DE102009000827A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Verbinden zumindest zwei elektrischer Anschlüsse - Google Patents
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Abstract
Es werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verbindung zumindest zweier elektrischer Anschlüsse vorgeschlagen, insbesondere eine Polklemme (50) und ein elektrisches Messelement (52), wobei die beiden Anschlüsse (41, 50; 44, 52) mittels Durchsetzfügens miteinander verbunden sind.
Description
- Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung und einem Verfahren zur Verbindung zwei elektrischer Anschlüsse nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche. Aus der
DE 10 2004 046 855 B3 ist bereits eine Batteriepolklemmenanordnung bekannt. Zur Befestigung eines Messwiderstands an einer Polklemme ist ein Befestigungselement vorgesehen, wobei das Befestigungselement einen durch den Befestigungsbereich des Batteriesensors passierenden Bolzen mit einer diesen umfassenden Isolierhülse enthält. Zum Aufbau einer Verbindung sind somit mindestens drei Teile erforderlich. - Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, trotz Verringerung der Teilezahl des Verbindungsaufbaus eine hohe Festigkeit zu erreichen. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche.
- Vorteile der Erfindung
- Die erfindungsgemäße Vorrichtung und Verfahren zur Verbindung zweier elektrischer Anschlüsse haben demgegenüber den Vorteil, dass eine elektrische und auch mechanische Verbindung ohne Verwendung eines Einpressbolzens hergestellt werden kann. Somit ist es möglich, bei der Anwendung bei einer Polklemme ein elektrisches Messelement ohne zusätzliche Teile stromleitend an einer Polklemme zu befestigen. Das Durchsetzfügen eignet sich hierfür besonders gut.
- In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass zum Durchsetzfügen in einem der elektrischen Anschlüsse zumindest eine Ausnehmung vorgesehen ist, in der der zweite Anschluss zumindest teilweise verpresst angeordnet ist. Vorzugsweise handelt es sich bei der Ausnehmung um ein Loch, welches rückseitig etwas angesenkt bzw. angefast ist. Dadurch wird es möglich, dass bei einem Verpressen des Anschlusses in diese Ausnehmung das so verpresste Material auch einen Hinterschnitt bildet, so dass ein Nietkopf entsteht. Dies wirkt sich insbesondere positiv auf die mechanischen und elektrischen Eigenschaften der Verbindung aus.
- In einer zweckmäßigen Weiterbildung sind als Werkstoffe für die Anschlüsse einerseits eine Zerspanungslegierung CuZn39Pb2 sowie für die Shuntterminierung SE-Cu58 verwendet. Das weichere Material SE-Cu58 für die Shuntterminierung wird in Richtung des harten Materials CuZn39Pb2 für die Polklemme durchsetzgefügt. Die Polklemme ist hierbei ein Schmiedeteil, das nach der Umformung, die zur Verfestigung des Materials bei gleichzeitiger Herabsetzung der Bruchdehnung führt, zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit einer Wärmebehandlung unterzogen werden könnte. Bevorzugt ließen sich rissfreie Verbindungen herstellen mit folgenden Werkstoffkombinationen: CuZn37 mit SE-Cu58, CuZn37 mit SE-Cu58 bei unterschiedlichen Dicken. Eine Verbindung zwischen den Materialen CuZn39Pb2 und SE-Cu58 konnte sicher hergestellt werden bei einem rückseitig angesenkten Loch in dem Material CuZn39Pb2.
- In einer zweckmäßigen Weiterbildung handelt es sich bei dem einen elektrischen Anschluss um eine Polklemme, bei dem anderen elektrischen Anschluss um einen Messwiderstand. Die Polklemme ist bevorzugt so ausgebildet, dass sie an einem Batteriepol einer Fahrzeugbatterie angeordnet werden kann, um mittels Messwiderstand und integrierter Elektronik auf bestimmte Batteriezustandsgrößen wie Ladezustand oder Alterungszustand der Batterie zu schließen. Die Batterieklemme ist hierbei aus dem Material CuZn39Pb2, das Anschlusselement des Widerstands aus SE-Cu58 aufgebaut. Für diese Kombination eignet sich insbesondere das Durchsetzfügen mit in der Polklemme angeordneter Ausnehmung.
- Weitere zweckmäßige Weiterbildungen ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.
- Ausführungsbeispiel
- Mehrere Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben.
- Es zeigen:
- die
1 den prinzipiellen Aufbau zur Verbindung eines Steuergeräts mit einem Kabel mittels Durchsetzfügens, - die
2 unterschiedliche Arten des Durchsetzfügens, - die
3 Schnittansichten dreier Fertigungsschritte, -
4 eine perspektivische Ansicht einer Polklemme mit elektrischem Messelement sowie - die
5 die Anordnung gemäß4 , teilweise geschnitten dargestellt. - Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach
1 ragt aus einem Steuergerät46 eine Stromschiene44 , welche durch eine Verbindung42 mit einem Massekabel40 verbunden ist. Das Massekabel40 ist hierzu mit einem Anschluss41 versehen. - In
2 sind auf der linken Seite unterschiedliche Varianten der Verbindung42 gezeigt, mit denen Stromschiene44 (als mögliches Beispiel für einen Anschluss) und Anschluss41 nach1 verbunden werden können. All den Verbindungen42 ist gemein, dass sie mittels Durchsetzfügens hergestellt sind. - In
3 ist exemplarisch eine mögliche Art der Herstellung der Verbindung42 gezeigt. Anschluss41 weist eine Öffnung30 mit einer unterseitigen Anfasung32 auf. Der Anschluss41 ist auf einem Amboss20 angeordnet. Oberhalb des Anschlusses41 befindet sich die Stromschiene44 . Oberhalb der Öffnung30 ist konzentrisch ein Prägestempel10 angeordnet, der gegenüber einem Niederhalter12 beweglich geführt ist. Anfangs befindet sich der Prägestempel10 noch oberhalb der Stromschiene44 . Im nachfolgenden Schritt, dargestellt in der zweiten Abbildung nach3 , wird der Prägestempel10 nach unten bewegt und verdrängt das an dieser Stelle befindliche Material des Anschlusses41 in die Öffnung30 . In der dritten Darstellung fährt der Prägestempel10 in seine Endstellung. Das vom Prägestempel10 verdrängte Material des Anschlusses41 füllt komplett die Öffnung30 inklusive Anfasung32 , sodass sich ein Hinterschnitt34 ausbildet, wenn auch die Anfasung32 komplett mit dem Material des Anschlusses41 versehen ist. - Im Ausführungsbeispiel gemäß
4 ist eine Polklemme50 gezeigt, die mit einem nicht dargestellten Batteriepol einer Batterie, beispielsweise einer Kraftfahrzeugbatterie, verbunden werden kann. Dazu können die nicht näher bezeichneten Schenkel der Polklemme so aufeinander zubewegt werden, dass sie den Batteriepol klemmend umschließen. Die Anordnung enthält ferner ein Messelement52 . Das Messelement52 ist auf der einen Seite durch eine Verpressung42 mittels Durchsetzfügens unmittelbar mit der Polklemme50 verbunden. In Übereinstimmung mit der Herstellung gemäß3 weist die Polklemme50 eine Öffnung30 mit rückseitiger Anfasung32 auf. In diese Öffnung30 wurde der Anschluss, die Stromschiene44 bzw. das Messelement52 mittels Durchsetzfügens so verpresst, dass sich im Bereich der Anfasung32 ein Hinterschnitt34 des Anschlusses41 ausbildet. Aus den4 und5 sind noch die Ausnehmungen62 des Anschlusses44 bzw. des Messelements52 ersichtlich, die der Prägestempel10 aufgrund der plastischen Verformung des Anschlusses44 bzw. des Messelements52 ausgebildet hat. Neben der mechanischen Kontaktierung zwischen Polklemme50 und Messelement52 wird auf diese Weise auch eine sichere elektrische Kontaktierung erreicht, um den Batteriestrom über das Messelement52 zu führen und zu erfassen. - Die Polklemme
50 weist eine weitere Ausnehmung70 auf, die der Befestigung eines Bolzens54 dient. Dieser Bolzen54 ist beispielsweise zylinderförmig ausgeführt und ragt senkrecht zur planaren Ebene des Messelements52 nach oben. Zwischen Bolzen54 und Polklemme50 ist radial den Bolzen umgebend eine Hülse56 angeordnet. Diese besteht aus einem elektrisch nicht leitenden Material zur Isolation des zweiten Anschlusspunkts des Messelements52 von der Polklemme50 . Dadurch wird sichergestellt, dass der Batteriestrom zwischen Bolzen54 zum Anschluss des Massekabels40 und der Klemme, mit dem Batteriepol verbunden, tatsächlich über das Messelement52 fließt und nicht kurzgeschlossen wird. Eine entsprechende weitere Aussparung72 des Messelements52 ist auf den Außendurchmesser des Bolzens54 abgestimmt. Das Messelement52 liegt teilweise auf einem sich radial vergrößernden Kragen68 auf dem Bolzen54 , teilweise auch auf der Oberseite der Hülse56 auf. Die nach oben ragende Seite des Bolzens54 kann mit einem nicht dargestellten Gewinde versehen sein, um einen Kabelschuh eines Kabels, vorzugsweise das Massekabel40 , mittels Schraubverbindung zu befestigen. Das Messelement52 wird im Bereich des Bolzens54 lediglich seitlich von einem Gehäuse64 umgeben, während die Oberfläche des Messelements52 freiliegend ist. Da das Messelement52 an dieser Stelle lediglich über die Hülse56 mit der Polklemme50 verbunden ist, erfolgt kein elektrischer Kontakt an dieser Stelle. Das Messelement52 wird in Richtung des Gehäuses64 in dessen Inneres geführt. Dort befindet sich das eigentliche Messelement, beispielsweise ein Widerstand aus einem bestimmten Material wie beispielsweise Manganin. Innerhalb des Gehäuses64 ist auch eine nicht dargestellte Elektronik angeordnet, die den Spannungsabfall am Messwiderstand erfasst und in einer weiteren Signalverarbeitung auswertet. Weiterhin können anhand weiterer Daten wie beispielsweise Batteriespannung, Temperatur oder ähnliches Batteriezustandsgrößen wie der Ladezustand (SOC) oder State of Health (SOH) der Batterie ermittelt werden. Diese Daten können über eine nicht dargestellte Datenleitung, die über den Stecker66 angeschlossen wird, an weitere Steuergeräte wie beispielsweise ein Energiemanagement-Steuergerät weitergegeben werden. Das Messelement52 wird an der von dem Bolzen54 abgewandten Seite aus dem Gehäuse64 herausgeführt. Dort erfolgt auch die elektrische Kontaktierung mittels der durch Durchsetzfügen erhaltenen Verbindung42 , wie bereits beschrieben. Wesentlich ist, dass jedoch die elektrische Kontaktierung zwischen Messelement52 und Polklemme50 erst – bezogen auf den eigentlichen Messwiderstand – auf der von dem Bolzen54 abgewandten Seite erfolgt. Dann wird nämlich der vom Batteriepol über die Polklemme50 über die Verbindung42 zum linken Anschlusspunkt des Messelements52 , über den im Inneren des Gehäuses64 liegenden Messwiderstand hin zum Bolzen54 geführt, an den dann das Massekabel40 anzuschließen ist. - Wie in
2 gezeigt, wird die Verbindung42 mittels Durchsetzfügens gebildet. Darunter versteht man ein Verfahren zum Verbinden von Blechen ohne Verwendung eines Zusatzwerkstoffes. Das Fügen wird hierbei durch Umformen zumindest eines Werkstoffs erreicht. Gemäß2 wird ersichtlich, dass Anschluss41 und Stromschiene44 als Beispiel für einen weiteren Anschluss, wie links dargestellt, nach dem Durchsetzfügen eine plastische Verformung erfahren haben, so dass eine mechanisch feste und auch elektrisch leitende Verbindung42 hergestellt wird. Bei den in2 dargestellten Varianten werden sowohl Stromschiene44 als auch Anschluss41 verformt. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Es reicht auch eine Verformung lediglich eines Blechs, entweder die Stromschiene44 oder der Anschluss41 , aus. - Bei dem in den
4 und5 gezeigten Ausführungsbeispiel zur Verbindung eines Messelements52 mit der Polklemme50 hat sich das Durchsetzfügen wie in3 dargestellt bewährt. Hierbei entspricht dem Anschluss41 die Polklemme50 , die Stromschiene44 dem Anschluss des Messelements52 . Die Polklemme50 ist vorzugsweise ein Schmiedeteil, das nach der Umformung, die zur Verfestigung des Materials bei gleichzeitiger Herabsetzung der Bruchdehnung führt. Zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit könnten die zu verformenden Werkstoffe einer Wärmebehandlung unterzogen werden. Es eignet sich hierfür insbesondere eine Zerspanlegierung, besonders vorzugsweise CuZn39Pb2. Vorzugsweise besteht der Anschluss des Messelements52 aus SE-Cu58. Durch das Durchsetzfügen wird eine mechanische und elektrische Verbindung zwischen Messelement52 und Polklemme50 erzielt. Hierzu wird mit dem Fertigungsverfahren nach3 die beiden Bleche44 ,52 ;41 ,50 ohne zusätzliches Bauteil durch Durchsetzfügen quasi eine Nietverbindung42 hergestellt. Durch den Prägestempel10 wird das Messelement52 , das aus einem weicheren Material besteht als die Polklemme50 , in die Öffnung30 verpresst. Das Durchsetzfügen ist abgeschlossen, wenn das verdrängte Material des Messelements52 auch in die Anfasung32 der Öffnung30 gelangt, so dass ein Hinterschnitt34 ausgebildet wird. Der Durchmesser der Öffnung30 liegt vorzugsweise im Bereich von ca. 5 mm oder größer, (beispielsweise 6,4 mm oder größer (wie beispielsweise 7,4 mm, wenn genügend Platz vorhanden ist). Dabei besteht die Polklemme50 aus CuZn39Pb2 mit einer rückseitig angesenkten Öffnung30 . Das duktile Kupfer (SE-Cu58) wird so durch das angefaste Loch30 gezogen, dass der Hinterschnitt34 entsteht und sich ein Nietkopf bildet. - Bei einer geeigneten Materialauswahl könnte auch auf das Vorsehen einer Öffnung
30 verzichtet werden, so dass die in2 dargestellten Geometrien erreicht werden. In entsprechender Weise sind Prägestempel10 und Amboss20 anzupassen. - Das Durchsetzfügen zum Erstellen der Verbindung
42 eignet sich insbesondere für eine Kontaktierung von Anschluss41 und Stromschiene44 (als Beispiel für einen weiteren Anschluss) eines Steuergeräts46 . Aufgrund der vorgenommenen Materialauswahl eignet sich das Durchsetzfügen jedoch besonders bevorzugt zur Erstellung der Verbindung42 zwischen Polklemme50 und Messelement52 . - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102004046855 B3 [0001]
Claims (12)
- Vorrichtung zur Verbindung zumindest zweier elektrischer Anschlüsse, insbesondere einer Polklemme (
15 ) und einem Messelement (52 ), dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Anschlüsse (41 ,50 ;44 ,52 ) mittels Durchsetzfügens miteinander verbunden sind. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlüsse (
41 ,50 ;44 ,52 ) aus Materialien unterschiedlicher Festigkeit bestehen. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Anschlüsse (
41 ,50 ) zumindest eine Öffnung (30 ) aufweist, in die der andere Anschluss (44 ,52 ) mittels Durchsetzfügens zumindest teilweise verformt ist. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (
30 ) mit einer Anfasung (32 ) versehen ist. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der andere Anschluss (
44 ,52 ) durch Durchsetzfügen im Bereich der Anfasung (32 ) einen Hinterschnitt (34 ) ausbildet. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das zumindest einer der Anschlüsse (
41 ,50 ) aus einer Zerspanungslegierung und/oder der andere Anschluss (44 ,52 ) aus duktilem Material, vorzugsweise Kupfer, besteht. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Anschluss als Polklemme (
50 ) und/oder der andere Anschluss als Messelement (52 ) ausgebildet ist. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polklemme (
50 ) und Messelement (52 ) an zumindest einer Stelle mittels Durchsetzfügens und an einer anderen Stelle mittels eines Bolzens (54 ) verbunden sind, vorzugsweise durch eine Hülse (56 ) voneinander isoliert. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Anschluss aus CuZn39Pb2, und/oder der andere Anschluss (
44 ,52 ) aus SE-Cu58 besteht. - Verfahren zur Verbindung zumindest zweier elektrischer Anschlüsse, insbesondere einer Polklemme (
50 ) und einem elektrischen Messelement (52 ), dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Anschlüsse (41 ,50 ;44 ,52 ) mittels Durchsetzfügens miteinander verbunden werden. - Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in einem der Anschlüsse (
41 ,50 ) zumindest eine Öffnung (30 ) vorgesehen ist, in die der andere Anschluss (44 ,52 ) mittels Durchsetzfügens gepresst wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (
30 ) eine Anfasung (32 ) aufweist, in die der andere Anschluss (44 ,52 ) mittels Durchsetzfügens gepresst wird, so dass sich ein Hinterschnitt (34 ) ausbildet.
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