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Der
Gegenstand betrifft eine Verbindungsanordnung für Kraftfahrzeugenergieleiter.
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Verbindungsanordnungen
für Kraftfahrzeugenergieleiter sind hinlänglich
bekannt. Beispielsweise sind Batterie-Kabelklemmen bekannt, welche
mittels pyrotechnischer Sprengkapseln im Crashfall eine elektrische
Verbindung zwischen der Batterie und den Verbrauchern trennen. Beispielsweise
ist aus der
WO 97/31406 eine
Batterie-Kabelklemme bekannt, welche eine konische Pressverbindung
zwischen zwei Klemmteilen aufweist, wobei die Pressverbindung mittels
eines pyrotechnischen Hilfsantriebs lösbar ist. Hierdurch
wird erreicht, dass die Trennung der Klemmteile voneinander in definierter
Weise mit einer minimalen Auspresskraft des Hilfsantriebs erfolgt.
Durch die Ausbildung des Konus ergibt sich eine Konusselbsthemmung
(Kegelsitz), der eine definierte Haltekraft der beiden Klemmteile
ermöglicht. Bereits eine minimale Relativbewegung der beiden Klemmteile
führt zu einer Kontakttrennung.
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Nachteilig
an der aus der
WO 97/31046 beschriebenen
Batterie-Kabelklemme ist jedoch, dass geringe Fertigungstoleranzen
zwischen den beiden Konen der Aufnahme und des Anschlussteils dazu führt,
dass das Anschlussteil unterschiedlich tief in die Aufnahme eingepresst
werden kann. Auch kleinste Verkantungen im Fügeprozess
zwischen Aufnahme und Anschlussteil führen dazu, dass das
Anschlussteil unterschiedlich tief in die Aufnahme hineingedrückt
wird. Das führt dazu, dass sich am Unterboden der Aufnahme
ein Vorvolumen einstellt, welches unterschiedlich ist, abhängig
von der jeweiligen Einschubtiefe des Anschlussteils in die Aufnahme. Da
jedoch durch den pyrotechnischen Hilfsantrieb ein Gasdruck im Vorvolumen
erzeugt wird, welcher ausreichend groß sein muss, um das
Anschlussteil aus der Aufnahme herauszudrücken, sind verschieden
große Vorvolumina nachteilig.
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Aus
diesem Grunde lag dem Gegenstand die Aufgabe zugrunde, eine Verbindungsanordnung
für Kraftfahrzeugenergieleiter zur Verfügung zu
stellen, welche den Toleranzbereich für die Auspresskraft
reduziert.
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Diese
Aufgabe wird gegenständlich durch eine Verbindungsanordnung
für Kraftfahrzeugenergieleiter mit einer eine Aufnahme
und ein Anschlussteil aufweisenden Befestigungseinrichtung gelöst, wobei
das Anschlussteil mit der Aufnahme über eine durch einen
Hilfsantrieb lösbare Pressverbindung elektrisch leitend
miteinander verbindbar ist, derart, dass sich im leitenden Zustand
ein Vorvolumen zwischen dem Anschlussteil und der Aufnahme bildet, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Distanzelement eine Einschubtiefe des Anschlussteils
in die Aufnahme derart bestimmt, dass sich ein definiertes Vorvolumen
bildet.
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Es
ist erkannt worden, dass die Dimensionierung des Hilfsantriebs abhängig
vom Vorvolumen ist. Durch ein definiertes Vorvolumen kann der Hilfsantrieb
derart klein dimensioniert werden, dass er gerade zum Heraustrennen
des Anschlussteils aus der Aufnahme ausreicht. Anders als im Stand
der Technik, bei dem das Vorvolumen variiert, ist gegenständlich
das Vorvolumen fest definiert, so dass für die Dimensionierung
des Hilfsantriebs kein Sicherheitspuffer notwendig ist. Das Vorvolumen
ist bekannt, so dass der Gasdruck, der aufgebaut werden muss um das
Anschlussteil aus der Aufnahme zu pressen, genau errechnet werden
kann. Dadurch kann der Hilfsantrieb, der vorzugsweise ein pyrotechnischer ist,
exakt dimensioniert werden. Hierdurch ergeben sich im Vergleich
zum Stand der Technik zum Einen Kosteneinsparungspotentiale, da
der Hilfsantrieb kleiner dimensioniert werden kann, und zum Anderen eine
erheblich geringere Fehleranfälligkeit. Es ist zu beachten,
dass die Verbindungsanordnung im Crashfall sicher die Batterie von
den Verbrauchern trennen muss, um durch einen Kurzschluss verursachte Brände
zu verhindern. Um dies zu erreichen, muss der Hilfsantrieb sicher
einen ausreichend hohen Gasdruck aufbauen, um das Anschlussteil
aus der Aufnahme herauszudrücken. Da das Vorvolumen gegenständlich
derart bestimmt ist, dass es definiert ist, kann der Hilfsantrieb
exakt dimensioniert werden, was zu einem sicheren Herauslösen
des Anschlussteils aus der Aufnahme führt.
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Gemäß eines
vorteilhaften Ausführungsbeispiels wird vorgeschlagen,
dass die Aufnahme eine sich in Einschubrichtung des Anschlussteils
verjüngende Hülse ist. Die Aufnahme kann beispielsweise eine
konisch ausgebildete Kontaktfläche aufweisen. Der Kegelwinkel
der Aufnahme kann identisch mit dem Kegelwinkel des Anschlussteils
sein. Durch die sich verjüngende Hülse kann das
Anschlussteil sicher mit der Aufnahme kraftschlüssig verbunden werden.
Ein Verkanten zwischen Anschlussteil und Aufnahme wird weitestgehend
vermieden. Durch die Verjüngung der Hülse wird
bereits bei einer kleinen Relativbewegung entlang der Einschubrichtung zwischen
Aufnahme und Anschlussteil eine Kontakttrennung erreicht.
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Gemäß eines
vorteilhaften Ausführungsbeispiels wird vorgeschlagen,
dass die Hülse einen Boden aufweist, wobei der Hilfsantrieb
im Bereich des Bodens angeordnet ist. Der Hilfsantrieb kann dabei beispielsweise
eine pyrotechnische Zündpille sein. Der Hilfsantrieb kann
in einer Vertiefung im Boden angeordnet sein oder auf dem Boden
selber. Der Hilfsantrieb ist mittels Zündleitungen mit
einem Crashsensor verbunden und wird mittels eines elektrischen
Impulses ausgelöst. Beim Auslösen des Hilfsantriebs
entsteht in dem Vorvolumen ein Gasdruck, der ausreichend ist, das
Anschlussteil aus der Aufnahme entlang der Einschubrichtung herauszudrücken.
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Wie
bereits zuvor erläutert, ist eine verlässliche
Auslösung aus sicherheitstechnischen Aspekten notwendig.
Um dies zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass das Vorvolumen durch
das Distanzelement derart bestimmt ist, dass ein durch den Hilfsantrieb im
Vorvolumen ausgelöster Gasdruck im Wesentlichen eine ausreichende
Auspresskraft auf die Pressverbindung ausübt. Das Vorvolumen
ist definiert, so dass die Menge an Treibmittel errechnet werden kann,
die ausreicht, die notwendige Auspresskraft aufzubringen. Bei einem
pyrotechnischen Hilfsantrieb kann die Menge an Treibladung genau
berechnet werden, was zu einer erheblichen Kostenreduktion gegenüber
herkömmlichen Sicherheitsbatterieklemmen führt,
bei denen regelmäßig große Sicherheitsmargen
für die Zündpille eingerechnet worden sind.
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Da
das Distanzelement ein definiertes Vorvolumen bestimmt, ist es notwendig,
dass das Anschlussteil bis zum Anschlag, d. h. bis das Distanzelement
ein weiteres Einschieben verhindert, in die Aufnahme hineingeschoben
werden muss. Aufgrund von Fertigungstoleranzen kann es jedoch dazu
kommen, dass entweder die Aufnahme einen zu kleinen Durchmesser
hat, das Anschlussteil einen zu großen Durchmesser hat
oder dass die Kegelwinkel unterschiedlich sind. In diesem Falle
kann es dazu kommen, dass mit der normalen Anpresskraft das Anschlussteil
nicht tief genug in die Aufnahme gedrückt wird. Um ein
ausreichend tiefes Einschieben des Anschlussteils in die Aufnahme
zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass das Anschlussteil
plastisch verformbar ist. Für den Fall, dass Anschlussteil
und Aufnahme nicht exakt zueinander passen, kann mit der aufgebrachten
Einpresskraft jedoch das Anschlussteil derart verformt werden, dass
die Aufnahme ausreichend tief in das Anschlussteil hineingeschoben wird,
bis das Distanzelement ein weiteres Einschieben verhindert.
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Um
die plastische Verformbarkeit der Aufnahme zu gewährleisten,
wird vorgeschlagen, dass die äußere Mantelfläche
der Aufnahme sich in Einschubrichtung erstreckende Vertiefungen
aufweist. Die Aufnahme bzw. die Hülse kann auf ihrer Mantelfläche
mehrere sich in Einschubrichtung im Wesentlichen erstreckende Vertiefungen
aufweisen. Sowohl die Aufnahme als auch das Anschlussteil sind aus Metall
gebildet. Die Wandstärken der Aufnahme als auch die Stärke
des Anschlussteils sind groß, da bei Auslösen
des Hilfsantriebs eine Zerstörung des Anschlussteils und
der Aufnahme vermieden werden muss. Aus diesem Grunde ist die Aufnahme
regelmäßig verbiegesteif. Um eine gewisse Flexibilität
zu erreichen, werden die Vertiefungen auf der Mantelfläche
der Aufnahme eingebracht. Diese führen dazu, dass die Aufnahme
bei einem ausreichend großen Anpressdruck durch das Anschlussteil
verformt wird, derart, dass sich die Mantelfläche nach
außen drücken lässt. Dies führt
dazu, dass das Anschlussteil ausreichend tief, d. h. bis zum Anschlag
des Distanzelementes, in die Aufnahme eingeschoben werden kann.
Ebenfalls ist es möglich, dass sich die Vertiefungen quer
zur Einschubrichtung erstrecken. Beispielsweise können
sich die Vertiefungen auch entlang des Umfangs der Aufnahme erstrecken.
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Gemäß eines
vorteilhaften Ausführungsbeispiels wird vorgeschlagen,
dass die Vertiefungen in Winkelabständen zueinander entlang
der Aufnahme angeordnet sind. Mehrere Vertiefungen führen
dazu, dass die Aufnahme gleichmäßig verformbar
ist. Insbesondere wird vorgeschlagen, dass die Winkelabstände
gleich groß sind.
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Gemäß eines
vorteilhaften Ausführungsbeispiels wird vorgeschlagen,
dass die Vertiefungen spanend oder durch Schmieden in die Aufnahme
eingebracht werden. Je nach Fertigung der Aufnahme kann ein spanendes
Bearbeiten oder ein Schmieden für das Einbringen der Vertiefungen
geeignet sein.
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Wie
bereits zuvor erläutert, dient das Distanzelement dazu,
ein definiertes Vorvolumen zu bestimmen. Gemäß eines
vorteilhaften Ausführungsbeispiels wird vorgeschlagen,
dass das Distanzelement im Boden der Aufnahme angeordnet ist, derart, dass
im eingeschobenen Zustand das Anschlussteil gegen das Distanzelement
stößt. Das Distanzelement ist derart im Boden
angeordnet, dass das Anschlussteil nur bis zu einer definierten
Tiefe in die Aufnahme hineingeschoben werden kann. Danach stößt
das Anschlussteil gegen das Distanzelement und der Abstand zwischen
Anschlussteil und Boden der Aufnahme ist durch das Distanzelement
definiert. Hierdurch wird das Vorvolumen zwischen Aufnahme und Anschlussteil
im Bereich des Bodens der Aufnahme definiert.
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Um
ein Verkanten zu verhindern wird vorgeschlagen, dass das Distanzelement
zumindest teilringförmig im Boden der Aufnahme angeordnet
ist.
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Eine
weitere Möglichkeit, das Distanzelement anzuordnen besteht
darin, dass das Distanzelement im Bereich des Anschlussteils angeordnet
ist. Hierbei kann das Distanzelement beispielsweise als zumindest
teilweise umlaufender Kragen gebildet sein. Wird das Anschlussteil
in die Aufnahme hineingeschoben, so stößt das
Distanzelement gegen die äußere Umrandung der
Aufnahme und ein weiteres Einschieben ist nicht möglich.
Auch hierdurch wird das Vorvolumen definiert.
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Gemäß eines
vorteilhaften Ausführungsbeispiels wird vorgeschlagen,
dass das Distanzelement derart an dem Anschlussteil angeordnet ist,
dass im eingeschobenen Zustand die Aufnahme gegen das Distanzelement
stößt.
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Eine
gute Pressverbindung zwischen Anschlussteil und Aufnahme wird dadurch
erreicht, dass das Anschlussteil eine der Innenfläche der
Aufnahme formangepasste Mantelfläche aufweist. Dies führt
zum Einen zu gutem Formschluss des Presssitzes im zusammengeschobenen
Zustand und andererseits dazu, dass beim Auslösen eine
Relativbewegung entgegen der Einschubrichtung zum Unterbrechen des
elektrischen Kontaktes zwischen Aufnahme und Anschlussteil führt.
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Es
wird vorgeschlagen, dass die Pressverbindung ein Kegelsitz ist.
Dieser ermöglicht es, eine Auspresskraft zu definieren.
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Gemäß eines
vorteilhaften Ausführungsbeispiels wird vorgeschlagen,
dass der Hilfsantrieb ein pyrotechnischer Hilfsantrieb ist.
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Nachfolgend
wird der Gegenstand anhand einer Ausführungsbeispiele zeigenden
Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1a eine
Verbindungsanordnung im eingeschobenen Zustand;
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1b eine
Verbindungsanordnung im ausgelösten Zustand;
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2a eine
weitere Verbindungsanordnung im eingeschobenen Zustand;
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2b die
weitere Verbindungsanordnung im ausgelösten Zustand;
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3 eine
Draufsicht auf eine Aufnahme.
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1 zeigt eine Verbindungsanordnung 2 für
Kraftfahrzeugenergieleiter. Die Verbindungsanordnung 2 kann
beispielsweise integraler Bestandteil einer Batterieklemme sein
und unmittelbar an den Klemmbacken der Batterieklemme angeordnet
sein. Auch ist es möglich, dass die Verbindungsanordnung im
Bereich eines Sicherungskastens angeordnet ist. Ferner kann die
Verbindungsanordnung an einer beliebigen Stelle innerhalb des Verlaufs
des Energiekabels sein.
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Die
Verbindungsanordnung 2 weist eine Aufnahme 4 sowie
ein Anschlussteil 6 auf. Das Anschlussteil 6 und
die Aufnahme 4 bilden eine Befestigungseinrichtung.
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Ferner
ist ein pyrotechnischer Hilfsantrieb 8 im Bereich der Aufnahme 4 angeordnet.
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Wie
zu erkennen ist, weist die Aufnahme 4 eine hülsenförmige
Vertiefung 10 auf. Diese Vertiefung 10 hat Innenflächen 10a sowie
einen Boden 10b. Die Vertiefung ist konisch, in Einschubrichtung
x sich verjüngend gebildet. Andere sich verjüngende Formen
sind ebenfalls möglich.
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Das
Anschlussteil 6 weist an seinem Ende 12 ein sich
konisch verjüngendes Endstück 12a auf. Die äußere
Mantelfläche 12b des Endstücks 12a ist der
inneren Fläche 10a der Vertiefung 10 angepasst.
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Schließlich
zeigt die 1a zwei Steuerleitungen 14,
mit welchen der pyrotechnische Hilfsantrieb 8 aktivierbar
ist.
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Zwischen
dem Boden 10b und dem Endstück 12a des
Anschlussteils 6 bildet sich ein Vorvolumen 16.
Dieses Vorvolumen 16 wird im Auslösefall mit einem
durch den pyrotechnischen Hilfsantrieb 8 ausgelösten
Gasdruck beaufschlagt. Der Gasdruck innerhalb des Vorvolumens 16 muss
derart groß sein, dass das Anschlussteil 6 aus
der Aufnahme 4 herausgedrückt wird. Variationen
im Volumen des Vorvolumens 16 führen dazu, dass
die Kraft, die auf das Anschlussteil 6 wirkt, variiert.
Um eine definierte Kraftwirkung zu erzielen, ist es notwendig, das
Vorvolumen 16 zu definieren. Die Einschubtiefe des Anschlussteils 6 in
die Vertiefung 10 muss klar definiert sein. Aus diesem
Grunde weist das Anschlussteil 6 einen umlaufenden Kragen 18 auf.
Der Kragen 18 grenzt das Endstück 12a vom
Rest des Anschlussteils 6 ab und hat einen Durchmesser,
der größer ist, als der Innendurchmesser der Vertiefung 10.
Wie zu erkennen ist, schlägt der Kragen 18 an
der Außenwand der Aufnahme 4 an. Ein weiteres
Hineinschieben des Anschlussteils 6 in Einschubrichtung
x in die Vertiefung 10 wird somit verhindert. Der Kragen 18 bestimmt
somit den Abstand zwischen dem Boden 10b und dem Endteil 12a,
wodurch das Vorvolumen 16 klar definiert ist.
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Im
Auslösefall wird ein Steuerimpuls über die Steuerleitung 14 an
den pyrotechnischen Hilfsantrieb 8 geleitet. Der pyrotechnische
Hilfsantrieb 8 zündet, und in dem Vorvolumen 16 entsteht
ein Gasdruck. Dieser Gasdruck führt dazu, dass das Anschlussteil 6 entgegen
der Einschubrichtung x aus der Aufnahme 4 herausgedrückt
wird.
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1b zeigt
die Verbindungsanordnung 2 im ausgelösten Zustand.
Zu erkennen ist, dass das konische Endstück 12a aus
der Vertiefung 10 herausgelöst ist.
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2a zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Verbindungsanordnung 2.
Zu erkennen ist, dass im Bereich des Bodens 10b der Aufnahme 4 ein
Abstandhalter 20, der als Distanzelement dient, angeordnet
ist. Im in 2a dargestellten Zustand ist das
Anschlussteil 6 maximal tief in die Vertiefung 10 der
Aufnahme 4 eingeschoben. Das Endstück 12a stößt
gegen den Abstandhalter 20. Ein weiteres Einschieben des
Anschlussteils 6 in die Aufnahme 4 ist verhindert.
Durch den Abstandhalter 20 wird eine maximale Einschubtiefe
definiert. Ist das Anschlussteil 6 bis zur maximalen Einschubtiefe
in die Aufnahme 4 eingeschoben, so ist das Vorvolumen 16 definiert
und im Auslösefall, welcher in 2b dargestellt
ist, ergibt sich ein definierter Gasdruck, welcher durch den pyrotechnischen
Hilfsantrieb 8 ausgelöst wird. Dieser Gasdruck
führt zu einem gezielten Herauslösen des Anschlussteils 6 aus
der Aufnahme 4.
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Der
Kragen 18 in der 1a kann
umlaufend sein oder auch nur in Teilkreisbögen entlang
des Anschlussteils 6 angeordnet sein. Selbiges gilt für
den Abstandhalter 20, der entlang des gesamten Umfangs
des Bodens 10b angeordnet sein kann, oder in Teilkreisbögen.
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3 zeigt
eine Draufsicht auf eine Aufnahme 4 in Richtung der Einschubrichtung
x. Zu erkennen ist, dass die Aufnahme 4 in der Art einer
Hülse gebildet ist. Am Boden 10b sind Abstandhalter 20a, 20b, 20c und 20d dargestellt.
Die Abstandhalter sind in Winkelabständen zueinander auf
Teilkreisbögen an der äußeren Umfangsfläche
des Bodens 10b angeordnet. Ferner zu erkennen ist, dass
die Aufnahme 4 im Bereich ihrer Mantelfläche Vertiefungen 22 aufweist.
Die Vertiefungen 22a, 22b, 22c und 22d sind in
gleichen Winkelabständen zueinander auf der äußeren
Mantelfläche der Aufnahme 4 angeordnet. Die Vertiefungen
können mittels spanender Verfahren oder auch mittels Schmieden
in die Aufnahme 4 eingebracht werden. Die Vertiefungen
erstrecken sich in der Aufnahme 4 entlang der Einschubrichtung
x.
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Durch
Einbringen der Vertiefungen 22 in die äußere
Mantelfläche der Aufnahme 4 wird eine plastische
Verformbarkeit der Aufnahme 4 erzielt. Beim Einschieben
des Anschlussteils 6 in die Aufnahme 4 bewirken
die Vertiefungen 22, dass die Aufnahme 4, insbesondere
die Vertiefung 10 plastisch verformbar ist. Das führt
dazu, dass das Anschlussteil 6 stets bis zum Anschlag,
d. h. bis das Distanzelement, entweder der Abstandhalter 20 oder
der Kragen 18 auf ein Widerlager trifft. Sobald das Distanzelement 18, 20 auf
ein Widerlager trifft, ist ein weiteres Einschieben nicht mehr möglich.
Das Distanzelement 18, 20 definiert somit den
Abstand zwischen dem Boden 10b der Vertiefung 10 und
dem Ende des Endteils 12a. Hierdurch wird ein definiertes
Vorvolumen 16 erzielt.
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Eine
plastische Verformbarkeit ist beispielsweise dann notwendig, wenn
die Innenfläche der Vertiefung 10 nicht exakt
mit der äußeren Mantelfläche des Endstücks 12a kongruent
ist. Auch kann es sein, dass das Anschlussteil 6 nicht
exakt parallel zur Einschubrichtung x in die Aufnahme 4 geschoben
wird, sondern sich ein Winkel einstellt, unter dem das Anschlussteil 6 gegenüber
der Aufnahme 4 verkantet ist. Beiden Fälle führten
dazu, dass das Anschlussteil 6 nicht ausreichend tief in
die Aufnahme 4 geschoben wird. Dies führte dazu,
dass das Vorvolumen 16 größer wäre,
als beabsichtigt. In diesem Fall käme es dazu, dass der
Gasdruck, der durch Zünden des pyrotechnischen Hilfsantriebs 8 erzeugt
wird, nicht ausreichte, eine genügend große Kraft
auszuüben, um das Anschlussteil 6 aus der Aufnahme 4 herauszudrücken.
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Durch
Vorsehen der Distanzelemente 18, 20 und durch
eine plastische Verformbarkeit der Aufnahme 4 mittels der
Vertiefungen 22 wird erreicht, dass das Anschlussteil 6 stets
bis zum Anschlag, d. h. bis das Distanzelement 18, 20 ein
Widerlager erfährt, eingeschoben wird. Dies führt
dazu, dass das Vorvolumen 16 definiert ist und die Kraft,
die der pyrotechnische Hilfsantrieb 8 bzw. der durch ihn
ausgelöste Gasdruck auf das Anschlussteil 6, definiert
ist.
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Mit
Hilfe der gegenständlichen Verbindungsanordnung ist ein
sicheres Auslösen eines konischen Pressverbinders möglich,
ohne dass der Hilfsantrieb überdimensioniert werden muss.
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 97/31046 [0003]