DE102012106147B4

DE102012106147B4 - Verbindungselement und Verfahren zur elektrischen Kontaktierung eines Kontaktpols einer Batterieeinheit und Prüfstand

Info

Publication number: DE102012106147B4
Application number: DE102012106147.5A
Authority: DE
Inventors: Roman Meinen
Original assignee: ThyssenKrupp System Engineering GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp System Engineering GmbH
Priority date: 2012-07-09
Filing date: 2012-07-09
Publication date: 2015-07-30
Anticipated expiration: 2032-07-10
Also published as: DE102012106147A1; WO2014009127A1

Abstract

Es wird ein Verbindungselement zur elektrischen Kontaktierung eines Kontaktpols einer Batterieeinheit vorgeschlagen, wobei das Verbindungselement einen Verbindungskörper und ein elektrisch leitfähiges Kontaktelement aufweist, wobei das Kontaktelement relativ zum Verbindungskörper zwischen einer vorgelagerten Kontaktstellung zum Kontaktieren des Kontaktpols und einer rückverlagerten Freigabestellung zum Freigeben des Kontaktpols beweglich ist und wobei das Kontaktelement mittels einer Pneumatikeinheit zwischen der Kontaktstellung und der Freigabestellung bewegbar ist.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Verbindungselement zur elektrischen Kontaktierung eines Kontaktpols einer Batterieeinheit.
Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, Batterieeinheiten, welche beispielsweise als Energiespeicher zum Antreiben von Elektrofahrzeugen dienen, vor dem Ausliefern oder Verbauen auf Funktionstüchtigkeit und Qualität zu überprüfen. Hierzu müssen die Batterieeinheiten in einem Prüfstand elektrisch kontaktiert werden.
Eine Batteriepolmessklemme zur Kontaktierung einer Fahrzeugbatterie, welche nach Art einer Klemmschelle auf einem Batteriepol befestigt wird, ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2007 018 669 A1 bekannt. Eine weitere Kontaktanordnung zur Kontaktierung einer Mehrzahl von Batteriepolen offenbart zudem die Druckschrift JP 092 45 755 A . Die Druckschrift DE 41 07 387 C2 lehrt ferner eine Prüfvorrichtung für elektrische Komponenten.
Bei solchen Prüfstand besteht die Gefahr, dass die Kontaktzungen der Batterieeinheit bei der Kontaktierung der Batterieeinheit im Prüfstand beschädigt werden. Insbesondere besteht die Gefahr, dass sich Spuren bzw. Riefen in den Kontaktzungen bilden. Solche Riefen sorgen im späteren bestimmungsgemäßen Dauerbetrieb der Batterieeinheit nachteiligerweise für einen erhöhten ohmschen Widerstand, wodurch insbesondere bei Hochstromverbindungen die Gefahr erhöhter Wärmebildung besteht.
Offenbarung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verbindungselement zur elektrischen Kontaktierung eines Kontaktpols einer Batterieeinheit zur Verfügung zu stellen, welches ein einfaches, schnelles und automatisiertes Kontaktieren des Kontaktpols erlaubt und gleichzeitig eine Erzeugung von unerwünschten Spuren auf dem Kontaktpol verhindert.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Verbindungselement zur elektrischen Kontaktierung eines Kontaktpols einer Batterieeinheit, welches einen Verbindungskörper und ein elektrisch leitfähiges Kontaktelement aufweist, wobei das Kontaktelement relativ zum Verbindungskörper zwischen einer vorgelagerten Kontaktstellung zum Kontaktieren des Kontaktpols und einer rückverlagerten Freigabestellung zum Freigeben des Kontaktpols beweglich ist und wobei das Kontaktelement mittels einer Pneumatikeinheit zwischen der Kontaktstellung und der Freigabestellung bewegbar ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass das Kontaktelement zur Herstellung eines Kontakts mit dem Kontaktpol nicht einfach über den Kontaktpol geschoben wird, wodurch Kratzer auf dem Kontaktpol erzeugt werden, sondern dass das Kontaktelement pneumatisch in Richtung des Kontaktpols bewegt wird. Die Bewegung des Kontaktelements erfolgt somit insbesondere senkrecht auf eine Kontaktfläche des Kontaktpols und nicht parallel zur Kontaktfläche. Auf diese Weise wird bei der Herstellung des Formschlusskontakts zwischen dem Kontaktelement und dem Kontaktpol die Erzeugung von Kratzern, Riefen oder anderen Spuren auf dem Kontaktpol vermieden. Durch die Verwendung der Pneumatikeinheit wird in einfacher und kostengünstig zu realisierender Weise eine vollautomatisierte Kontaktierung ermöglicht wird, so dass mittels des Verbindungselements beispielsweise eine Vielzahl von Batterieeinheiten in einem Prüfstand sequentiell kontaktiert und geprüft werden können. Der Verbindungskörper ist insbesondere aus einem nicht-leitendem Material, vorzugsweise Kunststoff, gefertigt. Vorzugsweise weist der Verbindungskörper eine Verbindungskontur auf, welche in und/oder auf eine entsprechende Gegenkontur der Batterieeinheit entlang einer Hauptbewegungsrichtung steckbar ist. Denkbar ist, dass der Verbindungskörper ferner einen Toleranzausgleich beispielsweise in Form von Führungsschrägen an der Verbindungskontur aufweist, welche zur Lagekorrektur des Verbindungskörpers bezüglich einer zur Hauptbewegungsrichtung senkrechten Richtung beim Ein- und/oder Aufstecken der Verbindungskontur dient. Die Pneumatikeinheit ist dabei Teil des Verbindungselements.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
Es ist vorgesehen, dass das Verbindungselement ein weiteres Kontaktelement aufweist, welches bezüglich des Kontaktpols auf einer dem Kontaktelement gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, wobei das weitere Kontaktelement relativ zum Verbindungskörper zwischen einer vorgelagerten Kontaktstellung zum Kontaktieren des Kontaktpols und einer rückverlagerten Freigabestellung zur Freigabe des Kontaktpols pneumatisch bewegbar ist. In vorteilhafter Weise wird der Kontaktpol, welcher insbesondere als plattenförmige Kontaktzunge ausgebildet ist, auf zwei gegenüberliegenden Seiten kontaktiert. Das Kontaktelement und das weitere Kontaktelement können daher mittels der Pneumatikeinheit oder mittels Federelementen unter einem erhöhten Anpressdruck auf die entsprechenden Kontaktflächen des Kontaktpols gedrückt werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass der Kontaktpol von den Kontaktelementen verbogen wird. Der erhöhte Anpressdruck führt vorteilhafterweise zu einer Verringerung des ohmschen Widerstands.
Es ist ferner vorgesehen, dass das Verbindungselement entlang einer Hauptbewegungsrichtung auf ein Gegenverbindungselement der Batterieeinheit aufsteckbar ist, wobei das Kontaktelement und/oder das weitere Kontaktelement jeweils um eine zur Hauptbewegungsrichtung senkrechte Schwenkachse schwenkbar sind. In vorteilhafter Weise wird zum Anschließen der Batterieeinheit das Verbindungselement zunächst entlang der Hauptbewegungsrichtung auf das Gegenverbindungselement aufgesteckt und anschließend die beiden Kontaktelement von der Freigabestellung in die Kontaktstellung verschwenkt. Hierdurch wird vermieden, dass zu irgendeinem Zeitpunkt eine Scher- oder Reibkraft auf den Kontaktpol wirkt. Das Kontaktelement und das weitere Kontaktelement werden beim Überführen von der Freigabestellung in die Kontaktstellung insbesondere aufeinander zu geschwenkt und beim Überführen von der Kontaktstellung in die Freigabestellung voneinander weg geschwenkt.
Ferner ist vorgesehen, dass das Kontaktelement und das weitere Kontaktelement auf zueinander zugewandten Funktionsbereichen jeweils eine Funktionsschräge aufweisen, wobei das Verbindungselement einen zwischen den Funktionsbereichen angeordneten Aktuator aufweist, welcher parallel zur Hauptbewegungsrichtung bewegbar ausgebildet ist. In vorteilhafter Weise werden das Kontaktelement und das weitere Kontaktelement gemeinsam mittels des einen Aktuators betätigt. Der Aktuator ist vorzugsweise mit einem Kolben eines Pneumatikzylinders einer Pneumatikeinheit gekoppelt. Eine Verschiebung des Aktuators entlang einer zur Hauptbewegungsrichtung parallelen Richtung sorgt dafür, dass sich der Aktuator entlang der beiden Funktionsschrägen bewegt. Vorzugsweise werden das Kontaktelement und das weitere Kontaktelement dabei durch eine von dem Aktuator auf die Funktionsschräge ausgeübte Kraftwirkung, insbesondere entgegen einer Federkraft, verschwenkt.
Es ist zudem vorgesehen, dass das Kontaktelement und/oder das weitere Kontaktelement jeweils einen ersten Schenkel und einem zweiten Schenkel umfassen, welche winklig zueinander ausgerichtet sind, wobei ein Endbereich des ersten Schenkels zur Kontaktierung des Kontaktpols vorgesehen ist, wobei ein Zwischenbereich des ersten Schenkels den Funktionsbereich aufweist, wobei ein Endbereich des zweiten Schenkels mit einem elektrischen Leiter verbunden ist und wobei die Schwenkachse vorzugsweise in einem Übergangsbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Schenkel oder in einem Zwischenbereich des zweiten Schenkels angeordnet ist. Das Kontaktelement und das weitere Kontaktelement sind jeweils insbesondere L-förmig ausgebildet, so dass zwischen dem ersten Schenkel und dem zweiten Schenkel nahezu ein rechter Winkel ausgebildet ist. Die Schwenkachse des Kontaktelements und die Schwenkachse des weiteren Kontaktelements sind vorzugsweise parallel zueinander ausgerichtet und befinden sich in der gleichen zur Hauptbewegungsrichtung parallelen Ebene. Die zweiten Schenkel sind insbesondere kürzer als die ersten Schenkel ausgebildet, so dass entlang der Hauptbewegungsrichtung nur eine geringe Bewegung der elektrischen Leiter beim Überführen der Kontaktelemente zwischen der Kontaktstellung und der Freigabestellung erzeugt wird. Hierdurch wird die Langlebigkeit des Verbindungselements erhöht und Kabelbruch vorgebeugt. Der zweite Schenkel des Kontaktelements und der zweite Schenkel des weiteren Kontaktelements stehen vorzugsweise im Wesentlichen in die gleiche Richtung jeweils vom ersten Schenkel ab, wodurch vorteilhafterweise eine vergleichsweise bauraumkompakte Anordnung erzielt wird. Ferner liegen die jeweiligen elektrischen Leiter vergleichsweise nah beieinander, so dass eine einfache elektrische Kontaktierung der Kontaktelemente ermöglicht wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Verbindungselement wenigstens ein Federelement zum Federbeaufschlagen des Kontaktelements und/oder des weiteren Kontaktelements von der Freigabestellung in die Kontaktstellung aufweist. In vorteilhafter Weise sind die Kontaktelemente mittels des wenigstens einen Federelements in Richtung der Kontaktstellung federbeaufschlagt, so dass durch eine geeignete Wahl des Federelements eine wohldefinierte Andruckkraft einstellbar ist, wodurch an der Kontaktstelle ein geringer und insbesondere wohldefinierter ohmscher Widerstand entsteht. Ein ohmscher Widerstand hat den Vorteil, dass bei einer Verwendung des Verbindungselements in einem Prüfstand die Prüfergebnisse nicht beeinträchtigt werden und insbesondere eine schnelle Prüfung durchführbar ist. Die Verwendung der Pneumatikeinheit zur Überführung der Kontaktelemente von der Kontaktstellung in die Freigabestellung hat den Vorteil, dass Federelemente mit vergleichsweise hohen Federkonstanten verwendet werden können und somit hohe Andruckkräfte realisiert werden können.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Verbindungselement eine Mehrzahl von Kontaktelementen und eine Mehrzahl von weiteren Kontaktelementen aufweist, wobei die Mehrzahl von Kontaktelementen entlang einer zur Schwenkachse parallelen Querrichtung deckungsgleich zueinander aufgereiht sind und wobei die Mehrzahl von weiteren Kontaktelementen entlang der Querrichtung deckungsgleich zueinander aufgereiht sind. In vorteilhafter Weise wird durch die Verwendung mehrerer Kontaktelemente die Kontaktfläche vergrößert und somit der ohmsche Widerstand zwischen dem Kontaktpol und den Kontaktelementen verringert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Verbindungselement ein Entriegelungselement aufweist, welches entlang einer zur Hauptbewegungsrichtung senkrechten Querrichtung gegenüber dem Verbindungskörper bewegbar ausgebildet ist, wobei das Entriegelungselement vorzugsweise pneumatisch betätigt wird. In vorteilhafter Weise lassen sich mittels des Entriegelungselements Verriegelungselemente der Batterieeinheit vollautomatisiert entriegeln. Denkbar ist beispielsweise, dass die Batterieeinheit mit einer internen Schaltsperre (auch als „Interlock” bezeichnet) ausgestattet ist, wobei eine Beschaltung der Schaltsperrenkontakte erst zum Durchschalten der Kontaktpole führt. Die Schaltsperrenkontakte können mit einem Verriegelungselement verdeckt sein, welches durch das Entriegelungselement verschoben wird, um die Schaltsperrenkontakte freizulegen. Das Verbindungselement weist vorzugsweise Entsperrkontakte auf, welche die freigelegten Schaltsperrenkontakte kontaktieren und ein Durchschalten der Schaltsperre bewirken, wenn die Kontaktelemente in die Kontaktstellung verschwenkt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Verbindungselement ein Entsicherungselement aufweist, welches ein entlang der Hauptbewegungsrichtung in Richtung des Kontaktpols vorstehenden Fortsatz zum Verschieben eines Berührschutzes des Kontaktpols umfasst. Denkbar ist, dass der Kontaktpol mit dem Berührschutz versehen ist, welcher in einem nicht-kontaktierten Zustand der Batterieeinheit den Kontaktpol zur Erhöhung der Sicherheit verdeckt. Dieser Berührschutz wird von dem Entsicherungselement beim Aufstecken des Verbindungselements auf das Gegenverbindungselement verschoben, um einen freiliegenden Kontaktpol bereitzustellen, welche von den Kontaktelementen kontaktiert werden kann.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Prüfstand zur Prüfung einer Batterieeinheit aufweisend ein erfindungsgemäßes Verbindungselement zur elektrischen Kontaktierung eines Kontaktpols der Batterieeinheit, wobei das Verbindungselement mittels einer entlang der Hauptbewegungsrichtung verfahrbaren Antriebseinheit auf den Kontaktpol aufsteckbar und von dem Kontaktpol abziehbar ist, wobei die Antriebseinheit vorzugsweise pneumatisch zu betätigen ist. In vorteilhafter Weise wird somit ein vollautomatisierter Prüfstand ermöglicht, welcher automatisch mit einer Batterieeinheit bestückt werden kann und in welchem die Batterieeinheit automatisiert kontaktiert werden kann, ohne dass auf den Kontaktpolen der Batterieeinheit Spuren erzeugt werden.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur elektrischen Kontaktierung eines Kontaktpols einer Batterieeinheit mittels eines erfindungsgemäßen Verbindungselements, wobei in einem ersten Verfahrensschritt das Verbindungselement und die Batterieeinheit bereitgestellt werden, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt ein Verbindungskörpers des Verbindungselements auf einen Verbindungsbereich der Batterieeinheit aufgesteckt wird und wobei in einem dritten Verfahrensschritt ein Kontaktelement des Verbindungselements relativ zum Verbindungskörper von einer rückverlagerten Freigabestellung, in welcher das Kontaktelement vom Kontaktpol beanstandet ist, zu einer vorgelagerten Kontaktstellung, in welcher das Kontaktelement in Kontakt mit dem Kontaktpol ist, mittels einer Pneumatikeinheit bewegt wird.
In vorteilhafter Weise ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine Kontaktierung der Batterieeinheit, ohne dass unerwünschte Spuren, wie Kratzer oder Riefen, auf den Kontaktflächen der Kontaktpole erzeugt werden. Zudem ermöglich die Pneumatikeinheit in einfacher, wartungsarmer und kostengünstig zu realisierender Weise eine vollautomatisierte Kontaktierung der Batterieeinheit.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass im dritten Verfahrensschritt das Kontaktelement um eine Schwenkachse und ein weiteres Kontaktelement um eine zur Schwenkachse parallele weitere Schwenkachse mittels der Pneumatikeinheit derart verschwenkt werden, dass der Kontaktpol formschlüssig zwischen dem Kontaktelement und dem weiteren Kontaktelement angeordnet ist. In vorteilhafter Weise wird der Kontaktpol zwischen dem Kontaktelement und dem weiteren Kontaktelement formschlüssig eingeklemmt, so dass trotz eines hohen Anpressdrucks die Gefahr eines Verbiegens des Kontaktpols ausgeräumt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass im dritten Verfahrensschritt ein mit einem Pneumatikzylinder der Pneumatikeinheit gekoppelter Aktuator entlang der Hauptbewegungsrichtung bewegt wird, wobei der Aktuator mit einer Funktionsschräge des Kontaktelements und mit einer Funktionsschräge des weiteren Kontaktelements derart zusammenwirkt, dass das Kontaktelement und das weitere Kontaktelement jeweils entgegen einer Federkraft von der Kontaktstellung in die Freigabestellung überführt werden oder dass das Kontaktelement und das weitere Kontaktelement jeweils durch eine Federkraft von der Freigabestellung in die Kontaktstellung überführt werden. In vorteilhafter Weise muss mittels der Pneumatikeinheit lediglich ein einziger Aktuator angetrieben werden, um beide Kontaktelemente gemeinsam und synchron in die Freigabestellung oder in die Kontaktstellung zu bewegen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass im zweiten Verfahrensschritt das Verbindungselement mittels der Pneumatikeinheit entlang einer Hauptbewegungsrichtung auf den Verbindungsbereich der Batterieeinheit aufgesteckt wird, wobei vorzugsweise in einem ersten Unterschritt des zweiten Verfahrensschrittes zum Verschieben eines Berührschutzes des Kontaktpols ein entlang der Hauptbewegungsrichtung in Richtung des Kontaktpols vorstehender Fortsatz als Entsicherungselement gemeinsam mit dem Verbindungskörper in Richtung des Verbindungsbereichs bewegt wird und/oder wobei vorzugsweise in einem zweiten Unterschritt des zweiten Verfahrensschrittes zur Entriegelung eines weiteren Verbindungsbereichs der Batterieeinheit ein Entriegelungselement senkrecht zur Hauptbewegungsrichtung bewegt wird. In vorteilhafter Weise werden somit der Berührschutz bzw. ein Verriegelungselement der Batterieeinheit automatisiert entsichert, um den Kontaktpol freizulegen bzw. innerhalb der Batterie anzuschließen.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1a, 1b, 1c zeigen schematische Perspektiv- und Seitenansichten eines Verbindungselements gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine schematische Schnittbildansicht des Verbindungselements gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt eine schematische Detailansicht von Kontaktelementen und einer Pneumatikeinheit des Verbindungselements gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt einen Prüfstand gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
In 1a, 1b und 1c sind schematische Perspektiv- und Seitenansichten eines Verbindungselements 1 zur elektrischen Kontaktierung eines Kontaktpols 2 einer Batterieeinheit 31 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. In den Darstellungen ist das Verbindungselement 1 beispielhaft auf ein Gegenverbindungselement 3 der nicht abgebildeten Batterieeinheit 31 aufgesteckt, wobei innerhalb des Gegenverbindungselements 3 zwei Kontaktpole 2 der Batterieeinheit 31 angeordnet sind. Das Verbindungselement 1 weist einen Verbindungskörper 4 auf, der teilweise als Gehäuse des Verbindungselements 1 fungiert. Der Verbindungskörper 4 ist im vorliegenden Beispiel aus einem Kunststoffmaterial gefertigt.
Auf einer dem Gegenverbindungselement 3 zugewandten Seite des Verbindungskörpers 4 weist der Verbindungskörper 4 eine Verbindungskontur 5 auf, welche entlang einer Hauptbewegungsrichtung 100 in bzw. auf eine entsprechende Gegenkontur 6 des Gegenverbindungselements 3 steckbar ist. Die Verbindungskontur 5 ist ferner mit seitlichen Führungsschrägen 7 versehen, welche zur Lagekorrektur des Verbindungskörpers 4 bezüglich zur Hauptbewegungsrichtung 100 senkrechten ersten und zweiten Querrichtungen 101, 102 beim Aufstecken des Verbindungselements 1 auf das Gegenverbindungselement 3 dienen. Die Verbindungskontur 5 ist gegenüber dem übrigen Verbindungskörper 4 federelastisch entlang der Hauptbewegungsrichtung 100 in Richtung des Gegenverbindungselements 3 vorgespannt, so dass auch entlang der Hauptbewegungsrichtung 100 eine Lagekorrektur zum Toleranzausgleich ermöglicht wird.
Das Verbindungselement 1 weist vorzugsweise ein Entriegelungselement 8 auf, welches entlang der zweiten Querrichtung 102 gegenüber dem Verbindungskörper 4 verschiebbar gelagert ist. Hierzu weist das Entriegelungselement 8 eine Kulisse 9 auf, in welche ein mit dem Verbindungskörper 4 verbundenes Führungsmittel 10 ragt. Das Führungsmittel 10 erstreckt sich teilweise entlang der zweiten Querrichtung 102, so dass die Kulissenführung lediglich eine Bewegung des Entriegelungselements 8 gegenüber dem Verbindungskörper 4 entlang der zweiten Querrichtung 102 erlaubt. Das Verbindungselement 1 umfasst eine Pneumatikeinheit 11. Eine Entriegelungspneumatikzylinder 12 der Pneumatikeinheit 11 erstreckt sich parallel zur zweiten Querrichtung 102 und ist mit dem Entriegelungselement 8 starr gekoppelt. Wenn das Verbindungselement 1 auf das Gegenverbindungselement 3 aufgesteckt wurde, wird der Entriegelungspneumatikzylinder 12 pneumatisch betätigt, so dass das Entriegelungselement 8 entgegen einer Federkraft parallel zur zweiten Querrichtung 102 bewegt wird. Ein Entriegelungsbereich 13 des Entriegelungselements 8 gelangt hierdurch in Kontakt mit einem am Gegenverbindungselement 3 angebrachten Verriegelungselement (aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt), welches als äußere Abdeckung für Schaltsperrenkontakte einer internen Schaltsperre der Batterieeinheit 31 (auch als „Interlock” bezeichnet) dient. Die Schaltsperre dient zur Erhöhung der Sicherheit dazu, die Verbindung zwischen den Kontaktpolen 2 und den Elektroden der Batterieeinheit 31 zu trennen und lediglich im Falle, dass ein geeignetes Verbindungselement 1 auf das Gegenverbindungselement 3 die Kontaktpole 2 mit den Elektroden der Batterieeinheit 31 zu verbinden. Das Verriegelungselement wird nun mittels des pneumatisch angetriebenen Entriegelungselements 8 beiseite geschoben und Entsperrkontakte (nicht abgebildet) des Verbindungselements 1 zum Freischalten der Schaltsperre auf die freiliegenden Schaltsperrenkontakte gesteckt.
In 2 ist eine schematische Schnittbildansicht des Verbindungselements 1 gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus der in 1b illustrierten Perspektive dargestellt. Das Verbindungselement 1 ist dabei teilweise auf das Gegenverbindungselement 3 aufgesteckt.
Zur Erhöhung der Sicherheit sind die Kontaktpole 2 jeweils von einem Berührschutz 26 aus einem nicht-leitendem Material verdeckt. Der Berührschutz 26 kann entlang der Hauptbewegungsrichtung 100 entgegen einer Federkraft verschoben werden, um die Kontaktpole 2 freizulegen. Das Verbindungselement 1 weist hierfür zungenartige Entsicherungselemente 27 auf, welche innerhalb der Verbindungskontur 5 entlang der Hauptbewegungsrichtung 1 in Richtung des Gegenverbindungselements 3 vom Verbindungskörper 4 abstehen. Beim Aufstecken des Verbindungselements 1 auf das Gegenverbindungselement 3 greifen die Entsicherungselemente 27 in Aufnahmen des Berührschutzes 26 ein, wodurch der Berührschutz 26 einerseits entriegelt wird und andererseits durch die Bewegung des Verbindungselements 1 entlang der Hauptbewegungsrichtung 3 zurückgeschoben wird. Auf diese Weise werden die Kontaktpole 2 beim Aufstecken des Verbindungselements 3 automatisch innerhalb der Verbindungskontur 5 freigelegt.
Zur Kontaktierung der beiden Kontaktpole 2 weist das Verbindungselement 3 für jeden Kontaktpol 2 ein Kontaktelement 14 und ein weiteres Kontaktelement 15 auf, welche aus einem Metall gefertigt sind. Die beiden Kontaktelemente 14, 15 sind zwischen einer Kontaktstellung, in welcher der Kontaktpol 2 zwischen den beiden Kontaktelementen 14, 15 eingeklemmt ist, und einer Freigabestellung, in welcher die beiden Kontaktelemente 14, 15 im Bereich des Kontaktpols 2 voneinander beabstandet sind und somit auch vom Kontaktpol 2 beabstandet bzw. elektrisch isoliert sind. Die beiden Kontaktelemente 14, 15 sind hierfür jeweils um eine Schwenkachse 16 schwenkbar gelagert. Das Verbindungselement 1 weist eine Mehrzahl von Federelementen 21 auf, welche die beiden Kontaktelemente 14, 15 federelastisch von der Freigabestellung in die Kontaktstellung, d. h. aufeinander zu, kraftbeaufschlagen.
Die beiden Kontaktelemente 14, 15 umfassen jeweils einen ersten Schenkel 17 und einen zweiten Schenkel 18, welche im Wesentlichen rechtwinklig zueinander angeordnet sind. Die beiden Kontaktelemente 14, 15 sind daher L-förmig ausgebildet. Ein Endbereich des ersten Schenkels 17 ist jeweils zur Kontaktierung des Kontaktpols 2 vorgesehen, während ein Endbereich des zweiten Schenkels 18 jeweils mit einem elektrischen Leiter 34 verbunden ist. Die Schwenkachse 16 des Kontaktelements 14 ist in einem Übergangsbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Schenkel 17, 18 angeordnet, während die Schwenkachse 16 des weiteren Kontaktelements 15 im zweiten Schenkel 18 angeordnet ist. Die beiden Schenkachsen 16 liegen hierdurch in einer gemeinsamen zur Hauptbewegungsrichtung 100 parallel verlaufenden Ebene. Das Kontaktelement 14 und das weitere Kontaktelement 15 weisen auf einander zugewandten Seiten des jeweiligen ersten Schenkels 17 bezüglich der Ebene spiegelbildlich ausgebildete Funktionsbereichen 19 auf. Die Funktionsbereiche 19 umfassen Führungsschrägen 20.
Das Verbindungselement 1 weist ferner einen Aktuator 22 auf, welcher insbesondere als sich parallel zur zweiten Querrichtung 102 erstreckende zylinderförmige Stange ausgebildet ist. Der Aktuator 22 ist im Bereich der Führungsschräge 20 zwischen dem Kontaktelement 14 und dem weiteren Kontaktelement 15 angeordnet. Wenn sich der Aktuator 22 entlang der Hauptbewegungsrichtung 100 in Richtung des Gegenverbindungselements 3 bewegt, wird von dem Aktuator 22 aufgrund der rampenartig ausgebildeten Führungsschrägen 20 eine nach Außen gerichtete Kraft auf die Kontaktelemente 14, 15 ausgeübt, wodurch die Kontaktelemente 14, 15 entgegen der Federkraft der Federelemente 21 gespreizt werden. Die Kontaktelemente 14, 15 werden auf diese Weise von der Kontaktstellung in die Freigabestellung überführt. Wenn der Aktuator 22 in entgegengesetzter Richtung zurückbewegt wird, werden die Kontaktelemente 14, 15 mittels der Federelemente 21 von der Freigabestellung zurück in die Kontaktstellung bewegt. Zur Betätigung des Aktuators 22 dient die Pneumatikeinheit 11 des Verbindungselements 11. Der Aktuator 22 ist über eine Kopplungseinheit 23 mit dem Kolben 24 eines Pneumatikzylinders 25 der Pneumatikeinheit 11 gekoppelt (in 2 aus perspektivischen Gründen nicht zu erkennen). Die Kopplungseinheit 23, der Kolben 24 und der Pneumatikzylinder 25 sind detailliert in 3 illustriert.
In 2 sind die Kontaktelemente 14, 15 in der Kontaktstellung dargestellt, wobei das Verbindungselement 1 noch nicht vollständig auf das Gegenverbindungselement 3 gesteckt ist. Zur Herstellung der elektrischen Kontaktierung der Kontaktpole 2 muss daher der Aktuator 16 pneumatisch mittels der Pneumatikeinheit 11 in Richtung der Führungsschrägen 20 bewegt werden, um die Kontaktelemente 14, 15 in die Freigabestellung zu überführen, anschließend das Verbindungselement 1 in Richtung des Gegenverbindungselement 3 verschoben werden und abschließend der Aktuator 16 zurückbewegt werden, damit die Kontaktelemente 14, 15 aufgrund der Federbeaufschlagung in die Kontaktstellung verschwenkt und auf beide Außenseiten des als Kontaktzunge ausgebildeten Kontaktpols 2 gedrückt werden. Die Kontaktierung des weiteren Kontaktpols erfolgt in analoger Weise.
In 3 ist eine schematische Detailansicht von Kontaktelementen 14 und einer Pneumatikeinheit 11 des Verbindungselements 1 gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Es ist zu sehen, dass die Verbindungselemente 1 auf jeder Seite des Kontaktpols 2 jeweils eine Mehrzahl von Kontaktelementen 14, 15 aufweist, um den ohmschen Widerstand der elektrischen Verbindung zwischen dem Kontaktpol 2 und den elektrischen Leitern 34 zu reduzieren. Die Kontaktelemente 14, 15 sind entlang der zweiten Querrichtung 102 jeweils parallel zueinander aufgereiht. Die aufgereihten Kontaktelemente 14, 15 weisen jeweils die gleiche Schwenkachse 16 auf. Sämtliche Kontaktelemente 14, 15 werden ferner durch den einen Aktuator 22 betätigt. Im vorliegende Beispiel umfasst die Pneumatikeinheit 11 einen Doppel-Pneumatikzylinder 25 zur Betätigung des Aktuators 22 über die Kopplungseinheit 23. Die beiden Kolben 24 der Doppel-Pneumatikzylinder 25 sind mittels Zusatzfedern 28 in eine eingefahrene Position (entspricht der Freigabestellung der Kontaktelemente 14, 15) federelastisch kraftbeaufschlagt. In 3 ist ferner eine weitere Zusatzfeder 29 illustriert, welcher zur Federbeaufschlagung der Verbindungskontur 5 entlang der Hauptbewegungsrichtung 100 dient.
In 4 ist ein Prüfstand 30 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt. Das anhand von 1a bis 3 beschriebene Verbindungselement 1 ist Teil des automatischen zu bestückenden Prüfstandes 30 zur Prüfung der Funktionsfähigkeit und Qualität der Batterieeinheit 31. Denkbar ist, dass der Prüfstand 30 in eine Montagestraße für Teile eines Elektroautos integriert ist. Das Verbindungselement 1 ist hierbei auf einem entlang der Hauptbewegungsrichtung 100 pneumatisch verschiebbaren Schlitten 32 angeordnet. Beim Bestücken des Prüfstandes 30 mit einer zu prüfenden Batterieeinheit 31 wird der Schlitten 32 pneumatisch in Richtung der Batterieeinheit 31 verfahren, wodurch das Verbindungselement 1 auf das Gegenverbindungselement 3 der Batterieeinheit 31 aufgesteckt wird. Beim Aufstecken wird – wie oben erläutert – automatisch der Berührschutz 26 entfernt und die Kontaktpole 2 der Batterieeinheit 31 durch ein pneumatisch betätigtes Verschwenken der Kontaktelemente 14, 15 kontaktiert, ohne dass Spuren auf den Kontaktpolen 2 entstehen. Ferner wird die Abdeckung der Schaltsperrenkontakte des Gegenverbindungselements 3 mittels des pneumatisch angetriebenen Entriegelungselements 8 freigelegt und mittels der Entsperrkontakte die interne Schaltsperre der Batterieeinheit 31 freigeschaltet, so dass ein Prüfverfahren zum Prüfen der Funktionsfähigkeit und der Qualität der Batterieeinheit 31 durchgeführt werden kann. Nach Abschluss des Prüfverfahrens werden die Kontaktelemente 14, 15 pneumatisch in die Freigabestellung überführt und anschließend das Verbindungselement 1 von dem Gegenverbindungselement 1 abgezogen. Hierdurch werden automatisch die Schaltsperre der Batterieeinheit 31 wieder aktiviert, die Schaltsperrenkontakte durch das Verriegelungselement abgedeckt und der Berührschutz 26 über die Kontaktpole 2 verfahren. Die geprüfte Batterieeinheit 31 kann nun aus dem Prüfstand 30 entnommen werden und der Prüfstand 30 mit einer neuen zu prüfenden Batterieeinheit 31 bestückt werden. Denkbar ist, dass der Prüfstand 30 mit einem entlang der Hauptbewegungsrichtung 100 verfahrbaren Rollladen 33 während des Prüfungsvorgangs automatisch verschlossen wird.
Bezugszeichenliste

1: Verbindungselement
2: Kontaktpol
3: Gegenverbindungselement
4: Verbindungskörper
5: Verbindungskontur
6: Gegenkontur
7: Führungsschräge
8: Entriegelungselement
9: Kulisse
10: Führungsmittel
11: Pneumatikeinheit
12: Entriegelungspneumatikzylinder
13: Entriegelungsbereich
14: Kontaktelement
15: Weiteres Kontaktelement
16: Schwenkachse
17: Erster Schenkel
18: Zweiter Schenkel
19: Funktionsbereich
20: Führungsschräge
21: Federelement
22: Aktuator
23: Kopplungseinheit
24: Kolben
25: Pneumatikzylinder
26: Berührschutz
27: Entsicherungselement
28: Zusatzfeder
29: Weitere Zusatzfeder
30: Prüfstand
31: Batterieeinheit
32: Schlitten
33: Rollladen
34: Elektrischer Leiter
100: Hauptbewegungsrichtung
101: Erste Querrichtung
102: Zweite Querrichtung

Claims

Verbindungselement (1) zur elektrischen Kontaktierung eines Kontaktpols (2) einer Batterieeinheit (31), wobei das Verbindungselement (1) einen Verbindungskörper (4) und zumindest ein elektrisch leitfähiges Kontaktelement (14) aufweist, wobei das Kontaktelement (14) relativ zum Verbindungskörper (4) zwischen einer vorgelagerten Kontaktstellung zum Kontaktieren des Kontaktpols (2) und einer rückverlagerten Freigabestellung zum Freigeben des Kontaktpols (2) beweglich ist und wobei das Kontaktelement (14) mittels einer Pneumatikeinheit (11) zwischen der Kontaktstellung und der Freigabestellung bewegbar ist, wobei das Verbindungselement (1) zumindest ein weiteres Kontaktelement (15) aufweist, welches bezüglich des Kontaktpols (2) auf einer dem Kontaktelement (14) gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, wobei das weitere Kontaktelement (15) relativ zum Verbindungskörper (4) zwischen einer vorgelagerten Kontaktstellung zum Kontaktieren des Kontaktpols (2) und einer rückverlagerten Freigabestellung zur Freigabe des Kontaktpols (2) mittels der Pneumatikeinheit (11) bewegbar ist, wobei das Verbindungselement (1) entlang einer Hauptbewegungsrichtung (100) auf ein Gegenverbindungselement (3) der Batterieeinheit (31) aufsteckbar ist, wobei das Kontaktelement (14) und das weitere Kontaktelement (15) jeweils um eine zur Hauptbewegungsrichtung (100) senkrechte Schwenkachse (16) schwenkbar sind, wobei das Kontaktelement (14) und das weitere Kontaktelement (15) auf zueinander zugewandten Funktionsbereichen (19) jeweils eine Funktionsschräge (20) aufweisen, wobei das Verbindungselement (1) einen zwischen den Funktionsbereichen (19) angeordneten Aktuator (22) aufweist, welcher parallel zur Hauptbewegungsrichtung (100) pneumatisch bewegbar ausgebildet ist, wobei das Kontaktelement (14) und das weitere Kontaktelement (15) jeweils einen ersten Schenkel (17) und einem zweiten Schenkel (18) aufweisen, welche winklig zueinander ausgerichtet sind, wobei ein Endbereich des ersten Schenkels (17) zur Kontaktierung des Kontaktpols (2) vorgesehen ist, wobei ein Zwischenbereich des ersten Schenkels (17) den Funktionsbereich (19) aufweist, wobei ein Endbereich des zweiten Schenkels (18) mit einem elektrischen Leiter (34) verbunden ist.
Verbindungselement (1) nach Anspruch 1, wobei der Aktuator (22) mit einem Kolben (24) eines Pneumatikzylinders (25) der Pneumatikeinheit (11) gekoppelt ist.
Verbindungselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schwenkachse (16) in einem Übergangsbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Schenkel (17, 18) oder in einem Zwischenbereich des zweiten Schenkels (18) angeordnet ist.
Verbindungselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Schenkel (18) des Kontaktelements (14) und der zweite Schenkel (18) des weiteren Kontaktelements (15) im Wesentlichen in die gleiche Richtung jeweils vom ersten Schenkel (17) abstehen.
Verbindungselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verbindungselement (1) wenigstens ein Federelement (21) zur federelastischen Kraftbeaufschlagung des Kontaktelements (14) und/oder des weiteren Kontaktelements (15) von der Freigabestellung in die Kontaktstellung aufweist.
Verbindungselement (1) nach einem der vorhergehende Ansprüche, wobei das Verbindungselement (1) eine Mehrzahl von Kontaktelementen (14) und eine Mehrzahl von weiteren Kontaktelementen (15) aufweist, wobei die Mehrzahl von Kontaktelementen (14) entlang einer zur Schwenkachse (16) parallelen Querrichtung (101, 102) deckungsgleich aufgereiht sind und wobei die Mehrzahl von weiteren Kontaktelementen (15) entlang der Querrichtung (101, 102) deckungsgleich aufgereiht sind.
Verbindungselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verbindungselement (1) ein Entriegelungselement (8) aufweist, welches entlang einer zur Hauptbewegungsrichtung (100) senkrechten Querrichtung (101, 102) gegenüber dem Verbindungskörper (4) bewegbar ausgebildet ist, wobei das Entriegelungselement (8) pneumatisch betätigt wird.
Verbindungselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verbindungselement (1) ein Entsicherungselement (27) aufweist, welches ein entlang der Hauptbewegungsrichtung (100) in Richtung des Kontaktpols (2) vorstehenden Fortsatz zum Verschieben eines Berührschutzes (26) des Kontaktpols (2) aufweist.
Prüfstand (30) zur Prüfung einer Batterieeinheit (31) aufweisend ein Verbindungselement (1) zur elektrischen Kontaktierung eines Kontaktpols (2) der Batterieeinheit (31) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verbindungselement (1) mittels einer entlang der Hauptbewegungsrichtung (100) verfahrbaren Schlitten (32) auf den Kontaktpol (2) aufsteckbar und von dem Kontaktpol (2) abziehbar ist, wobei der Schlitten (32) pneumatisch angetrieben ist.
Verfahren zur elektrischen Kontaktierung eines Kontaktpols (2) einer Batterieeinheit (31) mittels eines Verbindungselements (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei in einem ersten Verfahrensschritt das Verbindungselement (1) und die Batterieeinheit (31) bereitgestellt werden, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt der Verbindungskörper (4) des Verbindungselements (1) auf das Gegenverbindungselement (3) der Batterieeinheit (31) aufgesteckt wird und wobei in einem dritten Verfahrensschritt das Kontaktelement (14) des Verbindungselements (1) relativ zum Verbindungskörper (4) von der rückverlagerten Freigabestellung, in welcher das Kontaktelement (14) vom Kontaktpol (2) beanstandet ist, zu der vorgelagerten Kontaktstellung, in welcher das Kontaktelement (14) in Kontakt mit dem Kontaktpol (2) ist, mittels der Pneumatikeinheit (11) bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei im dritten Verfahrensschritt das Kontaktelement (14) um eine Schwenkachse (16) und das weiteres Kontaktelement (15) um eine zur Schwenkachse parallele weitere Schwenkachse (16) mittels der Pneumatikeinheit (11) derart verschwenkt werden, dass der Kontaktpol (2) formschlüssig zwischen dem Kontaktelement (14) und dem weiteren Kontaktelement (15) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei in einem vierten Verfahrensschritt das Kontaktelement des Verbindungselements (1) relativ zum Verbindungskörper (4) von der vorgelagerten Kontaktstellung zu der rückverlagerten Freigabestellung mittels der Pneumatikeinheit (11) bewegt wird und im vierten Verfahrensschritt der mit einem Pneumatikzylinder (25) der Pneumatikeinheit (11) gekoppelter Aktuator (22) entlang der Hauptbewegungsrichtung (100) bewegt wird, wobei der Aktuator (22) mit der Funktionsschräge (20) des Kontaktelements (14) und mit der Funktionsschräge (20) des weiteren Kontaktelements (15) derart zusammenwirkt, dass das Kontaktelement (14) und das weitere Kontaktelement (15) jeweils entgegen einer Federkraft von der Kontaktstellung in die Freigabestellung überführt werden oder dass das Kontaktelement (14) und das weitere Kontaktelement (15) jeweils durch eine Federkraft von der Freigabestellung in die Kontaktstellung überführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei im zweiten Verfahrensschritt das Verbindungselement (1) mittels der Pneumatikeinheit (11) entlang der Hauptbewegungsrichtung (100) auf das Gegenverbindungselement (3) der Batterieeinheit (31) aufgesteckt wird, wobei in einem ersten Unterschritt des zweiten Verfahrensschrittes zum Verschieben des Berührschutzes (26) des Kontaktpols (2) der entlang der Hauptbewegungsrichtung (100) in Richtung des Kontaktpols (2) vorstehender Fortsatz als Entsicherungselement (27) gemeinsam mit dem Verbindungskörper (4) in Richtung des Gegenverbindungselements (3) bewegt wird und wobei in einem zweiten Unterschritt des zweiten Verfahrensschrittes zur Entriegelung des Verriegelungselements der Batterieeinheit (31) die Entriegelungselement (8) senkrecht zur Hauptbewegungsrichtung (100) bewegt wird.