DE19606448A1 - Batterie-Kabelklemme für Fahrzeuge - Google Patents
Batterie-Kabelklemme für FahrzeugeInfo
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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.
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