AT528470A1 - Verbindungselement zur Herstellung einer elektrischen Verbindung - Google Patents

Verbindungselement zur Herstellung einer elektrischen Verbindung

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AT528470A1
AT528470A1 AT505622024A AT505622024A AT528470A1 AT 528470 A1 AT528470 A1 AT 528470A1 AT 505622024 A AT505622024 A AT 505622024A AT 505622024 A AT505622024 A AT 505622024A AT 528470 A1 AT528470 A1 AT 528470A1
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Description

x bes AT 528 470 A1 2026-01-15
Ss N
Beschreibung
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verbindungselement für eine Vorrichtung zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einer wiederaufladbaren Batterie und einer Energieversorgungseinrichtung, wobei das Verbindungselement einen Verbindungsabschnitt zur elektrischen Kontaktierung einer elektrischen Verbindungsleitung zur wiederaufladbaren Batterie aufweist.
[0002] Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einer wiederaufladbaren Batterie und einer Energieversorgungseinrichtung umfassend mehrere Verbindungselemente, die jeweils einen Verbindungsabschnitt zur elektrischen Kontaktierung einer elektrischen Verbindungsleitung zur wiederaufladbaren Batterie aufweisen.
[0003] Weiter betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer wiederaufladbaren Batterie und einer Vorrichtung zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einer wiederaufladbaren Batterie und einer Energieversorgungseinrichtung.
[0004] Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Verbindungselements für eine Vorrichtung zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einer wiederaufladbaren Batterie und einer Energieversorgungseinrichtung.
[0005] Der fortschreitende Ausbau der Elektromobilität zur Reduktion der Kohlendioxid-Emissionen erfordert einen entsprechenden Ausbau an Ladeinfrastruktur. Insbesondere im Fokus sind Lademöglichkeiten, mit denen innerhalb relativ kurzer Zeit die Akkumulatoren der Fahrzeuge wieder aufgeladen werden können. Gerade im Bereich von Schwerfahrzeugen ist dies auch von wesentlicher Bedeutung für deren wirtschaftlichen Betrieb. Für diesen Zwecke sind MegawattLadesystem (MCS, Megawatt Charging System) bekannt. Es handelt sich dabei um ein Schnelllade-system für die Elektromobilität, hauptsächlich für Lastkraftwagen, das sich noch in Entwicklung befindet.
[0006] Für das Aufladen der wiederaufladbaren Batterien weisen Fahrzeuge bekanntlich eine Ladedose für die Aufnahme eines Ladesteckers des jeweiligen Ladestandards auf. In der Ladedose sind pinförmige Verbindungselemente angeordnet, die mit dem Ladestecker verbunden werden und die mit den Zellen der wiederaufladbaren Batterie verbunden sind. Nur beispielhaft sei die DE 10 2017 209 444 A1 er-wähnt, die eine Lade-Schnittstelle für ein Fahrzeug beschreibt, wobei die Lade-Schnittstelle ein Gehäuse mit einer Frontseite, zumindest zwei an der Frontseite des Gehäuses angeordnete Leistungs-Kontaktteile, über die elektrische Energie zum Laden eines elektrischen Energiespeichers des Fahrzeugs übertragen wer-den kann, umfasst, wobei die Leistungs-Kontaktteile dazu ausgebildet sind, an der Frontseite mit entsprechenden LeistungsKontaktteilen einer Schnittstelle eines Ladekabels jeweils eine elektrisch leitende Verbindung zu bilden.
[0007] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Übertragung von elektrischer Energie von einer Energieversorgungseinrichtung in einen Energie-speicher zu verbessern.
[0008] Die Aufgabe der Erfindung wird bei dem eingangs genannten Verbindungselement dadurch gelöst, dass der Verbindungsabschnitt zumindest teilweise mit einer Oberflächenstruktur versehen ist.
[0009] Die Aufgabe wird zudem mit der eingangs genannten Vorrichtung zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einer wiederaufladbaren Batterie und einer Energieversorgungseinrichtung gelöst, bei der zumindest eines der Verbindungselemente erfindungsgemäß ausgebildet ist.
[0010] Weiter wird die Aufgabe der Erfindung mit dem eingangs genannten Fahrzeug gelöst, das die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einer wiederaufladbaren Batterie und einer Energieversorgungseinrichtung aufweist.
[0011] Zudem wird die Aufgabe der Erfindung mit dem eingangs genannten Verfahren gelöst, nach dem vorgesehen ist, dass ein Pulver bereitgestellt wird, das Pulver zu einem Grünling gepresst und der Grünling gesintert wird, wobei das Verbindungs-element mit einem Verbindungsabschnitt zur elektrischen Kontaktierung einer elektrischen Verbindungsleitung zur wiederauflad-
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baren Batterie ausgebildet wird, und dieser Verbindungsabschnitt zumindest teilweise mit einer Oberflächenstruktur hergestellt wird.
[0012] Von Vorteil ist dabei, dass durch die Oberflächenstruktur die Verbundfestigkeit zwischen dem Verbindungselement und der elektrischen Verbindungsleitung zur wiederaufladbaren Batterie verbessert werden kann. Darüber hinaus kann aber insbesondere auch die Ladezeit für das Wiederaufladen der Batteriezellen verkürzt werden, da durch die größere Oberfläche im Kontaktbereich die Ladeleistung, also die pro Zeitspanne übertragbare elektrische Energie, erhöht werden kann. Durch die Oberflächenstrukturierung muss dabei die räumliche Ausdehnung des Verbindungselementes nicht verändert werden, womit keine weiteren Adaptionen zu bekannten MCS-Systemen erforderlich sind.
[0013] Zur Verbesserung dieser Effekte kann nach einer Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen sein, dass die Oberflächenstruktur durch rippenförmig und/oder pinförmige und/oder noppenförmige und/oder prismenförmige und/oder pyramidenförmige und/oder rautenförmige und/oder wabenförmige Erhebungen gebildet ist.
[0014] Im Zuge der Evaluierung der Erfindung wurde festgestellt, dass es von Vorteil ist, wenn nach einer Ausführungsvariante der Erfindung der Verbindungsabschnitt im Bereich der Oberflächenstruktur einen arithmetischen Mittenrauwert Ra nach DIN EN ISO 4287:2010 von mindestens 1,2 um und maximal 15 um aufweist. Unterhalb von 1,2 um konnte zwar eine Verbesserung Zu herkömmlichen Ladesystemen beobachtet werden, die jedoch nur bedingt für das Megawattladen geeignet war. Bei einer Oberflächenrauheit Ra von mehr als 15 um mussten zur Ausbildung der Kontaktierung mit den elektrischen Leitern zur wiederaufladbaren Batterie größere Kräfte aufgewendet werden, sodass die Vermeidung der Gefahr einer unbeabsichtigten Verformung der Kontaktabschnitte den Zugewinn an Ladeleistung überwiegt. Die Ausbildung der Oberflächenrauheit in diesem Bereich hat zudem den Vorteil, dass dieser relativ einfach werkzeugfallend hergestellt werden kann, also keine weitere mechanische Nachbearbeitung hierfür erforderlich ist.
[0015] Zur weiteren Verbesserung der Oberflächenrauheit kann nach Ausführungsvarianten der Erfindung vorgesehen sein, dass der Verbindungsabschnitt im Bereich der Oberflächenstruktur eine gemittelten Rautiefe Rz nach DIN EN ISO 4287:2010 von mindestens 10 um und maximal 25 um aufweist und/oder dass der Verbindungsabschnitt im Bereich der Oberflächenstruktur eine reduzierten Spitzenhöhe Rpk nach DIN EN ISO 13565:1998 und DIN ISO 23519:2015 von mindestens 0,8 um und maximal 4,5 um aufweist. Zudem kann damit die Ausbildung der Kontaktierung zwischen den elektrischen Leitern verbessert werden.
[0016] Letzteres kann auch mit einer Ausführungsvariante der Erfindung erreicht werden, nach der das Verbindungelement zumindest im Verbindungsabschnitt aus Kupfer oder einer Kupferlegierung mit einer Härte nach Vickers von maximal 110 HV 10 besteht.
[0017] Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Verbindungsabschnitt zumindest im Bereich der Oberflächenstruktur eine Beschichtung aufweist bzw. mit einer Beschichtung versehen wird. Es kann damit eine weitere Erhöhung der Ladeleistung erreicht werden. Andererseits kann damit aber auch die Oberflächenstruktur vor Umwelteinflüssen besser geschützt werden.
[0018] Vorzugsweise wird nach einer Ausführungsvariante dazu die Beschichtung mittels eines PVD-Verfahrens hergestellt bzw. ist eine PVD-Beschichtung. Im Zuge der durchgeführten Tests konnte nämlich festgestellt werden, dass damit keine bzw. keine wesentliche Veränderung der Oberflächenrauheit im Zuge der Herstellung der Beschichtung verursacht wird. Diese Beschichtung formt also die Oberflächenstruktur im Wesentlichen nach, Vertiefungen werden somit nicht aufgefüllt.
[0019] Zur weiteren Verbesserung der Energieübertragung kann nach einer Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen sein, dass die Beschichtung durch Silber oder eine Silberlegierung oder Aluminium oder eine Aluminiumlegierung gebildet ist.
[0020] Die Herstellung des Verbindungselements mittels eines pulvermetallurgischem Verfahren hat den Vorteil, dass gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung die Oberflächenstruktur
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zumindest teilweise während des Pressens des Pulvers zum Grünling hergestellt wird. Nachfolgende Schritte zur Bearbeitung der Oberfläche für die Ausbildung der Oberflächenstruktur können damit entfallen bzw. können reduziert werden. Allerdings ist unter Umständen eine Bearbeitung der Matrizenoberfläche zur Ausbildung der Oberflächenstruktur erforderlich, da Grünlinge und die daraus hergestellten Sinterformteile normalerweise eine sinterglatte Oberfläche ohne wesentliche Struktur aufweisen.
[0021] Alternativ oder zusätzlich zu dieser Ausführungsvariante der Erfindung kann nach einer weiteren Ausführungsvariante vorgesehen, dass die Oberflächenstruktur zumindest teilweise nach dem Sintern des Grünlings hergestellt wird, da im sinter-harten Zustand eine mechanische Bearbeitung im Vergleich zu einer Grünlingsbearbeitung hinsichtlich Ausbrüche sicherer durchzuführten ist.
[0022] Für den Fall der nachträglichen Einbringung der Oberflächenstruktur wird diese entsprechend einer weiteren Ausführungsvariante zumindest teilweise im Zuge eines Kalibrierschrittes mit einer Kalibrierform, insbesondere einer Kalibriermatrize, erzeugt, da ein Kalibrierschritt in einem Sinterverfahren zur Verbesserung der Bauteilgenauigkeit häufig eingesetzt wird. Durch die Kombination der Verfahrens-schritte kann die Herstellzeit des Verbindungselementes reduziert werden.
[0023] Zur einfacheren Ausbildung einer Oberflächenrauheit kann nach weiteren Ausführungsvarianten der Erfindung vorgesehen werden, dass ein Pulver mit einer PartikelgröRe von zumindest 45 um für die Herstellung des Grünlings eingesetzt wird und/oder dass das Pulver mit einem Druck zwischen mindestens 5 t/cm? und maximal 6,5 t/cm? zum Grünling gepresst wird.
[0024] Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
[0025] Es zeigen jeweils in stark vereinfachter, schematischer Darstellung: [0026] Fig. 1 Ein Fahrzeug in Seitenansicht;
[0027] Fig. 2 Eine Ausführungsvariante einer Vorrichtung zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einer wiederaufladbaren Batterie und einer Energieversorgungseinrichtung in Frontansicht;
[0028] Fig. 3 Die Vorrichtung nach Fig. 2 in Seitenansicht;
[0029] Fig. 4 Eine Ausführungsvariante eines Verbindungselementes;
[0030] Fig. 5 Eine andere Ausführungsvariante eines Verbindungselementes; [0031] Fig. 6 Eine Ausführungsvariante einer Oberflächenstrukturierung; [0032] Fig. 7 Eine Ausführungsvariante einer Oberflächenstrukturierung; [0033] Fig. 8 Eine Ausführungsvariante einer Oberflächenstrukturierung; [0034] Fig. 9 Eine Ausführungsvariante einer Oberflächenstrukturierung; [0035] Fig. 10 Eine Ausführungsvariante einer Oberflächenstrukturierung:
[0036] Fig. 11 Einen Ausschnitt eines Querschnitts durch eine Ausführungsvariante eines Verbindungselements.
[0037] Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.
[0038] In Fig. 1 ist ein Fahrzeug 1 gezeigt. Das Fahrzeug 1 weist einen elektrischen An-trieb mit
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zumindest einem Elektromotor 2 auf, der von einer wiederaufladbaren Batterie 3 (auch als Akkumulator bezeichenbar) mit elektrischer Energie versorgt wird. Das Fahrzeug 1 kann ein vollelektrisches Fahrzeug 1 sein, das nur den elektrischen Antrieb aufweist, oder ein Hybrid-Fahrzeug 1. Die wiederaufladbare Batterie 3 weist eine Vielzahl an miteinander in Serie und/oder parallel verbundenen Zellen, die gegebenenfalls zu Modulen zusammengefasst sind, auf.
[0039] Da diese Ausbildungen von Fahrzeugen 1 bzw. wiederaufladbaren Batterien 3 an sich bekannt sind, sei zur Vermeidung von WMederholungen bezüglich weiterer Details dazu auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen.
[0040] Das Fahrzeug 1 kann ein PKW oder insbesondere ein LKW bzw. generell ein Schwerlastfahrzeug, wie z.B. auch ein Stapler, etc., sein. Die Erfindung kann aber auch in anderen Fahrzeugen eingesetzt werden.
[0041] Das Fahrzeug 1 weist eine Vorrichtung 4 zur Herstellung einer elektrischen Ver-bindung zwischen der wiederaufladbaren Batterie 3 und einer nicht weiter dargestellten Energieversorgungseinrichtung, z.B. einer Ladestation, auf (im Folgenden nur mehr als Vorrichtung 4 bezeichnet).
[0042] Die Vorrichtung 4 ist insbesondere eine Ladebuchse, die zur Aufnahme eines nicht weiter dargestellten Ladesteckers eines Ladekabels dient. Eine Ausführungsvariante einer derartigen Vorrichtung 4 ist in den Fig. 2 und 3 gezeigt. Die gezeigte Ausführungsvariante soll aber nur beispielhaften Charakter haben. Die Vorrichtung 4 kann auch anders aussehen, insbesondere auch für unterschiedliche Ladesysteme mit unterschiedlichen Ladesteckern vorgesehen sein.
[0043] Die Vorrichtung 4 weist mehrere Verbindungselemente 5 auf. Insbesondere sind zwei Verbindungselemente 5 für das Laden mit Gleichstrom vorgesehen. Die Vor-richtung 4 kann aber auch noch weitere, auch anders gestaltete Elemente zur Her-stellung einer elektrisch leitenden Verbindung mit einem weiteren Element aufweisen.
[0044] Die Fig. 4 und 5 zeigen zwei Ausführungsvarianten eines Verbindungselementes 5. Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass beide bzw. mehrere der Verbindungselemente 5 der Vorrichtung 4 vorzugsweise gleich ausgebildet sind, sodass die folgenden Ausführungen auch auf weitere Verbindungselemente 5 der Vorrichtung 4 übertragen werden können.
[0045] Beiden Ausführungsvarianten des Verbindungselementes 5 gemein ist, dass das Verbindungselement 5 einen pinförmigen ersten Abschnitt 6 und einen Verbindungsabschnitt 7 aufweist. Der pinförmige Abschnitt 6 bildet einen ersten Endbereich des Verbindungselementes 5, der insbesondere in der Vorrichtung 4 zur elektrischen Kontaktierung mit dem Ladestecker des Ladekabels dient.
[0046] Der Verbindungsabschnitt 7 dient der Herstellung einer elektrischen Verbindung zu einer elektrischen Verbindungsleitung zur wiederaufladbaren Batterie 3 (siehe Fig. 1) um damit die elektrische Energie von der Energieversorgungseinrichtung zu den Zellen der wiederaufladbaren Batterie 3 zu übertragen. Die Verbindungsleitung kann beispielsweise ein Stromschiene 8 sein, wie dies in den Fig. 4 und 5 angedeutet ist. Die Verbindungsleitung kann aber auch anders ausgeführt sein, wobei die folgenden Ausführungen zur Stromschiene 8 auch auf die Verbindungsleitung generell anwendbar sein können.
[0047] Die Stromschiene 8 kann beispielsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen bzw. dieses Material umfassen.
[0048] Die Stromschiene 8 kann zu weiteren Stromschienen führen, die mit den Zellen der wiederaufladbaren Batterie 3 verbunden sind.
[0049] Der Verbindungsabschnitt 7 bildet vorzugsweise den entlang einer Längsmittel-achse 9 durch das Verbindungselement 5 dem ersten Endbereich gegenüberliegenden Endbereich des Verbindungselements 5. Der Verbindungsabschnitt 7 kann aber auch an einer anderen Stelle des Verbindungselements 5 angeordnet sein.
[0050] Der Verbindungsabschnitt 7 weist vorzugsweise eine ebene Verbindungsfläche 10 auf.
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Beispielsweise kann der Verbindungsabschnitt 7 quader- oder würfelförmig ausgebildet sein. Die Verbindungsabschnitt 7 kann aber auch eine andere geometrische Form aufweisen. Ebenso besteht die Möglichkeit, dass anstelle einer ebenen Verbindungsfläche 10 für die Anlage der Stromschiene 8 der Verbindungsabschnitt 7 eine anders geartete Verbindungsfläche 10 hierfür aufweist. In diesem Fall kann die Stromschiene 8 entsprechend angepasst werden.
[0051] Wie aus dem Vergleich der Fig. 4 und 5 ersichtlich ist, besteht die Möglichkeit das die Verbindungsfläche 10 in Richtung der Längsmittelachse 9 verlaufend (Fig. 4) oder senkrecht dazu verlaufend und die Stirnfläche des Verbindungselements 5 bildend (Fig. 5), angeordnet ist, sodass die Stromschiene 8 unterschiedlich mit dem Verbindungselement 5 verbunden werden kann.
[0052] Generell kann die Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen dem Verbindungselement 5 und der Stromschiene 8 stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig und bevorzugt auch formschlüssig erfolgen. Der Verbindungsabschnitt 7 kann hierfür beispielsweise Ausnehmungen 11 bzw. Durchbrüche aufweisen.
[0053] Der Formschluss ist vorzugsweise als Mikroformschluss ausgebildet.
[0054] Es ist vorgesehen, dass der Verbindungsabschnitt 7 zumindest teilweise mit einer Oberflächenstruktur 12 (z.B. Fig. 6) versehen ist. Die Oberflächenstruktur 12 ist zumindest auf der Verbindungsfläche 10 ausgebildet. Über diese Oberflächen-struktur 12 kann der gegebenenfalls ausgebildete Formschluss, insbesondere der Mikroformschluss, zwischen dem Verbindungselement 5 und der Stromschiene 8 hergestellt werden.
[0055] In den Fig. 6 bis 10 sind verschiedene Ausführungen der Oberflächenstruktur 12 gezeigt. Diese Ausführungen sollen aber nicht beschränkend für die Erfindung verstanden werden. Es können auch hierzu unterschiedliche Oberflächenstrukturen 12 auf der Verbindungsfläche 10 ausgebildet bzw. vorgesehen werden.
[0056] Die Oberflächenstruktur 12 der Verbindungsfläche 10 kann beispielsweise durch pinförmige und/oder prismenförmige und/oder pyramidenförmige und /oder noppenförmige (Fig. 6) und/oder pfeilförmige (Fig. 7) und/oder rippenförmige (Fig. 8) und/oder netzförmige (teilweise strichliert in Fig. 8) und/oder wellenförmige (Fig. 9) und/oder rautenförmige (Fig. 10) und/oder wabenförmige Erhebungen 13 gebildet sein. Anstelle von Erhebungen oder zusätzlich dazu können in der Verbindungsfläche 10 Vertiefungen ausgebildet sein.
[0057] Die Erhebungen 13 bzw. Vertiefungen können mit Querschnittsverjüngung ausgebildet sein. Beispielsweise können die noppenförmigen oder pinförmigen Erhebungen 13 kegelförmige oder kegelstumpfförmig ausgebildet sein. Die rippenförmigen Erhebungen 13 können schneidenförmig oder mit einem trapezförmigen Querschnitt ausgebildet sein. Andere Formen einer Querschnittsverjüngung sind ebenfalls möglich, auch asymmetrische.
[0058] In der bevorzugten Ausführungsvariante weist der Verbindungsabschnitt 7 im Be-reich der Oberflächenstruktur 12 einen arithmetischen Mittenrauwert Ra nach DIN EN ISO 4287:2010 von mindestens 1,2 um und maximal 15 um, insbesondere von mindestens 2,0 um und maximal 6 Um, auf.
[0059] Es kann weiter vorgesehen sein, dass der Verbindungsabschnitt 7 im Bereich der Oberflächenstruktur 12 eine gemittelten Rautiefe Rz nach DIN EN ISO 4287:2010 von mindestens 10 um und maximal 25 um, insbesondere von mindestens 13 um und maximal 20 um aufweist und/oder dass der Verbindungsabschnitt 7 im Bereich der Oberflächenstruktur 12 eine reduzierte Spitzenhöhe Rpk nach DIN EN ISO 13565:1998 und DIN ISO 23519:2015 von mindestens 0,8 Um und maximal 4,5 um aufweist.
[0060] Das Verbindungselement 5 kann gemäß einer Ausführungsvariante aus Kupfer oder eine Kupferlegierung bestehen. Zur Vereinfachung der Ausbildung des Mikroformschlusses zur Stromschiene 8 kann dabei vorgesehen sein, dass das Verbindungselement 5 zumindest im Bereich der Verbindungsfläche 10 bzw. des Verbindungsabschnittes 7 eine Härte nach Vickers von maximal 110 HV 10, insbesondere maximal 90 HV 10, aufweist. Das Verbindungselement 5 kann im
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Bereich der Verbindungsfläche 10 bzw. des Verbindungsabschnittes 7 eine Härte nach Vickers von mindestens 30 HV 5 aufweisen. Die Stromschiene 8 kann in dieser Ausführungsvariante eine höhere Härte aufweisen, als der Verbindungsabschnitt 7, vorzugsweise eine um zumindest 10 % höhere Härte als der Verbindungsabschnitt 7, bezogen auf die Härte des Verbindungsabschnitts 7. Es ist auch die umgekehrte Ausführungsvariante möglich, nach der die Härteverhältnisse umgekehrt sind, dass also der Verbindungsabschnitt 7 eine höhere Härte aufweist als die Stromschiene 8, vorzugsweise eine um zumindest 10 % höhere Härte als die Stromschiene 8, bezogen auf die Härte der Stromschiene 8.
[0061] In Fig. 11 ist ein Ausschnitt einer weiteren Ausführungsvariante des Verbindungs-elementes 5 im Querschnitt und im Bereich der Oberflächenstruktur 12 dargestellt. Bei dieser Ausführungsvariante weist der Verbindungsabschnitt 7 zumindest im Bereich der Oberflächenstruktur 12 eine Beschichtung 14 auf. Vorzugsweise weist die Beschichtung eine elektrische Leitfähigkeit auf, die zumindest gleich oder höher ist als die elektrische Leitfähigkeit des Verbindungselementes 5 im Verbindungsabschnitt 7. Dazu kann die Beschichtung 14 beispielsweise aus Silber oder einer Silberlegierung gebildet sein.
[0062] Die Beschichtung 14 kann auch aus einem anderen Werkstoff bestehen, wie beispielsweise aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung. Es sind auch andere Beschichtungswerkstoffe einsetzbar, wobei diese jedoch elektrisch leitfähig sein sollten.
[0063] Die Beschichtung 14 kann mit unterschiedlichsten Verfahren aufgebracht werden. In der bevorzugten Ausführungsvariante wird die Beschichtung 14 jedoch mit einem PVD-Verfahren (Physical Vapour Deposition) auf der Verbindungsfläche 10 im Bereich der Oberflächenstruktur 12 abgeschieden. Dies hat den Vorteil, dass die Beschichtung 14 die Oberflächenstruktur 12 zumindest annähernd nachformt, wie dies in Fig. 11 gezeigt ist. Dadurch kann auch die beschichtete Oberflächen-struktur 12 die voranstehend genannte Oberflächenrauigkeit aufweisen.
[0064] Zur Herstellung der Beschichtung 14 kann die zu beschichtende Oberfläche vorab gereinigt werden. Dies kann z.B. (gegebenenfalls nach einer mechanischen Reinigung und/oder einer Reinigung durch Waschen) durch ein sogenanntes Sputter-Cleaning erfolgen. Dabei kann an das Verbindungselement 5 eine Biasspannung zwischen -200 V und -1000 V angelegt werden. Das Sputter-Cleaning erfolgt vorzugsweise in einer Argon-Atmosphäre bei einem Druck zwischen 5x10-4 mbar bis 1x10-1 mbar mit einer gepulsten Spannung mit einer Frequenz ausgewählt aus einem Bereich zwischen 50 kHz und 500 kHz. Diese Reinigung kann über eine Zeitspanne zwischen 5 Minuten und 120 Minuten erfolgen.
[0065] Es ist auch möglich, auf dieses Sputter-Cleaning zu verzichten und das Verbindungselement 5 nur einer mechanischen Reinigung und/oder einer Reinigung durch Waschen zu unterziehen.
[0066] Danach erfolgt die Abscheidung der Beschichtung 14. Dazu kann an das Verbindungselemente 5 eine Spannung angelegt werden, die ausgewählt ist aus einem Bereich von 0 V bis 150 V. Die Abscheidung kann zumindest teilweise mit einer gepulsten Spannung mit einer Frequenz ausgewählt aus einem Bereich zwischen 50 kHz und 500 kHz und/oder zumindest teilweise mit einer Gleichspannung erfolgen. Die Zeit der Abscheidung richtet sich nach der gewünschten Schichtdicke. Die Abscheidung kann wieder in einer Argon-Atmosphäre bei einem Druck zwischen 5x10-4 mbar und 1x10-2 mbar und einer Temperatur zwischen 20 °C bis 280 °C sowie mit einer Spannung an den Targets von 200 V bis 1000 V erfolgen.
[0067] Vorzugsweise weist die Beschichtung 14 eine Schichtdicke 15 zwischen 8 um und 18 um auf.
[0068] Das Verbindungselement 5 wird vorzugswiese mittels eines pulvermetallurgischen Verfahrens, insbesondere eines Sinterverfahrens, hergestellt. Das Verfahren um-fasst die Schritte Bereitstellen eines Pulvers, Pressen des Pulvers zu einem Grünling und Sintern des Grünlings. Da pulvermetallurgische Verfahren an sich bekannt sind, sei bezüglich Einzelheiten dazu auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen.
[0069] Zur Ausbildung der Oberflächenstruktur 12 kann nach einer Ausführungsvariante des Ver7117
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fahrens vorgesehen werden, dass die Oberflächenstruktur 12 zumindest teilweise während des Pressens des Pulvers zum Grünling hergestellt wird. Für das Pulverpressen kann insbesondere eine Matrize verwendet werden. Diese Matrize kann in einem Abschnitt des Matrizenmantels, in dem der Verbindungsabschnitt 7 ausgebildet wird, mit einer entsprechenden Negativform der Oberflächen-struktur 12 ausgebildet sein, um ein Verbindungselement 5 gemäß Fig. 4 herzustellen. Zur Ausbildung der Oberflächenstruktur 12 auf der axialen Stirnfläche entsprechend dem Verbindungselement 5 nach Fig. 5, kann der Stempel die Negativ-form für die Ausbildung der Oberflächenstruktur 12 aufweisen, mit dem das Pulver in der Matrize gepresst wird. Der Stempel kann der Unterstempel oder vorzugs-weise der Oberstempel der Presseinrichtung zur Herstellung des Grünlings sein. Die Ausbildung der Negativform der Oberflächenstruktur 12 am Oberstempel hat den Vorteil der genaueren Ausbildung der Oberflächenstruktur 12 bei geringeren Pressdrücken.
[0070] Ein Verfahrensschritt der häufig in pulvermetallurgischen Verfahren angewandt wird, ist das sogenannte Kalibrieren. Das Kalibrieren ist ein Verfahrensschritt, der der Erhöhung der Maßgenauigkeit eines Sinterbauteils dient. Dazu wird das Sinterbauteil in einem Kalibrierwerkzeug einem Druck ausgesetzt, sodass das Sinter-bauteil an Stellen mit höherer Ungenauigkeit weiter verdichtet und/oder (im Mikro-maßstab) umgeformt wird. Für die zumindest teilweise Ausbildung oder die gänzliche Ausbildung der Oberflächenstruktur 12 im Kalibrierschritt kann das Kalibrierwerkzeug, wie beispielsweise eine Kalibriermatrize oder ein Kalibrierstempel, mit der entsprechenden Negativform der Oberflächenstruktur 12 ausgebildet sein.
[0071] Generell kann die Oberflächenstruktur 12 nach dem Sintern hergestellt werden, also nicht nur während im Zuge eines Kalibrierschrittes. Die Oberflächenstruktur 12 kann durch mechanisches Bearbeiten der Verbindungsfläche 10 erfolgen, wie beispielsweise durch Schleifen oder Raspeln. Die Oberflächenstruktur 12 kann aber auch in einem von einem Kalibrierwerkzeug verschiedenen Presswerkzeug hergestellt werden.
[0072] Für die Ausbildung der Rauigkeit der Verbindungsfläche 10 mit den voranstehend genannten Werten kann es gemäß Ausführungsvarianten von Vorteil sein, wenn ein Pulver mit einer Partikelgröße von zumindest 45 um, insbesondere zwischen 45 um und 450 um, für die Herstellung des Grünlings eingesetzt wird, und/oder wenn das Pulver mit einem Druck zwischen mindestens 5 t/cm? und maximal 6,5 t/cm? zum Grünling gepresst wird.
[0073] Wie bereits voranstehend ausgeführt, kann die Oberflächenstruktur 12 mit der Be-schichtung 14 versehen werden. Diese wird nach dem Sintern und nach einem gegebenenfalls durchzuführenden Kalibrieren aufgebracht. Es ist jedoch alternativ dazu auch möglich, die Beschichtung 14 bereits auf den Grünling aufzubringen. In diesem Fall können beim Sintern auch Mischphasen erzeugt werden, die Bestandteile sowohl der Beschichtung 14 als auch der Werkstoffes des Grünlings aufweisen. Die Beschichtung 14 kann damit nicht nur eine andere Zusammensetzung aufweisen, sondern es kann damit auch die Haftfestigkeit der Beschichtung 14 auf dem Grünling verbessert werden. Letzteres kann u.U. auch durch die Porosität des Grünlings bewirkt werden.
[0074] Die Ausführungsbeispiele zeigen bzw. beschreiben mögliche Ausführungsvarianten, wobei auch Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind.
[0075] Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus das Fahrzeug 1, Verbindungselement 5 und die Oberflächenstruktur 12 nicht notwendigerweise maßstäblich dargestellt sind.
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Ss N 8
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Fahrzeug 2 Elektromotor 3 Batterie
4 Vorrichtung
5 Verbindungselemente 6 Abschnitt
7 Verbindungsabschnitt 8 Stromschiene
9 Längsmittelachse
10 Verbindungsfläche
11 Ausnehmung
12 Oberflächenstruktur 13 Erhebung
14 Beschichtung
15 Schichtdicke
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Ss N
Patentansprüche
1. Verbindungselement (5) für eine Vorrichtung (4) zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einer wiederaufladbaren Batterie (3) und einer Energieversorgungseinrichtung, wobei das Verbindungselement (5) einen Verbindungsabschnitt (7) zur elektrischen Kontaktierung einer elektrischen Verbindungsleitung zur wiederaufladbaren Batterie (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (7) zumindest teilweise mit einer Oberflächenstruktur (12) versehen ist.
2. Verbindungselement (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur (12) durch rippenförmig und/oder pinförmige und/oder noppenförmige und/oder prismenförmige und/oder pyramidenförmige und/oder rautenförmige und/oder wabenförmige Erhebungen (13) gebildet ist.
3. Verbindungselement (5) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (7) im Bereich der Oberflächenstruktur (12) einen arithmetischen Mittenrauwert Ra nach DIN EN ISO 4287:2010 von mindestens 1,2 um und maximal 15 um aufweist.
4. Verbindungselement (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (7) im Bereich der Oberflächenstruktur (12) eine gemittelten Rautiefe Rz nach DIN EN ISO 4287:2010 von mindestens 10 um und maximal 25 um aufweist.
5. Verbindungselement (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (7) im Bereich der Oberflächenstruktur (12) eine reduzierten Spitzenhöhe Rpk nach DIN EN ISO 13565:1998 und DIN ISO 23519:2015 von mindestens 0,8 Um und maximal 4,5 um aufweist.
6. Verbindungselement (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungelement (5) zumindest im Verbindungsabschnitt (7) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung mit einer Härte nach Vickers von maximal 110 HV 10 besteht.
7. VWVerbindungselement (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (7) zumindest im Bereich der Oberflächenstruktur (12) eine Beschichtung (14) aufweist.
8. Verbindungselement (5) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (14) eine PVD-Beschichtung ist.
9. Verbindungselement (5) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (14) durch Silber oder eine Silberlegierung oder Aluminium oder eine Aluminiumlegierung gebildet ist.
10. Vorrichtung (4) zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einer wiederaufladbaren Batterie (3) und einer Energieversorgungseinrichtung umfassend mehrere Verbindungselemente (5), die jeweils einen Verbindungsabschnitt (7) zur elektrischen Kontaktierung einer elektrischen Verbindungsleitung zur wiederaufladbaren Batterie (3) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Verbindungselemente (5), insbesondere mehrere Verbindungselemente (5), nach einem der Ansprüche 1 bis 9 gebildet ist.
11. Fahrzeug (1) mit einer wiederaufladbaren Batterie (3) und einer Vorrichtung (4) zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen der wiederaufladbaren Batterie (3) und einer Energieversorgungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, die Vorrichtung (4) zur Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen der wiederaufladbaren Batterie (3) und der Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 10 ausgebildet ist.
12. Verfahren zur Herstellung eines Verbindungselements (5) für eine Vorrichtung (4) zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einer wiederaufladbaren Batterie (3) und einer Energieversorgungseinrichtung, umfassend die Verfahrensschritte:
- Bereitstellen eines Pulvers, - Pressen des Pulvers zu einem Grünling,
- Sintern des Grünlings, wobei das Verbindungselement (5) mit einem Verbindungsabschnitt (7) zur elektrischen Kontaktierung einer elektrischen Verbindungsleitung zur wiederaufladbaren Batterie (3) ausgebildet wird, und dieser Verbindungsabschnitt (7) zumindest teilweise mit einer Oberflächenstruktur (12) hergestellt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur (12) zumindest teilweise während des Pressens des Pulvers zum Grünling hergestellt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur (12) zumindest teilweise nach dem Sintern des Grünlings hergestellt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (5) nach dem Sintern kalibriert wird, und dass die Oberflächenstruktur (12) zumindest teilweise während des Kalibrierens hergestellt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Pulver mit einer Partikelgröße von zumindest 45 um für die Herstellung des Grünlings eingesetzt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver mit einem Druck zwischen mindestens 5 cm? und maximal 6,5 t/cm? zum Grünling gepresst wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (7) zumindest im Bereich der Oberflächenstruktur (12) mit einer Beschichtung (14) versehen wird.
19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (14) mit einem PVD-Verfahren hergestellt wird.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (18)

x bes AT 528 470 A1 2026-01-15 Ss N Neue Patentansprüche
1. Verbindungselement (5) für eine Vorrichtung (4) zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einer wiederaufladbaren Batterie (3) und einer Energieversorgungseinrichtung, wobei das Verbindungselement (5) einen Verbindungsabschnitt (7) zur elektrischen Kontaktierung einer elektrischen Verbindungsleitung zur wiederaufladbaren Batterie (3) aufweist, wobei weiter der Verbindungsabschnitt (7) zur Ausbildung eines Mikroformschluss zumindest teilweise mit einer Oberflächenstruktur (12) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (5) für eine Vorrichtung (4) in Form einer Ladebuchse zur Aufnahme eines Ladesteckers vorgesehen ist und dazu einen pinförmigen ersten Abschnitt (6) aufweist, der einen ersten Endbereich zur elektrischen Kontaktierung mit dem Ladestecker eines Ladekabels bildet, und dass die Oberflächenstruktur (12) zur Ausbildung des Mikroformschlusses einen arithmetischen Mittenrauwert Ra nach DIN EN ISO 4287:2010 von mindestens 1,2 um und maximal 15 um aufweist.
2. Verbindungselement (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur (12) durch rippenförmig und/oder pinförmige und/oder noppenförmige und/oder prismenförmige und/oder pyramidenförmige und/oder rautenförmige und/oder wabenförmige Erhebungen (13) gebildet ist.
3. Verbindungselement (5) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (7) im Bereich der Oberflächenstruktur (12) eine gemittelten Rautiefe Rz nach DIN EN ISO 4287:2010 von mindestens 10 um und maximal 25 um aufweist.
4. Verbindungselement (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (7) im Bereich der Oberflächenstruktur (12) eine reduzierten Spitzenhöhe Rpk nach DIN EN ISO 13565:1998 und DIN ISO 23519:2015 von mindestens 0,8 Um und maximal 4,5 um aufweist.
5. Verbindungselement (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungelement (5) zumindest im Verbindungsabschnitt (7) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung mit einer Härte nach Vickers von maximal 110 HV 10 besteht.
6. Verbindungselement (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (7) zumindest im Bereich der Oberflächenstruktur (12) eine Beschichtung (14) aufweist.
7. VWVerbindungselement (5) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (14) eine PVD-Beschichtung ist.
8. Verbindungselement (5) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (14) durch Silber oder eine Silberlegierung oder Aluminium oder eine Aluminiumlegierung gebildet ist.
9. Vorrichtung (4) in Form einer Ladebuchse zur Aufnahme eines Ladesteckers, zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einer wiederaufladbaren Batterie (3) und einer Energieversorgungseinrichtung umfassend mehrere Verbindungselemente (5), die jeweils einen Verbindungsabschnitt (7) zur elektrischen Kontaktierung einer elektrischen Verbindungsleitung zur wiederaufladbaren Batterie (3) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Verbindungselemente (5), insbesondere mehrere Verbindungselemente (5), nach einem der Ansprüche 1 bis 8 gebildet ist.
10. Fahrzeug (1) mit einer wiederaufladbaren Batterie (3) und einer Vorrichtung (4) in Form einer Ladebuchse zur Aufnahme eines Ladesteckers zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen der wiederaufladbaren Batterie (3) und einer Energieversorgungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, die Vorrichtung (4) zur Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen der wiederaufladbaren Batterie (3) und der Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 9 ausgebildet ist.
11. Verfahren zur Herstellung eines Verbindungselements (5) für eine Vorrichtung (4) in Form
ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
AT 528 470 A1 2026-01-15
einer Ladebuchse zur Aufnahme eines Ladesteckers zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einer wiederaufladbaren Batterie (3) und einer Energieversorgungseinrichtung, umfassend die Verfahrensschritte:
- Bereitstellen eines Pulvers,
- Pressen des Pulvers zu einem Grünling,
- Sintern des Grünlings, wobei das Verbindungselement (5) mit einem pinförmigen ersten Abschnitt (6), der einen ersten Endbereich zur elektrischen Kontaktierung mit dem Ladestecker eines Ladekabels bildet, und einem Verbindungsabschnitt (7) zur elektrischen Kontaktierung einer elektrischen Verbindungsleitung zur wiederaufladbaren Batterie (3) ausgebildet wird, und dieser Verbindungsabschnitt (7) zur Ausbildung eines Mikroformschlusses zumindest teilweise mit einer Oberflächenstruktur (12) hergestellt wird, die einen arithmetischen Mittenrauwert Ra nach DIN EN ISO 4287:2010 von mindestens 1,2 um und maximal 15 um aufweist...
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur (12) zumindest teilweise während des Pressens des Pulvers zum Grünling hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur (12) zumindest teilweise nach dem Sintern des Grünlings hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (5) nach dem Sintern kalibriert wird, und dass die Oberflächenstruktur (12) zumindest teilweise während des Kalibrierens hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Pulver mit einer Partikelgröße von zumindest 45 um für die Herstellung des Grünlings eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver mit einem Druck zwischen mindestens 5 cm? und maximal 6,5 t/cm? zum Grünling gepresst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (7) zumindest im Bereich der Oberflächenstruktur (12) mit einer Beschichtung (14) versehen wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (14) mit einem PVD-Verfahren hergestellt wird.
ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE
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