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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sicherheitsstecker zur Absicherung einer elektrischen Anlage, insbesondere einer Batterie, sowie ein Kraftfahrzeug mit dieser Batterie.
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Stand der Technik
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Sicherheitsstecker sind auch unter der Bezeichnung Service-Disconnect-Stecker oder Trennschalter bekannt. Elektrische Anlagen sind mit ihnen ausgestattet, um sicherstellen zu können, dass bei Servicearbeiten an der elektrischen Anlage keine gefährliche Spannung anliegt. Service-Disconnect-Stecker nach dem Stand der Technik sind im geöffneten Zustand jedoch undicht gegenüber Gasen und Flüssigkeiten.
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Für andere Schalterarten sind nach dem Stand der Technik Abdichtungsvorrichtungen bekannt. So zeigen etwa die
DE 196 46 474 A1 und die
US 5 109 144 A Schalter mit Membrananordnungen, die innere Bereiche der Schalter schützen sollen.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß werden ein Sicherheitsstecker nach Anspruch 1, eine Batterie nach Anspruch 8 sowie ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 9 zur Verfügung gestellt. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
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Der erfindungsgemäße Sicherheitsstecker umfasst einen Steckersockel und ein zum Steckersockel verschiebbar angeordnetes Betätigungselement. Das Betätigungselement ist von einer ersten Position in eine zweite Position verschiebbar. Es weist zumindest eine Schleife auf, mittels der in der ersten Position ein elektrischer Kontakt zwischen zwei im Steckersockel verankerten Leitungen hergestellt ist und in der zweiten Position der elektrische Kontakt zwischen den Leitungen unterbrochen ist. Erfindungsgemäß ist über einem Öffnungsbereich, den der Sicherheitsstecker in der zweiten Position des Betätigungselements aufweist, eine Dichtmembran angeordnet.
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Mit dem vorgestellten Sicherheitsstecker wird ein gegenüber dem Stand der Technik verbesserter Sicherheitsstecker bereitgestellt. Der erfindungsgemäße Sicherheitsstecker bietet in jeder Steckerposition eine Dichtheit gegen das Eindringen von Feuchtigkeit und schützt die elektrische Anlage damit vor Schäden, wie Korrosion und/oder Kurzschlüssen. Zudem ist gewährleistet, dass keine Gase und/oder Flüssigkeiten aus dem Gehäuse der elektrischen Anlage entweichen können.
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In einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sicherheitssteckers ist der Steckersockel in einem Gehäuse der elektrischen Anlage integriert.
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Damit kann vorteilhaft eine separate Montage des Steckersockels entfallen und es können die dafür notwendigen Befestigungsmittel eingespart werden. Diese Bauanordnung weist zudem weniger Fugen und Einkerbungen auf, womit vorteilhaft die Stabilität des Gehäuses der elektrischen Anlage erhöht ist.
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In einer weiteren besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sicherheitssteckers ist die Dichtmembran ein Faltenbalg. Alternativ kann die Dichtmembran auch eine Rollmembran oder auch ein dehnbarer Schlauch sein.
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Mit der Ausbildung der Dichtmembran als Faltenbalg kann vorteilhaft ein relativ großer Öffnungsbereich überspannt werden. Zudem bieten die Falten des Faltenbalgs Raum für eine Luftmenge, die beim Betätigen des Sicherheitssteckers für einen Druckausgleich sorgen kann. Des Weiteren kann die Dichtmembran so aus Werkstoffen mit geringer Zugelastizität, wie beispielsweise Metallfolien, gefertigt werden; so auch bei der Ausbildung der Dichtmembran als Rollmembran. Die Ausbildung der Dichtmembran als dehnbarer Schlauch nimmt vorteilhaft verhältnismäßig wenig Platz in Anspruch.
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In einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sicherheitssteckers ist die Dichtmembran im Wesentlichen aus Kunststoff, insbesondere aus einem Elastomer gefertigt. Alternativ kann die Dichtmembran erfindungsgemäß auch im Wesentlichen aus Metall, insbesondere aus einer Metallfolie gefertigt sein. Auch kann die Dichtmembran eine Kombination der Werkstoffe Kunststoff und Metall aufweisen.
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Dabei bietet die Ausführung der Dichtmembran aus Kunststoff den Vorteil einer hohen Elastizität und die Ausführung aus Metall gewährleistet eine besonders hohe Gasdichtheit.
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Der erfindungsgemäße Sicherheitsstecker ist bevorzugt in eine Batterie integriert, wobei die Batterie die elektrische Anlage ist. Bevorzugt ist die beanspruchte Batterie dabei eine Lithium-Ionen-Batterie.
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Der Innenraum der Batterie und damit ihre elektrischen Bauteile sind so vorteilhaft vor einem Eindringen von Feuchtigkeit bei Wartungs- oder Servicearbeiten geschützt. Zudem ist auch die Person, welche die Servicearbeiten durchführt, vor möglicherweise aus der Batterie austretenden Gasen oder Elektrolyten geschützt.
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Der Begriff Batterie umfasst erfindungsgemäß auch Batteriesysteme, Akkumulatorbatterien, Akkumulatoren, Akkumulatorsysteme, insbesondere Lithium-Ionen-Systeme oder Lithium-Polymer-Ionen-Systeme.
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Die Batterie mit dem erfindungsgemäßen Sicherheitsstecker wiederum ist bevorzugt in ein Kraftfahrzeug integriert, wobei die Batterie mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist.
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Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen erfindungsgemäßen Sicherheitsstecker in einem geschlossenen Zustand,
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2 den erfindungsgemäßen Sicherheitsstecker in einem geöffneten Zustand,
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3 eine erfindungsgemäße Batterie mit dem Sicherheitsstecker, und
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4 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug mit der Batterie.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den 1 und 2 ist beispielhaft ein erfindungsgemäßer Sicherheitsstecker 10 im Detail gezeigt. In 1 befindet sich der erfindungsgemäße Sicherheitsstecker 10 in einem ersten, einem geschlossenen Zustand und in 2 befindet sich der Sicherheitsstecker 10 in einem zweiten, einem geöffneten Zustand. Der erste Zustand gemäß 1 entspricht einem Betriebszustand und der zweite Zustand gemäß 2 entspricht einem Sicherheitszustand.
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Der Sicherheitsstecker 10 ist erfindungsgemäß zur Absicherung einer elektrischen Anlage vorgesehen. Dazu ist der Sicherheitsstecker 10 so angeordnet, dass sein Betätigungselement 12 von außen 40 zugänglich ist. Im Fall eines Services, einer Wartung der Anlage oder dergleichen kann der Sicherheitsstecker 10 gezogen werden, um die elektrische Anlage abzuschalten.
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Ein Gehäuse 22 der elektrischen Anlage verfügt zur Aufnahme des Sicherheitssteckers 10 über eine Gehäuseöffnung 44, durch die ein Steckersockel 20 des Sicherheitssteckers 10 in einen Gehäuseinnenraum 42 der elektrischen Anlage ragt. Der Steckersockel 20 ist mit geeigneten Befestigungsmitteln 28 am Gehäuse 22 befestigt, beispielsweise mittels Schrauben. Alternativ kann der Steckersockel 20 auch in das Gehäuse 22 der elektrischen Anlage integriert sein.
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Der Steckersockel 20 umfasst ein Inlay 36, in dem Führungselemente 34, zwei Sicherheitssteuerleitungen 14 und zwei Hochvoltleitungen 16 verankert sind.
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Zum Steckersockel 20 entlang einer Achse quer zum Gehäuse 22 verschiebbar angeordnet ist das Betätigungselement 12. Es weist bevorzugt eine Griffmulde 38 auf, mit der eine Betätigung ergonomischer erfolgen kann. In 1 steht das Betätigungselement 12 in einer ersten und in 2 in einer zweiten Position. In der ersten Position des Betätigungselements 12 befindet sich der Sicherheitsstecker 10 im Betriebszustand und in der zweiten Position im Sicherheitszustand.
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Das Betätigungselement 12 umfasst eine Sicherheitsschleife 30 und eine Hochvoltschleife 32. Die Sicherheitsschleife 30 verbindet in der ersten Position des Betätigungselements 12 die beiden Sicherheitssteuerleitungen 14 miteinander und stellt zwischen ihnen einen elektrischen Kontakt her. Die Hochvoltschleife 32 verbindet in der ersten Position des Betätigungselements 12 die beiden Hochvoltleitungen 16 miteinander und stellt zwischen ihnen einen elektrischen Kontakt her.
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Die Sicherheitsschleife 30 und die Hochvoltschleife 32 bestehen dazu im Wesentlichen aus elektrisch gut leitendem Material. Sie sind in das Betätigungselement 12 fest eingelassen. Das Betätigungselement 12 besteht im Wesentlichen aus einem elektrisch isolierenden Material.
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Wird der Sicherheitsstecker 10 gezogen, also das Betätigungselement 12 durch ein Herausziehen aus der ersten Position – gezeigt in 1 – in die zweite Position – gezeigt in 2 – gebracht, wird dabei zunächst der elektrische Kontakt zwischen den Sicherheitssteuerleitungen 14 unterbrochen und anschließend wird der elektrische Kontakt zwischen den beiden Hochvoltleitungen 16 unterbrochen. Die Schleifen 30 und 32 werden dabei von den jeweiligen Enden der Leitungen 14 und 16 heruntergezogen. Durch diesen redundanten Aufbau ist mit hoher Zuverlässigkeit gewährleistet, dass keine gefährliche Spannung mehr an von der elektrischen Anlage wegführenden Leitungen anliegt. Servicearbeiten können somit ohne Gefahr eines elektrischen Schlages oder elektrischen Kurzschlusses durchgeführt werden.
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Gegen ungewolltes Betätigen des Sicherheitssteckers 10 sind Verriegelungen 18 vorgesehen, die das Betätigungselement 12 gegen ein Herausziehen form- und/oder kraftschlüssig hemmen. Die Verriegelungen 18 sind am Steckersockel 20 positioniert und korrespondieren in ihrer Form mit entsprechenden Formelementen am Betätigungselement 12. Die Verriegelungen 18 sind dabei so dimensioniert, dass sie ab einer bestimmten Zugkraft überwunden werden können, indem eine elastische Verformung der Verriegelungen 18 eintritt und den Kraft- und/oder Formschluss reversibel löst.
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Auch gegen ein ungewolltes Zurücksetzen aus der zweiten Position – gezeigt in 2 – in die erste Position – gezeigt in 2 – ist das Betätigungselement 12 gesichert. Dazu weisen die Führungselemente 34 an ihren zum Betätigungselement 12 ragenden Enden Verdickungen 54 auf, welche korrespondierend mit Rücksetzhemmungen 52 im Betätigungselement 12 kraft- und/oder formschlüssig ein Zurücksetzen hemmen. Die Rücksetzhemmungen 52 sind dabei so dimensioniert, dass sie ab einer bestimmten Druckkraft überwunden werden können, indem eine elastische Verformung der Rücksetzhemmungen 52 eintritt und den Kraft- und/oder Formschluss reversibel löst. Alternativ können die Rücksetzhemmungen 52 auch mittels eines Werkzeugs überwunden werden.
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Gleichzeitig wirken die Verdickungen 54 an den Führungselementen 34 zusammen mit Ausformungen am Betätigungselement 12 gegen ein zu weites Herausziehen des Betätigungselements 12 und damit zur exakten Positionierung des Betätigungselements 12 in seiner zweiten Position.
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Damit in der zweiten Position des Betätigungselements 12 eine Gas- und Flüssigkeitsdichtheit des Sicherheitssteckers 10 gewährleistet bleibt, ist eine Dichtmembran 24 an dem Betätigungselement 12 und dem Steckersockel 20 angebracht, bevorzugt mittels Klemmen 26. Die Dichtmembran 24 überspannt einen Öffnungsbereich 56, der sich beim Herausziehen des Betätigungselements 12 aus der ersten in die zweite Position bildet. Das Gehäuse 22 der elektrischen Anlage wird somit bei einer Betätigung des Sicherheitssteckers 10 nicht undicht.
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Die Dichtmembran 24 ist erfindungsgemäß als Balg oder als Faltenbalg, als Rollmembran oder auch als dehnbarer Schlauch ausgeführt. Als Werkstoffe für die Dichtmembran 24 können erfindungsgemäß Kunststoffe, insbesondere Elastomere oder Metalle zum Einsatz kommen. Die Dichtmembran 24 ist mittels Klemmen 26 auf dem Sicherheitsstecker 10 befestigt. Erfindungsgemäß kann die Dichtmembran 24 auch mit dem Sicherheitsstecker 10 verklebt sein.
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Die elektrische Anlage, die der Sicherheitsstecker 10 absichert, ist erfindungsgemäß bevorzugt eine Batterie 46. Die erfindungsgemäße Batterie 46 ist skizzenhaft in 3 gezeigt. Der Sicherheitsstecker 10 ist dabei am Gehäuse der Batterie 46 befestigt. Die Batterie 46 weist daneben alle üblichen, hier nicht dargestellten Merkmale einer Batterie auf.
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Die erfindungsgemäße Batterie 46 ist bevorzugt in einem Kraftfahrzeug 48 integriert. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug 48 ist skizzenhaft in 4 gezeigt. Die Batterie 46 ist dabei bevorzugt mit einem Antriebssystem 50 des Kraftfahrzeugs 48 verbunden und dient bevorzugt auch als Traktionsbatterie.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19646474 A1 [0003]
- US 5109144 A [0003]
