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Die
vorliegende Erfindung betrifft Hochstromkabel, insbesondere Batterie-,
Starter- oder Generatorkabel für
Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, die zur bevorzugt vollständigen Verlegung in
einem Innenraum des Fahrzeugs bestimmt sind. Darüber hinaus betrifft die vorliegende
Erfindung einen Kabelkanal zum elektrisch isolierenden Aufnehmen
eines solchen Hochstromkabels.
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Bei
einer Vielzahl von Kraftfahrzeugen befindet sich die Batterie für den Startvorgang
im Kofferraum und wird dort in einem Bereich der Reserveradmulde
oder seitlich im Radhaus angeordnet. Um die Batterie mit der entsprechenden
Komponente, z. B. dem Aggregat bzw. Motor, im Motorraum des Fahrzeuges
zu verbinden, wurden bis dato Rundleiter aus Kupfer oder Aluminium
verwendet. Aluminium ist aufgrund der günstigen Rohstoffpreise das
derzeit bevorzugte Material. Wegen des Platzmangels im Fahrzeuginnenraum
und der schlecht darstellbaren Biegeradien eines Rundleiters, wurde
das Hochstromkabel häufig
im Nassbereich, d. h. im Außenbereich
des Fahrzeugs verlegt.
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Wie
es in den 1a-1c dargestellt
ist, wird ein vorbekanntes Hochstromkabel über einem Kabelschuh 100 mit
einer in den Figuren nicht dargestellten Batterie verbunden. Diese
kann beispielsweise im Bereiche der Reserveradmulde 101 angeordnet
sein. Vom Kofferraum verläuft
das Kabel durch das Bodenblech 102 hindurch entlang des
Schwellers, und schließlich
durch das in 1c dargestellte Radhaus 103 in
den Motorraum zum Aggregat, wo es andererseits mit Letzterem verbunden
wird. In einem Bereich zwischen dem Durchbruch durch das Bodenblech 102 und
dem Durchbruch durch das Radhaus 103 liegt dieses vorbekannte
Hochstromkabel auf der Fahrzeugaußenseite und muss mit einer
Vielzahl von Halteteilen, Kabelbinder, Abdeckungen, Wellrohren und
Schrumpfschläuchen
am Fahrzeug befestigt werden. Des Weiteren muss bei der Verlegung
auf Restriktionen in Bezug auf Brems- und Kraftstoffleitung geachtet werden.
Auch die Übergangsteilen
am Durchbruch durch das Bodenblech 102 sowie das Radhaus 103,
bei denen es sich um Übergangsstellen
vom Trocken- in den Nassbereich handelt, müssen mittels Tüllen 104, 105 gegen
Feuchtigkeit, Beschädigung
und Korrosion abgedichtet werden. Die Verlegung der sperrigen und
starren Leitung ist daher aufwendig, kosten- und zeitintensiv und
fordert eine Vielzahl von Befestigungspunkten an der Karosserie. Darüber hinaus
ist das Kabel bei dieser Verlegung anfällig für Beschädigungen durch Fahrzeugaufsetzer
oder von der Fahrbahn aufgegriffene Gegenstände. Dadurch ist das Kabel
anfällig
für Kurzschlüsse und
Korrosion durch Feuchtigkeit und Streusalz.
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Eine ähnliche
Verlegung eines Hochstrom- bzw. Batteriekabels ist in der
DE 101 09 666 A1 beschrieben.
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In
der Vergangenheit wurden daher verschiedene Ansätze entwickelt, um Hochstromkabel nahezu
vollständig,
vorzugsweise jedoch vollständig, im
Innenraum des Fahrzeugs zu verlegen. Beispielsweise offenbart die
DE 41 15 971 A1 die
Integration eines starren Rundleiters in die Karosserie, wobei dieser
beispielsweise in einer Innensicke des Bodenblechs verlegt und mit
einer Kunststoffisolierung umspritzt sein kann. Zu diesem Zweck
muss in der Karosserie jedoch die Innensicke mit einer ausreichenden
Tiefe ausgebildet werden, um den Rundleiter mit großem Querschnitt
aufnehmen zu können.
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Darüber hinaus
schlägt
die
DE 42 30 636 A1 die
Verlegung eines im Querschnitt kreisrunden Batteriekabels entlang
eines Längsträgers des
Kraftfahrzeuges vor.
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Problematisch
bei diesen Lösungen
ist einerseits, wie es bereits erwähnt wurde, dass in der Karosserie
eine ausreichend tiefe Sicke vorgesehen sein muss, um den im Querschnitt
kreisrunde Leiter so aufzunehmen, dass er im Innenraum nicht aufträgt und somit
keine Wölbungen,
beispielsweise im Teppich, entstehen. Andererseits erfordert die
Verlegung entlang eines Längsträgers, ähnlich der
Verlegung auf der Außenseite
des Kraftfahrzeugs, wie sie oben beschrieben wurde, ein längeres Kabel,
weil dieses nicht auf direktem Weg von der Batterie zum Aggregat
im Motorraum verläuft,
sondern entlang des Längsträgers. Handelt
es sich bei dem Hochstromkabel beispielsweise um die Starterleitung
bzw. das Starterkabel, muss dieses aufgrund der großen Leitungslänge und
des Spannungfalls, der während
des Startvorgangs auftritt, einen großen Leiterquerschnitt haben.
Bei der Verwendung von Aluminium statt Kupfer muss dieser Leiterquerschnitt
sogar noch 1,6mal größer als
bei Kupfer sein. Dementsprechend ist beispielsweise der Materialbedarf
bei einer solchen Ausführungsform
größer und
hat dadurch steigende Kosten zur Folge. Des Weiteren ist das Gewicht durch
den langen Verbauweg hoch.
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Um
diese Problematik zu beheben, schlägt die
DE 42 10 202 A1 ein Batteriekabel
mit einem flachen Querschnitt vor, das in vorhandenen Sicken oder
ohne Abzeichnung einer Wölbung
unter dem Teppichboden verlegt werden kann. Der Vorteil eines solchen
Kabels mit flachem Querschnitt liegt ferner in der höheren Wärmeableitung
im Vergleich mit einem Rundleiter, der eine kleinere Oberfläche aufweist.
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Problematisch
ist bei all den oben genannten Ausgestaltungen jedoch, dass die
Verlegung der sperrigen und starren Leitungen insbesondere im Innenraum
schwierig und damit kosten- und zeitintensiv ist.
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Angesichts
der vorstehenden Ausführungen besteht
daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin ein Hochstromkabel
für Fahrzeuge
bereit zu stellen, das zur bevorzugt vollständigen Verlegung in einem Innenraum
des Fahrzeugs mit den damit verbundenen Vorteilen geeignet ist,
und darüber
hinaus gut zu handhaben und einfach zu montieren ist.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Hochstromkabel mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
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Darüber hinaus
besteht die weitere Aufgabe darin, einen Kabelkanal zum elektrisch
isolierenden Aufnehmen eines solchen Hochstromkabels zu schaffen,
der gleichermaßen
gut zu handhaben und leicht zu montieren ist.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Kabelkanal mit den Merkmalen des Patentanspruchs
24 gelöst.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den
abhängigen
Patentansprüchen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde ein Hochstromkabel
mit einem flachen Querschnitt als mehrteiliges Hochstromkabel auszugestalten.
Durch eine solche Mehrteiligkeit wird aufgrund der kürzeren Länge der
Einzelabschnitte eine gute Handhabung sowie eine vereinfachte Montage gewährleistet.
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Dementsprechend
schlägt
die vorliegende Erfindung ein Hochstromkabel, insbesondere ein Batterie-,
Starter- oder Generatorkabel für
Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, vor, das zu bevorzugt vollständigen,
zumindest aber teilweisen Verlegung in einem Innenraum des Fahrzeugs,
wenigstens teilweise, bevorzugterweise jedoch vollständig, als
Schiene mit einem flachen Querschnitt ausgebildet ist. Unter einem
flachen Querschnitt versteht sich diesbezüglich ein Querschnitt dessen
Erstreckung in der Breite größer ist
als in der Höhe.
Erfindungsgemäß setzt
sich das Hochstromkabel aus wenigstens zwei getrennten Einzelschienen
zusammen, die elektrisch miteinander verbindbar sind. Die Stelle
an der die Verbindung der zwei Einzelschienen erfolgt wird im Folgenden
auch als Verbindungsstelle oder Schnittstelle bezeichnet. Durch
diese Ausgestaltung wird einerseits über den flachen Querschnitt
eine Platz sparende Innenraumverlegung auf direktestem Weg zwischen
den zwei zu verbindenden Komponenten ermöglicht. Dadurch kann die Gesamtlänge des
Hochstromkabels verkürzt
werden, wodurch sich dessen Widerstand senkt und im Vergleich zu
einem längeren
Kabel eine Querschnittsreduzierung erzielt werden kann. Durch eine
solche Querschnittsreduzierung reduziert sich einerseits der Materialbedarf für das Hochstromkabel
mit dem eine Kostenersparnis einhergeht sowie auch die Größe des Querschnitts
und damit ggf. die Querschnittshöhe.
Andererseits ist das Hochstromkabel der vorliegenden Erfindung im
Vergleich zum Stand der Technik wesentlich flexibler einsetzbar
und dabei leicht zu handhaben sowie zu montieren, weil es sich aus
wenigstens zwei getrennten Einzelschienen zusammensetzt, die beim
Verbauen elektrisch miteinander verbunden bzw. kontaktiert werden,
als Einzelschienen mit kurzer bzw. kürzerer Länge jedoch leichter handhabbar sind.
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Vorteilhafterweise
weisen die Schienen jeweils eine Querschnittsfläche zwischen ca. 50-250 mm2 auf. Dabei ist zu erwähnen, dass bei Verwendung von
Aluminium eine 1,6mal größere Querschnittsfläche als
bei Kupfer zu wählen
ist.
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Vorteilhafterweise
wird der Querschnitt derart flach ausgebildet, dass seine Höhe weniger
als 4 mm vorzugsweise zwischen 1 und 4 mm beträgt. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine
solch geringe Bauhöhe,
dass das Hochstromkabel der vorliegenden Erfindung im Innenraum,
in in der Karosserie vorhandenen Sicken oder aber auch auf der Karosserie,
verlegt werden kann, ohne dass er auf den Innenverkleidungsteilen,
wie beispielsweise dem Teppich, aufträgt und daher keine Wölbungen
sichtbar sind.
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Vorteilhafterweise
ist der Querschnitt rechteckig. Jedoch sind auch ovale Querschnitte
oder anderweitig flache Querschnitte denkbar.
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Zur
leichteren Verarbeitbarkeit sind die Schienen aus Vollmaterial gebildet,
das z. B. aufgewickelt auf einer Rolle bereitgestellt und von dieser auf
die entsprechende Länge
geschnitten wird.
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Um
die zwei Einzelschienen an ihrer Verbindungsstelle auf einfachste
Art und Weise zu verbinden, sind diese derart ausgestaltet, dass
sie einander beim Verbinden überlappen
und miteinander verschraubt werden können. Dabei kann beispielsweise ein
Gewindebolzen untrennbar in eine der Schienen eingepresst oder anderweitig
mit dieser verbunden sein. Die andere Schiene weist eine entsprechende Öffnung auf,
die, wenn die zwei Einzelschienen in Überlappung gebracht werden,
mit dem Gewindebolzen fluchtend ausgerichtet ist, so dass dieser
die Öffnung
durchdringen kann. Nachfolgend wird zur Verbindung eine Mutter auf
den Gewindebolzen aufgeschraubt. Es sind jedoch auch andere Verbindungsarten
als die Kombination Gewindebolzen und Mutter denkbar. Beispielsweise
kann die Verbindung auch durch Verstemmen eines Halteelements auf
einem Bolzen erfolgen, wobei diese Verbindung dann im Gegensatz
zur Verschraubung in der Regel unlösbar sein wird.
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Wie
eingangs erwähnt
wurde, können
die Schienen jeweils aus Aluminium oder Aluminiumlegierung oder
aber Kupfer gebildet sein. Vorzugsweise wird bei Aluminium ein möglichst
reines Aluminium z. B. 99,5% Aluminium verwendet. Die Verwendung
von Aluminium hat gegenüber
Kupfer den Vorteil der geringeren Materialkosten.
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Im
Gegensatz zu Kupfer weist Aluminium jedoch eine Oxidschicht auf
seiner Oberfläche
auf. Bringt man zwei derartige Aluminiumschienen mit einer solchen
Oxidschicht in Kontakt miteinander so entsteht an deren Kontaktfläche keine
oder nur eine schlechte elektrische Leitung zwischen den Schienen.
Aus diesem Grund ist bei einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung eine Einrichtung zum mechanischen Aufbrechen der Oxidschicht
auf der Oberfläche
der Einzelschienen vorgesehen. Diese Einrichtung kann auf einer
oder beiden Einzelschienen angeordnet sein. Dabei ist sie auf der
Seite der Schienen vorzusehen, die mit der entsprechenden Seite
der anderen Einzelschiene in Kontakt kommt. Beim Verschrauben bzw.
anderweitigen Verbinden der Einzelschienen miteinander bewirkt diese Einrichtung,
dass sich beispielsweise Vorsprünge oder
Riffelungen in die Oxidschicht eingraben und diese aufbrechen, so
dass ein elektrischer Fluss an der Verbindungsstelle ermöglicht wird.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
wird zwischen den einander überlappenden
Einzelschienen ein Verbindungselement, beispielsweise in Form einer
runden, eckigen oder anderweitig geformten Scheiben vorgesehen,
die beispielsweise ebenfalls mit einer Öffnung versehen sein kann,
um auf dem Gewindebolzen oder einem anderen Bolzen positioniert
zu werden. Sie kann beispielsweise ähnlich einer Beilagscheibe
ausgestaltet sein. Dieses Verbindungselement ist ähnlich der
Einrichtung zum mechanischen Aufbrechen der Oxidschicht derart ausgestaltet,
dass beim Verbinden bzw. Verschrauben ein solches mechanisches Aufbrechen
bewirkt wird.
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Dabei
ist es bevorzugt, dass das Verbindungselement die gleiche Härte wie
die Einzelschienen aufweist. Dies hat den Vorteil, dass beispielsweise
im Reparaturfall die beiden Einzelschienen wieder von einander gelöst werden
können
und vor einem nachfolgenden Verbindungsvorgang die Verbindungsstellen
nicht regeneriert, z. B. verdrückt,
werden müssen.
Ist beispielsweise eine Riffelung auf dem Verbindungselement vorgesehen,
so wird diese Riffelung beim Verbinden der Einzelschienen auf die Oberflächen der
Einzelschienen übertragen,
um das mechanische Aufreißen
zu bewirken. Werden die Schienen von einander gelöst, muss
das Verbindungselement ausgetauscht werden. Dabei wird das neue
Verbindungselement so ausgerichtet, dass es nicht zu der übertragenen
Riffelung passt. D. h. die Riffelung des früheren Verbindungselements ist
zur Riffelung des neuen Verbindungselements versetzt bzw. verdreht.
Da das Verbindungselement die gleiche Härte wie die Einzelschienen
aufweist, wird gewährleistet,
dass bei einer erneuten Verbindung ein erneutes Aufbrechen der Oxidschicht
erfolgt. Vorteilhafterweise ist das Verbindungselement dabei aus dem
gleichen Material wie die Einzelschienen gebildet. Dies hat den
weiteren Vorteil, dass auch der Stromfluss an der Verbindungsstelle
nicht beeinträchtigt
und im Wesentlichen kein Widerstand gebildet werden.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform,
ist das Verbindungselement auf seinen entgegengesetzten Seiten mit
einer das Aufbrechen bewirkenden Riffelung versehen. Diese Riffelung
kann gitterförmig,
spinnennetzartig bzw. helixförmig
mit die Helix schneidenden Geraden oder aus Kreisen und die Kreise
schneidenden Geraden ausgebildet sein. Die spinnennetzartige Ausgestaltung
oder die aus Kreisen und die Kreise schneidenden Geraden ausgebildete
Ausgestaltung verbessert im Vergleich zur gitterförmigen Ausgestaltung
die gasdichte Abdichtung der Abschnitte in denen die Oxidschicht
aufgebrochen wird, die dazu dient eine Korrosion der Schnittstelle
bzw. im Bereich der Schnittstelle zu vermeiden.
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Um
keinen Widerstand an der Verbindungsstelle zu erzeugen, weißt die Einrichtung
zum Aufbrechen der Oxidschicht oder das Verbindungselement eine
im Wesentlichen gleich große
Kontaktfläche
auf wie die Querschnittsfläche
der Einzelschienen. Mit anderen Worten ist die Fläche der
Einrichtung zum Aufbrechen der Oxidschicht oder des Verbindungselements,
die parallel zur Schiene liegt gleich der Querschnittsfläche. Ist
das Verbindungselement eine Scheibe, so ist die Fläche der
Scheibe die zur Auflage auf der Schiene und zum Aufbrechen der Oxidschicht
gedacht ist so groß wie
die Querschnittsfläche
der Schiene. Beträgt
der Querschnitt der Einzelschienen beispielsweise 140 mm2, so beträgt die Kontaktfläche der
Einrichtung zum Aufbrechen der Oxidschicht oder des Verbindungselements
im Wesentlichen ebenfalls 140 mm2. Unter
Kontaktfläche
ist dabei die Fläche
zu verstehen, die den Kontakt zwischen den Schienen herstellt.
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Um
die oben erwähnte
gasdichte Abdichtung weiter zu verbessern, sind die Einrichtung
zum Aufbrechen der Oxidschicht oder das Verbindungselement mit einem
Dichtungsmittel beschichtet, vorzugsweise elektrisch leitendem Klebstoff.
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Alternativ
zum Vorsehen einer Einrichtung zum Aufbrechen der Oxidschicht sowie
einem Verbindungselement, können
die Einzelschienen im Bereich der einander überlappenden Flächen zumindest
teilweise, vorzugsweise in einem der Querschnittfläche der
Einzelschienen entsprechenden Bereich mit einem anderen Material
beschichtet oder versehen sein.
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Dieser
Bereich kann z. B. verzinnt sein oder es kann eine dünne Kupferschicht
in diesem Bereich aufgebracht sein. Die Kupferschicht kann dabei
beispielsweise mittels eines Ultraschallschweißverfahrens auf die Aluminiumschiene
aufgebracht und mit dieser verbunden sein. Ein derartiges Ultraschallschweißverfahren
zum Verbinden von Aluminium und Kupfer ist im Stand der Technik
prinzipiell bekannt und bedarf daher ebenso wie das Verfahren des
Verzinnens keiner genaueren Erläuterung.
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Werden
die Einzelschienen durch Verschrauben miteinander verbunden, kann
sich beim Anziehen der Mutter die Problematik ergeben, dass sich
die Einzelschienen zueinander verdrehen. Um dieser Problematik entgegenzuwirken,
ist in wenigstens einer der Einzelschienen in Stromflussrichtung eine
Sicke zur Aufnahme eines Schraubgeräts vorgesehen, in der sich
das Schraubgerät
beim Verschrauben abstützen
kann. Um den Querschnitt der Schienen durch die Sicke nicht zu reduzieren,
ist diese in Stormflussrichtung ausgebildet, so dass kein Widerstand
erzeugt wird. Zum Verschrauben wird das Schraubgerät in die
Sicke eingesetzt und stützt sich
beim Einschrauben an der Schiene selbst ab. Somit kann kein Verdrehen
der Einzelschienen zueinander erfolgen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
die Sicke durch Schlitzen der Schiene in Stormflussrichtung und
Tiefziehen dergleichen ausgebildet.
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Alternativ
kann eine der Schienen eine ähnlich
ausgebildete Sicke und die andere Schiene eine Eingriffsnase aufweisen.
Werden die Schienen in Überlappung
gebracht, greift die Nase in eine durch die Sicke gebildete Aussparung
und verhindert ein Verdrehen der Schienen zueinander.
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Um
ein Verdrehen der Schienen weiter zu Verhindern und um die Schienen
beim Verbinden zueinander zu zentrieren, ist wenigstens eine der
Einzelschienen, vorzugsweise jedoch beide, an ihrer Verbindungsstelle
derart gefaltet, dass ein Anschlag gebildet wird, der bei einer Überlappung
der Einzelschienen an der Verbindungsstelle an einer Längskante
der anderen Einzelschiene anliegt. Der Anschlag kann alternativ
oder zusätzlich
zu den obigen Ausgestaltungen mit der Sicke vorgesehen sein. Dieser
Anschlag wird bei der Schiene beispielsweise durch eine doppelte
Faltung erzielt. Dabei wird die Schiene einmal entlang einer zur
Längsrichtung
der Schiene verlaufenden Diagonalen gefaltet, so dass die Schiene
im Verbindungsbereich die doppelte Materialstärke aufweist. Im Anschluss
wird der den Anschlag bildende Abschnitt der Schiene, der über eine der
Längskanten
vorragt, senkrecht umgefaltet, so dass die nach innen weisende Fläche dieser
Faltung an der Außenfläche der
Längskante
der anderen Schiene anliegt, wenn die Schienen einander überlappen.
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Um
die Einzelschienen elektrisch zu isolieren, ist es bevorzugt, dass
diese jeweils in wenigstens einem elektrisch isolierenden Kanal
aufgenommen sind, der beispielsweise aus Kunststoff, beispielsweise
hartem Kunststoff, gebildet ist. Um Fertigungstoleranzen ausgleichen
zu können,
insbesondere wenn die Kanäle
an der Fahrzeugkarosserie festgelegt werden, greifen die Kanäle vorzugsweise teleskopartig
ineinander, so dass sie in Längsrichtung
der Einzelschienen verschieblich sind.
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Um
einen Zugang zu dem Hochstromkabel bzw. den Einzelschienen zu gewährleisten,
sind die Kanäle
jeweils aus einem Gehäuse
und einem mit dem Gehäuse,
vorzugsweise lösbar
in Eingriff bringbaren Deckel aufgebaut. Dies ermöglicht es
weiterhin zunächst
nur das Gehäuse
an der Fahrzeugkarosserie zu montieren. Erst nachdem das Hochstromkabel
in Form der Einzelschienen in die Kanäle eingesetzt wurde und die
Einzelschienen miteinander kontaktiert wurden, werden die Kanäle mittels des
Deckels geschlossen.
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Vorzugweise
ist wenigstens eine der Einzelschienen mit einer weiteren Komponente
kontaktiert oder kontaktierbar. Bei diesen weiteren Komponenten
kann es sich z. B. um Vorsicherungsdosen, Lade- und Fremdstartstützpunkte,
Anschlüsse
und Kontakte, Sicherungen, Steuer- und Regeleinheiten, Zentralabsicherungen,
Stanzgitter oder Schalt- und Regelkreise handeln. Darüber hinaus
ist unter dem Begriff „wenigstens
einer der Einzelschienen kontaktiert oder kontaktierbar" zu verstehen, dass
die Kontaktierung entweder an einer Verbindungsstelle zwischen den
beiden Einzelschienen stattfindet oder aber an einer beliebigen
anderen Stelle einer der Einzelschienen. Darüber hinaus kann die Kontaktierung durch
Verschweißen
oder Vernieten eines zur Kontaktierung vorgesehenen Materials mit
der Einzelschiene erfolgen. Andererseits ist es jedoch vorteilhaft,
wenn die Verbindung über
eine Schraub- und/oder Steckverbindung lösbar erfolgt. Die Schraubverbindung
kann dabei ähnlich
oder gleich gestaltet sein wie die Verbindung zweier Einzelschienen
miteinander, wie dies oben erläutert
wurde. Darüber
hinaus ist es auch denkbar die Schiene mit einem Materialüberschuss
an einer ihrer Seitenkanten zu versehen, der entsprechend in eine
Aufnahme für einen
Steckkontakt umgeformt wird. Ein geeigneter Steckkontakt zu Kontaktierung
mit einer solchen Schiene ist Z. B. in dem deutschen Gebrauchsmuster
DE 20 2004 013 160
U1 beschrieben.
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Neben
dem Hochstromkabel beansprucht die vorliegende Erfindung auch ein
Kraftfahrzeug mit einem Batteriekabel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dass
eine im Kofferraum des Kraftfahrzeugs angeordnete Batterie mit einer
Komponente im Motorraum des Kraftfahrzeugs, vorzugsweise dem Motor
verbindet. Vorzugsweise ist das Hochstromkabel dabei auf im Wesentlichen
direktem, kürzestem
Weg von der Batterie zur Motorraumstirnwand geführt.
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Darüber hinaus
stellt die vorliegende Erfindung auch einen Kabelkanal zum elektrisch
isolierenden Aufnehmen eines mehrteiligen Hochstromkabels bereit,
der wenigstens zwei Kanalabschnitte umfasst, die teleskopartige
ineinander greifen, so dass sie in ihrer Längsrichtung verschieblich sind.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform sind
die Kanalabschnitte, wie es oben erwähnt wurde, jeweils aus einem Gehäuse und
einem mit dem Gehäuse,
vorzugsweise lösbar
in Eingriff bringbaren Deckel aufgebaut.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Kombinationen dieser Merkmale werden aus
der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ersichtlich. Diese erfolgt unter Bezugnahme
auf die begleitenden Zeichnungen in denen gleiche Teile mit gleichen
Bezugszeichen versehen sind.
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In
den Zeichnungen zeigt:
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1a-1c ein
herkömmliches
im Querschnitt kreisrundes Hochstromkabel, dass von einer in der
Reserveradmulde angeordneten Batterie (1b) über den
Unterboden (1a) durch das Radhaus (1c)
zum Aggregat im Motorraum verlegt ist;
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2a eine
perspektivische Ansicht des dem Innenraum zugewandten Abschnitts
des Bodenblechs mit einem darauf angebrachten Hochstromkabel gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2b das
in 2a dargestellte Hochstromkabel in einer Explosionsdarstellung
von seinem Verbindungspunkt mit der Batterie bis zu einem Punkt
an dem das Hochstromkabel die Stirnwand zum Motorraum durchbricht;
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3 in
einer perspektivischen Darstellung, die mit der Batterie verbundene
Einzelschiene des in 2 dargestellten
Hochstromkabels;
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4 die
mittig angeordnete Einzelschiene des in 2 dargestellten
Hochstromkabels;
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5 die
zur Stirnwand des Motorraums verlaufende Einzelschiene des Hochstromkabels
aus 2;
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6a und 6b die
Verbindungsstelle zwischen den in den 3 und 4 dargestellten Einzelschienen
in 6a im unverbundenen und 6b verbundenen
Zustand;
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7a-7c unterschiedliche
Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Kabelkanals zum elektrischen
Isolieren eines erfindungsgemäßen Hochstromkabels.
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8a-8c Einrichtungen
zum Ausgleichen von Toleranzen in Längsrichtung des mehrteiligen
Hochstromkabels gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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9a und 9b die
Integration einer Vorsicherungsdose mit Hochstromsteckkontakt und Stanzgitterintegration
in ein Hochstromkabel gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Die 2a und 2b zeigen
ein Hochstromkabel in Form eines Batteriekabels für ein Kraftfahrzeug
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Zum Vergleich ist das Hochstromkabel 106 aus
den 1a-c ebenfalls dargestellt. Das erfindungsgemäße Hochstromkabel
setzt sich aus drei Abschnitten 1, 2 und 3 zusammen.
Der Abschnitt 1 ist gebildet durch eine erste Einzelschiene,
die die Verbindung zur Batterie 4 herstellt. An diese Schiene
schließen
sich im Abschnitt 2 und 3 weitere Einzelschienen
an. Die Einzelschienen weisen jeweils eine im Querschnitt rechteckige
Form in den Bereichen 1 und 2 und im Bereich von
65×2 mm
und im Bereich 3 35×4
mm (Breite mal Höhe)
auf. Wie es am besten aus 2b ersichtlich
ist, ist die Einzelschiene im Bereich 1 in einem dreiteiligen
Kabelkanal 8 aufgenommen. Gleiches gilt für die Einzelschiene
im Bereich 2. Diese Kabelkanäle werden später genauer
beschrieben. Die im Bereich 3 vorgesehene Einzelschiene
ist in einem Bereich in dem beispielsweise die Handschaltung eines
Fahrzeugs vorgesehen ist und der in 2a mit
dem Bezugszeichen 5 versehen ist, sowohl um die Längsachse
als auch die Querachse der Schiene gebogen, um so an dem Schaltungsbereich 5 vorbeigeführt werden
zu können.
In diesem Bereich ist die Einzelschiene nicht in einem Kabelkanal,
sondern einem Schrumpfschlauch 9 aufgenommen. An diesen
schließt
sich jedoch ein Kabelkanal 10 an. Am Ende der im Bereich 3 vorgesehenen
Einzelschiene tritt das Hochstromkabel der vorliegenden Erfindung durch
die Stirnwand 107 (siehe 5) in den
Motorraum. Die Einzelschienen der beschriebenen Ausführungsform
sind aus Aluminium, insbesondere 95,5% Aluminium gebildet.
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Die
Verbindung der im Bereich 1 angeordnete Einzelschiene mit
der Batterie erfolgt über
das Anschlussblech 6. Die jeweils in den Bereichen 1, 2 und 3 angeordneten
Einzelschienen sind entsprechend in den 3-5 vergrößert dargestellt.
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Im
Folgenden wird die Verbindungsstelle zwischen den in den Bereichen 1 und 2 bzw. 2 und 3 angeordneten
Einzelschienen anhand des Beispiels zwischen den Einzelschienen
im Bereich 1 und 2 beschrieben. Diesbezüglich wird
auf die 6a und 6b Bezug
genommen. Wie es in 6a dargestellt ist, liegt die
Einzelschiene 11 im Bereich 1 in einem der Kabelkanäle 8,
welcher über
in der Karosserie vorgesehenen Bolzen 20a und Muttern 20b an
der Karosserie festgelegt ist. Auf diese Festlegungen wird im Folgenden
noch eingegangen werden. Der Endabschnitt der Einzelschiene 11 ist über einen
Deckel 21 im Kabelkanal zugänglich, der in den 6a und 6b sowie
in der 2b geöffnet dargestellt ist. Die
Einzelschiene 11 ist entlang einer Diagonalen 14 umgefaltet
und ein über
die Längskante 15 vorragender
Abschnitt der Einzelschiene 11 ist relativ zur Ebene der
Einzelschiene 11 senkrecht nach oben gefaltet. Dieser Abschnitt
bildetet einen Anschlag 16. Darüber hinaus ist ein Gewindebolzen 17 in
die Einzelschiene 11 eingepresst und damit unlösbar mit
der Einzelschiene 11 verbunden. Des Weiteren weist die Einzelschienen 11 eine
in Strömungsrichtung
ausgebildete Sicke 18 auf. Diese Sicke ist durch Schlitzen der
Einzelschiene 11 in Strömungsrichtung
und Tiefziehen der gleichen ausgebildet. Die Sicke 18 dient der
Aufnahme eines Schraubgerätes
zur Aufnahme des ausgeübten
Drehmoments, d. h. zum Abstützen des
Schraubgerätes.
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Wie
es aus 6b ersichtlich ist, ist die
Einzelschiene 12 im Bereich 2 an ihrem Endabschnitt ebenfalls
entlang einer Diagonalen 21 umgefaltet. Dabei erstreckt
sich die Diagonale 21, anders als die Diagonale 14,
vollständig
von einer Längsseite
der Schiene 12 zur anderen. Darüber hinaus ist eine Anschlag 22 durch
Umschlagen des Endes oder eines Endabschnittes der Schiene 12 senkrecht
zur einer durch die Schienen 12 gebildeten Ebene ausgebildet.
In der Schiene 12 ist, wie es beispielsweise aus 8b ersichtlich
ist, ein Langloch 23 ausgebildet, das sich im Bereich der Überlappung
vollständig durch
die Schiene 12 erstreckt. Das Langloch verläuft dabei
in Längsrichtung
der Schiene.
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Um
die Schienen miteinander zu verbinden, wird ein Verbindungselement 19 in
Form einer Beilagscheibe mit einem Querschnitt entsprechend der Querschnittsfläche der
Einzelschienen, d. h. 130 mm2 auf den Bolzen 17 aufgesteckt
bzw. aufgefädelt. Das
Verbindungselement 19 weist auf seinen beiden entgegengesetzten
Seiten eine Riffelung auf, die beispielsweise gitterförmig, spinnennetzförmig oder durch
Kreise und die Kreise schneidende Geraden ausgebildet sein kann.
Diese Riffelung stellt ein erhabenes Profil dar. Im Anschluss wird
das Langloch 23 der Schiene 12 zum Bolzen 17 ausgerichtet,
d. h. in Flucht gebracht, und über
diesen geschoben. Danach können
die beiden Einzelschienen 11 und 12 über eine
Mutter 24 miteinander verschraubt werden. Beim Verschrauben
bzw. Anziehen der Mutter 24 stützt sich das Schraubgerät in der
Sicke 18 ab, um das Drehmoment abzufangen und ein Verdrehen
der Einzelschiene 11 und 12 zueinander zu verhindern. Das
Verdrehen wird des Weiteren auch dadurch verhindert, dass der Anschlag 22 der
Einzelschiene 12 an der Längskante 15 der Einzelschiene 11 anliegt und
der Anschlag 16 der Einzelschiene 11 an der Längskante 25 der Einzelschiene 12 anliegt.
Dadurch sind die Einzelschienen zueinander zentriert und ein Verdrehen
der Einzelschienen durch Anziehen der Mutter 24 wird verhindert.
Selbstverständlich ist
es auch denkbar die Anschläge 16 und 22 der
beiden Einzelschienen 11 und 12 anderweitig auszubilden.
Die Ausbildung mittels der Falttechnik stellt jedoch eine einfache
und kostengünstige
Möglichkeit dar.
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Durch
das Verschrauben bzw. das Anziehen der Mutter 24 drückt sich
die Riffelung des Verbindungselements 19 in die Oberflächen der
beiden Einzelschienen 11, 12, wodurch die auf
den Oberflächen der
Einzelschienen vorhandene Oxidschicht mechanisch aufgebrochen wird.
Durch dieses mechanische Aufbrechen wird eine elektrische Kontaktierung
der beiden Schienen gewährleistet.
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Das
Verbindungselement 19 ist dabei vorteilhafterweise aus
dem gleichen Material wie die Einzelschiene, d. h. 99,5% Aluminium
gebildet und weist die gleich Härte
wie die Einzelschienen auf. Dies dient dazu die Verbindung zu lösen und
wieder herstellen zu können,
ohne davor den Verbindungsbereich der Schienen verdrücken, d.
h. regenerieren, zu müssen.
Damit keine elektrochemische Korrosion an den Verbindungsstellen
stattfinden kann, ist das Verbindungselement 19 vorzugsweise
aus dem gleichen Material gebildet wie die Schiene, d. h. aus Aluminium
99,5%. Vorzugsweise ist das Verbindungselement des Weiteren z. B.
mit einem elektrisch leitenden Kleber beschichtet, um eine Oxidation
der Schnittstelle zu verhindern und diese gasdicht abzudichten.
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Die
Verbindung der Einzelschiene 12 mit der im Bereich 3 vorgesehenen
Einzelschiene funktioniert auf gleiche oder ähnliche Art und Weise. Wie
es auch 2b sowie den 4 und 5 ersichtlich ist,
können
neben einem Gewindebolzen 17 jedoch auch zwei Gewindebolzen 17 vorgesehen
sein.
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Wie
es Eingangs erwähnt
wurde, unterscheiden sich der Querschnitt der Schienen 11 (Bereich 1) und 12 (Bereich 2)
und der Querschnitt der Schiene 13 (Bereich 3).
Um die zu montierenden und herzustellenden Teile in ihrer Variantenvielfalt
zu reduzieren, kann die Größe des Kabelkanals 8 standardisiert sein
und in seiner Breite 65 mm betragen. Wird eine Schiene mit einer
Breite von 35 mm in einem solchen Kabelkanal eingesetzt, würde diese
quer zur ihrer Längserstreckung
im Kabelkanal verschieblich sein. Um die Schiene im Kabelkanal zu
zentrieren, kann daher im Kabelkanal ein Steg 26 vorgesehen
sein, wie dies in 7a dargestellt ist. Um die Schiene
in dem Kanal 8 auf dem Steg 2b zu zentrieren,
kann diese in Strömungsrichtung
geschlitzt sein. Der Schlitz ist in 7a mit
dem Bezugszeichen 27 gekennzeichnet. Beim Einsetzen der
Schiene in den Kabelkanal wird diese auf den Steg 26 aufgesetzt,
so dass der Steg 26 durch den Schlitz 27 dringt.
Um einen Toleranzausgleich bei der Montage zu ermöglichen,
wie es später
beschrieben werden wird, sollte der Schlitz 27 in Längsrichtung
länger
ausgestaltet sein als der Steg 26. Alternativ und wie es
in 7b dargestellt ist, können auch Zusatzelemente 28 in dem
Kabelkanal zwischen einer Seitenwand des Kabelkanals und der Längskante
der Schiene eingebracht werden. Diese Elemente 28 können in
dem Kanal 8 verrastet oder eingeklebt werden. Dabei sind die
Element 28 beidseits vorzusehen, so dass die Schiene zwischen
zwei Elementen 28 zentriert wird. Die Elemente 28 sind
dazu in ihrer Richtung senkrecht zur Längserstreckung des Kanals bzw.
der Schiene so breit ausgestaltet, dass sie den Kabelkanal auf die
entsprechende Breite z. B. 35 mm reduzieren.
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Sollte
es nicht gewünscht
sein standardisierte Kabelkanäle
zu verwenden, so ist es selbstverständlich auch möglich die
Schachtbreite auf 35 mm anzupassen, wie dies in 7c dargestellt
ist.
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Darüber hinaus
sei erwähnt,
dass der Kanal aus einem Gehäuse 8a und
einem Deckel 8b aufgebaut ist, die über eine Rastverbindung 31 lösbar miteinander
in Eingriff bringbar sind.
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Bei
der Herstellung der Karosserie sowie auch der Bauteile ergeben sich
gewisse Fertigungstoleranzen, die aufgrund dessen, dass die Teile
möglichst
kostengünstig
herzustellen sein müssen,
nicht zu klein gehalten werden können.
Um derartige Toleranzen ausgleichen zu können, werden bei der vorliegenden
Ausführungsform
die folgenden Vorkehrungen getroffen. Wie es bereits Eingangs erwähnt wurde,
wird der Kabelkanal mittels Laschen 30 durch Muttern 20b an,
in der Karosserie vorgesehenen Bolzen 20a fixiert (8c).
Um die Kanäle 8 in
Längsrichtung
der Kanäle
bzw. Einzelschienen verschieben zu können, sind in den Laschen 30 Langlöcher vorgesehen,
die auf die Bolzen 20a „gefädelt" werden können und auf diesen Bolzen
eine Längsverschiebung
ermöglichen.
Diese Langlöcher
erstrecken sich in Längsrichtung
der Kanäle
bzw. Schienen. In 8c sind die Laschen 30 am
Gehäuse 8a des
Kanals vorgesehen. Wie es aus 8a ersichtlich
ist, können
die Laschen statt am Gehäuse 8a auf gleiche
Art und Weise am Deckel 8b des rechterhand dargestellten
Kanals vorgesehen sein, wobei dieser in 8a nicht
dargestellt ist, so dass auch die Laschen in dieser Darstellung
nicht sichtbar sind. Durch diese Ausgestaltung können die Kanäle relativ
zur Karosserie in Längsrichtung
der Schiene verschoben werden.
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Um
einen weiteren Toleranzausgleich in Längsrichtung der Kanäle bzw.
der Schiene zu ermöglichen,
greifen die Kanäle
teleskopartig ineinander und sind daher in ihrer Längsrichtung
zueinander verschiebbar. Dies ist am besten aus 8a ersichtlich,
wobei jedoch der Deckel 8b des rechterhand dargestellten
Kanals nicht auf dem Gehäuse 8a aufgesetzt
ist. Somit können
die Einzelkanäle
relativ zueinander verschoben werden.
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Um
auch die Schienen in ihrer Längsrichtung an
Toleranzen anpassen zu können,
ist in einer der Schienen das Langloch 23 vorgesehen, durch
dass der Gewindebolzen 17 der anderen Schiene greift, so dass
auch eine Verschiebung der Schienen zueinander in deren Längsrichtung
ermöglicht
ist.
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Die
entsprechenden Verschiebemöglichkeiten
sind in den 8a-c dargestellt, wobei 8a die
Verschiebung der Kanäle 8 zueinander, 8b die
Verschiebung der Schienen zueinander und 8c die
Verschiebung der Kanäle
zur Karosserie bzw. zum Bodenblech darstellt. Diese ist durch die
jeweiligen Doppelpfeile in den Zeichnungen angedeutet.
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Schließlich ermöglicht die
mehrteilige Ausgestaltung des Hochstromkabels gemäß der Erfindung
auch die Integration von weiteren Komponenten, wie beispielsweise
Vorsicherungsdosen, Lade- und Fremdstartstützpunkten, Anschlüssen und
Kontakten, Sicherung, Steuer- und Regeleinheiten, Zentralabsicherungen,
Stanzgittern oder Schalt- und Regelkreisen. Dabei kann die Kontaktierung
der zuvor genannten Komponenten mit einer Leiterschiene an nahezu
beliebiger Stelle und in vielerlei Gestalt ausgeführt werden.
Denkbar ist neben einer unlösbaren Verbindung
durch z. B. Verschweißen
oder Vernieten eines zur Kontaktierung vorgesehenen Materials auch
eine lösbare
Verbindung durch Schraub- und/oder Steckkontakte. Bei der Verwendung
von Steckkontakten wird vorteilhaft ein zur Aufnahme des Steckkontakts
vorgesehener Teil, wie z. B. eine Zunge oder ein Bolzen, integral
mit der Schiene ausgebildet. Ein geeigneter Steckkontakt ist z.
B. in dem deutschen Gebrauchsmuster
DE 20 2004 013 160 U1 beschrieben.
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Beispielsweise
kann im Abschnitt 3 der Schiene eine weitere Schnittstelle
bzw. Verbindungsstelle vorgesehen sein, wie sie in den 9a und 9b dargestellt
ist. Dabei erfolgt die Verbindung zwischen den Einzelschienen 13a und 13b auf ähnliche
Art und Weise wie sie zuvor zwischen den Schienen 11 und 12 beschrieben
wurde, nämlich
durch Verschraubung. Anders als die Anschläge 16 und 22 ist
hier jedoch in der Einzelschiene 13b eine in Strömungsrichtung
ausgebildete Aussparung 30 vorgesehen, die gleichermaßen wie
die zuvor beschriebene Sicke 18 durch Schlitzen der Einzelschiene 13b in Strömungsrichtung
und Tiefziehen der Schiene ausgebildet wird. Darüber hinaus ist die Einzelschiene 13a mit
einer Eingriffsnase 34 ausgestattet, die in die Aussparung 33 eingreift.
Dadurch sind die Einzelschienen 13a und 13b zueinander
zentriert und beim Verschrauben d. h. Anziehen der Mutter 24 kann
ein Verdrehen der Einzelschienen zueinander effektiv verhindert
werden.
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Bei
der in den 9a und 9b dargestellten
Ausführungsform
ist an dieser Verbindungsstelle eine Vorsicherungsdose 35 mit
einem Hochstromkontakt 36 vorgesehen. Dies erfolgt derart,
dass zunächst
die Einzelschiene 13b auf den Gewindebolzen 17 aufgefädelt wird.
Im Anschluss wird ein Verbindungselement 19 (nicht sichtbar)
zum Aufbrechen bzw. mechanischen Aufreißen der Oxidschicht aufgelegt.
Im Anschluss wird die Vorsicherungsdose 35 mit dem Hochstromkontakt 36,
die ebenfalls eine Art Kabelschuh, d. h. ein Element mit einer Durchbrechung
aufweist auf dem Gewindebolzen 17 ausgefädelt und
erneut ein Verbindungselement 19 aufgebracht. Danach wird
die Einzelschiene 13a aufgefädelt und mittels der Schraube 24 die
Verbindung hergestellt.
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Wie
es zuvor beschrieben wurde, ist das Hochstromkabel gemäß der vorliegenden
Erfindung mit einer flachen Querschnittsform, nämlich einer rechteckigen Querschnittsform
ausgebildet und weißt
einen Querschnitt von 2×65
bzw. 4×35
mm (Höhe
mal Breite), d. h. eine Querschnittsfläche von 130 bzw. 140 mm2 auf. Dadurch wird eine vollständige Verlegung
des Hochstromkabels im Innenraum ermöglicht. Durch diese Verlegung
im Innenraum entfallen Tüllen,
zusätzliche
Schächte,
Wellrohre und Halteteile, wie dies bei der Unterbodenverlegung notwendig
ist. Darüber
hinaus ist der Verlegeweg der kürzeste
Abstand von der Batterie zu den Aggregaten im Motorraum. Dies bewirkt
einen geringeren Widerstand mit Vorteilen bezüglich des Spannungsfalls und
damit verbunden eine weitere Querschnittsreduzierung, wodurch Gewicht,
Material und Kosten gespart werden. Ein besonderer Vorteil besteht
auch darin, dass die Leitungen/das Kabel in diesem Bereich vor Feuchtigkeit,
Streusalz, Fahrzeugaufsetzer und Fremdteilen, die auf der Fahrbahn
liegen automatisch geschützt
sind. Die Materialkosten können weiter
dadurch reduziert werden, dass das Hochstromkabel aus Aluminium
gebildet ist. Bei dieser Verlegung sind darüber hinaus Restriktionen in
Bezug auf Kraftstoff- und Bremsleitungen, wie das der Fall bei Unterbodenverlegung
ist, nicht vorhanden.
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Durch
die mehrteilige Ausgestaltung des Hochstromkabels lässt sich
dieses auf einfachste Art und Weise handhaben und im Fahrzeug montieren. Dabei
ist es bevorzugt, dass die Länge
der Einzelschienen derart gewählt
wird, dass herkömmliche Transportmittel
genutzt werden können.
Beispielsweise werden bei Zuliefererfirmen Transportgitterkörbe verwendet,
in denen die Einzelteile zum Fahrzeughersteller transportiert werden.
Dementsprechend, und um nicht gesonderte Transport- und Verpackungseinrichtungen
schaffen zu müssen,
ist die Länge
der Einzelschienen derart ausgestaltet, dass die vorhandenen Transporteinrichtungen
genutzt werden können.
Darüber
hinaus bietet die mehrteilige Ausgestaltung auch eine erhöhte Flexibilität und Anpassungsmöglichkeit
an die jeweiligen Fahrzeugtypen. So kann das Hochstromkabel beispielsweise an
unterschiedliche Fahrzeuglängen
angepasst werden, indem möglicherweise
ein Mittelabschnitt des Hochstromkabels im Bereich 2 in
seiner Länge
verkürzt
wird, wohingegen die verbleibenden Abschnitte gleich bleiben. Auch
wird die Möglichkeit
geschaffen weitere Komponenten wie beispielsweise die Vorsicherungsdose
mit Hochstromsteckkontakt in das Hochstromkabel zu integrieren.
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Darüber hinaus
kann das Hochstromkabel zur Herstellung funktionsintegrierter Systeme
(FIS Produkte) genutzt werden. Z. B. kann die Einzelschiene 13a im
Bereich 3 in der Mittelkonsole vormontiert und mit dieser
im Fahrzeug verbaut und vervollständigt werden. Dabei kann sogar
der Kanal 8 für diese
Einzelschiene weggelassen werden, wobei diese dann größtenteils
durch die Mittelkonsole isoliert würde.
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Aus
der obigen Beschreibung wird ersichtlich, dass die mehrteilige Ausgestaltung
nicht nur in Bezug auf die Handhabbarkeit vorteilhaft ist, sondern auch
ein äußerst flexibel
einsetzbares System bereitstellt.