Beschreibung
Titel
Verbindungselement
Die Erfindung betrifft ein Verbindungselement zum Herstellen eines elektrischen Kontakts zwischen zwei aus unterschiedlichen Materialien bestehenden Bauelementen sowie eine Batterie mit einem Verbindungselement und ein Verfahren zum Erzeugen dieses Verbindungselements.
Stand der Technik
Es ist bekannt aus unterschiedlichen Materialien bestehende Bauelemente miteinander zu verbinden. So geht aus der DE 10 2004 030 784 A1 eine elektrische Kontaktverbindung und ein Verfahren zum Ausbilden einer solchen Kontaktverbindung hervor, womit eine sichere elektrische Kontaktverbindung zwischen einem weichen, zum Kraftfluss neigenden Material und einem weiteren Kontaktelement ermöglicht werden soll. Dazu ist vorgesehen, dass ein elektrischer Leiter aus einem weichen, zum Kraftfluss neigenden Material in seinem Kontaktbereich zumindest teilweise mit Hilfe eines Spritzverfahrens mit einem im Vergleich zum weichen Material des Leiters härteren , elektrisch leitfähigen Material umspritzt ist. Eine Kontaktierung erfolgt über das aufgespritzte Material.
Die Bauelemente, zwischen denen ein elektrischer Kontakt hergestellt werden soll, können insbesondere Terminals von Batteriezellen sein, wobei ein Plus-Pol-Terminal einer Batteriezelle mit dem Minus-Pol-Terminal einer anderen Batteriezelle verbunden wird. Der Plus-Pol-Terminal kann dabei aus einem anderen Material als der Minus-Pol- Terminal beschaffen sein.
Die DE 103 02 270 A1 offenbart ein Kontaktstück für einen Batterieverbinder, welcher eine Verbesserung der elektrischen Ankopplung der Zellen einer Akkumulatorbatterie
erlaubt. Dazu sind die Bereiche der Oberfläche des Batterieverbinders, welche im montierten Zustand mit einem Batteriepol und/oder mit einer Polschraube in Kontakt treten, mit einer metallischen Beschichtung versehen, die weicher als das Kernmaterial des Kontaktstückes ist.
Die bisher bekannten Varianten zum Herstellen eines elektrischen Kontakts zwischen zwei aus unterschiedlichen Materialien bestehenden Bauelementen sind aufwendig zu fertigen und lassen nur bedingt ein Verschweißen des Bauelements mit dem Verbindungselement zu.
Offenbarung der Erfindung
Mit der Erfindung wird es möglich, ein Verbindungselement bereitzustellen, welches einfach und kostengünstig in der Herstellung ist, mit welchem ein elektrischer Kontakt zwischen Bauteilen aus unterschiedlichen Materialien erzeugbar ist, insbesondere zwischen Terminals von Batteriezellen und welches ein Verschweißen mit den Bauelementen ermöglicht.
Das erfindungsgemäße Verbindungselement umfasst einen Grundkörper aus einem ersten Material und eine in den Grundkörper eingelassene Einlage aus einem zweiten
Material, wobei der Grundkörper eine Kontaktstelle in einer zu einem ersten Bauelement korrespondierenden Form und die Einlage eine Einlagekontaktstelle in einer zu einem zweiten Bauelement korrespondierenden Form aufweisen und mit dem Verbindungselement ein elektrischer Kontakt zwischen dem ersten Bauelement und dem zweiten Bauelement herstellbar oder hergestellt ist.
Hiermit ist es vorteilhaft ermöglicht Bauelemente aus unterschiedlichen Materialien miteinander zu verbinden und zwischen ihnen einen elektrischen Kontakt herzustellen. Das Material des Grundkörpers und das Material der Einlage kann dabei so gewählt werden, dass es sich zum Verschweißen mit den jeweiligen Bauelementen eignet.
Durch Verschweißen kann der Kontaktwiderstand verringert werden, womit bei hohen Strömen eine Wärmeentwicklung erheblich reduziert werden kann.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Material Aluminium und das zweite Material Kupfer ist. Hiermit ist vorteilhaft eine Ausführung für
die gebräuchlichsten Materialien von elektrischen Leitungen und Kontakten bereitgestellt, wobei diese Materialkombination den Ausführungen des Verbindungselements einen Kostenvorteil bietet, bei denen der Grundkörper einen größeren Anteil am Gesamtmaterial annimmt, als die Einlage.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Material Kupfer und das zweite Material Aluminium ist. Hiermit ist vorteilhaft eine Ausführung für die gebräuchlichsten Materialien von elektrischen Leitungen und Kontakten bereitgestellt, wobei diese Materialkombination den Ausführungen des Verbindungselements einen Kostenvorteil bietet, bei denen die Einlage einen größeren Anteil am Gesamtmaterial annimmt, als der Grundkörper.
Die Bezeichnung Aluminium schließt hierbei auch Aluminiumlegierungen und die Bezeichnung Kupfer schließt hierbei auch Kupferlegierungen ein. Erfindungsgemäß kann das Verbindungselement auch andere Materialien aufweisen, beispielsweise Silber o- der Silberlegierungen, Gold oder Goldlegierungen.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Grundkörper und die Einlage eine Presspassung aufweisen. Hiermit ist vorteilhaft eine feste Verbindung zwischen dem Grundkörper und der Einlage gewährleistet.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kontaktstelle des Grundkörpers eine Aussparung ist und die Einlage ein zylindrischer Körper und die Einlagekontaktstelle eine in dem zylindrischen Körper zentrisch angeordnete Aussparung ist. Mit dem zylindrischen Körper eignet sich die Einlage durch ihre symmetrische Form besonders für eine Montage mittels Aufschrumpfen und/oder Kaltdehnen, da sie gleichmäßig beim Erwärmen/Abkühlen ihre Abmessungen ändert. Die Aussparungen eignen sich für eine schnelle Montage auf Kontaktstiften oder Batterieterminals.
Das erfindungsgemäße Verbindungselement wird vorzugsweise in allen genannten Ausgestaltungen in einer Batterie implementiert.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Batterie mit den in Anspruch 6 genannten Merkmalen.
Die erfindungsgemäße Batterie umfasst wenigstens eine erste Batteriezelle und eine zweite Batteriezelle und wenigstens ein Verbindungselement mit einem Grundkörper aus einem ersten Material und einer in den Grundkörper eingelassenen Einlage aus einem zweiten Material, wobei der Grundkörper eine Kontaktstelle in einer zu einem
Terminal der ersten Batteriezelle korrespondierenden Form und die Einlage eine Einlagekontaktstelle in einer zu einem Terminal der zweiten Batteriezelle korrespondierenden Form aufweisen und mit dem Verbindungselement ein elektrischer Kontakt zwischen dem Terminal der ersten Batteriezelle und dem Terminal der zweiten Batterie- zelle hergestellt ist.
Hiermit ist vorteilhaft eine Batterie bereitgestellt, dessen Batteriezellen in effektiver, einfacher Weise miteinander verbunden sind. Daraus ergeben sich Kostenvorteile in der Herstellung der erfindungsgemäßen Batterie. Zudem ist eine hohe Betriebssicherheit gewährleistet.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das wenigstens eine Verbindungselement mit dem Terminal der ersten Batteriezelle und dem Terminal der zweiten Batteriezelle verschweißt ist. Hiermit ist vorteilhaft der Kontaktwiderstand zwi- sehen dem Verbindungselement und den Terminals verringert, womit bei hohen Strömen eine Wärmeentwicklung erheblich reduziert werden kann und ein effizienterer Betrieb der Batterie möglich ist.
Die erfindungsgemäße Batterie wird vorzugsweise in allen genannten Ausgestaltungen in ein Fahrzeug implementiert.
Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren mit den in Anspruch 8 genannten Merkmalen. In dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erzeugen eines Verbindungselements werden ein Grundkörper und eine Einlage durch Aufschrumpfen oder Kaltdehnen oder einer Kombination aus Aufschrumpfen und Kaltdehnen zusammen gefügt, wobei der Grundkörper aus einem ersten Material gefertigt wird und die Einlage aus einem zweiten Material gefertigt wird und der Grundkörper und die Einlage vor dem Fügen von O- xiden gereinigt werden.
Hiermit wird vorteilhaft erreicht, dass der Grundkörper und die Einlage mit einem kostengünstigen Verfahren fest miteinander verbunden werden. Es können Materialen miteinander kombiniert werden, zwischen denen sonst schwierig oder überhaupt keine Verbindung herzustellen wäre. Das Reinigen von Oxiden verbessert den elektrischen Übergang von einem Material zum anderen.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass als erstes Material Aluminium und als zweites Material Kupfer verwendet wird. Hiermit wird es vorteilhaft ermöglicht, dass eine Ausführung für die gebräuchlichsten Materialien von elektrischen Leitungen und Kontakten bereitgestellt, wobei diese Materialkombination den Ausführungen des Verbindungselements einen Kostenvorteil bietet, bei denen der Materialeinsatz für den Grundkörper größer ist, als für die Einlage.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass als erstes Material Kupfer und als zweites Material Aluminium verwendet wird. Hiermit wird es vorteilhaft ermöglicht, dass eine Ausführung für die gebräuchlichsten Materialien von elektrischen Leitungen und Kontakten bereitgestellt, wobei diese Materialkombination den Ausführungen des Verbindungselements einen Kostenvorteil bietet, bei denen der Materialeinsatz für die Einlage Grundkörper größer ist, als für den Grundkörper.
Die Bezeichnung Aluminium schließt hierbei auch Aluminiumlegierungen und die Bezeichnung Kupfer schließt hierbei auch Kupferlegierungen ein. Erfindungsgemäß können zudem auch andere Materialien verwendet werden, beispielsweise Silber oder Silberlegierungen, Gold oder Goldlegierungen.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Zeichnungen
Kurzbeschreibung der Abbildungen
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 : ein erfindungsgemäßes Verbindungselement und
Figur 2: eine erfindungsgemäße Batterie.
Ausführliche Beschreibung der Abbildungen
Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Verbindungselement 10 aus einem Grundkörper 14 mit einer Kontaktstelle 18 und einer Einlage 16 mit einer Einlagekontaktstelle 20. Der Grundkörper 14 und die Einlage 16 sind mittels Presspassung 22 miteinander verbunden.
Der Grundkörper 14 besteht im Wesentlichen aus einem ersten Material und die Einlage 16 im Wesentlichen aus einem zweiten Material. Das erste Material unterscheidet sich dabei hinsichtlich seiner Stoffzusammensetzung vom zweiten Material. Erfindungsgemäß ist es bevorzugt vorgesehen, dass entweder das ers- te Material Kupfer und das zweite Aluminium ist, oder das erste Material Aluminium und das zweite Kupfer ist. Die Bezeichnung Aluminium schließt hierbei auch Aluminiumlegierungen und die Bezeichnung Kupfer schließt hierbei auch Kupferlegierungen ein. Die Einlage 16 und der Grundkörper 14 sind mittels einer Presspassung fest miteinander verbunden. Im Herstellungsverfahren werden die Einlage 16 und der Grundkörper 14 dazu mit Übermaß gefertigt und durch Aufschrumpfen oder Kaltdehnen oder einer Kombination aus Aufschrumpfen und Kaltdehnen zusammengefügt. Vorzugsweise wird die Einlage 16 abgekühlt, wodurch sich das Volumen des Bauteils verringert, und anschließend der Grundkörper 14 auf die Einlage 16 aufgeschoben. Bei Erwärmung der Einlage 16 auf Umgebungstemperatur dehnt sie sich aus, wodurch sich die Einlage 16 und der Grundkörper 14 aufeinander pressen und sich fest miteinander verbinden. Vor dem Verbinden der beiden Bauteile werden diese von Oxiden gereinigt, um den elektrischen Übergang zu verbessern.
Der Grundkörper 14 weist eine Kontaktstelle 18 und die Einlage 16 eine Einlagekontaktstelle 20 auf. In Figur 1 ist die Kontaktstelle 18 aus eine runden Aussparung und die Einlagekontaktstelle 20 ebenfalls aus einer runden Aussparung. Er- findungsgemäß sind als Kontaktstelle 18 und/oder als Einlagekontaktstelle 20
bevorzugt sowohl andere Formen von Aussparungen, als auch andere Ausgestaltungen, wie Platten, Kragen, Hauben, Kappen, Gewinde, Bolzen, Muttern, Klemmen oder sonstige Gebilde vorgesehen.
In Figur 2 ist eine erfindungsgemäße Batterie 12 abgebildet. Das Beispiel weist eine erste Batteriezelle 24 und eine zweite Batteriezelle 26 auf. Die Terminals 28 und 30 der Batteriezellen 24 und 26 sind durch das Verbindungselement 10 in der Weise miteinander verbunden, dass zwischen ihnen ein elektrischer Kontakt hergestellt ist.
Das Grundelement 14 weist dazu als Kontaktstelle 18 eine Aussparung in der Form des Querschnitts des Terminals 30 der zweiten Batteriezelle 26 und die Einlage als Einlagekontaktstelle 20 eine Aussparung in Form des Querschnitts des Terminals 28 der ersten Batteriezelle 24 auf. Die Terminals 28 und 30 durchdringen die Aussparungen, wobei der Terminal 28 der ersten Batteriezelle 24 die Einlage 16 berührt und Terminal 30 der zweiten Batteriezelle 26 den Grundkörper 14 berührt. Vorzugsweise ist das Terminal 28 der ersten Batteriezelle 24 mit der Einlage 16 verschweißt und das Terminal 30 der zweiten Batteriezelle 26 mit dem Grundkörper 14. Die Schweißverbindungen können beispielsweise mittels eines Laserschweißverfahrens hergestellt werden.
Der Grundkörper 14 ist hierbei aus einem Material gefertigt, welches gut mit dem Material des Terminals 30 der zweiten Batteriezelle 26 verschweißt werden kann, oder aus dem gleichen Material wie das Terminal 30, und die Einlage 16 ist aus einem Material gefertigt, welches gut mit dem Material des Terminals 28 der ersten Batteriezelle 24 verschweißt werden kann oder aus dem gleichen Material wie das Terminal 28.
Erfindungsgemäß sind auch Ausführungen der Batterie mit mehr als zwei Batteriezellen und mehr als einem Verbindungselement vorgesehen.