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Die Erfindung betrifft ein streifenartiges Element zur Montage in einer elektrischen Sicherung mit den Merkmalen vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft auch eine Sicherung mit einem solchen Element gemäß Patentanspruch 6.
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Ein streifenartiges Element ist aus der
DE 694 08 854 T2 bekannt geworden. Konkret ist das dort offenbarte, streifenartige Element Bestandteil einer trägen beziehungsweise zeitverzögerten Sicherung.
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Das streifenartige Element ist insbesondere als schmelzbares Kurzschlusselement ausgebildet und ein Kupfer- oder Kupferlegierungsstreifen. Quer zur Längserstreckung des streifenartigen Elementes sind längliche Schlitze eingebracht, wodurch stromflussbegrenzende Engstellen ausgebildet werden.
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An einem Ende weist das streifenartige Element einen J-förmigen Abschnitt auf, welcher quer zur Flächenebene des Elementes herausragt und einen Längenausgleich des streifenförmigen Elementes ermöglicht. Dadurch kann dieser J-förmige Abschnitt während des Zusammenbaus und Transports der Sicherung eine Spannungsentlastung herbeiführen.
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Spannungen können in einem derartigen, streifenartigen Element bei der Montage in einer elektrischen Sicherung auftreten oder liegen beispielsweise in den Unterschieden von Ausdehnungskoeffizienten der in der Sicherung miteinander verbundenen Bauteile begründet.
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Die Spannungen machen sich als auf das streifenartige Element wirksame Zug-, Druck- oder Torsionskräfte bemerkbar und wirken sich vor allem nachteilig auf die Engstellen des streifenartigen Elementes aus.
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In der
US 4 150 354 A sind Schmelzsicherungen zum Schutz von elektrischen Stromkreisen beschrieben, bei denen streifenartige Elemente mit den Merkmalen vom Oberbegriff des beantragten Hauptanspruchs eingesetzt sind. Es wird eine Vielzahl von Ausführungsformen für streifenartige Elemente vorgeschlagen. Die im Dokument offenbarten Elemente weisen zum Teil quer zu einer Flächenebene des streifenartigen Elementes wellenartig herausragende Längenausgleichsbereiche auf. Die Längenausgleichselemente sind teilweise auch um ihre Längsachse verdreht ausgebildet.
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Aus der
DE 10 18 972 A ist ein Schmelzleiter für geschlossene Schmelzeinsätze (Sicherungen) bekannt. Der Schmelzleiter ist als gitterförmiges, flächiges Element mit mehreren Schmelzstreifen ausgebildet und so geformt, dass dieser ohne Werkstoffverlust mehrfach in ineinander geschachtelter Form aus einem bandförmigen Schmelzleiterwerkstoff gestanzt werden kann. Die Schmelzstreifen sind mit Langlöchern oder Schlitzen versehen und hängen durch einen Steg zusammen, welcher mit Querschnittsschwächungen versehen ist.
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Die
US 4 481 495 A zeigt eine Sicherung, in der mehrere, streifenartige Elemente umfangseitig um einen zylinderförmigen Isolationskörper gebogen sind. Die streifenartigen Elemente weisen durch Löcher eingebrachte Querschnittsverjüngen auf, die bei Stromüberlast als Schmelzbereiche dienen. Die streifenartigen Elemente können unterschiedliche Form aufweisen, wobei unter anderem vorgeschlagen wird, quer zur Längsrichtung nebeneinander angeordnete Schmelzbereiche zu entgegen gesetzten Richtungen aus der Flächenebene der streifenartigen Elemente hervorstehen zu lassen.
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In der
DE 25 43 889 A1 werden eine Vielzahl von als Schmelzsicherung wirkenden, streifenartigen Elementen vorgestellt. Diese weisen für einen Stromfluss Engstellen auf, welche so beschaffen sind, dass zumindest zwei Brennbahnen ausgebildet werden, welche sich quer zur Längserstreckung der streifenartigen Elemente erstrecken. Hierdurch sollen sich bei Stromüberlast Primär- und Sekundärlichtbögen ausbilden. Dabei dienen die Primärlichtbögen zur Bildung von Stellen, an welchen eine Anstiegsgeschwindigkeit eines auftretenden Überstroms abzunehmen beginnt. Die Sekundärlichtbögen erfüllen die Aufgabe, während des Schmelzens die Zeitdauer und Geschwindigkeit zu steuern, mit welcher der Überstrom auf null vermindert wird.
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Schließlich ist aus der
DE 10 2012 022 562 A1 eine Schmelzsicherung bekannt, bei der ein Schmelzleiter in dem ihm umgebenden Lichtbogenlöschmittel beweglich ausgebildet ist. Hierzu weist der als streifenartiges Element ausgebildete Schmelzleiter zwischen zwei aneinander angrenzenden Längenbereichen eine Drehstelle auf, um welche die Längenbereiche bei einer thermomechanischen Ausdehnung drehbar sind.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives, streifenartiges Element mit den Merkmalen vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bereit zu stellen, mit dem ein guter Abbau von auftretenden Spannungen möglich ist. Insbesondere soll unabhängig von der Seite eines Lastangriffs eine gute Lastverteilung erzielt werden.
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Die vorliegende Aufgabe wird durch die Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen beziehungsweise Ausbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.
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Die Erfindung geht aus von einem streifenartigen Element zur Montage in einer elektrischen Sicherung. Das streifenartige Element weist wenigstens eine für einen Stromfluss wirksame Engstelle und wenigstens einen, quer zu einer Flächenebene des Elementes herausragenden Längenausgleichsbereich auf.
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Es wird ferner vorgeschlagen, dass mehrere Längenausgleichsbereiche vorhanden sind, die quer zu einer Längserstreckung des Elementes nebeneinander angeordnet sind.
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Es hat sich gezeigt, dass ein derartiger, alternativer Aufbau eines gattungsgemäßen, streifenartigen Elementes die Widerstandsfähigkeit und Belastbarkeit eines solchen streifenartigen Elementes erhöht und ein guter Abbau von auftretenden Spannungen möglich ist.
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Insbesondere können dadurch Krafteinwirkungen bei der Montage der Sicherung (z. B. Umbiegen der streifenartigen Elemente zum Verlöten oder Verschweißen) besonders differenziert abgefangen werden und wirken sich daher kaum auf die Engstellen aus. Darüber hinaus ist eine verminderte Empfindlichkeit gegenüber nicht abgefangenen Kräften während der Verschraubung der Sicherung durch wirksames Abfangen von Torsionskräften erzielbar.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung des Erfindungsgedankens ist wenigstens eine Engstelle in Längserstreckung des streifenartigen Elementes zu beiden Seiten von wenigstens einem Längenausgleichsbereich umgeben.
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Auf diese Weise ist eine besonders wirksame Herabsetzung der Belastung für eine Engstelle möglich.
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Ein guter Kompromiss zwischen einer Schwächung eines Engstellenbereichs und Erhöhung der Verformungsflexibilität kann dadurch herbeigeführt werden, dass ein jeder Längenausgleichsbereich in einem Abstand zur Engstelle angeordnet ist.
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Eine Optimierung hinsichtlich der Abstimmung auf auftretende Lastfälle kann herbeigeführt werden, wenn Längenausgleichsbereiche mit einer in Längserstreckung verlaufenden Mittellinie vorhanden sind, wobei diese Mittellinie mit einer in Längserstreckung verlaufende Mittellinie einer Engstelle in etwa fluchtet.
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Es wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass wenigstens zwei Längenausgleichsbereiche in entgegengesetzten Richtungen aus der Flächenebene des Elementes herausragen.
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Auf diese Weise kann unabhängig von der Seite des Lastangriffs eine gute Lastverteilung erzielt werden.
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Die Verwirklichung des Erfindungsgedankens erfolgt dadurch, indem wenigstens zwei seitlich benachbarte, also in Quererstreckung benachbarte Längenausgleichsbereiche und zwei in Längserstreckung aufeinanderfolgende Längenausgleichsbereiche in entgegengesetzten Richtungen aus der Flächenebene des Elementes herausragen.
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Um lokalen Lastüberhöhungen vorzubeugen ist es empfehlenswert, wenn die Längenausgleichsbereiche wellenartig aus der Flächenebene des Elementes herausragen.
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Im Rahmen der Erfindung wird auch Schutz begehrt für eine elektrische Sicherung, insbesondere für den Hochvoltbereich, welche wenigstens ein erfindungsgemäßes, streifenartiges Element aufweist.
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Derartige elektrische Sicherungen können beispielsweise im Hochvoltbereich von etwa 400 bis 600 Volt (Gleichspannung) eingesetzt werden.
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Als Ströme kommen im Normalbetrieb Größenordnungen von etwa 300 Ampere in Betracht, wobei im Kurzschlussfall durchaus mehrere tausend Ampere auftreten können.
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Ein oder mehrere streifenartige Elemente können in einem isolierenden Gehäuse (beispielsweise aus Keramik) verbaut und stirnseitig elektrisch mit geeigneten, elektrischen Verbindungselementen verbunden werden, beispielsweise durch Verlöten.
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Die Verbindungselemente sind zumeist Bestandteil von stirnseitigen Kappen des Sicherungsgehäuses.
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Um dem Problem von auftretenden Lichtbögen und damit einem Weiterfluss von Strom im Überlastfall entgegenwirken zu können, kann das Innere des Gehäuses mit einem pulverförmigen Lichtbogenlöschmaterial, wie beispielsweise Sand oder dergleichen gefüllt sein.
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Das in der Erfindung beschriebene, streifenartige Element kann bevorzugt Bestandteil von Hochvolt-Sicherungen im Automobilbau sein. Es kann also bevorzugt in Hochvolt-Sicherungen von Elektro- oder Hybridfahrzeugen Verwendung finden.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche, vergleichbare oder funktional gleiche Bauteile, wobei entsprechende oder vergleichbare Eigenschaften und Vorteile erreicht werden, auch wenn eine wiederholte Beschreibung weggelassen ist.
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Es zeigen, jeweils schematisch
- 1 eine montierte Hochvolt-Sicherung mit einem darin verbauten, erfindungsgemäßen Sicherungsstreifen,
- 2a eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Sicherungsstreifen und
- 2b eine Seitenansicht auf den Sicherungsstreifen gemäß Ansicht IIb aus 2a.
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1 zeigt eine montierte, elektrische Hochvolt-Sicherung 2. In der Sicherung 2 ist ein Sicherungsstreifen 1 verbaut. Der Sicherungsstreifen 1 ist mit elektrischen Anschlusselementen 21, welche Bestandteil von stirnseitigen Kappen 20 sind, verlötet. Somit ist ein elektrischer Kontakt zwischen dem Sicherungsstreifen 1 und den elektrischen Anschlusselementen 21 hergestellt.
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Die elektrische Sicherung 2 ist im Wesentlichen als zylindrisches Bauteil ausgebildet und weist zwischen den stirnseitigen Endkappen 20 ein hohlzylindrisches Gehäuse 22 aus isolierendem Werkstoff, beispielsweise Keramik, auf.
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Um auftretenden Lichtbögen im Überlast- beziehungsweise Kurzschlussfall entgegenwirken zu können, ist das Gehäuse 22 mit einem lichtbogenlöschenden Füllmaterial 23, insbesondere Sand befüllt.
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Die Verbindung zwischen den Endkappen 20 und dem Gehäuse 22 kann in nicht näher dargestellter Weise durch Verschraubung oder Verklebung erfolgen.
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Bezugnehmend auf 2 wird nunmehr der Sicherungsstreifen 1 in Alleinstellung näher beschrieben.
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Der Sicherungsstreifen 1 ist als dünnes, flächiges Element ausgebildet und weist in einer Flächenebene E eine Längserstreckung L sowie eine Quererstreckung Q auf.
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Die Abmaße des Sicherungsstreifens 1 sind auf Grund der dünnen Ausbildung des Sicherungsstreifens 1 in Richtung der Flächenebene E, d. h. in Quer (Q)- oder insbesondere in Längserstreckung L um ein Mehrfaches höher als die Abmaße senkrecht zur Flächenebene E.
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Desgleichen sind die Abmaße des Sicherungsstreifens 1 in Längserstreckung L um ein Mehrfaches größer als die Abmaße in Querrichtung Q, so dass der Sicherungsstreifen 1 in der Draufsicht gemäß 2a sein streifenartiges Aussehen erhält.
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Der Sicherungsstreifen 1 ist aus einem Kupfer- oder Kupferlegierungsblech mit einer Dicke von etwa ein Zehntel Millimeter gestanzt.
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Es ist ersichtlich, dass in den Sicherungsstreifen 1, in Quererstreckung Q verlaufende Ausnehmungen 12, 13 eingebracht sind.
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Dabei sind mit Bezugszeichen 13, außen liegende und mit Bezugszeichen 12 innen liegende Ausnehmungen beziffert.
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Die Ausnehmungen 12 haben in der Draufsicht gemäß 2a einen ovalen Umriss, die Ausnehmungen 13 dementsprechend einen halbovalen. Abweichend hiervon sind natürlich auch andere Formen der Ausnehmungen 12,13 denkbar.
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Durch die Ausnehmungen 12, 13 werden Engstellen 11 ausgebildet.
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An den Engstellen 11 wird in Längserstreckung L des Sicherungsstreifens 1 auftretendem Stromfluss erhöhter Widerstand entgegengesetzt. Bei einer Überlast schmilzt der Sicherungsstreifen 1 daher auch bevorzugt im Bereich der Engstellen 11.
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Wie der 2 ferner zu entnehmen ist, sind in Längsrichtung L gesehen, beidseitig der Engstellen 11 bzw. der Ausnehmungen 12 und 13, und zwar in einem Abstand a Längenausgleichsbereiche 10a, 10b in den Sicherungsstreifen 1 eingebracht.
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Konkret erstreckt sich jedes der Längenausgleichsbereiche 10a, 10b in Längserstreckung L des Sicherungsstreifens 1. Die Längenausgleichsbereiche 10a, 10b sind in Quererstreckung Q des Sicherungsstreifens 1 unmittelbar nebeneinander angeordnet (benachbart) und sind mit ihrer Längserstreckung in etwa parallel zur Längserstreckung L des Sicherungsstreifens 1 ausgerichtet.
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Ferner ragt jedes der Längenausgleichsbereiche 10a, 10b mit einem maximalen Betrag b1 beziehungsweise b2 aus der Flächenebene E des Sicherungsstreifens 1 heraus.
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Die Längenausgleichsbereiche 10a und 10b sind dabei so angeordnet, dass sie abwechselnd sowohl zu einer Seite als auch zur anderen Seite aus der Flächenebene E herausragen. Das heißt insbesondere, dass zwei in Quererstreckung Q benachbarte Längenausgleichsbereiche 10a,10b in entgegengesetzter Richtung aus der Flächenebene E herausragen.
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So ragen in der 2b ein Längenausgleichsbereich 10a jeweils nach unten und ein Längenausgleichsbereich 10bjeweils nach oben aus der Flächenebene E heraus. Diese wechselseitige Ausrichtung zieht sich vorzugsweise über die gesamte Quererstreckung Q des Sicherungsstreifens 1.
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Eine solche wechselseitige Ausrichtung zieht sich auch über die gesamte Längserstreckung L des Sicherungsstreifens 1 hin. Das heißt, in Längserstreckung L aufeinanderfolgende Längenausgleichsbereiche 10a, 10b ragen genauso abwechselnd nach unten und nach oben aus der Flächenebene E heraus.
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Die Längenausgleichsbereiche 10a, 10b sind vorzugsweise wellenartig ausgebildet, mit gleichförmig verlaufenden Übergängen und großen Radien.
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Ferner ist ersichtlich, dass die Längenausgleichsbereiche 10b eine in deren Längsrichtung verlaufende Mittellinie M2 aufweisen, welche mit einer entsprechenden Mittellinie M1 der Engstellen 11 in etwa fluchtet. Die Mittellinien M1 und M2 sind in etwa parallel zur Längserstreckung L des Sicherungsstreifens 1 ausgerichtet.
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Durch die Längenausgleichsbereiche 10a, 10b können auftretende, mechanische Belastungen, wie Stauchungen, Dehnungen und auch Torsionen des Sicherungsstreifens 1 gut aufgenommen werden.
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Somit kann durch den Aufbau des Sicherungsstreifens 1 einer Beschädigung im Bereich der Engstellen 11 wirksam vorgebeugt werden.
