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Die Erfindung betrifft einen Bleipol
für Batteriezellen,
einen Batterieanschluss, eine Batteriesteckvorrichtung sowie eine
Batterie mit zwei Steckanschlüssen
verschiedener Polarität.
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Bleiakkumulatoren, wie sie zum Beispiel
in Kraftfahrzeugen verwendet werden, besitzen externe Anschlüsse für die Verbindung
des Pluspols und des Minuspols mit dem Bordnetz des Kraftfahrzeuges. Die
vorliegende Erfindung beschäftigt
sich diesbezüglich
mit der Weiterentwicklung von Steckkontakten, bei denen die elektrische
Verbindung durch Zusammenstecken korrespondierender Teile hergestellt wird.
Dabei sollen folgende Begriffe verwendet werden: "Batteriesteckvorrichtung" für die auf
Seiten der Batterie und des Bordnetzes für den Steckkontakt erforderlichen
Bauteile, bei denen es sich typischerweise um eine Buchse und einen
Steckerstift handelt; "Batterieanschluss" für den an
der Batterie befindlichen Teil einer Batteriesteckvorrichtung; und "Bleipol" für eine bestimmte
Komponente eines Batterieanschlusses.
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Für
den Anschluss eines Bordkabels an einen Batterieanschluss sind verschiedene
Lösungen entwickelt
worden, wobei derzeit eine Klemmtechnik weit verbreiteten Einsatz
findet. Darüber
hinaus ist zum Beispiel aus dem Gebrauchsmuster G 93 11 677.2 eine
Steckverbindung bekannt, bei welcher ein zylindrischer Steckstift
von oben in eine zentrale zylindrische Bohrung des Bleipols eingesteckt
wird. Dabei kann jedoch der Anschlussstift der Batterieplatten nicht
in herkömmlicher
Weise in den axialen Kanal des Bleipols eingeführt und dort vergossen werden.
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Vor diesem Hintergrund war es Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, einen Batteriesteckkontakt bereitzustellen,
welcher sowohl eine einfache Verbindung mit dem Anschlussstift der
Batterieplatten als auch mit dem Bordnetz ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch einen Bleipol
mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einen Batterieanschluss mit den
Merkmalen des Anspruchs 6, eine Batteriesteckvorrichtung mit den
Merkmalen des Anspruchs 7 sowie eine Batterie mit den Merkmalen
des Anspruchs 13 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
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Der erfindungsgemäße Bleipol für Batteriezellen
weist einen durchgehenden, in der Regel zylindrischen Kanal auf,
in welchem ein mit den Batterieplatten verbundener Anschlussstift
aufgenommen werden kann. Der Bleipol ist dadurch gekennzeichnet,
dass er integral angeformt eine Buchse zur Aufnahme eines Steckerstiftes
enthält.
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Ein derartiger Bleipol kann daher
in herkömmlicher
Weise durch Verschmelzen mit dem Anschlussstift der Bleiplatten
verbunden werden, während
gleichzeitig vermöge
der Buchse eine einfach herzustellende Steckverbindung mit dem Bordnetz möglich ist.
Von Vorteil erweist sich dabei auch, dass die Buchse die ansonsten übliche konische
Form des Bleipols in der Regel gravierend verändert, so dass der Anschluss
herkömmlicher
Verbindungen wie insbesondere Klemmen nicht möglich ist. Der Bleipol eignet
sich daher besonders bei Kraftfahrzeugen mit Batterien eines zukünftigen
42 V-Standards, da er beim Anschluss Verwechslungen mit den herkömmlichen
12 V-System ausschließt.
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Ein derartiger Bleipol kann in verschiedener Weise
weitergebildet werden. So kann die Achse der Buchse rechtwinklig
zur Achse des Kanals für
den Anschlussstift angeordnet sein. Bei der üblichen vertikalen Anordnung
des Anschlussstiftes findet daher ein seitliches Anstecken des Bordnetz-Kabels
statt.
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Ferner können die Achse des Kanals für den Anschlussstift
und die Achse der Buchse mit Abstand zueinander verlaufen. Dies
ermöglicht
insbesondere, die Buchse beidseitig offen auszugestalten, so dass sie
von beiden Seiten für
das Einstecken eines Steckerstiftes oder für die Verwendung mit anderen
Einrichtungen genutzt werden kann.
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Weiterhin kann in der Buchse ein
Mittel zur Kontrolle der Einstecktiefe eines Steckerstiftes angeordnet
sein. Insbesondere kann mit Hilfe dieses Mittels elektrisch und
fernabfragbar überprüft werden, ob
der Steckerstift ordnungsgemäß in der
Buchse angeordnet ist.
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Die Erfindung betrifft weiterhin
einen Batterieanschluss, welcher einen Bleipol mit einem vorzugsweise
zylindrischen Kanal enthält,
wobei in dem Kanal ein mit den Bleiplatten der Batterie verbundener
Anschlussstift angeordnet und mit dem Bleipol durch Schmelzmaterial
stoffschlüssig
verbunden ist. Der Batterieanschluss ist dadurch gekennzeichnet, dass
der Bleipol von einer vorzugsweise zylindrischen Hülse aus
einem elektrisch gut leitfähigen
Material umgeben ist, wobei die Hülse zumindest teilweise in
das Schmelzmaterial eingebettet ist. Die Hülse kann zu diesem Zweck insbesondere
radial einwärts stehende
Vorsprünge
oder Anschlussfahnen aufweisen.
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Vorteilhaft an einem derartigen Batterieanschluss
ist, dass er in herkömmlicher
Weise mit den Batteriezellen verbunden werden kann, indem nämlich ein
Bleipol mit einem durchgehenden Kanal auf einen mit den Batteriezellen
verbundenen Anschlussstift aufgesteckt und dann mit dem Anschlussstift
vergossen wird. Im Unterschied zu bekannten Verfahren wird vor dem
Verschmelzen jedoch eine Hülse
aus gut leitfähigem
Material über dem
Bleipol angeordnet und teilweise in das Schmelzmaterial eingebettet.
Hierdurch entsteht ein hervorragender elektrischer Kontakt zum Bleipol
und zum Anschlussstift, wobei sich die Hülse ihrerseits als gute Kontaktfläche für einen
Steckanschluss bewährt,
welcher insbesondere in Form einer Aufsteckbuchse ausgebildet sein
kann.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung
eine Batteriesteckvorrichtung, welche einen als zylindrischen Steckerstift
ausgebildeten und am Batteriedeckel angeordneten Batterieanschluss
sowie eine hierzu korrespondierende Aufsteckbuchse aufweist. Der
Batterieanschluss kann dabei insbesondere in der vorstehend geschilderten
Weise einen Bleipol und eine damit vergossene Hülse aufweisen. Die Batterie steckvorrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass an der Aufsteckbuchse und am Batteriedeckel
Mittel ausgebildet sind, welche so zusammenwirken, dass sie unter
verschiedenen Steckwinkeln eine Verdrehsicherung der Aufsteckbuchse
um die Steckachse bewirken.
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Die beschriebene Steckvorrichtung
kann durch axiales Aufstecken der Aufsteckbuchse von oben auf den
Steckerstift zusammengefügt
werden. Je nach der Umgebung der Batterie kann es dabei wünschenswert
sein, die Aufsteckbuchse unter bestimmten Winkeln auszurichten,
damit zum Beispiel das Bordnetz-Kabel in die entsprechende Richtung absteht.
Grundsätzlich
wird diese freie Wahl des Steckwinkels durch eine rotationssymmetrische,
z.B. zylindrische Ausbildung des Steckerstiftes gewährleistet.
Um den Steckkontakt gegen vom Fahrzeug übertragene Vibrationen zu stabilisieren,
sind die erfindungsgemäßen Mittel
zur Verdrehsicherung vorgesehen. Vorteilhaft ist dabei, dass diese
zwischen der Aufsteckbuchse und dem Batteriedeckel wirken, so dass
die entsprechenden Kräfte
vom Batterieanschluss selbst ferngehalten werden.
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Für
die konkrete Ausgestaltung der Mittel zur Verdrehsicherung gibt
es verschiedene Möglichkeiten.
Insbesondere können
sie als mindestens ein Vorsprung und mindestens eine korrespondierende Ausnehmung
ausgebildet sein, wobei der Vorsprung an der Aufsteckbuchse und
die Ausnehmung am Batteriedeckel oder umgekehrt angeordnet ist.
Weiterhin muss mindestens eines der Elemente (Vorsprung oder Ausnehmung)
mehrfach vorhanden sein, damit auch unter verschiedenen Steckwinkeln
jeweils ein Vorsprung in eine Ausnehmung eingeführt werden kann.
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Der oben erläuterte Bleipol, der Batterieanschluss
und/oder die Batteriesteckvorrichtung können auf verschiedene Arten
weitergebildet werden. So kann beispielsweise ein Hochstromkontaktmittel, vorzugsweise
ein Beryllium-Kontaktkorb
in der integral angeformten Buchse des Bleipols oder in einer Aufsteckbuchse
für den
Batterieanschluss beziehungsweise der Batteriesteckvorrichtung vorgesehen
werden, um einen guten elektrischen Kontakt zu garantieren.
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Weiterhin können Mittel vorgesehen sein,
um einen Steckkontakt gegen einen unbeabsichtigten Auszug zu sichern.
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Gemäß einer anderen Weiterbildung
der Erfindung können
Mittel zur fernausgelösten
automatischen Trennung des Steckkontaktes vorgesehen werden. Hiermit
kann bei einem Unfall das Bordnetz von der Batterie getrennt werden,
so dass die Gefahr einer Explosion durch Funkenbildung verringert
wird. Die genannten Mittel können
insbesondere aus einem pyroelektrischen Zündsatz bestehen.
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Die Erfindung betrifft weiterhin
eine Batterie mit zwei Steckanschlüssen verschiedener Polarität, welche
dadurch gekennzeichnet ist, dass die Steckanschlüsse eine Ausgestaltung der
oben beschriebenen Art besitzt. Das heißt, dass sie beispielsweise
einen Bleipol mit einer integral angeformten Buchse, einen Batterieanschluss
mit einer damit vergossenen Hülse
und/oder eine Steckvorrichtung mit einer Verdrehsicherung zwischen
der Aufsteckbuchse und dem Batteriedeckel aufweisen. Insbesondere
können die
beiden Steckanschlüsse
der Batterie verschieden ausgestaltet sein, um den Vorteil einer
jeweiligen Ausgestaltung für
den entsprechenden Pol auszunutzen. So kann es beispielsweise für den Pluspol
wünschenswert
sein, eine Steckmöglichkeit
von oben mit der beschriebenen Steckvorrichtung zu schaffen, während der
Minuspol vorteilhafterweise seitlich durch einen Bleipol mit integrierter
Buchse gesteckt wird.
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Im Folgenden wird die Erfindung mit
Hilfe der Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigt:
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1 eine
Seitenansicht in teilweisem Schnitt eines ersten erfindungsgemäßen Bleipols 1;
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2 eine
Aufsicht auf den Bleipol nach 1 mit
eingestecktem Stecker;
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3 eine
Aufsicht in teilweisem Schnitt auf eine zweite Ausgestaltung des
Bleipols mit einem pyroelektrischen Zündsatz;
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4 einen
Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Batterieanschluss vor dem
Verschmelzen in einer Seitenansicht (links) sowie einer Ansicht
von oben (rechts oben);
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5 einen
Schnitt durch den Batterieanschluss von 4 nach dem Verschmelzen mit aufgesteckter
Aufsteckbuchse;
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6 eine
Ansicht von oben auf die Steckvorrichtung von 5.
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Die in den 1 und 2 dargestellte
erste Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Bleipols 1 zeigt,
dass der Hauptkörper
des Bleipols 1 im Wesentlichen wie bei gebräuchlichen,
konischen Bleipolen ausgebildet ist. Insbesondere enthält der Körper einen
im Kunststoffdeckel der Batterie fest einzuspritzenden Abschnitt
mit einer Labyrinthdichtung 6 sowie einen nach oben vom
Deckel abstehenden (konischen oder zylindrischen) Abschnitt, der
in 1 im Querschnitt
dargestellt ist. Weiterhin enthält der
Körper
einen zentralen zylindrischen Kanal 2 mit einer Achse A.
Beim Aufsetzen des vom Batteriedeckel umspritzten Bleipols 1 auf
eine Batterie wird in den Kanal 2 ein zylindrischer Anschlussstift 5 eingeführt, welcher
im Inneren der Batterie mit Platten einer Polarität (Plus
oder Minus) verbunden ist (nicht dargestellt). Anschließend wird
der im KanaI 2 befindliche Anschlussstift 5 von
oben her durch Abschmelzen mit dem Bleipol 1 stoffschlüssig verbunden,
wodurch ein optimaler mechanischer und elektrischer Kontakt entsteht.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Bleipols 1 (beziehungsweise
31 von 3) besteht darin,
dass dieses bewährte
Anschlussverfahren unverändert
beibehalten werden kann.
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Zum Anschluss des Bordnetzes weist
der erfindungsgemäße Bleipol 1 seitlich
eine integral ausgebildete Buchse 3 auf, deren Achse B
im Beispiel von 1 senkrecht
zur Achse A des Kanals 2 verläuft und diese schneidet. In
der Buchse 2 ist als Hochstrom-Kontaktmittel ein Körbchen 4 eingesetzt, welches
die Form eines Zylinders mit nach innen gebogenen und in Axialrichtung
mit Schlitzen versehenen Wänden
hat und vorzugsweise aus einer Legierung aus Beryllium und Kupfer
besteht. Ein derartiges Körbchen
stellt einen sehr guten mechanischen und elektrischen Kontakt zu
einem Steckerstift 8 her, welcher in 2 im eingesteckten Zustand dargestellt ist.
An dem Steckerstift 8 ist dabei ein Kabel 9 des Bordnetzes
durch Verschweißen
rechtwinklig angebracht. Selbstverständlich sind auch alle anderen Geometrien
bei der Anbringung eines Kabels 9 möglich.
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Des Weiteren ist in 2 ein übergreifender Halter 7 erkennbar,
welcher in eine Nut am Steckerstift 8 eingreift und diesen
mit dem Bleipol 1 koppelt, um ein unbeabsichtigtes Herausziehen
des Steckers 8 aus der Buchse 3 zu verhindern.
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Die in den 1 und 2 dargestellte
Ausführungsform
kann selbstverständlich
in vielerlei Hinsicht abgewandelt werden, ohne vom Kerngedanken der
Erfindung abzuweichen. So kann beispielsweise die Buchse 3 statt
zylindrisch zu sein auch mit jeder anderen Querschnittsform, insbesondere
einer polygonalen Form versehen sein. Durch Form und Größe des Buchsenquerschnitts
lässt sich
dabei sicherstellen, dass nur passende Steckerstifte eingesteckt werden
können.
Weiterhin könnte
die Buchse 3 auch schräg
oder bei Bedarf auch parallel zur Achse A des Kanals 2 angeordnet
sein.
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Eine alternative Ausgestaltung eines
Bleipols 31 zeigt 3 in
einer Aufsicht. Der Körper
des Bleipols ist dabei wiederum im Wesentlichen unverändert zu
herkömmlichen
Bleipolen ausgestaltet und insbesondere mit einem zentralen Kanal 32 mit
der Achse A versehen. Senkrecht zu dieser Achse ist eine Buchse 33 mit
einer Achse B am Bleipol 31 integral ausgebildet. Im Unterschied
zu den 1 und 2 verlaufen die Achsen A
und B von Kanal 32 und Buchse 33 jedoch mit einem
Abstand d > 0 zueinander.
Dies ermöglicht
es, dass die Buchse 33 an beiden Seiten offen ist.
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Der in der 3 rechte und freistehende Abschnitt der
Buchse 33 trägt
wiederum als Hochstrom-Kontaktmittel ein Berylliumkörbchen 34,
in welches der Steckerstift 38 mit einem angeschlossenen Kabel 39 eingesteckt
ist.
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Das gegenüberliegende, in der Figur linke
offene Ende der Buchse 33 hat eine etwas kleinere Öffnung,
so dass in diesem Bereich eine Schulter 41 entsteht. Auf
dieser Schulter sitzt ein pyroelektrischer Zündsatz 40 auf, welcher
vor Einstecken eines Steckers 38 in die Hülse 33 eingeschoben
werden kann. Das von der linken Seite her zugängliche Ende dieses Zündsatzes 40 kann
dazu genutzt werden, ein Kabel für
eine elektrische Fernauslösung
des Zündsatzes
anzuschließen.
Zündsätze dieser
Art sind insbesondere für
die Auslösung
von Airbags bekannt. Vorliegend dient der Zündsatz 40 dazu, im
Falle eines Aufpralls des Kraftfahrzeuges durch die Erzeugung eines
entsprechenden Gasdruckes den Stecker 38 aus der Buchse 33 heraus
zu werfen und so das Bordnetz von der Stromversorgung zu trennen,
damit keine Brandverursachenden Zündfunken entstehen können. Durch
eine entsprechende Steuerung muss dabei natürlich sichergestellt werden,
dass die Trennung vom Bordnetz erst erfolgt, wenn alle sicherheitsrelevanten
elektrischen Funktionen des Kraftfahrzeuges ausgeführt worden
sind.
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Des Weiteren ist in 3 ein Federdraht-Kontakt 42 erkennbar,
welcher am Zündsatz 40 angebracht
ist und den Stecker 38 (nur) kontaktiert, wenn dieser ganz
in die Buchse 33 eingesteckt ist. Durch eine elektrische
Verbindung des Federdraht-Kontaktes 42 nach außen über die
Schnittstelle des Zündsatzes 40 kann
auf diese Weise aus der Ferne überwacht
werden, ob die Batteriestecker alle (Plus und Minus) richtig eingesteckt
sind.
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In 3 ist
weiterhin erkennbar, dass der Anschlussbereich des Steckers 38 von
einer Weichgummihülse 37 umspritzt
ist, welche an ihrer Innenseite Vorsprünge tragen kann, die in eine
Außennut der
Buchse 33 einrasten. Die Weichgummihülse 37 ist insbesondere
so lang auszubilden, dass sie bei Beendigung des Kontaktes zwischen
dem Steckstift 38 und der Buchse 33 noch auf der
Buchse 33 aufsitzt und hierdurch das Austreten eventueller
Zündfunken
verhindert. Falls erforderlich, kann zwischen der Buchse 33 und
dem Steckerstift 38 eine Verdrehsicherung ausgebildet sein.
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Die 4 bis 6 zeigen eine zweite Ausgestaltungsform
einer Batteriesteckvorrichtung. 4 zeigt
dabei die Steckvorrichtung nach einem ersten Schritt ihrer Herstellung.
Dabei wird ähnlich
wie bei 1 in herkömmlicher
Weise ein außen
zylindrischer Bleipol 51 mit einem durchgehenden Kanal 52 vermöge einer
Labyrinthdichtung 56 im Batteriedeckel 61 angeordnet,
und es wird ein mit den Bleiplatten verbundener Anschlussstift 55 durch
den Kanal 52 des Bleipols 51 gesteckt. Bevor der
Anschlussstift 55 jedoch mit dem Bleipol 51 vergossen
wird, wird eine Kontakthülse 53 über den
Bleipol 51 gestülpt.
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Am oberen Ende der Kontakthülse 53 sind Stege 62 radial
einwärts
gebogen, wie insbesondere aus der im oberen Teil von 4 befindlichen Aufsicht
erkennbar ist. Die Kontakthülse 53 ist
vorzugsweise als Tiefziehteil aus Kupfer hergestellt und zur Verbesserung
der Verschweißung
verzinnt. Beim Verschmelzen des Anschlussstiftes 55 mit
dem Bleipol 51 wird sie, wie insbesondere aus 5 erkennbar ist, im Schmelzmaterial 63 (Blei)
eingebettet, wodurch ein hervorragender mechanischer und elektrischer
Kontakt entsteht. Durch ihre guten elektrischen Eigenschaften und
ihre Stabilität
bietet die Kontakthülse 53 nach
außen
hin definierte elektrische Kontaktflächen, auf welche wie in 5 gezeigt eine Aufsteckbuchse 58,
die mit dem Bordnetz-Kabel des Kraftfahrzeuges (nicht dargestellt)
verbunden ist, aufgesteckt werden kann. Ähnlich wie bei den Ausgestaltungen
nach den 1-3 kann dabei in der Aufsteckbuchse 58 ein
Beryllium-Kontaktkörbchen 54 zur
Verbesserung des elektrischen Kontaktes angeordnet sein. Zur Verbindung
mit dem Bordnetz weist die Aufsteckbuchse 58 vorzugsweise
eine Anschlussfahne 65 auf.
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Aus 4 ist
weiterhin erkennbar, dass der Bleipol 51 an seinem unteren
Ende Konusflächen 57 aufweist,
auf denen die Kontakthülse 53 aufsitzt. Durch
den Konus wird die Kontakthülse 53 nach
unten abgedichtet, und zudem können
mit einer Erwärmung
einhergehende Längenänderungen
der Kontakthülse 53 aufgefangen
werden, ohne die Verschweißung
zu belasten.
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Aus den 5 und insbesondere 6 ist eine andere
Weiterbildung der Batteriesteckvorrichtung erkennbar. Demgemäß ist an
der Aufsteckbuchse 58 außen ein im Querschnitt etwa
dreieckiger Vorsprung 64 angeformt, welcher in eine von
mehreren korrespondierend geformten Ausnehmungen 66 am
Batteriedeckel 61 eingreift. Durch Eingreifen des Vorsprunges 64 in
verschiedene der Ausnehmungen 66 kann die Aufsteckbuchse 58 dabei
unter verschiedenen Winkeln im Bereich von ca. 0° bis 160° relativ zur Batterie aufgesetzt
werden, was z.B. bei verschiedenen Fahrzeugtypen notwendig sein
kann. Das Eingreifen des Vorsprunges 64 in eine Ausnehmung 66 sorgt
für eine
Verdrehsicherung der Aufsteckbuchse 58 und für eine mechanische
Kopplung zwischen der Aufsteckbuchse 58 und dem Batteriedeckel 61,
so dass vom Bordkabel übertragene
Schwingungen in radialer und vertikaler Richtung aufgefangen werden.
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In Abwandlung der dargestellten Ausgestaltung
könnten
auch die Ausnehmungen an der Aufsteckbuchse und Vorsprünge am Batteriedeckel und/oder
mehrere Vorsprünge
beziehungsweise nur eine Ausnehmung vorgesehen sein.
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Weiterhin könnte eine Auszugssicherung, zum
Beispiel in Form eines am Batteriedeckel 61 angebrachten
und einen eingesteckten Vorsprung 64 überdeckenden Federhebels (nicht
dargestellt) vorgesehen werden, um ein unbeabsichtigtes Lösen der Aufsteckbuchse 58 zu
verhindern.