DE102011106616A1

DE102011106616A1 - Verschiedene Varianten eines elektrischen Gerätes mit einer Sicherheitseinrichtung

Info

Publication number: DE102011106616A1
Application number: DE201110106616
Authority: DE
Inventors: Kurt Ellensohn; Maxi Millian Bastian
Original assignee: Hirschmann Automotive GmbH
Current assignee: Hirschmann Automotive GmbH
Priority date: 2011-05-04
Filing date: 2011-06-16
Publication date: 2012-11-08
Also published as: ES2604184T3; WO2012150090A1; EP2705573A1; EP2705573B1

Abstract

Die Erfindung betrifft unter anderem ein elektrisches Gerät mit einer Sicherheitseinrichtung, wobei das Gerät zumindest einen elektrischen Leiter (1) aufweist, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass der elektrische Leiter (1) unterbrochen ist und die Unterbrechung im fehlerfreien Betrieb des Gerätes von einem Sicherungselement (3) überbrückt ist, wobei in einem Fehlerfall die Unterbrechung dadurch vorgenommen wird, dass das elektrisch leitfähige und aus einem Formgedächtnismaterial bestehende Sicherungselement (3) seine ursprünglich antrainierte Form einnimmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Gerät mit einer Sicherheitseinrichtung, wobei das Gerät zumindest einen elektrischen Leiter aufweist, gemäß den Merkmalen des jeweiligen Oberbegriffes der unabhängigen Patentansprüche.
Es sind elektrische Geräte bekannt, die zumindest einen oder zwei elektrische Leiter, vorzugsweise mit einem Plus- und einem Minuspol, aufweisen, die mit anderen elektrischen Geräten verbunden sind. Über den zumindest einen elektrischen Leiter fließt Strom zur Stromversorgung, wobei es sich im Regelfall bei der Stromversorgung um eine solche mit sehr hohen Spannungen und/oder Strömen handelt. Als Sicherheitseinrichtungen in einem Fehlerfall sind schon Sicherungen, FI-Schalter oder dergleichen bekannt, die im Falle eines Kurzschlusses oder eines Erdschlusses reagieren.
In der Automobiltechnik sind pyrotechnische Sicherheitseinrichtungen bekannt, die im Falle eines Unfalles des Fahrzeuges die Stromversorgung durch eine ausgelöste Zündeinrichtung (vergleichbar einer Sprengladung) vom Bordnetz trennen, um Funkenentstehung, die weitere Schäden auslösen könnte, zu vermeiden. Eine solche pyrotechnische Sicherheitseinrichtung hat jedoch den Nachteil, dass sie im Falle eines Unfalles nur einmal ausgelöst und dann komplett ersetzt werden muss.
Die zuvor schon beschriebenen Sicherheitseinrichtungen wie Sicherungen, FI-Schalter oder dergleichen haben ebenfalls den Nachteil, dass sie von Hand nach dem Vorliegen und der Beseitigung eines Fehlerfalles zurückgesetzt werden müssen. Außerdem werden hierbei nur elektrische Störungen, wie der schon erwähnte Kurzschluss oder Erdschluss, detektiert, wobei andere Fehlerfälle, die ebenfalls sicherheitskritisch sein können, nicht berücksichtigt werden können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Gerät mit einer Sicherheitseinrichtung dahingehend zu verbessern, dass auch andere als elektrische Störfälle erfassbar sind und dass die Sicherheitseinrichtung reproduzierbar betrieben werden kann.
Diese Aufgabe ist durch die in den unabhängigen Patentansprüchen angegebene Sicherheitseinrichtung, die in einem elektrischen Gerät angeordnet ist, gelöst.
In einer ersten Variante bei einem elektrischen Gerät mit zumindest einem elektrischen Leiter ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der elektrische Leiter (in seinem Verlauf) unterbrochen ist und die Unterbrechung im fehlerfreien Betrieb des Gerätes von einem Sicherungselement überbrückt ist, wobei in einem Fehlerfall die Unterbrechung dadurch vorgenommen wird, dass das elektrisch leitfähige und aus einem Formgedächtnismaterial bestehende Sicherungselement seine ursprünglich antrainierte Form einnimmt. In dieser Variante ist das Sicherungselement elektrisch leitfähig und überbrückt den in seinem Verlauf unterbrochenen elektrischen Leiter, so dass im fehlerfreien Betrieb ein Stromfluss (ggf. auch alternativ eine Signalübertragung) über diesem elektrischen Leiter möglich ist. Erst wenn ein Fehlerfall entsteht, nimmt das Sicherungselement eine Form an, die ihm mit seiner Herstellung antrainiert worden ist. Diese Form ist dabei so gewählt, dass das Sicherungselement den elektrischen Leiter unterbricht, so dass auch die Strom- oder Signalübertragung unterbrochen wird. Dadurch werden in vorteilhafter Weise weitere Schäden wirksam vermieden.
Der Fehlerfall ist das Überschreiten einer vorgebbaren Temperatur, wie sie zum Beispiel bei einem Brand oder bei sehr intensiver Wärmeeinwirkung (zum Beispiel Sonneneinstrahlung) entsteht. Wird die Temperatur wieder unterschritten, wird von dem Sicherungselement wieder die vorherige Form angenommen.
In einer zweiten erfindungsgemäßen Variante ist vorgesehen, dass das elektrische Gerät zwei elektrische Leiter, vorzugsweise Plus- und Minus-Leiter, aufweist und ein aus einem Formgedächtnismaterial bestehendes elektrisch leitfähiges Sicherungselement vorgesehen ist, welches im fehlerfreien Betrieb nicht an den beiden Leitern oder nur an einem der beiden Leiter anliegt und in einem Fehlerfall seine ursprünglich antrainierte Form einnimmt und dadurch an beiden elektrischen Leitern oder an dem zweiten elektrischen Leiter zur Anlage kommt, so dass die beiden elektrischen Leiter kurzgeschlossen werden. Das bedeutet, dass das aus dem elektrisch leitfähigen Material bestehende Sicherungselement im fehlerfreien Betrieb keinen Kurzschluss zwischen den beiden elektrischen Leitern bewirkt und erst dann, wenn beispielsweise bei Überschreitung einer vorgebbaren Temperatur das Sicherungselement aus einem Formgedächtnismaterial seine antrainierte Form einnimmt, die beiden elektrischen Leiter kurzgeschlossen werden. Dies kann durch eine geeignete Erfassungseinrichtung festgestellt werden, so dass im Falle des festgestellten Kurzschlusses die Strom- oder Datenübertragung über die beiden kurzgeschlossenen Leiter unterbunden wird.
In einer weiteren Variante bei einem elektrischen Gerät mit zumindest einem elektrischen Leiter ist vorgesehen, dass der elektrische Leiter unterbrochen ist und die Unterbrechung im fehlerfreien Betrieb des Gerätes von einem Sicherungselement betätigten elektrisch leitfähigen Überbrückungselement überbrückt ist, wobei in einem Fehlerfall die Unterbrechung dadurch vorgenommen wird, dass das aus einem Formgedächtnismaterial bestehende Sicherungselement seine ursprünglich antrainierte Form einnimmt und das Überbrückungselement die Unterbrechung vornimmt. In dieser Variante wird somit die Überbrückung des unterbrochenen elektrischen Leiters nicht von dem Sicherungselement direkt vorgenommen, sondern das Sicherungselement betätigt das aus dem elektrisch leitfähigen Material bestehende Überbrückungselement, welches seinerseits die Unterbrechung des elektrischen Leiters im fehlerfreien Betrieb vornimmt. Erst wenn der Fehlerfall bei Überschreitung einer vorgegebenen Temperatur eintritt, nimmt das Sicherungselement seine ursprünglich antrainierte Form an, was bewirkt, dass das Überbrückungselement nicht mehr an dem elektrischen Leiter anliegt, so dass dadurch die Strom- bzw. Datenübertragung über diesen elektrischen Leiter unterbunden ist.
In einer weiteren Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass ein aus einem Formgedächtnismaterial bestehendes Sicherungselement vorgesehen ist, welches im fehlerfreien Betrieb bewirkt, dass ein elektrisch leitfähiges Überbrückungselement nicht an den beiden Leitern oder nur an einem der beiden Leiter anliegt und in einem Fehlerfall seine ursprünglich antrainierte Form einnimmt und dadurch das Überbrückungselement an beiden elektrischen Leitern oder an dem zweiten elektrischen Leiter zur Anlage kommt, so dass die beiden elektrischen Leiter kurzgeschlossen werden. Auch hier bewirkt nicht oder nicht nur das Sicherungselement, dass das Überbrückungselement im fehlerfreien Betrieb nicht an den beiden Leitern anliegt und somit keinen Kurzschluss verursacht. Erst wenn der Fehlerfall durch Überschreiten einer vorgegebenen Temperatur eintritt, nimmt das aus dem Formgedächtnismaterial bestehende Sicherungselement seine ursprünglich antrainierte Form an, was zur Folge hat, dass das aus dem elektrisch leitfähigen Material bestehende Überbrückungselement einen Kurzschluss zwischen den beiden elektrischen Leitern bewirkt, der wie vorstehend schon beschrieben erfasst und entsprechende Maßnahmen ergriffen werden können.
Bei den zuvor erwähnten elektrischen Leitern handelt es sich im Regelfall um elektrische Leitungen, die im inneren den oder die elektrischen Leiter aufweisen und die zum Schutz vor Stromstößen von außen durch einen elektrisch nicht leitfähigen Außenmantel geschützt sind. Lediglich an den Stellen, an denen das Sicherungselement und/oder das Überbrückungselement an den Leitern anliegt oder zur Anlage kommen kann, liegt der innere elektrische Leiter frei. Dabei ist selbstverständlich darauf zu achten, dass dieser Bereich durch geeignete Maßnahmen, wie zum Beispiel ein Gehäuse, vor Berührungen geschützt ist.
In Weiterbildung der Erfindung ist das elektrische Gerät ein Photovoltaikmodul und das Sicherungselement innerhalb eines Gehäuses des Photovoltaikmoduls angeordnet. Diese Anwendung ist von besonderem Vorteil, da über Photovoltaikmodule, die auf einzelnen Solarpanelen angeordnet sind, mehrere dieser Solarpanele zu einem Solarkraftwerk zusammengeschaltet werden können. Wenn es im Fehlerfall zum Überschreiten einer vorgegebenen Temperatur (sei es durch Sonneneinstrahlung, Hitzestau oder einen Brand) zur Betätigung des Sicherungselementes kommen sollte, wird je nach verwendeter Variante der Sicherheitseinrichtung der elektrische Leiter unterbrochen oder die beiden elektrischen Leiter kurzgeschlossen, so dass im erstgenannten Fall kein Strom mehr fließt und im zweitgenannten Fall der Kurzschluss durch geeignete Mittel erfasst und Gegenmaßnahmen ergriffen werden können. Alternativ oder ergänzend kann es sich bei dem elektrischen Gerät um ein Zusammenführungsmodul von Sammelleitungen handeln, mit denen mehrere Solarpanele zusammengeführt werden, wobei das Sicherungselement innerhalb eines Gehäuses des Zusammenführungsmodules angeordnet ist. Das bedeutet, dass das Sicherungselement nicht oder nicht nur in dem Photovoltaikmodul auf dem Solarpanel, sondern auch an anderer Stelle untergebracht sein kann.
Die verschiedenen Varianten werden im Folgenden anhand der beiden Figuren näher erläutert und beschrieben.
1 zeigt diejenige Variante, bei denen zwei elektrische Leiter 1, 2, Plus- und Minus-Leiter, vorhanden sind und denen ein Sicherungselement 3 aus einem Formgedächtnismaterial, welches elektrisch leitfähig ist, zugeordnet ist. Das Sicherungselement 3 ist mittels eines Befestigungselementes 4 an einem Trägerelement 5, beispielsweise einem Gehäuse, befestigt. Im fehlerfreien Betrieb nimmt das Sicherungselement 3 diejenige Position ein, die mit 31 bezeichnet ist. Das bedeutet, dass in diesem Fall die beiden elektrischen Leiter 1, 2 nicht überbrückt und somit nicht kurzgeschlossen sind. Liegt der Fehlerfall vor, wenn eine vorgebbare Temperatur überschritten ist, nimmt das Sicherungselement 3 die gestrichelte Form, die mit 32 bezeichnet ist ein, so dass das Sicherungselement 3 in dieser Form 32 die beiden elektrischen Leiter 1, 2 miteinander verbindet, was einen Kurzschluss darstellt, der mit geeigneten Mitteln erfasst werden kann.
2 zeigt diejenige Variante, bei der ein elektrischer Leiter 1 unterbrochen ist und das auch dem Formgedächtnismaterial bestehende elektrisch leitfähige Sicherungselement 3 diesen unterbrochenen elektrischen Leiter 1 überbrückt. Dies ist in der Form mit der Bezugsziffer 31 dargestellt. Auch in dieser Variante ist das Sicherungselement wieder über ein Befestigungselement 4 an einem Trägerelement 5 befestigt. Tritt der Fehlerfall ein, nimmt das Sicherungselement 3 die gestrichelt dargestellte Form 32 ein, wodurch bewirkt wird, dass der elektrische Leiter 1 unterbrochen wird und eine Strom- oder Signalübertragung nicht mehr gegeben ist. Dadurch können Fehlerfälle wirksam vermieden werden. Bei dieser Variante ist der zweite elektrische Leiter 2 durchgehend, also ohne Unterbrechung, dargestellt. An dieser Stelle ist es selbstverständlich denkbar, dass auch der zweite elektrische Leiter 2 analog zu dem elektrischen Leiter 1 unterbrochen und diesem ein weiteres Sicherungselement 3 zugeordnet ist, die beide unabhängig voneinander betätig bar sind.
Für die beiden in den 1 und 2 gezeigten Varianten, ebenso wie die anderen, in den Patentansprüchen angeführten, aber nicht in Figuren dargestellten Varianten, ist es denkbar, dass nicht nur ein Sicherungselement 3 sondern zwei (oder ggf. mehr als zwei) Sicherungselemente vorgesehen werden, wobei durch diese Redundanz die Sicherheit weiter erhöht wird.
Bei den beiden anderen, nicht in den Figuren dargestellten Varianten, werden die beiden elektrischen Leiter 1, 2 (gemäß 1) nicht von dem Sicherungselement 3 direkt, sondern von einem Überbrückungselement, welches von dem Sicherungselement 3 betätigbar ist, im Fehlerfalle überbrückt. Gemäß der weiteren Variante analog zu 2 wird der unterbrochene elektrische Leiter 1 nicht durch das Sicherungselement 3 direkt überbrückt, sondern zur Überbrückung ist das aus dem elektrisch leitfähigen Material bestehende Überbrückungselement vorgesehen, welches von dem Sicherungselement 3 im Fehlerfall betätigbar ist. Bei diesen beiden letztgenannten Varianten kann das aus dem Formgedächtnismaterial bestehende Sicherungselement elektrisch leitfähig oder elektrisch nicht leitfähig ausgebildet sein.
Bezugszeichenliste

1: Elektrischer Leiter
2: Elektrischer Leiter
3: Sicherungselement
4: Befestigungselement
5: Trägerelement

Claims

Elektrisches Gerät mit einer Sicherheitseinrichtung, wobei das Gerät zumindest einen elektrischen Leiter (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Leiter (1) unterbrochen ist und die Unterbrechung im fehlerfreien Betrieb des Gerätes von einem Sicherungselement (3) überbrückt ist, wobei in einem Fehlerfall die Unterbrechung dadurch vorgenommen wird, dass das elektrisch leitfähige und aus einem Formgedächtnismaterial bestehende Sicherungselement (3) seine ursprünglich antrainierte Form einnimmt.
Elektrisches Gerät mit einer Sicherheitseinrichtung, wobei das Gerät zwei elektrische Leiter (1, 2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus einem Formgedächtnismaterial bestehendes elektrisch leitfähiges Sicherungselement (3) vorgesehen ist, welches im fehlerfreien Betrieb nicht an den beiden elektrischen Leitern (1, 2) oder nur an einem der beiden Leiter (1, 2) anliegt und in einem Fehlerfall seine ursprünglich antrainierte Form einnimmt und dadurch an beiden elektrischen Leitern (1, 2) oder an dem zweiten elektrischen Leiter (1, 2) zur Anlage kommt, so dass die beiden elektrischen Leiter (1, 2) kurzgeschlossen werden.
Elektrisches Gerät mit einer Sicherheitseinrichtung, wobei das Gerät zumindest einen elektrischen Leiter (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Leiter (1) unterbrochen ist und die Unterbrechung im fehlerfreien Betrieb des Gerätes von einem Sicherungselement (3) betätigbaren elektrisch leitfähigen Überbrückungselement überbrückt ist, wobei in einem Fehlerfall die Unterbrechung dadurch vorgenommen wird, dass das aus einem Formgedächtnismaterial bestehende Sicherungselement (3) seine ursprünglich antrainierte Form einnimmt und das Überbrückungselement die Unterbrechung vornimmt.
Elektrisches Gerät mit einer Sicherheitseinrichtung, wobei das Gerät zwei elektrische Leiter (1, 2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus einem Formgedächtnismaterial bestehendes Sicherungselement (3) vorgesehen ist, welches im fehlerfreien Betrieb bewirkt, dass ein elektrisch leitfähiges Überbrückungselement nicht an den beiden Leitern (1, 2) oder nur an einem der beiden Leiter (1, 2) anliegt und in einem Fehlerfall seine ursprünglich antrainierte Form einnimmt und dadurch das Überbrückungselement an beiden elektrischen Leitern (1, 2) oder an dem zweiten elektrischen Leiter (1, 2) zur Anlage kommt, so dass die beiden elektrischen Leiter (1, 2) kurzgeschlossen werden.
Elektrisches Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Gerät ein Photovoltaikmodul ist und das Sicherungselement (3) innerhalb eines Gehäuses des Photovoltaikmodules angeordnet ist.
Elektrisches Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Gerät ein Zusammenführungsmodul von Sammelleitungen mehrerer Solarpanele ist und das Sicherungselement (3) innerhalb eines Gehäuses des Zusammenführungsmodules angeordnet ist.