der miteinander zu verbindenden Leiter beider Busbars ein separates Paar von sich längs der Längskanten erstreckenden, beidseitig direkt an den Leitern angreifenden Kontaktschienen vorgesehen. Zwischen diesen Kontaktschienen sind die freien Enden der beiden miteinander zu verbindenden Leiter durch die wechselseitige Beaufschlagung der Kontaktschiene eingespannt. Hierdurch sind sichere, d. h. insbesondere thermisch stabile elektrische Kontakte zwischen beiden Kontaktschienen und den beiden Leitern und so über die Kontaktschiene auch zwischen den beiden zu verbindenden Leitern ausgebildet. Da für jedes Paar der miteinander zu verbindenden Leiter beider Busbars ein eigenes Paar von Kontaktschienen vorgesehen ist, werden bei der neuen elektrischen Verbindung keine isolierenden Buchsen oder dgl. für die Aufbringung der Spannkraft benötigt. Da zwischen den beiden Paaren der Kontaktschienen überhaupt keine mechanischen Verbindungen bestehen müssen, ist die Isolierung der beiden Paare von Kontaktschienen gegeneinander völlig problemlos.
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Bei der neuen elektrischen Verbindung erstrecken sich die Kontaktschienen vorzugsweise jeweils zumindest im Wesentlichen über die gesamte Länge der einander gegenüberliegenden Längskanten der beiden Busbars. D. h., die elektrische Verbindung beschränkt sich nicht auf Teilbereiche dieser Längskanten. Hierdurch wird sowohl der elektrische Kontakt zwischen den beiden Busbars noch weiter sichergestellt und als auch der den Strom zwischen den beiden Busbars führende Querschnitt vergrößert. Darüber hinaus ist diese Verbindung mit einer besonders geringen parasitären Induktivität verbunden.
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Die Kontaktschienen jedes Paars können auf einfache Weise durch eine Mehrzahl von über ihre Länge verteilten Spannschrauben gegeneinander beaufschlagt sein. Dabei können die Spannschrauben jeweils durch ein Loch in der einen Kontaktschiene hindurch in ein Gewinde in der anderen Kontaktschiene eingreifen und sich mit einem Kopf an der einen Kontaktschiene abstützen. Dieser Kopf kann flach auf der einen Kontaktschiene aufliegen oder auch in diese eingesenkt sein.
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Vorzugsweise sind die Spannschrauben in einer Längsmittelebene der Verbindung angeordnet, wobei sich die Längsmittelebene der Verbindung zu den Haupterstreckungsebenen der beiden Paare der miteinander zu verbindenden Leitungen parallel zu deren Längskanten erstreckt.
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Wenn zugleich die Leiter gerade Ränder an den Längskanten aufweisen, deren Abstand etwas größer als der Durchmesser der Spannschrauben ist, können die Kontaktschienen mit bereits teilweise eingeschraubten, aber noch nicht angezogenen Spannschrauben seitlich auf die Längskanten aufgeschoben und anschließend durch Anziehen der Spannschrauben an diesen fixiert werden.
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In den Rändern der Leiter an den Längskanten können aber auch Ausnehmungen für die Spannschrauben vorgesehen sein, die eine Lagedefinition der Spannschrauben längs der Längskanten bewirken.
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In einer besonders einfachen Ausführungsform der neuen elektrischen Verbindung verlaufen alle an den Leitern angreifenden Kontaktflächen der Kontaktschienen parallel zueinander. Entsprechend ist dann mindestens einer der beiden Leiter beider Busbars an den Längskanten von dem anderen weg so abgekröpft, dass er in freiem Abstand parallel zu dem jeweils anderen Leiter verläuft.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der neuen elektrischen Verbindung sind die an den Rändern der beiden Leiter angreifenden Kontaktflächen jeder Kontaktschiene V-förmig zueinander ausgerichtet. Hierdurch wird eine besonders hohe Spannkraft der Kontaktschienen auf die Leiter ermöglicht, wobei eine hohe Toleranz gegenüber nicht in denselben Ebenen ausgerichteten Leitern der beiden Busbars gegeben ist.
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Bei der V-förmigen Ausrichtung ist ein Winkel zwischen den Kontaktflächen jeder Kontaktschiene zwischen 90 und 150°, d. h. ein leicht bis mäßig stumpfer Winkel besonders günstig.
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Aus Gründen des kompakten Aufbaus der neuen elektrischen Verbindung ist es bevorzugt, wenn die Winkel der Kontaktflächen der beiden Paare von Kontaktschienen einander entgegengerichtet sind. Dabei können beide Leiter jeder Busbar an deren Längskante zunächst über spitze Winkel in derselben Richtung umgebogen sein, wobei der in dieser Richtung hinten liegende Leiter dann in der entgegen gesetzten Richtung zurückgebogen ist, um zwischen die Kontaktflächen des zugehörigen Paars von Kontaktschienen einzutreten.
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Wie bereits angesprochen wurde, ist die elektrische Isolierung der beiden Paare von Kontaktschienen gegeneinander unproblematisch, da über diese Isolierung hinweg keine mechanische Kontaktierung der beiden Paare von Kontaktschienen erforderlich ist. So kann sich die Isolierschicht zwischen den Kontaktschienen hindurch fortsetzen, die die beiden Leiter der beiden Busbars gegeneinander isoliert. Die Isolationsschicht kann aber jeweils vor den Kontaktschienen enden, wenn die beiden Paare von Kontaktschienen durch einen ausreichenden Luftspalt voneinander isoliert sind. Dabei kann durch eine abgerundete Ausbildung der Ecken des Profils der Kontaktschiene reduzierend auf Spitzen des elektrischen Felds zwischen den beiden Kontaktschienen bzw. den einzelnen Kontaktschienen und den gegenüberliegende Leitern, die durch das jeweils andere Paar von Kontaktschienen miteinander verbunden sind, eingewirkt werden. Auch die Köpfe der Spannschrauben können bei der neuen elektrischen Verbindung in die jeweilige Kontaktschiene eingesenkt sein, um reduzierend auf Spitzen des elektrischen Felds zwischen den beiden Kontaktschienen hinzuwirken. Dies gilt insbesondere für die Köpfe der Spannschrauben, die sich zwischen den Kontaktschienen befinden.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Schutzansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Schutzansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Schutzansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt wenden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Schutzansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Schutzansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von zwei Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert und beschrieben.
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1 zeigt zwei über eine elektrische Verbindung ihrer Busbars miteinander verbundene Kondensatorbänke.
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2 zeigt die elektrische Verbindung zwischen den beiden Busbars in einem vergrößerten Detail von 1.
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3 zeigt eine andere Ausführungsform der elektrischen Verbindung zwischen zwei Busbars in einer 2 entsprechenden Detailansicht; und
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4 eine perspektivische Ansicht von zwei Kondensatorbänken mit der elektrischen Verbindung gemäß 3.
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FIGURENBESCHREIBUNG
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1 zeigt zwei Kondensatorbänke 1 mit Kondensatoren 2, wobei die Kondensatoren 2 jeweils parallel an eine Busbar 3 angeschlossen sind. Jede Busbar 3 weist zwei elektrische Leiter 4 und 5 auf, zwischen denen eine (in 2 besser sichtbare) Isolationsschicht 6 angeordnet ist. An Längskanten 7 der Busbars sind die Leiter 5 von den Leitern 4 weg abgekröpft, so dass sie in freiem Abstand parallel zu den Leitern 4 verlaufen. Zwischen den einander zugekehrten Längskanten 7 der beiden Busbars 3 gemäß 1 ist die elektrische Verbindung 8 ausgebildet, die in vergrößertem Detail in 2 gezeigt ist. Im Bereich jeder elektrischen Verbindung 8 sind die beiden Leiter 5 und die beiden Leiter 4 jeweils zwischen einem Paar von Kontaktschienen 9 und 10 bzw. 11 und 12 eingespannt, indem die Kontaktschienen 9 und 10 bzw. 11 und 12 durch Spannschrauben 13 und 14 gegeneinander beaufschlagt sind. Jede Spannschraube 13 bzw. 14 erstreckt sich durch ein Loch in der jeweiligen Kontaktschiene 9 bzw. 11 und greift in ein Gewinde in der jeweiligen Kontaktschiene 10 bzw. 12 ein. Dabei kann auf dem Schaft jeder Spannschraube 13 und 14 wie dargestellt ein Sicherungselement 20 angeordnet sein. Mit ihrem Kopf stützt sich die Spannschraube 13 bzw. 14 dabei an der Kontaktschiene 9 bzw. 11 ab, wobei der wie dargestellt in die Kontaktschiene 9 bzw. 11 eingesenkt sein kann. Die Kontaktschienen 9 bis 12 erstrecken sich ebenso wie die zwischen ihnen eingespannten freien Enden der elektrischen Leiter 4 und 5 die Längskanten 7 entlang, d. h., sie kontaktieren die beiden Busbars 3 über die gesamte Länge deren Längskanten 7. Die Isolationsschicht 6 endet dabei vor den Kontaktschienen 9 bis 12. Im Bereich der Kontaktschiene 9 bis 12 wird die elektrische Isolierung zwischen den Leitern 4 und 5 durch einen dazwischen vorgesehenen Luftspalt 15 bewirkt.
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3 zeigt eine Abwandlung der elektrischen Verbindung, bei der die Kontaktflächen 16 und 17 der Stromschienen 9 und 10, die an den Leitern 4 zur Anlage kommen, und die Kontaktflächen 18 und 19 der Kontaktschienen 11 und 12, die an den Leitern 5 zur Anlage kommen, jeweils V-förmig unter einem stumpfen Winkel zueinander angeordnet sind, wobei die Winkel zwischen den Kontaktflächen 16 und 17 einerseits und 18 und 19 andererseits einander entgegengerichtet sind. Dementsprechend sind die Kontaktschienen 10 und 11 rinnenförmig und die Kontaktschienen 9 und 12 keilförmig ausgebildet. Auf diese Weise wird beim Anziehen der Spannschrauben 13 und 14 eine hohe Vorspannkraft auf die freien Enden der Leiter 4 und 5 und eine große Toleranz in Bezug auf die Ausrichtung der Leiter 4 und 5 zueinander erreicht. Um zwischen die V-förmigen Kontaktflächen eintreten zu können, sind die Leiter 4 und 5 an den Längskanten 7 zunächst beide nach oben umgebogen. Die Leiter 4 sind dann zum Eintritt zwischen die Kontaktflächen 16 und 17 wieder nach unten umgebogen, während die zunächst steiler hochgebogenen Leiter 5 unter einem dann etwas flacheren Winkel zwischen die Kontaktflächen 18 und 19 eintreten.
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Aus 4 wird der Verlauf der Längskanten 7 der Busbars 3 der Kondensatorbänke 1 und der über diese Längskanten 7 gerade Verlauf der Ränder der Leiter 4 und 5 deutlich, zwischen denen die elektrische Verbindung 8 ausgebildet ist. Dabei erstrecken sich die Kontaktschienen 9 bis 12 jeweils ebenso wie die zwischen ihnen eingespannten Ränder der Leiter 4 und 5 über die gesamte Länge der Längskanten 7.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kondensatorbank
- 2
- Kondensator
- 3
- Busbar
- 4
- Leiter
- 5
- Leiter
- 6
- Isolationsschicht
- 7
- Längskante
- 8
- elektrische Verbindung
- 9
- Kontaktschiene
- 10
- Kontaktschiene
- 11
- Kontaktschiene
- 12
- Kontaktschiene
- 13
- Spannschraube
- 14
- Spannschraube
- 15
- Luftspalt
- 16
- Kontaktfläche
- 17
- Kontaktfläche
- 18
- Kontaktfläche
- 19
- Kontaktfläche
- 20
- Sicherungselement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2008/002328 A1 [0003, 0004]
- EP 0716474 A1 [0004]