DE19606447A1 - Stromunterbrecher für eine Batterieleitung von Fahrzeugen - Google Patents
Stromunterbrecher für eine Batterieleitung von FahrzeugenInfo
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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.
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