触头元件、插头和用于接触双极堆叠体的触头布置的制作方法

本发明涉及一种触头元件，用于接触燃料电池堆的双极板，其具有沿纵向轴线延伸的触头本体，该触头本体具有通道，该通道沿纵向轴线延伸并由至少两个通道壁界定，至少两个通道壁横向于纵向轴线彼此相对地布置，该通道用于接收双极板的一部分。本发明还涉及一种插头，用于接触燃料电池堆的多个双极板，其具有外壳，该外壳设置有多个触头室，该多个触头室平行对齐，彼此相邻地布置，且在纵向轴线的方向上敞开。此外，本发明涉及一种触头布置，其包括燃料电池堆的双极板和触头元件，该触头元件具有通道，该通道在纵向轴线上延伸并由至少两个通道壁界定，该至少两个通道壁横向于纵向轴线彼此相对布置，其中，双极板至少部分地布置在通道中。

背景技术：

从现有技术中已知该类型的触头元件、插头和触头布置。在燃料电池堆中，各个电池彼此层叠形成堆叠体，其中每个电池由双极板分开。双极板用于将工作介质引导到燃料电池的电极。为了研究车辆中的燃料电池堆的性能和/或故障，电池之间的双极板经由插头与控制电路连接，并测量每个电池中的电压。

特别是在车辆中，插头暴露于重振动载荷和/或冲击载荷，因此，在不利的情况下，触头元件可能从双极板脱离。振动和/或冲击还会在双极板和触头元件之间产生波动的电压值。

在此背景下，本发明的问题是创造一种触头元件、一种插头和一种触头布置，使其即使在重载荷下也能保证稳定接触，特别是在剧烈振动的环境中和/或存在大冲击载荷时。

技术实现要素：

这一问题通过上文中提到的根据本发明的触头元件解决，其中，触头本体在至少一个通道壁上具有凸出到通道中的至少一个接触弹簧，其具有用于接触双极板且指向相对的通道壁的切割边缘。

根据本发明，通过根据本发明的装配在至少一个触头室中的触头元件，进一步解决了上文中提到的类型的插头的问题。

对于上文提到的触头布置，根据本发明，通过触头本体解决了该问题，该触头本体在至少一个通道壁上具有凸出到通道中的至少一个接触弹簧，其具有切割边缘，该切割边缘指向相对的通道壁，并且所述切割边缘切入双极板的面向接触弹簧的接触区域。

通过切割边缘，接触弹簧切入双极板的表面，由此，接触弹簧以很大的接触力连接到双极板。即使在重载荷下，例如由于振动载荷和/或冲击载荷，连接也不会脱开。因此，接触弹簧和双极板优选地彼此不可移动地联接，由此可以补偿发生的振动并且在操作期间接触不会动摇。

在下文中，指定了可以根据需要彼此独立或彼此组合的进一步改进，并且每个改进本身都是有利的。

因此，根据第一有利配置，触头本体可在横向于纵向轴线的横向方向上具有大致u形的截面，其中两个通道壁形成u形截面的相应肢体并通过基部相互连接。结果，双极板的一部分可以至少在横向于纵向轴线的方向上插入通道中，直到它到达基部上的止动件，并且可以被触头本体包围。优选地，双极板的边缘部分可以插入通道中。

通道可以在纵向轴线的方向上在纵向方向上布置的至少一个端部处敞开。结果，可以在纵向轴线的方向上推入隔板。优选地，通道可以在沿纵向轴线布置的两端处敞开，结果，双极板的沿纵向轴线的部分的长度(该双极板可以接收在通道中)不在纵向轴线方向上由壁界定。这导致这样的情况，通过插头，可以在纵向轴线的方向上补偿燃料电池堆的双极板的高公差和/或未对准，而不会使双极板变形和/或损坏。因此，双极板可以在纵向轴线的方向上插入到相应的触头元件的通道中至不同的深度，触头元件布置在横向于纵向轴线的平面中。这使得可以设定插头的尺寸，使得即使在堆叠的双极板存在高公差和/或未对准的情况下，插头也能够以精确的配合插入到堆叠体的插座中，并且可以牢固地接触相应的双极板。

根据另一种有利的配置，至少一个接触弹簧的切割边缘可以平行于纵向轴线延伸。因此，当边缘部分接收在通道中时，切割边缘可以接触大的接触区域，从而保证触头元件的紧凑结构。因此，由于接触区域在纵向方向上延伸，宽度可以在触头元件的横向方向上减小。

为了补偿堆叠的双极板在横向方向上的未对准和/或公差，已经证明特别有利的是，根据有利的实施例，接触弹簧横向于纵向轴线远离通道壁上的基部延伸。结果，切割边缘可以与基部间隔开，使得双极板可以在横向方向上插入到通道的不同深度，并且尽管如此，双极板也可以被切割边缘接触。因此，这种配置在双极板的对准期间，特别是在横向方向上产生高公差。优选地，切割边缘可以布置成横向于纵向轴线更靠近通道的孔而不是基部，从而可以扩大双极板的可能的接触区域。

根据有利的配置，切割边缘可以布置在通道壁之间的通道中。优选地，切割边缘可以相对于相对的通道壁以大约60°和大约120°之间的角度布置。

至少一个接触弹簧可以布置在触头本体上，其可绕枢转轴线弹性偏转。优选地，枢转轴线可以平行于纵向轴线布置，其中，至少一个接触弹簧可以通过其在枢转轴线上的基部连接到通道壁。接触弹簧特别可以在朝向相对的通道壁的方向上预张紧，其中，相对的通道壁和切割边缘之间的间隔可以小于双极板的材料厚度或至少双极板的可插入通道中以进行接触的部分的材料厚度。结果，当双极板插入通道中时，接触弹簧可以绕枢转轴线弹性偏转。切割边缘可以利用接触弹簧的弹力抵靠双极板的面向切割边缘的表面，并牢固地接触双极板。

在另一种有利的配置中，接触弹簧可以在横向于纵向轴线的方向上渐缩，使得当与基部的间距在横向于纵向轴线的方向上增加时，接触弹簧的在纵向轴线的方向上的长度减小。结果，可以保证接触弹簧的弹力分布在小的接触区域上，由此，接触弹簧与切割夹具接触的压力升高。因此，通过这种结构，可以进一步改善切割夹具和双极板之间的接触。

根据优选的配置，触头元件可以具有至少两个接触弹簧，它们可以在纵向轴线方向上在通道壁上彼此相邻和/或平行地布置。由于至少两个接触弹簧可以布置在通道壁上，因此可以形成特别紧凑的触头元件。唯一需要考虑的是接触弹簧可绕之弹性偏转的弹簧路径。在接触弹簧布置在相对的通道壁上的情况下，在插入的双极板的情况下，必须考虑接触弹簧在位于通道中的双极板的部分的两侧上的可绕其弹性偏转的弹簧路径，因此，通道的宽度必须设计成比在通道壁的宽度更宽。然而，利用这种优选的配置，可以形成特别紧凑的插头，利用该插头可以接触燃料电池堆中的双极板的密封堆叠体。

为了能够特别简单且廉价地制造触头元件，接触弹簧和触头本体可以作为单体部件一体地形成，特别是作为冲压和弯曲部件。因此，触头元件可以在生产过程中容易地生产，例如作为冲压和弯曲部件。

布置有至少一个接触弹簧的通道壁可以具有横穿通道壁的至少一个窗口。接触弹簧可以优选地布置在窗口中，接触弹簧横向于纵向轴线远离窗口的框架延伸。结果，可以防止通道壁同样被接触弹簧的弹性变形偏转。接触弹簧可以偏转到可以与通道壁基本上布置在一个平面中的程度。因此，通道壁可以不受接触弹簧的弹性偏转的影响，因为接触弹簧没有压靠通道壁。

切割边缘可以形成在接触弹簧的自由端，该自由端在朝向相对的通道壁的方向弯曲。切割边缘切入双极板表面的角度可以通过接触弹簧的弯曲端以简单的方式设定。

根据另一种有利的配置，至少切割边缘，优选地是触头元件，可以由不锈钢模制。优选地，不锈钢可以具有钛合金和/或铬镍合金，其可以穿透双极板的表面上的涂层并防止接触区域上的双极板和/或触头元件的腐蚀。

触头元件可以具有插入部分，该插入部分可以在自由端处形成并且可以涂覆有锡，以便能够将触头元件插入电导体中，例如印刷电路板。

触头元件可以在纵向轴线方向上布置的自由端处设置有插入倒角。例如，远离基部的通道壁的角部可以在自由端处在彼此远离的方向上偏转，从而使得通道变宽并且便于将双极板插入通道。此外，双极板可通过激光切割或冲压生成，其中可能出现锐利边缘，这可能在插接期间损坏触头元件。可以通过所述插入倒角来防止这种损坏。

特别地，通道壁可以在纵向轴线的方向上比基部延伸更远，使得通道壁可以跨越接触区域与双极板重叠。优选地，通道壁可以在远离基部的相应侧在纵向轴线方向上渐缩。

燃料电池堆中的双极板可以例如设置有基本上矩形的切口，该切口在纵向轴线的方向上远离边缘延伸。结果，插头可以在纵向方向上插接在堆叠体上，其中，插头由双极板的边缘部分侧接。

触头元件可以接收界定切口的双极板的边缘部分。在这种情况下，插头中的触头元件可以以交替的方式布置，即，通道在相反的方向上在横向于相继的触头元件的纵向轴线的方向上横向敞开。优选地，触头元件可以在横向于纵向轴线的方向上装配在至少两行触头室中。使用插头的两行插头系统，与均匀的插头系统相比，可以为触头室提供双重节距。在这方面，特别有利的是，装配在触头室中的两行触头元件在深度方向上(在该深度方向上，燃料电池堆的双极板彼此相继)在横向于纵向方向的方向上彼此偏移，使得彼此前后布置的双极板从相反的方向被接触。

两行触头室可以各自邻接外壳的不同壁，特别是彼此相背的壁。外壳可以在相应的侧壁上具有平行于通道布置并且突破到触头室中的槽，使得双极板可以通过槽插入通道中。就横向于纵向轴线的深度方向上的宽度而言，槽可以比两个通道壁之间的通道的宽度小，以防止触头元件在触头室中移动。

在插头中，可以使用相对大量的触头元件，特别是十二个，其中，第一组可以布置在第一行中，第二组布置在第二行中。这些组可以在横向方向上彼此间隔开地布置，并且可以在深度方向上相对于彼此以偏移的方式布置，优选地偏移每组的触头元件的间距的一半，使得各个组的触头元件可以交替的方式接触堆叠的双极板。然而，插头也可以具有多个触头元件，例如，插头可以设置有与待接触的双极板的数量相对应的多个触头元件。

触头元件的插入部分可以在纵向轴线的方向上凸出到触头室之外，以连接到电导体，特别是印刷电路板。因此，插入部分可以插入电导体的插入孔中。

至少切割边缘可以具有比双极板更大的强度。结果，可以产生特别稳健的触头元件，其具有关于分离和/或变形的高抗性。因此，当切入双极板时，切割边缘上的磨损可以减少。

作为对此的替代或者甚至补充，至少切割边缘可以具有比双极板(特别是双极板的表面)更大的硬度。因此，可以预防双极板穿入切割边缘的阻力，并且可以进一步减少切割边缘上的磨损。

附图说明

在下文中，使用参考附图的示例性实施例通过示例方式更详细地描述本发明。在附图中，在结构和/或功能上彼此对应的元件具有相同的附图标记。

用各个示例性实施例示出和描述的特征的组合仅用于解释的目的。根据以上陈述，如果其技术效果在特定应用中不重要，则可以省略示例性实施例的特征。相反，根据以上陈述，如果其技术效果对于特定应用是有利的或必要的，则可以在示例性实施例中添加另一特征。

在附图中：

图1示出了根据本发明的触头元件的示意性透视图；

图2示出了图1中所示的触头元件的示意性侧视图；

图3示出了根据本发明的插头的示意性透视图；

图4示出了根据本发明的插头的示意性平面图；以及

图5示出了根据本发明的插头的示意性正视图。

具体实施方式

首先，参考图1和2描述根据本发明的触头元件1的结构。为便于理解，在描述中使用笛卡尔坐标系，其具有纵向方向x、横向方向y和深度方向z。

在该示例性配置中，触头元件1具有沿着纵向轴线l延伸的触头本体2。纵向轴线l基本上平行于纵向方向x。触头本体2在由横向方向y和深度方向z延伸形成的平面中具有大致u形的截面，其中，肢体4、6在横向于纵向轴线l的深度方向上彼此间隔开，并且基本上平行于由纵向方向x和横向方向y延伸形成的平面布置。在这种情况下，肢体4、6在深度方向z上界定通道8，肢体4、6用作通道壁10、12。通道8在横向方向y上的一侧由连接通道壁10、12的基部14界定，使得通道8在远离基部14的一端敞开。通道8形成接收区域15，在其中可以接收双极板的一部分。在这种情况下，触头本体2可以包围双极板的一部分，其中通道壁覆盖该部分。

触头本体2具有插入部分16，其在纵向方向x上延伸并且布置在端部18处。在这种情况下，插入部分16的通道壁10、12在横向方向y上的宽度20小于接收区域15中的通道壁10、12的宽度22，并且可以引入到电导体(例如印刷电路板)的插入孔中。为此，插入部分16优选地特别涂覆有锡涂层，使得插入部分可以例如通过焊接接合部附接在电导体的插入孔中。

为了接触插入通道8中的双极板的一部分，触头元件1在通道壁10上具有两个接触弹簧24，它们凸出到通道8中并且各自设置有朝向相对的通道壁12的切割边缘26。接触弹簧24在纵向方向x上彼此间隔开并且在横向方向y上远离基部14延伸。接触弹簧24可绕基部28上的枢转轴线s(该枢转轴线s基本平行于纵向轴线l布置)弹性偏转，其连接到通道壁10并在朝向相对通道壁12的方向上预张紧，使得在插入双极板的一部分时，接触弹簧24可以在朝向通道壁10的方向上偏转。

切割边缘26形成在远离基部14的接触弹簧24的自由端30处，其中，该自由端30在朝向相对的通道壁12的方向上弯曲，使得切割边缘26相对于由纵向方向x和横向方向y延伸形成的平面布置以大约60°和大约120°之间的角度。双极板的插入部分的表面优选地平行于由纵向方向x和横向方向y延伸形成的平面布置。因此，可以确保切割边缘26良好地接触双极板的表面。

切割边缘26可以布置成更靠近相对的通道壁12而不是通道壁10，接触弹簧24从通道壁10延伸。由于具有根据图1和2中所示的触头元件1的双极板在一侧接触，接触弹簧绕之可弹性弯曲的弹簧路径必须仅在通道壁10上考虑，该通道壁10设置有接触弹簧24。因此，可以制造特别紧凑的触头元件1。

通道壁10设置有窗口32，每个窗口允许触及接触弹簧24。接触弹簧24布置在窗口32中，并且延伸远离框架34，其在基部14的横向方向y上面向基部14。切割边缘26可以优选地布置得相比基部14更靠近通道8的开口端。结果，可以补偿堆叠的双极板在深度方向z上的不正确堆叠，因为在切割边缘26和基座14之间产生宽的间隙，双极板的一部分可以插入其中。双极板的所述部分在横向方向y上插入通道的深度可以变化，结果是，在插入期间，插头可以精确地装配插入燃料电池堆的双极板堆叠体的插座中，即使是在不正确堆叠的情况下。

通过窗口32，可以防止接触弹簧24的弹性偏转影响通道壁10并且类似地偏转通道壁10。在偏转期间，接触弹簧24不会压靠通道壁10，因此不会推动所述通道壁10远离相对的通道壁12。因此，即使插入双极板，通道壁10、12之间的间距也不会改变。

接触弹簧24随着与基部14的间距增大而渐缩，使得纵向方向x上的长度36随着从基部14直到切割边缘26的间距增大而减小。在这种情况下，切割边缘26可以在纵向方向x上延伸，例如，长度约为0.4mm。结果，通过接触弹簧24的弹力作用的接触力可以集中在小的接触区域上。

触头元件1可以优选地采用不锈钢模制而成，例如铬镍合金或钛合金。特别地，触头元件1可以是单体部件38，其可以在单一生产过程中简单且廉价地制造，例如通过冲压和弯曲。例如，金属板的材料厚度可以是大约0.1mm厚，其中作用在双极板的一部分的表面上的每个弹簧的法向力可以在大约1.8n和3.5n之间，使得触头元件1的插接力加起来约为5n。

触头元件1在其远离插入部分16的端部40处具有插入倒角42，使得当触头元件1插接到双极板的一部分上时，便于将所述部分插入通道8中，并且，在将双极板插入通道8期间，防止损伤触头元件1，例如被双极板的尖锐边缘损伤。

通道8在深度方向z上的深度在插入倒角42的区域中增加。插入倒角42例如可以形成在通道壁10、12的远离基部14的角部44处，其中角部44在彼此远离的方向上弯曲。结果，插入倒角42在双极板在纵向方向x以及横向方向y上插入期间都起作用。

通道8在纵向方向x的两端敞开，使得双极板的一部分可以插入的纵向方向x上的深度不受限制，并且可以变化，因此可以补偿双极板在纵向方向x上的错误定位。

触头元件1在与接触弹簧24相背的通道壁8上设置有在远离通道8的方向上偏转的闩锁片44，触头元件1可以通过该闩锁片44闩锁在插头的外壳的触头室中，且触头元件1可以牢固地装配到触头室中。

在图3中，以透视图描绘了根据本发明的插头46的实施例，在图4和图5中，分别以平面图和正视图示出了插接在燃料电池堆49的双极板47的堆叠体上的插头46。

插头46具有外壳48，其在纵向方向x上由多个触头室50横穿。外壳48是电绝缘的，并且例如可以通过注射模制方法制造。触头室50在深度方向z上彼此间隔开，其中第一组触头室50布置在第一行52中，第二组触头室50布置在第二行54中。第一行52和第二行52在横向方向y上彼此间隔开，并且在深度方向z上通过行52、54中的触头室50之间的间距56相对于彼此偏移地布置。在这种情况下，间距56对应于彼此相继布置的双极板47之间的间距。

触头室50的第一行52邻接侧壁58，侧壁58由槽60横穿，以便能够将双极板47的一部分插入触头室中。与此类似，触头室50的第二行54邻接与侧壁58相背的侧壁62，侧壁62同样被槽60横穿。在这种情况下，每个槽60布置在垂直于深度方向z的平面中且邻接触头室50。

如图3和图4所示，根据本发明的触头元件以交错方式装配，使得行52、54中的每一第二触头室50设置触头元件1。由于行52、54相对于彼此偏移，这意味着不存在多个触头元件1布置在由纵向方向x和横向方向y延伸形成的共用平面中。

触头元件1布置在行52、54中，使得通道8朝向邻接的侧壁58、62在横向方向y上敞开。

插入部分16在纵向方向x上从触头室50凸出，并且插入且牢固地焊接到电导体64的插入孔63中，所述电导体例如柔性印刷电路板66。

在图5中，示出了包括触头元件1和双极板47的触头布置70。双极板47具有基本上矩形的切口72，其中，切口72应理想地与堆叠的双极板47齐平，使得插头46可以精确配合插入切口72中。然而，可能经常发生不正确的定位，其中双极板47可能在横向方向y和/或纵向方向x上相对于彼此偏移布置。通过这种偏移，插头46不再能够精确配合插入切口72中，而不使双极板47变形。

双极板47具有边缘部分74，边缘部分74侧接切口72并且可以在横向方向y和纵向方向x上插入通道8中。边缘部分74可以在横向方向y上插入通道8的深度可以通过在横向方向y上的长度76变化，切割边缘26通过该长度76与基部14间隔开，其中，边缘部分74最多可以插入直到它在横向方向y上停止在基部14上。在纵向方向x上，可以插入边缘部分74，直到它停止在外壳48的槽60的封闭端处。

当边缘部分74插入通道8时，在朝向布置有接触弹簧24的通道壁10的方向上，接触弹簧24通过边缘部分74围绕基本平行于纵向轴线l对齐的枢转轴线s弹性偏转。在这种情况下，切割边缘26切入双极板47的边缘部分74的面向设置有接触弹簧24的通道壁10的表面76。表面76优选地被涂覆，其中，切割边缘26横穿涂层并以大约1.8n至大约3.5n之间的大力压靠表面76。由于切割边缘26切入表面76，因此可以在触头布置70中形成牢固接触，该接触承受重载荷，例如冲击载荷和/或振动载荷。因此，可以减少行驶期间的测量结果的波动。

在图5中，示出了两个触头布置70，其中，触头布置70彼此前后堆叠，并且，双极板47相对于彼此在纵向方向x和横向方向y上以偏移量偏移布置。触头元件1装配在插头46中并且可以插入切口72中，使得前双极板47的边缘部分74布置在前触头元件1的通道8中，并且后双极板47的在深度方向z上相对的边缘部分74布置在后触头元件1的通道8中。触头元件1在纵向方向x和横向方向y上的大公差使得插头46可以以精确的配合插入到切口72中，而不会使双极板弯曲变形和/或损坏他们。

附图标记

1触头元件

2触头本体

4肢体

6肢体

8通道

10通道壁

12通道壁

14基部

15接收区域

16插入部分

18插入部分的端部

20插入部分的宽度

22基部的宽度

24接触弹簧

26切割边缘

30自由端

32窗口

34框架

36接触弹簧的长度

38单体部件

40端部

42插入倒角

44闩锁片

46插头

47双极板

48外壳

49燃料电池堆

50触头室

52第一行

54第二行

56间距

58侧壁

60槽

62侧壁

63插入孔

64电导体

66印刷电路板

70触头布置

72切口

74边缘部分

76表面

l纵向轴线

s枢转轴线

x纵向方向

y横向方向

z深度方向