DE1496121A1 - Klemmverbindung fuer Akkumulatoren - Google Patents

Description

Zur Offenlegung vorgesehene Beschreibung PATENTANWÄLTE .. Dipl.-lng. MARTI N LI C HT Dr. REINHOLD SCHMIDT PATENTANWÄLTE tlCHT, MANSMANN. HERRMANN

ff Mönchen 2-THERESiENSTRAssE 33 Dipl.-Wirtsch.-lng. A X E L HANSMANN

1496121 Dipl.-Phys. SEBASTIAN HERRMANN

P 14 S6 121.8 Mönchen, den 27. Juni 1968

Ihr Zeichen Unser Zeichen

He/De (G 40 917 VIb/21b)

BESCHREIBUNG "Eleinmeiiverbindung für Akkumulatoren."

Die Erfindung betrifft eine Klemnienverbindung für elektrische Akkumulatoren oder Batterien, die sich insbesondere zur Verwendung für Akkumulatoren mit untereinander verbundenen Zellen eignet.

Es ist bekannt, die äußeren Klemmenverbindungen mit den Platten eines Akkumulators durch im Deckel des Akkumulators befindliche Öffnungen herzustellen. Diese Art der Verbindung stellt jedoch in bestimmten Anwendungsfällen nicht die einfachste Möglichkeit zum Anschluß eines Außenkabels dar. Darüberhinaus gibt es Akkumulatoren, bei denen die Zellenelemente benachbarter Zellen im Akkumulatorgehäuse durch die Trennwände hindurch verbunden sind. Bei solchen Akkumulatoren verhindern die durch den Gehäusedeckel geführten äußeren Anschlüsse gewöhnlich, daß der Deckel völlig glatt und frei von Vorsprüngen ist. Diese Konstruktion ist aber für gewisse Anwendungsfälle nachteilig.

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Pbtentanwell» Dipl.-lng. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-lng. Axel Hansmann, Dipl.-Phyi. Sebastian Herrmann

• MÖNCHEN 2, THEtISiCNSTRASSE 33 · Telefon: »1202 · T.Ugromm-Adr·«»·: Upatli/MOndMn i«y»r. Verein·-»* Mt«*·«, Zwfrf. Otfor-von-Miller-IHne, Kto.-Nr.«4« · Pcuftcfwck-Konlo: MOnditn Nr. 1433V7

Im: PATENTANWALT D«. REINHOLO SCHMIDT

Bekannt ist auch, die äusseren Klemmenverbindungen durch die Seiten- oder Stirnwände des Akkumulators herzustellen. Derartige Außenans chilis se lassen sich einfacher und in vielfältiger Weise mit Außenkafreln verfeinden und ermöglichen darüberhinaus, daß der Deckel des Akkumulatorgehäuses von Erhebungen oder Vorsprängen vollständig frei bleibt, falls die Verbindungen zwischen den benachbarten Zellen im Batteriegehäuse durch die Trennwände hergestellt werden. Es lässt sich aber nicht vermeiden, daß bei derartigen äußeren, durch die Seiteiiwände eines AHniraulatorgehäuses hergestellten Klemraenverbindungen diese ICleEösenverbindungen näher an dem flüssigen Elektrolyten im Batteriegehäuse liegen als die durch den Gehäusedeckel geführten Anschlüsse, so daß der Elektrolyt möglicherweise durch die in der Seitenwand befindliche Öffnung, durch die die äusseren Klemmenverbindungen hinduchgeführt sind, ausläuft. Dieses Problem kann insbesondere in den Fällen auftauchen, in denen durch Schwingung oder aus anderen Gründen auf ein an die äussere Klemmenverbindung angeschlossenes, äusseres Verbindungskabel eine Kraft einwirkt, die zur Zerstörung einer um die Öffnung herum angeordneten Dichtung führt. Höhere Versuche, bei durch die Seitenwände der Akkumulatorgehäuse geführten Außenansclilüssen, dieses Problem zu lösen, haben zu relativ kompliziert aufgebauten Eleisenverbindungen geführt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine einfache äussere Klemmenverbindung durch eine in der Seitenwand eines Akkumulatorgehäuses vorhandene Öffnung zu schaffen,

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die um-., eine geringfügige Abänderung..der Seitenwand erfordert und insbesondere,- so konstruiert ist, daß sie auf die Klemmenverbindraig einwirkenden äußeren Kräften widerstellt, die in früheren Fällen ein ,auslaufen des Elektrolyten durch die Öffnung verursachten. .

Bekannt ist auch, Swisciieiizellenverbindungen durch die Trennwände- heraus teller., die in einen Akkumulator benachbarte Selleneleiaente voneinander trennen. Diese Vei"biiidungen bestehen, aus Verljiiifiuiigsteilen, die beidseitig, einer Trennwand an den Zelleiieleraenten angeschlossen sind und Abschnitte aufweisen, die unmittelbar neben und um eine durch die Trennwand führende ü^Cnung herum angeordnet sind und Vorsprünge aufweisen,, die von beiden Seiten die ijffnung berühren und" so miteinander verschweißt sind, daß sie mit der Öffiiungswand eine Dichtung bilden. Derartige Verbindungen können durch Widerstandsschweißung hergestellt werden,, wie sie beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung GL 35 759, vTb/2ib vom 21. August 1962 beschrieben worden sind. Eine derartige Verbindung, die dadux-cli entsteht, daß in der durch die Trennwand führenden Öffnung eire Schweißstelle gebildet wird, stellt eine sehr zuverlässige Dichtung dar. Eine derartige Verbindung ist jedoch bifuier nur für durch eine Trennwand eines Akkumulators geführte Swisehenzellenverbindung verwendet worden und kann ohne konstruktive Veränderungen, die insbesondere darauf gerichtet sind,, die Wirkung äuss^rer Kräfte auf die in tier öffnung befindliche Dichtung zu verändern, nicht befriedigen. . , . -■ .

Erfindungsgemäß wird daher eine Klemmenverbindung in einem elektrischen Akkumulator geschaffen, die dazu dient, die Platten des Akkumulators durch eine in einer senkrechten Seitenwand des Äkkumulätorgehäuses befindliche Öffnung hindurch mit einem Außenlcabel zu verbinden. Zu diesem Zweck weist das Akkumulatorgehäuse einen inneren Zellensteg aus Metall auf, der elektrisch an einen im Inneren des Akkumulatorgehäuses befindlichen Platteiisatz angeschlossen ist und einen neben der Öffnung angeordneten Teil besitzt. Auf der Außenseite des Akkuinulatorgehäuses befindet sich neben der Öffnung ein äusserer Klemmenkörper, der so angeordnet ist, daß er ein äusseres Akkumulatorkabel lösbar aufnehmen kann. Zweimetallene Vorsprünge, von denen dex" eine sich an dem inneren Zellensteg befindet, während der andere vom äüsseren Klemmenkörper getragen wird, sind in der Öffnung so miteinander verschmolzen, daß sie gegen die Wandung der Öffnung drücken und mit dieser eine Dichtung.bilden," Von erfindungswesentlicher Bedeutung ist nun, daß sieh unterhalb der Öffnung eine von der Seitenwand nach außen ragende ^Stütze befindet, die ein nach oben gerichtetes Auflager bildet, das den äußeren Klemmenkörper trägt.

Erfindungsgemäss ist somit die aussere Klemmenverbindung so gebaut, daß sie eine äusserst zuverlässige Dichtung bildet, weil diese Dichtung in der Öffnung sitzt. Außerdem ist die Dichtung so ausgebildet, daß sie sich auch für die innerhalb des Akkumulatorgehäuses vorhandenen Zwischenzellenverbindungen eignet, wodurch aufgrund der Tatsache,' daß eine ·.

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geringere Anzahl verschiedenartiger Teile hergestellt werden muß, eine wesentliche Vereinfachung im Herstellungsverfahren der Akkumulatoren erreicht wird. Darüberhinaus nimmt die an. der Außenseite der Gehäusewand vorhandene Stütze die von dem Außenkabel auf den äusseren Klemmenkörper übertragenen Kräfte auf, die anderenfalls die in der Öffnung befindliche Dichtung zerstören würden. Desweiteren dient die Stütze auch zur richtigen Anordnung des äusseren Klemmenkörpers vor der Herstellung der Schweißverbindung in der Öffnung.

Die Erfindung wird durch die folgende Beschreibung erläutert, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Darstellungsformen der Erfindung veranschaulicht werden und die folgendes darstellen:

Figur 1 stellt einen Teil eines Akkumulators dar, dessen Gehäusewand teilweise abgebrochen ist, um die durch die ¥and hindurchgehenden Verbindungen zwischen dem jMcumulatorsteg und der äusseren Klemme zu zeigen.

Figur 2 ist eine vergrösserte Ansicht des Akkumulatorsteges und der äusseren Klemme, ehe beide miteinander verbunden werden.

Figur 3 ist ein Frontaufriß der äusseren Klemme.

Figur 4 ist ein Grundriß der Klemme.

Figur 5 ist ein Grundriß des Anschlusses für das Ausgangskabel, der in Verbindung mit der äusseren Klemme aus Flgui 1 big h verwendet wird.

Figur 6 ist ein Frontaufriß des Kabelanschlusses.

Figur 7 ist eine schaul>ildliche Ansicht von dem Teil der Akkumulatorwand, wo die Öffnung, durcli Vielehe die Verbindung verläuft, und das Vinke!blech, das die äussere Kl eiimie t rag t, vo rg e ε elie η ζ 1 nd.

Pigui" S-IO sind Froitaufriß, Aufsicht und Seitenriß einer anderen Sauweise der äusseren Klemme.

Figur 11 und 12 sind Frontaufriß und Aufsicht wieder einer anderen Sauweise der äusseren Klemme und dem zugehörigen Anschluß für das Ausgangskai)el.

Figur 13 ist eine sehaubildliche Darstellung des zur Klenimenbauweise aus Figur il und 12 passenden Anschlusses für das Ausgangskabel.

Figur 14 ist ein Seitenriß der Bauweise aus Figur 11 und

Figur 15-17 sind Frontaufriß, Seitenansicht! und Auf.sieht einer weiteren andersartigen Bauweise der äußeren. Kleiurae und des zugehörigen Anschlusses für das Ausgaag&ka&el.

In Figur 1 ist ein Teil eines Akkumulatorgehäuses dargestellt, das eine Seitenwand 10, Deckplatte 12 und Abschlußplatte 14 enthält. Das Akkumulatorgehäuse enthält vorzugsweise eine Anzahl inm.rer Zwischenwände i6, die das Innere des Gehäuses in getrennte Bereiche 18 aufteilt, in denen die Elementgruppen der Akkumulatorzellen 20 angeordnet sind. Die Elementgruppen 20 können in der üblichen 17eise angeordnet sein, wobei die negativen Platten der Elementgruppen untereinander durch die leitenden Akkumulator-Stege 24 und 26, und

die positiven blatten untereinander durch einen anderen Akku-

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mulator-Steg verbunden,sind. Die angrenzenden, Elementgruppen 20 sind vorzugsweise durcn eine Schweißverbindung der Zellen untereinander üTjer eine Zv;i«ch.enwand 16 verbunden, wobei ein Akkumulatoi'-Steg 24 der ei-ieu Elementgruppe iait einem Akktunulator-Steg 26 einer angrenzenden Elementgruppe verbunden ist. Diese Verbindung kam? nae'ri dem Verfahren hergestellt werden, das in der oben angeführten, gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung-erläutert 'iirti... ^!

Es wird in Üoereiiistioinimg nit der Erfindung angenommen, daß die Verbindung aur äxisseren Akkumulatoi"klemme über die Abseiilußwand 14 hergestellt wird; es ist jedoch ersichtlich, daß die Verbindung auch über die Seitenwände.des Akkuliinlatoi's geiieix, kanu. Obwohl die Bauweise der äußeren Klemme in Verbindung mit einer iUckuraulator-^Bauweise dargestellt ist, deren Eleneatgruppeii im Innern untex-einander verbunden sind, ist ersiclitl;|.;C.hj daß auch andersartige Bauweisen benutzt werden köniieii,- z.B. eine, bei der die Zellen untereinander durch ein äusseres Zwischenstück verbunden werden. Im einzelnen und bezogen auf Figur 1 und 2 enthält der leitende Steg 24 einen waagerecht herausstehenden Schenkel 30 mit einer im allge~ meinen ebenen Oberfläche 32 und einer Anschlußnase 34, die aus der Fläche 32. herausstellt. Wenn die Abschluß- Elementgruppe in ihrem Bereich 18 liegt, kann die Fläche 32 mit der inneren Fläche der Abschlußwand zusammengebracht werden, wobei die Anschlußiiase 34 in Fluchtlinie_mit,einer Öffnung 36 in der Abschlußwand angebracht ist,.in die.sie hineinpasst In ähnlicher Weise enthält die äussere Klemme 33 eine ebene Fläche

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40 mit einem daraus liervo rs teilenden Ansehlußknopf 42, so daß die Fläche 40 mit der äußeren Oberfläche des Akkumulatorgehäuses zusammengebracht werden kann, wobei Knopf 42 in der Öffnung 36 sitzt. Ein Flansch oder Träger 44 ist zusammen mit der Als- schlußwand des Akkuumlatorgehäuses so geformt, daß er die äußere Klemme 38 in Fluchtlinie mit der Öffnung 36 halten kann, und außerdem dasu dient, die Verbindung zwischen dem Abschluß-Steg 24 und der äußeren Klemme 3S zu entlasten. Es ist jedoch ersichtlich, daß nach Wunsch der Träger 44 auch weggelassen werden kann.

Beim Zusammenbau sind Verbindungsnase 3^ und Verbindungsknopf 42 so angeordnet, daß sie in der Öffnung 36 zusammenstoßen. Über den Steg 24 und die äußere Klemme 38 werden Druck und Hitze zugeführt, damit Nase 3^ und Knopf 42 zusammenschmelzen und somit die Schweißverbindung zwischen dem Akkumulator-Steg und der äußeren Klemme vervollständigt wird« Im einzelnen werden der Akkumulator-Steg_e24 und die äußere IQemine 38 unter einem Druck von angenähert 36O kg (800 paunds) gegeneinandergepreßt, und ein elektrischer Strom von annähernd 6OOO A bei 6 Volt T/echselspannung wird durch die Verbindungsnase und den Verbindungsknopf geleitet, um diese Schweißverbindung herzustellen. Hierfür kann zum Beispiel der Schweißapparat benutzt werden, der in der Patentanmeldung -No. G 40211 VIb/21b eingereicht am 26. März 1964 beschrieben ist. Die durch den ¥iders tandskoiitakt zwischen der Verbindungsnase und dem Verbindungsknopf erzeugte Hitze bewirkt eine homogene Schweißverbindung zwischen der äußeren Klemme und dem ren leiteixTen Steg. Im Herstellungsverfahren dieser Scweiß-

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verbindung werden die ebenen Flächen 32 und 40 so aufeinandergepreßt, daß eine abgedichtete, innige Verbindung mit den gegenüberliegenden Flächen der Abschlußwand entsteht. Das Schweißmaterial füllt die Öffnung 36 vollständig aus, um die abgedichtete Verbindung an der Abschlußwand zu vervollständigen.

Es soll noch erwähnt werden, daß der Abstand zwischen dem Zellen-Steg 24 und dem äusseren. Abschluß relativ klein ist, was sowohl eine bemerkenswerte Verminderung des zum Verbinden der Elementgruppen außerhalb des Akkumulators notwendigen Materials als auch einen relativ niedrigen Durchgangswiderstand gewährleistet. Da die äußere Klemme 38 an den Akkumulatorwänderi und nicht aus dem Deckel des Akkumulators heraussteht, ist der Vielfalt von möglichen Verbindungen zwi-

sehen der äusseren Klemme und den Akkumulator-Ausgangskabeln keine Grenze gesetzt. Unterschiedliche Beispiele der möglichen Arten von Verbindungen sollen nun beschrieben werden.

In Verbindung mit der Darstellungsform aus Figur 1-6 ist die äussere Klemme 33 mit einer darin enthaltenen, nach oben geöffneten Kerbe 46 dargestellt. Die Kerbe 46 wird durch eine Oberfläche 48 gebildet, die nach rückwärts von der äußeren Fläche 50 des äußeren Abschlusses zur inneren Fläche 52 der Kerbe 46 abfällt. Die Verbindungsnase 5^ des Akkumulator-Ausgangskabels 56 ist gewöhnlich keilförmig, wie in Figur 1 und 5 gezeigt ist, und passt in die Kerbe 46, um so die Verbindung, der Form nach eine Schwalbenschwanz-Verbindung, zwischen

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dem Kabel und der äußeren Klemme zu vervollständigen. Es ist aus den Zeichnungen leiciit ersichtlich, daß diese Art von äußerer Verbindung leicht zusammengebaut und auseinandergenommen werden kann, da sich die Verbindungsnase 5^ für das Ausgangskabel in die Kerbe dei~ äusseren Klemme leicht hinein- und herausführen lässt.

In der anderen, in Figur 8-10 dargestellten Ausführungsforai ist die äussere Klemme 58 für die Schweißverbindung zum Steg der Akkumulatorzellen mit einem Knopf 60 und einer ebenen Fläche 62 versehen, die mit der äusseren Fläche der Akkumulatorwand, wie oben beschrieben, in Verbindung gebracht wird. In diesem Beispiel hat die äußere Klemme 58 einen seitlich herausstellenden T-förmigen Vorsprung 64 als Halt für eine Klammer 66 für das Ausgangskabel. Im einzelnen enthält die Klammer 66 ein gegabeltes Ende 68, deseen Zinken 70 und 72 über den T-förmigen Vorsprung, gleiten. Dadurch entsteht eine trennbare Verbindung zur äusseren Klemme, die schnelles und leichtes Anschliessen und Abnehmen, des Akkunmlatorkabels erlaubt.

In einer anderen, in Figur 11 - 14 dargestellten Anordnung ist die äussere Klerane 74 nit einem ve rl äuge i- ten zylindrischen Teil 76 versehen, das mit dem Klemmen-Körper durch einen Steg 78 verbunden ist. Als Verbindung mit dieser Klemme ist das Akkumulator-Ausgangskabel 80 mit einer verlängerten Hohlfederklammer 32 versehen, die dametral gegenüberliegende

Kerben 84 und 86 hat, die gewöhnlich der Länge nach angeordnet sind. Bei dieser Bauweise ist die Federklammer so auf das

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zylindrische Teil 76 aufgebracht, daß der Steg 78 in einer der Kerben 84 oder 86 sitzt und so die Federklammer auf der äußex-en Klemme hält.

Der in Figur ±5-17 dargestellte äußere Anschluß 88 enthält ein seitlich herausstellendes Trag teil 90 mit einer darin befindlichen., nacli obei: geöffneten Kerbe 92. Das Ausgangskcibel 9h des Akkumulators ist mit einem im allgemeinen L-förmigen Verbindungsteil 96 versehen, dessen eines Ende 98 in die -Kerbe 92 ρει-sst und auf diese "tfeise eine zuverlässige, trennbare Verbindung zwischen der äußeren Klemme und dem Ausgangskabel des Akkumulators schafft.

Die äußere KleinEieiiverbinduiig gemäß der Erfindung ermöglicht eine "bemerkenswerte Materialersparnis, Verminderung des Widerstandes in der Verbindung zwischen-den Eleiaentgruppen und der äußeren Klemme, Anwendung veieLnfachter Herstellungsverfahren und eine breite Auswahl der verschiedensten Arten von Verbindungen, die zwischen den Ausgangskabeln des Akkumulators und den äußeren Klemmen verwendet werden können, verglichen mit den üblichen Akkumulatoren, in denen die PoI-bolzen durch den Deckel herausstanden.

In solchen üblichen Akkumulatoren sind die Polbolzen zusammen mit den Stegen der Abschlußzellen geformt, was besonders geformte Gtege für mindestens zwei der Akkumulatorzellen erfordert; oder, wenn die Polbolzen nicht gleiche Form wie die Stege haben, müssen sie eventuell mit den Stegen verbunden werden, was eine zusätzliche Stufe iiä He r-st el lungs ver-

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fahren mit entsprechend höheren Herstellungskosten erfordert. Außerdem sind die aus den Akkumulatordeckel herausstehenden " Polholzen langer, was wesentlich mehr Material erfordert und außerdem einen relativ hohen Durchgangswiderstand von den Abschlußzellen zu den Ausgangskaheln des Akkumulators liefert. Ein anderer Eachteil der früheren Kleiniaenbauweise besteht darin, daß die Vielfalt von möglichen Verbindungen zwisehen den Polholzen und den Ausgangskabeln des Akkumulators begrenzt ist.

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Claims (6)

PATENTANS PRÜCHE

1. Klemmenverbindung für Akkumulatoren zur Verbindung der Akkumulatorzellen mit einem Außenkabel durch eine in einer senkrechten Seitemirand des Akkumulatorgehäuses befindliche Öffnung, mit einem inneren Zellensteg, der elektrisch an einen im Inneren des Akkumulatorgehäues befindlichen Plattensatz angeschlossen ist und einen neben der Öffnung angeordneten Teil aufweist, mit einem neben der Öffnung auf der Außenwand des Akkumula-torgehäuses sitzenden, ein äußeres Akkumulatorkabel lösbar haltenden Teil und mit zwei von dem inneren Zellensteg bzw. dem äußeren Klemmenkb'rper gebildeten, metallenen Vorsprüngen, die in der Öffnung so miteinander verschmolzen sind, daß sie gegen die Öffnungswandung drücken und mit dieser eine Dichtung bilden, gekennzeichnet durch eine unterhalb der Öffnung (36) von der Seitenwand (lh) nach außen ragende Stütze (44), die ein nach oben gerichtetes Auflager bildet, das den äußeren IClemmenkörper (38, 58, 74, 88) trägt.

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Patentanwalt· DipL-lno.. Martin Licht, DipI.-WirtKh.-lng. Axei Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann • MÖNCHEN 2, THEREJICNSTRASie 33 · Telefon:M1202 · TateQramm-AdrMH» Upatli/MOndM« ir. Verein*«* Mfcidwn, Zweiort. Oiker-von-Mtltor-Ring, Kto.-Nr. 882495 ■ Postidwck-Konto: MOnA.n Nr. 163397

: PATENTANWALT DR. REINHOLD SCHMIDT

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2. KleroEienverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder innere Zellensteg (24) und äußere KleniBienkörper (38, 5S₅ 7^ιί, SS) mit einer im wesentlichen ebenen Fläche (32, kO) versehen ist, die die entgegengesetzt gerichteten Oberflächen der Seitenwand (lh) ne~ben der Waud (36) dicht berühren und rund um die Öffnung (36)

. einen dichten Anschluß Mlden.

3. KlemmeiTverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Klemmenkörper (38) einen nach oben geöffneten, keilförmigen Schlitz (h6) zur Aufnahme einer an den Schiitswänden anliegenden Kabelver-Id indung ( 5 h) auf we ist.

h_t Klemmenverbin&ung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Klemmenkörper (58) einen sich nach außen erstreckenden, mit einer Kabelklemme (66) verbindbaren und durcli senkrechte Bewegung der KaDelklemme (66) von dieser lösbaren Teil (64) aufweist, und daß das gabelförmige Ende des Teiles (66) zur Verhinderung der Lösung der Kabelkammer (66) durch waagerechte Verschiebung des Teiles vergrössert ist.

5. Klemmenverbiiidung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere IQemmenkörper {lh) einen etwa zylindrischen Teil (76) aufweist, den eine hohle,geschlitzte,

zylindrische Federverbindung (82) umgibt.

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6. IQeimaeiaverbindraig nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich in dem äußeren Kleiamenkörper (88) eine nach ohen geöffnete Nute (92) befindet, die einen in die Hut passenden Verbindungskörper (96) aufnimmt.