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Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung für ein Sicherungselement insbesondere für eine Schmelzsicherung sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Verbindungsanordnung.
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Im Stand der Technik sind diverse Schmelzsicherungen bekannt. Schmelzsicherungen werden insbesondere in einem Leitungsstrang innerhalb von Fahrzeuganwendungen verwendet. Solche Schmelzsicherungen werden einseitig mit einem Kabel bzw. einer Leitung verbunden und werden dann typischerweise mit Hilfe eines herkömmlichen Schrumpfschlauches gegen Umwelt- und Witterungseinflüsse geschützt.
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Zum Einen wird dadurch ein besserer Schutz eines möglicherweise empfindlichen Gehäuses herbeigeführt, zum Anderen wird auf diese Weise erreicht, dass eventuelle Undichtigkeiten des Gehäuses beseitigt werden und dadurch Alterung und Korrosion besser beherrscht werden. Nachteilig ist dabei, dass Schrumpfschlauchverbindungen in der Regel nicht dauerhaft dicht sind und ferner auch nur Teile des Sicherungselements vor Umwelteinflüssen und Feuchtigkeit gesichert sind.
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Ferner besteht im Bereich der Automobiltechnik der Wunsch nach einfachen und kostengünstigen, jedoch dauerhaft sicheren Verbindungstechniken.
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Es ist bekannt, dass z. B. herkömmliche elektrische Schraub- und Schweißverbindungen aufwendig in der Herstellung und/oder in der Überprüfung ihrer Verbindungsgüte sind. Andererseits verfügen herkömmliche Schmelzsicherungen in der Regel über endseitige Aufnahmeabschnitte zum Herstellen einer materialschlüssigen Verbindung, wie einer Schweiß- oder Lötverbindung bzw. über einen Verbindungsabschnitt zur Herstellung einer Schraubverbindung. So weisen herkömmliche Schmelzsicherungen zum Beispiel ein Loch zum Durchstecken eines Gewindebolzens auf, an dem die Sicherung mechanisch und elektrisch mit einer Stromschiene verbunden werden.
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Ein weiterer Nachteil der im Stand der Technik bekannten Schmelzsicherungen, insbesondere MiTox-Sicherungen, liegt in dem Umstand, dass die Zeitdauer während dessen eine Lichtbogenzündung beim Ansprechen der Sicherung auftritt, verhältnismäßig lange dauert. So haben Messungen gezeigt, dass konventionelle Ausführungen in der Regel bis ca. 15 Millisekunden einen stehenden Lichtbogen zeigen, bevor der Lichtbogen wieder erlischt. Dies hat mehrere Ursachen. Ein Grund liegt in dem nicht hermetisch abgedichteten und damit verfügbaren Luftgasvolumen und dem entstehenden Druck im Inneren der Sicherung (d. h. im Isolierkörper der Sicherung) beim Zündungsvorgang des Lichtbogens.
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Wünschenswert ist es eine Verbindungsanordnung bereitzustellen, bei der die Dauer des stehenden Lichtbogens verkürzt wird.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, vorbesagte Nachteile zu überwinden und eine insbesondere dauerhaft gegen Umwelteinflüsse gesicherte Verbindungsanordnung mit einer Sicherung mit angeschlossenen Leitungen herzustellen, die einfach und kostengünstig zu fertigen ist und bei der sich eine verbesserte d. h. reduzierte Lichtbogenbrenndauer ergibt.
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Diese Aufgabe wird mit einer Verbindungsanordnung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 und einem Verfahren zur Herstellung einer solchen Verbindungsanordnung mit den Merkmalen von Anspruch 9 gelöst.
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Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist es, ein Sicherungselement mit integrierten Anschlussabschnitten bereitzustellen, wobei neben den Anschlussabschnitten Kabelhalterungen vorhanden sind und ein inneres Isoliergehäuse des Sicherungselements zusammen mit den Anschlussabschnitten und den Kabelhalterungen von einem äußeren, d. h. zweiten Isolierkörper umgeben ist, wobei der äußere zweite Isolierkörper vorzugsweise als Umspritzung vollständig das Sicherungselement mit den Anschlussabschnitten und den Kabelhalterungen umgibt.
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Erfindungsgemäß ist demnach eine Verbindungsanordnung vorgesehen, bestehend aus einem Sicherungselement mit zwei Anschlussabschnitten und einem dazwischenliegenden Schmelzleiter, wobei ein erster Isolierkörper den Schmelzleiter umschließt und wobei an jedem Anschlussabschnitt je eine mit dem Sicherungselement einstückig ausgebildete Kabelhalterung vorgesehen ist, wobei je eine mit einem Kabelmantel ummantelte Aderleitung mit dem jeweiligen Anschlussabschnitt durch ein Fügeverfahren verbunden ist und wobei der Kabelmantel jeder Aderleitung von der jeweils benachbarten Kabelhalterung gehalten wird und wobei ferner ein zweiter Isolierkörper vorgesehen ist, der das Sicherungselement zusammen mit seinen Anschlussabschnitten und den Kabelhalterungen sowie je einen endseitigen Abschnitt des Kabelmantels umschließt und wobei zur Abdichtung des Sicherungselements gegen Umwelteinflüsse mindestens ein Formschluss zwischen dem Kabelmantel und dem zweiten Isolierkörper besteht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass am Anschlussabschnitt jeweils Crimplaschen vorgesehen sind und diese eine Crimpverbindung mit den Adern der jeweils angecrimpten Aderleitung ausbilden. Anders ausgedrückt, bedeutet dies, dass das Sicherungselement bevorzugt Crimpanschlussverbindungen bereitstellt, um als Anschlusstechnik eine Crimpverbindung mit der Aderleitung oder einem Kabel herstellen zu können.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Kabelhalterungen eine Isolationscrimpverbindung mit dem jeweiligen Kabelmantel ausbilden. Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass die Kabelhalterungen als Isolationscrimphalterungen ausgebildet sind, um einen Isolationscrimp mit dem Kabelmantel herzustellen. Hierdurch wird sichergestellt, dass das am Sicherungselement bzw. an der Schmelzsicherung angeschlossene Kabel sicher gehalten wird und die in der Praxis auftretenden Kabelzugkräfte durch die am Sicherungselement integrierte Kabelhalterung aufgefangen werden können, so dass die Verbindungsanordnung bereits eine Kabelrückhaltefunktion beinhaltet.
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Es ist weiter mit Vorteil vorgesehen, dass der zweite Isolierkörper aus einem anderen Isolierstoffmaterial ausgebildet ist als der erste Isolierkörper. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der zweite Isolierkörper aus einem spritzfähigen Isolierstoffmaterial wie z. B. einem Polyamid oder allgemein einem Elastomer gebildet ist, welcher mit der Oberfläche des ersten Isolierkörpers bzw. mit dem Material des ersten Isolierkörpers eine formschlüssige und weiter bevorzugt eine dauerfeste Verbindung eingeht.
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In einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Sicherungen als Schmelzsicherung und weiter bevorzugt als Mi-Tox-Sicherungen ausgebildet sind. Andererseits kann die vorliegende Erfindung auch auf andere Sicherungsvarianten, insbesondere Schmelzsicherungsvarianten, angewendet werden.
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Wie bereits angegeben, ist es besonders vorteilhaft, wenn der zweite Isolierkörper mittels eines Umspritzverfahrens, d. h. mittels Umspritzen, hergestellt ist. Dies kann in einer besonders effizienten Art und Weise in einem Spritzwerkzeug erfolgen, welches z. B. über geeignete Wechseleinsätze verfügt, um die gewünschten Kabelquerschnitte und Sicherungsvarianten aufnehmen zu können.
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In einer ebenfalls vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der zweite Isolierkörper das Sicherungselement zusammen mit seinen Anschlussabschnitten und den Kabelhalterungen sowie je einen endseitigen Abschnitt des Kabelmantels formschlüssig umschließt und weiter bevorzugt mit der Oberfläche derselben eine Verbindung eingeht.
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Es ist weiter vorteilhaft, wenn der zweite Isolierkörper eine im Wesentlichen zylinderförmige Außenkontur aufweist bzw. ausbildet. Auf diese Weise kann man eine besonders kompakte und die Vorrichtung umschließende Ausgestaltung erzielen.
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Es ist weiter vorteilhaft, wenn der erste Isolierkörper, der den Schmelzleiter des Sicherungselements umgibt, als zweiteiliger Isolierkörper ausgebildet ist und aus einer oberen Isolierkörperhälfte und einer unteren Isolierkörperhälfte gebildet wird. Zwischen den Isolierkörperhälften befindet sich der Schmelzleiter, der von einem systembedingten Luftvolumen umgeben ist. Ohne das Vorhandensein des zweiten, den ersten Isolierkörper umschließenden Isolierkörpers zeigt eine solche Schmelzsicherung ein anderes Abbrandverhalten und weist damit eine längere Zeitdauer für einen stehenden Lichtbogen auf.
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Aufgrund des dichten, insbesondere formschlüssig den ersten Isolierkörper umgebenden zweiten Isolierkörper wird erreicht, dass sich die Dauer des Lichtbogens in etwa um 60 bis 70% gegenüber der nicht umspritzen Variante reduzieren lässt.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer wie zuvor beschriebenen Verbindungsanordnung mit den folgenden Schritten:
- a) Herstellen einer Crimpverbindung zwischen den Anschlussabschnitten des Sicherungselements und den Adern je einer Aderleitung oder eines Kabels,
- b) Verbinden der Kabelhalterungen mit dem jeweiligen Kabelmantel, der an dem jeweiligen Anschlussabschnitt angecrimpten Aderleitung,
- c) Umspritzen des Sicherungselements zusammen mit seinen Anschlussabschnitten und den Kabelhalterungen sowie je einen endseitigen Abschnitt des Kabelmantels, so dass mindestens ein Formschluss zwischen dem Kabelmantel und dem zweiten Isolierkörper hergestellt wird.
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Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnungen verwiesen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert.
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In der Zeichnung zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Verbindungsanordnung ohne den zweiten Isolierkörper,
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2 eine perspektivische Ansicht einer Verbindungsanordnung gemäß 1 mit einem zweiten Isolierkörper,
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3 eine schematische Schnittansicht durch eine Verbindungsanordnung, und
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4 ein Mess-Diagramm, welches die jeweilige Zeitdauer des stehenden Lichtbogens in einer umspritzten Variante und einer dazu im Vergleich nicht umspritzten Variante zeigt.
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Es wird darauf hingewiesen, dass gleiche Bezugszeichen in den Figuren auf gleiche strukturelle und/oder funktionale Merkmale hinweisen.
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Die 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verbindunganordnung 1. Die Verbindungsanordnung 1 besteht aus einem Sicherungselement 10, welches zwei Anschlussabschnitte 12, 13 und zwar im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Crimpanschlussabschnitte 12, 13 aufweist. Zwischen den Anschlussabschnitten 12, 13 liegt ein Schmelzleiter 11, welches in der 3 beispielhaft gezeigt ist. In der 3 ist eine beispielhafte Schnittansicht durch ein Ausführungsbeispiel einer Verbindungsanordnung 1 ähnlich der 2 gezeigt.
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An jedem Anschlussabschnitt 12, 13 ist je eine mit den Sicherungselementen 10 einstückig ausgebildete Kabelhalterung 12a, 13a und zwar als Isolationscrimplasche vorgesehen.
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Wie in 1 in der Darstellung ohne den äußeren Isolierkörper 21 gut zu erkennen, ist eine Aderleitung 30 mit einem Kabelmantel 31 jeweils an einem der Anschlussabschnitte 12, 13 formschlüssig befestigt. Andererseits wird der Kabelmantel 31 durch die Crimplaschen der Kabelhalterung 12a, 13a umschlossen, während die Adern der Aderleitung 30 eine Crimpverbindung mit dem Anschlussabschnitt 12 bzw. 13 bilden.
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In der 2 ist ferner ein zweiter Isolierkörper 21 zu erkennen, der das Sicherungselement 10 zusammen mit seinen Anschlussabschnitten 12, 13 und den Crimplaschen der Kabelhalterungen 12a, 13a sowie einen endseitigen Abschnitt 31a des jeweiligen Kabelmantels 31 umschließt.
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Es ist ferner zu erkennen, dass zur Abdichtung des Sicherungselements gegen Umwelteinflüsse ein Formschluss zwischen dem Kabelmantel 31 und dem zweiten Isolierkörper 21 ausgebildet wird.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Isolierkörper 21 aus einem spritzfähigen Isolierstoffmaterial ausgebildet und wurde als Umspritzung hergestellt. Wie ferner zu erkennen ist, bildet der zweite Isolierkörper 21 eine im Wesentlichen zylinderförmige Außenkontur aus.
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Der erste Isolierkörper 20 ist als zweiteiliger Isolierkörper aus einer oberen Isolierkörperhälfte 20a und einer unteren Isolierkörperhälfte 20b ausgebildet, wie dies in 1 ersichtlich ist.
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In der 4 ist eine Gegenüberstellung einer MiTox-Sicherung ohne zweites Isoliergehäuse 21 zu einer Verbindungsanordnung mit einer solchen Sicherung mit einem zweiten Isoliergehäuse 21 gezeigt. Dargestellt ist insbesondere die Dauer (Zeit in Millisekunden) des Lichtbogens, welcher bei fünf Ausführungsformen (Proben) gemessen wurde. Bei der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung (linke Ansicht) liegt die Brenndauer des Lichtbogens regelmäßig unterhalb von 5 ms in einem Bereich zwischen ca. 3 bis 4 ms.
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Die gleiche Sicherung mit lediglich einem Gehäuse 20 weist eine Stehdauer des Lichtbogens von ca. 12 bis 14 ms auf, was in etwa der dreifachen Zeitspanne der erfindungsgemäßen Lösung entspricht. Ferner ist daneben zu erkennen, dass auch die Strombelastung (Zeitdauer des entsprechenden Stromes) geringer ist.
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Hierdurch lässt sich zeigen, dass mittels der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung nicht nur ein Schutz gegen Umwelteinflüsse erzielt werden kann, sondern auch die Lichtbogencharakteristik der Sicherung verbessert wird.
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Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen, bei denen insbesondere das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben ist.
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Schließlich sei darauf hingewiesen, dass die voranstehend beschriebene Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung lediglich zur Darstellung und Erörterung der beanspruchten Lehre dient, die jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele eingeschränkt ist. So kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass die Verbindungsanordnung in einer vereinfachten Ausgestaltung so ausgebildet ist, dass ein erster Isolierkörper den Schmelzleiter der Sicherung umschließt und je eine mit einem Kabelmantel ummantelte Aderleitung mit dem jeweiligen Anschlussabschnitt der Schmelzsicherung durch ein Fügeverfahren verbunden ist und wobei ferner ein zweiter Isolierkörper vorgesehen ist, der das Sicherungselement zusammen mit seinen Anschlussabschnitten sowie je einen endseitigen Abschnitt des Kabelmantels vollständig umschließt, wobei zur Abdichtung des Sicherungselements gegen Umwelteinflüsse, mindestens ein Formschluss, vorzugsweise ein Kraft- und Formschluss zwischen dem Kabelmantel bzw. den endseitigen Abschnitten und dem zweiten Isolierkörper besteht.
