距离补偿元件，金属箔作为距离补偿元件的应用以及带有距离补偿元件的装置

技术领域

本发明涉及一种距离补偿元件，一种金属箔作为距离补偿元件的应用，以及由两个部件和布置在其间的距离补偿元件组成的装置。

背景技术

其中安装了尺寸不同的各个部件的部件组合需要距离补偿元件，也称为间隙填充器，来实现可靠布置。所述距离补偿元件在组装所述部件组合时布置在壳体中，并且适合于通过弹性变形来保持由生产或热膨胀引起的具有不同尺寸的其他部件。通过距离补偿元件的弹性，部件被牢固地夹紧在壳体中，使得在使用部件组合期间，部件被可靠且牢固地保持在其预定位置。

这种部件组合的一个例子是电池槽中的电池装置，该电池槽被盖封闭。由于生产，各个电池单元或电池单格，例如圆形电池单格，袋式电池单格或固态电池单格的长度和/或宽度在毫米范围内彼此不同。然而，电池单元必须以这样的方式放置在电池槽中，使得尺寸差异得到补偿并且电池槽的可靠密封是可能的。另外，当关闭电池槽时，尽管在使用时，例如在车辆中发生振动，也必须可靠地防止或至少限制电池单元在槽内的移动。

术语“电池”主要用于可充电电池，即蓄电池，但也用于不可充电电池。

对于该应用，已知DE 10 2010 001 033 A1中的陶瓷板或丙烯酸板(来自3M公司)的布置。但是，由于上述材料的导热性较差，因此必须采取额外措施，例如布置导热箔。

其他电气或电子部件组合也需要距离补偿元件。在智能设备(智能手机，平板电脑，笔记本电脑)中，需要在极小的空间中使用距离补偿元件，任何形式的内置显示器同样如此，尤其是在车辆，显示面板或标牌中。在此，也需要机械距离补偿和散热以防止过热。另外，还可能需要电屏蔽和/或磁屏蔽。这些通过所提及的已知的距离补偿元件只能不充分地得到满足。

发明内容

因此，本发明基于改进间隔元件以及由两个部件和间隔元件组成的装置的技术目的。

根据本发明的第一教导，上述技术问题通过一种用于布置在两个部件之间的距离补偿元件来解决，该距离补偿元件具有金属箔和与金属箔一体形成的弹簧元件，其中弹簧元件从金属箔的平面突出，并且其中弹簧元件形成为与至少一个部件接触。

这里，弹簧元件突出到金属箔的一侧或两侧并且可弹性变形。突出的弹簧元件相对于金属箔平面以任何倾斜角或甚至垂直地延伸。通过弹簧元件的突出，其形成了弹性的高度轮廓。当安装在壳体中时，弹簧元件与部件中的一个或两个部件接触。取决于构件的长度或厚度，弹性弹簧元件可以补偿尺寸公差，并且同时确保构件在壳体中的可靠和牢固的布置。

由于金属特性，上述金属箔因此具有用于距离补偿的良好弹性以及同时具有良好导热性，使得所述距离补偿元件不仅可以提供良好的机械稳定性，而且同时还可以提供良好的散热性。

形成金属箔的弹簧元件有多种可能性，如下所述。

在距离补偿元件的优选设计方案中，具有多个狭缝的狭缝组合被引入到金属箔中，从而形成可以目的性地形成为突出的弹簧元件的各个区段，而金属箔的其他区域基本保留在金属箔的原始平面上。因此形成了功能几何形状，该功能几何形状在进一步的制造步骤中变形。这里，狭缝可以具有任何形状，尤其是形成为完全或区段性笔直，弯曲，弧形和/或圆形或直至螺旋形。

一方面，可以通过冲压廉价地并且以高的加工速度来制造狭缝组合。为此，将切割，刀片或冲制用于环形金属箔。机械工具的使用允许快速加工初始金属箔，但是在此过程中可能会出现裂纹和锋利的边缘，这会对进一步使用产生不利影响，尤其是在小尺寸的情况下。

另一方面，可以通过蚀刻以更大的精确度但以更大的花费来产生狭缝组合。在蚀刻中，例如使用紫外线光刻法来准备蚀刻，以随后施加酸性蚀刻剂。蚀刻允许非常精确地调节狭缝的边缘区域的几何形状(倒角，倒圆)，从而可以更精确地进行由狭缝产生的金属箔区段的变形。因此，该生产方法特别适合于小尺寸的距离补偿元件。

先前描述的狭缝组合可以具有规则的狭缝图案，使得在变形之后产生弹簧元件的规则布置。同样，优选地，狭缝组合可以形成具有可变长度值和/或距离值的图案。因此，弹簧元件在金属箔上的布置可以有针对性地布置，分组或分开。

由狭缝组合形成并为成型所设定的区段可以通过机械式地引入力来形成。该力可以以不同的方式引入。

在第一优选实施例中，金属箔通过压印而区段性地变形。为此，使用压印冲头或压印辊将这些区段压出金属箔的平面，并将其变形为弹簧元件的形状。在这种情况下，弹簧元件可以仅在金属箔的一侧上突出以与第一部件接触，并且金属箔的基本上保留在平面中的区段可以用作第二部件的接触表面。同样地，其中弹簧元件在金属箔的两侧突出并且未变形的金属箔的平面位于弹簧元件之间的设计方案也是可能的。

在第二优选设计方案中，金属箔通过拉伸而变形并形成所谓的金属板网。当金属箔被拉伸时，通过狭缝彼此分离的区段被拉开。同时，箔的材料屈服于力，使得横向于拉伸方向布置在狭缝之间的区段扭曲并变形至平面外。因此，弹簧元件在拉伸过程中区段性地成型。弹簧元件的形状由狭缝组合的结构决定。突出区段以一定角度突出，在与部件接触时弯曲，从而与部件形成平面接触。

作为从狭缝组合开始形成弹簧元件的替代，金属箔可以优选地形成为皱缩的金属箔。通过沿平行线以预定间隔折叠初始金属箔来生产皱缩的金属箔，以产生具有突出的弹簧元件的三维结构。

制造距离补偿元件的另一种方法是通过烧结成形的金属纸来制造金属箔。金属纸应理解为其中在纤维素纤维和可能的其他组分的层中包含金属粉末和/或金属纤维形式的金属颗粒的纸。金属颗粒的比例可以为例如60重量％。金属含量允许纸在有或没有狭缝组合的情况下被折叠和以其他方式变形，并因此变成要获得的形状。随后，金属纸被烧结，由此，一方面，纸成分至少部分没有残留地燃烧，另一方面，金属颗粒彼此熔合，但保持预定形状。因此，可以制造具有突出的弹簧元件的金属箔。

由金属纸制成的距离补偿元件具有类似于海绵的多孔的三维交联的金属结构，并且包含气孔和/或孔，尤其具有碳纤维作为烧过的纸组分的残留物。这样的金属结构不对应于固体膜，并且也没有表现出由轧制过程引起的优选方向。可以通过光学显微镜或电子显微镜确定前述性质。

此外，金属箔可区段性设置有弹簧元件，并且可区段性设计为平的金属箔。这一方面实现弹簧元件的不对称布置，另一方面实现没有弹簧元件的平坦区段，以实现更好的热传递。因此，金属箔的带有弹性元件的区段可以用于定位和固定电池，而金属箔的平坦区段可以将热量散发到另一个部件，例如壳体。

上述金属箔的厚度通常在0.02至1.0mm的范围内，尤其是最多2.0mm。从金属箔伸出的弹簧元件的高度优选在0.05至5mm的范围内，尤其最多10mm，其中该高度可以匹配于相应的应用。弹簧元件然后可以桥接例如最多3mm，尤其是最多5mm的公差，并且同时即使在由于冲击或振动引起的机械负载下也确保部件相对于彼此的牢固布置。

金属箔可以具有单层结构并且尤其由以下金属之一组成：铜合金，尤其是所谓的Sol或K合金，铜铍合金，铜锌合金，铜锆合金，铜锡合金。

在优选的设计方案中，金属箔由至少两个金属层组成，其中至少一个金属层由第一金属组成，其中至少一个金属层由第二金属组成，其中第一金属具有比第二金属更大的弹性模量，并且其中第二金属具有比第一金属更大的导热率。

优选地，金属箔由三层组成，其中两个外层由第一金属组成，并且中间层由第二金属组成。因此避免了双金属效应，从而即使在不同的运行温度下也可以保证金属箔的尺寸稳定性。同样地，仅由两个金属层组成的结构是可能的，以便目的性地实现双金属效应以在部件的装配中产生机械力。

优选地，具有较高弹性模量的第一金属选自：铁素体和奥氏体钢或优质钢，低碳成形钢(DD11/1.0332)，不锈钢(磁性)，尤其是X6Cr17/1.4016，不锈钢(非磁性)，尤其是X5CrNi18-10/1.4301，铁镍合金，镍，尤其是Ni99.2/2.4066，镍合金和钛，尤其是1/3.7025等级的Ti。

优选地，具有更高导热率的第二金属选自：铜，低合金铜合金，尤其是Cu-ETP(E-Cu)/CW004A，铝，尤其是Al99.5/EN-AW-1050A，含有镁，锌，铜，锰，铅和/或硅含量的铝合金，青铜合金，尤其是CuSn4/CW450K，银，金。

第一金属的弹性模量尤其具有大约为90-210kN/mm

第二金属具有大于100W/(m*K)至最多400W/(m*K)数量级的热导率，并且第一金属具有大约10W/(m*K)至100W/(m*K)数量级的热导率。

因此，如在现有技术中常见的，第二金属的导热率比使用塑料时的导热率大10-1000倍。

在金属箔的特别优选的设计方案中，第一金属由铝合金组成，并且第二金属由不锈钢组成。

金属箔的金属层优选被覆层并形成牢固的结合。

金属箔的金属层具有不同的厚度，其中由具有较高弹性模量的第一金属制成的至少一个金属层优选地比由具有较高导热率的第二金属制成的至少一个层更薄。因为产生弹簧元件的弹性所需的厚度较小，而由第二金属制成的层的厚度应尽可能大以便于良好的散热。这里，第一金属的层厚度优选为金属箔总厚度的5％至20％，使得在两层结构中，第二金属层优选占总厚度的80％至95％。在三层结构中，第二金属制成的中间层的厚度尤其具有60％至90％的相对厚度。

在距离补偿元件的前述实施例中，已经在热导率和弹性模量方面对金属进行了说明。这些金属是导电的并且形成对电场的屏蔽。因此，距离补偿元件具有电屏蔽的附加特性，这在与电子设备一起使用时特别有利。

在距离补偿元件的另一设计方案中，金属箔至少区段性地，优选在整个表面上并且在至少一层中具有铁磁金属。由此，不仅可以通过金属箔来实现对电场的屏蔽，而且金属箔还可以针对磁场额外保护部件，从而带来部件的电磁兼容性(EMV)的改进。铁磁金属的例子是纯铁，碳钢，马口铁，铁镍合金，钴铁合金，μ金属，非晶态材料，铁素体合金，不锈钢，尤其是X6Cr17/1.4016或更高合金的铁素体钢1.4568。

距离补偿元件优选与电子或电气部件一起使用。这些部件通常本身是电绝缘的，但是将电绝缘层设置在金属箔的至少一侧上可能是有利的。该层可以形成为箔，特别是形成为聚酰亚胺胶带(Kapton)箔，或通过液体材料施加形成。这里，绝缘层可以施加在整个表面上或部分地施加用于电绝缘。当将绝缘层施加到突出的弹簧元件上时，必须考虑的是，在施加绝缘层之后，弹簧元件的功能没有受到或仅受到了很小的限制。通过绝缘涂层提供了改进的电绝缘性以防止电流和泄漏电流以及改进距离补偿元件的介电强度。

替代地，距离补偿元件也可以用于使部件彼此电接触，例如具有相同极性的电池。为此规定，部件的接触点或接触面贴靠在金属箔上，尤其贴靠在突出的弹簧元件上。通过已经说明的距离补偿元件的其他特性，可以确保部件的可靠接触。

为了改善接触并由此避免在热传导期间的高的过渡电阻，可以通过所施加的粘合元件，例如两侧设置有粘合剂的导热箔，糊剂或类似物，通过目的性的表面加工，例如通过结构化或者压印，或者通过涂层来在加工出的弹簧元件的区域中改进距离补偿元件。列出的附加组件可以由金属或非金属，有机或无机材料制成。

根据本发明，还通过使用金属箔作为用于布置在两个部件之间的距离补偿元件来解决上述技术问题，其中，金属箔根据上述示例和变型之一形成。

该技术问题还通过由第一部件，距离补偿元件和第二部件组成的装置来解决，其中，根据前述示例和变型中的一个形成金属箔，其中，距离补偿元件布置在两个部件之间，并且其中距离补偿元件的弹簧元件补偿第一部件的尺寸变化，并且其中距离补偿元件将热能从第一部件传递到第二部件。

优选地，如果弹簧元件仅在金属箔的平面的一侧上突出，则弹簧元件与部件之一接触，并且金属箔以未变形区段与另一部件接触。如果弹簧元件在金属箔的两侧突出，则弹簧元件在距离补偿元件的两侧与部件接触。

所说明的装置的另一优选设计方案是，在第一部件和第二部件之间布置了至少两个上述类型的距离补偿元件。因此，至少两个距离补偿元件的弹性和导热性相叠加。

概括描述的装置可以用于各种应用中。第一部件可以是电气部件，尤其是电池，电池单格组件或显示器，并且第二部件可以是机械部件，尤其是电池槽，壳体，车辆或飞机的仪表板，显示面板或路标。

距离补偿元件的重要应用是用于车辆的电池装置中。如在引言中已经解释的那样，可充电电池，优选圆形电池，具有例如最多3mm范围内的制造公差。电池单格在电池槽中彼此相邻地布置，该电池槽被盖封闭。在电池槽中，距离补偿元件布置在底部，并且电池单格单独或联合成组地放置在距离补偿元件上。关闭盖子时，电池或电池组的上端与盖子内部接触，并向下压靠距离补偿元件。由于距离补偿元件具有可弹性变形的弹簧元件，因此距离补偿元件根据负载区段性屈服，从而实现了对电池不同长度的补偿。

因此，距离补偿元件首先具有机械固定功能，因为电池或电池组被弹性地保持在由电池槽和盖组成的电池壳体内。以这种方式，防止了电池因冲击或振动而在电池壳体内移动。

通过与电池的牢固接触，距离补偿元件还可以吸收电池中的热量，并通过与电池槽的接触来散发热量。除了机械固定外，距离补偿元件还承担了散热功能。

如上所述，距离补偿元件的金属箔可具有电绝缘涂层，该电绝缘涂层在安装状态下与电池或电池组接触。这防止了电能通过距离补偿元件耗散。

替代地，距离补偿元件的金属箔也可以不被涂层，使得金属箔连接电池的电触点并且还与电线连接，以传递电能。

所说明的装置的另一个应用领域是诸如智能手机，平板电脑，笔记本电脑或其他智能设备等电子设备的机械固定和散热。与车辆电池的前述示例相比，尺寸明显较小，从而距离补偿元件的金属箔的弹簧元件明显尺寸较小。然而，在这样的电子设备中可以实现如上所述的相同功能。

如上所述，金属箔也可以仅区段性地设置有弹簧元件，并且可以区段性地设计为扁平的金属箔。以此方式，一方面可以实现弹簧元件在电池区域中的不对称布置，并且可以实现没有弹簧元件的平坦区段在电池区域中的不对称布置，以便更好地在布置在壳体中的电池区域之外传递热量。因此，金属箔的带有弹簧元件的区段可以用于定位和固定电池，而金属箔的平坦区段可以将热量散发到壳体。

该装置的另一应用领域是例如在车辆或飞机中的屏幕保持和固定。由于所使用的屏幕的面积不断增加，此外，还使用弯曲的屏幕，因此将所描述的距离补偿元件用于屏幕是有利的。因为相应的屏幕被插入到壳体中，在该壳体中已经布置了距离补偿元件。通过将屏幕压紧并锁定到壳体上，屏幕借助于距离补偿元件被牢固地保持在适当的位置，其中在这里也通过加热通过金属箔的弹簧元件来补偿制造公差或尺寸变化。散热在该应用中也是有利的。

还优选的是，金属箔至少区段性地由铁磁金属组成。这使得可以实现屏幕更好的电磁兼容性(EMV)。该EMV对于大屏幕特别有利，因为随着越来越多的车辆电子控制和数字化，更多的电信号在车辆中传输，这可能会干扰屏幕的控制信号。因此，除了改善的机械固定和增加的热补偿之外，距离补偿元件还可以实现屏幕的电磁兼容性。

此外，所说明的距离补偿元件还可以用于显示面板和指示牌中，以将屏幕或照明装置，或至少其通过电池的供电装置固定在此处，并改善其热管理。

附图说明

下面借助实施例参考附图说明本发明。图中

图1示出了根据本发明的距离补偿元件的实施例，

图2示出了具有插入的狭缝组合的、用于制造根据图1的距离补偿元件的金属箔，

图3示出了图1所示的距离补偿元件的俯视图，

图4，4a示出了图1所示的距离补偿元件的侧视图，

图5a，b示出了根据本发明的距离补偿元件的实施例，

图6a-f示出了具有不同狭缝组合的用于生产距离补偿元件的金属箔实施例，

图7a，b示出了具有狭缝组合的、用于生产距离补偿元件的金属箔的区段，

图8a，b示出了具有狭缝组合的、用于生产距离补偿元件的金属箔的区段，

图9a，b示出了根据本发明的装置，其具有根据图8的距离补偿元件，

图10a，b示出了根据本发明的距离补偿元件的实施例，

图11示出了根据本发明的距离补偿元件的实施例，并且

图12示出了根据本发明的装置。

具体实施方式

在根据本发明的各个实施例的以下说明中，即使在各个实施例中部件的尺寸或形状不同，相同的部件也被赋予相同的附图标记。

图1至图4示出了根据本发明的用于布置在两个部件之间的距离补偿元件2的第一实施例，其中这些附图示出了金属箔4的不同状态和视图。

制成的距离补偿元件2首先在图1中以透视图示出，并且由金属箔4和与金属箔4一体形成的弹簧元件6组成。弹簧元件6从金属箔4的平面E突出，并且形成用于与至少一个部件接触。这样的装置在图12中示出，并且将在下面更详细地说明。

尚未处理的金属箔4首先设有狭缝组合8。图2区段性地示出了在进一步加工之前的、具有狭缝装置8的金属箔4。狭缝组合8由彼此平行引入的多个狭缝10组成，这些狭缝形成功能几何形状。狭缝10用刀片，经切割或冲压，或者通过蚀刻引入金属箔4。

图3示出了金属箔4成型之后的金属箔的相同区段，并且图1示出了整个金属箔2的透视图。在两个狭缝10之间分别有一个区段向着一侧从金属箔4的平面E中突出变形，或压印，并且在狭缝10之间的相邻区段分别朝向另一侧压印。由此，所形成的区段向金属箔4的两侧交替并形成弹簧元件6。弹簧元件6各自具有平坦的区段，该平坦的区段在已安装状态下与部件之一接触。突出的弹簧元件6的侧面以深冲的形式形成。

弹簧元件6的这种布置从图4和图4a清楚可见，其示出了区段的放大图。图4示出了金属箔4的横截面，其中图4a清楚地示出了弹簧元件6的交替延伸。

金属箔4的上述材料选择使得能够同时兼顾良好的弹性和良好的导热性，从而距离补偿元件2在一个部件中实现两种不同的功能。

图5示出了根据本发明的距离补偿元件2的另一实施例，该距离补偿元件是通过拉伸金属箔4而制成的。图5a示出了处于拉伸之前的初始状态的金属箔4，其具有狭缝组合8的所引入的狭缝10。狭缝10具有间距a。

在图5b中，示出了在拉伸之后的金属箔4，即，为金属板网。通过沿左侧所示的两个箭头的方向拉伸金属箔4，狭缝被彼此拉开，使得其形成椭圆形的开口11，在其间布置有接片13。由此，一方面，这导致被拉伸的金属箔4的长度更大，使得距离a'大于原始距离a。另一方面，如在拉伸时通常那样，接片13横向于金属箔4的平面E(图5的上部区段的描绘平面)竖立，其中图5的接片13向上并向下偏转，并且形成向上和向下突出的弹簧元件6。

接片13在图5b中显示为斜线。在放大示出的区段中，字母H和T表示每两个椭圆形开口11之间的接片13的相应边缘向上(H-高)或向下(T-低)突出。

金属箔4因此通过拉伸而成型为距离补偿元件。突出的弹簧元件6相对于金属箔4的平面E成一定角度倾斜延伸，引起高度变化，从而形成弹性的弹簧元件6。

图6a至图6f以区段示出了金属箔4的六个另外的设计，其具有不同几何形状的狭缝组合10。在所有示例中，拉动方向是垂直的，并且当金属箔4被拉伸时，金属箔4的由狭缝8界定的分别示例性阴影示出的区段横向于平面E(图6的绘制平面)竖立并且形成弹簧元件6。

图7a和7b示出了一个实施例，其中在图7a中示出了未拉伸的金属箔4。图7b示出了拉伸后的金属箔4。通过沿所示箭头方向拉伸，中间区段扭转，并且形成向着两侧横向于平面E(图7a，7b的绘制平面)突出的弹簧元件6。

上面参考图6和图7说明的弹簧元件6以一定角度横向于金属箔4的平面E突出。当弹簧元件6与部件接触并贴靠时，弹簧元件6部分地弯曲并因此产生弹性的弹力。在此，弹簧元件6至少部分地与部件表面接触，以实现热传递。

图8示出了根据本发明的距离补偿元件2的另一种设计。根据图8a，金属箔4在初始状态下具有狭缝组合10，其具有矩形或正方形的平面布置。叠套布置的方形狭缝10在拐角处或沿侧边缘居中地交替具有中断处。

图8b示出了金属箔4的成型，其中在狭缝结构的外部区域中，金属箔被相对向下地按压，而中间区域被相对向上地按压。由此产生了类似手风琴的结构，该结构类似金字塔从金属箔4的平面E突出。

在另一个设计方案中，距离补偿元件2可以设置有先前参考图8描述的多个弹簧元件2。

图9示出了根据图8的距离补偿元件2的应用示例，其形式为具有用于圆柱形电池16的容纳部14的电池座12。在图9a中的松弛状态下，容纳部14在右边缘上具有带有突出的弹簧元件6的距离补偿元件2。如图9b所示，当插入电池16时，弹簧元件6被部分压缩，并将电池16牢固地保持在容纳部14中。同时，距离补偿元件2通过弹簧元件6与电池16的负极的平面接触来产生导热以及电接触并且传递电能。

图10a，10b和11示出了距离补偿元件2的另外两个实施例，其分别由皱缩的金属箔4组成。

图10a示出了穿过金属箔4的横截面，而图10b示出了部分切割的三维视图。与先前的实施例相反，金属箔4不具有狭缝结构，而是由扁平的起始金属箔通过沿平行线以规则的重复间隔折叠和弯曲而制成的。由此产生了三维结构，其具有向两侧突出的长形延伸的弹簧元件6。在图10a所示的横截面中，可以看到每个弹簧元件6具有在横截面中倾斜延伸的内部区段6a，这些内部区段在垂直作用力的情况下屈服并引起弹簧元件6所需的弹性。

在图10b中还可以看出，弹簧元件6具有间隔的突出的接触元件18，该接触元件通过压印在折叠和弯曲之前引入平面的弹簧元件6中。通过接触元件18，弹簧元件6的弹力集中在几个贴靠区段上。

图11示出了类似于图10中的示例的另一实施例。图10中的距离补偿元件2的弹簧元件6和内部区段6a的突出表面笔直延伸。相对而言，根据图11的距离补偿元件示出了弹簧元件6的突出表面的略微弯曲的走向。

图12示出了根据本发明的装置20，其由多个可充电电池22形式的第一部件、根据图1的距离补偿元件和电池槽24形式的第二部件组成。距离补偿元件2布置在两个部件22和24之间。通过关闭并且必要时闭锁盖26，电池22被向下压靠在距离补偿元件2上并且因此被固定在由电池槽24和盖26形成的电池壳体内。

距离补偿元件2的弹簧元件6由此补偿电池22的尺寸变化，因为各个弹簧元件6可彼此独立地变形并且可施加不同的弹簧力。另外，距离补偿元件2通过贴靠在两个部件22和24上而在使用期间或在充电期间将电池中的热能从电池22传递至电池槽24。

图12中的布置的图示是示意性的，并且没有考虑到这种电池单格装置所必需的电连接。