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Die
Erfindung betrifft einen Unterbrecher für eine elektrische Leitung
mit einem ersten Anschlusselement und einem zweiten, vom ersten
Anschlusselement elektrisch isolierten Anschlusselement sowie einem
Kontaktelement, welches als ein von den Anschlusselementen separates
Bauteil ausgebildet und dazu vorgesehen ist, zwischen dem ersten
und dem zweiten Anschlusselement eine leitfähige Verbindung herzustellen,
wobei dass Kontaktelement in einer linearen Bewegung von einer ersten,
die Anschlusselemente verbindenden Stellung in eine zweite, die
Anschlusselemente trennende Stellung bringbar ist, wobei zur Bewegung
des Kontaktelementes ein Antriebselement vorgesehen ist. Solche
Unterbrecher werden beispielsweise als Sicherheitsbatterieklemme
in Fahrzeugen verwendet, welche zur Vermeidung von elektrischer
Funkenbildung im Falle eines Unfalls einen oder mehrere elektrische
Verbraucher des Kraftfahrzeuges von der Stromversorgung trennen.
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Aus
der
DE 196 06 447
A1 ist ein Stromunterbrecher für eine Batterieleitung von
Fahrzeugen bekannt, bei welchem ein Kontaktelement zwischen zwei
Verbindungsteilen für
deren elektrische Verbindung sorgt. Die Haltekraft des Verbindungselementes
wird dabei im wesentlichen an einer Stelle aufgebracht, welche räumlich vom
Kontaktelement entfernt ist. Weiterhin ist ein Hilfsantrieb vorgesehen,
welcher das Verbindungselement zum Trennen des Stromkreises entfernt.
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Die
DE 10 2004 012 304
A1 offenbart einen Stromunterbrecher für eine Batterieleitung von
Fahrzeugen mit einem ersten Anschlusselement, welches dauerhaft
mit einem Pol der Batterie verbunden ist und einem zweiten, vom
ersten Anschlusselement elektrisch isolierten Anschlusselement sowie
mit einem in einer Kontaktstellung einen Strompfad zwischen dem
ersten und dem zweiten Anschlusselement herstellenden Kontaktelement.
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Die
beiden Anschlusselemente sind dabei als Hohlzylinder ausgeführt, wobei
das Kontaktelement im Inneren dieser Zylinder gleitet. Durch ein
pyrotechnisches Element kann das Kontaktelement aus den Zylindern
ausgetrieben werden. Dadurch wird das zweite Anschlusselement vom
ersten Anschlusselement getrennt.
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Aus
der
DE 198 32 573
C2 ist ein Batterietrennschalter bekannt, welcher über ein
linear bewegliches Kontaktelement einen Hauptstromkreis schalten
kann. Das Kontaktelement wird dabei über einen Elektromagnet bewegt,
welcher über
einen Kniehebel am Kontaktelement angreift.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die
Aufgabe zugrunde, einen Unterbrecher für eine elektrische Leitung der
Eingangs erwähnten
Art bereitzustellen, welcher einen im Vergleich zum Stand der Technik
geringeren Bauraum aufweist und durch einen gekapselten Aufbau unempfindlich
gegen Verschmutzung ist.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
einen Unterbrecher für
eine elektrische Leitung mit einem ersten Anschlusselement und einem
zweiten, vom ersten Anschlusselement bei Öffnung des Unterbrechers elektrisch
isolierten Anschlusselement sowie einem Kontaktelement, welches
als ein von den Anschlusselementen separates Bauteil ausgebildet
und dazu vorgesehen ist, zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlusselement
eine leitfähige
Verbindung herzustellen, wenn der Unterbrecher geschlossen ist,
wobei dass Kontaktelement in einer linearen Bewegung von einer ersten,
die Anschlusselemente verbindenden Stellung in eine zweite, die Anschlusselemente
trennende Stellung bringbar ist und zur Bewegung des Kontaktelementes
ein Antriebselement vorgesehen ist, welches über ein Hebelelement am Kontaktelement
angreift, wobei das Hebelelement mittels eines Gelenkes am Kontaktelement
angreift und das Gelenk dadurch gebildet wird, dass das Kontaktelement
ein längliches
Führungselement
aufweist, mit einem ersten Abschnitt mit einem ersten Querschnitt
und einem zweiten Abschnitt mit einem zweiten Querschnitt, wobei
der erste Querschnitt eine kleinere Fläche aufweist als der zweite Querschnitt
und am Hebelelement eine Gabel ausgebildet ist, welche den ersten
Abschnitt des Führungselementes
umgreift.
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Erfindungsgemäß wurde
erkannt, dass die Baugröße und die
Zuverlässigkeit
eines Unterbrechers für
eine elektrische Leitung dadurch verringert werden kann, dass das
die beiden Anschlusselemente verbindende Kontaktelement mittels
eines Hebelelementes mit dem Antriebselement verbunden wird. Dadurch
kann das Kontaktelement kleiner und kompakter ausgeführt wer den,
da dieses nicht mehr eine Mindestgröße aufweisen muss, welche durch
die Größe des Antriebselementes
vorgegeben ist.
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Durch
ein Gelenk zwischen dem Hebelelement und dem Kontaktelement kann
das Kontaktelement auf einer geradlinigen Bahn vom Anschlusselement
getrennt werden. Diese geradlinige Bewegung erlaubt es, die Anschlusselemente
und das Kontaktelement über
eine in Bewegungsrichtung ausgedehnte Kontaktfläche miteinander in Kontakt
zu bringen ohne dass sich beim Trennen der Verbindung beide Elemente
verkanten. Dadurch ist die Kontaktfläche zwischen den Anschlusselementen
und dem Verbindungselement vergrößert, so
dass die Kontaktierung zuverlässig
und auch für
höhere
Ströme
geeignet ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird das Gelenk zwischen dem Hebelelement und dem Kontaktelement
dadurch gebildet, dass das Kontaktelement ein längliches Führungselement mit einem ersten
Abschnitt mit einem ersten Querschnitt und einen zweiten Abschnitt
mit einem zweiten Querschnitt aufweist, wobei der erste Querschnitt
eine kleinere Fläche
aufweist als der zweite Querschnitt und am Hebelelement eine Gabel
ausgebildet ist, welche den ersten Abschnitt des Führungselementes
umgreift. Diese Ausgestaltung des Gelenkes lässt sich in besonders einfacher
Weise herstellen, da das längliche Führungselement
bei Herstellung des Kontaktelementes, beispielsweise im Spritzgussverfahren,
im selben Arbeitsgang ausgeformt werden kann. Das gabelförmige Ende
des Hebelementes kann auf das Führungselement
aufgeschoben werden, ohne dass es bei der Endmontage eines weiteren
Fertigungsschrittes zur Verbindung bedarf, beispielsweise einer Schraubverbindung.
Das Hebelelement und das Kontaktelement mit dem daran angebrachten
Führungselement
sind dabei von den umgebenden Gehäuseteilen so fixiert, dass
ein Abgleiten des Hebelelementes in Richtung der Gabelöffnung vermieden wird.
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Eine
besonders einfache Endmontage des erfindungsgemäßen Unterbrechers in einem
Gehäuse,
beispielsweise dem Gehäuse
ei ner Batterieklemme, ergibt sich dadurch, dass als Anschlusselement eine
Stiftwanne oder ein Buchsengehäuse
verwendet wird. Ein solches zweipoliges Buchsengehäuse oder
eine Stiftwanne mit zwei form- und/oder kraftschlüssig eingesetzten
Stiftkontakten kann sowohl das erste und das zweite Anschlusselement
umfassen. Der Form- und/oder Kraftschluss kann dabei beispielsweise
durch eingießen,
einpressen oder verrasten der Kontaktelemente in die Stiftwanne
oder das Buchsengehäuse
erzielt werden. Ein solches Gehäuse
kann mittels einer Raststelle, einer Klebung oder einer Verschweißung im
Gehäuse
einer Batterieklemme fixiert werden. Diese Fixierung bringt dann die
notwendige Gegenkraft auf, wenn das Kontaktelement durch Kraftentwicklung
des Antriebselementes von den Anschlusselementen getrennt wird.
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Sofern
als Anschlusselement eine Stiftwanne oder ein Buchsengehäuse vorgesehen
wird, weist das Kontaktelement das hierzu passende Gegenstück auf,
also ein Buchsengehäuse
oder eine Stiftwanne. Die zwei elektrischen Kontakte des Kontaktelementes
werden über
eine leitfähige
Verbindung kurzgeschlossen. Somit fließt bei Verbindung beider mehrpoliger
Steckverbinder der Strom vom ersten Kontakt des Steckverbinders,
welcher das erste Anschlusselement bildet zum ersten Kontakt des
Kontaktelementes, von dort über
die Kurzschlussbrücke zum
zweiten Kontakt des Kontaktelementes und von dort zum zweiten Kontakt
des Anschlusselementes zum Verbraucher. Durch Trennen der beiden
mehrpoligen Steckerelemente kann die Kurzschlussbrücke zwischen
dem ersten und dem zweiten Anschlusselement entfernt werden, so
dass der Stromfluss zum Erliegen kommt. Die Stiftwanne und das Buchsengehäuse können bevorzugt
so ausgestaltet werden, dass diese im zusammengesteckten Zustand das
Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit verhindern. Dadurch wird
die Zuverlässigkeit
auch bei einem Einsatz über
viele Jahre auch ohne Wartungsarbeiten gewährleistet.
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Um
das Lösen
des Kontaktes in zuverlässiger
Weise zu ermöglichen
und ein Verkanten beider Elemente zu vermeiden, wird die Kraft des
Antriebselementes über
ein gelenkig gelagertes Hebelelement übertragen. Die Zuverlässigkeit
des Trennvorgangs kann weiter gesteigert werden, wenn das Kontaktelement
mittels einer mechanischen Führung
auf einer geradlinigen Bahn geführt
wird. In diesem Fall wird ein Verkanten auch dann vermieden, wenn
das Kontaktelement nicht mehr vollständig mit den Anschlusselementen
im Eingriff steht und dadurch nicht mehr durch dieses geführt wird.
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Eine
mechanische Führung
kann beispielsweise durch eine Nut an einem Bauteil und eine Feder
an einem weiteren Bauteil gebildet werden. Beispielsweise kann das
Kontaktelement einen länglichen
Vorsprung aufweisen, welcher die Feder bildet, welche mit einer
Nut im Eingriff steht. Diese Nut kann beispielsweise im Gehäuse vorgesehen
sein, in welches der erfindungsgemäße Unterbrecher eingesetzt ist.
Selbstverständlich
wird der Fachmann auch in Erwägung
ziehen, die Nut an einer Führungsschiene anzubringen
und damit eine mechanische Führung zu
realisieren, welche vom Gehäuse
unabhängig
ist. Der Querschnitt der Nut kann dabei rund oder polygonal ausgeführt werden.
Ein polygonaler Querschnitt der Nut weist besonders bevorzugt hinterschnittene
Bereiche auf, in welchen eine komplementär geformte Feder des anderen
Bauteils eingreift. Somit können
abhebende Kräfte,
welche zum Verkanten des Kontaktelementes im Anschlusselement führen würden von
der mechanischen Führung aufgenommen
werden. Fallweise wird der Fachmann selbstverständlich auch erwägen, Nut
und Feder an beiden Bauteile zu vertauschen und somit eine Nut am
Kontaktelement und einen länglichen
Vorsprung zur Führung
des Kontaktelementes an einem weiteren Bauteil vorsehen.
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Um
eine unerwünschte
Wiederkontaktierung nach Auslösung
des Unterbrechers zu verhindern, weist der erfindungsgemäße Unterbrecher
in einer Ausführungsform
ein Rastelement auf, in welches das Kontaktelement in seiner zweiten,
die Anschlusselemente trennenden Stellung einrastet. Ein solches
Einrasten kann beispielsweise hinter einem elastischen, nach innen
ste henden Bereich eines den Unterbrecher umgebenden Gehäuses geschehen.
Der nach innen stehende Bereich des Gehäuses bildet eine schiefe Ebene, über welche
das Kontaktelement oder ein mit diesem verbundenes Bauteil aufgleitet.
Das aus einem elastischen Material bestehende Rastelement gibt dieser
Bewegung nach. Beim Überfahren
des Rastelementes biegt sich dieses in seine Ausgangslage zurück und stellt
sich sperrend vor das Kontaktelement oder ein mit diesem mechanisch
verbundenes Bauteil. Somit wird zuverlässig verhindert, dass das Kontaktelement
in seine erste, die Anschlusselemente verbindende Stellung zurück gelangt
und damit den Stromfluss unbeabsichtigt wieder herstellt.
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In
einer bevorzugten Ausführung
greift das Rastelement am Hebelelement an, welches auch die Antriebskräfte vom
Antriebselement überträgt. Somit kann
das Rastelement ebenso wie das Antriebselement stärker dimensioniert
werden, auch wenn das Kontaktelement nur vergleichsweise kleine
geometrische Abmessungen aufweist. Große Rast- und Antriebselemente
weisen dabei größere Halte-
und Antriebskräfte
auf, welche die Kontakttrennung zuverlässiger ermöglichen.
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Als
Antriebselement können
beispielsweise Federn, Elektromagnete oder Elektromotoren vorgesehen
werden. Bevorzugt weist das Antriebselement ein pyrotechnischen
Element auf. Ein solches pyrotechnisches Element weist auch ohne
fortlaufende Wartung nach längerer
Zeit der Nichtbenutzung eine hohe Zuverlässigkeit auf. Weiterhin ermöglicht ein pyrotechnisches
Element eine Auslösung
mit geringem Aufwand, beispielsweise durch elektrisch erzeugter
Aktivierungsenergie. Nach der Auslösung stellt das pyrotechnische
Element in einer sehr kurzen Zeitspanne eine große Bewegungsamplitude und eine
große
Kraft zur Verfügung,
welche zur zuverlässigen
Trennung des Kontaktelementes von den Anschlusselementen beiträgt. Ein
pyrotechnisches Antriebselement kann beispielsweise aus einem Zylinder
mit einem darin beweglich gelagerten Kolben bestehen, wobei der
Kolben durch Gasdruck ausgetrieben wird. Der Gasdruck wird bei Auslösung des Elementes
durch die Reaktionsprodukte einer exotherm ablaufenden chemischen
Reaktion bereitgestellt.
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Nachfolgend
soll die Erfindung anhand von Figuren und Ausführungsbeispielen ohne Beschränkung des
allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
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1 zeigt einen erfindungsgemäßen Unterbrecher
für eine
elektrische Leitung in einer ersten, die Anschlusselemente verbindenden
Stellung.
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2 zeigt den Unterbrecher nach 1 in einer zweiten, die Anschlusselemente
trennenden Stellung.
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3 zeigt
ein Detail des Kontaktelementes und der Anschlusselemente in einer
ersten, die Anschlusselemente verbindenden Stellung.
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1a zeigt
ein Gehäuse 1 einer
Batterieklemme, welche mit einem erfindungsgemäßen Unterbrecher ausgestattet
ist. In der Darstellung ist der Deckel vom Gehäuse 1 der Sicherheitsbatterieklemme
entfernt, um den Blick in das Innere freizugeben. In 1b ist
dasselbe Bauelement in einer perspektivischen Darstellung gezeigt.
Die Batterieklemme besitzt im Gehäuse 1 eine Ausnehmung 4.
Diese Ausnehmung ist zur Aufnahme eines Batteriepoles vorgesehen.
Hierzu weist die Batterieklemmme noch eine Kontakt- und Klemmvorrichtung
auf, welche in den Figuren nicht dargestellt ist. Die Ausnehmung 4 ist
in der Figur nicht vollständig
dargestellt.
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Am
unteren Rand des Gehäuses
befindet sich ein erstes und ein zweites Anschlusselement, welche
in einem separaten, kleineren Gehäuse 2 aufgenommen
sind. Das kleinere Gehäuse 2 ist
in eine korrespondierende Ausnehmung am Gehäuse 1 aufgenommen.
Zu den Anschlusselementen im Gehäuse 2 führen elektrische
Anschlussleitungen 9. Im Betrieb der Unterbrechervorrichtung sind
die ersten und zweiten Anschlusselemente im Gehäuse 2 durch ein Kontaktelement 11 miteinander
verbunden. Das Kontaktelement 11 befindet sich in der Stiftwanne 3.
Ein Schnitt durch das Gehäuse 2 und
die Stiftwanne 3 ist in 3 dargestellt
und wird nachfolgend erläutert.
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Um
das Kontaktelement mit Stiftwanne 3 vom Gehäuse 2 abzuziehen
ist an der Stiftwanne 3 ein Hebelelement 5 befestigt.
Zur Befestigung des Hebelelementes 5 dient ein Zapfen 15,
welcher an der Stiftwanne 3 an dem der Öffnung gegenüberliegenden
Ende befestigt ist. Der Zapfen 15 weist einen entlang seiner
Länge veränderlichen
Querschnitt auf. Somit zeigt der Zapfen zumindest einen ersten Abschnitt 16 mit
einem geringeren Querschnitt und einen zweiten Abschnitt 17 mit
einem größeren Querschnitt.
Das Hebelelement 5 weist an seinem Ende einen nach unten
offenen Schlitz auf, so dass eine Gabel 14 gebildet wird.
Diese Gabel 14 ist über
den ersten Abschnitt 16 des Zapfens 15 geschoben.
Der zweite Abschnitt 17 des Zapfens 15 verhindert
das Abgleiten der Gabel 14 vom Hebelelement 5 vom Zapfen 15.
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Weiterhin
weist das Gehäuse 1 eine Öffnung 10 auf,
welche zur Aufnahme eines pyrotechnischen Antriebselementes vorgesehen
ist. Das Antriebselement besteht aus einem Zylinder, in welchem
ein Kolben beweglich gelagert ist. Durch die Gasentwicklung beim
Abbrand der pyrotechnischen Ladung wird der Kolben in Richtung des
Hebelelementes 5 aus dem Zylinder ausgetrieben. Das pyrotechnische
Antriebselement ist in den Figuren nicht dargestellt. Zur Aufnahme
des Kolbens des pyrotechnischen Antriebselementes befindet sich
im Hebelelement 5 eine Öffnung 6.
Durch Verschieben des Hebelementes 5 durch das Antriebselement
gleitet die Stiftwanne 3 auf der Gleitfläche 8 nach
hinten und trennt dabei die an Stiftwanne 3 befestigte
Kurzschlussbrücke 11 vom
Kontaktelement 2.
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Um
ein Zurückgleiten
der Stiftwanne 3 in die Ausgangslage und damit einen unbeabsichtigten Kontaktschluss
der Zufuhrleitun gen 9 zu vermeiden befindet sich im Gehäuse 1 ein
Rastelement 7. Das Rastelement 7 besteht aus einem
Teil des Gehäuses 1.
Der Gehäuseteil
wird durch drei längliche
Ausnehmungen freigestellt und so verformt, dass dieser nach innen
steht. Aufgrund der Elastizität
des Materials des Rastelementes 7 kann dieses vom aufgleitenden
Hebelelement 5 nach außen
gedrückt
werden, wenn dieses vom Antriebselement nach hinten gedrückt wird.
In der Endstellung des Hebelelementes 5 federt das Rastelement 7 wieder
nach innen in das Gehäuse
hinein und bildet somit einen Anschlag für das Hebelement 5.
Dadurch wird ein Zurückgleiten zuverlässig verhindert.
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2 zeigt die ausgelöste Stellung des Unterbrechers.
Hierbei zeigt 2a eine Darstellung, in welcher
der Deckel vom Gehäuse 1 der
Sicherheitsbatterieklemme entfernt ist, um den Blick in das Innere
freizugeben. 2b ist eine perspektivische
Darstellung.
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2 zeigt, wie das Hebelelement 5 hinter dem
Rastelement 7 zum Liegen kommt, nachdem dieses vom pyrotechnischen
Antriebselement in Aussparung 10 in den hinteren Gehäuseteil
gedrückt wurde.
Die Rückwärtsbewegung
des Hebelelementes 5 bewirkt dabei eine lineare Gleitbewegung
der Stiftwanne 3 auf der Gleitfläche 8. Da die Anschlusselemente
im Gehäuse 2 vom
Vorsprung 12, welcher sich am Gehäuse 1 abstützt in Position
gehalten werden, kann das Gehäuse 2 der
Bewegung der Stiftwanne 3 nicht folgen. Dies führt zum
Trennen des Kontaktelementes 11 von den Anschlusselementen 13.
Damit ist der Stromfluss zwischen beiden Zuleitungsdrähten 9 unterbrochen.
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3 zeigt
einen Schnitt durch die Stiftwanne 3 und das Gehäuse 2 der
Anschlusselemente 13. Gehäuse 2 dient der Positionierung
der Anschlusselemente 13 um einen zuverlässigen Eingriff
des Kontaktelementes 11 sicherzustellen. Das Kontaktelement 11 besteht
aus zwei Stiftkontakten 18, welche über eine Kurzschlussbrücke 19 verbunden
sind. Zur Positionierung sind die Stiftkontakte 18 im Material der
Stiftwanne 3 einge presst. Stiftwanne 3 und Gehäuse 2 bilden
im gesteckten Zustand eine spritzwassergeschützte Einheit, welche das Eindringen von
Schmutz und Feuchte an die Kontakte 13 und 18 erschwert.
Fallweise kann die Stiftwanne 3 und Gehäuse 2 bei höheren Anforderungen
auch mit einer Dichtung versehen werden, um einen wasserdichten Aufbau
bereitzustellen.
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An
der Stiftwanne 3 ist der Zapfen 15 einstückig ausgebildet.
Dies kann beispielsweise bei Herstellung der Stiftwanne 3 im
Spritzgussverfahren durch eine entsprechend ausgebildete Spritzgussform
erfolgen. Der Zapfen 15 weist einen ersten Bereich 16 mit
kleinerem Querschnitt auf, an welchem die Gabel 14 des
Hebelelementes 5 eingreift. Hinter der Gabel 14 befindet
sich ein Abschnitt 17 mit größerem Querschnitt, welcher
ein Abgleiten des Hebelelementes 5 vom Zapfen 15 verhindert. Über den Abschnitt 17 wird
somit die zum Trennen des Kontaktelementes 11 benötigte Kraft
in die Stiftwanne 3 eingeleitet.
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Das
Gehäuse 2 dient
der Positionierung der Kontakte 13, um ein zuverlässiges Eingreifen
der Stifte 18 im Kontakt 13 zu ermöglichen.
Weiterhin dient Gehäuse 2 der
Isolierung beider Anschlusselemente 13. Um zu verhindern,
dass das Gehäuse 2 zusammen
mit Stiftwanne 3 auf der Gleitfläche 8 nach hinten
gezogen wird, weist das Gehäuse 2 einen
Vorsprung 12 auf, welcher sich am Gehäuse 1 abstützt.
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Die
Zuverlässigkeit
des erfindungsgemäßen Unterbrechers
kann weiter erhöht
werden, indem Gehäuse 2 mit
Gehäuse 1 in
alle Raumrichtungen kraftschlüssig
miteinander verbunden wird. Ein solcher Kraftschluss kann beispielsweise
durch Verrasten, Verschweißen
oder Verkleben der Gehäuse 2 und 1 erfolgen.
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- 1
- Gehäuse einer
Batterieklemme
- 2
- Gehäuse der
Anschlusselemente
- 3
- Stiftwanne
- 4
- Ausnehmung
- 5
- Hebelelement
- 6
- Bohrung
im Hebelelement
- 7
- Rastelement
- 8
- Gleitfläche
- 9
- Anschlussleitung
- 10
- Aufnahme
eines Antriebselementes
- 11
- Kontaktelement
- 12
- Vorsprung
- 13
- Anschlusselement
- 14
- Gabel
- 15
- Längliches
Führungselement
- 16
- Erster
Abschnitt des Führungselementes
- 17
- Zweiter
Abschnitt des Führungselementes
- 18
- Stiftkontakt
- 19
- Kurzschlussbrücke