МЕДНАЯ ТОКОВАЯ ШИНА
COPPER CURRENT BUS

Изобретение касается медной токовой шины. Далее, изобретение касается контактной системы, имеющей такую медную токовую шину, кабельный наконечник и винтовое соединение, причем это винтовое соединение включает в себя закладную гайку и винт. Также изобретение касается преобразователя тока, имеющего такую медную токовую шину или такую контактную систему. Далее, изобретение касается способа изготовления такой медной токовой шины.
Медные токовые шины служат для того, чтобы проводить высокие токи при небольших потерях. При этом преимущество меди заключается в ее хорошей проводимости. Медные токовые шины во многих случаях находят применение в преобразователях тока, так как медная токовая шина обладает лишь небольшой индуктивностью, и при этом реализуемы быстрые процессы коммутации в преобразователе тока. Помимо этого, в преобразователях тока, имеющих дискретные компоненты, такие как, например, полупроводниковые выключатели, часто требуется привязать кабельный наконечник к медной токовой шине для электрического контактирования кабельного соединения.
Из уровня техники известно применение резьбовыдавливающих винтов. При ввертывании резьбовыдавливающего винта в медную токовую шину за счет вытеснения материала в медной токовой шине изготавливается резьба.
Также возможно применение запрессовочных шпилек. Они имеют ощутимую конструктивную высоту, которая во многих случаях применения неудобна. Помимо этого, высокая стоимость изготовления часто заставляет считать применение запрессовочных шпилек нерентабельным. В дополнение комбинированные гайки всегда только ограниченно применимы с кабельными наконечниками, так как должна особо рассматриваться опорная поверхность зажимной шайбы.
Сквозные винтовые соединения в качестве другой альтернативы дороги в изготовлении, и положение их встраивания при монтаже недостаточно доступно.
Помимо этого, нанизывание шайб таит в себе большие проблемы монтажа и качества, из-за чего невозможны промежуточные решения, включающие в себя вышеперечисленные средства, которые известны из уровня техники, и дополнительные шайбы.
В основе изобретения лежит задача, улучшить медную токовую шину в отношении возможности ее контактирования с кабельным наконечником.
Задача решается с помощью медной токовой шины, причем эта медная токовая шина имеет по меньшей мере одно ступенчатое отверстие для крепления кабельного наконечника посредством винтового соединения, причем это ступенчатое отверстие распространяется от первой поверхности медной токовой шины ко второй поверхности медной токовой шины, причем это ступенчатое отверстие имеет по меньшей мере одну первую область, вторую область и третью область, при этом первая область ступенчатого отверстия примыкает к первой поверхности, при этом радиус ступенчатого отверстия на длине второй области имеет постоянное второе значение радиуса, при этом третья область примыкает ко второй поверхности, при этом третья область по меньшей мере на второй поверхности имеет радиус, имеющий третье значение радиуса, причем это третье значение радиуса меньше, чем второе значение радиуса. Также изобретение касается контактной системы, имеющей такую медную токовую шину, кабельного наконечника и винтового соединения, причем это винтовое соединение включает в себя закладную гайку и винт, при этом посредством винта, который со стороны второй поверхности введен в ступенчатое отверстие, и посредством закладной гайки, которая со стороны первой поверхности вставлена в ступенчатое отверстие, кабельный наконечник закреплен на второй поверхности путем завертывания винтового соединения. Далее, задача решается с помощью преобразователя тока, имеющего такую медную токовую шину или такую контактную систему, при этом посредством медной токовой шины электрический разъем преобразователя тока и полупроводниковый выключатель преобразователя тока электрически соединены друг с другом. Далее, задача решается с помощью способа изготовления такой медной токовой шины, при этом ступенчатое отверстие медной токовой шины выполняется в медной токовой шине посредством штамповочной машины.
Другие предпочтительные варианты осуществления изобретения указаны в зависимых пунктах формулы изобретения.
В основе изобретения лежит тот обнаруженный факт, что путем выполнения ступенчатого отверстия в медной токовой шине может просто и надежно создаваться электрическое соединение между кабельным наконечником и медной токовой шиной путем завертывания. При этом ступенчатое отверстие имеет три области, в которых отверстие по меньшей мере на отдельных участках имеет различный радиус. Вторая область имеет постоянный радиус, это служит для направления запрессовочной гайки в медной токовой шине. Помимо этого, запрессовочная гайка центрируется в медной токовой шине. Первая область перед запрессовкой закладной гайки имеет радиус, который меньше или равен значению второго радиуса. Третья область, которая заканчивается у второй поверхности медной токовой шины, в которой также крепится кабельный наконечник и в которой кабельный наконечник электрически контактирует с медной токовой шиной, имеет меньший радиус, чем первая и вторая область. Этот малый радиус, в частности на второй поверхности медной токовой шины, делает возможным хорошее и надежное контактирование с соответствующей силой без недопустимого сгибания или избыточной деформации кабельного наконечника из-за слишком большого отверстия на поверхности медной токовой шины. Чтобы обеспечить возможность применения закладных гаек, особенно предпочтительно, если на опорной поверхности для кабельного наконечника имеется меньший диаметр, чем на стороне запрессовки закладной гайки. Это достигается с помощью ступенчатого отверстия, которое может изготавливаться, например, на традиционных штамповочных машинах.
В противоположность решению, включающему в себя резьбу, нарезанную непосредственно в меди, с помощью предлагаемого изобретением решения может выдерживаться минимальная длина зажима и минимальная глубина ввертывания. Они могут гарантироваться соответствующей длиной резьбы запрессовочной гайки. Выдерживание минимальной длины зажима и минимальной глубины ввертывания у нарезанной резьбы в сочетании с применяемым комбинированным винтом, называемым также винтом с защищенными от потери подкладными частями, возможно не в каждом случае, а зависимо от толщины медной шины.
По сравнению со геометрией сквозной протяжки, имеющей выдавленную зенковку, предлагаемая изобретением медная токовая шина является гораздо менее сложной, так как при изготовлении она имеет гораздо более низкие допуски. Также отпадает применение различных инструментов в связи с различными толщинами материала. При этом надежное производство может обеспечиваться также в разных местах или различными поставщиками.
Контактная система, имеющая такую медную токовую шину, включающую в себя ступенчатое отверстие, кабельный наконечник и винтовое соединение, удовлетворяет, помимо этого, характерным требованиям к такому винтовому соединению. Деформация и текучесть материала в кабельных наконечниках при этом решении может надежно исключаться.
Медная токовая шина, имеющая ступенчатое отверстие, имеет многочисленные преимущества. До сих пор на закладных гайках либо под кабельный наконечник должны были подкладываться шайбы, либо применение было совсем не разрешено, если одновременно не привертывался второй компонент. Медная токовая шина, имеющая ступенчатое отверстие, делает возможным непосредственное и рентабельное применение закладных гаек непосредственно с комбинированными винтами. Причем это соединение дешевле и надежнее, чем известная из уровня техники геометрия сквозной протяжки, так как оно включает в себя меньше технологических шагов на штамповочной машине. Нет сквозной протяжки, которая затрудняет процесс выравнивания. При позднейшей закладке гайки выравнивание проще. Помимо этого, это облегчается потому, что не нужны шаблоны. К тому же частота выходов из строя ниже, чем при резьбовыдавливающих винтах. Эта геометрия является механически более устойчивой в отношении окружающих особенностей, таким как, например, изгибы в листовой стали. К тому же легко допускаются колебания твердости материала, и допуски отверстий гораздо шире. Далее, винты могут затягиваться со стандартным вращающим моментом для мягких материалов и не должны, как, например, при резьбовыдавливающих винтах, обрабатываться с отдельно найденными особыми вращающими моментами. Также возможны завертывания с более высоким вращающим моментом. Это получается благодаря запрессовочной гайке, в противоположность резьбе, которая была выполнена в меди. Далее, ступенчатое отверстие может также непосредственно применяться при других мягких материалах, таких как, например, алюминий. Не требуется опытное или лабораторное нахождение новых вращающих моментов, диаметров или минимальных глубин ввертывания. Также нет необходимости по отдельности нанизывать шайбы. Это устраняет ошибки при монтаже, так что он становится более эффективным. Помимо этого, ступенчатое отверстие, в противоположность сквозным протяжкам, может изготавливаться с помощью надлежащих инструментов из двух направлений штамповки. Далее, резьба закладных гаек прочнее, и даже в случае ремонта выдерживает больше процессов завинчивания, чем резьба в меди.
Особое преимущество дает применение медной токовой шины, имеющей ступенчатое отверстие, в преобразователях тока. При быстрых коммутационных операциях преобразователя тока в диапазоне нескольких килогерц (кГц) или больше применение токовых шин предпочтительно, так как они низкоиндуктивны, и поэтому уменьшают или устраняют мешающие напряжения от коммутационных операций. Вследствие пространственной узости во многих случаях необходимо создавать переход от медных токовых шин к кабелю. Этот переход может простым образом реализовываться с помощью медной токовой шины и ступенчатого отверстия, а также с помощью кабельного наконечника.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения в первую поверхность в области ступенчатого отверстия закладная гайка запрессована в середине в ступенчатое отверстие таким образом, что радиус в первой области принимает первое значение радиуса, и между первой областью и второй областью в ступенчатом отверстии образуется ступень, в которой радиус на границе первой области со второй областью изменяется с первого значения радиуса на второе значение радиуса таким образом, что на границе между первой областью и второй областью параллельно первой поверхности образуется опорная поверхность, и второе значение радиуса меньше, чем первое значение радиуса, при этом посредством винта, который может вставляться со стороны второй поверхности в ступенчатое отверстие, посредством закладной гайки, кабельный наконечник может крепиться на второй поверхности. При запрессовке закладной гайки вследствие вытесненного материала медной токовой шины радиус сокращается и после запрессовки принимает первое значение радиуса, которое больше, чем второе значение радиуса. На возникшем переходе между первой и второй областью значение радиуса имеет, таким образом, скачок, так что при этом образуется опорная поверхность, на которую может воздействовать система зубьев бортика запрессовочной гайки. При запрессовке гайки может достигаться особенно хорошее соединение между закладной гайкой и медной токовой шиной, и теперь имеется возможность соединения с помощью материала закладной гайки, которое может воспринимать высокую силу, или, соответственно, высокий вращающий момент. Тем самым могут реализовываться соответственно короткие винтовые соединения, с помощью которых может крепиться и/или контактироваться токовая шина.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения вторая область примыкает к третьей области, при этом медная токовая шина в третьей области имеет конус, причем этот конус на границе со второй областью имеет второе значение радиуса. При этом конус может полностью распространяться по третьей области или только по некоторой части третьей области. В случае, если конус распространяется только по некоторой части третьей области, предпочтительно на границе со второй поверхностью может еще иметься цилиндрический участок постоянного радиуса, имеющего третье значение радиуса. Это, в частности, целесообразно в толстых медных токовых шинах. С помощью этой системы могут сокращаться технологические силы и повышаться сроки службы инструмента.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения вторая область примыкает к третьей области, при этом радиус ступенчатого отверстия в пределах первой, второй и третьей области в каждом случае постоянен. С помощью этой геометрии за небольшое количество шагов с применением штамповочного инструмента в медной токовой шине может просто выполняться это ступенчатое отверстие. Особенно предпочтительно при выполнении, если первая и вторая область имеют одинаковое значение радиуса, и третье значение радиуса в третьей области меньше. Только при вводе закладной гайки в первой области образуется первое значение радиуса, которое больше второго значения радиуса во второй области. В частности, постоянный радиус в третьей области придает медной токовой шине на второй поверхности особенно высокую стабильность в окружающей области, в которой крепится кабельный наконечник.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения медная токовая шина имеет толщину в пределах от 4 мм до 6 мм, при этом третья область имеет длину по меньшей мере 2 мм, при этом третье значение радиуса равно значению в пределах от 2,15 мм до 2,4 мм. Этот вариант осуществления пригоден, в частности, для применения в преобразователе тока. При этом в качестве винтового соединения находит применение соединение M4. В получаемом при этом классе мощности с геометрией ступенчатого отверстия для соединений M4 здесь это соединение может изготавливаться существенно экономичнее и надежнее по сравнению с уже известными видами соединений. Помимо этого, для изготовления соединения аналогично могут применяться и другие размеры винтов.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения медная токовая шина имеет углубление, причем в области этого углубления толщина медной токовой шины уменьшается до некоторой сокращенной толщины таким образом, что закладная гайка полностью находится в ступенчатом отверстии и углублении. При этом могут устраняться выступающие части закладной гайки и при необходимости также выступающие части винта. Это снижает риск травмирования при монтаже без создания для этого более высоких издержек при монтаже. Особенно предпочтительным оказалось, когда также винт исчезает в углублении и не выдается за него. Тем самым простым образом могут предотвращаться травмы при обращении с медной токовой шиной.
Далее изобретение описывается и поясняется подробнее на примерах осуществления, изображенных на фигурах. Показано:
фиг.1: медная токовая шина, имеющая ступенчатое отверстие;
фиг.2: контактная система, имеющая закрепленный кабельный наконечник, и
фиг.3: контактная система, имеющая углубление.
1
2
2
3
2
1
На фиг.1 показан фрагмент медной токовой шины 1, имеющей ступенчатое отверстие 2. При этом медная токовая шина 1 может иметь одно или несколько ступенчатых отверстий 2. Контур ступенчатого отверстия 2 на фигуре изображен с более толстой толщиной линии. Медная токовая шина 1 включает в себя первую поверхность 11 и вторая поверхность 12. Обычно первая поверхность 11 и вторая поверхность 12 проходят параллельно друг другу. Расстояние между двумя поверхностями 11, 12 является толщиной d медной токовой шины 1. Ступенчатое отверстие 2 распространяется сквозь внутреннюю часть медной токовой шины 1 от первой поверхности 11 ко второй поверхности 12. Для изготовления соединения с не изображенным здесь кабельным наконечником 3 в ступенчатое отверстие 2 со стороны первой поверхности 11 вводится закладная гайка 41, называемая также запрессовочной гайкой. Закладная гайка 41 своей системой зубьев, которая выработана на ее бортике, опирается на опорную поверхность 24. Опорная поверхность 24 в переходе от первой области 21 ко второй области 22 получается за счет скачка значения радиуса r с первого значения r радиуса на второе значение r радиуса. Во второй области 22 предпочтительно, если радиус по всей длине второй области 22 принимает постоянное значение, чтобы в этой второй области 22 направлять закладную гайку 41 при вставлении и центрировать в медной токовой шине 1. В первой области 21 первое значение радиуса образуется при вводе закладной гайки 41. До ввода значение радиуса в первой области может иметь другое значение, например, второе значение r радиуса. Предпочтительный выбор третьего значения r радиуса описывается подробнее с помощью фиг.2. В этом примере осуществления радиусы на протяжении каждой из отдельных областей 21, 22, 23 постоянны. Это не является обязательно необходимым, но делает возможным особенно экономичное производство путем штамповки, так как здесь нужны только простые стандартные инструменты на штамповочной машине. При этом особенно предпочтительно предусмотреть при штамповке ступенчатого отверстия в первой и второй области 21, 22 одинаковое значение радиуса, а в третьей области 23 третье значение радиуса, которое меньше второго значения r радиуса. Тогда больший радиус в первой области 21, имеющий первое значение r радиуса, получается при вводе закладной гайки 41.
2
Чтобы упростить ввод закладной гайки 41 при монтаже, уже при изготовлении ступенчатого отверстия в первой области может также предусматриваться больший радиус, чем второе значение r радиуса.
2
3
Помимо этого, можно выполнить третью область целиком или на отдельных участках в виде конуса. Этот конус образует переход от радиуса, имеющего второе значение r радиуса, на границе между второй областью 22 и третьим значением r радиуса. Причем это третье значение радиуса достигается, например, на поверхности 12 или внутри медной токовой шины, так что между конусом и поверхностью 12 присоединяется еще цилиндрический участок.
На фиг.2 показана медная токовая шина 1, имеющая введенное в ступенчатое отверстие 2 винтовое соединение 4. Медная токовая шина 1 и винтовое соединение 4 вместе с кабельным наконечником 3 представляют собой контактную систему 30. Во избежание повторов ссылаемся на описание к фиг.1 и введенные там ссылочные обозначения. Изображенное здесь винтовое соединение 4 включает в себя в этом примере осуществления закладную гайку 41, винт 42, кабельный наконечник 3, шайбу 43 и пружинное кольцо 44. С помощью этого винтового соединения 4 кабельный наконечник надежно крепится на второй поверхности 12 медной токовой шины. Но возможны и другие системы, имеющие, например, пары зажимных шайб, или имеющие простую шайбу и механическую/химическую фиксацию винта в резьбе закладной гайки. Возможны даже простые винтовые соединения без подкладных частей, или имеющие простую шайбу без дополнительной фиксации. Они возможны, в частности, тогда, когда требования экологический условий, например, связанные с вибрациями, допускают такое соединение.
3
3
3
При этом третье значение r радиуса предпочтительным образом выбирается так, чтобы винт 42 без приложения силы, в частности без прикосновения к медной стенке, мог вводиться в ступенчатое отверстие 2 от второй поверхности 12. Чем меньше значение r радиуса, тем меньше опасность, что кабельный наконечник 3 согнется или деформируется под прижимным давлением винтового соединения 4 при прилегании к частям второй поверхности 12. Таким образом, радиус в третьей области выбирается как можно меньшим, в частности маленьким по сравнению с третьим значением r радиуса, так чтобы винт 42 как раз еще мог вставляться через третью область 23. Постоянный радиус на протяжении всей третьей области 23 имеет то преимущество, что тогда медная токовая шина 1 в области кабельного наконечника 3 имеет высокую стабильность и прочность. При этом создается контакт с кабельным наконечником 3 по всей поверхности кабельного наконечника, по меньшей мере по большой части поверхности кабельного наконечника 3, так что при этом, наряду с высокой стабильностью соединения, возможны также высокие силы тока.
На фиг.3 показан один из примеров осуществления контактной системы 30, при этом медная токовая шина 1 имеет углубление 50. Это углубление 50 выполнено таким образом, что закладная гайка 41 не выдается из первой поверхности 11, на которой медная токовая шина 1 имеет толщину d. На самом углублении 50 первая поверхность сдвинута внутрь, так что медная токовая шина имеет здесь только сокращенную толщину d*, и закладная гайка 41 полностью находится в углублении 50 и ступенчатом отверстии 2. Особенно предпочтительно, помимо этого, когда винт 42 также не выдается из углубления, так как благодаря этому, например, можно избегать травм при обращении/техническом обслуживании медной токовой шины 1. Во избежание повторов ссылаемся на описание к фиг.1 и 2, а также на введенные там ссылочные обозначения.
Итак, изобретение касается медной токовой шины. Для улучшения возможности соединения с кабельным наконечником предлагается, чтобы медная токовая шина имела по меньшей мере одно ступенчатое отверстие для крепления кабельного наконечника посредством винтового соединения, причем это ступенчатое отверстие распространяется от первой поверхности медной токовой шины ко второй поверхности медной токовой шины, причем это ступенчатое отверстие имеет по меньшей мере одну первую область, вторую область и третью область, при этом первая область ступенчатого отверстия примыкает к первой поверхности, при этом радиус ступенчатого отверстия на длине второй области имеет постоянное второе значение радиуса, при этом третья область примыкает ко второй поверхности, при этом третья область по меньшей мере на второй поверхности имеет радиус, имеющий третье значение радиуса, причем это третье значение радиуса меньше, чем второе значение радиуса. Также изобретение касается контактной системы, имеющей такую медную токовую шину, а также преобразователя тока, имеющего такую медную токовую шину или такую контактную систему. Далее, изобретение касается способа изготовления такой медной токовой шины.