-
Die
Erfindung betrifft die Anordnung zur Verbindung zwischen einer in
einem Kraftfahrzeug angeordneten Batterie und den elektrischen Verbrauchern innerhalb
des Kraftfahrzeugs.
-
Kraftfahrzeuge
haben eine Starterbatterie, die den Strom für den Anlassvorgang liefern
und darüber
hinaus elektrische Verbraucher mit Strom versorgen soll, wenn die
Lichtmaschine nicht ausreichend Leistung zur Verfügung stellt.
Solche Starterbatterien haben Batteriepole mit genormten Abmessungen. Üblicherweise
ist der negative Pol mit dem metallischen Chassis des Fahrzeugs über ein
Masseband verbunden, und an dem positiven Pol wird mithilfe einer
Batterieklemme ein Kabel oder ein Kabelbündel angeschlossen. Die Batterieklemme
wird mithilfe einer angenähert
tangential verlaufenden Schraube fest geklemmt.
-
Zum
Auswechseln einer Batterie muss daher die Batterieklemme mithilfe
eines Schraubenschlüssels
geöffnet
werden. Häufig
steht innerhalb des Motorraum, wo die Batterien üblicherweise untergebracht
sind, wenig Platz zur Verfügung.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine einfach aufgebaute und
den Anschluss elektrischer Verbraucher erleichternde Anordnung zur
Verbindung einer Kfz Batterie mit den elektrischen Verbrauchern
des Kraftfahrzeugs zu schaffen. Dabei soll unter Kraftfahrzeug nicht
nur ein übliches
Kraftfahrzeug verstanden werden, sondern beispielsweise auch schienengebundene
Kraftfahrzeuge oder auch kleine Schiffe.
-
Zur
Lösung
dieser Aufgabe schlägt
die Erfindung einer Anordnung mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen
vor. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
-
Während im
Stand der Technik alle Kabel an der Batterieklemme angebracht sind,
so dass zum Abklemmen eines elektrischen Verbrauchers immer die
gesamte Batterie mithilfe eines Schraubenschlüssels abgeklemmt werden muss,
verwendet die von der Erfindung vorgeschlagene Anordnung eine Leiterplatte,
die einerseits mit dem Batteriepol verbunden wird und die andererseits
mindestens einen Leitungsanschluss aufweist, mit dem die zu den
Verbrauchern führenden
Leitung verbunden werden kann. Es ist also möglich, um einen elektrischen
Verbraucher abzutrennen, nur diesen Leitungsanschluss zu öffnen, ohne
den der bisherigen Batterieklemme entsprechenden Polanschluss zu öffnen.
-
Andererseits
ist es ebenfalls möglich,
wenn die Batterie ausgetauscht werden soll, die Leiterplatte durch
den Polanschluss von der Batterie zu lösen, ohne die weiterführenden
Leitung von der Leiterplatte abzutrennen.
-
Zur
Verbindung des Leitungsanschlusses mit der Leiterplatte und den
darin vorhandenen Leiterbahnen kann erfindungsgemäß vorgesehen
sein, dass der Leitungsanschluss mit der Leiterplatte verlötet ist,
beispielsweise in SMT.
-
Es
kann ebenfalls vorgesehen sein, dass der Leitungsanschluss mit der
Leiterplatte verpresst ist, das heißt mit Kontaktstiften in durchkontaktierte Öffnungen
der Leiterplatte so eingepresst ist, dass er nicht nur elektrisch,
sondern auch mechanisch mit der Leiterplatte verbunden ist. Derartige
Leitungsanschlüsse
sind im Stand der Technik bekannt.
-
Eine
weitere Möglichkeit
zur Befestigung von Leitungsanschlüssen an der Leiterplatte kann
darin bestehen, dass der Leitungsanschluss mit der Leiterplatte
verschraubt ist, gegebenenfalls auch in Kombination mit einer der
anderen Verbindungsarten.
-
Es
wurde bereits erwähnt,
dass der Batteriepol von Kraftfahrzeugbatterien eine standardisierte Form
und Größe aufweist.
Es handelt sich um einen Kegelstumpf mit einem bestimmten Kegelwinkel.
Erfindungsgemäß kann nun
der zur Verbindung mit dem Batteriepol bestimmte Anschluss Kontaktzungen
aufweisen, die so orientiert und geformt sind, dass sie an der Oberfläche dieses
Batteriepols anlegen. Vorzugsweise liegen sie über einen möglichst großen Bereich der Mantelfläche des
Batteriepols an.
-
In
Weiterbildung der Erfindung kann das Anliegen der Kontaktzungen
so durchgeführt
werden, dass die Kontaktzungen von der Leiterplatte angenähert senkrecht
abragen. Wegen der Kegelstumpfform des Batteriepols sind die Kontaktzungen
vorzugsweise im Kreis angeordnet, so dass sie den Batteriepol von
allen Seiten umgeben und überall
anliegen können.
-
Insbesondere
kann vorgesehen sein, dass sie von der Leiterplatte nach oben ragen
und um ein Loch der Leiterplatte herum angeordnet sind, so dass die
Leiterplatte von oben auf die Batterie aufgesetzt werden kann, bis
der Batteriepol durch dieses Loch der Leiterplatte hindurch nach
oben hindurch ragt.
-
Wegen
der Kegelstumpfform des Batteriepols kann in Weiterbildung der Erfindung
vorgesehen sein, dass die Kontaktzungen zwischen sich einen Zwischenraum
freilassen.
-
Erfindungsgemäß kann vorgesehen
sein, dass die Kontaktzungen an einzelnen voneinander getrennten
Kontaktelementen ausgebildet sind. Diese Kontaktelemente können dann
mit der Leiterplatte jeweils für
sich verbunden werden.
-
Es
ist ebenfalls möglich
und liegt im Rahmen der Erfindung, dass mehrere Kontaktzungen, beispielsweise
auch alle Kontaktzungen, Teil eines gemeinsamen Kontaktelements
sind.
-
Zur
Erleichterung der Montage und Handhabung des Polanschlusses kann
erfindungsgemäß in Weiterbildung
vorgesehen sein, dass die Kontaktzungen oder die sie enthaltenden
Kontaktelemente an einem gemeinsamen Kontaktträger angebracht oder von diesem
aufgenommen sind. Dieser Kontaktträger kann eine Verbesserung
der Halterung der Kontaktelemente an der Leiterplatte ermöglichen.
-
Zur
elektrischen Verbindung der Kontaktzungen beziehungsweise der sie
enthaltenden Kontaktelemente kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass sie
mit der Leiterplatte verlötet
sind, beispielsweise in SMT.
-
Ebenfalls
möglich
ist es, dass die Kontaktelemente mit der Leiterplatte verpresst
sind, beispielsweise in der Weise, dass an den Kontaktelementen angeordnete
Kontaktstifte in durchkontaktierte Bohrungen der Leiterplatte eingepresst
werden. Dieses Einpressen in durchkontaktierte Bohrungen führt nicht
nur zu einer elektrischen, sondern auch zu einer mechanischen Verbindung.
-
Es
ist möglich,
die Kontaktzungen so auszugestalten, dass sie aufgrund ihrer eigenen
Steifigkeit ausreichend fest an der Außenseite des Batteriepols anliegen.
Es ist aber ebenfalls möglich,
die Kontaktzungen zur Anlage an dem Batteriepol durch eine zusätzliche
Einrichtung zu beaufschlagen. Dies kann beispielsweise ein außen um die
Kontaktzungen herum gelegter Ring sein. Auf diese Weise können Kontaktzungen
verwendet werden, die gewisse Federeigenschaften aufweisen. Es ist
darüber
hinaus nicht erforderlich, die Kontaktzungen in eine der Außenseite
des Batteriepols entsprechende Form vorzuverformen. Sie werden durch
die Beaufschlagungseinrichtung an die Form des Batteriepols angepasst.
-
Insbesondere
kann in Weiterbildung vorgesehen sein, dass der Kontaktträger radial
außerhalb der
Kontaktzungen angeordnet ist und ein Außengewinde aufweist, mit dem
das Innengewinde einer Mutter in Eingriff steht. Diese Mutter, die
beispielsweise mit einem Handrad versehen ist, kann dann auf den
Kontaktträger
aufgeschraubt werden und dabei die Beaufschlagung bewirken. Hierzu
kann beispielsweise ein ringförmiges
Keilelement angeordnet sein, das beim Aufschrauben der Mutter auf
den Kontaktträger
axial in den Zwischenraum zwischen den Kontaktträger und die Kontaktzungen eingeschoben wird
und dadurch die Kontaktzungen gegen den Batteriepol anpresst.
-
Eine
weitere Möglichkeit
besteht darin, dass das Innengewinde der Mutter an einer Art Keilhülse angebracht
ist und dass der Kontaktträger
nach innen verformbar ausgebildet ist, so dass mit zunehmendem Aufschrauben
der Mutter auf den Kontaktträger
dieser selbst nach innen bewegt wird und dadurch die Kontaktzungen
gegen den Batteriepol anpresst.
-
Eine
weitere Möglichkeit
der Beaufschlagung der Kontaktzungen kann darin bestehen, dass eine
herkömmliche
Batterieklemme, allerdings oh ne ein getrenntes Kabel, um die Kontaktzungen
herum gelegt und in der bekannten Weise fest geklemmt wird.
-
Die
Verbindung der Kontaktelemente des Polanschlusses mit der Leiterplatte,
gleichgültig
mit welcher Methode diese Verbindung geschieht, kann im Normalfall
von der Unterseite der Leiterplatte her erfolgen.
-
Es
ist aber ebenfalls möglich,
dass diese Verbindung von der Oberseite der Leiterplatte her erfolgt.
-
Erfindungsgemäß kann vorgesehen
sein, dass die Leiterplatte mehrere Leitungsanschlüsse aufweist,
um unterschiedliche Leitungsstränge
der elektrischen Verbraucher des Kraftfahrzeugs getrennt an der
Leiterplatte anbringen zu können.
Dies kann die Wartung des Kraftfahrzeugs erleichtern, wenn beispielsweise
nur bestimmte Teile der Bordelektrik spannungslos gemacht werden
sollen. Andererseits wird dadurch der Aufbau der Leiterplatte und auch
die Ausbildung von Kabelbäumen
einfacher.
-
Da
für die
Anordnung einer solchen Leiterplatte kaum zusätzlicher Raum benötigt wird,
kann erfindungsgemäß auch vorgesehen
sein, die Leiterplatte zur Anbringung und Unterbringung zusätzlicher
Elemente auszunutzen. Daher schlägt
die Erfindung vor, dass an der Leiterplatte zusätzliche Bauelemente und/oder
Sockel für
Bauelemente angeordnet sein können,
beispielsweise Sicherungen.
-
Bei
Kraftfahrzeugen, die zwei nebeneinander stehende Batterien aufweisen,
kann die Anordnung auch mehr als einen Polanschluss aufweisen und
mit beiden Batterien mechanisch und elektrisch verbunden sein. Sie
kann auch dazu dienen, beispielsweise zwei Batterien hintereinander
oder parallel zu schalten. Auch wenn nur eine Batterie vorhanden ist,
kann die Anordnung auch zur Anbringung an dem negativen Batteriepol
verwendet werden.
-
Weitere
Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge
der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der Zusammenfassung,
deren beider Wortlaut durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung
gemacht wird, der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen:
-
1 eine
Draufsicht auf eine Leiterplatte als Teil der Anordnung nach der
Erfindung;
-
2 einen
schematischen Querschnitt durch einen Polanschluss der Leiterplatte;
-
3 schematisch
die Anordnung der Kontaktelemente des Anschlusses der 2;
-
4 eine
vereinfachte perspektivische Ansicht eines Kontaktelements;
-
5 einen
der 2 entsprechenden Schnitt bei einer geänderten
Ausführungsform;
-
6 eine
vereinfachte Darstellung für
eine vereinfachte Anordnung;
-
7 eine
andere Art der Anbringung von Kontaktelementen an der Leiterplatte.
-
Die 1 zeigt
eine Draufsicht auf eine Leiterplatte, die zur Anbringung an einer
Kraftfahrzeugbatterie bestimmt ist und mit der weiterführende Leitungen
zu den elektrischen Verbrauchern des Kraftfahrzeugs verbunden werden
können.
Die Leiterplatte 1 weist einen mit einem Handrad 2 zu
seiner Betätigung
versehenen Polanschluss 3 auf. An dieser Stelle ist dann,
wenn die Leiterplatte 1 an der Batterie befestigt ist,
der positive Pol der Batterie angeordnet.
-
Eine
Längskante 4 der
Leiterplatte 1 entlang sind mehrere als Schraubanschlüsse ausgebildete Leitungsanschlüsse 5 angebracht,
an denen zu den Verbrauchern des Kraftfahrzeugs führende Leitungen
angeschraubt werden können.
Einzelheiten solcher Schraubanschlüsse sind nicht dargestellt. Schraubanschlüsse oder
Steckanschlüsse
für Leitungen
sind im Stand der Technik bekannt. Wie man der 1 auch
entnehmen kann, gibt es Leitungsanschlüsse 5 unterschiedlicher
Größen, je
nach dem Querschnitt der hier anzubringenden Kabel. Die Leitungsanschlüsse 5 können daher
unabhängig
voneinander belegt werden, es können
Leitungen zu verschiedenen Verbrauchern unabhängig voneinander abgeklemmt
und angeklemmt werden.
-
Auf
der Oberseite der Leiterplatte 1 sind darüber hinaus
einige Stecksockel 6 beispielsweise für Schmelzsicherungen angebracht,
die ebenfalls mit Leiterbahnen innerhalb der Leiterplatte in elektrischer
Verbindung stehen.
-
2 zeigt
nun einen vereinfachten Querschnitt durch den Polanschluss 3 in 1.
Die Kfz Batterie 7 hat an dieser Stelle den Batteriepol 8,
der die Form eines Kegelstumpfs mit einer ebenen Stirnfläche 9 aufweist.
Diese Form ist standardisiert. Die Leiterplatte 1 weist
an der dem Batteriepol 8 zugeordneten Stelle ein Loch auf,
so dass sie unterhalb der Stirnfläche 9 des Batteriepols 8 angeordnet
werden kann. Im Randbereich des Lochs in der Leiterplatte 1 sind
Kontaktelemente 10 befestigt. Die Kontaktelemente 10 weisen
an ihrer radialen Außenseite
nach oben ragende Kontaktstifte 11 auf, die in durchkontaktierte
Bohrungen der Leiterplatte 1 eingepresst sind. Diese Einpressung
dient zur elektrischen und mechanischen Verbindung mit der Leiterplatte.
Zusätzlich
sind die Kontaktelemente 10 in einem Kontaktträger 12 aufgenommen,
der als Hülse
ausgebildet ist und innerhalb des Lochs in der Leiterplatte 1 angeordnet
ist. Der Kontaktträger 12 weist
einen unteren Flansch 13 auf, der unterhalb der Leiterplatte 1 angeordnet
ist. Auf der durch den Flansch 13 gebildeten Schulter liegt
die Leiterplatte 1 auf. An der radialen Außenseite
weist der Kontaktträger 12 mindestens
in seinem oberen Bereich ein Außengewinde 14 auf.
-
Die
Kontaktelemente 10 weisen an ihren radialen Innenseiten
Kontaktzungen 15 auf, deren Länge etwa der Höhe des Batteriepol 8 entspricht.
-
In
einem radialen Zwischenraum zwischen den Kontaktzungen 15 und
der Innenseite des Kontaktträgers 12 ist
ein Keilring 16 eingesetzt, dessen radiale Außenseite
und radiale Innenseite in Richtung nach unten konvergieren. Der
Keilwinkel des Keilrings 16 ist entgegengesetzt zu dem
Keilwinkel des Batteriepols 8 orientiert.
-
Auf
das Außengewinde 14 des
Kontaktträger 12 ist
eine Mutter 17 aufgeschraubt, die ein Innengewinde 18 aufweist.
Dieses Innengewinde 18 greift in das Außengewinde 14 des
Kontaktträgers 12 ein. Der
Keilring 16 liegt mit seiner oberen Stirnfläche an der
Innenseite 19 der Mutter 17 an. Beim Aufschrauben
der Mutter 17 mithilfe des Handrads 2 wird der Keilring 16 in
den Zwischenraum zwischen den Kontaktträger 12 und den Kontaktzungen 15 eingeschoben
und presst dadurch die Kontaktzungen 15 gegen den Kegelstumpf
des Batteriepols 8 an.
-
Auf
diese Weise erfolgt eine mechanische Sicherung beziehungsweise Festlegung
der Leiterplatte an dem Batteriepol 8, und gleichzeitig
eine elektrische Kontaktierung zwischen dem Batteriepol 8 und
den Kontaktzungen 15, die über die Kontaktstifte 11 mit
den Bahnen der Leiterplatte 1 verbunden sind. Nach dem
Lösen der
Mutter 17 mithilfe des Handrads 2 lässt sich
die Anordnung von der Batterie abnehmen.
-
Die 3 zeigt
die Anordnung der Kontaktelemente 10 von oben. Alle anderen
Teile sind bei dieser Darstellung weggelassen. Jedes Kontaktelement 10 ist
als getrenntes einstückiges
Metallteil ausgebildet. In einem mittleren Bereich, der in 3 in
der Draufsicht zu sehen ist, verlaufen die Kontaktelemente als Teil
eines Kreissektors. An dem in radialer Richtung äußeren Bereich der Kontaktelemente 10 sind
die nach oben gerichteten Kontaktstifte 11 durch Umbiegen
ausgebildet. Im radial inneren Bereich sind die Kontaktzungen 15 ausgebildet,
die zwischen sich einen Zwischenraum 19 freilassen. Die
Kontaktzungen 15 sind in unverformtem Zustand als ebene Zungen
ausgebildet. Erst bei der Beaufschlagung durch den Keilring 16 legen
sie sich an die Oberfläche
des Batteriepols 8 an und erhalten dadurch eine geschwungene
Form. Dies hat den Vorteil, dass beim Aufstecken der Leiterplatte 1 auf
den Batteriepol 8 an diesem keine in Längsrichtung verlaufende Kanten der
Kontaktzungen anliegen, sondern nur eine linienförmige Anlage etwa im mittleren
Bereich der Kontaktzungen auftritt.
-
Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
werden acht Kontaktzungen 15 verwendet, die an getrennten
Bauteilen ausgebildet sind. Es ist natürlich auch denkbar, dass mehrere
Kontaktzungen 15 an einem einzigen Bauteil zusammengefasst
angeordnet sind.
-
Die 4 zeigt
perspektivisch eine vereinfachte Ausführungsform eines Kontaktelements.
Das Kontaktelement 10 weist die Form eines Winkels auf, dessen
einer Schenkel die Kontaktzunge 15 bildet. Der parallel
zur Leiterplatte 1 anzuordnende Mittelabschnitt 20 ist
eben ausgebildet und weist beispielsweise die in 3 besser
zu sehende Sektorform mit divergierenden Seitenkanten auf. An dem
der Kontaktzunge 15 abgewandten Ende sind an dem Mittelabschnitt 20 im
dargestellten Bei spiel zwei nach oben ragende Kontaktstifte 11 ausgebildet.
Diese Kontaktstifte 11 haben ausgeprägte Kanten.
-
Es
ist natürlich
auch denkbar, dass der Mittelabschnitt parallele Seitenkanten aufweist,
also die Form eines Rechtecks. Außerdem ist es je nach Anbringung
der Kontaktelemente 10 an der Leiterplatte 1 auch
denkbar und möglich,
dass die Kontaktstifte 10 nicht in die gleiche Richtung
zeigen wie die Kontaktzungen 15, sondern gegenüber der
Anordnung der 4 nach unten abgewinkelt sind.
-
Nun
zu 5, die einen der 1 ähnlichen Schnitt
durch eine abgewandelte Ausführungsform zeigt.
Der Kontaktträger 12 ist
hier in radialer Richtung etwas dicker ausgebildet, und seine radiale
Innenseite verläuft
schräg
unter dem gleichen Winkel wie die Außenseite des Batteriepols 8.
Die Mutter 17 ist ähnlich
aufgebaut wie bei der Ausführungsform nach 2.
An der unterhalb des Handrads 2 ausgebildeten Hülse 21 ist
wieder ein Innengewinde 18 ausgebildet. Die Innenseite
der Hülse 21 verläuft aber
nicht mehr wie bei der Ausführungsform
nach 2 zylindrisch, sondern in das Innere hinein in Richtung
auf die Stirnwand 19 leicht konvergierend. Wird nun diese
Mutter auf das Außengewinde 14 des Kontaktträger 12 aufgeschraubt,
so wird der Kontaktträger 12 nach
innen in Richtung auf den Batteriepol 8 bewegt. Dadurch
erfolgt eine Verklemmung der Kontaktzungen 15 der Kontaktelemente 10 gegen
die Außenseite
des Batteriepols 8.
-
Auch
dieser Ausführungsform
stellt eine einfache durch ein Handrad 2 zu betätigende
Möglichkeit
der Schnellbefestigung an der und Schnellabnahme der Leiterplatte 1 von
der Batterie dar.
-
Eine
nochmals weitere stark vereinfachte Ausführungsform ist in 6 dargestellt.
Hier ist von dem Polanschluss der 2 und 5 nur
noch die Anordnung der Kontaktelemente 10 übrig, die
mit ihren Kontaktstif ten 11 in die Leiterplatte 1 eingepresst sind
und deren Kontaktzungen 15 an der Außenseite des Batteriepols 8 anliegen.
Da die Kontaktzungen über
die Oberfläche
der Leiterplatte 1 nach oben herausragen, steht hier auch
Platz zur Verfügung,
um irgend eine andere Klemmeinrichtung anzubringen. Beispielsweise
könnte
um die Kontaktzungen jetzt eine herkömmliche Polklemme herumgelegt
und mit einer Schraube oder einem Hebel fest geklemmt werden.
-
Bei
den bisherigen Ausführungsformen
wurde der Einfachheit halber eine Möglichkeit gezeigt, bei der
die Kontaktelemente 10 mit der Leiterplatte 1 durch
eine Einpressung mit Kontaktstiften 11 in durchkontaktierte
Löcher
der Leiterplatte 1 verbunden sind. Die 7 soll
nur noch darstellen, dass auch eine andere Art der Verbindung zwischen
den Kontaktelementen 10 und der Leiterplatte 1 möglich ist.
Hier sind die Kontaktelemente 10 als Winkel ohne Kontaktstifte 11 ausgebildet,
wobei der bisher als Mittelabschnitt 20 bezeichnete Abschnitt
hier den anderen Schenkel bildet. Dieser Schenkel kann nun mit Lötpads der
Leiterplatte 1 verlötet
werden, sowohl von unten, siehe links in 7, als auch
von oben, siehe rechts in 7. Hier
sind in einer Zeichnung beide Möglichkeiten
zusammengefasst, die in der Praxis natürlich üblicherweise nicht an einem
Polanschluss miteinander kombiniert werden.