DE102007061165A1 - Elektrisches Sicherungselement - Google Patents

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Abstract

Die Anmeldung betrifft ein Sicherungselement mit einem einen Hohlraum bildenden, elektrisch leitenden Gehäuse, zumindest zwei elektrischen Anschlusselementen und einem in dem Hohlraum angeordneten Treibmedium. Um bei einem erhöhten Strom eine sichere Trennung des elektrischen Strompfades zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass das Treibmedium derart gebildet ist, dass eine durch zwischen den Anschlusselementen fließenden Strom bewirkte Joulsche Wärme eine Ausdehnung des Treibmediums bewirkt, derart, dass beim Erreichen einer Grenztemperatur des Treibmediums das Gehäuse birst.

Description

  • Die Anmeldung betrifft ein elektrisches Sicherungselement mit einem einen Hohlraum bildenden, elektrisch leitenden Gehäuse, zumindest zwei elektrischen Anschlusselementen und einem in dem Hohlraum angeordneten Treibmedium. Die Anmeldung betrifft darüber hinaus ein Kraftfahrzeugenergieversorgungssystem mit einem Sicherungselement. Schließlich betrifft die Anmeldung ein Verfahren zur Sicherung eines elektrischen Stromkreises.
  • Die Absicherung elektrischer Stromkreise gegenüber Überströmen ist von entscheidender Bedeutung für die Betriebssicherheit elektrischer Anlagen. In jeder elektrischen Anlage, sei es in elektrisch betriebenen Fahrzeugen, Gebäudeinstallationen, elektrisch betriebenen Maschinen, Stellwerken, elektrisch gesteuerten Kraftfahrzeuge, oder dergleichen, sind elektrische Sicherungselemente vorgesehen. Die elektrischen Sicherungselemente sind so gestaltet, dass diese einen Betriebsstrom dauerhaft tragen. Überschreitet der Betriebsstrom für einen vorher definierten Zeitraum einen Grenzstrom, so trennen die bekannten Sicherungselemente den Stromkreis auf, und weiterer Stromfluss wird verhindert.
  • Bei Kraftfahrzeugen werden Sicherungselemente zur Absicherung von Komfortverbrauchern, als auch zur Absicherung des Fahrzeugschassis gegenüber Kurzschlüssen, beispielsweise crashbedingte Kurzschlüsse, abgesichert. Verschiedenartige Schmelzsicherungen werden in Kraftfahrzeugen verbaut, die, je nach Anwendungsfall, verschieden große Betriebsströme tragen können.
  • Die bekannten Schmelzsicherungen beruhen darauf, dass ein elektrisch leitendes Element zwischen zwei Anschlusselementen vorgesehen ist, welches beim Fließen eines Betriebsstromes die erzeugte Joulsche Wärme ausreichend abführt, ohne dass es zerstört wird. Überschreitet der Strom einen Grenzstrom, so wird die in dem Sicherungselement erzeugte Joulsche Wärme so groß, dass das Sicherungselement schmilzt und der Stromkreis unterbrochen wird. Problematisch bei diesen Schmelzsicherungen ist jedoch, dass diese nur bis zu gewissen Stromstärken verwendbar sind. Insbesondere in einem Crashfall fließen für kurze Zeit sehr hohe Ströme von der Kraftfahrzeugbatterie, welche sicher unterbrochen werden müssen, um beispielsweise ein Entzünden von Kraftstoff sicher zu verhindern.
  • Bekannt sind auch sogenannte pyrotechnische Sicherungen, bei denen mit Hilfe einer Zündpille eine elektrisch leitende Verbindung bei einer Kurzschlussbedingung mechanisch aufgetrennt wird. Die mechanische Auftrennung der elektrischen Verbindung erfolgt durch Zünden der Zündpille. Die hierdurch erzeugte Explosion trennt die elektrische Leitung auf. Nachteilig bei diesen pyrotechnischen Sicherungselementen ist zum einen, dass das pyrotechnische Treibmedium einem Alterungsprozess unterworfen ist, und bei den in Kraftfahrzeugen üblichen sich stark verändernden Umweltbedingungen hohe Anforderungen an die Alterungsstabilität gestellt werden. Zu anderem sind die verwendeten Sprengstoffe teuer in der Beschaffung und hohen Sicherheitsanforderungen unterworfen.
  • Schließlich ist beispielsweise aus der US 3,710,295 eine elektrische Sicherung bekannt, bei der mit Hilfe eines flüssigen Treibmediums bei Erreichen einer Grenztemperatur ein elektrischer Leiter aufgeschmolzen wird. Das Treibmedium führt zuverlässig die in dem elektrischen Leiter erzeugte Joulsche Wärme ab, solange die Siedetemperatur nicht erreicht ist. Beim Erreichen der Siedetemperatur umhüllt das nunmehr gasförmige Treibmedium den elektrischen Leiter, und eine weitere Temperaturabführung ist behindert, wodurch der elektrische Leiter aufschmilzt und die elektrische Verbindung unterbrochen wird. Die aus dieser Druckschrift bekannte elektrische Sicherung ist jedoch sehr aufwendig in der Herstellung und daher sehr teuer und nicht für den Masseneinsatz geeignet.
  • Aus den zuvor aufgezeigten Nachteilen ergibt sich die Aufgabe, ein Sicherungselement zur Verfügung zu stellen, welches günstig in der Herstellung und alterungsbeständig bei hoher Auslösegenauigkeit ist.
  • Ein solches Sicherungselement wird gemäß eines Aspekts der Anmeldung dadurch zur Verfügung gestellt, dass das Treibmedium derart gebildet ist, dass eine durch zwischen den Anschlusselementen fließenden Strom bewirkte Joulsche Wärme eine Ausdehnung des Treibmediums bewirkt, derart, dass beim Erreichen einer Grenztemperatur des Treibmediums das Gehäuse birst.
  • Es ist erkannt worden, dass vorzugsweise flüssige Treibmedien in einem Hohlraum eines Gehäuses eingebracht werden können, welche sich bei Erhitzung durch die durch den Strom erzeugte Joulsche Wärme ausdehnen. Das sich ausdehnenden Treibmedium erhöht den Druck innerhalb des Gehäuses. Durch eine entsprechende Dimensionierung des Gehäuses kann erreicht werden, dass bei einer vorher definierten Temperatur des Treibmediums das Gehäuse birst, da der Innendruck innerhalb des Gehäuses so groß ist, dass dieser durch die Wand des Hohlraums nicht mehr gehalten werden kann. Bei der Verwendung von kleinen Mengen von Treibmedium ist es möglich, dass dieses beim Annähern an die Grenztemperatur sehr schnell in den gasförmigen Zustand übergeht und der Druck in dem Gehäuse sehr schnell steigt. Hierdurch wird eine schnelle Auftrennung des elektrischen Kreises bewirkt, da das Gehäuse kurze Zeit nach Erreichen des Grenzstromes birst und den elektrischen Stromkreis unterbricht.
  • Um zu erreichen, dass der Gasdruck innerhalb des Hohlraums ausreichend hoch wird, um das Gehäuse beim Erreichen der Grenztemperatur des Treibmediums zu zerstören, wird vorgeschlagen, dass der Hohlraum des Gehäuses im Wesentlichen gasdicht gegenüber dem Treibmedium im gasförmigen Zustand ist. Es sollte sicher verhindert werden, dass beim Übergang vom flüssigen in den gasförmigen Zustand des Treibmediums dieses aus dem Hohlraum ausgast, da ansonsten der Berstdruck des Gehäuses nicht erreicht werden kann. Eine gasdichte Verschließung des Hohlraums ist daher bevorzugt.
  • Das Treibmedium kann so gewählt sein, dass es im Normalzustand, d. h. bei Raumtemperatur bzw. bei üblichen Betriebstemperaturen, beispielsweise zwischen 0°C und 70°C, flüssig ist und bei Erreichen der Grenztemperatur gasförmig ist. Durch die gasförmige Ausdehnung des Treibmediums wird der Druck innerhalb des Gehäuses erhöht, wodurch dieses durch den Gasdruck des Treibmediums birst.
  • Die zur Erzeugung der Grenztemperatur des Treibmediums benötigte Wärme wird bevorzugt mittels des in dem Gehäuse fließenden Stromes erzeugt. Diese Joulsche Wärme ist abhängig von dem Strom und dem elektrischen Widerstand des Gehäuses zwischen den Anschlusselementen. Die Joulsche Wärme ist proportional zum Widerstand und steigt mit dem Quadrat des Stromes. Der elektrische Widerstand des Gehäuses bestimmt sich durch den Abstand zwischen den Anschlusselementen, das verwendete Material, und den Leitungsquerschnitt. Durch eine geeignete Wahl des Leitungsquerschnitts kann der Widerstand des Gehäuses derart gewählt werden, dass beim Erreichen eines Grenzstromes die in dem Gehäuse erzeugte Joulsche Wärme das Treibmedium auf die Grenztemperatur aufheizt. Beispielsweise können sich verjüngende Abschnitte innerhalb des Gehäuses vorgesehen sein, um eine gezielte Widerstandserhöhung zu erreichen, welche zu einer erhöhten Erzeugung von Joulscher Wärme führt.
  • Gemäß eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels wird vorgeschlagen, dass der elektrische Widerstand R des Gehäuses zwischen den Anschlusselementen derart ist, dass die Joulsche Wärme P bei einem Grenzstrom I nach der Vorschrift P = R × I2 das Treibmedium auf die Grenztemperatur aufheizt.
  • Neben einer geeigneten Dimensionierung des Gehäuses zur Erzielung einer ausreichenden Joulsche Wärme durch den Strom ist es notwendig, dass das Gehäuse bei Erreichen der Grenztemperatur des Treibmediums birst. Aus diesem Grunde wird gemäß eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels vorgeschlagen, dass der Querschnitt der Mantelfläche des Hohlraums derart ist, dass das Gehäuse beim Erreichen der Grenztemperatur durch den Gasdruck des Treibmediums birst. Die Wandstärke der Mantelfläche des Hohlraums kann derart gewählt sein, dass diese dem Gasdruck innerhalb des Gehäuses bis zur Grenztemperatur standhält, und danach birst. Es kann vorteilhaft sein, wenn das Gehäuse aus einem spröden, elektrisch leitenden Material gebildet ist. In diesem Fall kommt es zu einem Sprödbruch bei Erreichen der Grenztemperatur. Für den Fall, dass die Bruchbedingungen eindeutig bestimmbar sind, kann hierdurch ein schnelles Zerbersten des Gehäuses erreicht werden.
  • Um ein sicheres Auftrennen des Gehäuses beim Erreichen des Berstdruckes zu gewährleisten, wird gemäß eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels vorgeschlagen, dass das Gehäuse zumindest eine Sollbruchstelle aufweist. Die Sollbruchstelle kann beispielsweise durch eine umlaufende Nut gewährleistet werden. Die Nut kann beispielsweise U- bzw. V-förmig sein.
  • Um den Stromfluss durch das Gehäuse zu gewährleisten, als auch um die Anschlusselemente elektrisch voneinander zu trennen, wenn das Gehäuse birst, wird vorgeschlagen, dass die Anschlusselemente im Wesentlichen an einander gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses angeordnet sind. Dies kann an den Stirnseiten des Gehäuses sein. Auch ist es möglich, dass die Anschlusselemente mit Abstand voneinander auf der Mantelfläche des Gehäuses angeordnet sind.
  • Um einen möglichst breiten Einsatzbereich des Sicherungselementes zu gewährleisten, insbesondere um dieses bei extremen Umweltbedingungen noch funktionsfähig zu erhalten, wird vorgeschlagen, dass das Treibmedium einen Gefrierpunkt von weniger als –40°C hat.
  • Um sicherzustellen, dass das Treibmedium gasförmig ist, wenn es die Grenztemperatur erreicht, wird vorgeschlagen, dass der Siedepunkt des Treibmediums derart ist, dass die bei dem Grenzstrom im Gehäuse erzeugte Joulsche Wärme gleich oder oberhalb des Siedepunktes ist. Insbesondere wird ein Treibmedium vorgeschlagen, welches einen Siedepunkt von größer 70°C hat.
  • Auch wird vorgeschlagen, dass die Grenztemperatur oberhalb des Siedepunktes des Treibmediums liegt. Hierdurch wird erreicht, dass das Treibmedium bei der Grenztemperatur gasförmig ist.
  • Um auch bei extremen Umweltbedingungen verlässlich zu funktionieren, wird vorgeschlagen, dass das Treibmedium temperaturstabil bis zumindest 100°C, vorzugsweise 125°C ist.
  • Um zu verhindern, dass nach einer Zeit, insbesondere einer langen, über Jahre hinweg benötigten Funktionstüchtigkeit des Sicherungselementes, eine Zerstörung des Gehäuses durch das Treibmedium im Falle eines Überstromes erfolgt, wird vorgeschlagen, dass das Treibmedium gegenüber dem Material der inneren Mantelfläche des Hohlraums inert ist. Die innere Mantelfläche des Hohlraums des Gehäuses kann beispielsweise aus dem gleichen Material wie das Gehäuse gebildet sein. Um eine erhöhte Gasdichtigkeit zu erreichen, kann es auch möglich sein, dass das Innere des Hohlraums aus einem anderen Material ist, als das Gehäuse selbst. So kann beispielsweise eine Beschichtung auf der Innenseite des Hohlraums vorgesehen sein. Diese kann beispielsweise keramisch sein.
  • Eine gute Leitfähigkeit des Gehäuses wird dadurch erreicht, dass dieses aus Nichteisenmetall, insbesondere Kupfer, gebildet ist.
  • Um zu verhindern, dass im Auslösefall der sich eventuell zwischen den auseinanderberstenden Gehäuseteilen bildende Lichtbogen das Treibmedium entzündet, wird vorgeschlagen, dass das Treibmedium nicht brennbar ist.
  • Insbesondere bei hohen Strömen, über 100 Ampere, bevorzugt 500 Ampere, kann sich ein Lichtbogen bilden, wenn das Gehäuse zerbirst. Die auseinanderberstenden Gehäuseteile können durch den Lichtbogen weiterhin elektrisch miteinander verbunden sein, und ein Strom kann über den Lichtbogen fließen. Dies muss verhindert werden, da ansonsten keine sichere Unterbrechung des Stromkreises erfolgt. Aus diesem Grunde wird vorgeschlagen, dass das Treibmedium Eigenschaften hat, welche einen Lichtbogen löschen.
  • Gemäß eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels kann das Treibmedium beispielsweise derart gestaltet sein, dass es bei Volumenausdehnung endotherm ist. Beim Zerbersten des Gehäuses tritt das Treibmedium aus dem Hohlraum aus, und erfährt eine starke, schnelle Volumenausdehnung. Wird hierbei der Umwelt Energie entzogen, kann beispielsweise ein Lichtbogen gelöscht werden.
  • Um ein sicheres Bersten des Gehäuses zu ermöglichen, andererseits jedoch ein vorzeitiges Bersten des Gehäuses zu verhindern, wird gemäß eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels vorgeschlagen, dass der Hohlraum und das Treibmedium derart zueinander proportioniert sind, dass bei der Grenztemperatur der Gasdruck im Hohlraum größer 10 bar, bevorzugt größer 20 bar ist. Beispielsweise ist es möglich, dass in dem Hohlraum ein Anteil mit Treibmedium gefüllt ist und einem weiteren Anteil Gas, beispielsweise Luft, gefüllt ist. Bei Erhöhung der Temperatur dehnt sich das Gas und das Treibmedium aus. Wird die Temperatur so hoch, dass das Treibmedium in seinen gasförmigen Zustand übergeht, kommt es zu einer schnellen Druckerhöhung, bis der Berstdruck erreicht ist.
  • Ein weiterer Gegenstand der Anmeldung ist ein Kraftfahrzeugenergieversorgungssystem mit einem Sicherungselement, wie es zuvor beschrieben wurde.
  • Das Sicherungselement kann dabei insbesondere zwischen einer Batterie und einer Last angeordnet sein. Besonders bevorzugt ist die Anordnung zwischen einem Starter und einem Generator, insbesondere bei hybrid Fahrzeugen. Gerade auf dieser Leitung fließen im Crashfall sehr hohe Ströme, die sicher unterbrochen werden müssen. Auf dieser Leitung sind Schmelzsicherungen zu träge. Pyrotechnische Sicherungen sind auf dieser Leitung unerwünscht, da diese eventuell Zündfunken bilden.
  • Ein weiterer Gegenstand der Anmeldung ist ein Verfahren zur Sicherung eines elektrischen Stromkreises, bei dem ein Strom zwischen einer Stromquelle und zumindest einem Verbraucher über zwei elektrische Anschlusselemente eines einen Hohlraum aufweisenden Gehäuse geführt wird und in dem Hohlraum ein Treibmedium angeordnet wird. Um eine Unterbrechung des Stromkreises zu gewährleisten, wird vorgeschlagen, dass eine durch zwischen den Anschlusselementen fließenden Strom bewirkte Joulsche Wärme eine Ausdehnung des Treibmediums bewirkt, derart, dass beim Erreichen einer Grenztemperatur des Treibmediums das Gehäuse birst.
  • Nachfolgend wird anhand einer Ausführungsbeispiel zeigenden Zeichnung der Gegenstand näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
  • 1 eine Ansicht einer Batterieklemme mit einem Sicherungselement;
  • 2a ein Querschnitt eines Sicherungselements mit Treibmedium;
  • 2b den Querschnitt nach 2a, bei dem das Treibmedium zumindest teilweise gasförmig ist;
  • 2c den Querschnitt nach 2b, bei dem die Grenztemperatur des Treibmediums erreicht wurde;
  • 3 eine Ansicht eines weiteren Sicherungselementes;
  • 4 ein Druckverlauf abhängig von der Temperatur innerhalb des Hohlraums des Sicherungselements.
  • 1 zeigt ein Sicherungselement 2 mit zwei Anschlusselementen 4a, 4b. Das Anschlusselement 4a ist elektrisch mit einer Batterieklemme 6 verbunden. Das Anschlusselement 4b ist elektrisch mit einem Energieleiter 8 verbunden und führt somit den von einer Batterie (nicht gezeigt) über die Batterieklemme 6, das Anschlusselement 4a und das Sicherungselement 2 fließenden Strom über die Energieleitung 8 zu einem Verbraucher. Im Betriebsfall fließt ein Betriebsstrom über das Sicherungselement 2, welcher bekannt und begrenzt ist.
  • Übersteigt der Betriebsstrom einen bestimmten Wert, so kann auf eine Kurzschluss- bzw. Fehlerbedingung geschlossen werden. Insbesondere bei einem Kurzschluss fließt über die Batterieklemme 6 ein sehr hoher Strom, da die Batterie, bevorzugt eine Fahrzeugbatterie, im Kurzschlussfall eine kurze Zeit Ströme von über 100 Ampere, insbesondere über 500 Ampere, zur Verfügung stellen kann. Diese hohen Ströme müssen sicher verhindert werden, da ansonsten, beispielsweise bei einem Crash, ein Entzünden eines Kraftstoffes auftreten kann. Hierzu ist das Sicherungselement 2 vorgesehen. Das Sicherungselement 2 ist derart dimensioniert, dass es die elektrische Verbindung zwischen den Anschlusselementen 4a, 4b und somit zwischen der Batterieklemme 6 und dem Leiter 8 auftrennt, wenn ein Kurzschlussstrom fließt. Ein solches Auftrennen wird durch ein Zerbersten des Sicherungselementes 2 ermöglicht und nachfolgend in den 2a2c näher erläutert.
  • 2a zeigt ein Sicherungselement 2 mit einem Gehäuse 10 und den Anschlusselementen 4a, 4b. In dem Gehäuse 10 ist ein Hohlraum 12 gebildet. Beispielsweise ist das Gehäuse 10 zylinderförmig, und an den Zylinderenden sind die Anschlusselemente 4a, 4b stoffschlüssig mit dem Gehäuse 10 verbunden. Hierbei können die Anschlusselemente entweder einstückig mit dem Gehäuse 10 gebildet sein, oder mittels stoffschlüssiger Verbindungstechniken, beispielsweise Reibschweißen, Rotationsreibschweißen, Löten oder sonstiger Verfahren verbunden werden. In dem Hohlraum 12 befindet sich ein Treibmedium 14. Im Normalbetrieb ist das Treibmedium 14 flüssig. Neben dem Treibmedium 14 befindet sich in dem Hohlraum 12 ein Gas 16, beispielsweise Luft. Zu erkennen ist ferner, dass in der Mitte der Mantelfläche des Gehäuses 10 eine Verjüngung 18 des Querschnitts vorhanden ist.
  • Zwischen den Anschlusselementen 4a, 4b fließt ein Strom, welcher eine Joulsche Wärme in dem Gehäuse 10 erzeugt. Die Joulsche Wärme ist proportional zum Widerstand des Gehäuses 10 zwischen den Anschlusselementen 4. Durch die Verjüngung 18 erhöht sich der Widerstand des Gehäuses 10, da der Leitungsquerschnitt verringert wird. Diese Querschnittsverringerung führt zu einer erhöhten Joulschen Wärme im Bereich der Verjüngung 18.
  • Im Normalbetrieb wird die in dem Gehäuse 10 erzeugte Joulsche Wärme über die Oberfläche des Gehäuses 10 abgeführt und das Treibmedium 14 wird nicht, oder nur zu einem geringe Grade, erwärmt.
  • In der 2b ist zu erkennen, dass bei einem steigenden Strom zwischen den Anschlusselementen 4, eine Erwärmung des Treibmediums 14 erfolgt. Ist die erzeugte Joulsche Wärme so groß, dass diese nicht mehr ausreichend durch die Oberfläche des Gehäuses 10 abgeführt werden kann, erwärmt sich das Treibmedium 14 und der Innendruck des Hohlraums 12 erhöht sich. Dies ist durch die nach außen zeigenden Pfeile innerhalb des Gehäuses 10 dargestellt. Die Mantelfläche des Gehäuses 10 ist derart gewählt, dass diese einen bestimmten Innendruck standhält. Fließt ein erhöhter Strom über eine längere Zeit zwischen den Anschlusselementen 4, oder steigt die Stromstärke über einen Grenzstrom, so dehnt sich das Treibmedium in dem Hohlraum 12 immer weiter aus.
  • Die Ausdehnung des Treibmediums führt zu einer Erhöhung des Drucks innerhalb des Hohlraumes 12, bis dieser Druck so groß ist, dass insbesondere an den Verjüngungen 18 das Gehäuse 10 zerbricht. Die Mantelfläche des Gehäuses 10 reißt auf und eine elektrische Verbindung zwischen den Anschlusselementen 4 wird unterbrochen. Das nunmehr gasförmige Treibmedium 14 gast aus dem Hohlraum 12 aus. Das Treibmedium 14 ist so gewählt, dass es beim Ausgasen, insbesondere bei seiner Volumenvergrößerung, endotherm ist. Ein sich zwischen den Bruchstellen 20a, 20b ausbildender Lichtbogen kann somit mit Hilfe des Treibmediums 14 gelöscht werden und ein Stromfluss zwischen den Anschlusselementen 4 sicher unterbunden werden.
  • 3 zeigt eine Ansicht eines weiteren Sicherungselementes 2. Zu erkennen ist eine umlaufende Nut, welche die Verjüngung 18 darstellt. Mit Hilfe dieser umlaufenden Nut kann eine definierte Bruchstelle hergestellt werden. Die umlaufende Nut ist produktionstechnisch leicht herstellbar und ermöglicht eine genaue Bestimmung der Bruchbedingungen.
  • 4 zeigt einen Verlauf 22 des Innendrucks im Hohlraum 12 bei steigender Temperatur. Die Temperatur steigt in dem Gehäuse mit steigender Stromstärke. Zu erkennen ist, dass bis zu einem Siedepunkt 24 des Treibmediums 14 eine leichte Druckerhöhung erfolgt. Dies liegt an der Ausdehnung des Gases 16 in dem Hohlraum 12. Übersteigt die Temperatur den Siedepunkt 22, so steigt der Druck innerhalb des Hohlraums stärker an, bis dieser einen Berstdruck 26 bei einer Bersttemperatur 28 erreicht. Das Gehäuse 10 zerbricht, insbesondere an den Verjüngungen 18 und das Treibmedium 14 gast aus, so dass es zu einem rapiden Druckabfall innerhalb des Hohlraums 12 kommt. Beim Zerbersten wird die elektrische Verbindung zwischen Anschlusselementen 4 unterbrochen und ein Kurzschlussstrom kann nicht mehr fließen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 3710295 [0006]

Claims (23)

  1. Sicherungselement (2) mit – einem einen Hohlraum (12) bildenden, elektrisch leitenden Gehäuse (10), – zumindest zwei elektrischen Anschlusselementen (4), und – einem in dem Hohlraum (12) angeordneten Treibmedium (14), dadurch gekennzeichnet, – dass das Treibmedium (14) derart gebildet ist, dass eine durch zwischen den Anschlusselementen (4) fließenden Strom bewirkte Joulsche Wärme eine Ausdehnung des Treibmediums (14) bewirkt, derart, dass beim Erreichen einer Grenztemperatur (28) des Treibmediums (14) das Gehäuse (10) birst.
  2. Sicherungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (12) des Gehäuses (10) im Wesentlichen gasdicht gegenüber dem Treibmedium (14) im gasförmigen Zustand.
  3. Sicherungselement nach einen der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibmedium (14) beim Erreichen der Grenztemperatur (28) gasförmig ist und dass das Gehäuse durch den Gasdruck (26) des Treibmediums (14) birst.
  4. Sicherungselement nach einen der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Gehäuses (10) im Bereich des Hohlraums (12) derart ist, dass beim Erreichen eines Grenzstromes die in dem Gehäuse erzeugte Joulsche Wärme das Treibmedium (14) auf die Grenztemperatur (28) aufheizt.
  5. Sicherungselement nach einen der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Widerstand R des Gehäuses (10) zwischen den Anschlusselementen (4) derart ist, dass die Joulsche Wärme P bei einem Grenzstrom I nach der Vorschrift P = R I2 das Treibmedium (14) auf die Grenztemperatur (28) aufheizt.
  6. Sicherungselement nach einen der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Mantelfläche des Hohlraumes (12) derart ist, dass das Gehäuse (10) beim Erreichen der Grenztemperatur (28) durch den Gasdruck des Treibmediums (14) birst.
  7. Sicherungselement nach einen der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10) zumindest eine Sollbruchstelle (18) aufweist.
  8. Sicherungselement nach einen der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusselemente (4) im Wesentlichen an einander gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses (10) angeordnet sind.
  9. Sicherungselement nach einen der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibmedium (14) einen Gefrierpunkt von weniger als –40°C hat.
  10. Sicherungselement nach einen der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Siedepunkt des Treibmediums (14) derart ist, dass die bei dem Grenzstrom im Gehäuse erzeugte Joulsche Wärme gleich oder oberhalb des Siedepunktes ist.
  11. Sicherungselement nach einen der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibmedium (14) einen Siedepunkt von größer 70°C hat.
  12. Sicherungselement nach einen der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenztemperatur (28) oberhalb des Siedepunktes (24) des Treibmediums liegt.
  13. Sicherungselement nach einen der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibmedium (14) temperaturstabil bis zumindest 100°C, vorzugsweise 125°C, ist.
  14. Sicherungselement nach einen der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibmedium (14) gegenüber dem Material der inneren Mantelfläche des Hohlraumes (12) inert ist.
  15. Sicherungselement nach einen der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10) aus einem Nichteisenmetall, insbesondere Kupfer, gebildet ist.
  16. Sicherungselement nach einen der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibmedium (14) nicht brennbar ist.
  17. Sicherungselement nach einen der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibmedium (14) einen Lichtbogen löschende Eigenschaften hat.
  18. Sicherungselement nach einen der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibmedium (14) bei Volumenausdehnung endotherm ist.
  19. Sicherungselement nach einen der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (12) und das Treibmedium (14) derart zueinander proportioniert sind, dass bei der Grenztemperatur (18) der Gasdruck (26) im Hohlraum größer 10 bar, bevorzugt größer 20 bar, ist.
  20. Kraftfahrzeugenergieversorgungssystem mit einem Sicherungselement (2) nach Anspruch 1.
  21. Kraftfahrzeugenergieversorgungssystem nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement zum Schutz einer Starter-Generator Leitung angeordnet ist.
  22. Kraftfahrzeugenergieversorgungssystem nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement in einem Energieleiter zumindest zwischen einer Batterie und einer Last angeordnet ist.
  23. Verfahren zur Sicherung eines elektrischen Stromkreises bei dem – ein Strom zwischen einer Stromquelle und zumindest einem Verbraucher über zwei elektrische Anschlusselemente eines einen Hohlraum aufweisenden Gehäuses geführt wird, und – in dem Hohlraum ein Treibmedium angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, – dass eine durch zwischen den Anschlusselementen fließenden Strom bewirkte Joulsche Wärme eine Ausdehnung des Treibmediums bewirkt, derart, dass beim Erreichen einer Grenztemperatur des Treibmediums das Gehäuse birst.
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