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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur elektrischen Verbindung von Polterminals nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 der Erfindung. Gemäß Anspruch 10 der Erfindung betrifft dieselbe des Weiteren ein Zellmodul oder eine Batterie mit einer derartigen V erbi ndungsanordnung.
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Es ist allgemein bekannt, elektrische Speicherzellen, auch als Batteriezellen bezeichnet, in einem Modulgehäuse zu einem sogenannten Zellmodul zusammenzufassen und Polterminals besagter Speicherzellen mittels sogenannter Polverbinder untereinander elektrisch zu verbinden, woraus ein negativer und ein positiver Elektrodenanschluss des betreffenden Zellmoduls bzw. einer daraus bestehenden Batterie resultieren. Durch elektrische Verbindung von zwei oder mehr derartigen Zellmodulen ist beispielsweise eine als Traktionsbatterie für Elektrofahrzeuge verwendbare HV-Batterie (HV = Hochvolt) herstellbar. Hierzu werden Polterminals der Elektrodenanschlüsse besagter Zellmodule ebenfalls mittels Polverbinder untereinander elektrisch verbunden.
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Gemäß der
US 5 942 353 A wird die elektrische Verbindung zwischen Batteriezellen mittels elektrisch leitfähiger Verbindungsstäbe bewirkt, die durch Verschraubung (Gewindestehbolzen mit zugeordneter Gewindemutter) mit den betreffenden elektrischen Elektrodenanschlüssen der Zellen verbindbar sind. Den Verbindungsstellen ist jeweils eine elektrisch isolierende Kappe zugeordnet, welche den Verbindungsstab und die zugehörigen Schraubstellen übergreift.
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Die
WO 2011/038908 A1 beschreibt einen Zellverbinder in Form von Einfachverbindern zur Verbindung von in Reihenschaltung zu einem Batterie-Pack angeordneten Batteriezellen. Die vorliegend insbesondere mehrfach-bügelartig ausgebildeten Zellverbinder werden aus einem Blechmaterial mit hinreichenden Feder- und Stromleitungseigenschaften, etwa aus Stahlblech, aus Kupfer, aus einer Kupferlegierung, aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung hergestellt und sind auf einer Montageplatte aus elektrisch isolierendem Material festgelegt. In den Scheitelbereichen der Bügel eines Zellverbinders sind Löcher ausgebildet, deren Mittenabstand etwa dem Mittenabstand der mittels des Zellverbinders zusammengeschalteten Zellpole entspricht. Die Lochgeometrie ist kleiner als die Stirnfläche des gegen das Loch im Scheitelbereich andrückenden Zellpols. Etwa koaxial mit jedem Loch weist die Montageplatte Durchgriffsöffnungen auf, durch die und das Loch hindurch die Stirnfläche des Zellpols mit dem Rand des Loches dauerhaft elektrisch leitend, nämlich stoffschlüssig durch insbesondere Laserschweißung verbunden wird.
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Aus der
DE 198 47 190 A1 ist eine Verbindungsplatte für einen Batteriehalter zur Verbindung einer Mehrzahl Batterien in Reihenschaltung bekannt, wobei die Verbindungsplatte eine Kunstharzplatte umfasst, in welche Stromschienen durch Spritzgießen integral eingegossen sind. Jede Stromschiene ist als ein Plattenteil mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet, durch das ein großer Strom fließen kann. Die Stromschiene weist beidenends je ein Loch zur Befestigung der Stromschiene mittels einer Befestigungsschraube an einem Anschlusspol respektive Polterminal einer anzuschließenden Batterie auf, wobei besagte Befestigungsschraube in eine Gewindebohrung des Anschlusspols eingeschraubt wird.
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Aus der
US 5 662 497 A ist ein modularer Batterieanschluss-Verbinder bekannt, welcher durch zwei Winkelstücke und ein dieselben elektrisch verbindendes Stangenstück gebildet ist. Die Winkelstücke bilden buchsen- bzw.- hülsenartige Aufnahmen zum einen zur Verbindung mit dem Verbindungsstück und zum anderen zur Verbindung mit einen Anschlusspol bzw. Terminal einer Batterie aus. Die elektrische Verbindung zwischen dem Winkelstück und einem Anschlusspol sowie zwischen dem Winkelstück und dem Stangenstück soll nach dem sogenannten Sockeltyp werkzeuglos allein durch Reibpassung bewerkstelligt sein/werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine im Hinblick auf den Stand der Technik alternative Anordnung zur elektrischen Verbindung von Polterminals untereinander, beispielsweise Polterminals einer Batterie, zu schaffen, welche bei Gewährleistung einer stabilen elektrischen Verbindung aufwandsreduziert ist und zur Vermeidung von Stromschlag einen zuverlässigen Berührungsschutz aufweist. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein Zellmodul oder eine Batterie mit einer solchen Verbindungsanordnung zur Verfügung zu stellen.
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Ausgehend von einer Anordnung zur elektrischen Verbindung von Polterminals untereinander, mit einem Polverbinder, welcher ein aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehendes Basisteil sowie eine zumindest teilweise auf besagtes Basisteil aufgebrachte Beschichtung aus einem elektrisch isolierenden Material aufweist, wobei das Basisteil zumindest zwei voneinander beabstandet angeordnete Befestigungs- und Kontaktierungsabschnitte sowie zumindest einen die besagten Befestigungs- und Kontaktierungsabschnitte untereinander elektrisch verbindenden Verbindungsabschnitt aufweist, wobei die Befestigungs- und Kontaktierungsabschnitte je eine erste Bohrung im Basisteil umfassen, welche jeweils mit einer koaxial zur ersten Bohrung angeordneten zweiten Bohrung in der besagten Beschichtung korrespondiert, und wobei zumindest im Zusammenbau die jeweils korrespondierende erste und zweite Bohrung von einer Befestigungsschraube mit einem Schraubenkopf und einem Schraubenschaft durchsetzt sind, welche Befestigungsschraube in ein Polterminal eingeschraubt oder einschraubbar ist, wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass im Bereich wenigstens eines der Befestigungs- und Kontaktierungsabschnitte des Basisteils die elektrisch isolierende Beschichtung eine den Schraubenkopf der betreffenden Befestigungsschraube einfassende hohlzylindrische Schraubenkopfaufnahme ausbildet.
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Vorteilhaft ist hierdurch zum einen eine sichere Führung und gegebenenfalls Vorfixierung der Befestigungsschraube am Polverbinder sowie eine sichere Montage und Demontage des Polverbinders sowohl manuell als auch automatisiert oder robotergestützt ermöglicht. Zum anderen ist der durch die Beschichtung aus einem elektrisch isolierenden Material bereits bewirkte Berührungsschutz durch diese Maßnahme noch weiter verbessert, da der Befestigungsschraube ein Berührungsschutz in Form der besagten Schraubenkopfaufnahme aus elektrisch isolierendem Material zugeordnet ist. Diese Maßnahme wirkt sich insbesondere äußerst positiv im Servicefall bei der Montage oder Demontage des Polverbinders aus, da besagter Servicefall im Allgemeinen durch manuelle Handhabung durchgeführt wird. Die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung ist insbesondere vorgesehen, Batteriezellen untereinander zu einem Zellmodul oder zwei oder mehr Zellmodule zu einer Batterie, beispielsweise einer HV-Batterie (HV = Hochvolt) zusammenzuschalten.
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Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen der Erfindung.
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Danach ist vorgesehen, dass die hohlzylindrische Schraubenkopfaufnahme in Achsrichtung derselben gesehen eine Längserstreckung derart aufweist, dass im montierten Zustand des Polverbinders die Schraubenkopfaufnahme über den Schraubenkopf der Befestigungsschraube hinausragt. Hierdurch ist ein besonders wirkungsvoller Berührungsschutz im Bereich der besagten Befestigungsschraube gewährleistet.
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Wie die Erfindung weiter vorsieht, weist die hohlzylindrische Schraubenkopfaufnahme bevorzugt einen kreisförmigen Querschnitt oder einen vom kreisförmigen Querschnitt abweichenden langgestreckten Querschnitt auf, wobei letzterer mit einer Bohrung im Basisteil korrespondiert, welche nach Art eines Langloches ausgebildet ist. Sofern im ersten Fall die kreisförmigen Querschnitte größer des Schraubenschaftes bzw. des Schraubenkopfes gewählt sind, ist bei der Montage des Polverbinders in Grenzen ein Toleranzausgleich ermöglicht. Im zweiten Fall, welcher einen vom kreisförmigen Querschnitt abweichenden langgestreckten Querschnitt der Schraubenkopfaufnahme sowie ein Langloch im Basisteil vorsieht, ist der Toleranzausgleich noch komfortabler ermöglicht, da gleichzeitig noch eine gewisse Führung des Schraubenkopfes und gegebenenfalls des Schraubenschaftes in der Schraubenkopfaufnahme bzw. im Langloch gewährleistet werden kann.
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Wie die Erfindung noch vorsieht, weist die hohlzylindrische Schraubenkopfaufnahme bevorzugt ein Innengewinde auf, welches mit einem Außengewinde am Schraubenkopf der Befestigungsschraube korrespondiert. Hierdurch ist insbesondere ein etwaiges Lösen der Schraubverbindung bei automatisierter oder robotergestützte Demontage des Polverbinders vereinfacht. Das Gewinde fungiert sozusagen als Hubgewinde. Alternativ kann auch vorgesehen sein und ist demgemäß durch die Erfindung mit erfasst, dass lediglich der Schraubenkopf ein Außengewinde aufweist, welches derart ausgebildet ist, dass dieses nur durch Reibschluss oder nur mit äußerst minimiertem Formschluss mit der Innenmantelfläche der Schraubenkopfaufnahme in Kontakt steht. D. h., in letzterem Fall wird allein die Innenmantelfläche der Schraubenkopfaufnahme aus insbesondere Kunststoff lediglich elastisch verformt. Eine Spanbildung, welche zu Funktionsverlust führen kann, ist vorteilhaft verhindert. Hierdurch ist zum einen eine gewisse Fixierung der Befestigungsschraube in der Schraubenkopfaufnahme und demgemäß ein Verlierschutz beim Transport eines vorab zur Montage mit Befestigungsschrauben ausgestatteten Polverbinders ermöglicht. Zum anderen unterstützt das Außengewinde auch die Demontage der Befestigungsschraube und erlaubt bei der Montage infolge erhöhten Vorschubes ein axiales Durchrutschen derselben, wodurch die Montage vereinfacht ist.
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Weiter kann vorgesehen sein, dass die Befestigungsschraube mittels eines kappenförmigen Begrenzungsmittels der Schraubenkopfaufnahme in derselben vorfixiert oder vorfixierbar ist. Hierdurch ist ebenfalls ein Verlierschutz beim Transport eines vorab zur Montage mit Befestigungsschrauben ausgestatteten Polverbinders ermöglicht. Darüber hinaus ist hierdurch auch der Berührungsschutz noch weiter verbessert.
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Um komfortabel auf insbesondere unterschiedliche Schraubsysteme bzw. Ausführungen der Befestigungsschrauben reagieren zu können, ist vorgesehen, dass die elektrisch isolierende Beschichtung wenigstens im Bereich eines der Befestigungs- und Kontaktierungsabschnitte des Basisteils durch ein separates und am Basisteil anbringbares Abdeckelement gebildet ist.
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Um komfortabel auf insbesondere unterschiedliche Terminal-Abstände und Höhenunterschiede derselben reagieren zu können, ist vorgesehen, dass der Verbindungsabschnitt des Basisteils samt der zugeordneten Beschichtung aus elektrisch isolierendem Material flexibel ausgebildet ist.
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Um eine sichere Handhabung des Polverbinders insbesondere mittels automatisierter oder robotergestützter Montageeinrichtung zu gewährleisten, weist in Fortbildung der Erfindung die Beschichtung des Polverbinders zumindest im Bereich des Verbindungsabschnitts des Basisteils eine Referenzkontur für einen entsprechenden Greifer der besagten Montageeinrichtung auf.
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Um eine komfortable Ausstattung des Polverbinders mit elektrischen Zusatzeinrichtungen, wie beispielsweise Überlastschutzeinrichtungen etc., zu ermöglichen, weist der Verbindungsabschnitt des Basisteils bevorzugt ein Befestigungsmittel zur Festlegung eines elektrischen Leiters an demselben auf. Besagtes Befestigungsmittel kann beispielsweise durch eine vormontierte oder am Basisteil ausgebildete Schraubverbindung gebildet sein, die die elektrisch isolierende Beschichtung durchdringend demgemäß mit dem besagten Verbindungsabschnitt elektrisch verbunden ist.
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Die Erfindung betrifft auch ein Zellmodul oder eine Batterie mit zumindest einer Verbindungsanordnung der vorbeschriebenen Art.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Sie ist jedoch nicht auf diese beschränkt, sondern erfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen. Es zeigen:
- 1a eine perspektivische Darstellung einer elektrisch wiederaufladbaren Batterie (Akkumulator) mit mittels erfindungswesentlicher Polverbinder untereinander elektrisch zusammengeschalteter Zellmodule (erste bevorzugte Ausführungsvariante),
- 1b die Einzelheit „Z“ nach 1a,
- 2 eine Einzeldarstellung einer Befestigungsschraube,
- 3a eine perspektivische Darstellung einer zweiten bevorzugten Ausführungsvariante eines Polverbinders (Aufsicht),
- 3b eine Unteransicht des Polverbinders nach 3a,
- 4a-c der Polverbinder nach 3a und 3b bestückt mit Befestigungsschrauben in drei Montagestellungen derselben,
- 5a-b eine schematische Darstellung der Montage des Polverbinders nach 4a bis 4c,
- 6 eine alternative Ausbildung eines Polverbinders,
- 7a eine perspektivische Darstellung einer dritten bevorzugten Ausführungsvariante eines Polverbinders (Aufsicht),
- 7b eine Unteransicht des Polverbinders nach 7a,
- 8 eine Einzeldarstellung eines Abdeckelements eines Polverbinders nach 7a und 7b,
- 9 eine Schnittdarstellung des Polverbinders nach 7a und 7b,
- 10 eine schematische Darstellung der Montage des Polverbinders nach 7a und 7b,
- 11a eine perspektivische Darstellung einer vierten bevorzugten Ausführungsvariante eines Polverbinders (Aufsicht),
- 11b eine Unteransicht des Polverbinders nach 11a, und
- 12a-f äußerst schematisch weitere Ausführungsvarianten eines Polverbinders.
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Die 1a und 1b zeigen lediglich beispielgebend eine Batterie 1 mit Zellmodulen 2, auch als Zellpakete bezeichnet, welche jeweils eine Mehrzahl in einem Gehäuse 3 angeordnete, nicht zeichnerisch dargestellte elektrische Speicherzellen aufweisen, die untereinander elektrisch zusammengeschaltet sind. Die besagten Speicherzellen sind bevorzugt durch Lithium-Ionen-Akkumulatoren gebildet. Die Zellmodule 2 weisen jeweils zwei Polterminals 4 (Plus- und Minus-Pol) auf. Um die Zellmodule 2 untereinander elektrisch verbinden zu können, sind Polverbinder 5 vorgesehen, die mittels Befestigungsschrauben 6 an den betreffenden Polterminals 4 festgelegt sind. Der besseren Übersichtlichkeit halber sind vorliegend nur zwei Zellmodule 2 mit einem dieselben elektrisch verbindenden Polverbinder 5 dargestellt, welcher einen Plus-Pol des einen Zellmoduls 2 mit einem Minus-Pol des anderen Zellmoduls 2 elektrisch verbindet. Hierzu werden die Befestigungsschrauben 6 (vgl. 2) einenends mit ihrem Schraubenschaft 6a in je eine nicht zeichnerisch dargestellte Gewindebohrung eines Polterminals 4 eingeschraubt. Anderenends stützt sich die Befestigungsschraube 6 mit ihrem Schraubenkopf 6b am Polverbinder 5 ab und kontaktiert diesen elektrisch.
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Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf das nachstehend näher beschriebene Ausführungsbeispiel, sondern erfasst jedwede elektrische Kontaktierung von Polterminals 4 untereinander mittels eines Polverbinders 5. So kann es beispielsweise auch von Vorteil sein, ein Polterminal 4 eines ersten und/oder eines letzten Zellmoduls 2 einer Batterie 1 mit zugeordneten Anschluss-Polterminals 4 eines Batteriesystems oder Stromnetzes im Sinne der Erfindung mittels Polverbinder 5 elektrisch zu kontaktieren (nicht zeichnerisch dargestellt). Ebenso kann beispielsweise auch eine gegebenenfalls im Batteriesystem vorhandene an sich bekannte Schaltbox mit Polverbindern 5 in der nachfolgend näher beschriebenen Art elektrisch kontaktiert werden (nicht zeichnerisch dargestellt).
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Gemäß den Ausführungsvarianten nach 1a bis 3b sind die Polverbinder 5 weitestgehend starr bzw. verformungsfest sowie streifen- bzw. plattenförmig ausgebildet und weisen jeweils zwei voneinander beabstandet angeordnete Befestigungs- und Kontaktierungsabschnitte 7 auf, die mittels eines Verbindungsabschnitts 8 untereinander elektrisch verbunden sind. Alternativ zu besagten aus insbesondere Blechmaterial hergestellten Streifen bzw. Platten können beispielsweise auch Pultrusionsprofile oder Walzprofile, beispielsweise in Form von Tailored Blanks zur Anwendung kommen. Unter Tailered Blanks werden dabei Blechplatinen verstanden, die unterschiedliche Blechdicken und/oder auch Werkstoffgüten aufweisen.
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Die Befestigungs- und Kontaktierungsabschnitte 7 sowie der dieselben elektrisch verbindende Verbindungsabschnitt 8 werden durch ein Basisteil 9 aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet, beispielsweise aus Aluminium oder Kupfer oder aus einer Kombination derartiger Materialien (vgl. 3b). Auf dem Basisteil 9 ist eine Beschichtung 10 aus einem elektrisch isolierenden Material aufgebracht. Die Beschichtung 10 besteht bevorzugt aus einem Kunststoff, der beispielsweise nach einem an sich bekannten Kunststoff-Spritzgießverfahren auf das Basisteil 9 aufgebracht ist.
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Die erste Ausführungsvariante des Polverbinders 5 nach 1a, 1b unterscheidet sich zur zweiten Ausführungsvariante des Polverbinders 5 nach den 3a, 3b lediglich dadurch, dass der Verbindungsabschnitt 8 plan ausgebildet ist und plan in die Befestigungs- und Kontaktierungsabschnitte 7 einläuft, wogegen gemäß den 3a, 3b der Verbindungsabschnitt 8 gewölbt ausgebildet ist. Durch diese Maßnahme ist vorteilhaft ein Dehnungsbereich geschaffen, der aus Temperaturunterschieden resultierende Spannungen im Material des Polverbinders 5 schonend für das Batteriesystem aufgenommen werden. Darüber hinaus können durch besagten Dehnungsbereich Relativbewegungen der Befestigungspunkte des Polverbinders 5 respektive der Polterminals 4 untereinander aufgrund Betrieb des Fahrzeugs und/oder eines etwaigen Crashereignisses schonend für das Batteriesystem ausgeglichen werden.
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Wie insbesondere den 3a, 3b weiter zu entnehmen ist, umfassen die Befestigungs- und Kontaktierungsabschnitte 7 des Basisteils 9 jeweils eine erste Bohrung 12, welche jeweils mit einer zu derselben koaxial angeordneten zweiten Bohrung 13 in der Beschichtung 10 korrespondiert. Diese Bohrungen 12, 13 nehmen im Zusammenbau die Befestigungsschraube 6 auf. Um im Zusammenbau den elektrischen Kontakt zwischen dem Basisteil 9 und den elektrisch zu verbindenden Polterminals 4 zu gewährleisten, ist im Bereich der Befestigungs- und Kontaktierungsabschnitte 7 einseitig des Basisteils 9 jeweils eine beschichtungsfreie Anlagefläche 14 zur elektrischen Kontaktierung ausgebildet (vgl. 3b).
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Auf der der jeweiligen Anlagefläche 14 abgewandten Seite des Polverbinders 5 ist die zweite Bohrung 13 in der Beschichtung 10 durch eine hohlzylindrische Schraubenkopfaufnahme 15 ergänzt. Wird die in 2 gezeigte Befestigungsschraube 6 zur Montage des Polverbinders 5 am betreffenden Polterminal 4 in die Bohrungen 12, 13 eingefädelt und nachfolgend mit dem Polterminal 4 verschraubt, dringt der Schraubenkopf 6b das Basisteil 9 elektrisch kontaktierend in die hohlzylindrische Schraubenkopfaufnahme 15 ein und wird sozusagen von der Schraubenkopfaufnahme 15 eingefasst (vgl. 4b).
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Die hohlzylindrische Schraubenkopfaufnahme 15 weist in Achsrichtung derselben gesehen eine Längserstreckung derart auf, dass im montierten Zustand des Polverbinders 5 die Schraubenkopfaufnahme 15 über dem Schraubenkopf 6b der Befestigungsschraube hinausragt (4b). Dies hat bezüglich der Befestigungsschraube 6 zum einen den Vorteil eines wirkungsvollen Berührungsschutzes derselben. Bevorzugt wird die axiale Länge der Schraubenkopfaufnahme 15 nach einem sogenannten „genormten Prüffinger“ dimensioniert. Ein weiterer Vorteil einer über den Schraubenkopf 6b einer endmontierten Befestigungsschraube 6 hinausragenden Schraubenkopfaufnahme 15 ergibt sich aus den nachfolgenden Ausführungen.
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Die 4a bis 4c zeigen in der Zusammenschau mit den 5a und 5b die Anordnung der Befestigungsschraube 6 während eines Montagevorganges und eines Demontagevorganges mittels eines geeigneten Schraubwerkzeugs 16, das beispielsweise Bestandteil einer nicht zeichnerisch dargestellten automatisierten oder robotergestützten Montageeinrichtung ist. Insoweit zeigt 5a links die Bestückung des Polverbinders 5 im Bereich eines Befestigungs- und Kontaktierungsabschnitte 7 des Basisteils 9 desselben mit einer Befestigungsschraube 6. Bevorzugt wird besagte Befestigungsschraube 6 in eine Vormontagelage überführt, wie sie aus den 4a und 5a rechts entnehmbar ist. In besagter Vormontagelage ist ein geringfügiger Schraubenspitzenüberstand 17 zu verzeichnen, welcher der Positionierung bzw. Zentrierung der Befestigungsschraube 6 in der zugeordneten Gewindebohrung des betreffenden Polterminals 4 dient.
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Die Fixierung der Befestigungsschraube 6 in besagter Vormontagelage kann verschiedener Art sein. Zum einen kann dies mittels des Schraubwerkzeugs 16 selbst bewirkt sein, indem dieses die Befestigungsschraube 6 bevorzugt magnetisch in einer Relativposition zur Schraubenkopfaufnahme 15 bzw. in der besagten Vormontagelage innerhalb der Schraubenkopfaufnahme 15 hält.
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Zum anderen kann es auch angezeigt sein, Fixierungsmittel vorzusehen. So weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Schraubenkopf 6a ein in 2 äußerst schematisch angedeutetes Außengewinde 18a auf, welches mit einem Innengewinde 18b der hohlzylindrischen Schraubenkopfaufnahme 15 korrespondiert (vgl. insbes. 9). Die Befestigungsschraube 6 ist in die Schraubenkopfaufnahme 15 eingeschraubt und zunächst in besagter Vormontagelage durch Selbsthemmung der Gewinde 18a, 18b gehalten. Diese Maßnahme erlaubt eine Vormontage der Befestigungsschrauben 6 am Polverbinder 5, welche Vormontage beispielsweise unmittelbar während oder nach der Herstellung des Polverbinders 5 erfolgen kann. Die entsprechend mit Befestigungsschrauben 6 bestückten Polverbinder 5 können so zur Endmontage vorgehalten werden. Darüber hinaus kann es, wie oben bereits ausgeführt auch vorgesehen sein, dass lediglich der Schraubenkopf 6a ein Außengewinde 18a aufweist, welches derart ausgebildet ist, dass dieses nur durch Reibschluss oder nur mit äußerst minimiertem Formschluss mit der Innenmantelfläche der Schraubenkopfaufnahme 15 in Kontakt steht. D. h., in letzterem Fall wird allein die Innenmantelfläche der Schraubenkopfaufnahme 15 aus insbesondere Kunststoff lediglich elastisch verformt. Eine Spanbildung, welche zu Funktionsverlust führen kann, ist vorteilhaft verhindert. Hierdurch ist zum einen eine gewisse Fixierung der Befestigungsschraube 6 in der Schraubenkopfaufnahme 15 und demgemäß ein Verlierschutz beim Transport eines vorab zur Montage mit Befestigungsschrauben 6 ausgestatteten Polverbinders 5 ermöglicht. Zum anderen unterstützt das Außengewinde 18a auch die Demontage der Befestigungsschraube 6 nach art eines Hubgewindes und erlaubt bei der Montage infolge erhöhten Vorschubes ein axiales Durchrutschen derselben, wodurch die Montage vereinfacht ist.
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Die 4b und 5b links zeigen die Befestigungsschraube/n 6 in einer Endmontagelage, in welcher der Schraubenkopf 6b das Basisteil 9 elektrisch kontaktiert.
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Die 4c und 5b rechts zeigen demgegenüber eine Demontagelage der Befestigungsschraube/n 6. In dieser Demontagelage ist die betreffende Befestigungsschraube 6 derart weit heraus geschraubt, dass kein Schraubenspitzenüberstand 17 zu verzeichnen ist. Dies erlaubt ein einfaches Lösen des betreffenden Polverbinders 5 von den Polterminals 4. Im Demontagefall wirkt sich der Gewindeverbund zwischen der Befestigungsschraube 6 respektive deren Schraubenkopf 6b und der Schraubenkopfaufnahme 15 besonders vorteilhaft aus, da dieser eine automatisierte oder robotergestützt Demontage vereinfacht. Es brauchen keine Zugkräfte auf die Befestigungsschraube 6 aufgebracht werden. Die im Eingriff stehenden Gewinde der Befestigungsschraube 6 und der Schraubenkopfaufnahme 15 fungieren im Demontagefall als Hubgewinde. Ferner wird die Befestigungsschraube 6 durch den Gewindeverbund in besagter Demontagelage auch weiterhin am Polverbinder 5 fixiert und steht für eine neuerliche Montage zur Verfügung.
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Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die axiale Länge der Schraubenkopfaufnahme 15 im Verhältnis zur axialen Länge der Befestigungsschraube 6 derart zu wählen bzw. auszubilden, dass die Befestigungsschraube 6 auch noch in besagter Demontagelage derselben am Polverbinder 5 gehalten bzw. fixiert ist, so dass auch ein gewisser Verlierschutz zu verzeichnen ist.
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Die vorstehenden Ausführungsbeispiele stellen auf hohlzylindrische Schraubenkopfaufnahmen 15 mit kreisförmigem Querschnitt ab, woraus im Hinblick auf die vorliegend relativ starr ausgebildeten Polverbinder 5 eine genaue Ausbildung des Istmaßes der Bohrung 12 und der die Bohrung 13 ausbildenden Schraubenkopfaufnahme 15 sowie eine genaue Einstellung des/der Schraubwerkzeugs/e 16 zu den zu kontaktierenden Polterminals 4 erforderlich wird. Toleranzen können nur mit erhöhtem Aufwand ausgeglichen werden.
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Um diesem Umstand zu begegnen bzw. eine spannungsfreie Montage gewährleisten sowie etwaige Toleranzen komfortabel ausgleichen zu können, kann die erste Bohrung 12 im Basisteil 9 des Polverbinders 5 als Langloch ausgebildet und kann die die Schraubenkopfaufnahme 15 ausbildende zweite Bohrung 13 in der Beschichtung 10 einen vom kreisförmigen Querschnitt abweichenden langgestreckten Querschnitt aufweisen, wobei die Erstreckungsrichtungen des Langloches und des besagten langgestreckten Querschnitts bevorzugt gleichgerichtet sind (vgl. 6 links).
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Das Ausführungsbeispiel der Erfindung nach den 7a, 7b (Ausführungsvariante 3) unterscheidet sich zur vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsvariante der Erfindung im Wesentlichen dadurch, dass die elektrisch isolierende Beschichtung 10 des Polverbinders 5 mehrteilig ausgebildet ist, indem lediglich der Verbindungsabschnitt 8 des Basisteils 9 mit einer bevorzugt vorab aufgebrachten Beschichtung 10a versehen ist/wird, wogegen den Befestigungs- und Kontaktierungsabschnitten 7 separat hergestellte Beschichtungen 10b, 10c in Form je eines axial auf den betreffenden Befestigungs- und Kontaktierungsabschnitt 7 bzw. in Längsrichtung des Basisteils 9 gesehen auf ein Ende desselben aufschiebbaren Abdeckelements 19 zugeordnet ist.
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Die Beschichtung 10a und die Beschichtungen 10b, 10c bzw. Abdeckelemente 19 bestehen bevorzugt aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff. Vorliegend sind die Abdeckelemente 19 nach Art einer Aufsteckkappe ausgebildet und weisen anlageflächenseitig des Basisteils 9 eine Ausnehmung 20 auf (7b). Darüber hinaus weisen die Abdeckelemente 19 gemäß diesem Ausführungsbeispiel zusätzlich ein Formschlussmittel 21 auf, welches mit einem Gegenformschlussmittel 22 der Beschichtung 10a, des Basisteils 9 oder eines anderen Anbauteils des Polverbinders 5 korrespondiert. Hierdurch sind die Abdeckelemente 19 sozusagen selbstsichernd ausgebildet.
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Das Formschlussmittel 21 ist beispielsweise durch eine Rastlasche gebildet, welche im Zusammenbau mit einem Gegenformschlussmittel 22 in Form einer Rastaufnahme mit derselben verrastet (7b). Auf der der Ausnehmung 20 des Abdeckelements 19 gegenüberliegend angeordneten Seite des Abdeckelements 19 ist die zur ersten und zweiten Ausführungsvariante bereits ausführlich beschriebene Schraubenkopfaufnahme 15 angeordnet.
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Wie insbesondere der 9 zu entnehmen ist, sind die ersten Bohrungen 12 im Basisteil 9 um Einschubhülsen 23 ergänzt, die von je einer Befestigungsschraube 6 durchsetzt und beidenends umgebördelt und demgemäß unlösbar mit dem Basisteil 9 verbunden sind. Hintergrund dieser Maßnahme ist, dass hier für das Basisteil 9 und die Einschubhülsen 23 unterschiedliche, elektrisch leitende Materialien Verwendung finden können. So kann das Basisteil 9 beispielsweise aus einem kostengünstigen Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung bestehen, wogegen die Einschubhülsen 23 aus einem Kupfer bestehen. Da Polterminals 4 des Öfteren ebenfalls aus Kupfer bestehen, ist durch diese Maßnahme vorteilhaft die Gefahr von Kontaktkorrosion unmittelbar an den Polterminals 4 gemindert. Eine bedarfsweise Materialumkehr ist durch die Erfindung selbstverständlich mit erfasst. Darüber hinaus erhöht diese Maßnahme vorteilhaft die Druckfestigkeit des betreffenden Befestigungs- und Kontaktierungsabschnitts 7 des Polverbinders 5. Ferner erlaubt es diese Maßnahme, Befestigungs- und Kontaktierungsabschnitte 7 eines beispielsweise aus Drahtmaterial oder Gewebeband hergestellten Polverbinder 5 einzufassen und verschrauben zu können (siehe auch unten Ausführungen zur vierten Ausführungsvariante - 11a, 11b).
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Wie der 9 weiter zu entnehmen ist, bildet vorliegend die Einschubhülse 23 auch das Gegenformschlussmittel 22 bzw. die Rastaufnahme für das Formschlussmittel 21 des Abdeckelements 19 aus. Ferner dient die Umbördelung 24 der Einschubhülse 23 gleichzeitig der formschlüssigen Aufnahme und Fixierung des Abdeckelements 19 indem letzteres einen Vorsprung 25 ausbildet, der in eine durch die Umbördelungen 24 gebildete Formschlussaufnahme 26 eingreift.
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10 zeigt die Montage bzw. Demontage des Polverbinders 5 gemäß der dritten Ausführungsvariante der Erfindung. Auch hier ist eine spannungsfreie Montage bzw. ein Toleranzausgleich ermöglicht, indem die Abdeckelemente 19 auf dem Basisteil 9 axial verschiebbar ausgebildet sind (vgl. Richtungspfeile). Es versteht sich für den Fachmann von selbst, dass in diesem Fall die erste Bohrung 12 im Basisteil 9 als Langloch ausgebildet ist. Auf eine Verrastung der Abdeckelemente 19 wird in diesem Fall verzichtet, indem die Abdeckelemente 19 das basisteil 9 samt Beschichtung 10a untergreifen und mit besagter Beschichtung 10a bevorzugt einen Reibschluss bewirken. Alternativ kann eine variable Verrastung vorgesehen sein, indem zwei oder mehrere hintereinander angeordnete Gegenformschlussmittel 22 in Form von beispielsweise zahnartigen Rastaufnahmen ausgebildet sind/werden, die am Basisteil 9 bzw. an dessen Beschichtung 10a verrasten (nicht zeichnerisch dargestellt).
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Das Ausführungsbeispiel der Erfindung nach den 11a, 11b (Ausführungsvariante 4) unterscheidet sich zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsvarianten der Erfindung im Wesentlichen dadurch, dass der Verbindungsabschnitt 8 flexibel, d.h. zumindest in Grenzen biegsam ausgebildet ist. Durch diese Maßnahme ist besonders komfortabel eine spannungsfreie Montage bzw. ein Toleranzausgleich ermöglicht. Ein derartiger flexibler Verbindungsabschnitt 8 ist beispielsweise durch ein nicht zeichnerisch dargestelltes Bündel oder ein Geflecht aus elektrisch leitendem Drahtmaterial (Basisteil 9) gebildet, auf welches beispielsweise ein elastomerer Kunststoff als elektrisch isolierende Beschichtung 10a aufgebracht ist. An diesen Verbindungsabschnitt 8 schließen beidenends je ein Befestigungs- und Kontaktierungsabschnitt 7 an. Die Befestigungs- und Kontaktierungsabschnitte 7 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel bevorzugt durch je einen formstabilen bzw. steifen Endabschnitt des Basisteils 9 sowie je ein separat hergestelltes Abdeckelement 19 gebildet. Die formstabilen bzw. steifen Endabschnitte eines derartigen Basisteils 9 können beispielsweise durch je eine an sich bekannte, die Draht- bzw. Aderenden zusammenfassende Aderendhülse gebildet sein (nicht zeichnerisch dargestellt). Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Abdeckelemente 19 von einer Seite des Basisteils 9 her orthogonal zur Längserstreckung des Polverbinders 8 auf das Basisteil 9 aufgesteckt und mittels flexibler Formschlussmittel 27 in Form von Rastlaschen am Basisteil 9 festgelegt bzw. mit demselben verclipst.
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Darüber hinaus sind in 11a kappenförmige Begrenzungsmittel 28 als Verliersicherung für die Befestigungsschraube 6 ersichtlich, die die mit je einer Befestigungsschraube 6 bestückte Schraubenkopfaufnahme 15 oberhalb des Schraubenkopfes 6b derart teilweise verschließen, dass das Schraubwerkzeug 16 noch zum Einsatz kommen kann. Insoweit ist das besagte Begrenzungsmittel 28 ringförmig ausgebildet. Durch diese Maßnahme ist die Befestigungsschraube 6 ebenfalls in der Schraubenkopfaufnahme 15 vorfixiert bzw. vorfixierbar und ist ein noch weiter verbesserter Berührungsschutz bei gegebenenfalls minimierbarer Zylinderhöhe der Schraubenkopfaufnahme 15 geschaffen. Die kappenförmigen Begrenzungsmittel 28 können gleichzeitig eine definierte Aufnahmekontur für das Schraubwerkzeug 16 bei insbesondere automatisierter oder robotergestützter Montage und Demontage aufweisen.
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Das Begrenzungsmittel 28 kann als separates Anbauteil ausgebildet sein. Alternativ kann das Begrenzungsmittel 28 auch einstückig mit der Schraubenkopfaufnahme 15 ausgebildet sein, wobei dann beispielsweise die Befestigungsschraube 6 bei der Herstellung des Abdeckelements 19 nach einem an sich bekannten Kunststoff-Spritzgieß-Verfahrens als Einlegeteil fungiert. Das besagte Begrenzungsmittel 28 beschränkt sich jedoch nicht auf diese vierte Ausführungsvariante der Erfindung, sondern kann u.a. auch bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsvarianten der Erfindung zum Einsatz kommen, welches demgemäß durch die Erfindung ebenfalls mit erfasst ist (nicht zeichnerisch dargestellt).
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Die vorstehend beschriebenen Polverbinder 5 verbinden jeweils zwei Polterminals 4. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf diese Ausführungen, sondern erfasst auch Polverbinder 5, welche mehr als zwei Polterminals 4 elektrisch miteinander verbinden (nicht zeichnerisch dargestellt). So können beispielsweise mehr als zwei beabstandet zueinander und in Längsrichtung hintereinander angeordnete Befestigungs- und Kontaktierungsabschnitte 7 je Polverbinder 5 vorgesehen sein, die mittels Verbindungsabschnitten 8 untereinander elektrisch verbunden sind.
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Darüber hinaus können die Polverbinder 5, die gemäß vorstehend beschriebener Ausführungsbeispiele streifenförmig oder weitestgehend streifenförmig aus beispielsweise einer Metall-Blechplatine gebildet oder von einem Metallband abgelängt sind nicht nur einen geradlinigen Verlauf aufweisen, sondern in Abhängigkeit der Anordnung der Zellmodule 2 bzw. deren Polterminals 4 auch gekrümmt und/oder als Winkelverbinder ein-, zwei- oder mehrfach abgewinkelt verlaufen (nicht zeichnerisch dargestellt).
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Des Weiteren beschränkt sich die Erfindung auch nicht auf besagte streifenförmige, also in der Höhe gering dimensionierte Polverbinder 5, sondern erfasst auch Polverbinder 5, die insbesondere im Bereich des Verbindungsabschnitts 8 keine streifen- oder plattenförmige, sondern eine körperliche, d.h., demgegenüber großvolumige Gestalt aufweisen (vgl. 15a-f). Die großvolumige bzw. körperliche Gestalt kann dabei durch das Basisteil 9 und/oder durch dessen Beschichtung 10, 10a im Bereich des Verbindungsabschnitts 8 bereitgestellt sein und kann verschiedene Gründe haben. Was das Basisteil 9 anbelangt, kann dieses wie bereits oben ausgeführt auch durch ein Pultrusionsprofil, beispielsweise durch ein Kunststoffrohr mit rundem, eckigem oder ovalem oder jedwedem anderen geeigneten Querschnitt gebildet sein (nicht zeichnerisch dargestellt). Der dann vorhandene Hohlraum des Rohres kann vorteilhaft zur Führung von Leitern, insbesondere auch elektrischen Leitern, wie beispielsweise Leitern eines elektrischen Messgerätes, dienen. Ferner kann das Rohr bzw. dessen Beschichtung 10, 10a auch eine Formschluss- oder Rastkontur für die oben erwähnten Abdeckelemente 19 bereitstellen.
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Des Weiteren kann die Beschichtung 10, 10a wie in den 12a bis 12f gezeigt, beispielsweise auch eine bestimmte Referenzkontur 29 für einen nicht zeichnerisch dargestellten Greifer einer automatisierten oder robotergestützten Montageeinrichtung aufweisen. Ferner kann die Beschichtung 10, 10a wie in 12b gezeigt, beispielsweise zusätzlich oder in Alleinstellung eine Aufnahmekontur 30 für ein Haltemittel 31, beispielsweise klammerartiges Haltemittel 31, zur Festlegung eines Anbauteils, wie z.B. eines nicht zeichnerisch dargestellten elektrischen Leiters aufweisen. Ebenso kann wie in 12d gezeigt, zusätzlich oder in Alleinstellung ein die Beschichtung 10, 10a durchdringendes und den Verbindungsabschnitt 8 des Basisteils 9 elektrisch kontaktierendes Befestigungsmittel 32 zur kraft-, stoff- und/oder formschlüssigen Festlegung eines elektrischen Leiters an demselben vorgesehen sein. Der besagte elektrische Leiter kann beispielsweise ein Leiter eines elektrischen Messgerätes sein, welches mit dem Basisteil 9 elektrisch verbunden oder verbindbar ist (nicht zeichnerisch dargestellt).
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Batterie
- 2
- Zellmodul
- 3
- Gehäuse
- 4
- Polterminal
- 5
- Polverbinder
- 6
- Befestigungsschraube
- 6a
- Schraubenschaft
- 6b
- Schraubenkopf
- 7
- Befestigungs- und Kontaktierungsabschnitt
- 8
- Verbindungsabschnitt
- 9
- Basisteil
- 10
- Beschichtung
- 10a
- Beschichtung
- 10b
- Beschichtung
- 10c
- Beschichtung
- 11
- Wölbung
- 12
- erste Bohrung (Basisteil 9)
- 13
- zweite Bohrung (Beschichtung 10, 10b, 10c)
- 14
- Anlagefläche
- 15
- Schraubenkopfaufnahme
- 16
- Schraubwerkzeug
- 17
- Schraubenspitzenüberstand
- 18a
- Außengewinde (Schraubenkopf 6b)
- 18b
- Innengewinde (Schraubenkopfaufnahme 15)
- 19
- Abdeckelement
- 20
- Ausnehmung
- 21
- Formschlussmittel
- 22
- Gegenformschlussmittel
- 23
- Einschubhülse
- 24
- Umbördelung
- 25
- Vorsprung
- 26
- Formschlussaufnahme
- 27
- Formschlussmittel
- 28
- Begrenzungsmittel
- 29
- Referenzkontur
- 30
- Aufnahmekontur
- 31
- Haltemittel
- 32
- Befestigungsmittel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5942353 A [0003]
- WO 2011/038908 A1 [0004]
- DE 19847190 A1 [0005]
- US 5662497 A [0006]