DE19906088A1 - Batteriepolanschlußkabel - Google Patents
BatteriepolanschlußkabelInfo
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Abstract
Ein zumindest teilweise isolierter Strang eines Batteriepolanschlußkabels wird entweder zu einem Kontaktstück mittels Ultraschall verschweißt oder mit einem Kontaktstück verschweißt. Dadurch ist das Kontaktstück mittels einer herkömmlichen Schraube am Batteriepol befestigbar, ohne daß ein sich Lockern der Schraube zu befürchten ist. DOLLAR A Eine Vorrichtung mit einer Sonotrode, einer Strangzuführeinrichtung, einer Kontaktstückzuführeinrichtung und einem Druckzylinder erlaubt eine einfache, zumindest teilweise automatisierte Herstellung des Batteriepolanschlußkabels.
Description
Die Erfindung betrifft ein Batteriepolanschlußkabel mit einem Strang aus
einer Vielzahl feiner Drähte, der zumindest teilweise isoliert ist, und einem
weiteren Teil mit einer Bohrung für eine Schraube, ein Verfahren zur
Herstellung eines Batteriepolanschlußkabels und eine Vorrichtung zur
Herstellung eines derartigen Kabels.
Batteriepolanschlußkabel werden vor allem dazu verwendet, Batteriezellen
miteinander galvanisch zur verbinden. In diesem Fall spricht man auch von
Zellenverbindern. Um relativ hohe Ströme bei geringem elektrischen
Widerstand zu leiten, besteht der Strang meist aus Kupferdrähten, die zu
einem Strang mit einem Querschnitt von etwa 50 mm2 verdrillt sind. Je
nach Anwendungsbereich kommen jedoch auch dickere und dünnere
Stränge zum Einsatz.
Um einen derartigen Strang aus einer Vielzahl feiner Kupferdrähte mit
einem Batteriepol zu verbinden, wird zunächst ein Rohrstück aus Kupfer
über den Strang gestülpt und anschließend wird dieses Rohrstück zu
annähernd einer Platte gepreßt. In diese Platte wird eine Bohrung
eingebracht, die zunächst durch die Oberseite des ursprünglichen
Rohrstückes, dann durch die gepreßten Kabel und letztlich durch die
Unterseite des ursprünglichen Rohrstücks geht. In diese Bohrung wird
letztlich eine Scheibe gesteckt, die mit einem Gewinde im Batteriepol
zusammenwirkt, so daß beim Anziehen der Schraube der mittels der
Kupferhülse zusammengefaßte Strang an den Batteriepol gepreßt wird.
In der Praxis hat sich gezeigt, daß auch eine relativ fest angezogene
Schraube sich bei Erschütterungen - wie sie insbesondere bei in Fahrzeugen
angeordneten Batterien auftreten - lockert. Dies führt dazu, daß das Ende
des Kabels nicht mehr fest mit dem Batteriepol in Verbindung steht. Der
Kontakt läuft somit über kleinere Flächen und wird somit stark
beeinträchtigt. Dies führt bei stärkerer Lockerung zu unerwünschter
Erwärmung bis hin zur Funkenbildung.
Um ein sich Lockern der Schrauben zu verhindern, wird bei bekannten
Batteriepolen ein Kunststoffteil, wie vorzugsweise eine Kunststoffkugel, im
Gewindebereich zwischen der Schraube und dem Batteriepol angeordnet.
Diese Kugel verformt sich beim Eindrehen der Schraube und wirkt einem
sich Lockern der Schraube entgegen.
Das Einbringen der Kugel oder eines anderen Kunststoffteils führt dazu,
daß teure Spezialschrauben benötigt werden. Da Batteriepolverbinder ein
Massenprodukt sind, das in hohen Stückzahlen hergestellt wird, führt jede
Verteuerung des Produktes zu wirtschaftlichen Nachteilen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige
Verbindung zwischen Batteriepolanschlußkabel und Batteriepol
bereitzustellen, die auch bei starker Erstütterung oder Wärmeausdehnung
eine feste Anlage des Batteriepolanschlußkabels am Batteriepol
gewährleistet.
Diese Aufgabe wird mit einem Batteriepolanschlußkabel gelöst, bei dem an
mindestens einem Ende des Stranges die Vielzahl feiner Drähte miteinander
verschweißt ist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß das Problem der
Lockerung der Schraube im Batteriepol nicht primär auf ungenügenden
Halt der Schraube im Batteriepol zurückzuführen ist. Die Ursache für sich
lockernde Schrauben liegt darin, daß am Kontaktstück des
Batteriepolanschlußkabels in Folge der fließenden Ströme zeitweise höhere
Temperaturen auftreten. Bei sich verändernden Temperaturen werden die
feinen Drähte innerhalb der Kupferhülse zeitweise stärker
zusammengepreßt und verbleiben dann in der stärker gepreßten Form.
Dadurch wird nach mehrmaligen Temperaturschwankungen der
ursprünglich festgezogenen Schraube weniger Kraft entgegengesetzt, so daß
die Schraube lockerer im Gewinde sitzt. Ein sich Lösen der Schraube kann
dann nur noch mit dem oben beschriebenen Kunststoffteil verhindert
werden. Das Kunststoffteil verhindert zwar ein sich Lösen der Schraube,
die Tatsache, daß die Schraube jedoch zeitweise weniger Druck auf das
Kontaktstück ausübt, wird durch das Kunststoffteil nicht verhindert. Ein
konstanter Druck auf das Kontaktstück wird jedoch benötigt, um einen
kontinuierlich gleich guten Stromfluß zu gewährleisten.
Da erfindungsgemäß vorgeschlagen wird, die Vielzahl der feinen Drähte
am Ende des Stranges miteinander zuverschweißen, kann entweder der
Schweißbereich als festes Kontaktstück verwendet werden oder es kann ein
Kontaktstück angeschweißt werden, das aus einem Vollmaterial besteht.
Praxisversuche haben gezeigt, daß beim Anschrauben eines Kabelendes aus
miteinander verschweißten Drähten oder eines Anschlußstücks aus
Vollmaterial die oben beschriebene Komprimierung des Anschlußstückes
nicht auftritt und somit normale Schrauben ohne Lockerungsschutz
verwendet werden können. Da die Schraube nun mit einem konstanten
Druck das Kontaktstück auf den Batteriepol drückt, entstehen optimale
elektrische Voraussetzungen und somit auch verringerte Erwärmungen im
Kontaktbereich.
Vorteilhaft ist es, wenn ein weiteres Teil am Ende des Stranges befestigt
ist. Dieses weitere Teil kann beispielsweise als Kontaktstück dienen und ist
auf verschiedene Arten mit dem zu einem Vollmaterial verschweißten Ende
des Stranges verbindbar.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform eines
Batteriepolanschlußkabels entsteht, wenn das weitere Teil am Ende des
Stranges angeschweißt ist. Somit kann ein besonders günstig ausgeformtes
Kontaktstück verwendet werden. Dies ermöglicht es, vorallem auch das
Gewicht des Batteriepolanschlußkabels zu reduzieren.
Vorteilhaft ist es, wenn das weitere - vorzugsweise als Kontaktstück
ausgebildete - Teil aus Kupfer ist.
Bei sämtlichen bekannten Batteriepolanschlußkabeln erstreckt sich die
Längsachse des weiteren Teils in Richtung der Achse des Batteriepol
anschlußkabels. Da das Batteriepolanschlußkabel als Verbindungselement
zwischen zwei Polen dient, scheint es sinnvoll zu sein, ein sich in der
Achse des Batteriepolanschlußkabels erstreckendes weiteres Teil zu
verwenden. Versuche haben aber gezeigt, daß es in vielen Fällen von
großem Vorteil ist, wenn das weitere Teil so angeordnet ist, daß seine
Längserstreckung in einem Winkel zur Längsachse des Kabels verläuft.
Beispiele einer derartigen Anordnung sind in den Fig. 6 bis 9
dargestellt.
Je nach Anordnung der Batteriepole werden die Verbindungskabel in der
Praxis häufig sehr stark gebogen. Gerade die winkliche Anordnung des
weiteren Teils zur Achse des Batteriepolanschlußkabels verringert in vielen
Fällen die notwendige Biegung des Kabels und ermöglicht es darüber
hinaus, kürzere Kabels zu verwenden. Die beschriebene Anordnung führt
somit dazu, daß die Kabel geschont werden und der Materialeinsatz
reduziert werden kann.
Die beschriebene winkliche Anordnung ist auch unabhängig von den zuvor
beschriebenen Merkmalen für Batteriepolanschlußkabel von großer
Bedeutung und kann daher beispielsweise auch bei Klemmverbindungen
zwischen Kabelstrang und weiterem Teil vorteilhaft eingesetzt werden.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch mit einem Verfahren zur
Herstellung eines Batteriepolanschlußkabels gelöst, bei dem ein Strang aus
einer Vielzahl feiner Drähte mittels Ultraschall verschweißt wird.
Alle bisher angedachten Arten des Verschweißens oder Verlötens eines
Endes des Stranges scheiterten daran, daß der hohe Wärmeeintrag beim
Schweißvorgang von den üblicherweise verwendeten Kupferkabeln zur
Isolationschicht weitergeleitet wird. Dies führt einerseits zu einer
Zerstörung der Isolation und andererseits wird die eingebrachte Wärme
schnell abgeleitet. Erst das Verschweißen mittels Ultraschall führte zu so
guten Ergebnissen, daß die Isolationsschicht während des Verschweißens
am Kabelstrang verbleiben kann. Dieses überraschende Ergebnis reduziert
den Energieeintrag und erlaubt es, bekannte Herstellverfahren zur
Umspritzung der Anschlußbereiche mit Kunststoff auch für das neue
Batteriepolanschlußkabel zu verwenden.
Vorzugsweise wird der Strang zu einem Kontaktstück oder mit einem
Kontaktstück verschweißt.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Batteriepolanschlußkabels wird
eine Vorrichtung vorgeschlagen, die eine Sonotrode, eine
Strangzuführeinrichtung, eine Kontaktstückzuführeinrichtung und einen
Druckzylinder aufweist, der so angeordnet ist, daß mit ihm der Strang und
das Kontaktstück aufeinanderpreßbar sind.
Diese Vorrichtung erlaubt eine automatische, schnelle Herstellung der
Batteriepolanschlußkabel.
Da beim Pressen des Drahtstranges die feinen Drähte zur Seite
herausgedrückt werden, wird vorgeschlagen, an der erfindungsgemäßen
Vorrichtung vorzugsweise bewegliche Backen anzuordnen, die quer zur
Achse des Druckzylinders auf den Strang wirken. Diese Backen begrenzen
mit dem Druckzylinder und der Sonotrode einen Querschnitt, in dem die
Drähte zu einem möglichst kompakten Kupferstück miteinander
verschweißt werden sollten. Bei Beendigung des Schweißvorganges werden
die Backen vom Strang weg bewegt und der Druckzylinder so
zurückgefahren, daß der mit dem Kontaktstück verbundene Strang aus der
Vorrichtung entnommen werden kann.
Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Batteriepolanschlußkabels ohne
Kunststoffummantelung,
Fig. 2 eine Draufsicht auf das Batteriepolanschlußkabel nach Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt durch ein Ende eines Batteriepolanschlußkabels
mit Kunststoffummantelung,
Fig. 4 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur
Herstellung eines Batteriepolanschlußkabels,
Fig. 5 eine schematische Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig.
4,
Fig. 6 eine Draufsicht auf ein Batteriepolanschlußkabel mit einem
rechwinklig zur Achse des Kabels angeordneten weiteren Teil,
Fig. 7 eine Darstellung des Batteriepolanschlußkabels nach Fig. 6
in gebogener Ausführung,
Fig. 8 eine erste Variante eines etwa im 45° Winkel angeordneten
weiteren Teils und
Fig. 9 eine zweite Variante eines etwa im 45° Winkel angeordneten
weiteren Teils.
Das in den Fig. 1 und 2 gezeigte Batteriepolanschlußkabel 1 besteht im
Wesentlichen aus einem Strang 2 aus einer Vielzahl feiner Drähte, der in
einem mittleren Bereich von einer Isolierung 3 umgeben ist. An seinen
beiden Enden ist der Strang 2 zu einem abgeflachten Ende 4 bzw. 5
zusammengedrückt. An diesem abgeflachten Ende ist ein Kontaktstück 6
bzw. 7 angeschweißt. Die Kontaktstücke 6 bzw. 7 weisen einen in der
Dicke reduzierten Bereich 8 bzw. 9 auf, in dem der abgeflachte Teil 4
bzw. 5 des Stranges 2 mittels eines Ultraschallschweißverfahrens
angeschweißt ist. An dem in der Dicke reduzierten Teil 8 des
Kontaktstücks 6 schließt sich ein in der Dicke etwas stärkere Bereich 10
bzw. 11 mit einer zentralen Bohrung 12 bzw. 13 an. Die Bohrungen 12
bzw. 13 dienen dazu, das Kontaktstück über eine in die Bohrung gesteckte
Schraube (nicht gezeigt) an einem Batteriepol (nicht gezeigt) zu befestigen.
Die Bereiche 4 bzw. 5 des Stranges 2 sind durch den Schweißvorgang
zumindest partiel relativ homogen, da die Vielzahl feiner Drähte in diesem
Bereich zu einem festen Metallstück verschmolzen ist. Im vorliegenden Fall
sind die Drähte und das Kontaktstück aus Kupfer hergestellt. Vor allem das
Kontaktstück kann jedoch auch aus Messing hergestellt werden.
Das so vorbereitete Batteriepolanschlußkabel wird, wie in Fig. 3 gezeigt,
anschließend an seinen Enden in bekannter Art und Weise mit einem
Isolationsmaterial 14 umspritzt. Dabei wird der Strang 2 und insbesondere
dessen Ende 5 vollständig mit Isolationsmaterial umgeben. Auf der
Oberseite 15 des Kontaktstücks 7 ist eine Anlagefläche für den
Schraubenkopf (nicht gezeigt) vorgesehen und an der Unterseite 16 des
Kontaktstücks 7 ist eine Anlagefläche zur Anlage des Kontaktstücks 9 an
einem Batteriepol (nicht gezeigt) vorgesehen.
Zur Herstellung des Batteriepolanschlußkabels wird auf eine Sonotrode 17
aus Titan das Ende 5 des Stranges 2 der Vielzahl feiner Drähte aufgelegt
und darüber wird das Kontaktstück 7 so positioniert, daß das Ende 5 am
schmaleren Bereich 9 des Kontaktstücks 7 anliegt. Anschließend wird mit
Druck ein Zylinder 18 zur Sonotrode 17 hin verfahren, so daß zwischen
dem Zylinder 18 und der Sonotrode 17 das schmalere Ende 9 des
Kontaktstücks 7 und das Ende 5 des Stranges feiner Drähte
zusammengepreßt werden. Während des Preßvorganges werden mittels der
Sonotrode zum einen die feinen Drähte des Endes 5 miteinander
verschweißt und zum anderen auch gleichzeitig mit dem Kontaktstück
verschweißt.
Die in Fig. 5 gezeigte Draufsicht auf die gesamte Vorrichtung 19 zeigt
bewegliche Backen 20 und 21, die vor dem Zusammendrücken von
Kontaktstück 7 und Strang 2 so an den Strang 2 herangefahren werden, daß
beim Zusammendrücken der Drähte mittels des Druckzylinders 18 die
einzelnen Drähte nicht zur Seite ausweichen können. Um eine optimale
Anlage zwischen den Drähten des Stranges 2 und dem Kontaktstück 7 zu
erzielen, ist die Form der Backen 21, 22 an die Form des schmaleren
Endes 9 des Kontaktstücks 7 angepaßt.
Der gesamte Arbeitsvorgang läßt sich, wie die vorstehenden Ausführungen
zeigen, leicht automatisieren, indem der Strang 2 mit einer
Strangzuführeinrichtung (nicht gezeigt) und das Kontaktstück 7 mit einer
Kontaktstückzuführeinrichtung (nicht gezeigt) zur Sonotrode 17 geführt
werden und anschließend dort mittels der Backen 20, 21 und des Zylinders
18 gehalten werden, während die Sonotrode 17 die Drähte des Strangs 2
mit dem Kontaktstück 7 verschweißt. Anschließend werden die
Haltereinrichtungen 18, 20 und 21 gelockert, das fertig geschweißte
Batteriepolanschlußkabel entnommen und die nächsten Teile zugeführt. Das
entnommene Batteriepolanschlußkabel wird letzlich, wie in Fig. 3 gezeigt,
an seinen Enden mit einer Isolationsschicht 14 umgeben.
Das beschriebene Verfahren erlaubt eine schnelle automatisierte Herstellung
von Batteriepolanschlußkabeln und steigert die Qualität der Kabel, da durch
die homogene Verbindung der Einzeldrähte miteinander ein sich Lösen der
eingesetzten Batteriepolschraube verhindert wird. Genauere Berechnungen
erlauben es darüber hinaus, die Menge des eingesetzten Metalls, wie
insbesondere des eingesetzten Kupfers, zu reduzieren.
Die Fig. 6 bis 9 zeigen verschiedene Varianten zur Anordnung des
Kontaktstücks 7 am Kabelstrang 2. Das weitere Teil 4 hat zusammen mit
dem Kontaktstück 7 eine Längserstreckung in Richtung der Achse 22, die
im vorliegenden Fall in einem Winkel von 90° zur Längsachse 23 des
Kabelstranges 2 verläuft.
Insbesondere wenn der Kabelstrang 2 wie in Fig. 7 gezeigt oder in
entgegengesetzter Richtung gebogen wird, ergeben sich besonders günstige
Möglichkeiten zur Verbindung zweier Batteriepole.
Die Fig. 8 und 9 zeigen zwei verschiedene Möglichkeiten, die
Einzelkabel am Kontaktstück in einem Winkel anzuschweißen. Während in
Fig. 8 das Strangende 2 in Richtung des Verlaufs des Kontaktstücks 7
gebogen ist, verlaufen die Drähte des Stranges 2 beim Ausführungsbeispiel
in Fig. 9 in Richtung der Achse 23 des Stranges 2 und somit in einem
Winkel zur Längsachse 22 des Kontaktstücks 7.
Claims (11)
1. Batteriepolanschlußkabel (1) mit einem Strang (2) aus einer Vielzahl
feiner Drähte, der zumindest teilweise isoliert ist, und einem
weiteren Teil (4, 5) mit einer Bohrung für eine Schraube, dadurch
gekennzeichnet, daß am weiteren Teil (4, 5) die Vielzahl feiner
Drähte miteinander verschweißt ist.
2. Batteriepolanschlußkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das weitere Teil (4, 5) am Ende des Stranges (2) befestigt ist.
3. Batteriepolanschlußkabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das weitere Teil (4, 5) am Ende des Stranges (2) angeschweißt
ist.
4. Batteriepolkabel nach einem der Ansprüche 2 oder. 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das weitere Teil (4, 5) ein Kontaktstück (6, 7)
zur Befestigung des Stranges (2) an einem Batteriepol aufweist.
5. Batteriepolanschlußkabel nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das weitere Teil (4, 5) aus Kupfer hergestellt
ist.
6. Batteriepolanschlußkabel nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das weitere Teil (4, 5) so angeordnet ist, daß
seine Längserstreckung (22) in einem Winkel zur Längsachse (23)
des Kabels (1) verläuft.
7. Verfahren zur Herstellung eines Batteriepolanschlußkabels (1) nach
einem der weitergehenden Ansprüche, bei dem ein Strang (2) aus
einer Vielzahl feiner Drähte mittels Ultraschall verschweißt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der
Strang (2) zu einem Kontaktstück oder mit einem Kontaktstück (6,
7) verschweißt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der
Strang (2) flächig mit dem Kontaktstück (6, 7) in Berührung
gebracht wird und anschließend unter Druck mit dem Kontaktstück
(6, 7) verschweißt wird.
10. Vorrichtung zur Herstellung eines Batteriepolanschlußkabel (1) nach
einem der vorgehenden Ansprüche mit seiner Sonotrode (17), einer
Strangzuführeinrichtung, einer Kontaktstückzuführeinrichtung und
einem Druckzylinder (18), der so angeordnet ist, daß mit ihm der
Strang (2) und das Kontaktstück (7) aufeinanderpreßbar sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch bewegliche
Backen, die quer zur Achse des Druckzylinders (18) auf den Strang
(2) wirken.
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