DE102017113269A1

DE102017113269A1 - Polklemme

Info

Publication number: DE102017113269A1
Application number: DE102017113269.4A
Authority: DE
Inventors: Patrick Janak; Thomas Glück-Schinhan
Original assignee: Rupert Fertinger GmbH
Current assignee: Rupert Fertinger GmbH
Priority date: 2017-06-16
Filing date: 2017-06-16
Publication date: 2018-12-20
Anticipated expiration: 2037-06-17
Also published as: DE102017113269B4

Abstract

Polklemme, insbesondere für Autobatterien, umfassend einen Verbindungsbereich und einen Anschlussbereich, wobei der Verbindungsbereich zwei Backen aufweist, welche jeweils eine Kontaktfläche und einen Klemmbereich umfassen, wobei die Kontaktfläche dazu ausgelegt ist, in Kontakt mit einer Batterie zu gelangen, um eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Polklemme und der Batterie herzustellen, wobei die Klemmbereiche dazu ausgelegt sind, durch eine Krafteinwirkung auf die Klemmbereiche die Innengeometrie des Verbindungsbereichs zu verändern, wobei der Anschlussbereich dazu ausgelegt ist, eine elektrisch leitende Verbindung von der Polklemme zu einem Kabel herzustellen, und wobei die Polklemme überwiegend aus einen Aluminiumwerkstoff ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Polklemme, insbesondere für Batterien, wie Autobatterien, eine elektrische Versorgungsanordnung, welche eine Polklemme umfasst, sowie ein Herstellungsverfahren für eine Polklemme.
Polklemmen für Batterien sind aus dem Stand der Technik bekannt. Diese Polklemmen dienen dazu, das elektrische Bordnetz, insbesondere das eines Kraftfahrzeugs, mit einer Batterie elektrisch leitend zu verbinden. Die im Stand der Technik bekannten Polklemmen bestehen dabei aus Materialien, welche vor allem dahingehend optimiert sind, dass eine besonders hohe elektrische Leitfähigkeit und somit ein geringer elektrischer Widerstand erreicht wird. Aus dieser einseitigen Optimierung resultiert, dass die aus dem Stand der Technik bekannten Polklemmen besonders schwer sind und zusätzlich noch hohe Kosten verursachen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen leichten und kostengünstigen elektrischen Anschluss eines Bordnetzes an eine Batterie, insbesondere eine Autobatterie, bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Polklemme mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch eine Versorgungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 17 und durch ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß umfasst eine Polklemme, insbesondere für Autobatterien, einen Verbindungsbereich und einen Anschlussbereich, wobei der Verbindungsbereich zwei Backen aufweist, welche jeweils eine Kontaktfläche und einen Klemmbereich umfassen, wobei die Kontaktfläche dazu ausgelegt ist, in Kontakt mit einer Batterie zu gelangen, um eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Polklemme und der Batterie herzustellen, wobei die Klemmbereiche dazu ausgelegt sind, durch eine Krafteinwirkung auf die Klemmbereiche die Innengeometrie des Verbindungsbereichs zu verändern, wobei der Anschlussbereich dazu ausgelegt ist, eine elektrisch leitende Verbindung von der Polklemme zu einem Kabel herzustellen, und wobei die Polklemme überwiegend aus einen Aluminiumwerkstoff ausgebildet ist. Der Anschlussbereich ist derjenige Bereich der Polklemme, welcher dazu dient, eine elektrisch leitende Verbindung mit der Batterie herzustellen. Hierzu ist es besonders zweckmäßig, dass die beiden Backen des Verbindungsbereichs den Pol einer Batterie umfassen oder umgreifen. Die Flächen des Verbindungsbereichs, welche dazu ausgelegt sind, mittelbar oder unmittelbar in Kontakt mit dem Pol einer Batterie zu treten, sind die Kontaktflächen. Bevorzugt bilden diese Kontaktflächen einen Bestandteil der Innengeometrie der Polklemme, welche durch eine Krafteinwirkung auf die Klemmbereiche verändert werden kann. Um eine mechanische Fixierung der Polklemme relativ zu dem Pol der Batterie sicherzustellen, ist die Polklemme bevorzug kraft- und/oder formschlüssig an dem Pol angeschlossen. Diese Fixierung kann insbesondere durch eine Krafteinwirkung auf die Klemmbereiche der Backen erfolgen, sodass diese relativ zueinander verlagert werden und so der Pol zwischen den Backen verklemmt wird. Die Krafteinwirkung wird vorteilhafterweise durch Spannmittel erreicht, welche zweckmäßigerweise ein Gewinde aufweisen. In anderen Worten kann dies bedeuten, dass die Polklemme mit dem Pol der Batterie verspannt oder verschraubt ist. Durch diese Art der Fixierung kann die Verbindung meist reversibel (zerstörungsfrei) lösbar gestaltet werden, welches insbesondere in Hinblick auf die Austauschbarkeit der Batterie besonders vorteilhaft ist. Bevorzugt kann die Festlegung des Kabels an der Polklemme durch meist irreversible Fügeverfahren wie Crimpen, Löten oder Schweißen erfolgen. Der Vorteil dieser Art der Fixierung liegt in der hohen Standfestigkeit der Verbindung. Der Anschlussbereich der Polklemme ist derjenige Bereich, welcher dazu dient, ein Kabel elektrisch leitend mit der Polklemme zu verbinden. Diese Verbindung kann beispielsweise durch eine Quetschverbindung erfolgen. Der Aluminiumwerkstoff, aus welchem die Polklemme besteht, ist besonders zweckmäßigerweise eine Aluminiumlegierung oder Reinaluminium. Der Begriff, dass die Polklemme „überwiegend aus einem Aluminiumwerkstoff ausgebildet ist“, ist insbesondere dahingehend zu verstehen, dass zumindest 70% der Polklemme aus einem Aluminiumwerkstoff bestehen, wodurch ein besonders geringes Gewicht der Polklemme erreicht wird. Bevorzugt besteht die Polklemme jedoch zu zumindest 90% aus einem Aluminiumwerkstoff, sodass eine besonders gute mechanische Belastbarkeit der Polklemme erreicht wird. Besonders bevorzugt besteht die Polklemme vollständig aus einem Aluminiumwerkstoff. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass eine einfache Fertigung möglich ist. Es versteht sich, dass „vollständig aus Aluminiumwerkstoff“ nicht bedeutet, dass keine Oberflächenbeschichtungen wie z.B. Oxidschichten usw. vorhanden sein können oder dürfen, welche aus einem anderen Material bestehen. Vorteilhafterweise ist die Polklemme gegossen. Hierunter ist zu verstehen, dass die Polklemme mittels eines urformenden Fertigungsverfahrens, wie Sintern oder Gießen, insbesondere mittels Druckguss, hergestellt ist. Insbesondere bevorzugt ist die Polklemme mittels eines warmumformenden Fertigungsverfahren, wie Schmieden, hergestellt. Um auch hohe mechanische Lasten aufnehmen zu können ist die Polklemme bevorzugt einstückig ausgebildet. In anderen Worten bedeutet dies, dass die Polklemme nicht durch Fügen einzelner Bauteile gebildet ist.
Zweckmäßigerweise ist der Aluminiumwerkstoff eine Aluminiumknetlegierung. Durch die Verwendung einer solchen Aluminiumknetlegierung ist es möglich, besonders kostengünstige Fertigungsverfahren zu verwenden, sodass eine kostengünstige Polklemme entsteht. Bevorzugt ist die Aluminiumlegierung eine Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierung, wodurch eine besonders verschleißarme und standfeste Polklemme entsteht. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Aluminiumwerkstoff um Al-Mg-Si 0,5 oder Al-Mg-Si 1, wodurch eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit in der Polklemme realisiert wird.
Vorteilhafterweise weist der Aluminiumwerkstoff eine elektrische Leitfähigkeit von 22 bis 40 A/(Vm), bevorzugt von 28 bis 37 A/(Vm) und besonders bevorzugt von 29 bis 35 A/(Vm) auf. Hierdurch kann ein besonders hoher Wirkungsgrad und eine kompakte Bauweise der Polklemme realisiert werden. In dem Bereich von 28 bis 37 A/(Vm) hat sich gezeigt, dass eine besonders konstante Spannung in der Polklemme sichergestellt ist, dies gilt insbesondere auch für Situationen, bei denen die Polklemme besonders starken dynamischen Spannungswechseln ausgesetzt ist. Bei einer elektrischen Leitfähigkeit des Aluminiumwerkstoffs im Bereich von 29 bis 35 A/(Vm) kann eine besonders geringe thermische Belastung der Polklemme erzielt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Aluminiumwerkstoff schweißbar. Hierdurch ist es möglich, eine besonders kostengünstige Fertigung der Polklemme sicherzustellen, weil einzelne Bestandteile nachträglich an die Polklemme angefügt werden können oder die Polklemme selbst mehrstückig sein kann.
Vorteilhafterweise weist der Aluminiumwerkstoff eine Brinellhärte von 15 bis 95 (HB), bevorzugt von 40 bis 90 (HB), und besonders bevorzugt von 70 bis 85 (HB), auf. Bei einer Brinellhärte von 15 bis 95 (HB) hat sich gezeigt, dass eine besonders vorteilhafte Verschleißsicherheit der Polklemme sichergestellt ist. Bei einer Brinellhärte von 40 bis 90 (HB) kann eine besonders sichere Kabelanbindung im Anschlussbereich realisiert werden. Es hat sich gezeigt, dass bei einer Brinellhärte von 70 bis 85 (HB), insbesondere die Kontaktflächen, einen hohen Widerstand gegen das Eindringen von Verunreinigungen aufweisen, sodass eine hohe Standfestigkeit der Polklemme erreicht werden kann. Zusätzlich kann unter Umständen auch auf ein nachträgliches Härten der Kontaktflächen verzichtet werden, sodass Kosten eingespart werden können.
Bevorzugt weist der Aluminiumwerkstoff eine Wärmeleitfähigkeit von 150 bis 232 W/(mK), bevorzugt von 170 bis 220 W/(mK) und besonders bevorzugt von 180 bis 200 W/(mK) auf. Aus einer Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 150 bis 232 W/(mK) resultiert eine Polklemme, welche eine besonders homogene Temperaturverteilung aufweist, sodass ein konstanter elektrischer Widerstand erreicht wird. Bei einer Wärmeleitfähigkeit des Aluminiumwerkstoffs von 170 bis 220 W/(mK) wurde festgestellt, dass ein lokales Aufstauen von Wärme, welches die mechanischen Eigenschaften negativ beeinflussen kann, vermieden wird. Bei einer Wärmeleitfähigkeit des Aluminiumwerkstoffs von 180 bis 200 W/(mk) hat sich gezeigt, dass eine besonders geringe Neigung zu Rissen aufgrund einer inhomogenen Temperaturverteilung besteht.
Vorteilhafterweise weist der Aluminiumwerkstoff eine Bruchdehnung (A₅) zwischen 7% bis 23%, bevorzugt zwischen 8% und 27% und besonders bevorzugt zwischen 10% und 26% auf. Hierdurch wird eine besonders hohe mechanische Belastbarkeit der Polklemme ermöglicht. Unter der Bruchdehnung kann insbesondere die bleibende Verlängerung der Probe nach dem Bruch verstanden werden. Diese wird dabei vorteilhafterweise an einer Probe bestimmt, welche eine Länge aufweist, welche das Fünffache des Durchmessers ist. Bevorzugt liegt die Bruchdehnung des Aluminiumwerkstoffs zwischen 8% und 27%, hieraus resultiert eine besonders standfeste Polklemme, insbesondere hinsichtlich der Dauerfestigkeit. Es hat sich gezeigt, dass ein vorteilhafter Kompromiss zwischen mechanischer Überlastsicherung der Batterie und einer hohen mechanischen Festigkeit der Polklemme erzielt werden kann, wenn die Bruchdehnung des Aluminiumwerkstoffs zwischen 10% und 26% liegt.
Bevorzugt weist der Aluminiumwerkstoff eine Dehngrenze (Rp 0,2) zwischen 90 und 280 N/mm², bevorzugt zwischen 120 und 250 N/mm² und besonders bevorzugt zwischen 160 und 230 N/mm² auf. Unter der Dehngrenze kann dabei insbesondere diejenige (einachsige) mechanische Spannung verstanden werden, bei der die auf die Anfangslänge der Probe bezogene bleibende Dehnung nach Entlastung 0,2 % beträgt. Liegt die Dehngrenze des Aluminiumwerkstoffs zwischen 90 und 280 N/mm² kann eine besonders kostengünstige Fertigung erzielt werden, dies gilt insbesondere bei einer Fertigung mittels eines umformenden Verfahrens. Bei einer Dehngrenze zwischen 120 und 250 N/mm² hat sich gezeigt, dass die für die Montage der Polklemme benötigten Kräfte in einem Bereich liegen, welcher insbesondere im Betrieb als vorteilhaft von den Benutzern empfunden wird. Besonders bevorzugt liegt die Dehngrenze jedoch zwischen 160 und 230 N/mm², denn in diesem Bereich hat sich gezeigt, dass eine besonders hohe Standfestigkeit der Polklemme resultiert.
Vorteilhafterweise weist der Aluminiumwerkstoff, aus dem die Polklemme ausgebildet ist, ein E-Modul von 65 000 N/mm² bis 72 000 N/mm² auf. Bei einem solchen E-Modul ist es unter anderem möglich, eine Vorspannung in die Polklemme einzubringen, welche insbesondere in der Lage ist, ein Setzen der Kontaktflächen zu kompensieren, ohne dass ein besonders hoher Kraftaufwand bei der Montage der Polklemme benötigt wird.
Zweckmäßigerweise ist auf der Oberfläche der Backe eine Oxidschicht vorgesehen, wobei eine gemittelte Dicke der Oxidschicht auf den Kontaktflächen kleiner als die gemittelte Dicke der Oxidschicht auf der gesamten Oberfläche der Backe ist. Bevorzugt kann diese Oxidschicht dabei durch Auftragen von Säure erzeugt werden. Alternativ bevorzugt kann die Oxidschicht auch durch Passivierung oder durch Beschichten gebildet werden. Durch die geringere Dicke der Oxidschicht auf den Kontaktflächen wird ein besonders geringer elektrischer Widerstand zwischen den Kontaktflächen und der Batterie realisiert, wobei die Polklemme gleichzeitig einen besonders hohen Widerstand gegen Korrosion aufweist. Besonders bevorzugt ist die Oberfläche der Backe Vernickelt oder Eloxiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die gemittelte Dicke der Oxidschicht auf den Kontaktflächen zwischen 0,7 µm und 20 µm, bevorzugt zwischen 0,8 µm und 8 µm und besonders bevorzugt zwischen 1 µm und 5 µm. Bei einer Dicke von 0,7 bis 20 µm hat sich gezeigt, dass ein besonders guter Korrosionsschutz für die Polklemme besteht. Bei einer Oxidschichtdicke von 0,8 bis 8 µm hat sich herausgestellt, dass eine besonders kostengünstige Polklemme resultiert, da die Maßnahmen, welche zum Erzeugen einer solchen Oxidschicht benötigt werden besonders kostengünstig sind. Die Anmelderin hat herausgefunden, dass sich bei einer Oxidschichtdicke im Bereich von 1 bis 5 µm ein besonders guter Kompromiss zwischen mechanischer Belastbarkeit der Oxidschicht und dem Verlust an elektrischer Leitfähigkeit derselben einstellt.
Zweckmäßigerweise ist die Polklemme Oberflächenbeschichtet. Hierdurch wird die Leitfähigkeit der Polklemme in einer kostengünstigen Weise gesteigert. Das Oberflächenbeschichten kann dabei in einem Verzinnen, Versilbern, Verkupfern oder Vernickeln bestehen. Besonders zweckmäßig ist es, wenn insbesondere die Kontaktflächen der Polklemme Oberflächenbeschichtet sind.
Bevorzugt sind die Kontaktflächen zumindest bereichsweise rotationssymmetrisch zu einer Polrichtung, wobei die Polrichtung quer, insbesondere senkrecht, zu einer Haupterstreckungsrichtung steht. Hierdurch kann eine besonders kostengünstige Fertigung der Polklemme erreicht werden. Die Polrichtung ist dabei insbesondere diejenige Richtung, in welche sich der Pol der Batterie erstreckt, welcher von der Polklemme umfasst werden soll. Die Haupterstreckungsrichtung ist dabei diejenige Richtung, in welche die Länge der Polklemme bestimmt wird. Unter dem Begriff „quer“ ist zu verstehen, dass zwischen der Haupterstreckungsrichtung und der Polrichtung ein Winkel von 85-90° liegen kann. Bevorzugt stehen die beiden Richtungen jedoch senkrecht (90°) zu einander.
Zweckmäßigerweise ist die Polklemme symmetrisch zu einer Ebene ausgebildet, welche durch die Haupterstreckungsrichtung und die Polrichtung aufgespannt wird. Unter „symmetrisch“ ist dabei zu verstehen, dass möglicherweise auftretende Fertigungstoleranzen und/oder Asymmetrien aufgrund der Montage nicht in die Bewertung der Symmetrie mit einzubeziehen sind, so dass diese Asymmetrien einer „symmetrischen“ Ausbildung nicht entgegenstehen. Insbesondere weisen die beiden Backen eine Spiegelsymmetrie zu der Ebene auf, welche durch die Haupterstreckungsrichtung und die Polrichtung aufgespannt wird. Durch diese spiegelsymmetrische Anordnung kann eine besonders kostengünstige Fertigung erfolgen, sowie eine einfache Austauschbarkeit der Polklemme realisiert werden.
Bevorzugt bilden die Kontaktflächen in der Polrichtung zumindest bereichsweise einen Innenkonus, wobei die Kontaktflächen hierzu einen gemittelten ersten Winkel mit der Polrichtung bilden, welcher zwischen 3° und 12°, bevorzugt zwischen 5° und 8° liegt. Durch diesen Innenkonus wird eine gute Lösbarkeit der Polklemme erreicht. Bei einem Winkel von 5 bis 8° hat sich gezeigt, dass eine besonders geringe Neigung der Polklemme zu einer nichtlösbaren mechanischen und/oder stoffschlüssigen Verbindung (wie Festrosten) besteht, sodass die Lebensdauer der Polklemme erhöht wird. Dir Kontaktflächen können geradlinig oder stufenförmig - beispielsweise durch eine Stufenbohrung - ausgebildet sein, wobei bei einer stufenförmigen Kontaktfläche der gemittelte erste Winkel durch die Polrichtung und eine Berührungslinie gebildet wird, welche die Stufenenden schneidet.
Bevorzugt laufen die Backen an einem distalen Ende zusammen und sind an dem anderen bzw. gegenüberliegenden distalen Ende durch einen Schlitz voneinander getrennt, wobei sich der Schlitz in der Haupterstreckungsrichtung von einem distalen Ende der Backen bis zu den Kontaktflächen erstreckt, und wobei der Schlitz dazu ausgelegt ist, durch eine Krafteinwirkung auf die Klemmbereiche zumindest teilweise geschlossen oder verringert zu werden. In anderen Worten bedeutet dies, dass die beiden Backen an einem distalen Ende miteinander verbunden sind, bevorzugt gehen die Backen daher in diesem Bereich ineinander über. Hierdurch wird eine besonders mechanisch belastbare Konstruktion erreicht. Der Schlitz, welcher sich zwischen den beiden Backen in der Haupterstreckungsrichtung erstreckt, dient insbesondere dazu, dass die Polklemme leicht auf die Batterie geschoben werden kann. In anderen Worten, kann der Schlitz dazu dienen, eine Verlagerbarkeit der beiden Backen zueinander sicherzustellen. Die Krafteinwirkung auf den Klemmbereich kann insbesondere durch Spannmittel wie beispielsweise eine Schraube erreicht werden. Der Begriff „teilweise geschlossen“ kann unter anderem bedeuten, dass die sich in dem Schlitz befindlichen zueinander zugewandten Seiten der Backen durch die Krafteinwirkung annähern, jedoch nicht unbedingt berühren müssen.
Zweckmäßigerweise ist in dem Schlitz eine Montageausnehmung vorgesehen, welche sich in die Polrichtung von einer Stirnfläche der Backe bis zur gegenüberliegenden Stirnfläche der Backe erstreckt, wobei die Montageausnehmung dazu ausgelegt ist, dass in dieser ein Spannmittel angeordnet ist, wobei die Montageausnehmung zumindest bereichsweise innen rund, insbesondere kreisrund, ist. In anderen Worten bedeutet dies, dass die Montageausnehmung eine Ausnehmung ist, welche die Backen in Polrichtung vollständig durchdringt. Das Spannmittel, welches durch die Montageausnehmung führbar ist, dient dabei insbesondere dazu, eine Kraft auf den Klemmbereich auszuüben, um die Innengeometrie der Kontaktflächen zu verändern. Bevorzugt weist der kreisrunde Bereich einen Durchmesser auf, welcher in einem Verhältnis zu dem gemittelten Innendurchmesser der Kontaktfläche von 0,25 bis 0,45 steht. Hierdurch kann eine besonders hohe mechanische Festigkeit der Backen erreicht werden. Besonders bevorzugt liegt das Verhältnis zwischen 0,3 bis 0,4, wodurch eine besonders geringe Kerbwirkung, insbesondere für Biegespannung, resultiert.
Zweckmäßigerweise weisen die Klemmbereiche jeweils eine Klemmfläche auf, wobei die Klemmflächen dazu ausgelegt sind, durch eine Krafteinwirkung von einem Spannmittel die Innengeometrie der Kontaktflächen zu verändern, wobei die Klemmflächen einen zweiten Winkel mit der Polrichtung bilden, welcher in einem Bereich von 35 bis 75°, bevorzugt zwischen 45 bis 65° und besonders bevorzugt zwischen 52 und 58° liegt. Die Klemmfläche dient in anderen Worten dazu, von einem Spannmittel mit einer Kraft beaufschlagt werden zu können. Durch die Winkligkeit kann unter anderem in einer einfachen Weise eine Kraftumlenkung realisiert werden, welche zu einer besonders kompakten Bauweise der Polklemme führt. Ein zweiter Winkel von 45 bis 65° resultiert in einer besonders vorteilhaften Kraftübersetzung, wodurch eine leichte Montage der Polklemme ermöglicht wird. Bei einem zweiten Winkel von 52 bis 58° hat sich gezeigt, dass insbesondere bei Umformverfahren eine besonders kostengünstige Herstellung der Polklemme realisiert werden kann. Zweckmäßigerweise weisen die Kontaktflächen eine Oberflächenrauigkeit (Rz) zwischen 2 µm und 15 µm auf, um die Auswirkungen von Setzen zu reduzieren.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Anschlussbereich eine Anschlussausnehmung auf, welche dazu ausgelegt ist, durch Einführen eines Kabels eine elektrisch leitende Verbindung zu einem Bordnetz herzustellen. Die Anschlussausnehmung dient daher insbesondere dazu, den elektrischen Kontakt zwischen der Polklemme und dem Kabel zu etablieren. Durch die Ausnehmung kann die Polklemme besonders platzsparend ausgestaltet werden und zusätzlich auch ein gewisser Schutz des elektrischen Kontakts (Funkenflug) sichergestellt werden. Besonders bevorzugt ist es, wenn das Kabel in der Anschlussausnehmung durch eine plastische Verformung des Anschlussbereichs gegen eine Verlagerung wie z.B. ein Herausziehen gesichert ist. In anderen Worten kann dies bedeuten, dass das Kabel durch eine Quetschverbindung, Schweißverbindung oder Klebeverbindung in der Anschlussausnehmung gehalten sein kann. Durch diese Maßnahme resultiert eine besonders kostengünstige und leichte Polklemme, da zusätzliche Bauteile zum fixierend des Kabels eingespart werden können. Alternativ bevorzugt kann die Fixierung des Kabels in der Anschlussausnehmung auch durch eine um den Anschlussbereich gelegte Schelle erfolgen. Der Vorteil dieser Art der Fixierung liegt darin, dass die Verbindung leicht nachgespannt werden kann, um möglichen Setzungserscheinungen in einer einfachen und kostengünstigen Weise zu begegnen. Um eine unerwünschte Verschiebung der Schelle zu erschweren, kann in dem Anschlussbereich eine Fixiernut vorgesehen sein, welche eine Verschiebung der Schelle unter anderem durch einen Formschluss behindert. In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann in der Anschlussausnehmung auch ein Innengewinde vorgesehen sein, welches dazu dient, das Kabel zu fixieren. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt in der großen Belastbarkeit der Verbindung. Unter der Begrifflichkeit Bordnetz ist unter anderem das elektrische Leitungsnetz inklusive der mit diesem Leitungsnetz versorgten Verbraucher zu verstehen, welches elektrisch leitend mit dem Kabel verbunden ist. In anderen Worten kann das Bordnetz insbesondere das Leitungsnetz eines Kraftfahrzeugs, vorzugsweise eines E-Fahrzeugs, eines Gebäudes, einer Landmaschine, eines Nutzfahrzeugs oder dass eines Hybridfahrzeugs sein.
Erfindungsgemäß umfasst eine Versorgungsanordnung zum Versorgen eines Bordnetzes mit elektrischer Energie, eine vorstehend beschriebene Polklemme und ein Kabel, welches an dem Anschlussbereich der Polklemme angeordnet ist, wobei das Kabel aus einem Aluminiumwerkstoff besteht. Diese Anordnung weist aufgrund des Aluminiumwerkstoffs besonders gute mechanische Eigenschaften und ein geringes Gewicht auf. Bevorzugt ist das Kabel aus dem gleichen Aluminiumwerkstoff ausgebildet wie die Polklemme. Hierdurch wird unteranderem erreicht, dass die Polklemme und das Kabel die gleiche Wärmeausdehnung aufweisen, welches insbesondere in Bereich in denen die beiden Komponenten aneinander gefügt sind, zu geringen thermisch bedingten mechanischen Spannungen führt. Die Polklemme kann zweckmäßigerweise eine der vorgehend beschriebenen sein.
Erfindungsgemäß umfasst ein Herstellungsverfahren für eine Polklemme, insbesondere für eine Polklemme der in Rede stehenden Art, die Schritte:

• Bereitstellen eines Werkstückrohlings überwiegend aus einem Aluminiumwerkstoff;
• Umformen des Werkstückrohlings;
• Nachbearbeiten des Werkstückrohlings
• Oberflächenbeschichten.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen mit Bezug auf die beigefügten Figuren, wobei einzelne Merkmale von verschiedenen Ausführungsformen zu neuen Ausführungsformen kombiniert werden können. Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform der Polklemme;
2 eine Schnittansicht entlang der Haupterstreckungsrichtung einer Ausführungsform der Polklemme;
3 eine Schnittansicht des Klemmbereichs einer Ausführungsform;
4 eine weitere Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Polklemme;

In der 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Polklemme 1 zu erkennen. Die 1 zeigt auf seiner rechten Seite den Anschlussbereich 2 der Polklemme 1, wobei die Öffnung 11 des Anschlussbereichs 2 lediglich schematisch erkennbar ist. Der Anschlussbereich 2 weist in der dargestellten Ausführungsform eine Fixiernut 13 auf, welche unter anderem dazu genutzt werden kann, eine nicht dargestellte Schelle zu fixieren. Alternativ kann die Fixiernut 13 unter anderem auch dazu dienen, eine mechanische Schwächung des Anschlussbereichs 2 zu erzeugen, welche insbesondere bei einer Quetschverbindung von Vorteil ist. Aus der Abbildung ist benachbart zum Anschlussbereich 2 der Verbindungsbereich 3 erkennbar, welcher sowohl zwei Backen 4, als auch nach innen weisende Kontaktflächen 5 aufweist. Diese Kontaktflächen 5 sind dazu ausgelegt, um einen Pol einer Batterie gelegt zu werden, um einen elektrisch leitenden Kontakt zwischen der Polklemme 1 und der Batterie herzustellen. Vorteilhafterweise weisen die Kontaktflächen 5 dabei eine Oberflächenrauhigkeit (Rz) zwischen 1 µm und 15 µm auf. Hierdurch wird unter anderem die Auswirkung von Setzten reduziert und der Widerstand gegen Rissbildung erhöht. Um eine Verlagerbarkeit der beiden Backen 4 zueinander zu realisieren, ist in der dargestellten Ausführungsform ein Schlitz 7 vorgesehen. Das distale Ende der Backen 4 und des Anschlussbereichs 2 wird durch den Klemmbereich 6 gebildet. Der Klemmbereich 6 weist dabei eine Montagenut 12 auf, welche unter anderem dazu ausgelegt ist, ein Verrutschen eines Spannmittels in die Haupterstreckungsrichtung L auch dann formschlüssig zu verhindern, wenn die Polklemme, wie in der 1 dargestellt, sich in einem nicht montierten Zustand befindet.
In der 2 ist eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer Polklemme 1 entlang der Haupterstreckungsrichtung L dargestellt. Auch diese Ausführungsform umfasst einen Anschlussbereich 2, welcher eine sich entlang der Haupterstreckungsrichtung L erstreckende Anschlussausnehmung 11 aufweist. In der 2 ist insbesondere erkennbar, dass die beiden Kontaktflächen 5, welche zu den Backen 4 gehören, zumindest bereichsweise eine Rotationssymmetrie um die Polrichtung P aufweisen. Diese Rotationssymmetrie wird in der dargestellten Ausführungsform, nur durch den Schlitz 7 unterbrochen. In der 2 ist dabei erkennbar, dass jede Backe 4 eine Montageausnehmung 8 in dessen Klemmbereich 6 aufweist, wobei die Montageausnehmungen 8 sich ebenfalls entlang der Polrichtung P erstrecken. Die Montageausnehmungen 8 erstrecken sich in der hier dargestellten Ausführungsform dabei von einer Seite der jeweiligen Backe 4 bis zur anderen Seite der jeweiligen Backe 4. In anderen Worten bedeutet dies, dass die Montageausnehmungen 8 daher die jeweilige Backe 4 vollständig in Polrichtung P durchdringen. Die Montageausnehmungen 8 sind in der dargestellten Ausführungsform zumindest bereichsweise kreisrund und weisen in diesem Bereich einen Durchmesser D1 auf.
Die 3 zeigt einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform der Polklemme 1 im Bereich der Montageausnehmungen 8 des Klemmbereichs 6. Die Schnittebene weist dabei eine Normale in die Haupterstreckungsrichtung L auf. Aus der 3 sind die Klemmflächen 9 erkennbar, welche jeweils einen Winkel W2 mit der Polrichtung P bilden, wobei sich an die Klemmflächen 9 jeweils distal, gesehen in eine Richtung senkrecht zur Polrichtung P und zur Haupterstreckungsrichtung L, Sicherungsflächen 10 erstrecken. Diese Sicherungsflächen 10 dienen insbesondere dazu, einen Anschlag für Spannmittel bereitzustellen. In anderen Worten bedeutet dies, dass die Sicherungsflächen 10 dazu dienen können, dass die Polklemme 1 nur bis zu einem gewissen Maß zu gespannt werden kann, da die Sicherungsflächen eine weitere Verformung nicht zulassen. Die Sicherungsflächen 10 dienen daher generell dazu, einen formschlüssig Anschlag für die Spannmittel zu bilden.
Die 4 zeigt einen Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform einer Polklemme 1. Der Schnitt erstreckt sich dabei entlang der Haupterstreckungsrichtung L. In der 4 sind wiederum der Verbindungsbereich 3 und der Anschlussbereich 2 mit seinen Backen 4 erkennbar. Besonders hervorzuheben ist in der dargestellten Ausführungsform die konische Ausgestaltung der Innengeometrie, welche die Kontaktflächen 5 miteinander bilden. In der 4 ist insbesondere der erste Winkel W1 dargestellt, welchen die Kontaktflächen 5 mit der Polrichtung P bilden. Die dargestellte Ausführungsform weist im Klemmbereich 6 eine Montagenut 12 auf, welche dazu ausgelegt ist, eine formschlüssige Sicherung für Spannmittel gegen eine Verlagerung entlang der Haupterstreckungsrichtung L zu bilden.
Bezugszeichenliste

1: - Polklemme
2: - Anschlussbereich
3: - Verbindungsbereich
4: - Backe
5: - Kontaktfläche
6: - Klemmbereich
7: - Schlitz
8: - Montageausnehmung
9: - Klemmfläche
10: - Sicherungsfläche
11: - Anschlussausnehmung
12: - Montagenut
13: - Fixiernut
D1: - Durchmesser
L: - Haupterstreckungsrichtung
P: - Polrichtung
W1: - erster Winkel
W2: - zweiter Winkel

Claims

Polklemme (1), insbesondere für Autobatterien, umfassend einen Anschlussbereich (2) und einen Verbindungsbereich (3), wobei der Verbindungsbereich (3) zwei Backen (4) aufweist, welche jeweils eine Kontaktfläche (5) und einen Klemmbereich (6) umfassen, wobei die Kontaktfläche (5) dazu ausgelegt ist, in Kontakt mit einer Batterie zu gelangen, um eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Polklemme (1) und der Batterie herzustellen, wobei die Klemmbereiche (6) dazu ausgelegt sind, durch eine Krafteinwirkung auf die Klemmbereiche (6) die Innengeometrie des Verbindungsbereichs (3) zu verändern, wobei der Anschlussbereich (2) dazu ausgelegt ist, eine elektrisch leitende Verbindung von der Polklemme (1) zu einem Kabel (10) herzustellen, und wobei die Polklemme (1) überwiegend aus einem Aluminiumwerkstoff ausgebildet ist.
Polklemme (1) gemäß Anspruch 1, wobei der Aluminiumwerkstoff eine Aluminiumknetlegierung ist.
Polklemme (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Aluminiumwerkstoff eine elektrische Leitfähigkeit von 22 bis 40 A/(Vm), bevorzugt von 28 bis 37 A/(Vm) und besonders bevorzugt von 29 bis 35 A/(Vm) aufweist.
Polklemme (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Aluminiumwerkstoff eine Brinellhärte von 15 HB bis 95 HB, bevorzugt von 40 HB bis 90 HB und besonders bevorzugt von 70-85 HB aufweist.
Polklemme (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf der Oberfläche der Backen (4) eine Oxidschicht vorliegt, wobei eine gemittelte Dicke einer Oxidschicht auf den Kontaktflächen (5) kleiner als die gemittelte Dicke einer Oxidschicht auf der gesamten Oberfläche der Backen (4) ist,
Polklemme (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kontaktflächen (5) in die Polrichtung (P) zumindest bereichsweise einen Innenkonus bilden, wobei die Kontaktflächen (5) hierzu einen gemittelten ersten Winkel (W1) mit der Polrichtung (P) bilden, welcher zwischen 3° und 12° bevorzugt zwischen 5° und 8° liegt.
Polklemme (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem Schlitz (7) eine Montageausnehmung (8) vorgesehen ist, welche sich in die Polrichtung (P) von einer Stirnfläche der Backen (4) bis zur gegenüberliegenden Stirnfläche der Backen (4) erstreckt, wobei die Montageausnehmung (8) dazu ausgelegt ist, dass in dieser ein Spannmittel anordenbar ist, und wobei die Montageausnehmung (8) zumindest bereichsweise innen rund, insbesondere kreisrund, ist.
Polklemme (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Klemmbereiche (6) jeweils eine Klemmfläche (9) aufweisen, wobei die Klemmflächen (9) dazu ausgelegt sind, durch eine Krafteinwirkung von einem Spannmittel die Innengeometrie der Kontraktflächen (5) zu verändern, wobei die Klemmflächen (9) einen zweiten Winkel (W2) mit der Polrichtung (P) bilden, welcher in einem Bereich von 35° bis 75°, bevorzugt zwischen 45° bis 65° und besonders bevorzugt zwischen 52° und 58° liegt.
Versorgungsanordnung zum Versorgen eines Bordnetzes mit elektrischer Energie, umfassend eine Polklemme (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche und ein Kabel, welches an einem Anschlussbereich (2) der Polklemme (1) angeordnet ist, und wobei das Kabel aus einem Aluminiumwerkstoff besteht.
Herstellungsverfahren für eine Polklemme (1), insbesondere für eine Polklemme (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend die Schritte: - Bereitstellen eines Werkstückrohlings aus einem Aluminiumwerkstoff; - Umformen des Werkstückrohlings; - Nachbearbeiten des Werkstückrohlings; - Oberflächenbeschichten.