DE19936279A1 - Vorrichtung zur Absicherung eines Stromkreises - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung zur Absicherung des von einer Batterie gespeisten Stromkreises eines Kraftfahrzeuges umfasst eine am Pluspol der Batterie fixierbare Polklemme (1, 1a) mit einer den Batteriepol (2) umfassenden Klemmhülse (3). DOLLAR A Zwischen der Innenfläche der Klemmhülse (3) und der Umfangsfläche des Batteriepols (2) ist ein Sicherungselement (9) angeordnet, das die elektrische Verbindung zwischen Batteriepol und Klemmhülse (3) im Falle eines Kurzschlusses oder Überstromes im Stromkreis unterbricht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Absicherung eines Stromkreise. Bei solchen Vorrichtungen wird üblicherweise eine Schmelzsicherung mit zwei An­ schlüssen eingesetzt, wobei der eine Anschluß mit einem stromführenden An­ schlußteil und der andere Anschluß mit einem oder mehreren Verbrauchern ver­ bunden wird. Da bei sind die Anschlüsse meist als Ösen ausgebildet, die auf einen Schraubbolzen aufgesteckt und mit Hilfe einer Mutter fixiert sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine alternativ gestaltete Sicherungsvorrichtung vor­ zuschlagen.

Diese Aufgabe wird durch eine Sicherungsvorrichtung mit den Merkmalen des An­ spruches 1 gelöst. Danach ist eine Klemmhülse vorgesehen, die ein etwa stabförmiges oder nach Art einer Stromschiene ausgebildetes Anschlußteil klem­ mend umfasst, wobei zwischen der Innenfläche der Klemmhülse und der Um­ fangsfläche des Anschlußteils ein Sicherungselement angeordnet ist, das im Falle eines Kurzschlusses oder eines Überstromes die elektrische Verbindung zwischen Klemmhülse und Anschlußteil unterbricht. Die Klemmhülse läßt sich auf einfache Weise an unterschiedlichen Stellen beispielsweise einer Stromschiene an klem­ men, wobei für die Fixierung des Sicherungselementes selbst keine zusätzlichen Fixierelemente erforderlich sind.

Besonders vorteilhaft ist die Sicherungsvorrichtung im Kraftfahrzeugbereich an­ wendbar. Hier werden allgemein Schmelzsicherungen zur Absicherung von elek­ trischen Leitungen und Komponenten verwendet. Zur Absicherung von Versor­ gungsleitungen mit großen Querschnitten, vor allen Dingen bei unfallbedingten Kurzschlüssen, ist es bekannt, den Batteriepol mit Hilfe eines Sprengsatzes pyro­ technisch abzusprengen. Die Auslösung des Sprengsatzes erfolgt durch die Air­ bag-Steuerung. Bei einer anderen Absicherungsart wird eine spezielle Batterie eingesetzt, bei der der Batteriepol abschmilzt. Dieses Prinzip erfordert jedoch ei­ nen Mindestquerschnitt der angeschlossenen Leitungen. Nachteilig bei beiden Absicherungen ist weiterhin, dass die Batterie zerstört wird und anschließend das Fahrzeug völlig stromlos ist. Aus G 94 09 851.4 ist eine Batterieklemme bekannt, an der radial ein Bolzen angeformt ist. Dieser durchsetzt die Durchgangsbohrung eines Sicherungsgehäuses. Auf den von der Durchgangsbohrung durchstoßenen diametral gegenüberliegenden Stirnseiten des Gehäuses liegen Kontaktringe auf, die über ein sich in Richtung der Bolzenachse erstreckendes Schmelzelement miteinander verbunden sind. Einer der beiden Kontaktringe steht mit dem Bolzen in elektrischem Kontakt, während der andere davon isoliert angeordnet ist und mit dem Bordnetz in elektrischer Verbindung steht.

Im Gegensatz dazu ist die vorgeschlagene Vorrichtung nur aus wenigen Teilen aufgebaut und verwendet für Fahrzeugbatterien übliche Polklemmen. Zwischen der Innenfläche der Klemmhülse einer Polklemme und der Umfangsfläche des Batteriepols ist das Sicherungselement angeordnet, das im Falle eines Kurz­ schlusses oder Überstroms die elektrische Verbindung zwischen Batteriepol und Klemmhülse bzw. Polklemme unterbricht. Das Sicherungselement kann ohne Zuhilfenahme weiterer Fixiermittel, etwa von Schrauben o. dgl., zwischen Batterie­ pol und Polklemme eingeklemmt werden. Dabei ist ein elektrischer Kontakt zwi­ schen Polklemme und Batteriepol gewährleistet, insbesondere wenn das Siche­ rungselement hülsenförmig ausgebildet ist und den Batteriepol vollumfänglich umgibt.

Bei einer Ausführungsform ist das Sicherungselement ein Halbleitermaterial, das bei Überschreiten einer vorgegebenen Grenzstromstärke den Stromfluss zwi­ schen Batteriepol und Klemmhülse unterbricht. Eine bevorzugte Ausgestaltung besteht darin, dass das Sicherungselement im Wesentlichen aus einem inneren Kontaktring, einem äußeren Kontaktring und einer dazwischen angeordnete Isola­ tionsschicht besteht. Der innere Kontaktring ist mit dem Batteriepol und der äuße­ re Kontaktring mit der Klemmhülse in elektrischem Kontakt, wobei die Kontaktrin­ ge über ein Schmelzelement elektrisch miteinander verbunden sind. Der Strom­ fluss zwischen Batteriepol und einem Verbraucher erfolgt aufgrund der Isolations­ schicht zwischen den beiden Kontaktringen ausschließlich über das Schmelzele­ ment. Dieses kann in üblicher Weise beispielsweise als Draht oder Streifen mit aufgebrachtem Lot ausgestaltet sein und unterbricht etwa bei einem Kurzschluss die Verbindung zwischen Batterie und Stromkreis bzw. Verbraucher, indem es durchschmilzt. An welcher Stelle das Schmelzelement die Kontaktringe miteinan­ der verbindet ist prinzipiell beliebig. Es kann sich z. B. zwischen den zum Freiende des Batteriepols weisenden Stirnkanten erstrecken. Bei einer anderen, bevorzug­ ten Ausgestaltung sind die Kontaktringe in Axialrichtung geschlitzt, wobei sich das Schmelzelement zwischen einer Schlitzkante des äußeren Kontaktrings und einer Schlitzkante des inneren Kontaktrings erstreckt. Vorteilhaft dabei ist, dass sich das Schmelzelement zwischen Klemmhülse und Batteriepol, also an einer gegen mechanische Beschädigung schützenden Stelle, angeordnet ist. Die Kontaktringe und das Schmelzelement sind vorzugsweise einstückig miteinander verbunden. Dies erleichtert insbesondere bei der axial geschlitzten Ausführungsform die Her­ stellung. Die Abwicklung der beiden Kontaktringe zusammen mit ihrem Schmelze­ lement kann einfach aus einem geeigneten Blechmaterial ausgestanzt werden.

Mit einem zusätzlichen Anschlusselement, das mit dem Batteriepol elektrisch ver­ bunden, kann ein weiterer Verbraucher bzw. ein weiterer Stromkreis an den Bat­ teriepol angeschlossen werden. Das zusätzliche Anschlußelement ist dabei mitte der Eingangsseite (innerer Kontaktring) des Sicherungselements elektrisch ver­ bunden und von dessen Ausgangsseite (äußerer Kontaktring) elektrisch isoliert. Vielfach ist es erforderlich, unterschiedliche Stromkreise mit unterschiedlichen Sicherungen oder einen abgesicherten und einen ungesicherten Stromkreis an den Batteriepol anzuschließen. Das Anschlusselement ist vorzugsweise eine zwi­ schen dem Batteriepol und dem Sicherungselement angeordnete Hülse, deren der Polbasis zugewandtes Ende einen sich radial nach außen erstreckenden Flansch aufweist, der eine Anschlussfahne trägt. An dieser Anschlussfahne kann beispielsweise der Anlasser eines Kraftfahrzeuges angeschlossen werden. Der Anlasser kann somit unabhängig von der Absicherung des übrigen Bordnetzes über die Anschlusshülse mit Strom versorgt werden. Zwischen dem Flansch des Anschlusselementes und dem Sicherungselement ist ein Isolationsring angeord­ net, der vorzugsweise einstückig mit der Isolationsschicht des Sicherungsele­ ments verbunden ist. Eine Absicherung des an das zusätzliche Anschlusselement angeschlossenen Verbrauchers ist dadurch möglich, dass dieser mit einem Kon­ taktschuh mit der Anschlussfahne verbunden wird, der einen verengten, als Schmelzsicherung wirkenden Bereich aufweist. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist das zusätzliche Anschlusselement ein zweites, aus zwei Kontaktringen mit zwischengelagerter Isolationsschicht bestehendes Sicherungse­ lement, das mit einer zweiten Polklemme am Batteriepol fixiert ist. Es sind also zwei in Richtung der Mittellängsachse des Batteriepols übereinander angeordnete Polklemmen mit jeweils zugeordnetem Sicherungselement vorhanden, wobei zwi­ schen den Sicherungselementen und den Polklemmen eine Isolation etwa in Form eines Isolationsringes vorhanden ist.

Die Erfindung wird nun anhand der in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung,

Fig. 2 die Seitenansicht eines Batteriepols mit aufgestecktem Sicherungsele­ ment,

Fig. 3 einen Querschnitt entsprechend der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 eine Seitenansicht entsprechend Fig. 2 mit einem anders gestalteten Sicherungselement,

Fig. 5 einen Querschnitt der Linie V-V in Fig. 4

Fig. 6 eine Seitenansicht entsprechend Fig. 2 einer weiteren Ausführungsart eines Sicherungselementes,

Fig. 7 eine Seitenansicht entsprechend Fig. 6, mit axial geschnittenem Siche­ rungselement,

Fig. 8 eine Draufsicht in Richtung des Pfeiles VIII in Fig. 6,

Fig. 9 eine Vorrichtung mit einem zusätzlichen Anschlusselement in einer Fig. 7 entsprechenden Darstellung,

Fig. 10 eine Draufsicht auf das Anschlusselement in Richtung des Pfeiles X in Fig. 9,

Fig. 11 einen Kabelschuh mit verengtem, eine Schmelzsicherung bildenden Bereich,

Fig. 12 eine Seitenansicht zweier in Axialrichtung übereinander angeordneter Sicherungselemente, Fig. 13 eine Seitenansicht entsprechend Fig. 12, jedoch mit Polklemmen.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst - wie insbesondere aus Fig. 1 bis Fig. 8 ersichtlich ist - eine Polklemme 1, die auf den positiven Pol 2 einer Fahr­ zeugbatterie aufsteckbar ist. Die Polklemme weist eine Klemmhülse 3 mit einem Axialschlitz 4 auf. An die sich an den Axialschlitz 4 in Umfangsrichtung weger­ streckenden Bereich ist jeweils eine Klemmbacke 5 angeformt. Die Klemmbac­ ken 5 sind von einer Schraube 6 durchsetzt, auf deren Gewindeende eine Mut­ ter 7 zur Klemmfixierung der Polklemme 1 am Batteriepol 2 aufschraubbar ist. Den Klemmbacken 5 diametral gegenüberliegend ist eine Anschlussfahne 8 am Außenumfang der Klemmhülse 3 angeformt.

Zwischen der Klemmhülse 3 und dem Batteriepol 2 ist ein Sicherungselement 9 angeordnet. Das Sicherungselement 9 ist im Wesentlichen nach Art einer Hülse ausgestaltet, deren Durchmesser sich entsprechend der Verjüngung des Batterie­ pols zu dessen Freiende 10 hin verringert. Das Sicherungselement 9 setzt sich aus einem inneren Kontaktring 12, einem äußeren Kontaktring 13 und einerzwi­ schen diesen Ringen angeordneten Isolationsschicht 14 zusammen. Die Kontakt­ ringe 12, 13 bestehen aus einem elektrisch leitenden Material, insbesondere aus Metall, wobei der innere Kontaktring 12 an der Außenumfangsfläche des Batterie­ pols 2 flächig anliegt und mit diesem in elektrischem Kontakt steht. Der äußere Kontaktring liegt ebenfalls flächig, d. h. mit seiner gesamten Umfangsfläche, an der Innenfläche 15 der Klemmhülse 3 an und steht dementsprechend ebenfalls in gutem elektrischem Kontakt mit dieser. Die beiden Kontaktringe sind jeweils durch einen Axialschlitz 16 aufgetrennt. Die Isolationsschicht bedeckt im Wesentlichen die gesamte Innen- bzw. Außenfläche der Kontaktringe 12, 13. Die Isolations­ schicht 14 weist ebenfalls einen Axialschlitz 16a auf. Die Axialschlitze 16, 16a ste­ hen miteinander in Überdeckung. Der innere Kontaktring 12 ist mit dem äußeren Kontaktring 13 über einen Verbindungssteg verbunden, wobei der Verbindungs­ steg als Schmelzsicherungselement 17 wirkt. Der Verbindungssteg bzw. das Schmelzsicherungselement 17 und die Kontaktringe sind einstückig miteinander verbunden und bestehen aus einem für Schmelzsicherungen geeigneten Material. Auf den das Schmelzsicherungselement 17 bildenden Verbindungssteg kann, um dessen Schmelzverhalten zu beeinflussen, ein Lotmaterial aufgebracht sein. Das Schmelzsicherungselement 17 kann z. B. in Form eines sich in Umfangsrichtung von der Schlitzkante 18 des inneren Kontaktringes 12 zur Schlitzkante 19 des äu­ ßeren Kontaktrings 13 erstreckenden Steges ausgebildet sein. Bei dem in Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich das Schmelzsicherungse­ lement 17 S-förmig vom oberen Ende der Schlitzkante 19 zum unteren Ende der Schlitzkante 18. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 bis 8 verbindet das ebenfalls etwa stegförmige Schmelzsicherungselement 17a die dem Pol- Freiende 10 zugewandten Stirnseiten 20 der Kontaktringe 12a, 13a miteinander. Die Kontaktringe 12a, 13a sind in sich geschlossen, weisen also keinen Axial­ schlitz auf. Gleiches gilt für die zwischen ihnen angeordnete Isolationsschicht 14a.

Bei dem in Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Sicherungs­ element 9 und dem Batteriepol 2 eine Anschlusshülse 22 als zusätzliches An­ schlusselement vorhanden, an das ein weiterer, etwa nicht abzusichernder oder stärker abzusichernder Verbraucher anschließbar ist. Um ein Festklemmen am Batteriepol mit Hilfe der Polklemme 1 zu ermöglichen, ist die Anschlusshülse in Umfangsrichtung von einem sich axial erstreckenden Trennspalt 21 aufgetrennt. Die Anschlusshülse 22 trägt an ihrem der Basis 23 des Batteriepols 2 zugewand­ ten Ende einen sich radial nach außen erstreckenden Flansch 24, an dem eine Anschlussfahne 25 angeformt ist. Zwischen dem Flansch 24 und der ihm zuge­ wandten Stirnseite des Sicherungselementes 9 einerseits und der Klemmhülse 3 andererseits ist ein Isolationsring 26 angeordnet. Vorzugsweise ist der Isolations­ ring 26 einstückig mit der Isolationsschicht 14 verbunden. Die Anschlusshülse 22 dient vorzugsweise zur Stromversorgung des Anlassers eines Kraftfahrzeuges.

Eine Absicherung des Anlasserstromkreises kann bewerkstelligt werden, wenn ein in Fig. 11 dargestellter, auf die Anschlussfahne 25 aufsteckbarer Kontaktschuh 27 verwendet wird. Dieser weist zwischen seinem zur Fixierung an der Anschlussfah­ ne 25 dienenden Bereich 28 und der mit einem Stromkabel zu verbindenden Kontaktzunge 29 einen Schmelzbereich 30 auf. Dieser ist durch eine Bohrung 31 gebildet.

Bei dem in Fig. 12 und 13 dargestellten Ausführungsbeispiel ist als zusätzliches Anschlusselement eine zweite Polklemme 1a sowie ein zweites Sicherungsele­ ment 9a vorhanden, die in Axialrichtung übereinander angeordnet und durch ei­ nen Trennspalt in Axialrichtung voneinander getrennt sind. Im Trennspalt ist ein Isolierring 32 angeordnet. An den Polklemmen 1, 1a sind Kontaktelemente 33 an­ geformt. Es können also zwei unterschiedliche Stromkreise bzw. Verbraucher an­ geschlossen werden, die jeweils unterschiedliche Absicherungswerte erfordern. Dementsprechend sind die Sicherungselemente 9, 9a ausgelegt.

Zur Montage bzw. Fixierung eines Sicherungselementes 9, 9a an einem Batterie­ pol 2 sind keine zusätzlichen Fixierelemente erforderlich. Das Sicherungselement wird ganz einfach auf den Batteriepol 2, gegebenenfalls unter Zwischenlage einer Anschlusshülse 22 aufgesteckt und mit Hilfe einer üblichen Polklemme 1 fixiert.

Das Sicherungselement läßt sich neben der oben beschriebenen Ausgestaltung auch anders realisieren. Es ist denkbar, dass es aus einem Halbleitermaterial gebildet ist, das in Form einer Hülse zwischen Polklemme und Batteriepol ange­ ordnet ist. Das Halbleitermaterial ist dabei so ausgelegt, dass es bei kleinen Strö­ men eine kleine Schwellenspannung aufweist und dementsprechend einen Stromfluss vom Batteriepol zur Polklemme erlaubt. Dagegen steigt seine Schwel­ lenspannung bei Überschreiten einer Grenzstromstärke rapide an, wodurch ein weiterer Stromfluss verhindert wird.

Bezugszeichenliste

1

,

1

a Polklemme

2

Batteriepol

3

Klemmhülse

4

Axialschlitz

5

Klemmbacke

6

Schraube

7

Mutter

8

Anschlussfahne

9

Sicherungselement

10

Freiende

12

innerer Kontaktring

13

äußerer Kontaktring

14

Isolationsschicht

15

Innenfläche

16

Axialschlitz

16

a Aixalschlitz

17

Schmelzsicherungselement

18

Schlitzkante

19

Schlitzkante

20

Stirnseite

21

Trennspalt

22

Anschlusshülse

23

Basis

24

Flansch

25

Anschlussfahne

26

Isolationsring

27

Kontaktschuh

28

Bereich

29

Kontaktzunge

30

Schmelzbereich

31

Bohrung

32

Isolierring

33

Kontaktelement

Claims (13)

1. Vorrichtung zur Absicherung eines Stromkreises, mit einer ein stromführen­ des, etwa stabförmig oder nach Art einer Stromschiene ausgebildetes An­ schlußteil umfassenden Klemmhülse (9), gekennzeichnet durch ein zwischen der Innenfläche der Klemmhülse (3) und der Umfangsfläche des Anschlußteils angeordnetes Sicherungselement (9), das die elektrische Ver­ bindung zwischen dem Anschlußteil und der Klemmhülse (3) im Falle eines Kurzschlusses oder Überstromes im Stromkreis unterbricht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Absicherung eines von einer Batterie gespeisten Stromkreises insbesondere eines Kraftfahrzeuges dient, wobei das Anschlußteil ein Batte­ rie-Pluspol (2) und die Klemmhülse (9) Teil einer Polklemme (1, 1a) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (9) hülsenförmig ist und den Batteriepol (2) vollumfänglich umgibt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (9) aus einem Halbleitermaterial besteht, das bei Überschreiten einer Grenzstromstärke den Stromfluss zwischen Batteriepol (2) und Klemmhülse (3) unterbricht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (9) einen inneren Kontaktring (12), einen äuße­ ren Kontaktring (13) und eine dazwischen angeordnete Isolationsschicht (14) aufweist, wobei der innere Kontaktring (12) mit dem Batteriepol (2) und der äußere Kontaktring (13) mit der Klemmhülse (3) in elektrischem Kontakt steht und wobei die Kontaktringe über ein Schmelzelement (17) elektrisch miteinan­ der verbunden sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmelzelement (17) die zum Pol-Freiende (10) weisenden Stirn­ kanten der Kontaktringe (12, 13) miteinander verbindet.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktringe (12, 13) jeweils durch wenigstens einen Axialschlitz (16) aufgetrennt sind, wobei sich das Schmelzelement (17) von einer Schlitzkan­ te (18) des inneren Kontaktrings (12) zu einer Schlitzkante (19) des äußeren Kontaktrings (13) erstreckt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktringe (12, 13) und das Schmelzelement (17) einstückig mit­ einander verbunden sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, gekennzeichnet durch ein zusätzliches, mit dem Batteriepol elektrisch verbindbares Anschlussele­ ment, das mit der Eingangsseite des Sicherungselements verbunden und von dessen Ausgangsseite elektrisch isoliert ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusselement eine zwischen dem Batteriepol und dem Siche­ rungselement angeordnete Anschlusshülse (22) ist, deren der Polbasis (23) zugewandtes Ende einen sich radial nach außen erstreckenden, eine An­ schlussfahne (25) tragenden Flansch (24) aufweist, wobei zwischen dem Flansch (24) und der ihm zugewandten Stirnseite des Sicherungselements (9) ein Isolationsring (26) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht (14) und der Isolationsring (26) einstückig miteinan­ der verbunden sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch einen auf die Anschlussfahne (25) aufsteckbaren Kontaktschuh (27), der ei­ nen als Schmelzsicherung wirkenden verengten Bereich (28) aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Anschlusselement ein entsprechend einem der Ansprü­ che 4 bis 7 ausgebildetes Sicherungselement (9a) ist.