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Die Erfindung betrifft eine Starterbatterie nach dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1.
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Die Erfindung betrifft somit das Gebiet von elektrochemischen Akkumulatoren, die als Starterbatterien in Fahrzeugen eingesetzt werden.
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Bisher ist es üblich, die an die Starterbatterie angeschlossenen Stromkreise entweder einzeln über mehrere Sicherungen abzusichern oder ggf. zusätzlich eine Hauptsicherung im Fahrzeug zu verbauen. Solche Sicherungen, oder präziser gesagt, solche Überstromschutzsicherungen, sind erforderlich, um bei elektrischen Defekten, insbesondere bei Kurzschlüssen, weitere Gefahren und Folgeschäden zu vermeiden, z. B. das Entstehen von Bränden. Es gibt bereits verschiedene Vorschläge für die Anordnung einer solchen zentralen Hauptsicherung, z. B. in
DE 103 28 184 B3 ,
US 2002/0098413 A1 oder
DD 128 218 A . Vorteilhaft ist hierbei insbesondere eine Anbringung der Überstromschutzsicherung an oder in dem Akkumulator, wie z. B. in
DE 103 28 184 B3 vorgeschlagen.
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Die Druckschrift
AT 69607 B betrifft eine Kabelanschlussvorrichtung für tragbare Sammlerbatterien.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Starterbatterie mit einer einfach und sicher handhabbaren Lösung für die Anordnung einer Überstromschutzsicherung an oder in dem Akkumulator anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst, wobei vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Starterbatterie in den Unteransprüchen angegeben sind.
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Insbesondere weist die erfindungsgemäße Starterbatterie eine Einrichtung mit mehreren Bauteilen auf, wobei die Einrichtung als in das Gehäuse eines Akkumulators einsetzbare Baueinheit ausgebildet ist, wobei die Einrichtung wenigstens folgende Bauteile aufweist:
- a) wenigstens einen Anschlusspol des Akkumulators, wobei der wenigstens eine Anschlusspol zum Anschluss eines an den Anschlusspol anschließbaren Kontaktelements ausgebildet ist,
- b) wenigstens eine mit dem wenigstens einen Anschlusspol elektrisch und mechanisch gekoppelte Überstromschutzsicherung, und
- c) wenigstens ein mit der wenigstens einen Überstromschutzsicherung elektrisch und mechanisch gekoppeltes elektrisches Kontaktelement zur Verbindung mit einem im Gehäuse des Akkumulators angeordneten Kontaktgegenstück, wobei das Kontaktelement auf beschädigungsloses mehrfaches Verbinden mit und Lösen von dem Kontaktgegenstück ausgelegt ist.
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Das an den Anschlusspol anschließbare Kontaktelement kann z. B. als auf den Anschlusspol aufsetzbare Polklemme, als Schraubanschluss oder als Steckkontakt ausgebildet sein.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass die Überstromschutzsicherung mit wenigstens einem Anschlusspol des Akkumulators und wenigstens einem elektrischen Kontaktelement, das zur Verbindung mit einem im Gehäuse des Akkumulators angeordneten Kontaktgegenstück ausgebildet ist, als eine in das Gehäuse des Akkumulators einsteckbare Baueinheit ausgebildet ist. Hierdurch können die elektrischen Übergangswiderstände zwischen dem Anschlusspol und den im Gehäuse des Akkumulators angeordneten elektrochemischen Zellen gering gehalten werden, da nur eine lösbare und wiederverbindbare elektrische Kontaktierung erforderlich ist, nämlich die Kontaktierung zwischen dem elektrischen Kontaktelement und dem Kontaktgegenstück. Die übrigen Bauteile der einsteckbaren Baueinheit können widerstandsarm fest miteinander gekoppelt sein.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass die erfindungsgemäße Einrichtung für den Anwender einfach und sicher handhabbar ist. Für die Sicherheit ist es insbesondere günstig, dass die Überstromschutzsicherung immer zusammen mit dem Anschlusspol des Akkumulators entfernt oder angeschlossen werden muss. Bei herausgenommener erfindungsgemäßer Einrichtung ist zugleich ein Anschlusspol des Akkumulators entfernt, so dass der Akkumulator nicht unsachgemäß betrieben werden kann.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Überstromschutzsicherung einfach ersetzt werden kann, indem die erfindungsgemäße Einrichtung mit mehreren Bauteilen als eine Baueinheit aus dem Gehäuse des Akkumulators entfernt wird und dann entweder die Überstromschutzsicherung in dieser Baueinheit einzeln ersetzt wird oder die gesamte Baueinheit gegen eine neue Baueinheit getauscht wird. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sie kostengünstig realisiert werden kann und sich daher auch für die industrielle Serienproduktion in hohen Stückzahlen gut eignet.
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Die wenigstens eine Überstromschutzsicherung kann wenigstens einen ersten elektrischen Anschlusskontakt und wenigstens einen zweiten, vom ersten elektrischen Anschlusskontakt getrennten zweiten elektrischen Anschlusskontakt aufweisen. Zwischen diesem ersten und zweiten elektrischen Anschlusskontakt kann dann ein auf Überstrom, d. h. einen bestimmten Grenzwert überschreitenden Wert des elektrischen Stroms, ansprechendes Sicherungselement der Überstromschutzsicherung geschaltet sein. Ferner kann der wenigstens eine Anschlusspol an dem ersten elektrischen Anschlusskontakt der Überstromschutzsicherung und das wenigstens eine elektrische Kontaktelement an dem zweiten elektrischen Anschlusskontakt der Überstromschutzsicherung angeschlossen sein. Die Überstromschutzsicherung kann z. B. schraubbare Anschlusskontakte als ersten und/oder zweiten elektrischen Anschlusskontakt aufweisen. Geeignet sind insbesondere Hochstromsicherungen mit einem Auslösestrom des Sicherungselements von z. B. 500 Ampere.
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Gemäß der Erfindung weist die Einrichtung wenigstens ein zweites elektrisches Kontaktelement auf, das auf beschädigungsloses mehrfaches Verbinden mit und Lösen von einem zweiten Kontaktgegenstück ausgelegt ist und das elektrisch an den ersten elektrischen Anschlusskontakt der Überstromschutzsicherung angeschlossen ist. Über das zweite elektrische Kon-taktelement kann z. B. eine elektronische Überwachungsschaltung zur Kontrolle des Zustands der Überstromschutzsicherung realisiert werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Einrichtung wenigstens zwei elektrisch parallel geschaltete Überstromschutzsicherungen auf. Hierdurch kann die Gesamtbelastbarkeit der erfindungsgemäßen Einrichtung weiter erhöht werden und damit die Anwendungsvielfalt der Erfindung ausgebaut werden. Insbesondere können handelsübliche Hochstrom-Überstromschutzsicherungen eingesetzt werden, die durch Parallelschaltung von zwei oder mehr Überstromschutzsicherungen auf den jeweiligen Anwendungsfall adaptiert werden können. Die als Baueinheit ausgebildete Einrichtung kann z. B. einen Trägerbereich für die Überstromschutzsicherungen aufweisen, in dem die Überstromschutzsicherungen angeordnet und befestigt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Einrichtung einen zur Anbringung innerhalb des Gehäuses des Akkumulators vorgesehenen ersten Abschnitt und einen bei Anbringung des ersten Abschnitts innerhalb des Gehäuses des Akkumulators außerhalb des Gehäuses des Akkumulators angeordneten zweiten Abschnitt auf, wobei der Anschlusspol im zweiten Abschnitt angeordnet ist. Auf diese Weise ist die als Baueinheit ausgebildete Einrichtung teilweise in dem Gehäuse des Akkumulators versenkbar. Der zweite Abschnitt der Einrichtung ist dann noch von außen zugänglich.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Einrichtung wenigstens ein Dichtelement auf, das den ersten Abschnitt bei Anbringung des ersten Abschnitts innerhalb des Gehäuses des Akkumulators gegenüber der Umgebung abdichtet. Hierdurch sind die im Gehäuse des Akkumulators angeordneten Bauteile vor äußeren Umgebungseinflüssen geschützt, insbesondere vor Feuchtigkeit. Das Dichtelement kann z. B. als Abdeckplatte, Elastomerdichtung oder ähnliches ausgebildet sein. Das Dichtelement der erfindungsgemäßen Einrichtung kann mit einem Teil des Gehäuses des Akkumulators zur Abdichtung zusammenwirken, z. B. mit einer am Gehäuse des Akkumulators angeordneten Elastomerdichtung.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind der wenigstens eine Anschlusspol, die wenigstens eine Überstromsicherung und das wenigstens eine elektrische Kontaktelement ganz oder teilweise zu einer integrierten Baueinheit baulich zusammengefasst. Insbesondere können die genannten Elemente ganz oder teilweise unlösbar miteinander verbunden sein, z. B. indem der Anschlusspol und/oder das elektrische Kontaktelement direkt an die Überstromschutzsicherung angeformt ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die folgenden Bauteile der Einrichtung baulich in der nachfolgend angegebenen Reihenfolge hintereinander angeordnet: der wenigstens eine Anschlusspol, die wenigstens eine Überstromschutzsicherung, das wenigstens eine elektrische Kontaktelement. Dies erlaubt die Realisierung einer kompakten und zugleich schlanken Baueinheit, die gut in Akkumulatorgehäuse einsetzbar ist, insbesondere wenn der Akkumulator als Starterbatterie oder Versorgungsbatterie für Fahrzeuge ausgebildet ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das elektrische Kontaktelement von einer Position außerhalb des Gehäuses vom im Gehäuse des Akkumulators angeordneten Kontaktgegenstück lösbar und damit verbindbar. Dies hat den Vorteil, dass das Akkumulatorgehäuse nach dem Einsetzen der elektrochemischen Zellen in das Gehäuse geschlossen werden kann und die erfindungsgemäße Einrichtung durch eine z. B. im Deckelteil des Akkumulatorgehäuses verbliebene Einsetzöffnung in das Gehäuse des Akkumulators eingesetzt werden kann und hierbei die elektrische Verbindung mit dem Kontaktgegenstück hergestellt werden kann, ohne dass ein sonstiger Eingriff von außen erforderlich ist. Insbesondere ist keine zusätzliche Montageöffnung oder Wartungsklappe in dem Gehäuse erforderlich, die die Dichtheit des Gehäuses beeinträchtigen könnte.
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Das elektrische Kontaktelement kann z. B. als Steckanschluss, als Klemmanschluss und/oder als Schraubanschluss ausgebildet sein. Insbesondere ist auch eine Kombination als Steck-Klemm-Anschluss oder als mit einer Verschraubung zusätzlich sicherbarer Steckanschluss vorteilhaft. Das gleiche gilt für das zweite elektrische Kontaktelement.
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Die erfindungsgemäße Starterbatterie weist wenigstens ein Gehäuse und wenigstens eine in dem Gehäuse angeordneten elektrochemischen Akkumulatorzelle auf, wobei die Starterbatterie wenigstens zwei elektrische Anschlusspole zur Bereitstellung elektrischer Energie an elektrische Verbraucher aufweist, wobei in eine Gehäuseöffnung des Gehäuses der Starterbatterie eine Einrichtung der zuvor beschriebenen Art eingesetzt ist, die einen der Anschlusspole des Akkumulators aufweist.
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Hierbei kann die Einrichtung in dem Gehäuse der Starterbatterie soweit versenkt angeordnet sein, das wenigstens der Anschlusspol der Einrichtung von außen zugänglich ist. Das erlaubt eine einfache und bequeme Anbringung einer Polklemme oder eines sonstigen Kontaktelements an dem Anschlusspol.
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Die elektrochemischen Zellen des Akkumulators können grundsätzlich beliebigen Typs sein, z. B. Blei-Säure, Blei-Gel, Nickel-Cadmium, Nickelmetallhydrid. Es können auch eine, mehrere oder alle elektrochemischen Zellen des Akkumulators als Lithium-Zellen ausgebildet sein, insbesondere als Lithium-Polymer- und/oder Lithium-Ionen-Zellen. Dies hat den Vorteil, dass ein Akkumulator mit hoher Kapazität bei geringem Bauraum, das heißt mit hoher Leistungsdichte, bereitgestellt werden kann.
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Gemäß der Erfindung ist die Starterbatterie als elektrische Energiequelle eines Fahrzeuges ausgebildet. So kann die Starterbatterie Energie für ein Fahrzeug bereithalten, z. B. zum Starten des Motors oder für weitere elektrische Verbraucher, und beim Aufladen wieder aufnehmen. Insbesondere kann die Starterbatterie als mit Lithium-Zellen bestückte Starterbatterie eines Fahrzeuges ausgebildet sein. Hierdurch können Starterbatterien bereitgestellt werden, die bei geringerem Bauraum und geringerem Gewicht vergleichbare Kapazitäten bieten können wie herkömmliche Blei-Säure-Starterbatterien. Insbesondere kann das Gehäuse des Akkumulators die Form und/oder die Abmessungen von Normgehäusen von Starterbatterien für Kraftfahrzeuge aufweisen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 einen Akkumulator in isometrischer Ansicht und
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2 eine seitliche Querschnittsansicht des Akkumulators gemäß 1 und
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3 eine in das Gehäuse des Akkumulators einsetzbare Baueinheit und
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4 eine Baueinheit mit einem Kontaktgegenstück und
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5 bis 8 verschiedene Bauteile der Baueinheit gemäß 3 im Laufe des Zusammenbaus.
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In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für einander entsprechende Bauteile verwendet.
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Die 1 zeigt einen Akkumulator 10 mit einem Gehäuse, das einen unteren Gehäusekasten 13 und ein auf den Gehäusekasten 13 aufgesetztes Deckelteil 12 aufweist. Hierdurch wird ein Gehäuse mit einer Form üblicher Starterbatterien für Kraftfahrzeuge gebildet. Diese Form ist in der 1 lediglich beispielhaft schematisch wiedergegeben. Aus dem Deckelteil 12 ragen zwei elektrische Anschlusspole 2, 9 des Akkumulators 10 heraus. Beispielsweise ist der Anschlusspol 2 der Pluspol, der Anschlusspol 9 der Minuspol. Die Anschlusspole 2, 9 dienen zur Bereitstellung der elektrischen Energie des Akkumulators 10 und zur Wiederaufladung der im Akkumulator 10 enthaltenen elektrochemischen Zellen. Zur elektrischen Kontaktierung kann auf jeden der Anschlusspole 2, 9 jeweils eine Polklemme aufgesetzt werden, z. B. in Form einer Schraubklemme oder einer Federkraftklemme. Der Anschlusspol 2 ist als erfindungsgemäße Einrichtung mit mehreren Bauteilen ausgebildet, die als eine Baueinheit in das Gehäuse 12, 13 des Akkumulators 10 einsetzbar ist. Hierfür weist das Deckelteil 12 an der Oberseite eine Öffnung auf, durch die die Baueinheit hindurchgeführt und eingesetzt werden kann. Erkennbar ist, dass eine Abschlussplatte 20 der Baueinheit, die den Anschlusspol 2 umgibt, auf der Außenoberfläche des Deckelteils 12 aufliegt, um die Öffnung abzudecken und das Innere des Gehäuses 12, 13 abzudichten.
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Die 2 zeigt den Akkumulator 10 gemäß 1 in seitlicher Schnittansicht mit weiteren Details. Erkennbar ist, dass in dem Gehäuse 12, 13 eine oder mehrere elektrochemische Zellen 15 angeordnet sind, z. B. eine entsprechende Anzahl von Lithium-Ionen-Zellen oder Lithium-Polymer-Zellen, mit denen das für Starterbatterien übliche Spannungsniveau von 12 Volt bzw. im Falle von Nutzfahrzeugen von 24 Volt erreicht werden kann. Bei der 12 Volt-Ausführung werden in der Regel vier Zellen in Reihe geschaltet, bei der 24 Volt Ausführung acht Zellen in Reihe. Die einzelnen Zellen können z. B. über Stromschienen oder Busbars miteinander verbunden werden. In der 2 ist beispielhaft die Verbindung einer letzten Zeile der Reihenschaltung der elektrochemischen Zellen 15 über ein Anschlussmodul 5 mit der erfindungsgemäßen Einrichtung dargestellt. Die Erfindung ist allerdings unabhängig vom vorgesehenen Spannungsniveau bei jedem Akkumulatortyp einsetzbar, z. B. auch für 48 Volt-Anwendungen oder Hochvoltanwendungen.
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Zunächst sei wieder auf die erfindungsgemäße Einrichtung eingegangen, die mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist. Die Einrichtung 1 weist mehrere Bauteile auf, die in der 2 bereits grundsätzlich erkennbar sind und anhand der weiteren Figuren noch detaillierter beschrieben werden. Erkennbar sind anhand der 2 wiederum der Anschlusspol 2 und die Abdeckplatte 20. Der Anschlusspol 2 ist über eine Überstromschutzsicherung 3 der Einrichtung 1 mit einem als Steckkontakt ausgebildeten elektrischen Kontaktelement 4 der Einrichtung 1 verbunden. Das Kontaktelement 4 ist in ein Kontaktgegenstück des Anschlussmoduls 5 eingesteckt. Das Kontaktgegenstück weist eine Buchsenform auf. Über das Kontaktgegenstück wird die elektrische Verbindung des Anschlusspols 2 zur letzten Zelle der Reihenschaltung der elektrochemischen Zellen 15 hergestellt.
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Auf der anderen Seite der Reihenschaltung ist die letzte Zelle beispielsweise über eine Stromschiene oder ein Kabel mit dem Anschlusspol 9 verbunden.
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Die Einrichtung 1 weist einen zur Anbringung innerhalb des Gehäuses 12, 13 vorgesehenen ersten Abschnitt 19 und einen bei Anbringung des ersten Abschnitts 19 innerhalb des Gehäuses 12, 13 außerhalb des Gehäuses des Akkumulators angeordneten zweiten Abschnitt 18 auf. Der Anschlusspol 2 ist im zweiten Abschnitt 18 angeordnet.
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Die 3 zeigt die Einrichtung 1 in isometrischer vergrößerter Ansicht. Erkennbar ist wiederum der Anschlusspol 2, der sich durch die Abdeckplatte 20 hindurch erstreckt und in dem ersten Abschnitt 19 unterhalb der Abdeckplatte 20, der zur Anordnung im Inneren des Gehäuses 12, 13 des Akkumulators 10 eingerichtet ist, über ein Kontaktstück 28 mit der Überstromschutzsicherung 3 elektrisch und mechanisch gekoppelt ist. Die Überstromschutzsicherung 3 ist auf ihrer anderen Seite über ein Kontaktstück 42 mit dem Steckkontakt 4 elektrisch und mechanisch gekoppelt. Für die Anordnung und mechanische Fixierung der genannten Bauteile weist die Einrichtung 1 einen Trägerrahmen 27 auf, der mit der Abdeckplatte 20 verbunden ist, z. B. in Form eines einstückig gefertigten Bauteils, z. B. als Kunststoffspritzgussteil. Die Kontaktstücke 28, 42 sind innerhalb des Trägerrahmens 27 angeordnet und an diesem befestigt.
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Die 4 zeigt das Anschlussmodul 5, das als permanent in dem Gehäuse 12, 13 angeordnete Einheit ausgebildet ist. Das Anschlussmodul 5 weist ein als Buchse ausgeführtes Kontaktgegenstück 6 zum Steckkontakt 4 auf. Es kann sich z. B. um eine Hochstrom-Steckverbindung der Firma Multikontakt handeln. Das Kontaktgegenstück 6 ist über eine Stromschiene 8 mit einer elektrochemischen Zelle 15 verbunden, wie in 2 dargestellt. An der Stromschiene 8 ist zusätzlich eine elektrische Leitung 7 angeschlossen, die mit einer Überwachungseinheit des Akkumulators verbunden ist. Die Überwachungseinheit überwacht anhand der über den Kontakt 7 gemessenen Spannung die korrekte Funktion der elektrochemischen Zellen 15.
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Die 5 zeigt den Trägerrahmen 27 mit der Abdeckplatte 20, bevor die verschiedenen Bauteile der Einrichtung 1 daran bzw. darin befestigt sind. Auf der Unterseite der Abdeckplatte 20 kann sich z. B. eine Gummidichtung 26 befinden. Diese kommt bei in das Gehäuse 12, 13 des Akkumulators 10 eingesetzter Einrichtung 1 auf der Oberseite des Deckelteils 12 zur Anlage. Der Anschlusspol 2 weist etwa in der Mitte seiner Längserstreckung einen Flansch 24 auf, der einen Anschlag beim Einsetzen des Anschlusspols 2 in eine Öffnung der Abdeckplatte 20 bildet. Unterhalb des Flanschs 24 kann zur Verbesserung der Abdichtung ein Dichtring 21 angeordnet werden. Im Bereich unterhalb des Flanschs 24 weist der Anschlusspol 2 eine Nut 23 auf. In diese wird nach dem Einsetzen des Anschlusspols 2 in die Öffnung der Abdeckplatte 20 ein Sicherungsmittel, z. B. ein Springring 22, eingesetzt. Der Anschlusspol 2 ist dann wie in 6 ersichtlich an der Abdeckplatte 20 abgedichtet befestigt.
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Die 6 zeigt ferner, wie der Steckkontakt 4 ausgebildet ist und in der Einrichtung 1 montiert wird. Zunächst wird das Kontaktstück 42, das zum Beispiel als Metallblock z. B. aus Kupfer ausgebildet ist, in dem Rahmen 27 angeordnet. Sodann wird, ggf. mit einer Unterlegscheibe 41, der Steckkontakt 4 über einen Gewindebereich in das Kontaktstück 42 eingeschraubt. Hierfür weist der Steckkontakt 4 eine entsprechende Außenkontur z. B. in Form eines Sechskants auf, so dass das Einschrauben mittels eines Schraubenschlüssels durchgeführt werden kann.
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Die 7 zeigt den in der Einrichtung 1 eingebauten Steckkontakt 4. Ferner ist in der 7 erkennbar, dass zwei Überstromschutzsicherungen 3 in den Trägerrahmen 27 eingebaut werden können. Die Überstromschutzsicherungen 3 weisen jeweils einen ersten elektrischen Anschlusskontakt 31 und einen zweiten elektrischen Anschlusskontakt 32 auf, die z. B. als schraubbare Anschlussfahnen ausgebildet sein können, wie in der 7 dargestellt. Solche Überstromschutzsicherungen sind z. B. von der Firma Littelfuse erhältlich. Die Kontaktstücke 28, 42 weisen entsprechende Bohrungen auf, an denen die Anschlusskontakte 31, 32 angeschraubt werden können. Dies ist in der 8 dargestellt. Gemäß 8 sind die Überstromschutzsicherungen 3 in den Trägerrahmen 27 eingesetzt. Sie werden dann über Schrauben 33 festgeschraubt.
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Die 8 zeigt ferner das Befestigen eines Anschlusselements 34 mittels einer Schraube 36 und einer Unterlegscheibe 35 an der zum Inneren des Gehäuses 12, 13 des Akkumulators 10 gerichteten Seite des Anschlusspols 2. Das Anschlusselement 34 kann mit der Überwachungseinrichtung verbunden werden, so dass die Überwachungseinrichtung durch Auswertung der Spannung am Anschlusselement 34 die Überstromschutzsicherungen 3 überwachen kann und damit feststellen kann, ob die Überstromschutzsicherungen 3 defekt sind.
