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Die Erfindung betrifft eine Stromverteilerschiene mit einem Wärmeleitrohr.
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Stromverteilerschienen werden zur elektrischen Verbindung von zwei Bauteilen eingesetzt. Dabei kann es auch je nach Anwendungsfall zu hohen Temperaturen an den jeweiligen Verbindungsstellen kommen, sodass die Wärme abgeführt werden muss, um thermisch nachteilige Effekte zu vermeiden.
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Aus der
DE 10 2007 018 175 A1 sind Stromverteilerschienen, insbesondere für eine Stromverteilung innerhalb eines Bordnetzes eines Fahrzeuges, bekannt.
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Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine gattungsgemäße Stromverteilerschiene derart zu verbessern, dass diese gegen thermische Einflüsse robuster wird.
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Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch eine Stromverteilerschiene mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Hierzu weist die Stromverteilerschiene eines elektrischen Fahrzeugbordnetzes wenigstens zwei Anschlussklemmen auf, wobei die Anschlussklemmen zum elektrischen Verbinden einer mindestens ersten Bordnetzkomponente mit einer mindestens zweiten Bordnetzkomponente ausgebildet sind und die Anschlussklemmen mindestens ein Längsteil aufweisen und mindestens ein Längsteil eine Kontaktfläche zur Wärmeübertragung aufweist und die Kontaktfläche zur Wärmeübertragung mit einem Wärmeaufnahmebereich eines mindestens ersten Wärmeleitrohrs wärmeleitend verbunden ist und das mindestens erste Wärmeleitrohr einen Wärmeabgabebereich aufweist.
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Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass insbesondere bei elektrischen Verbindungen im Hochvoltbereich wie beispielsweise in der Leistungselektronik oder Elektromaschinen in Elektro- oder Hybridfahrzeugen starke Wärmeentwicklungen in der Stromverteilerschiene, insbesondere den Anschlussklemmen, auftreten. Dabei ist die Wärmeentwicklung auch abhängig vom Übergangswiderstand zwischen dem ersten und zweiten Bauteil.
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Ein Wärmeleitrohr ist ein Wärmeüberträger, der unter Nutzung von Verdampfungswärme eines Mediums eine hohe Wärmestromdichte erlaubt. Dabei wird zwischen zwei Bauformen unterschieden, nämlich der Heatpipe und dem Zwei-Phasen-Thermosiphon. Das grundlegende Funktionsprinzip ist bei beiden gleich, wobei der Unterschied nur im jeweils passiven Transport des Arbeitsmediums erfolgt. Bei der Heatpipe erfolgt der Rücktransport durch Kapillarkräfte und beim Thermosiphon durch Schwerkraft. Das Wärmeleitrohr weist dabei zwei Seiten auf, nämlich einen Verdampfer/ Wärmeaufnahmebereich (wo die Wärme aufgenommen wird) und einen Kondensator/ Wärmeabgabebereich (wo die Wärme abgegeben wird).
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Die Wirkung des Wärmeleitrohrs wird erhöht, wenn das Wärmeleitrohr mit möglichst vielen, idealerweise allen, Längsteilen einer Stromverteilerschiene wärmeleitend verbunden ist. Vorteilhaft ist auch, wenn die Kontaktflächen der Längsteile so nah wie möglich an potenziellen Hot-Spots angeordnet sind, so dass der Wirkungsgrad eines Wärmeleitrohrs erhöht wird.
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In einer Ausführungsform sind die Längsteile so ausgebildet, dass sie Sicherungselemente aufnehmen können. Dadurch wird eine Überlastung des Fahrzeugbordnetzes vermieden. Unter einem Sicherungselement sind dabei insbesondere sog. Schmelzsicherungen (Fuse) zu verstehen. Es können aber auch beliebige Sicherungselemente für elektrische Stromkreise verwendet werden.
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In einer weiteren Ausführungsform sind die Stromverteilerschiene und das Wärmeleitrohr innerhalb eines Sicherungskastens bzw. Sicherungsbox angeordnet. Dadurch ist der Absicherungsaufwand (Isolierung) gegen Kurzschlüsse oder menschliche Berührungen (Stromschlag) verringert.
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Bei einer alternativen Ausführungsform ist das Wärmeleitrohr mit seiner Kondensatorseite/ seinem Wärmeabgabebereich mit der Sicherungsbox wärmeleitend verbunden. Vorteilhaft an dieser Alternative ist, dass dadurch die Wärme nicht nur von der Stromverteilerschiene abgeleitet werden kann, sondern auch ein Wärmetransport aus der Sicherungsbox möglich ist (geringere Stauwärme). Zudem wird die wirksame Fläche zur Wärmeabgabe erhöht.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Sicherungsbox aus einem besonders gut wärmeleitenden Material. Vorteilhaft an der hohen Konduktion der Sicherungsbox ist, dass hohe Gradienten für die Wärmeabfuhr erreicht werden können.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Sicherungsbox aus einem besonders gut wärmeleitenden Kunststoff. Vorteilhaft an einer Sicherungsbox aus Kunststoff ist, dass Kunststoff regelmäßig ein guter elektrischer Isolator ist, leichtere Bauweisen erlaubt und über eine hohe Festigkeit und Witterungsbeständigkeit verfügt.
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In einer weiteren Alternative ist das Wärmeleitrohr an einen Kühlkreislauf angeschlossen. Kühlkreislauf bedeutet dabei jedes weitere System zur Kühlung. Insbesondere kann dies durch einen Wärmetauscher zwischen Wärmeleitrohr und einem Klimakreislauf sein, d.h. konduktiver Wärmetransport. Oder durch den fluidtechnischen Anschluss des Wärmeleitrohrs an ein erweitertes Kühlsystem, d.h. konvektiver Wärmetransport. Besonders vorteilhaft ist dabei die Anbindung an die fahrzeugseitigen Kühlsysteme (Klimaanlage/ Motorkühlung/ etc.).
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In einer weiteren Ausführungsform sind die Anschlussklemmen der Stromverteilerschiene mit dem Wärmeleitrohr mittels Crimp wärmeleitend verbunden. Crimps sind Elemente mittels denen ein Fügeverfahren durchgeführt wird, bei dem die Crimps mechanisch verformt werden und somit eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung herstellt wird. Die Crimps werden gewöhnlich für die Kontaktierung der Bordnetzkabel mit der Stromverteilerschiene verwendet. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass das Wärmeleitrohr einfach an der Stromverteilerschiene fixiert werden kann, da keine zusätzlichen Klemm- oder Montageelemente verwendet werden müssen (Gewichtsreduzierung). Zudem treten an Klemmstellen elektrischer Leiter regelmäßig hohe Übergangswiderstände auf. Diese Übergangswiderstände führen zu einer verstärkten Erwärmung. Damit stellen die Klemmstellen potenzielle Hot-Spots dar. Ein Wärmeleitrohr wäre damit in unmittelbarer Nähe zu einem Hot-Spot angeordnet, so dass dessen Wirkungsgrad erhöht wird.
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In einer weiteren Ausführungsform sind die Anschlussklemmen mit dem Wärmeleitrohr elektrisch isoliert verbunden. Dies hat den Vorteil, dass das Wärmeleitrohr an eine elektrisch nicht isolierende Sicherungsbox angebunden werden kann. Insbesondere bei einer Führung (Halterung) des Wärmeleitrohrs entlang der Sicherungsbox als auch zur Wärmeableitung über die Sicherungsbox. Weiterer Vorteil ist, dass das Wärmeleitrohr aus der Sicherungsbox herausgeführt werden kann, ohne das weitere Absicherungen des Wärmeleitrohrs gegen Kurzschluss oder ungewollte Berührungen (Stromschlag) vorzusehen sind.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Figuren zeigen:
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1 eine schematische Ansicht einer Stromverteilerschiene mit einem Wärmeleitrohr.
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2 eine schematische Ansicht einer Stromverteilerschiene mit einem Wärmeleitrohr und integrierten Sicherungen.
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3 eine schematische Ansicht einer Stromverteilerschiene mit einem Wärmeleitrohr und einer Sicherungsbox.
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4 eine schematische Ansicht einer Stromverteilerschiene mit einem Wärmeleitrohr und einer Crimp-Verbindung.
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In der 1 ist eine Stromverteilerschiene (1) eines elektrischen Fahrzeugbordnetzes mit sechs Anschlussklemmen (2) und einem Wärmeleitrohr (6) dargestellt. Die Anschlussklemmen (2) sind dabei zum elektrischen Verbinden einer mindestens ersten Bordnetzkomponente (3) mit einer mindestens zweiten Bordnetzkomponente (4) ausgebildet. Die Anschlussklemmen (2) weisen jeweils einen Längsteil (5) auf. Die Längsteile (5) weisen eine Kontaktfläche zur Wärmeübertragung (5a) auf. Diese Kontaktfläche zur Wärmeübertragung (5a) ist mit einem Wärmeaufnahmebereich (6a) des Wärmeleitrohrs (6) wärmeleitend verbunden. Wobei vorliegend nur die Anbindung von zwei der sechs Anschlussklemmen dargestellt ist. Zudem weist das Wärmeleitrohr (6) einen Wärmeabgabebereich (6b) auf. Hinsichtlich des konkreten Aufbaus und der Wirkungsweise eines Wärmeleitrohrs 6 wird auf den Stand der Technik verwiesen. Das Wärmeleitrohr (6) ist im vorliegenden Fall auf den Anschlussklemmen wärmeleitende angeordnet. Die wärmeleitende Anordnung kann dabei durch eine Vielzahl von Fügeverfahren erreicht werden. Insbesondere Kleben, Löten, Schweißen oder mechanische Klemmungen. Wichtig ist eine möglichst flächige Kontaktierung der Kontaktfläche zur Wärmeübertragung (5a) und des Wärmeaufnahmebereichs (6a) des Wärmeleitrohrs (6).
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In der 2 ist eine alternative Ausführungsform dargestellt, wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß 1 sind in die Anschlussklemmen (2) Sicherungselemente (7) in Form von sog. Fuse-Sicherungen integriert. Die Sicherungselemente (7) können dabei beliebig sein. Integration der Sicherungselemente (7) in die Anschlussklemmen (2) bedeutet dabei, das zwischen die elektrischen Verbinder der Bordnetzkomponente, dargestellt ist nur eine erste Bordnetzkomponente (3) und der Kontaktfläche zur Wärmeübertragung (5a) der Anschlussklemmen (2) die Sicherungselemente angeordnet sind.
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In der 3 ist eine weitere alternative Ausführungsform dargestellt, wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Im Unterschied zu den Ausführungsformen gemäß 1 und 2 sind die Stromverteilerschiene (1) und die Wärmeleitrohre (6) in einem Sicherungskasten bzw. in eine Sicherungsbox integriert. Zudem zeigt 3, dass die Wärmeleitrohre (6) mehrfach eingesetzt werden können. In dem dargestellten Beispiel ist gleichzeitig eine Stromverteilerschiene mit einem Wärmeleitrohr (6) wie in 1 beschrieben als auch mit einem Wärmeleitrohr wie in 2 beschrieben installiert. Dies bedeutet, dass die jeweiligen Anschlussklemmen (2) über mehrere Kontaktflächen zur Wärmeübertragung (5a) verfügen. Eine Mehrfachkombination von Wärmeleitrohren (6) mit unterschiedlichen Anbindungspunkten an die Anschlussklemmen (2) ist somit vielfältig möglich. Begrenzt wird die Anzahl der Kontaktflächen zur Wärmeübertragung (5a) vorrangig durch die Länge des Längsteils (5).
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In der 4 ist eine weitere alternative Ausführungsform dargestellt, wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. In der dargestellten Ausführungsform sind die Anschlussklemmen (2) der Stromverteilerschiene (1) mit dem Wärmeleitrohr (6) mittels Crimp (9) verbunden. Gleichzeitig dient die Crimp-Verbindung zum elektrischen Anschluss der jeweiligen Bordnetzkomponente, dargestellt ist beispielhaft die Bordnetzkomponente (3). Idealerweise erstreckt sich die Crimp-Verbindung über den Bereich der Kontaktfläche zur Wärmeübertragung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stromverteilerschiene
- 2
- Anschlussklemme
- 3
- erste Bordnetzkomponente
- 4
- zweite Bordnetzkomponente
- 5
- Längsteil
- 5a
- Kontaktfläche zur Wärmeübertragung
- 6
- Wärmeleitrohr
- 6a
- Wärmeaufnahmebereich des Wärmeleitrohrs (Verdampferseite)
- 6b
- Wärmeabgabebereich des Wärmeleitrohrs (Kondensatorseite)
- 7
- Sicherungselement
- 8
- Sicherungskasten/ Sicherungsbox
- 9
- Crimp
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007018175 A1 [0003]
