DE102012102937A1

DE102012102937A1 - Safety nut for fastening component in high voltage region within electrical energy storage device e.g. battery or battery module, has insulating structure that is provided to surround electrically conductive thread material

Info

Publication number: DE102012102937A1
Application number: DE201210102937
Authority: DE
Inventors: Stefan Bender
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2012-04-04
Filing date: 2012-04-04
Publication date: 2013-10-10

Abstract

The safety nut (1) has a screw threaded structure (4) that is made of electrically conductive thread material e.g. steel. An insulating structure (5) is provided to surround the electrically conductive thread material. The insulating structure is made of plastic, and is provided with blind hole (8).

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsmutter zum Befestigen von mindestens einer Komponente in einem Hochvoltbereich innerhalb einer elektrischen Energiespeichereinrichtung, wie einer Batterie oder einem Batteriemodul, mit offenen elektrischen Kontakten. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Energiespeichereinrichtung. The invention relates to a safety nut for securing at least one component in a high-voltage region within an electrical energy storage device, such as a battery or a battery module, with open electrical contacts. The invention further relates to a motor vehicle with an electrical energy storage device.

Aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift DE 20 2006 005 722 U1 ist ein Anschraubflansch zur Befestigung eines Ansaugsystems an einer Brennkraftmaschine bekannt, der aus einem thermoplastischen Kunststoffelement besteht, welches im Bereich von Befestigungselementen eine plattenförmige Struktur aufweist, wobei die Befestigungselemente Schrauben mit einem verjüngten Hals sind, welche durch Öffnungen in der plattenförmigen Struktur hindurch gesteckt sind, wobei die Öffnungen wenigstens zwei radial nach innen gerichtete Stege aufweisen, die eine Verliersicherungsfunktion besitzen und wobei in den Öffnungen Metallhülsen angeordnet sind und diese Metallhülsen Aussparungen für die Stege aufweisen. Aus der amerikanischen Offenlegungsschrift US 2009/0297290 A1 ist ein Mutter-Verschlusssystem aus nicht-metallischen Komponenten bekannt, das einen Gewindeschaft und eine Mutter umfasst. Der Isolationskörper ist außen vorzugsweise als Mehrkant ausgeführt, zum Beispiel als Quader oder Außensechskant. From the German Utility Model DE 20 2006 005 722 U1 a screw-on flange for fastening an intake system to an internal combustion engine is known, which consists of a thermoplastic plastic element which has a plate-shaped structure in the region of fastening elements, wherein the fastening elements are screws with a tapered neck, which are inserted through openings in the plate-shaped structure, wherein the openings have at least two radially inwardly directed webs, which have a Verliersicherungsfunktion and wherein metal sleeves are arranged in the openings and these metal sleeves have recesses for the webs. From the American disclosure US 2009/0297290 A1 For example, a non-metallic component nut closure system is known that includes a threaded shaft and a nut. The insulating body is preferably designed outside as a polygon, for example as a cuboid or external hexagon.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Kurzschlussrisiko in einem Hochvoltbereich innerhalb einer elektrischen Energiespeichereinrichtung, wie einer Batterie oder einem Batteriemodul, mit offenen elektrischen Kontakten auf einfache Art und Weise zu reduzieren. The object of the invention is to reduce the risk of short circuit in a high voltage range within an electrical energy storage device, such as a battery or a battery module, with open electrical contacts in a simple manner.

Die Aufgabe ist bei einer Sicherheitsmutter zum Befestigen von mindestens einer Komponente in einem Hochvoltbereich innerhalb einer elektrischen Energiespeichereinrichtung, wie einer Batterie oder einem Batteriemodul, mit offenen elektrischen Kontakten, dadurch gelöst, dass die Sicherheitsmutter einen Gewindekörper aus einem elektrisch leitfähigen Gewindematerial umfasst, der von einem Isolationskörper aus einem elektrisch nicht leitfähigen Isolationsmaterial umgeben ist. Die Batterie ist vorzugsweise als Hochvoltbatterie oder Traktionsbatterie eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs ausgeführt. Mit Hilfe mindestens einer erfindungsgemäßen Sicherheitsmutter ist mindestens eine Komponente innerhalb der Hochvoltbatterie oder Traktionsbatterie befestigt. Im Betrieb des Hybrid- oder Elektrofahrzeugs kann sich die Sicherheitsmutter lösen, was zu unkontrollierten Bewegungen der Sicherheitsmutter im Hochvoltbereich der Batterie führt. Derartige Bewegungen erhöhen das Risiko eines potentiell gefährlichen Kurzschlusses, weil herkömmliche Sicherheitsmuttern elektrisch leitend sind. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Sicherheitsmutter mit dem Isolationskörper aus dem elektrisch nicht leitfähigen Isolationsmaterial kann die Kurzschlussgefahr durch eine sich lösende oder gelöste Sicherheitsmutter auf einfache Art und Weise gebannt werden. The object is achieved with a safety nut for securing at least one component in a high-voltage region within an electrical energy storage device, such as a battery or a battery module, with open electrical contacts, characterized in that the safety nut comprises a threaded body made of an electrically conductive thread material of a Insulating body is surrounded by an electrically non-conductive insulating material. The battery is preferably designed as a high-voltage battery or traction battery of a hybrid or electric vehicle. At least one component is fastened within the high-voltage battery or traction battery with the aid of at least one safety nut according to the invention. During operation of the hybrid or electric vehicle, the safety nut may loosen, resulting in uncontrolled movements of the safety nut in the high voltage range of the battery. Such movements increase the risk of a potentially dangerous short circuit because conventional safety nuts are electrically conductive. The inventive design of the safety nut with the insulating body of the electrically non-conductive insulating material, the danger of short circuit can be dispelled by a loosening or loosening safety nut in a simple manner.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Sicherheitsmutter ist dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindekörper als Gewindeeinsatz aus Stahl ausgeführt ist. Der Gewindekörper ist vorteilhaft aus einem Material gebildet, das eine ausreichende Festigkeit hat, um die Komponente innerhalb der Batterie mit Hilfe einer geeigneten Schraube zu befestigen. Die Komponente kann mit mehreren Schrauben und einer entsprechenden Anzahl Sicherheitsmuttern im Hochvoltbereich der elektrischen Energiespeichereinrichtung befestigt sein. A preferred embodiment of the safety nut is characterized in that the threaded body is designed as a threaded insert made of steel. The threaded body is advantageously formed of a material having sufficient strength to secure the component within the battery by means of a suitable screw. The component can be fastened with a plurality of screws and a corresponding number of safety nuts in the high-voltage range of the electrical energy storage device.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Sicherheitsmutter ist dadurch gekennzeichnet, dass der Isolationskörper aus Kunststoff gebildet ist. Der Kunststoff ist elektrisch nicht oder nur sehr gering leitfähig, hat aber dennoch eine ausreichende Festigkeit, um ein bei der Montage auf die Sicherheitsmutter aufgebrachtes Drehmoment sicher auf den Gewindekörper zu übertragen. Der Isolationskörper kann aber eine deutlich geringere Festigkeit aufweisen als der Gewindekörper. A further preferred embodiment of the safety nut is characterized in that the insulating body is formed from plastic. The plastic is not electrically conductive or only slightly conductive, but still has sufficient strength to safely transfer a torque applied during assembly to the safety nut torque on the threaded body. However, the insulating body can have a significantly lower strength than the threaded body.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Sicherheitsmutter ist dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindekörper mit dem elektrisch nicht leitfähigen Isolationsmaterial umgossen oder umspritzt ist. Dadurch wird die Herstellung der Sicherheitsmutter vereinfacht. Another preferred embodiment of the safety nut is characterized in that the threaded body is encapsulated or encapsulated with the electrically non-conductive insulating material. This simplifies the manufacture of the safety nut.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Sicherheitsmutter ist dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindekörper in den Isolationskörper eingepresst ist. Bei dieser Herstellungsart werden der Gewindekörper und der Isolationskörper separat hergestellt und nachträglich mit einer Presspassung zusammengefügt. Zur besseren Verankerung des Gewindekörpers in dem Isolationskörper kann der Gewindekörper außen mit einer geeigneten Struktur versehen sein. Die gleiche Struktur kann zum gleichen Zweck auch dann verwendet werden, wenn der Gewindekörper mit dem Isolationsmaterial umgossen oder umspritzt wird. A further preferred embodiment of the safety nut is characterized in that the threaded body is pressed into the insulating body. In this production, the threaded body and the insulating body are manufactured separately and subsequently joined together with a press fit. For better anchoring of the threaded body in the insulating body, the threaded body may be externally provided with a suitable structure. The same structure can be used for the same purpose even when the threaded body is encapsulated or overmolded with the insulating material.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Sicherheitsmutter ist dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindekörper im Wesentlichen die Gestalt eines geraden Kreiszylindermantels mit einem Innengewinde aufweist. Das Innengewinde dient vorteilhaft zum Einschrauben einer Schraube, mit deren Hilfe die Komponente stabil im Hochvoltbereich der elektrischen Energiespeichereinrichtung befestigt wird. A further preferred embodiment of the safety nut is characterized in that the threaded body has substantially the shape of a straight circular cylinder jacket with an internal thread. The internal thread is used advantageously for screwing a screw, with the aid of which the component is stable in the High-voltage range of the electrical energy storage device is attached.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Sicherheitsmutter ist dadurch gekennzeichnet, dass der Isolationskörper ein Sackloch aufweist, in welchem der Gewindekörper angeordnet ist. Das Sackloch kann spanend, zum Beispiel mit Hilfe eines geeigneten Bohr- oder Fräswerkzeugs, in den Isolationskörper eingebracht werden. A further preferred embodiment of the safety nut is characterized in that the insulating body has a blind hole, in which the threaded body is arranged. The blind hole can be machined, for example by means of a suitable drilling or milling tool, introduced into the insulation body.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Sicherheitsmutter ist dadurch gekennzeichnet, dass der Isolationskörper eine Anlagefläche aufweist, die beim Befestigen der elektrischen Batterie an einer Gegenfläche zur Anlage kommt und die von dem Gewindekörper beabstandet ist. Da der Isolationskörper mit der Anlagefläche aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material gebildet ist, kann durch einen unerwünschten Kontakt mit der Anlagefläche der Sicherheitsmutter kein Kurzschluss entstehen. Durch den Abstand zwischen dem Gewindekörper und der Anlagefläche wird vorteilhaft auch bei einem Lösen der Sicherheitsmutter ein unerwünschter Kurzschluss sicher verhindert. A further preferred embodiment of the safety nut is characterized in that the insulating body has a contact surface which comes into contact with the fixing of the electric battery to a counter surface and which is spaced from the threaded body. Since the insulating body is formed with the contact surface of an electrically non-conductive material, no short circuit can result from an undesired contact with the contact surface of the security nut. Due to the distance between the threaded body and the contact surface an undesirable short circuit is advantageously prevented even when loosening the safety nut.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Sicherheitsmutter ist dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche im Bereich des Gewindekörpers eine Senkung aufweist. Die Senkung kann konisch ausgeführt sein. Vorteilhaft ist die Senkung jedoch als Zylindersenkung ausgeführt. Durch die Senkung im Bereich des Gewindekörpers wird das Risiko für einen unerwünschten Kurzschluss weiter reduziert. A further preferred embodiment of the safety nut is characterized in that the contact surface in the region of the threaded body has a countersink. The reduction can be conical. Advantageously, the reduction is executed as a cylinder counterbore. The reduction in the area of the threaded body further reduces the risk of an undesired short circuit.

Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Energiespeichereinrichtung, in der eine Komponente mit Hilfe von mindestens einer vorab beschriebenen Sicherheitsmutter befestigt ist. Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Elektro- oder Hybridfahrzeug. Bei der Batterie handelt es sich vorzugsweise um eine Traktionsbatterie oder Hochvoltbatterie. The invention further relates to a motor vehicle with an electrical energy storage device, in which a component is fastened by means of at least one safety nut described above. The motor vehicle is preferably an electric or hybrid vehicle. The battery is preferably a traction battery or high-voltage battery.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Es zeigen: Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description in which, with reference to the drawings, an embodiment is described in detail. Show it:

1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Sicherheitsmutter und 1 a perspective view of a safety nut according to the invention and

2 die Sicherheitsmutter aus 1 perspektivisch im Längsschnitt durch einen Gewindekörper. 2 the security mother 1 in perspective in longitudinal section through a threaded body.

In den 1 und 2 ist eine erfindungsgemäße Sicherheitsmutter 1 perspektivisch in verschiedenen Ansichten dargestellt. Die Sicherheitsmutter 1 dient dazu, Komponenten in einem Hochvoltbereich innerhalb einer elektrischen Energiespeichereinrichtung eines Kraftfahrzeugs zu befestigen. In the 1 and 2 is a safety nut according to the invention 1 shown in perspective in different views. The security mother 1 serves to secure components in a high voltage range within an electrical energy storage device of a motor vehicle.

Bei der elektrischen Energiespeichereinrichtung handelt es sich um eine so genannte Traktionsbatterie oder Hochvoltbatterie eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs. Die elektrische Energiespeichereinrichtung umfasst vorzugsweise mehrere Komponenten, die in dem Hochvoltbereich innerhalb der elektrischen Energiespeichereinrichtung mit Hilfe von mehreren Sicherheitsmuttern 1 befestigt sind. The electrical energy storage device is a so-called traction battery or high-voltage battery of a hybrid or electric vehicle. The electrical energy storage device preferably comprises a plurality of components which are in the high-voltage region within the electrical energy storage device by means of a plurality of safety nuts 1 are attached.

Da sich die Sicherheitsmutter 1 im Betrieb lösen kann, ist sie als gefährliches Bauteil zu betrachten. Die Sicherheitsmutter 1 kann bei unkontrollierten Bewegungen im Hochvoltbereich zu einem gefährlichen Kurzschluss führen, wenn die Sicherheitsmutter 1, wie bei herkömmlichen Sicherheitsmuttern üblich, aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt ist. Because the security mother 1 In operation, it can be regarded as a dangerous component. The security mother 1 can lead to a dangerous short circuit in case of uncontrolled movements in the high-voltage range, if the safety nut 1 , as usual with conventional safety nuts, is made of an electrically conductive material.

Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung sind in der erfindungsgemäßen Sicherheitsmutter 1 ein Gewindekörper 4 aus einem elektrisch leitfähigen Material mit einem Isolationskörper 5 aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material kombiniert. According to one essential aspect of the invention are in the safety nut according to the invention 1 a threaded body 4 made of an electrically conductive material with an insulating body 5 made of an electrically non-conductive material.

Durch die speziell gestaltete Sicherheitsmutter 1 kann die Kurzschlussgefahr eliminiert werden, und zwar auch dann, wenn sich die Sicherheitsmutter 1 löst. Der Isolationskörper 5 ist aus einem nicht leitendem Kunststoffmaterial, wie Polyoxymethylen (POM) gebildet. Due to the specially designed safety nut 1 the risk of short circuit can be eliminated, even if the safety nut 1 solves. The insulation body 5 is formed of a non-conductive plastic material such as polyoxymethylene (POM).

Der Gewindekörper 4 ist als Gewindeeinsatz ausgeführt und aus Stahl gebildet. Durch den Gewindeeinsatz aus Stahl kann ein stabiles metallisches Innengewinde dargestellt werden. The threaded body 4 is designed as a threaded insert and made of steel. Due to the threaded insert made of steel, a stable metallic internal thread can be represented.

Der Isolationskörper 5 hat im Wesentlichen die Gestalt eines Quaders, das mit einem geeigneten Montagewerkzeug, wie einem Schraubenschlüssel oder einer Zange montiert werden kann. Die außen quaderförmige Sicherheitsmutter 1 kann auch in einer geeigneten Ausnehmung formschlüssig aufgenommen werden, um ein unerwünschtes Verdrehen der Sicherheitsmuter 1 beim Herstellen einer Schraubverbindung zu verhindern. The insulation body 5 has essentially the shape of a cuboid, which can be mounted with a suitable assembly tool, such as a wrench or pliers. The outside cuboid safety nut 1 can also be positively received in a suitable recess to an undesirable rotation of the security mother 1 to prevent when making a screw connection.

Der quaderförmige Isolationskörper 5 umfasst ein zentrales Sackloch 8, das sich von einer ebenen Anlagefläche 10 in den Isolationskörper 5 hinein erstreckt. Die ebene Anlagefläche 10 ist im Bereich des Sacklochs 8 mit einer Senkung 12 versehen. Die Senkung 12 ist als Zylindersenkung ausgeführt. The cuboid insulating body 5 includes a central blind hole 8th extending from a flat bearing surface 10 in the insulation body 5 extends into it. The flat contact surface 10 is in the area of the blind hole 8th with a cut 12 Mistake. The reduction 12 is designed as a cylinder counterbore.

Bei der quaderförmigen Gestaltung des Isolationskörpers 5 stellt die Sicherheitsmutter 1 einen Vierkant dar. Die Sicherheitsmutter 1 kann aber auch mehr als vier Kanten aufweisen. Der Gewindekörper 4 hat im Wesentlichen die Gestalt eines geraden Kreiszylinders mit einem Innengewinde. In the cuboid design of the insulating body 5 put the security mother 1 a square. The security mother 1 but can also have more than four edges. The threaded body 4 has essentially the shape of a straight circular cylinder with an internal thread.

Außen kann der Gewindekörper 4 mit einer Struktur versehen sein, mit der sich der Gewindekörper 4 in dem Isolationskörper 5 verkrallt. Dadurch wird eine unerwünschte Relativverdrehung zwischen dem Gewindekörper 4 und dem Isolationskörper 5 sicher verhindert. Outside, the threaded body 4 be provided with a structure with which the threaded body 4 in the insulation body 5 digs. This will cause an undesirable relative rotation between the threaded body 4 and the insulating body 5 safely prevented.

Der Gewindekörper 4 ist so tief in dem Sackloch 8 angeordnet, dass das in 2 obere Ende des Gewindekörpers 4 bündig mit dem vertieften Bereich der Zylindersenkung 12 abschließt. Dadurch wird ein Abstand zwischen dem Gewindekörper 4 und der Anlagefläche 10 des Isolationskörpers 5 geschaffen. The threaded body 4 is so deep in the blind hole 8th arranged that in 2 upper end of the threaded body 4 flush with the recessed area of the cylinder counterbore 12 concludes. This will create a clearance between the threaded body 4 and the contact surface 10 of the insulation body 5 created.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 202006005722 U1 [0002]
US 2009/0297290 A1 [0002]

Claims

Safety nut for fixing at least one component in a high-voltage region within an electrical energy storage device, such as a battery or a battery module, with open electrical contacts, characterized in that the safety nut ( 1 ) a threaded body ( 4 ) made of an electrically conductive thread material, which of an insulating body ( 5 ) is surrounded by an electrically non-conductive insulating material.

Safety nut according to claim 1, characterized in that the threaded body ( 4 ) is designed as a threaded insert made of steel.

Safety nut according to one of the preceding claims, characterized in that the insulating body ( 5 ) is made of plastic.

Safety nut according to one of the preceding claims, characterized in that the threaded body ( 4 ) is encapsulated or overmolded with the electrically non-conductive insulating material.

Safety nut according to one of the preceding claims, characterized in that the threaded body ( 4 ) in the insulating body ( 5 ) is pressed.

Safety nut according to one of the preceding claims, characterized in that the threaded body ( 4 ) has substantially the shape of a straight circular cylinder jacket with an internal thread.

Safety nut according to one of the preceding claims, characterized in that the insulating body ( 5 ) a blind hole ( 8th ), in which the threaded body ( 4 ) is arranged.

Safety nut according to one of the preceding claims, characterized in that the insulating body ( 5 ) a contact surface ( 10 ), which comes to rest on a mating surface when the electric battery is attached, and which of the threaded body ( 4 ) is spaced.

Safety nut according to claims 7 and 8, characterized in that the contact surface ( 10 ) in the region of the threaded body ( 4 ) a reduction ( 12 ) having.

Motor vehicle with an electrical energy storage device, in which a component with the aid of at least one safety nut ( 1 ) is attached according to one of the preceding claims.