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Die Integration des hochleistungfähigen Planar-Transformers in Busbars verbessert die Energieeffizienz.
Die Busbars sind 3D-anpassbar und lassen sich wellenlöten.
Die Busbars sind eine energieeffiziente Alternative für höhere Stromstärken. Zu den Applikationen zählen Elektro- und Hybridautos, Solarinverter sowie variablen Frequenzlaufwerke.
Den hauptsächlichen Absatzmarkt sieht die Rogers Corporation im Bereich des Schienenverkehrs, wo Busbars eine garantierte Lebensdauer von mindestens 20 Jahren haben müssen.
„Die Ro-Linx-Power-Circuit-Busbars bringen es auf eine 40-jährige Laufzeit“, erläutert Koen Hollevoet, Produktmanager der Rogers Corporation in Gent, Belgien.

Stromführungsschienen (Busbars) sind Energieautobahnen: sie sichern den Stromfluss zwischen der Energiequelle und den Kondensatoren, Widerständen, integrierten Schaltkreisen, bipolaren Transistoren oder kompletten Modulen. In jüngster Vergangenheit leiden Busbars allerdings zunehmend unter den wachsenden Leistungsansprüchen. Immer höhere Stromstärken werden verlangt, dabei kommt es parallel zu einer gesteigerten Belastung für die Schaltkreise, wodurch Wärme entsteht. Diese wird in den gängigen Printed Circuit Boards (PCB), durch diverse Schichten und Leiter geradezu eingeschlossen, was zu Schäden am Material führen kann.

Die Rogers Corporation entwickelte daher die Ro-Linx-Power-Circuit-Busbars. Die Modell in der Ro-Linx-Busbars-Reihe ist von einem dünnen Isolationsfilm umhüllt. So lässt sich die durch elektrische Belastung entstehende Wärme einfach und schnell abgeben. Dieses positive Thermalmanagement der Power-Circuits führt zu einer Verdoppelung der Lebensdauer.

Auf gutes Material setzen

Auf einen Blick

Hohe Stromstärken belasten den Stromkreis. Die Folge: unerwünschte Wärme entsteht. Die Ro-Linx-Busbars sind clever konzipiert; sie hüllen sich in einen dünnen Isolationsfilm ein. So können sie die Wärme schnell und einfach loswerden. Und diese Eigenschaft verhilft den Bausteinen außerdem zu einem deutlich längeren Leben.

Die maximale Dicke des Kupfers beträgt bei PCB lediglich 400 μm, wodurch sie nur bis zu einer Stromstärke von 100 A einsetzbar sind. Standard-Stromführungsschienen haben dagegen eine Kupferdicke von  mindestens 800 μm und sind ab einer Stromstärke von 500 A rentabel. Dadurch ergibt sich eine Lücke zwischen 100 und 500 A, die weder von PCB noch Standard-Busbars optimal bedienen können. Gleiches gilt für Kupferstärken zwischen 400 und 800 μm.

Zum Überbrücken entwickelte Rogers die Ro-Linx-Power-Circuit-Busbars, die sich exakt in diesen Bereichen einsetzen lassen. Damit sind sie zum einen eine Variante für die verstärkte Nachfrage nach höheren Stromstärken und sie richten sich zum anderen an der wachsenden Sensibilität für Energieeffizienz auf Grund steigender Preise aus. Die Power Circuits eignen sich für Elektro- und Hybridautos zur Elektrizitätsumwandlung, in Solarinvertern sowie variablen Frequenzlaufwerken.

Integrieren von Planar-Transformern

Betreffend ihrer 3D-Einsatzfähigkeit stoßen PCBs an ihre Grenzen. Aufgrund ihres flachen Designs ist es teuer und aufwändig, sie mit zusätzlichen Komponenten auszustatten, weshalb diese Variante der Stromführungsschienen nicht in großen Stückzahlen in die Produktion geht. Dies wäre elektrisch ineffizient. Die Busbars der Rogers Corporation sind auf 3D-Anpassungen ausgelegt.

Koen Hollevoet, Produkt Manager der Rogers Corporation in Gent, Belgien erläutert: „Die Ro-Linx-Power-Circuit-Busbar ist sozusagen ein All-in-One-Produkt, bei dem keine weiteren Ableiterteile angebaut werden müssen. Dadurch können zusätzliche Verbindungen vermieden werden, die sonst Anschlussausfälle und Fehlerrisiken in der Produktion sowie bei der Anwendung begünstigen würden.“ Proportional zur Anzahl an Verbindungen lassen sich damit auch die Anzahl der Kontaktwiderstände halten, was die Anzahl der Wärmequellen und die Produktionskosten senkt. Gleiches gilt für die Anbindung der Stromführungsschienen an Hochleistungskomponenten.

„Hier wird in der Regel verschraubt, was einiges an Arbeitszeit kostet. Power-Circuits können auch maschinell durch Wellenlöten verbunden werden“, erklärt Hollevoet. „Dies ist ein ausschlaggebender Kostenfaktor, der bei der Massenproduktion den Unterschied in der Wettbewerbsfähigkeit machen kann.“

In drei Dimensionen anpassbar

Die 3D-Anpassbarkeit ermöglicht außerdem die Integration weiterer Anwendungen innerhalb eines Stromkreises. „Dabei sind wir oft mit Herausforderungen wie heißen Stellen auf Grund von Kontaktwiderständen und extremen Stromdichten oder der begrenzten mechanischen Fläche konfrontiert. Diese treten dort auf, wo der Sekundär-Circuit mit der hohen Stromstärke der Transformatoren an ein Circuit mit einer Stromstärke zwischen 100 und 300 Ampere angeschlossen werden muss, wie es oft in DC/DC-Wandlern von Elektrofahrzeugen geschieht,“ so Koen Hollevoet.

Es besteht die Möglichkeit, den Planar-Transformer im Ro-Linx-Busbar zu integrieren. Da der Wandler nicht aufgeschraubt oder gelötet werden muss, wird Kontaktverlust vermieden. Außerdem hat die Integration in den Power-Circuit wiederum einen positiven Effekt auf das Thermalmanagement des Transformators. Denn an sich ist dieser nicht ausreichend wärmeleitfähig. Durch seine Verbindung mit dem Power-Circuit und damit einer größeren Fläche wird die Kühlung der Konvektion unterstützt. So begünstigen sowohl der Transformator als auch der Power Circuit selbst das gute Wärmemanagement, das die Lebensdauer von Stromführungsschienen verlängert und dafür sorgt, dass diese dabei so energieeffizient wie möglich arbeiten.