CN111095679B

CN111095679B - 极接线柱

Info

Publication number: CN111095679B
Application number: CN201880057410.6A
Authority: CN
Inventors: D.容格; M.恩格尔
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-09-05
Filing date: 2018-07-16
Publication date: 2021-09-10
Anticipated expiration: 2038-07-16
Also published as: DE102017215524A1; CN111095679A; WO2019048118A1

Abstract

本发明涉及一种用于提供与极（10）的电接触的极接线柱，所述极的极轴线（16）限定轴向方向，所述极接线柱具有施力元件和接触元件，其中用于将力施加到所述接触元件上的施力元件包括压缩区域和施力区域，用于提供所述电接触的接触元件具有如下基体，所述基体具有用于容纳所述极的容纳部，其中，在所述基体中设置有多个分界缝，所述施力元件和所述接触元件相对于彼此如此布置，使得所述施力元件至少部分地包围所述接触元件，并且使得所述施力元件和所述接触元件至少部分地通过相应的接触面相互连接，当操纵极接线柱（12）时，所述施力元件和所述接触元件沿着所述接触面相对于彼此运动。

Description

极接线柱

技术领域

本发明涉及一种用于极、特别是电池极的极接线柱，以便提供与该极的电接触。

背景技术

极接线柱用于建立与极、像比如电池的极的电接触。如果应提供与电池极的电接触，则也称为电池极接线柱（Batteriepolklemme）或电池接线柱。

作为用于机动车中的电池接线柱，例如使用锻造成形的构件。这些锻造接线柱非常牢固，但相对较重。此外，已知被构造用于建立与汽车电池的锥形极的电接触的电池极接线柱，特别是这种接线柱，对于该接线柱而言上紧过程在装配期间利用相对于极表面的切向滑动运动进行连接。

致力于提供一种极接线柱结构，其能够实现电触头在锥形的电池极上的防滑（abgleitfest）的固定。在已知的极接线柱中已知的是，在上紧过程中，也就是说在将极接线柱推动到极上之后并且在操纵上紧机构期间，极接线柱在没有复杂的预防措施的情况下从极上滑离。此外表明，在装配到极上之后，极接线柱不产生足够高的夹紧力，以便满足对夹紧强度的要求。

在此方面要注意的是，在汽车应用中，用于为电系统供电的电池的机械上和电气上可靠的接触具有与安全相关的重要性。在车辆制造商那里，具有锥形的极的电池系统，例如按照DIN EN 50342-2，无需与触头移除器形状锁合的可能性，被广泛推广和继续需求。

因此，这种极的在机械上固定的并且同时可逆地可拆卸的电接触必须以摩擦锁合的方式来实现。除了相对较软的并且在一定限度内可成形的铅极之外，将来明显更硬的极、例如由黄铜制成的极具有越来越高的市场份额。后者使固定的摩擦锁合的接触变得困难，因为几乎不可实现塑性形变效果，如在铅极中那样。同时，作为集电器的功能强烈地限制了可能的材料和表面改性的选择。此外已知的是，在锻造和冲压弯曲制造中使用金属材料、像比如镀锡的Cu或Al合金。

极连接的抗滑离的机械强度方面的特别的挑战通过运行中的负载、像比如通过振动、热膨胀循环、以及尤其通过在操纵时和在碰撞条件下的过高的力产生。后者的挑战体现为关于扭转力矩和拔出力的标准化的测试要求。这不仅必须在首次连接时而且也必须在多次的连接和分离过程之后由相同的夹紧机构确保。因此，必须考虑构件的老化。

到极上的接线柱装配应该是不复杂且快速的。具体地，这尤其意味着使用标准工具、像比如螺丝刀，使用仅一个操作元件、像比如螺纹装置或杆，具有可逆的手动力和力矩以操作它们，而不需要复杂的定位或保持辅助件。最后，在拧紧之后，正确的配合应当可通过容易看见的光学标准（例如关于间隙宽度、杆位置、在极上的夹紧配合）来检查。

在实践中，拉紧过程本身经常导致接线柱从极上部分地直至完全地滑离。其原因在于极的锥体形状，其在垂直于极轴线的夹紧力F_A的情况下，除了面法向接触力之外，还总是在滑离的极轴线方向上吸引力分量。对此参见图1。

机械的夹紧强度可以通过在极接触面上的摩擦系数最大时的最大压紧力来优化。在此，作为紧凑机构的实现方案是一种挑战，该机构也可以以轻型结构方式、例如利用板材材料，例如通过添加切向包绕部来实现。

在这种要求的背景下，已知将施加压紧力和电气的或机械的极接触的功能分配到两个分开的部件上：夹紧力分量（下面也称为施力元件）和接触部件（下面也称为中间元件）。

通过在结构上划分为两个相互协调的设计元件，相应的特性可以功能特定地通过材料和几何结构来优化。在此，在前景中迄今为止存在着电气的夹紧阻力、即造型接触部件和机械的夹紧强度、即造型夹紧力部件。

文献EP 2 333 905 A1描述了一种电池接线柱，该电池接线柱用于建立与电池极的电接触，所述电池接线柱具有内壳和外壳。内壳构造为接触卡夹。外壳用于机械稳定和承担附加功能，像比如螺钉的扭转止动、螺母的防丢失、输出板（Abgangblech）的稳定、连接箱的容纳、电池极的标记等等。

发明内容

在这种背景下，提出一种根据本发明的极接线柱。实施方式由从属权利要求和说明书中得出。

所提出的极接线柱用于提供与极的电接触。极的极轴线或中心轴线在此限定轴向方向。该极接线柱包括一个施力元件和一个接触元件。可用于将力传递到接触元件上的施力元件包括压缩区域和施力区域。接触元件用于提供与电池极的电接触、确保电流输送并且构成与极表面的机械摩擦接触以及与施力元件的接触面。该接触元件具有如下基体，该基体具有用于容纳所述极的容纳部，其中，在所述基体中设置有多个分界缝（Trennfuge）。当接触元件布置在极上时，这些分界缝通常基本上在轴向方向上，即基本上平行于极轴线定向，一旦极接线柱被操纵，即当施力元件将导入的力传递到接触元件上时，这些分界缝便于接触元件的变形。在该操纵中，接触元件或者说接触元件的在分界缝之间形成的部段紧贴到极上。所述部段压靠到所述极上，而不会出现所述部段在极表面上滑动的现象。

在所提出的极接线柱中，施力元件和接触元件相对于彼此布置成使得施力元件至少部分地包围接触元件，并且施力元件和接触元件至少部分地经由相应的接触面彼此连接，施力元件和接触元件在操纵极接线柱时沿着相应的接触面相对于彼此运动。这意味着，在操纵或拉紧极接线柱时，在施力元件和接触元件之间发生相对运动，典型地沿着彼此相对的接触面发生滑动运动。

利用所提出的极接线柱，至少在其中一些实施方案中，可以解决开头所述的问题。通过减小滑离倾向来简化装配过程，提高对外部拔出力或扭转力矩的阻力。特别地，所描述的极接线柱也能够利用板材弯曲构件来实现相应的极接线柱。

所提出的极接线柱基于在功能上分成两个设计元件，即一个施力元件和一个接触元件。在此原则上，一件式的或一体式的或多件式的、尤其两件式的结构是可行的。在此，两个部件也可以由多个子部件组成。通过规定接触几何形状和摩擦方面来协调两个设计元件时，极接线柱超出现有技术的范围：因此，描述了解决在装配时的拉紧特性以及在此得到的滑动特性的结构措施，并且因此也可靠地提供必要的夹紧强度和电接触。

因此，描述了一种极接线柱的设计方案，该极接线柱能够以简单的方式定位在极上并且可以在没有滑离的情况下得到装配，并且该极接线柱同时在其机械的夹紧强度和其电接触电阻方面优化所述夹紧连接，其中，至少在一些实施方案中避免了前述缺点。这种极接线柱尤其也可以由板材弯曲构件实现。

本发明的其它优点和设计方案由说明书和附图得出。

应理解的是，前面提到的和后面的还待阐释的特征不仅能够在相应说明的组合中、而且能够在其它的组合中或者以单独的形式应用，而不离开本发明的范围。

附图说明

图1示出了具有极接线柱的极，以用于说明作用在接触面上的力；

图2示出了接触元件的一种实施方式；

图3以示意图示出了接触元件的几何构造，该接触元件相对于施力元件补偿极的锥体形状；

图4示出了所提出的极接线柱的另一种实施方案；

图5示出了根据钳子原理工作的极接线柱；

图6示出了根据牵拉原理（Zugprinzip）工作的极接线柱。

具体实施方式

图1示出了如下极10，该极与极接线柱12接触。为此，施加夹紧力F_A 14，该夹紧力垂直于极轴线16指向，极轴线通过极的中心轴线限定。由于极的锥体形状，除了面法线的接触力F_N 18之外，还产生在滑离的极轴线方向上的力分量，即所谓的滑离力F_T20。这在许多情况下必须通过保持力F_H 24来补偿。

图2在左侧示出了接触元件的一种实施方案，其整体上由附图标记50表示。该接触元件50包括如下基体52，该基体包围在该图示中不可见的容纳部，因为该容纳部位于内部。为了建立电接触，接触元件50被套到极上，使得该极被容纳在容纳部中。在基体52中设置有如下分界缝54，所述分界缝基本上沿轴向方向、即基本上平行于极轴线（图1中的附图标记16）延伸。此外，该图示出了用于导出电流的导出部56，该导出部在这种情况下成型在基体52上。

在图2的右侧示出了接触元件50，该接触元件被施力元件60包围。该施力元件60用于能够导入力，其中，该力传递到接触元件50上，从而该接触元件可靠地贴靠在极上并且提供良好的电接触，即具有小的过渡电阻的接触。到施力元件60上的力可以以不同的方式导入。这例如可以根据钳子原理通过杆或根据牵引原理、例如利用螺纹装置来实现，从而导入切向拉力。

分界缝54使接触元件50在装配时、尤其在通过将力导入到施力元件60上进行固定时的变形变得容易。

图3说明了用于补偿极的锥体形状的措施并且在示意性的图示中在左侧示出了极100，又被施力元件104包围或者说包绕的接触元件102贴靠在该极上。在施力元件104和接触元件102之间形成第一摩擦面或接触面110。在接触元件102和极100之间形成第二摩擦面或接触面112。在一种实施方案中，现在规定，通过选择材料和/或通过加工或者处理部件的表面，在第一接触区域110上存在比在第二接触区域112上更小的摩擦，从而以这种方式防止接触元件102在装配时从极100上滑离。此外，在附图中示出了用于将电流导出和力从夹紧触头导出到所连接的机电系统（未示出）上的可能的实施方案。在此，由移除器系统产生的外力和力矩（箭头116、114）通过接触元件102直接支撑在极100上。同样地，电流通过接触元件102在极100和外部系统之间输送。所示的形状锁合性沿着轴向方向在所示的输出实施方案与施力元件之间附加地起到施力元件的轴向固定的作用以防止滑离。

在一种设计方案中，可以设置用于在装配时固定施力元件104的措施。固定在此表示防止轴向滑离和/或例如通过形状锁合措施防止扭转。

此外，该图示在右侧以剖面示出了特别构造的接触元件120，其具有相应构造的施力元件122。通过接触元件120的接触面124的凹形形状和施力元件122的接触面126的相应凸形形状，得到弯曲的接触区域128，其防止接触元件120和施力元件122在轴向方向上的相对运动并且因此防止滑离。

在图4中示出了所述极接线柱的另一种实施方案，该实施方案在总体上用附图标记150来表示。该图示示出了具有导出部154的接触元件152，该接触元件由施力元件156包围。在施力元件156的上边界边缘上形成两个突起158，这两个突起防止接触元件152扭转。

图5示出了被接触元件202包围的极200。为了将接触元件202与极200置于接触，设置有施力元件204，该施力元件在这种情况下根据钳子原理工作并且缠绕或包绕接触元件202。施力元件包括施力区域206和压缩区域208，在这种情况下为间隙。通过两个杆210，所述施力元件204被闭合，即，压缩区域208减小，并且施力元件204的施力区域206在径向方向上向内挤压到接触元件202上，所述接触元件然后变形并且紧贴到所述极200上，而不会在极200的表面和接触元件的面向极200的接触面之间发生滑动运动。

压缩区域208在此作为间隙示出。替代地，这也可以是在其中使用与在施力区域中不同的材料和/或使用比在施力区域中更小的材料强度的区域。

图6示出了另一极250，所述极被接触元件252包围，所述接触元件又被施力元件254包绕。该施力元件同样由施力区域256和压缩区域258组成，对于该区域适用与图5的压缩区域20相同的情况。通过操纵螺钉260，压缩区域258被压缩，并且施力区域在切向方向上施加拉力，其引起力在径向方向上被施加到接触元件252上，使得接触元件252紧贴到极250上。必要时在此通过沿圆周方向的牵引变形出现的、施力元件254的接触面相对于极250的切向相对运动应该主要作为施力元件254和接触元件252之间的相对滑动起作用，而不是作为摩擦力引起的、接触元件252和极表面之间的切向相对运动起作用。当施力元件254和接触元件252被构造为使得接触元件252和施力元件254之间的摩擦小于接触元件252和极250的表面之间的摩擦时，这一点尤其得到支持。

所提出的极接线柱包括施力元件的所有实施方案，其中夹紧力结构与施力元件的接触面和极表面之间的面状相对运动相关联。特别是基于包绕的原理的施力元件属于此。

相对于极轴线法向的力作用的建立在此通过操纵上紧机构、例如通过拉紧或张紧套环来发生，由此在包绕部中的切向应力的建立与所属的伸长并且由此与在套环和极表面之间关于圆周角的相对运动、即所谓的伸长滑动相关。特别是在作为上紧机构的倾斜螺纹装置的情况下，除了伸长外还导致剪切并与此相关地导致剪切滑动。

所提出的极接线柱在设计方案中可以具有以下表征性的特性，这些特性可以以任意的组合出现。

1）在接触区域中具有分界缝的接触元件

接触元件至少在施力元件接触的区域中沿着圆周方向通过结构上的材料凝聚力的中断，通过所谓的分界缝分成至少两个接触区或者接触部段，分成所谓的接触指（Kontaktfinger），其中，接触部段可以属于相同的或者也可以属于多个分开的子部件。以这种方式，各个接触部段在夹紧接触区域中的径向位置和变形在力方面在很大程度上相互脱耦。因此，由外部的施力元件所产生的接触力相对于极轴线法向的部分在接触元件的外侧上在很大程度上没有由于作为接触元件的压紧力的结构机械变形力导致的弱化而传递到极表面上。尤其由此可以在极表面接触时通过接触部段在最小的压紧力损失的情况下补偿径向的极变化。相反，在将所述接线柱从所述极上拆卸时在松开所述施力元件之后所必需的拔出力也还仅仅通过所述极与接触指之间的弹性的剩余接触力来确定。

根据在装配时所希望的特性，分界缝的两种实施方案分别作为伸缩缝或收缩缝区分开来，并且优化其各自的功能。根据针对装配过程的总体设计的优化，可以共同地或仅出现两种变型：

1a）在装配时，通过将接触元件轴向地推到极上，接触指通过在锥形的极表面上的滑离而径向外运动并且伸缩缝由此沿圆周方向扩张。优点：通过弹性夹紧力进行预固定，所述弹性夹紧力可导致由于在随后上紧施力元件时起作用的外力，使接线柱的滑移变得困难。

1b）通过在装配时上紧施力元件，接触部段沿径向方向朝向极表面运动，并且由此闭合极和中间元件之间的仍然敞开的内部触头。这要求将分界缝设计成足够宽的收缩缝。

2）在施力元件和中间元件的极之间耦入切向运动。

接触指应该在上紧过程中在推到极锥体上之后尽可能少地或者完全不在极表面上滑动。这可以通过以下特性来实现，这些特性可以单独地或组合地出现：

2a）接触元件和极面之间的内摩擦µ_i大于施力元件和接触元件之间的相应要设计的外摩擦µ_a。这例如通过结构上的措施、像比如通过材料、涂层、粗糙度的选择、润滑剂的使用来实现。因此，夹紧施力元件在上紧过程期间能够在接触元件的外侧上大面积地滑动，而同时在极表面上的接触保持在附着状态中或接近附着状态。此外，通过一般最小化µ_a，甚至可以使由拉紧机构施加的切向力的部分最小化，其由外部摩擦接触中的切向摩擦预紧力补偿。由此，用于结构机械的换向（Umleitung）的较高的力部分作为法向力进入内部接触。利用µ_i的与此独立的一般最大化，可以使在装配之后为了使中间元件从极上滑离所需要克服的半驱动力最大化。

2b）通过接触指的在相应方向上倒圆的几何造型以及指绕相应倒圆轴线的结构旋转可能性，施力元件在装配时的切向的拉紧运动可以转换成接触指在极表面上的滚动运动。滚动的运动学尤其可以通过接触面半径和接触指的厚度的轴向走势与施力元件的拉紧运动相匹配并且在装配过程结束时优化到最佳的压力分布。

2c）根据图2，然而在接触指与极表面之间存在接触元件的附加的挤压面，接触指在该挤压面的外侧上滚动并且其内侧建立与极表面的实际的摩擦锁合。以这种方式，相应于子功能“在极上支撑外力”和“在施力元件触头和极触头之间的切向力的退耦” 引入结构上的分离，所述分离实现了与点2b相比对子功能的进一步的结构上的优化。

3）用于在上紧过程期间在轴向极方向上固定施力元件的措施

通过内接触元件的特殊几何形状，应当防止外部的施力元件在拉紧期间沿轴向极方向的滑离。这可以通过两种措施来实现：

3a）内部的接触元件在几何上补偿极相对于外部的夹紧施力元件的接触面的锥体形状。由此，在接触元件的外侧上可以施加垂直于极轴线的夹紧力，而相应的外部的夹紧施力元件不经历沿滑离方向的轴向力。尤其由于公差原因，过度补偿也是可能的和有意义的，该过度补偿在上紧条件下产生指向极底的、作用到外部的施力元件上的净力。

3b）内部的接触元件在几何上在轴向极方向上与外部施力元件建立形状锁合，例如通过保持夹、阶梯、倒锥体形状或凹槽。由此防止施力元件在上紧过程中和在夹紧状态中的轴向的滑离，而切向的滑动继续保持可能。形状锁合也可以明确地通过在点4中后面所要求的接线柱输出部来表示，尤其通过极上侧上的接线柱输出部来表示。

4）用于导出电流和导入机械负荷的接触元件的构造

接触元件在压紧区域上方和/或下方具有用于导出电流以及用于导入外部机械负荷的输出部。以这种方式，后者通过与极的接触直接支撑在极上。那么，电池电流仅须经过极和接触元件之间的接触电阻。两者都可以通过中间元件的内部接触面的结构设计有针对性地得到优化，使得接触摩擦最大并且过渡电阻最小。

5）施力元件在接触元件上的形状锁合的扭转止动件

接触元件包含一个结构上的成型部，该成型部用作施力元件围绕极轴线相对于接触元件的形状锁合的扭转止动件。这种支撑接触可以例如通过接触元件的上边界边缘或下边界边缘上的一个或多个轴向突起实现，所述轴向突起支撑在中间元件的相应的凹部中以防止扭转。也可以直接在接线柱输出部上进行支撑。

6）在将接触元件轴向推到极上时的定位辅助件

接触元件包含一个结构上的成型部，该成型部用于在将所述接线柱推到所述极上时支撑在所述极底上和/或用于支撑在所述上侧上作为止挡。两者单独地或组合地作为接线柱在极轴线方向上的定位辅助件起作用。这简化了对于装配过程在接线柱的配合高度和轴平行的定向方面的控制。

Claims

1.一种用于提供与极（10、100、200、250）的电接触的极接线柱，所述极的极轴线（16）限定轴向方向，所述极接线柱具有施力元件（60、104、122、156、204、254）和接触元件（50、102、120、152、202、252），其中

用于将力施加到所述接触元件（50、102、120、152、202、252）上的施力元件（60、104、122、156、204、254）包括压缩区域（208、258）和施力区域（206、256），

用于提供所述电接触的接触元件（50、102、120、152、202、252）具有如下基体（52），所述基体具有用于容纳所述极的容纳部，其中，在所述基体（52）中设置有多个分界缝（54），

所述施力元件（60、104、122、156、204、254）和所述接触元件（50、102、120、152、202、252）相对于彼此如此布置，使得所述施力元件（60、104、122、156、204、254）至少部分地包围所述接触元件（50、102、120、152、202、252），并且使得所述施力元件（60、104、122、156、204、254）和所述接触元件（50、102、120、152、202、252）至少部分地通过相应的接触面相互连接，当操纵所述极接线柱（12、150）时，所述施力元件（60、104、122、156、204、254）和所述接触元件（50、102、120、152、202、252）沿着所述接触面相对于彼此运动，并且，

其中，所述施力元件（60、104、122、156、204、254）和所述接触元件（50、102、120、152、202、252）如此构造，使得所述接触元件（50、102、120、152、202、252）和所述施力元件（60、104、122、156、204、254）之间的摩擦小于所述接触元件（50、102、120、152、202、252）和所述极（10、100、200、250）的表面之间的摩擦。

2.根据权利要求1所述的极接线柱，其中，所述接触元件（50、102、120、152、202、252）的分界缝（54）基本上沿轴向方向定向。

3.根据权利要求1或2所述的极接线柱，其中，通过所述施力元件（60、104、122、156、204、254）的和/或所述接触元件（50、102、120、152、202、252）的成型来实现对所述极（10、100、200、250）的锥体形状的补偿。

4.根据权利要求1或2所述的极接线柱，其中，所述施力元件（60、104、122、156、204、254）根据钳子原理工作。

5.根据权利要求1或2所述的极接线柱，其中，所述施力元件（60、104、122、156、204、254）根据牵引原理工作。

6.根据权利要求1或2所述的极接线柱，其中，设置有用于在装配时固定所述施力元件（60、104、122、156、204、254）的措施。

7.根据权利要求1或2所述的极接线柱，其中，所述接触元件（50、102、120、152、202、252）具有用于导出电流的导出部（56、154）。

8.根据权利要求1或2所述的极接线柱，其中，设置有施力元件在接触元件上的形状锁合的扭转止动件。

9.根据权利要求1或2所述的极接线柱，其中，设置有在将接触元件轴向推到极上时的定位辅助件。