DE19606448A1 - Batterie-Kabelklemme für Fahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Batterie-Kabelklemme mit den Merkmalen des Oberbegriffs vom Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer der­ artigen Kabelklemme.

Eine derartige Kabelklemme und ein Verfahren zu ihrer Herstellung ist aus der WO 95/21454 A bekannt. Dabei besitzen die beiden Klemmteile eine zylindrische Oberfläche. Daraus ergeben sich verschiedene Nachteile. Zum einen ist die Kon­ taktkraft von den Herstellungstoleranzen der beiden Klemmteile abhängig und nicht exakt definierbar. Daraus ergibt sich der Nachteil, den Hilfsantrieb so zu dimensio­ nieren, daß unter extremen Bedingungen eine ausreichende Wirksamkeit gegeben ist. Da der Hilfsantrieb i.d.R. mit Hilfe einer Sprengkapsel ausgeführt wird, ergibt sich daraus eine relativ große Brisanz der Sprengkapsel mit dem Problem, bei ei­ ner evtl. Fehlauslösung, beispielsweise bei einer Reparatur im Motorraum, eine Gesundheitsgefährdung eines Menschen sicher auszuschließen. Daraus ergibt sich ein erheblicher Aufwand für beispielsweise eine Schutzumhüllung sowie ein relativ großes damit verbundenes Zusatzgewicht der gesamten Kabelklemme.

Auch die Wirksamkeit einer Kabelklemme mit zylindrischen Kontaktflächen der Klemmteile ist insoweit problematisch, als die Trennung der beiden Klemmteile erst nach Zurücklegen eines nicht unerheblichen Distanzweges erfolgt. Verwendet man als Hilfsantrieb wie ausgeführt eine Sprengladung, so ist deren Wirkung durch die sich bei Zünden der Sprengkapsel ergebenden Gasmenge bestimmt. Für das Ent­ fernen der beiden Klemmteile voneinander ergibt sich ein Gasvolumen, das dem Distanzweg proportional ist. Da das Gasvolumen sowohl die Losbrechkräfte der Klemmverbindung als auch die Relativbewegung der beiden Klemmteile voneinan­ der ausführen muß, ergibt sich daraus wiederum eine erhebliche Menge an Sprengstoff mit den sich daraus ergebenden, bereits geschilderten erheblichen Nachteilen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Batterie-Kabelklemme der ein­ gangs genannten Art zu schaffen, bei der die Trennung der beiden Klemmteile voneinander in definierter Weise und mit einer minimalen Auspreßkraft des Hilfsan­ triebs erfolgt und ferner ein Verfahren zu schaffen, bei dem sich diese Wirkungen mit geringem fertigungstechnischen Aufwand darstellen lassen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe für die Batterie-Kabelklemme der eingangs ge­ nannten Art mit den Merkmalen des Kennzeichenteils vom Patentanspruchs 1 und für das Fertigungsverfahren mit den Merkmalen des Kennzeichenteils vom Patent­ anspruch 9.

Die Verwendung eines Konus (Kegelsitzes) ergibt durch die Konusselbsthemmung eine definierte Haltekraft der beiden Klemmteile und bereits bei einer minimalen Relativbewegung der beiden Klemmteile eine Kontakttrennung, sofern eine Wand­ berührung vermieden wird. Ein Kegelsitz seinerseits ist fertigungstechnisch pro­ blemlos, da evtl. Fertigungstoleranzen bedingt durch die Oberflächenstruktur weit­ gehend ausgeglichen werden. Zudem läßt sich die Klemmkraft auf einfache Weise während des gesamten Fügeverfahrens überwachen und damit auch die Los­ brechkraft in einem definierten Verhältnis zur maximalen Klemmkraft einstellen.

Die Losbrechkraft wird i.d.R. mit Hilfe eines Sprengstoffs erzeugt. Dessen Menge kann relativ gering sein, da es lediglich erforderlich ist, die Losbrechkraft zu über­ winden. Aufgrund der sich dabei ergebenden Relativbewegung ist schnell und si­ cher die Kontakttrennung gewährleistet.

Eine optimale Steuerung der Kontaktkraft und der Losbrechkraft läßt sich durch eine Anzahl verschiedener Maßnahmen erreichen. So können die beiden Kegel­ winkel nahezu identisch ausgebildet sein. Im Gegensatz zu einer relativen Diffe­ renz der beiden Kegelwinkel ergibt sich damit eine Kontaktfläche der beiden Klemmteile, die über deren gesamte miteinander in Verbindung stehende Oberflä­ che gegeben ist. Die Kontaktflächen können zusätzlich oberflächenbehandelt, bei­ spielsweise durch Verzinnen oberflächenveredelt und/oder miteinander verklebt sein. Der Kleber kann so beschaffen sein, daß er erst während des Fügevorgangs wirksam wird. Die Klebkraft kann zusätzlich von der Einpreßkraft abhängig sein. Damit ergibt sich eine langzeitstabile und praktisch über die gesamte Laufzeit sich in ihrer Auspreßkraft nicht ändernde Klemmverbindung der beiden Klemmteile.

Um Rückwirkungen des Hilfsantriebs auf den Batteriepol zu vermeiden, kann die Rückstoßkraft am Batteriepol vorbei, beispielsweise schiefwinklig zur Abgangsrich­ tung der Kabelklemme gerichtet sein. Zusätzlich können die Klemmteile mit einer isolierenden Schutzumhüllung versehen sein. Diese dient insbesondere zur elektri­ schen Isolierung. Sie kann ferner dazu dienen, die beiden Klemmteile nach ihrer Trennung in definiertem Abstand voneinander zu halten. Hierzu kann die Umhül­ lung in die Bewegungsrichtung des einen Klemmteils offen sein. Ferner kann sie Rastmittel für das vom anderen Klemmteil entfernte Klemmteil besitzen. Durch die­ se Rastmittel wird einerseits die Bewegung des Klemmteils begrenzt und ein Wie­ derannähern und damit eine Kontaktgabe der beiden Klemmteile verhindert.

Anhand der Zeichnung ist die Erfindung weiter erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine erste konstruktive Ausgestaltung der Erfindung in Seitenansicht (a) und Draufsicht (b),

Fig. 2 eine Alternative zur Ausführungsform von Fig. 1 ebenfalls in Seitenansicht und Draufsicht,

Fig. 3 Einzelheiten der erfindungsgemäßen Klemmverbindung,

Fig. 4 die Klemmverbindung von Fig. 3 im zusammengebauten Zustand,

Fig. 5 die Klemmverbindung der Fig. 3 und 4 im aufgetrennten Zustand,

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfin­ dung,

Fig. 7 eine Schnittansicht der Ausführungsform von Fig. 6 mit geschlossener Klemmverbindung,

Fig. 8 die Klemmverbindung von Fig. 7 im getrennten Zustand und

Fig. 9 eine Alternative zur Klemmverbindung von Fig. 7.

Fig. 1 zeigt eine Batterie-Kabelklemme (im folgenden SBK genannt) 1, die im we­ sentlichen aus einer bekannten Ausführung einer Klemme 8 zur Befestigung an einem Batteriepol 8′ dient. Die SBK 1 weist ferner zwei Klemmteile 2 und 4 auf, die durch einen Preßsitz an ihrer Berührfläche 7 in elektrisch leitender Verbindung ge­ halten sind. Ferner ist ein Hilfsantrieb in Form einer Sprengkapsel 3 vorgesehen, der im Klemmteil 2 gehalten ist. Ferner besteht zwischen der Sprengkapsel 3 und dem Klemmteil 4 ein Vorvolumen 6. Schließlich ist das Klemmteil 4 mit einer Batte­ rieleitung 5 verbunden.

Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 2 ist die Abgangsrichtung des Batteriekabels 5 parallel und fluchtend zur Abgangsrichtung der Batterieklemme 8 vom Batteriepol 8′. Im übrigen sind Teile gleicher Funktion mit gleichem Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen. Den Ausführungsformen von Fig. 1 und Fig. 2 gemeinsam ist, daß bei Wirksamwerden des Hilfsantriebs (Sprengkapsel 3) die bei der Bewegung des Batteriekabels 5 in Richtung des eingezeichneten Pfeils auftretende Rückstoßkraft auf das stationäre Klemmteil 2 an der Batterieklemme 8 vorbeigerichtet ist. Da­ durch kommt es nicht zu einer Beschädigung des Batteriepols 8′ und damit der angeschlossenen Fahrzeugbatterie.

Wesentlich für die Erfindung ist die Konizität des Klemmteils 4 und der entspre­ chenden Ausprägung der Kontaktfläche im Klemmteil 2 als Kegelsitz. Die Kegel­ winkel 10a der beiden miteinander elektrisch in Verbindung stehenden Kontaktflä­ chen sind in etwa gleich und besitzen einen Wert von max. 5, hier darstellt vor­ zugsweise etwa 2,5°. Dadurch wird eine Selbsthemmung bei der Herstellung der Klemmverbindung den beiden Klemmteilen 2 und 4 erreicht. Die Einpressung des Klemmteils 4 in das Klemmteil 2 erfolgt kraftgesteuert mit einem Wert von bei­ spielsweise 3500 N. Fertigungstoleranzen werden auf diese Weise weitgehend ausgeglichen. Wichtig ist, daß der Fertigungsprozeß selbst die Parallelität zwi­ schen dem Konuswinkel 10 und dem Kegelwinkel 10a sicherstellt. Ferner läßt sich bei kraftgesteuerter Einpressung ein eindeutiger Zusammenhang zwischen Ein­ preß- und Auspreßkraft herstellen. Die Auspreßkraft liegt beispielsweise um den Faktor 1,1 bis 1,3 höher als die Einpreßkraft. Diese kalkulierbare Auspreßkraft ist wichtig für die Dimensionierung der Sprengkraft der Sprengkapsel 3.

Um Kontaktkorrision zu vermeiden, wird die Oberfläche des Klemmteils 4 und/oder die Oberfläche des Konus im Klemmteil 2 z. B. mit Zinn (11) oberflächenveredelt. Zusätzlich zum Korrosionsschutz hat die Zinnoberfläche die Eigenschaft, daß beim Fügevorgang das Zinn in etwaige fertigungsbedingte Rillen, Riffen, Vertiefungen und Winkelabweichungen fließt und vor Ort kaltverschweißt wird. Auf diese Weise läßt sich eine formschlüssige, gasdichte Verbindung 12 (Fig. 4) über die gesamte Konus-/Kegelfläche erzeugen.

Ebenfalls darstellt ist die Anbringung von Klebstoff, der beispielsweise als Klebring 25 auf dem Klemmteil 4 aufgebracht wird. Es werden idealerweise Klebewerkstoffe verwendet, die erst unter Druck, also während und nach Herstellung der Preßpas­ sung aushärten. Durch geeignete Wahl des Klebewerkstoffs lassen sich beliebige Haltekräfte einstellen. Die Haltekraft der Klebestelle wird so eingestellt, daß die Summenkraft aus Haltekraft der Preßpassung und Haltekraft der Klebestelle noch unterhalb der Kraft zu liegen kommt, die mit der Sprengkapsel 3 bei deren Auslö­ sen aufgebracht wird.

Im ausgelösten Zustand erzeugt die Sprengkapsel 3 ein Gas, das in das Vorvolu­ men 6 gelangt und eine Auspreßkraft für das Klemmteil 4 erzeugt. Dieses wird aus seinem Klemmsitz gepreßt und nimmt beispielsweise die in Fig. 5 dargestellte Lage ein. In dieser ist die elektrische Verbindung zwischen den Klemmteilen 2 und 4 unterbrochen. Bedingt durch den Kegelsitz erfolgt der Ausstoß des Klemmteils 4 mit mäßiger Dynamik. Gegründet wird dies durch die Tatsache, daß nach dem er­ sten Losbrechen der Konusverbindung ein sehr großer Luftspalt 17 erzeugt wird, der zum augenblicklichen Druckabfall führt und somit die Batterieleitung 5 nicht stark beschleunigt. Ferner ist die Rückstoßkraft auf den Batteriepol 8′ im Falle der Auslösung gering. Eine funktionsbeeinträchtigende Schädigung des Batteriepols 8′ kann somit vermieden werden.

Zum Schutz möglicherweise in der Nähe befindlicher Personen oder Gegenstände im Falle der Auslösung ist das Klemmteil 2 mit eingepreßtem Klemmteil 4 in ein Kunststoffteil 18 eingeklipst (Fig. 6), das zwei Funktionen erfüllt:

Wird das Klemmteil 4 mit dem Batteriekabel 5 durch den Hilfsantrieb ausgedrückt, wird der Weg 19, den das Klemmteil 4 zurücklegt, begrenzt (Fig. 7). Gleichzeitig wird durch Verrastelemente 20 ein Rückfedern und somit nochmaliges Kontaktie­ ren der Leitung 5 mit dem Batteriepol 8′ verhindert. Das Kunststoffteil 18 erfüllt zusätzlich die Funktion eines Berührschutzes.

Wird die Sprengkapsel 3 gezündet, so bewegt sich das Klemmteil 4 unter der Wir­ kung des in der Sprengkapsel 3 entwickelten Gases in Fig. 7 nach rechts, bis ein Bund 4′ des Klemmteils 4 am hinteren Ende des Kunststoffteils 18 anschlägt. Dies erfolgt nach Zurücklegen des Wegs 19. Die Zündung der Sprengkapsel 3 erfolgt zweckmäßigerweise mit Hilfe eines nicht dargestellten Airbagsteuergeräts oder eine andere geeignete Auslösesteuerung (z. B. Kurzschlußstrommessung).

In der Stellung, die in Fig. 8 gezeigt ist, werden die Verrastelemente 20 wirksam und verhindern, daß das Klemmteil 4 sich wieder in Richtung des Klemmteils 2 bewegt. Damit ist die Verbindung zwischen dem Batteriekabel 5 und dem Batterie­ pol 8′ dauerhaft unterbrochen.

Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 9 schließlich ist das Kunststoffteil 18′ mit einer Sollbruchstelle 22 versehen und mit dem Klemmteil 2 über umlaufende Ringnuten 23 verrastet. Beim Trennvorgang löst sich das Kunststoffteil 18′ an der Sollbruch­ stelle 22, das Batteriekabel mit Klemmteil 4 fallen ab. Eine erneute Kontaktgabe ist damit verhindert.

Einbaugeometrien können es verlangen, daß der Trennmechanismus (Sprengkapsel 3 und Kegelsitz 10/11) nicht direkt an die Batterieklemme 8 ange­ baut ist, sondern daß er Bestandteil der Batterieleitung ist. Dadurch ergeben sich universelle Einsatzmöglichkeiten. Für die Einbindung in die Batterieleitung 5 ändert sich nichts an der Ausführung der Verbindungsstelle. Lediglich das Klemmteil 2 ist nicht an die Batterieklemme 8 angebunden, sondern ebenfalls als Leitungsan­ schlußstück ausgeführt.

Claims (11)

1. Batterie-Kabelklemme für Fahrzeuge mit einer Befestigungsvorrichtung für ein Kabelendstück, in der zwei Klemmteile über eine mit hoher Trennkraft durch einen Hilfsantrieb lösbare Preßverbindung elektrisch leitend mitein­ ander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßverbindung über eine konisch ausgebildete Kontaktfläche (10, 11) besteht.

2. Batterie-Kabelklemme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfläche vollständig als Kegelsitz mit nahezu identischen Kegelwinkeln (10a) ausgebildet ist.

3. Batterie-Kabelklemme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Kontaktflächen (10, 11) oberflächenveredelt ist.

4. Batterie-Kabelklemme nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden Klemmteile miteinander verklebt sind (25).

5. Batterie-Kabelklemme nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die durch den Hilfsantrieb hervorgerufene Rückstoßkraft am Batteriepol (8′) vorbeigeleitet ist.

6. Batterie-Kabelklemme nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstoßkraft schiefwinklig zur Abgangsrichtung der Kabelklemme (8) ver­ läuft.

7. Batterie-Kabelklemme nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Klemmteile eine isolierende Umhüllung (18) besitzen, die in der Bewegungsrichtung eines Klemmteils offen ist.

8. Batterie-Kabelklemme nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung Rastmittel (20) für das vom anderen Klemmteil (2) entfernte Klemmteil (4) besitzt.

9. Verfahren zur Herstellung einer Preßverbindung für eine Batterie-Kabelklemme nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmverbindung mit einer definierten Einpreßkraft vorgenommen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf der Einpreßkraft während des Kontaktschlusses überwacht wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Hilfsantrieb hervorgerufene Auspreßkraft um den Faktor 1,1 bis 1,3 höher als die maximale Einpreßkraft ist.