DE19606447A1 - Stromunterbrecher für eine Batterieleitung von Fahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stromunterbrecher mit den Merkmalen des Oberbegriffs vom Patentanspruch 1.

Ein derartiger Stromunterbrecher ist aus der DE 44 02 994 A1 bekannt. Das Kon­ taktelement ist beispielsweise als umlaufender Federkorb ausgebildet und über­ nimmt zusätzlich die Funktion, die beiden Verbindungsteile in Wirkstellung zu hal­ ten. Das bedeutet eine mechanisch schwergängige Verbindung der beiden Verbin­ dungsteile, die im Rahmen der Fertigung die Gefahr bestehen läßt, die beiden Verbindungsteile nicht hundertprozentig in ihre Wirkstellung einzustellen. Die Folge davon ist eine möglicherweise nicht in jedem Fall gewährleistete Funktion des Stromunterbrechers. Die Funktion hängt von der Wirksamkeit des Hilfsantriebs ab. Bei der eingangs genannten DE 44 02 994 A1 ist der Hilfsantrieb durch einen Treibsalz gegeben, der im Bedarfsfall gezündet wird und eine definierte Gasmenge erzeugt. Da es sich um einen Explosivkörper handelt, ist die Menge des Explosiv­ stoffs exakt und möglichst klein bemessen. Die Menge ist auf den Fall eingestellt, bei dem sich die beiden Verbindungsteile exakt in der Wirkstellung befinden. Ist dies nicht der Fall, so reicht möglicherweise die erzeugte Gasmenge nicht aus, die weiteren Verbindungsteile sicher voneinander zu lösen. Andererseits ist eine Überdimensionierung der Sprengstoffmenge nicht zulässig, da dies dann, wenn sich die beiden Verbindungsteile in ihrer vorschriftsmäßigen Wirkstellung befinden, zu einer übermäßigen und eine mögliche Gefahr herauf beschwörenden Be­ schleunigung der beiden Kontaktteile führt.

Auch die Möglichkeit, das Kontaktteil wegzulassen und mit Hilfe einer (Preß) Pas­ sung sowohl die Funktion des elektrischen Übergangs als auch die Rückhaltekraft am Ort des elektrischen Rückübergangs sicherzustellen, führt nicht zum Ziel. Eine Passung ist von Fertigungstoleranzen der Kontaktflächen einerseits und dem Ver­ lauf der Einpreßkraft während dem Zusammenfügen der beiden Verbindungsteile andererseits abhängig. Diese Einflußgrößen sind in der Prozeßführung problema­ tisch und führen zu erheblichen Fertigungsaufwendungen, da beispielsweise die Einpreßkraft während des Einpreßvorgangs geführt werden muß und gleichzeitig durch einen erhöhten Fertigungsaufwand das Toleranzmaß der beiden Verbin­ dungsteile an ihrem Übergang gering gehalten werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stromunterbrecher der eingangs genannten Art zu schaffen, der fertigungstechnisch auf einfache Weise die Sicher­ heit einer zuverlässigen Funktion bietet.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Pa­ tentanspruchs 1.

Die räumliche Trennung des elektrischen Übergangs und des Ortes, an dem die Haltekraft aufgebracht wird, bietet auch die Möglichkeit, diese Haltekraft unabhän­ gig von der elektrischen Verbindung einzustellen. Es ist in der Fertigung dann bei­ spielsweise möglich, die Haltekraft zunächst nicht aufzubringen und die beiden Verbindungsteile lediglich lose zusammenzustecken. Der elektrische Übergang ist dann gewährleistet. Erst nach Abschluß der Fertigung, bei dem es jederzeit mög­ lich ist, die beiden Verbindungsteile voneinander zu trennen, wird die Haltekraft durch entsprechende Maßnahmen aufgebracht. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß die beiden Verbindungsteile miteinander verschweißt werden.

Die Möglichkeit, die beiden Verbindungsteile beispielsweise im Rahmen der Ferti­ gung einfach voneinander zu lösen und wieder zusammenzufügen, wird am ein­ fachsten erreicht, in dem das Kontaktelement, wie an sich bekannt, ein umlaufen­ der Federkorb ist. Allerdings ist es die Dimensionierung hinsichtlich der Querkraft so zu wählen, daß diese Querkraft lediglich eine gute elektrische Kontaktgabe be­ wirkt, jedoch einen Reibschluß zwischen den beiden Verbindungsteilen nicht her­ stellt.

Gegenüber der Möglichkeit, die Haltekraft durch Verschweißen der beiden Verbin­ dungsteile aufzubringen, ergibt sich eine vorteilhafte Ausbildung des Stromunter­ brechers dann, wenn die Haltekraft durch ein Gehäuse aufgebracht wird, das nach Herstellen der elektrischen Verbindung der beiden Verbindungselemente um diese herum geschlossen wird. Ein derartiges Gehäuse, zweckmäßigerweise aus Kunst­ stoff, ist einfach in der Herstellung und hinsichtlich der konstruktiven Gegebenhei­ ten sicher und zuverlässig zu beherrschen. Es kann auf verschiedene Weise aus­ gestaltet sein. Zum einen kann es in der Weise an die äußere Form der Verbin­ dungsteile angepaßt sein, daß es nur dann geschlossen werden kann, wenn die beiden Verbindungsteile in ihrer Wirkstellung sitzen. Zusätzlich oder alternativ kann das Gehäuse auch mit Brechelementen versehen sein, die gewünschte Haltekraft hervorrufen. Diese Brechelemente können beispielsweise im Bewegungsweg des einen Verbindungsteils angeordnet sein. Wird der Hilfsantrieb ausgelöst, so ver­ hindern die Brechelemente zunächst die Bewegung der beiden Verbindungsteile relativ zueinander und erst dann, wenn der Hilfsantrieb vollständig wirksam ist, übersteigt die durch ihn hervorgerufene Antriebskraft die Haltekraft. Die Brechele­ mente geben dann schlagartig die Bewegung eines der beiden Verbindungsteile frei. Der dann vorhandene Impuls wird das bewegliche Kontaktteil sicher aus dem stationären Kontaktteil beschleunigen und die Verbindung trennen. Durch die über Form und Material des Brechelements eingestellte Haltekraft der Brechelemente läßt sich auch die Dynamik des Trennvorgangs der Verbindungsteile steuern.

Alternativ oder ergänzend kann das Gehäuse auch zweigeteilt sein und eine defi­ nierte Losbrechkraft besitzen. Die Wirkung der beiden Gehäusehälfte entspricht der der Brechelemente.

Schließlich kann das Gehäuse so ausgebildet sein, daß es als Käfig für die beiden Verbindungsteile auch dann wirkt, wenn diese durch den Hilfsantrieb voneinander gelöst sind. Dadurch wird die Bewegung der Verbindungsteile voneinander be­ grenzt und ein Schutz nach außen hin erzielt. Durch geeignete konstruktive Maß­ nahmen ist es auch möglich, eine Rückbewegung der Verbindungsteile auch auf­ einander zu verhindern und damit eine erneute Kontaktgabe der beiden Verbin­ dungsteile auszuschließen.

Anhand der Zeichnung ist die Erfindung weiter erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Teil eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Stromunterbrechers im offenen Zustand,

Fig. 2 den Stromunterbrecher von Fig. 1 im geschlossenen Zustand,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung des kompletten Stromunterbrechers der Fig. 1 und 2,

Fig. 4 einen Schnitt des Stromunterbrechers von Fig. 3,

Fig. 5 eine zweite Ausführungsform der Erfindung in perspektivischer Darstellung und

Fig. 6 den Stromunterbrecher von Fig. 5 im Schnitt.

Der in Fig. 1 teilweise dargestellte Stromunterbrecher besteht im wesentlichen aus zwei Verbindungsteilen 1 und 2, von denen das Teil 1 mit einer nicht dargestellten Batterieklemme 27 und das Teil 2 mit einer Batterieleitung 3 verbunden ist. Das Teil 2 ist mit einem zylinderförmigen Fortsatz 4 in einen Hohlzylinder 5 des Teils 1 einsteckbar. Am Ende des Hohlzylinders 5 sitzt eine Sprengkapsel 6, die über ei­ nen Stecker 7 mit einem Steuergerät (nicht dargestellt) verbunden ist. Hiervon sind die zum Steuergerät führenden Leitungen 8 angedeutet.

In der Wand des Hohlzylinders 5 sitzt ein Federkorb 9, der über Federlamellen 10 die elektrische Verbindung zwischen den Teilen 1 und 2 herstellt. Der Federkorb kann über einen Hinterschnitt 29 (Fig. 1, 2) im Teil 1 gehalten werden, oder alter­ nativ über eine oder mehrere Schweiß- oder Klebestellen (nicht dargestellt). Dies ist anhand von Fig. 2 zu erkennen. Das Teil 2 kann an seiner Stirnseite ferner ei­ nen Hohlzylinder 11 aufweisen, der im gesteckten Zustand die Sprengkapsel 6 im vorderen Bereich 12 umschließt und auf diese Weise ein definiertes Vorvolumen 25 einstellt.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Anordnung der beiden Verbindungsteile 1 und 2 ist in ein Gehäuse 13 eingeklipst, und besitzt die in Fig. 3 dargestellte äuße­ re Gestalt. Der in Fig. 3 dargestellte Stromunterbrecher ist in Fig. 4 im Schnitt ge­ zeigt. Das Gehäuse 13 ist z. B. längs der Mittellinie 14 geteilt und so beschaffen, daß es nur dann geschlossen werden kann, wenn der Stromunterbrecher den zu­ sammengebauten Zustand besitzt, wie er in Fig. 2 dargestellt ist. Dabei hintergreift das Gehäuse mit einer Ringschulter 15 einen Bund 16 des Teils 2. Die Ringschul­ ter 15 wirkt als Brechelement und ist in ihrer Wandstärke auf die Sprengkraft der Sprengkapsel 6 abgestimmt.

Bei einem schweren Unfall wird die Sprengkapsel 6 durch das Steuergerät, bei dem es sich beispielsweise unter das Airbag-Steuergerät handelt, gezündet. Durch die Sprengkapsel 6 wird eine definierte Gasmenge schlagartig aus dem vorderen Teil 1 der Sprengkapsel 6 freigesetzt; die Gasmenge füllt das anschließende Vor­ volumen 25. Bedingt durch die schlagartige Freisetzung einer erheblichen Gas­ menge kommt es zu einem erheblichen Druckaufbau innerhalb des Vorvolumens 25 zwischen den Teilen 11 und 12 mit der Folge, daß das Teil 2 aus dem Teil 1 ausgetrieben wird. Die Ringschulter 15 hat bis zu diesem Zeitpunkt, d. h. bis eine ausreichende Gasmenge freigesetzt und damit ein ausreichender Druck erzeugt ist, eine Bewegung des Teils 2 verhindert. Schlagartig jedoch bricht die Ringschul­ ter 15 weg und gibt die Bewegung des Teils 2 frei.

Der Rückhalt des Teils 2 durch das Kunststoffgehäuse ist notwendig um ein Ver­ größern des Vorvolumens bereits bei niedrigen Gasdruck zu vermeiden. Die Be­ wegung bei zu niedrigen Gasdruck würde das Vorvolumen vergrößern und die durch die Zündkapsel begrenzte Gasmenge könnte den Gasdruck und somit die Ausdrückkraft nicht mehr ausreichen, wodurch eine sichere Trennung nicht mehr gewährleistet wäre. Wird dagegen das Vorvolumen bis zu einem durch das Kunst­ stoffgehäuse eingestellten Gasdruck/Auspreßkraft konstant gehalten, wird der beim Brechen der Kunststoffverriegelung entstehende Impuls ausreichen, das Teil 2 sicher aus dem Teil 1 beschleunigen und Teil 1 und Teil 2 elektrisch voneinander trennen.

Das Teil 2 bewegt sich in Richtung des Pfeils 17 relativ zum Teil 1 innerhalb des Gehäuses 13 und schlägt mit dem Bund 16 an der Rückwand 13′ des Gehäuses 13 an. Das Gehäuse ist an dieser Stelle so bemessen, daß die kinetische Energie des Teils 2 nicht ausreicht, die Rückwand 13′ zu zerstören. Gleichzeitig nehmen Rückhalteelemente 18, die innerhalb des rückwärtigen Teils des Gehäuses ange­ ordnet sind, wieder die eingezeichnete Lage ein und verhindern eine Bewegung des Teils 2 in Richtung des Teils 1. Das Teil 2 ist damit zwischen der Rückwand 13′ und den Rückhalteelementen 18 mit seiner Schulter 16 gehalten.

Voraussetzung für die Wirksamkeit der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Anord­ nung ist die Abstimmung der Wandstärke der Ringschulter 15, der Sprengwirkung der Sprengkapsel 6, und des durch die Teile 11 und 12 gebildeten Volumens, so­ wie der Tatsache, daß der Federkorb 9 im Verhältnis zur Rückhaltekraft der Ring­ schulter 15 in seiner Haltekraft zu vernachlässigen ist. Letzteres bietet gleichzeitig die Möglichkeit, vor dem Verbau des Gehäuses 13 die beiden Verbindungsteile 1 und 2 jederzeit problemlos voneinander lösen zu können. Dies ist im Rahmen der Fertigung beispielsweise zur Überprüfung der elektrischen Eigenschaften sowie zur Erleichterung des Montagevorgangs von Vorteil.

Gleichzeitig ist die dargestellte Anordnung besonders reparaturfreundlich. Nach dem Auslösen der Sprengkapsel 6 kann die Anordnung erneut geschärft werden, in dem lediglich das Gehäuse 13 und das Teil 1 (mit Batterieklemme) erneuert werden. Hierzu wird lediglich der Stecker 7 von dem bisherigen Teil 1 abgezogen und auf das Ersatzteil gesteckt. Das Teil 1 wird dann mit dem Teil 2 zusammenge­ steckt. Anschließend wird ein neues Gehäuse angebracht. Die gesamte Anord­ nung befindet sich dann wieder in einwandfreiem funktionsfähigen Zustand.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 und 6 ist das Gehäuse 19 entsprechend dem Gehäuse 13 der Fig. 1 bis 4 zweigeteilt. Die beiden Gehäusehälften 20 und 21 sind durch mehrere Stifte 22 miteinander verbunden. Die Gehäusehälfte 21 hintergreift mit einem zylindrischen Ansatz 23 den Bund 16.

Im Auslösefall werden die Stifte 22 bei einem definierten Gasdruck zerstört. Die Gehäusehälfte 21 fährt nach Art einer Lafette über die Außenwand der Gehäuse­ hälfte 20 und kommt am Ende der Gehäusehälfte 20 zum stehen. Der Vorderteil 21′ der Gehäusehälfte 21 sitzt dabei am Ende der Hälfte 20 und ist durch Rückhal­ teelemente 24 fixiert.

In Fig. 5 ist auch die Möglichkeit dargestellt, die Ansteuerleitung über eine Steck­ verbindung 26 an die Auslöseelektronik anzuschließen.

Unter Umständen ist es notwendig, eine erhöhte Gasdichtheit für das Vorvolumen zu realisieren. Prinzipiell möglich ist dies durch Verwendung eines O-Ringes 28 (Fig. 2; 4) oder einen Lamellendichtung 28 die bei hergestellter Verbindung zwi­ schen Hohlzylinder 5 und Zylinder 4 des beweglichen Teils wirkt.

Dabei ist es auch denkbar, ein eigenes Kunststoffteil (nicht dargestellt) mit Dicht­ funktion 28 zu verwenden, daß über den Sprengkapsel 6 im Hohlzylinder 5 vor dem Zylinder 4 des beweglichen Teils 2 angeordnet ist. Die Dichtfunktion kann über die Paßgenauigkeit des Kunststoffteils oder über dem Kunststoffteil zugeord­ nete Dichtelemente erfolgen.

Zusätzlich kann das Kunststoffteil als Isolierteil bei ausgelöster Verbindung wirken.

Claims (6)

1. Stromunterbrecher für eine Batterieleitung von Fahrzeugen, mit einem Kontaktelement zwischen den beiden Verbindungsteilen für deren elektri­ sche Verbindung und mit einem Hilfsantrieb zur Entfernung der beiden Verbindungsteile, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement (9) im wesentlichen nur eine senkrecht zu den Verbindungsteilen (1, 2) gerichtete Querkraft aufbringt und daß die gegen die Wirkung des Hilfsantriebs gerich­ tete Haltekraft im wesentlichen an einer Stelle (15, 16) aufgebracht wird, die räumlich vom Kontaktelement (5) entfernt ist.

2. Stromunterbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement als Kontaktlamellen (10) eines umlaufenden Federkorbs (9) ausgebildet ist.

3. Stromunterbrecher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltekraft durch ein Gehäuse (13) aufgebracht wird, in dem die beiden Verbindungsteile relativ zueinander durch den Hilfsantrieb (6) bewegbar sind.

4. Stromunterbrecher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (13) nur bei funktionssicheren Zustand des Stromunterbrechers schließbar ist.

5. Stromunterbrecher nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse Brechelemente (15) besitzt, die die Verbindungsteile in Wirk­ stellung halten.

6. Stromunterbrecher nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse zwei Hälften (20, 21) besitzt, die mit definierter Losbrechkraft voneinander lösbar sind.