CH695077A5

CH695077A5 - Polverbinder.

Info

Publication number: CH695077A5
Application number: CH00967/01A
Authority: CH
Inventors: Sylvain Schielly
Original assignee: Multi Holding Ag
Priority date: 2001-05-23
Filing date: 2001-05-23
Publication date: 2005-11-30

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der elektrischen Verbindungstechnik. Sie betrifft einen Polverbinder gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solcher Polverbinder ist z.B. aus der Druckschrift US-A-5 662 497 bekannt Stand der Technik

Bei der Zusammenstellung von einzelnen Batterie- oder Brennstoffzellenmodulen zu grösseren Einheiten besteht die Notwendigkeit, die beiden Pole der Module, die meist parallel zueinander aus einer Ebene senkrecht nach oben herausstehen (oder auch versenkt angeordnet sind), nach einem vorgegebenen Schema untereinander zu verbinden. Diese Verbindung kann je nach Art der elektrischen Schaltung als Parallelverbindung (zwischen allen Polen derselben Polarität; Stromsummation) oder als Serieverbindung (alternierend zwischen jeweils benachbarten Polen unterschiedlicher Polarität; Spannungssummation) ausgebildet sein.

Können die einzelnen Module so untereinander verbunden werden, dass zugleich mit der elektrischen Verbindung auch die Lage der Module zueinander mechanisch fixiert wird, lässt sich die Verbindung auf einfache Weise über elektrisch leitende, mechanisch starre Metallstreifen herstellen, wie dies in der US-A-6 097 173 beschrieben ist. Der elektrische Kontakt zwischen den Polen und den Metallstreifen wird dabei durch auf die Polgewinde aufschraubbare Polmuttern hergestellt.

Eine vergleichbare starre Verbindung ist auch in der US-A-5 886 501 offenbart, wobei dort zur Kontaktgabe mit dem Metallstreifen stoffschlüssig verbundene Buchsenkörper vorgesehen sind, in welche mit Lamellen versehene Kontaktkörper eingesetzt sind.

Nachteilig ist bei diesen bekannten Polverbindern, dass sie nicht in den Anwendungsfällen einsetzbar sind, in denen der Abstand zwischen den zu verbindenden Polen schwankt oder innerhalb gewisser Grenzen veränderlich ist (Toleranzaufnahme). Es ist deshalb in der eingangs genannten Druckschrift US-A-5 662 497 bereits ein Polverbinder vorgeschlagen worden, der zwei bogenförmige, auf die Pole aufsteckbare Endstücke umfasst, die durch einen Verbindungsstab miteinander verbunden sind, der an beiden Enden in den horizontalen Abschnitten der Bogenstücke verschiebbar gelagert ist. Durch die verschiebbare Lagerung des Verbindungsstabes passt sich der Polverbinder in gewissen Grenzen leicht an unterschiedliche Polabstände an.

Mit dieser Lösung lassen sich Toleranzen in den Abständen der zu verbindenden Pole ohne Schwierigkeiten ausgleichen. Nachteilig ist bei dieser Lösung allerdings einerseits der erhebliche technisch-konstruktive Aufwand: Die Bogenstücke sind ir der Herstellung aufwendig und es werden pro Polverbinder wenigstens vier spezielle Kontaktbuchsen sowie ein zusätzlicher Verbindungsstab benötigt. Darüber hinaus ergeben sich durch die verschiebbare Lagerung des Verbindungsstabes zusätzliche Kontaktstellen, die aufgrund möglicher Verschmutzung und/oder Abrieb funktionelle Schwachstellen darstellen. Darstellung der Erfindung

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Polverbinder zu schaffen, der sich hinsichtlich der Verbindungslänge in einem gewissen Längenbereich leicht anpasst (Toleranzaufnahme) und einfach und funktionssicher aufgebaut ist.

Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, für die Verbindung einen (elastisch oder plastisch) biegsamen, einstückigen Streifen aus einem elektrisch leitenden Material einzusetzen, an dem zugleich die Buchsenteile angeformt sind. Ist der Streifen im Ausgangszustand gerade, kann er zur Anpassung an kleinere Polabstände gebogen werden. Ist der Streifen im Ausgangszustand bereits gekrümmt, kann er zur Anpassung an grössere Polabstände gestreckt und zur Anpassung an kleinere Polabstände noch stärker gekrümmt werden. Ist der Streifen aus einem elastisch biegbaren, federnden Material, erfolgt die Krümmung bzw. Streckung weitgehend elastisch. Ist der Streifen dagegen aus einem plastisch verformbaren Material wie z.B. Cu, kann die Krümmung bzw. Streckung überwiegend plastisch erfolgen.

Bei elastischen Streifen ist zu beachten, dass sie bei Aenderung ihrer Krümmung Kräfte in der Verbindungsrichtung der beiden Pole auf diese ausüben. Durch den Einsatz von Streifen lässt sich durch Wahl einer geeigneten Streifenbreite leicht ein ausreichend grosser Leitungsquerschnitt für den Transport hoher Ströme bereitstellen, wie sie bei Fahrzeugbatterien und dgl. auftreten.

Die Anpassung des Verbindungsstückes an unterschiedliche Polabstände lässt sich besonders einfach und sicher bewirken, wenn gemäss einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung das Verbindungsstück relativ zur Ebene hochkant angeordnet und in der Ebene biegsam ausgebildet ist.

Dabei ist eine Anpassung an grössere und kleiner Abstände möglich, wenn das Verbindungsstück zwischen den Buchsenkörpern in der Ebene einen Bogen beschreibt.

Es ist aber auch denkbar, das Verbindungsstück in der Ebene liegend anzuordnen. Dies kann beispielweise durch eine spezielle Falttechnik nach Art der "Origami"-Falttechnik geschehen. Hierdurch lässt sich erreichen, dass die Buchsenkörper aus der Ebene des Verbindungsstücks herausragen. Entsprechend kann ein solcher Polverbinder für die Verbindung von versenkten Polen eingesetzt werden.

Hinsichtlich Stabilität und Stromtragfähigkeit ist es von Vorteil, wenn gemäss einer andere bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung das Verbindungsstück aus einem Metallblech hergestellt ist.

Eine kräftefreie und dauerhafte Anpassung an die Polabstände lässt sich erreichen, wenn das Verbindungsstück aus Cu oder einer Cu-Legierung besteht, und wenn zur Verbesserung der Kontaktgabe in die Buchsenkörper jeweils ein Kontaktstück insbesondere in Form einer Kontaktlamelle, eingesetzt ist.

Eine elastische Anpassung an die Polabstände wird dagegen erreicht, wenn gemäss einer anderen Ausgestaltung das Verbindungsstück aus einem elastisch federnden Metall oder einer Metalllegierung besteht. Zur Verbesserung der Kontaktgabe können dann in die Buchsenkörper federnde Stege eingestanzt sein. Kurze Erläuterung der Figuren

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Polverbinders nach der Erfindung in einer teilweise geschnittenen Ansicht von vorn;

Fig. 2 den Polverbinder aus Fig. 1 in der Draufsicht von oben;

Fig. 3 in einer gestrichelten Darstellung den Polverbinder aus Fig. 3 im gestreckten Zustand (d1 -> d2);

Fig. 4 einen Metallstreifen zur Bildung eines Polverbinders gem. Fig. 5 mit den zugehörigen Knicklinien; und

Fig. 5 ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Polverbinders mit einem durch eine spezielle Falttechnik in die Ebene gelegten Verbindungsstück. Wege zur Ausführung der Erfindung

In Fig. 1 ist ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Polverbinders nach der Erfindung in einer teilweise geschnittenen Ansicht von vorn wiedergegeben. Der Polverbinder 10 der Fig. 1 besteht insgesamt aus drei einzelnen Teilen, nämlich einem Verbindungsstück 11 und zwei zylindrischen Kontaktstücken bzw. Kontaktlamellen 14, 15 mit einer Vielzahl von einwärts gekrümmten Kontaktstegen.

Das Verbindungsstück 11 ist aus einem Streifen eines elektrisch gut leitenden Metalls bzw. einer Metalllegierung gebildet. Der Streifen steht hochkant, d.h., er erstreckt sich mit seiner Höhe parallel zu den - in Fig. 1-3 nicht gezeigten - zu verbindenden Polen, die senkrecht aus einer Ebene herausragen, die in Fig. 2 und 3 durch die Zeichenebene gebildet wird. Der für die Stromleitung zwischen den Polen massgebende Leiterquerschnitt wird durch das Produkt aus Dicke und Höhe bestimmt.

Der Metallstreifen, der das Verbindungsstück 11 bildet, ist an beiden Enden - z.B. um einen zylindrischen Dom - rundgebogen und bildet so jeweils einen weitgehend geschlossenen zylindrischen Buchsenkörper 12 bzw. 13, der mit dem Verbindungsstück 11 einstückig zusammenhängt. Zwischen den beiden Buchsenkörpern 12 und 13 ist das Verbindungsstück 11 - vorzugsweise entgegen der Krümmungsrichtung der Buchsenkörper 12, 13 - mit einem Krümmungsradius R gekrümmt (Fig. 2). Im gekrümmten Zustand (Fig. 2) weist der Abstand (die Verbindungslänge) zwischen den Achsen der Buchsenkörper 12, 13 einen Wert d1 auf. Wird nun durch Strecken des Verbindungsstückes 11 die Krümmung mit dem Krümmungsradius R vollständig beseitigt (Fig. 3), ergibt sich eine vergrösserte Verbindungslänge d2.

Auf diese Weise lassen sich grössere Abstandstoleranzen zwischen den Batteriepolen ausgleichen. Toleranzen im negativen Bereich lassen sich entsprechend durch Verkleinerung des Krümmungsradius R, d.h., durch eine stärkere Krümmung des Verbindungsstückes 11, ausgleichen.

Der elektrische Kontakt zwischen dem Polverbinder 10 und den Polen der Batterien, Brennstoffzellen oder dgl. kann auf die einfachste Weise dadurch hergestellt werden, dass der Polverbinder 10 mit den Buchsenkörpern 12, 13 ohne weitere Hilfsmittel über die zu verbindenden Pole geschoben wird. Auf die in den Fig. 1-3 gezeigten Kontaktstücke wird dabei verzichtet. Ist der Polverbinder 10 aus einem elastisch federnden Material, können sich die Buchsenkörper 12, 13 bei entsprechender Auslegung ihrer Innendurchmesser beim Aufschieben auf die Pole elastisch weiten, so dass der Polverbinder 10 nach dem Aufschieben fest auf den Polen sitzt.

Es ist auch denkbar, im Bereich der Buchsenkörper 12, 13 im Metallstreifen zusätzlich eine Vielzahl von senkrechten, parallelen Stegen auszustanzen, die dann nach innen gekrümmt werden und als Kontaktlamellen federnd den elektrischen Kontakt mit den Polen herstellen und Toleranzen in den Durchmessern von Polen und Buchsenkörpern 12, 13 ausgleichen. Ein solcher Polverbinder ist besonders einfach aufgebaut, kann aber hinsichtlich Stromleitungs- und Kontakteigenschaften nicht separat optimiert werden.

Ist der Polverbinder 10 dagegen aus einem elektrisch hochleitfähigen und plastisch vergleichsweise leicht verformbaren Material wie Cu, ist es vorteilhaft, für eine gute und dauerhafte Kontaktgabe in den Buchsenteilen 12, 13 separate Kontaktstücke bzw. Kontaktlamellen 14, 15 einzusetzen, wie sie in Fig. 1-3 gezeigt und aus der US-A-5 886 501 bekannt sind. Zur Befestigung im Polverbinder werden die Kontaktstücke 14, 15 in die Buchsenkörper 12, 13 eingeschoben und dadurch gegen ein Herausrutschen gesichert, dass an den oberen und unteren umlaufenden Rändern der Buchsenkörper über den Umfang verteilt Eindrücke 16, 17 eingebracht werden, die nach innen vorstehende Nasen entstehen lassen.

Ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Polverbinders nach der Erfindung ist in der Fig. 5 ausschnittweise perspektivisch dargestellt. Der Polverbinder 10' der Fig. 5 zeichnet sich dadurch aus, dass das Verbindungsstück 11 nicht senkrecht zur Ebene steht (wie beim Polverbinder 10 der Fig. 1), sondern in der Ebene liegt. Dies wird dadurch erreicht, dass der zur Bildung des Polverbinders 10' vorgesehene Metallstreifen (Fig. 4) nach Art der "Origami"-Falttechnik entlang bestimmter Faltlinien 18, 19 gefaltet wird, die in Fig. 4 und 5 vereinfacht dargestellt sind.

Da bei dieser Art Polverbinder die Buchsenkörper 12, 13 senkrecht aus der Ebene des Verbindungsstücks 11 herausstehen, sind diese Polverbinder 10' besonders zur Verbindung von Polen geeignet, die in der Ebene versenkt angeordnet sind (der Polverbinder 10' der Fig. 5 wird dann um 180 DEG gedreht, d.h., mit dem Buchsenkörper 12 nach unten zeigend, eingesetzt). Es versteht sich von selbst, dass auch beim Polverbinder 10' wahlweise Kontaktlamellen im Metallstreifen ausgestanzt sein, oder zusätzliche Kontaktstücke eingesetzt werden können. Zur Anpassung an variierende Poldistanzen kann das Verbindungsstück 11 beim Polverbinder 10' aus der Ebene heraus gebogen oder auch zickzackförmig gefaltet sein.

Insgesamt ergibt sich mit der Erfindung ein Polverbinder, der sich durch folgende Eigenschaften bzw. Vorteile auszeichnet:

Er stellt eine kostengünstige Verbindung zwischen zwei parallel angeordneten Polen bzw. Steckern dar.

Er ermöglicht durch die gewölbte Form eine grosse Toleranzaufnahme des Achsabstandes beider Pole bzw. Stecker. Er ist auch bei kleinem Achsabstand einsetzbar. Er zeichnet sich durch eine geringe Bauhöhe aus.

Er lässt sich als einteiliges Stanzbiegeteil mit direkteingestanzten Stegen (bei einem federnden Werkstoff) oder mit eingelegten Kontaktstücken (bei nicht federndem Werkstoff wie z.B. Cu o.a.) herstellen. Bezugszeichenliste

10, 10' Polverbinder

11 Verbindungsstück

12, 13 Buchsenkörper (zylindrisch)

14, 15 Kontaktstück (Kontaktlamelle)

16, 17 Eindruck

18, 19 Knicklinie

d1, d2 Verbindungslänge

R Krümmungsradius

Claims

1. Polverbinder (10, 10') zum lösbaren elektrischen Verbinden zweier in einer Ebene nebeneinanderliegenden, senkrecht zur Ebene sich erstreckenden Pole, insbesondere von Batterien oder Brennstoffzellen, welcher Polverbinder (10, 10') für jeden der zu verbindenden Pole einen auf den Pol unter Kontaktgabe auf steckbaren Buchsenkörper (12, 13) und ein die Buchsenkörper (12, 13) elektrisch und mechanisch miteinander verbindendes und in der Verbindungslänge (d1, d2) veränderbares Verbindungsstück (11) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsstück (11) als biegsamer, einstückiger Streifen aus einem elektrisch leitenden Material mit angeformten Buchsenkörpern (12, 13) ausgebildet ist.

2.

Polverbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsstück (11) relativ zur Ebene hochkant angeordnet und in der Ebene biegsam ausgebildet ist.

3. Polverbinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsstück (11) zwischen den Buchsenkörpern (12, 13) in der Ebene einen Bogen beschreibt.

4. Polverbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsstück (11) in der Ebene liegend angeordnet ist.

5. Polverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsstück (11) aus einem Metallblech hergestellt ist.

6. Polverbinder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsstück (11) aus Cu oder einer Cu-Legierung besteht.

7.

Polverbinder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ver besserung der Kontaktgabe in die Buchsenkörper (12, 13) jeweils ein Kontaktstück (14, 15), insbesondere in Form einer Kontaktlamelle, eingesetzt ist.

8. Polverbinder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsstück (11) aus einem elastisch federnden Metall oder einer Metalllegierung besteht.

9. Polverbinder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbesserung der Kontaktgabe in die Buchsenkörper (12, 13) federnde Stege eingestanzt sind.