DE60315088T2

DE60315088T2 - Kabelanschlussklemme für Batteriepol

Info

Publication number: DE60315088T2
Application number: DE60315088T
Authority: DE
Inventors: Angelo Dalmine Presciani
Original assignee: ICS IND COMPOSIZIONI STAMP; Ics Industria Composizioni Stampate SpA Romano Di Lombardia
Current assignee: ICS IND COMPOSIZIONI STAMP; Ics Industria Composizioni Stampate SpA Romano Di Lombardia
Priority date: 2002-03-20
Filing date: 2003-03-17
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2023-03-18
Also published as: DE60315088D1; EP1347522B1; ITTO20020251A1; ATE368305T1; ITTO20020251A0; EP1347522A1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Polklemme, die auch als positiver oder negativer Batteriepol bekannt ist, im Besonderen für eine Bleisäure-Batterie.
Genauer gesagt betrifft die Erfindung eine Polklemme, die im Allgemeinen einen kegelförmigen Kopfteil, der mit einem Stromkreis verbunden werden soll, sowie einen Basisteil enthält, der im Kunststoff der Batterieabdeckung abgedichtet aufgenommen wird, wobei der Basisteil eine ringförmige Wand besitzt, die einen Querschnitt aufweist, der ein gewelltes, radial außen liegendes Umfangsprofil besitzt, das dazu geeignet ist, um eine Abdichtung bei einem Verdrehen zu erreichen, sowie einen rohrförmigen Querschnitt aufweist, der ein labyrinthartiges, radial außen liegendes Längsprofil besitzt.
Beim Herstellen einer Batterie werden die Polklemmen in der Batterieabdeckung in einem gemeinsamen Gießvorgang verankert, indem der Basisteil des Anschlusses in geschmolzenen Kunststoff aufgenommen wird, der dann aushärtet.
Das auftretende Problem besteht darin, dass eine maximale Adhäsion zwischen dem Kunststoff und der Klemme erreicht werden soll. Die Verankerung muss so ausgebildet sein, dass bei vorgegebenen Zugbeanspruchungen unter Drehung eine Dichtheit sichergestellt sein muss, die von den technischen Vorschriften der Batteriehersteller festgelegt wird. Weiters muss die Adhäsion so groß sein, dass die Möglichkeit des Durchsickerns von Säure zwischen dem Kunststoff und der Oberfläche der Klemme sei weit wie möglich beseitigt wird, sowohl von Säure in der Batterie als auch von außen, wobei es sich in diesem Fall bei der betreffenden Säure um Säure handelt, die während des Füllvorgangs auf die Batterieabdeckung verschüttet wird.
In Übereinstimmungen mit den Vorschriften kann Schwefelsäure mit einer Dichte von 1,28 kg/l zwischen die beiden Teile eindringen, die miteinander in Berührung stehen, doch dürfen die Grenzen für das Eindringen nicht überschritten werden, die in den Vorschriften genau festgelegt sind.
Wenn es Säure aus dem Inneren der Batterie schafft, nach außen durchzudringen, oder wenn Säure von außen dadurch in das Innere gelangen kann, dass sie entlang der Wand eindringt, die den Kunststoff mit den Klemmen verbindet, oxidieren die Klemmen zwangsläufig, wobei dies für die richtige Arbeitsweise und die Lebensdauer der Batterie nachteilig ist und nicht toleriert werden kann.
Um die Adhäsion zu verbessern und die Vorschriften zu erfüllen, wurde vorgeschlagen, dass der Basisteil der Klemme, der im Kunststoff aufgenommen wird, um die Abdichtung herzustellen, in bestimmte Klebstoffe eingetaucht wird, oder dass dieser Teil mit keramischen Werkstoffen sprühbeschichtet wird.
Eine andere Lösung, die angenommen wurde, besteht darin, dass die Oberflächen der Klemmen spiegelartig ausgebildet werden, um die Rauheit der Oberfläche auf ein Minimum herabzusetzen.
Aufgrund von Versuchen, die vom Anmelder durchgeführt wurden, wurde jedoch festgestellt, dass keine Polklemme auf dem Markt erhältlich ist, die die doppelte Anforderung erfüllt: dass sie das Eindringen von Säure in beide Richtungen verhindert, d.h. sowohl von außen nach innen, als auch von innen nach außen.
Es besteht daher nach wie vor der Bedarf daran, eine Polklemme zu liefern, die dazu geeignet ist, das oben erwähnte technische Problem zu lösen.
Ein Konstruktionsmerkmal, das den Polklemmen gemeinsam ist, die derzeit am Markt erhältlich sind und die oben beschriebenen Baumerkmale besitzen, besteht darin, dass der oben erwähnte Teil des Basisteils, der ein gewelltes Umfangsprofil besitzt, das auch als sternförmiges Profil bekannt ist, an der Basis des kegelförmigen Kopfteils angeordnet ist, wobei er zwischen dem kegelförmigen Kopfteil und dem rohrförmigen Teil mit einem labyrinthartigen Längsprofil liegt.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass mit der oben beschriebenen geometrischen Anordnung, die dazu verwendet wird, um eine Dichtheit bei der Torsionsprüfung sowie bei der Durchsickerungsprüfung für die Säure sicher zu stellen, wie sie von den Vorschriften gefordert werden, keine maximale Adhäsion zwischen den Teilen erreicht werden kann, die miteinander in Berührung stehen, wobei trotzdem Säure durchsickern kann.
Es kann angenommen werden, dass das Durchsickern von Säure daher stammt, dass die Sternform ein Hindernis für das gleichmäßige Schrumpfen des Kunststoffs darstellt, das in der Folge einen unterschiedlichen Druck auf die Oberflächen der Klemme erzeugt, die im Kunststoff eingeschlossen sind, und im Besonderen zwischen den radial ganz außen liegenden Umfangsflächen des sternförmigen Teils und den radial ganz innen liegenden Umfangsflächen. Auf ähnliche Weise entsteht ein Druckdifferenz zwischen den radial ganz außen und ganz innen liegenden Umfangsflächen des rohrförmigen Teils mit einem labyrinthartigen Profil, wobei sich der Wert des Drucks beträchtlich ändert.
Die mechanische Adhäsion des Kunststoffs an der Polklemme ist an der Außenwand des sternförmigen Teils und des rohrförmigen Teils am größten, während die Adhäsion an den Innenflächen aufgehoben wird, da der Außenteil des sternförmigen Teils nicht zulässt, dass der Kunststoff zur Mitte hin schrumpft, wobei er statt dessen den Kunststoff zwingt, nach außen hin zu schrumpfen.
Die von den Außenflächen gebildete Abdichtung führt zu einer Abtrennung des Kunststoffs von den Innenflächen, wodurch Zustände erzeugt werden, die ein Durchsickern von Säure ermöglichen.
Die durchsickernde Säure verbleibt auch nach einem sorgfältigen Waschen in den Zwischenräumen. Auf ähnliche Weise verursacht die Form des labyrinthartigen rohrförmigen Teils, der unterhalb des sternförmigen Teils angeordnet ist, dass der Kunststoff an den Oberseiten der ringförmigen Rippen anhaftet, diese von den Rillen entfernt und die Oberfläche, die tatsächlich abgedichtet ist, auf wenige Millimeter verkleinert.
EP-A-0836 237 beschreibt eine Polklemme gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Um die Probleme und Nachteile von Klemmen des Stands der Technik zu überwinden, besteht der Gegenstand der Erfindung aus einer Polklemme, die jene Merkmale besitzt, die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 erwähnt sind.
Weitere Vorteile und Merkmale der Polklemme gemäß der Erfindung werden aus der nun folgenden ausführlichen Beschreibung und im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, in denen zeigt:
1 den Axialschnitt durch eine Polklemme gemäß der Erfindung, die im Kunststoff einer Batterieabdeckung befestigt ist;
2 die Klemme von 1 von oben gesehen;
3 den Schnitt durch das Detail, das in 1 mit dem Pfeil III bezeichnet ist; und
4 die Detailansicht einer weiteren Ausführungsform des Details von 3.
In den angeschlossenen Zeichnungen trägt eine Polklemme, die beispielsweise den positiven Pol einer Batterie bildet, allgemein die Bezugsziffer 2. Die folgende Beschreibung ist so zu verstehen, dass sie auf dieselbe Weise auch auf die geometrische Anordnung einer Klemme angewandt werden kann, die den negativen Pol bildet.
Die Klemme enthält einen im Allgemeinen kegelstumpfförmigen Kopfteil 4 sowie einen Basisteil 6, der im Kunststoff P einer Batterieabdeckung aufgenommen wird.
Der Basisteil 6 enthält einen ersten kreisringförmigen Teil 8, der eine kreisförmige, spiegelartige, zylindrische Seitenfläche besitzt.
Bei der bevorzugten Ausführungsform (1 und 3) besitzt der oben erwähnte ringförmige Teil 8 ein sägezahnförmiges Längsprofil mit kreisförmigen, zylindrischen Seitenflächen 10a und 10b, die mit einer schrägen, kreisförmigen Fläche 10c verbunden sind, die vorzugsweise um etwa 30° zu einer Horizontalebene geneigt ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform (4) besitzt der oben erwähnte ringförmige Teil ein gerades Längsprofil mit einer kreisförmigen, zylindrischen Seitenfläche 10.
Im Hinblick auf die Normabmessungen einer Polklemme für eine Batterie besitzt der oben erwähnte ringförmige Teil typisch eine Höhe von 2,5 bis 3 mm, vorzugsweise etwa 2,7 mm.
Es wurde erkannt, dass der oben erwähnte kreisringförmige Teil ermöglicht, dass der Kunststoff spiegelartig an der polierten Fläche der Klemme anhaftet, die vorzugsweise dadurch hergestellt wird, dass eine rohe Klemme, die im Standguss hergestellt wurde, unter einem Druck von 180 bar geprägt wird. Weiters ermöglicht die Kreisform, dass der heiße Kunststoff während des Schrumpfens einen konzentrischen und gleichmäßigen Druck über 360° auf die Umfangsfläche 10 ausübt (Schrumpfwert von 1,2% mm bis 2,0% mm).
Das bevorzugte sägezahnförmige Profil spannt den Kunststoff ein, der am Ring anhaftet, und setzt der Ausdehnung des Rings einen Widerstand entgegen, die – wenn auch nur zu einem marginalen Wert – während des Formierens der Batterie durch den Temperaturanstieg des Elektrolyts auftritt.
Unterhalb des ringförmigen Teils 8 enthält der Basisteil 6 einen Teil 12 mit einem gewellten oder sternförmigen radial außen liegenden Umfangsprofil, das eine Vielzahl von winkelmäßig beabstandeten Vorsprüngen oder Zähnen 14 besitzt. Der sternförmige Teil 12 besitzt eine maximale Radialabmessung, die kleiner als die maximale Radialabmessung des kreisringförmigen Teils 8 ist.
Es ist ersichtlich, dass der Aufbau der Zähne 14 gegenüber der Darstellung weit verändert werden kann, wobei dadurch, dass der sternförmige Teil unterhalb des ringförmigen Teils angeordnet ist, der Kunststoff in jedem Fall besser an der Oberfläche der Klemme verankert werden kann, wodurch auch bei zurücktretenden Zähnen der maximale Widerstand gegen ein Verdrehen erreicht wird.
Die beschriebene Anordnung des sternförmigen Teils verleiht der Verbindung weiters eine größere Stabilität und damit einen größeren Widerstand gegenüber einer Kraft, die durch das Aufbringen einer Drehbeanspruchung erzeugt wird.
Der oben erwähnte Teil mit einem sternförmigen Umfangsteil liegt damit zwischen dem ringförmigen Teil 8 und einem rohrförmigen Teil 16, der ein labyrinthartiges Längsprofil 18 besitzt, das von ringförmigen Rippen 20 gebildet wird, die über Rillen 22 verbunden sind.
Der rohrförmige Teil 16 besitzt vorzugsweise eine maximale Radialabmessung, die kleiner als die maximale Radialabmessung des sternförmigen Teils ist.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung besitzt der oben erwähnte rohrförmige Teil 16 weiters ein labyrinthartiges, radial innen liegendes Längsprofil 24.
Bei der derzeit bevorzugten Ausführungsform enthält dieses labyrinthartige Profil einen geraden Teil 26 sowie zumindest einen schleifenartigen Teil 28, dessen konkave Seite zum unteren Ende der Klemme gerichtet ist, wobei sie einen inneren Hals 30 bildet.
Das untere Ende der Klemme wird vorzugsweise von einer ringförmigen Fläche 32 gebildet, die vorzugsweise in einer horizontalen Ebene liegt, wie dies dargestellt ist.
Es ist ersichtlich, dass das labyrinthartige Profil gegenüber der speziellen Beschreibung verändert werden kann. Nicht nur dass die Adhäsionsfläche vergrößert wird, die beinahe verdoppelt wird, besitzt die dem inneren Labyrinth zugewiesene Form vorzugsweise erweiterte lineare Flächen und ist vorzugsweise spiegelartig poliert.
Die spiegelartige Fläche und die besondere Form des Labyrinths unterstützen eine verbesserte Abdichtung zwischen dem Kunststoff und der Oberfläche der Klemme, wobei das Durchsickern von Säure auf ein Minimum verringert wird.
Das Verfahren für die Herstellung der Polklemme gemäß der Erfindung enthält einen Schritt zum Ausbilden eines Rohgussstücks sowie einen Bearbeitungsschritt, um diesem die endgültige Form zu verleihen.
Die rohen Klemmen werden vorzugsweise mit einem Verfahren hergestellt, das ein Schmelzen von Blei in geeigneten 900 kg NIARD gusseisernen Schmelztiegeln bei einer Temperatur von 400°C vorsieht.

Eine bevorzugte Bleilegierung ist beispielsweise wie folgt zusammengesetzt:

Zusammensetzung	% für Parallelepipede
Antimon	4,25–4,75
Arsen	0,10–0,25
Silber	0,002–0,010
Zinn	0,001–0,010
Kupfer	< 0,050
Wismut	< 0,035
Nickel	< 0,02
Schwefel	< 0,002
Eisen	< 0,001
Zink	< 0,001
Kadmium	< 0,001

Die mit dem Schmelztiegel kombinierte Gießmaschine wird im Wesentlichen von einer sich drehenden Scheibe gebildet, in deren oberem Teil ein Kanal ausgebildet ist, um das geschmolzene Blei aufzunehmen, das vom Schmelztiegel kommt.
Von diesem Kanal erreicht das geschmolzene Blei – wiederum infolge der Schwerkraft – die Formen, die gefüllt werden sollen und unterhalb der Gießrinne angeordnet sind. Der Einguss, der in der Gießrinne bleibt, wird automatisch mit einer Fördereinrichtung wiedergewonnen, die ihn zum Schmelztiegel zurück bringt, während die rohen Klemmen in Behältern gesammelt werden, die an der Basis der Trenneinrichtung angeordnet sind.
Dieses Verfahren ermöglicht, dass der im Rohgussstück eingeschlossene Gasanteil auf Werte, die hinsichtlich ihrer Menge unbedeutend sind, und auf einen weit niedrigeren Wert herabgesetzt werden kann, als dies bei anderen Systemen der Fall ist, beispielsweise bei einem Spritzguss im Vakuum oder bei einem Ziehen.
Der Einschluss von Gasen in den Klemmen ruft beträchtliche Probleme hervor, wenn die Anschlüsse der Platten mit den Batterieklemmen verschweißt werden. Das von der Flamme erhitzte Gas kann explodieren, wobei geschmolzenes Blei verspritzt werden kann und die Schweißung instabil und von schlechter Qualität ist, wodurch ihre richtige Funktion beeinträchtigt wird.
Das auf diese Weise hergestellte Rohgussstück wird anschließend in einer Bearbeitungsmaschine bearbeitet, die dem fertigen Werkstück die maximale Kompaktheit und die Form der Abmessungen zuweisen kann. Die Bearbeitungsmaschine, die später als Prägemaschine bezeichnet werden soll, erfüllt eine doppelte Funktion.
Die Prägemaschine wird im Wesentlichen von einem Drehtisch gebildet, auf dem die Bearbeitungsvorrichtung untergebracht ist, die den Klemmen ihre endgültige Form verleiht. Die Bearbeitung erfolgt ohne Entfernung von Material, sondern durch Komprimieren. Diese Lösung ermöglicht, dass das Blei unter einem spezifischen Druck von 34 kg/mm² zusammengedrückt wird. Dieser Druckwert erzeugt spiegelartige Oberflächen der Pole, die damit dazu geeignet sind, dass eine maximale Anhaftung des Kunststoffs (Polypropylen) an den Klemmen erreicht wird.
Die Polklemmen gemäß der Erfindung (im Besonderen gemäß 1 und hergestellt mit dem oben beschriebenen Verfahren) wurden Prüfungen über die Dichtheit in Übereinstimmung mit den technischen Vorschriften unterzogen, die von den Herstellern aufgestellt wurden.
Im Besonderen wurde die Torsionsprüfung bei einer Torsionsbelastung von 2 kg/m vorgenommen, ohne dass es zu einem Nachgeben kam. Die Toleranzgrenzen wurden bei der Durchsickerungsprüfung ebenfalls übertroffen, wobei dadurch, dass der kreisringförmige Teil vorhanden war, absolut kein Durchsickern festgestellt werden konnte.
Die Außenfläche des Labyrinths, das zwischen den mit den Bezugszeichen X und Y von 1 bezeichneten Punkten angeordnet war, war ebenfalls vollkommen rein und hell.

Claims

Polklemme (2) für eine Batterie, wobei die Polklemme enthält: einen Kopfteil (4), der mit einem Stromkreis verbunden werden soll, und einen Basisteil (6), der in einem Kunststoff der Batterieabdeckung eingeschlossen werden soll, wobei der Basisteil (6) eine ringförmige Wand besitzt, die einen Teil (12) aufweist, der ein gewelltes, radial außen liegendes Umfangsprofil (14) besitzt, wobei der Basisteil (6) weiters zumindest einen kreisringförmigen Teil (8) enthält, der zwischen dem Kopfteil (4) und dem Teil mit dem gewelltes Umfangsprofil (12) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisteil einen rohrförmigen Klemmenteil (16) besitzt, der ein labyrinthartiges, radial innen liegendes Längsprofil (24) sowie ein labyrinthartiges, radial außen liegendes Längsprofil (18) aufweist, und dass der Teil, der ein gewelltes, radial außen liegendes Umfangsprofil (14) besitzt, eine maximale Radialabmessung aufweist, die kleiner als die maximale Radialabmessung des kreisringförmigen Teils (8) ist.
Polklemme gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine kreisringförmige Teil (8) ein sägezahnförmiges Längsprofil (10a, 10b, 10c) aufweist.
Polklemme gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der kreisringförmige Teil (8) eine erste kreiszylinderförmige Seitenfläche (10a) sowie eine zweite kreiszylinderförmige Seitenfläche (10b) umfasst, die über eine schräge ringförmige Fläche (10d) verbunden sind.
Polklemme gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das labyrinthartige, innere Längsprofil (24) des rohrförmigen Teils (16) zumindest eine Schleife (28) umfasst, die mit ihrer konkaven Seite zu jenem Ende des Basisteils (6) gerichtet ist, das vom Kopfteil (4) entfernt liegt.
Polklemme gemäß irgendeinem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das labyrinthartige, innere Längsprofil (24) eine im Wesentlichen gerade, radial innen liegende Fläche (26) umfasst, die mit einer Schleife (28) verbunden ist, deren Innenseite einen inneren Hals (30) bildet.
Polklemme gemäß irgendeinem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren und die äußeren Seitenflächen des Basisteils (6) spiegelartig poliert sind.
Polklemme gemäß irgendeinem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polklemme in einem Schmelz- und Standgussvorgang, um ein Rohgussstück herzustellen, und in einem nachfolgenden Prägevorgang durch Komprimieren hergestellt werden kann.
Batterie, im Besonderen eine Bleisäure-Batterie, wobei die Batterie eine Polklemme gemäß irgendeinem der bisherigen Ansprüche umfasst.