EP1472761A1 - Rekontaktierbare verbindungsanordnung - Google Patents

Rekontaktierbare verbindungsanordnung

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Publication number
EP1472761A1
EP1472761A1 EP02787955A EP02787955A EP1472761A1 EP 1472761 A1 EP1472761 A1 EP 1472761A1 EP 02787955 A EP02787955 A EP 02787955A EP 02787955 A EP02787955 A EP 02787955A EP 1472761 A1 EP1472761 A1 EP 1472761A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
connection arrangement
arrangement according
shaped contact
contact element
pin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02787955A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jens Schumacher
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Auto Kabel Management GmbH
Original Assignee
Auto Kabel Management GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Auto Kabel Management GmbH filed Critical Auto Kabel Management GmbH
Publication of EP1472761A1 publication Critical patent/EP1472761A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/02—Contact members
    • H01R13/15—Pins, blades or sockets having separate spring member for producing or increasing contact pressure
    • H01R13/187—Pins, blades or sockets having separate spring member for producing or increasing contact pressure with spring member in the socket
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/02—Contact members
    • H01R13/10—Sockets for co-operation with pins or blades
    • H01R13/11—Resilient sockets
    • H01R13/111—Resilient sockets co-operating with pins having a circular transverse section
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/02—Contact members
    • H01R13/15—Pins, blades or sockets having separate spring member for producing or increasing contact pressure
    • H01R13/17—Pins, blades or sockets having separate spring member for producing or increasing contact pressure with spring member on the pin

Definitions

  • the invention relates to a re-contactable connection arrangement, in particular for use in motor vehicles, for connecting high-current-carrying contact elements, in particular battery poles and terminals.
  • the invention relates to a resilient connecting element and possible uses thereof.
  • connection elements there are various ways of making connections between contact elements in the high-current range. Especially when used in motor vehicles and there especially in the vehicle battery, it is important that the connections are designed in such a way that they can be detached and put back together without great effort, that is to say they can be re-contacted.
  • Existing high-current contacts usually create a connection between two contact elements in the axial direction by means of prestressed spring elements, for example lamellar springs or coil springs.
  • the spring elements are part of one of the two contact elements.
  • connections between battery terminals and battery poles are based on a screw solution in which the terminal is screwed onto the battery pole.
  • the aim is to have the largest possible contact area and contact force between the contact elements, for example between the battery terminal and the battery pole, in order to keep the contact resistance as low as possible.
  • the invention has for its object to develop a re-contactable connection arrangement of the type mentioned in such a way that permanently improved contact between the contact elements is ensured in a simple manner.
  • the invention is characterized in that a special resilient connecting element is arranged between a pin-shaped contact element and a socket-shaped contact element.
  • the connecting element is a radial spring which is formed from a helical spring connected at its ends to form a ring.
  • pen-shaped Contact element after assembly that is, after plugging together, inserted into the socket-shaped contact element
  • the resilient connecting element is arranged so that it touches the inside of the pin-shaped contact element and the outside of the socket-shaped contact element and thereby enables electrical contact.
  • the number of contact points between the socket-shaped contact element and the pin-shaped contact element results from the inside diameter or outside diameter, the winding width, the wire diameter and the pitch of the annular, resilient connecting element.
  • the effective current transmission cross section consists of the wire diameter multiplied by the number of contact points.
  • the invention is characterized in particular by the fact that the resilient connecting element maintains its preset prestress almost constant and the contact resistance is thereby kept permanently low.
  • the large number of turns and the associated large number of contact points of the resilient connecting element with the two contact elements also create a large contact area overall.
  • the outer diameter of the resilient element in the uncompressed or relaxed state, ie in the state before plugging together be larger than the diameter of the pin-shaped contact element.
  • the resilient connecting element should be compressible in the radial direction, ie in the direction of the pin-shaped contact element, so that the inside of the resilient connecting element also has reliable contact with the pin-shaped contact element.
  • the socket-shaped contact element has on its inside at least one groove that runs completely in the circumferential direction. The annular, resilient connecting element can then be inserted into this groove before the two contact elements are plugged together, so that it is compressed as soon as the pin-shaped contact element is inserted, thereby producing an optimal connection between the two contact elements.
  • the pin-shaped contact element has on its outside at least one groove that is completely circumferential in the circumferential direction, so that, as an alternative to the previously described embodiment, the resilient connecting element is first fixed on the pin-shaped contact element by the groove and then these two components as a unit be inserted into the socket-shaped contact element.
  • the resilient connecting element is first fixed on the pin-shaped contact element by the groove and then these two components as a unit be inserted into the socket-shaped contact element.
  • both contact elements can each have a groove, the two grooves lying opposite one another in the assembled state and thus serving as a receptacle for a resilient connecting element.
  • the respective, opposite grooves can be of different depths.
  • the resilient connecting element forms a unit with the pin-shaped contact element or with the socket-shaped contact element before the contact elements are plugged together.
  • the resilient element sticks during disassembly or decontacting, so that it cannot be easily lost, for example if the contact elements are pulled apart suddenly.
  • the bottom of the grooves can be either curved or angular in cross section. However, any other shapes are also conceivable. It is ultimately only a question of ensuring that the best possible contact between the respective contact element and the turns of the resilient connecting element is ensured.
  • the grooves and the resilient connecting element located therein in the assembled state in addition to optimal contact, also ensure a defined tight fit in the axial direction of the two contact elements.
  • the axial force can be set constructively via the spring, namely by material, number of turns, height and width of the single turn, etc. This applies in particular if two corresponding grooves lie opposite one another in the assembled state.
  • the pin-shaped contact element is conical. Contacting a conical pole is then possible through a defined bias in the direction of the cone ratio.
  • the largest possible contact area is important when connecting contact elements.
  • the arrangement is chosen so that each turn of the resilient connecting element touches both the socket-shaped and the pin-shaped contact element in the assembled state. Accordingly, the contact area becomes even larger if several resilient connecting elements are used.
  • the diameters of the different connecting elements can be of different sizes or of the same size.
  • sealing elements e.g. Sealing rings, silicone sealant, etc. can be introduced.
  • these can also be fixed in grooves so that they do not move during assembly or disassembly.
  • the correct seating of the contact elements can be achieved, for example, by means of a suitable lever connection or a button mechanism, etc., by means of an additionally provided optical display device are displayed.
  • a suitable lever connection or a button mechanism etc.
  • an additionally provided optical display device are displayed.
  • the user or fitter already knows when plugging together whether the end position has already been reached or whether the pin-shaped contact element has to be pushed further into the socket-shaped contact element.
  • this device ie the lever connection or the button mechanism, can also be used for easier disassembly.
  • a device for avoiding an arc can be provided.
  • an arc can occur and damage components or lead to injuries to the user.
  • a switch can be provided in particular on the upper side of the socket-shaped contact element, which in the assembled state touches the end face of the pin-shaped contact element and thereby provides an electrical contact.
  • an axial displacement of the two contact elements relative to one another is necessary. The switch detaches itself from the end face of the pin-shaped contact element immediately at the beginning of the displacement and thereby detects the beginning of the displacement process and thus the axial decontacting.
  • a high-resistance element in particular a graphite ring, can also be provided, which touches one of the contact elements in the assembled state and can thereby make electrical contact and via which an axial decontacting can be detected.
  • the invention further relates to a resilient connecting element for connecting contact elements, which is formed from a helical spring connected at its ends to form a ring and which can also be radially compressible.
  • a resilient connecting element for connecting contact elements, which is formed from a helical spring connected at its ends to form a ring and which can also be radially compressible.
  • a connection arrangement between two contact elements e.g. Between the battery terminal and the battery pole, such a resilient connecting element can be used both as a securing element and as a current transmission element. Both functions, i.e. the axial fixing or securing of the pin-shaped contact element within the socket-shaped contact element, but in particular the establishment of a contact between the two contact elements, has already been described in the preceding paragraphs.
  • FIG. 3 shows an embodiment of a pin-shaped contact element in longitudinal section
  • Fig. 4 shows the socket-shaped contact element corresponding to the contact element of Fig. 3 in longitudinal section.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a resilient connecting element 2 as it is arranged between a pin-shaped contact element 4 and a socket-shaped contact element 5 in order to electrically connect the contact elements 4 and 5 to one another.
  • the resilient connecting element 2 is shown in section along the section line shown in the left part of FIG. 1. It can be clearly seen that the connecting element 2 is formed from a helical spring connected at its ends to form a ring.
  • the connecting element 2 is formed from a helical spring connected at its ends to form a ring.
  • FIG. 2 shows how the resilient connecting element 2 changes in shape when it is arranged between the two intermeshing contact elements 4 and 5.
  • the connecting element 2 is shown in detail in a non-compressed form. A relatively large distance between the individual turns 3 of the connecting element 2 can be seen.
  • the connecting element 2 shown in the compressed state, ie in the installed state. Since in this state a force F acts from the contact element on the resilient connecting element 2, which compresses it in the radial direction, the winding height is also reduced accordingly by an amount s. As a result, the distance between the individual turns 3 is also significantly smaller than in the non-compressed state.
  • the re-contactable connecting arrangement 1 consists of a pin-shaped contact element 4 and a socket-shaped contact element 5.
  • the pin-shaped contact element 4 is shown in longitudinal section in FIG. 3.
  • the contact element 4 has three completely circumferential grooves 6, the bottom 7 of which is angular in cross section.
  • a sealing element in the form of an O-shaped sealing ring 8 is arranged in the left-hand groove and is intended to seal the space between the contact elements 4 and 5 from the environment, in particular from moisture.
  • the outer diameter of the connecting element 2, which has not yet been compressed in the present example, is larger than the diameter of the pin-shaped contact element 4.
  • the socket-shaped contact element 5 can transmit a certain force F to the connecting element 2 and thus generate a voltage which ensures this that each of the turns 3 of the connecting element 2 has optimal contact with both contact elements 4 and 5.
  • 4 finally shows the socket-shaped contact element 5, into which the pin-shaped contact element 4 is inserted together with the attached connecting element 2 and the attached sealing ring 8 in order to make electrical contact.
  • the sealing ring 8 is located in the left of the three grooves 10 shown in the contact element 5.
  • the annular connecting element 2 is then located in the middle groove.
  • the grooves on the inside of the socket-shaped contact element 5 have a straight base 7 and are substantially less deep than the grooves 6 in the pin-shaped contact element 4. This ensures that both the sealing ring 8 and the connecting element 2 also remain fixed on the pin-shaped contact element 4 and cannot get caught in the interior of the socket-shaped contact element 5 or can even be lost.
  • the re-contactable connection arrangement shown up to that point can be manually uncontacted.
  • the decontacting is carried out by additional decontacting means in the form of energy stores.
  • energy stores can be pyrotechnic means, spring means, pneumatic means or hydraulic means.

Landscapes

  • Details Of Connecting Devices For Male And Female Coupling (AREA)
  • Connector Housings Or Holding Contact Members (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine rekontaktierbare Verbindungsanordnung (1), insbesondere für den Einsatz in Kraftfahrzeugen, zur Verbindung von hochstromführenden Kontaktelementen (4, 5), insbesondere Batteriepolen und -klemmen, wobei zwischen einem buchsenförmigen Kontaktelement (5) und einem darin einführbaren stiftförmigen Kontaktelement (4) mindestens ein federndes Verbindungselement (2) angeordnet ist, das aus einer an ihren Enden zu einem Ring verbundenen Schraubenfeder gebildet ist. Auf diese Weise wird eine rekontaktierbare Verbindungsanordnung (1) geschaffen, die auf einfache Weise einen dauerhaft verbesserten Kontakt zwischen den beiden Kontaktelementen (4, 5) gewährleistet. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein entsprechendes federndes Verbindungselement (2) sowie Verwendungsmöglichkeiten davon.

Description

Rekontaktierbare Verbindungsanordnung
Die Erfindung betrifft eine rekontaktierbare Verbindungsanordnung, insbesondere für den Einsatz in Kraftfahrzeugen, zur Verbindung von hochstromfuhrenden Kontaktelementen, insbesondere Batteriepolen und -klemmen. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein federndes Verbindungselement sowie Verwendungsmöglichkeiten davon.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, im Hochstrombereich Verbindungen zwischen Kontaktelementen herzustellen. Insbesondere beim Einsatz in Kraftfahrzeugen und dort speziell bei der Fahrzeugbatterie ist es wichtig, daß die Verbindungen so gestaltet sind, daß sie ohne größeren Aufwand gelöst und wieder zusammengesteckt werden können, also rekontaktierbar sind.
Bestehende Hochstromkontakte erzeugen eine Verbindung zwischen zwei Kontaktelementen in der Regel durch vorgespannte Federelemente, z.B. Lamellenfedern oder Schraubenfedern, in axialer Richtung. Die Federelemente sind Bestandteil eines der zwei Kontaktelemente. Im Kraftfahrzeugbereich beruhen Verbindungen zwischen Batterieklemmen und Batteriepolen auf einer Schraublösung, bei der die Klemme auf dem Batteriepol verschraubt wird. In beiden Fällen ist es das Ziel, eine möglichst große Kontaktfläche und Kontaktkraft zwischen den Kontaktelementen, z.B. zwischen der Batterieklemme und dem Batteriepol, zu erzeugen, um den Übergangswiderstand möglichst gering zu halten.
Bei Systemen, bei denen zwischen den Kontaktelementen vorgespannte Federelemente vorgesehen sind, ist es nachteilig, daß es im Laufe der Zeit zu einem immer größer werdenden Spannungsabfall und somit auch zu einem immer größer werdenden Übergangswiderstand kommt . Entsprechendes gilt auch für Systeme, die auf einer einfachen Schraublösung beruhen. Nachteilig bei letzteren ist, daß unter der hohen Flächenpressung das Metall, insbesondere das Blei des Pols, anfängt zu fließen und dadurch letztlich die Spannkraft, die anfänglich sehr hoch war, im Laufe der Zeit immer weiter abnimmt. Auch dies führt zu einer Erhöhung des Übergangswiderstands.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine rekontaktierbare Verbindungsanordnung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß auf einfache Weise ein dauerhaft verbesserter Kontakt zwischen den Kontaktelementen gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Ausgestaltung der gattungsgemäßen rekontaktierbaren Verbindungsanordnung durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Patentanspruch 1 gelöst.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß zwischen einem stiftfδrmigen Kontaktelement und einem buchsenförmigen Kontaktelement ein spezielles federndes Verbindungselement angeordnet ist. Bei dem Verbindungselement handelt es sich um eine Radialfeder, die aus einer an ihren Enden zu einem Ring verbundenen Schraubenfeder gebildet ist. Ist das stiftförmige Kontaktelement nach der Montage, d.h. nach dem Zusammenstecken, in das buchsenförmige Kontaktelement eingeführt, ist das federnde Verbindungselement - so angeordnet, daß es mit seiner Innenseite das stiftformige Kontaktelement und mit seiner Außenseite das buchsenförmige Kontaktelement berührt und dadurch einen elektrischen Kontakt ermöglicht. Über den Innendurchmesser bzw. Außendurchmesser, die Windungsbreite, den Drahtdurchmesser sowie die Steigung des ringförmigen, federnden Verbindungselements ergibt sich die Anzahl der Kontaktstellen zwischen dem buchsenförmigen Kontaktelement und dem stiftförmigen Kontaktelement . Der effektive Stromübertragungsquerschnitt besteht aus dem Drahtdurchmesser multipliziert mit der Anzahl der Kontaktstellen.
Über die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung können hohe Leistungen, d.h. hoher Strom oder hohe Spannung, dauerhaft übertragen werden. Darüber hinaus ist aber auch eine einfache, werkzeugfreie Montage und Demontage und damit Kontaktierung und Dekontaktierung gewährleistet. Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß das federnde Verbindungselement seine voreingestellte Vorspannung nahezu konstant beibehält und dadurch der Übergangswiderstand dauerhaft gering gehalten wird. Auch ist durch die Vielzahl von Windungen und durch die damit verbundene Vielzahl von Kontaktstellen des federnden Verbindungselements mit den beiden Kontaktelementen insgesamt eine große Kontaktfläche geschaffen.
Damit ein optimaler Kontakt zwischen den beiden Kontaktelementen über das federnde Verbindungselement gewährleistet ist, sollte der Außendurchmesser des federnden Elements im unkomprimierten bzw. entspannten Zustand, d.h. im Zustand vor dem Zusammenstecken, größer als der Durchmesser des stiftförmigen Kontaktelements sein. Auf diese Weise wird im montierten Zustand ein optimaler Kontakt mit einer hohen Kontaktkraft zwischen der Außenseite des federnden Verbindungselements und der Innenseite des buchsenförmigen Kontaktelements gewährleistet. Darüber hinaus sollte das federnde Verbindungselement in radialer Richtung, d.h. in Richtung des stiftförmigen Kontaktelements, komprimierbar sein, so daß auch die Innenseite des federnden Verbindungselements einen zuverlässigen Kontakt mit dem stiftförmigen Kontaktelement hat. Gemäß eine bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung weist das buchsenförmige Kontaktelement auf seiner Innenseite mindestens eine in Umfangsrichtung vollständig umlaufende Nut auf. In diese Nut kann dann vor dem Zusammenstecken der beiden Kontaktelemente das ringförmige, federnde Verbindungselement eingelegt werden, so daß dieses, sobald das stiftformige Kontaktelement eingeführt wird, komprimiert wird und dadurch eine optimale Verbindung zwischen den beiden Kontaktelementen herstellt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das stiftformige Kontaktelement auf seiner Außenseite mindestens eine in Umfangsrichtung vollständig umlaufende Nut auf, so daß alternativ zu der zuvor beschriebenen Ausführungsform nun das federnde Verbindungselement zunächst auf dem stiftförmigen Kontaktelement durch die Nut fixiert wird und anschließend diese beiden Bauteile als Einheit in das buchsenförmige Kontaktelement eingeführt werden. Es ist aber nicht nur denkbar, daß nur eins der Kontaktelemente eine Nut aufweist, sondern es können auch beide Kontaktelemente je eine Nut aufweisen, wobei sich im montierten Zustand die beiden Nuten gegenüberliegen und so als Aufnahme für ein federndes Verbindungselement dienen. Die jeweiligen, einander gegenüber liegenden Nuten können unterschiedlich tief sein. Dies ist davon abhängig, ob das federnde Verbindungselement vor dem Zusammenstecken der Kontaktelemente mit dem stiftförmigen Kontaktelement oder mit dem buchsenförrαigen Kontaktelement eine Einheit bildet. An dem bzw. in dem Kontaktelement, das die tiefere Nut aufweist, bleibt bei der Demontage bzw. Dekontaktierung das federnde Element hängen, so daß es, beispielsweise bei einem ruckartigen Auseinanderziehen der Kontaktelemente, nicht ohne weiteres verloren gehen kann. Der Grund der Nuten kann im Querschnitt entweder gebogen oder winkelförmig sein. Es sind aber auch beliebige andere Formen denkbar. Es kommt dabei letztlich nur darauf an, daß ein möglichst guter Kontakt zwischen dem jeweiligen Kontaktelement und den Windungen des federnden Verbindungselements gewährleistet ist .
Durch die Nuten und das darin im montierten Zustand befindliche federnde Verbindungselement ist neben einem optimalen Kontakt auch ein definierter Festsitz in axialer Richtung der beiden Kontaktelemente gewährleistet. Die axiale Kraft kann über die Feder, nämlich durch Material, Windungszahl, Höhe und Breite der Einzelwindung etc., konstruktiv eingestellt werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn sich im montierten Zustand zwei entsprechende Nuten gegenüber liegen. Es ist aber auch eine Variante denkbar, bei der auf der Stiftseite keine Nuten notwendig sind, dennoch aber ein axiale Fixierung der Kontaktelemente zueinander gewährleistet ist. Dazu ist das stiftformige Kontaktelement konisch ausgebildet. Eine Kontaktierung auf einen konischen Pol ist dann durch eine definierte Vorspannung in Richtung des Kegelverhältnisses möglich.
Wie bereits zuvor erwähnt, kommt es bei einer Verbindung von Kontaktelementen auf eine möglichst große Kontaktfläche an. Je mehr Windungen des federnden Verbindungselements also Kontakt zu den Kontaktelementen haben, um so größer ist auch insgesamt die Kontaktfläche. Idealerweise ist also die Anordnung so gewählt, daß jede Windung des federnden Verbindungselements im montierten Zustand sowohl das buchsenförmige als auch das stiftformige Kontaktelement berührt. Noch größer wird dementsprechend die Kontaktfläche, wenn mehrere federnde Verbindungselemente verwendet werden. Dabei können die Durchmesser der verschiedenen Verbindungselemente unterschiedlich groß oder gleich groß sein.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können für eine eventuell geforderte Dichtigkeit im äußeren Bereich Dichtelemente, z.B. Dichtringe, Silikondichtmasse etc., eingebracht werden. Diese können, wie das federnde Verbindungselement, ebenfalls in Nuten fixiert werden, damit sich diese bei der Montage oder Demontage nicht verschieben.
In einer Variante der Erfindung kann, z.B. über eine geeignete Hebelverbindung oder einen Knopfmechanismus etc., über eine zusätzlich vorgesehene optische Anzeigeeinrichtung der korrekte Sitz der Kontaktelemente angezeigt werden. Dadurch weiß der Anwender oder Monteur schon beim Zusammenstecken, ob bereits die Endposition erreicht ist oder ob das stiftformige Kontaktelement noch weiter in das buchsenförmige Kontaktelement hineingeschoben werden muß. Darüber hinaus kann diese Einrichtung, d.h. die Hebelverbindung oder der Knopfmechanismus, auch zur einfacheren Demontage verwendet werden .
Gemäß noch einer weiteren Variante kann- eine Einrichtung zur Vermeidung eines Lichtbogens vorgesehen sein. Insbesondere bei der Montage bzw. Demontage von Batteriepolverbindungen, ganz speziell bei 42 Volt Batterien, kann ein Lichtbogen entstehen und an Bauteilen Schaden hinterlassen bzw. zu Verletzungen des Anwender führen. Zur Vermeidung solcher Lichtbögen kann insbesondere an der Oberseite des buchsenförmigen Kontaktelements ein Schalter vorgesehen sein, der im montierten Zustand die Stirnfläche des stiftförmigen Kontaktelements berührt und dadurch einen elektrischen Kontakt bereitstellt. Um die zusammengesteckten bzw. montierten Kontaktelemente voneinander zu trennen und die Verbindung zu lösen, ist eine axiale Verschiebung der beiden Kontaktelemente relativ zueinander nötig. Bereits unmittelbar zu Beginn der Verschiebung löst sich der Schalter von der Stirnfläche des stiftförmigen Kontaktelements und detektiert dadurch den Beginn des Verschiebungsvorgangs und damit der axialen Dekontaktierung. Zu diesem Zeitpunkt ist der Kontakt zwischen den beiden Kontaktelementen über das federnde Verbindungselement noch vorhanden. Der die Dekontaktierung detektierende Schalter generiert aber unmittelbar ein Signal für eine separate Abschaltung, die den Strompfad trennt. Dadurch kann bei der Fortführung des Verschiebevorgangs zum Lösen der Kontaktelemente kein Lichtbogen entstehen. Zur Detektierung einer axialen Dekontaktierung und Generierung eines separaten Abschaltsignals kann aber auch ein hochohmiges Element, insbesondere ein Graphitring, vorgesehen sein, das im montierten Zustand eins der Kontaktelemente berührt und dadurch elektrischen Kontakt herstellen kann und über das eine axiale Dekontaktierung detektierbar ist.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein federndes Verbindungselement zur Verbindung von Kontaktelementen, das aus einer an ihren Enden zu einem Ring verbundenen Schraubenfeder gebildet ist und das außerdem radial komprimierbar sein kann. Bei einer Verbindungsanordnung zwischen zwei Kontaktelementen, z.B. zwischen Batterieklemme und Batteriepol kann ein solches federndes Verbindungselement sowohl als Sicherungselement als auch als Stromübertragungselement Verwendung finden. Beide Funktionen, d.h. die axiale Fixierung bzw. Sicherung des stiftförmigen Kontaktelements innerhalb des buchsenförmigen Kontaktelements, insbesondere aber die Herstellung eines Kontaktes zwischen den beiden Kontaktelementen, wurde in den vorangehenden Absätzen bereits beschrieben.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert, die mögliche Ausführungsbeispiele darstellt. Dabei zeigen
Fig. 1 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen federnden Verbindungselements,
Fig. 2 ein federndes Verbindungselement im ungespannten und im vorgespannten Zustand, Fig. 3 eine Ausführungsform eines stiftförmigen Kontaktelements im Längsschnitt und
Fig. 4 das dem Kontaktelement von Fig. 3 entsprechende buchsenförmige Kontaktelement im Längsschnitt.
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines federnden Verbindungselements 2 dargestellt, wie es zwischen einem stiftförmigen Kontaktelement 4 und einem buchsenförmigen Kontaktelement 5 angeordnet wird, um die Kontaktelemente 4 und 5 elektrisch miteinander zu verbinden. Im rechten Teil von Fig. 1 ist das federnde Verbindungselement 2 im Schnitt entlang der im linken Teil von Fig. 1 gezeigten Schnittlinie dargestellt. Deutlich zu erkennen ist, daß das Verbindungselement 2 aus einer an ihren Enden zu einem Ring verbundenen Schraubenfeder gebildet ist . Im montierten Zustand, wenn also das stiftformige Kontaktelement 4 in das buchsenförmige Kontaktelement 5 eingeführt ist, ist die Außenseite des ringförmigen Verbindungselements 2 über seine Windungen 3 mit dem buchsenförmigen Kontaktelement 5 und mit seiner Innenseite über seine Windungen 3 mit dem stiftförmigen Kontaktelement 4 in elektrischem Kontakt.
In Fig. 2 ist dargestellt, wie sich das federnde Verbindungselement 2 in seiner Form verändert, wenn es zwischen den beiden ineinander steckenden Kontaktelementen 4 und 5 angeordnet ist. Im linken Teil von Fig. 2 ist das Verbindungselements 2 ausschnittweise in nicht-komprimierter Form dargestellt. Es ist ein relativ großer Abstand zwischen den einzelnen Windungen 3 des Verbindungselements 2 zu erkennen. Im rechten Teil von Fig. 2 ist im Vergleich dazu das Verbindungselement 2 im komprimierten Zustand, d.h. im eingebauten Zustand, dargestellt. Da in diesem Zustand eine Kraft F vom Kontaktelement auf das federnde Verbindungselement 2 wirkt, die dieses in radialer Richtung komprimiert, reduziert sich auch die Windungshöhe entsprechend um einen Betrag s. Als Folge ist auch der Abstand zwischen den einzelnen Windungen 3 deutlich geringer als beim nicht-komprimierten Zustand.
Neben dem zuvor beschriebenen federnden- Verbindungselement 2 besteht die rekontaktierbare Verbindungsanordnung 1 aus einem stiftförmigen Kontaktelement 4 und einem buchsenförmigen Kontaktelement 5. Das stiftformige Kontaktelement 4 ist in Fig. 3 im Längsschnitt dargestellt. Das Kontaktelement 4 weist drei in Umfangsrichtung vollständig umlaufende Nuten 6 auf, deren Grund 7 im Querschnitt winkelförmig ausgebildet ist. In der linken Nut ist ein Dichtelement in Form eines O-förmigen Dichtrings 8 angeordnet, der den Zwischenraum zwischen den Kontaktelemente 4 und 5 gegenüber der Umgebung, insbesondere gegenüber Feuchtigkeit, abdichten soll. In der mittleren Nut befindet sich das in Fig. 1 detailliert dargestellte federnde Verbindungselement 2, das zwischen dem stiftförmigen Kontaktelement 4 und dem buchsenförmigen Kontaktelement 5 den elektrischen Kontakt gewährleisten soll. Der Außendurchmesser des im vorliegenden Beispiel noch nicht komprimierten Verbindungselements 2 ist größer als der Durchmesser des stiftförmigen Kontaktelements 4. Auf diese Weise kann das buchsenförmige Kontaktelement 5 im montierten Zustand eine bestimmte Kraft F auf das Verbindungselement 2 übertragen und somit eine Spannung erzeugen, die dafür sorgt, daß jede der Windungen 3 des Verbindungselements 2 optimalen Kontakt zu beiden Kontaktelementen 4 und 5 hat. Fig. 4 zeigt schließlich das buchsenförmige Kontaktelement 5, in das das stiftformige Kontaktelement 4 zusammen mit dem aufgesetzten Verbindungselement 2 und dem aufgesetzten Dichtring 8 eingeführt wird, um elektrischen Kontakt herzustellen. Wenn die beiden Kontaktelemente 4 und 5 zusammengesteckt sind, befindet sich der Dichtring 8 in der linken der drei dargestellten Nuten 10 des Kontaktelements 5. Das ringförmige Verbindungselement 2 befindet sich dann- in der mittleren Nut. Ferner ist zu erkennen, daß die Nuten auf der Innenseite des buchsenförmigen Kontaktelements 5 einen gerade verlaufenden Grund 7 haben und wesentlich weniger tief sind als die Nuten 6 im stiftförmigen Kontaktelement 4. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß bei der Demontage sowohl der Dichtring 8 als auch das Verbindungselement 2 am stiftförmigen Kontaktelement 4 fixiert bleiben und nicht im Inneren des buchsenförmigen Kontaktelements 5 hängen bleiben oder gar verloren gehen können .
Bei vergleichender Betrachtung der Fig. 3 und 4 erkennt man außerdem, daß die Oberseite 11 des buchsenförmigen Kontaktelements 5 im montierten Zustand die Stirnfläche 9 des stiftförmigen Kontaktelements 4 berührt. Dazwischen befindet sich ein - hier nicht dargestellter - Schalter, über den eine axiale Verschiebung und Dekontaktierung unmittelbar detektierbar wird. Ein so gewonnenes Signal wird dann an eine separate Abschaltung weitergeleitet, die den Strompfad trennt. Auf diese Weise werden unerwünschte Lichtbögen vermieden.
Die bis dahin dargestellte rekontaktierbare Verbindungsanordnung lässt sich manuell dekontaktieren. In einer weiteren, in der Zeichnung nicht dargestellten Ausführungsvariante erfolgt die Dekontaktierung durch zusätzliche Dekontaktiermittel in Form von Energiespeichern. Solche Energiespeicher können pyrotechnische Mittel, Federmittel, pneumatische Mittel oder hydraulische Mittel sein.

Claims

Patentansprüche
1. Rekontaktierbare Verbindungsanordnung, insbesondere für den Einsatz in Kraftfahrzeugen, zur Verbindung von hochstromführenden Kontaktelementen, insbesondere Batteriepolen und -klemmen, - -- ' dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem buchsenförmigen Kontaktelement (5) und einem darin einführbaren stiftförmigen Kontaktelement (4) mindestens ein federndes Verbindungselement (2) angeordnet ist, das aus einer an ihren Enden zu einem Ring verbundenen Schraubenfeder gebildet ist.
2. Verbindungsanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des unkomprimierten federnden Verbindungselements (2) größer als der Durchmesser des stiftförmigen Kontaktelements (4) ist .
3. Verbindungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß das federnde
Verbindungselement (2) in radialer Richtung komprimierbar ist .
4. Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß das buchsenförmige Kontaktelement (5) innen mindestens eine in Umfangsrichtung vollständig umlaufende Nut (10) aufweist, in die das federnde Verbindungselement (2) einlegbar ist.
5. Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß das stiftformige Kontaktelement (4) außen mindestens eine in Umfangsrichtung vollständig umlaufende Nut (6) aufweist, in die das federnde Verbindungselement (2) einlegbar ist.
6. Verbindungsanordnung nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (..6.)- am stiftförmigen Kontaktelement (4) im montierten Zustand der Nut (10) im buchsenförmigen Kontaktelement (5) gegenüber liegt.
7. Verbindungsanordnung nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (6) im stiftförmigen Kontaktelement (4) und die Nut (10) im buchsenförmigen Kontaktelement (5) unterschiedlich tief sind.
8. Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Grund (7) der Nut (S, 10) im Querschnitt gebogen ist.
9. Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Grund (7) der Nut (6, 10) im Querschnitt winkelförmig ist.
10. Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß das stiftformige Kontaktelement (4) konisch ausgebildet ist.
11. Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Windung (3) des federnden Verbindungselements (2) im montierten Zustand sowohl das buchsenförmige Kontaktelement (5) als auch das stiftformige Kontaktelement (4) berührt.
12. Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere federnde Verbindungselemente (2) vorgesehen sind.
13. Verbindungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der federnden Verbindungselemente (2) unterschiedlich groß sind.
14. Verbindungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der federnden Verbindungselemente (2) gleich groß sind.
15. Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem buchsenförmigen Kontaktelement (5) und dem stiftförmigen Kontaktelement (4) mindestens ein Dichtelement, insbesondere ein Dichtring (8), vorgesehen ist.
16. Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine optische
Anzeigeeinrichtung vorgesehen ist, die den korrekten Sitz der Kontaktelemente (4, 5) anzeigt.
17. Verbindungsanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung durch eine Hebelverbindung oder einen Knopfmechanismus gebildet ist .
18. Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Vermeidung eines Lichtbogens vorgesehen ist.
19. Verbindungsanordnung nach Anspruch.. -18 , dadurch gekennzeichnet, daß an der Oberseite (11) des buchsenförmigen Kontaktelements (5) ein Schalter vorgesehen ist, der im montierten Zustand die Stirnfläche (9) des stiftförmigen Kontaktelements (4) berührt und über den eine axiale Dekontaktierung detektierbar ist.
20. Verbindungsanordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein hochohmiges Element, insbesondere ein Graphitring, vorgesehen ist, das im montierten Zustand eins der Kontaktelemente berührt und dadurch elektrischen Kontakt ermöglicht und über das eine axiale Dekontaktierung detektierbar ist.
21. Federndes Verbindungselement zur Verbindung von Kontaktelementen, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (2) aus einer an ihren Enden zu einem Ring verbundenen Schraubenfeder gebildet ist.
22. Federndes Verbindungselement nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (2) radial komprimierbar ist.
23. Verwendung eines federnden Verbindungselements (2) nach Anspruch 21 oder 22 als Sicherungselement.
24. Verwendung eines federnden Verbindungselements (2) nach Anspruch 21 oder 22 als Stromübertragungselement.
25. Rekontaktierbare Verbindungsanordnung nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, daß einen Energiespeicher aufweisende Mittel zur Dekontaktierung. er Verbindung vorgesehen sind.
26. Rekontaktierbare Verbindungsanordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiespeichermittel pyrotechnische Mittel sind.
27. Rekontaktierbare Verbindungsanordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiespeichermittel federelastische Mittel sind.
28. Rekontaktierbare Verbindungsanordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiespeichermittel pneumatische Mittel sind.
29. Rekontaktierbare Verbindungsanordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiespeichermittel hydraulische Mittel sind.
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