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Die Erfindung betrifft eine Schmelzsicherung, insbesondere für eine Hochvolt-Batterie eines Kraftfahrzeugs.
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Schmelzsicherungen sind seit langer Zeit bekannt und bilden einen Überstromschutz, wobei ein in der Schmelzsicherung angeordneter Schmelzleiter durch den durchfließenden Strom erwärmt wird und schmilzt, wenn der Bemessungsstrom der Schmelzsicherung über eine bestimmte Zeit überschritten wird. Der Schmelzleiter durchläuft dabei den flüssigen und den gasförmigen Aggregatzustand, wobei über ein im gasförmigen Aggregatzustand entstehendes Plasma der elektrische Strom weiterhin geleitet wird und sich ein Lichtbogen mit einer hohen Temperatur bildet. Um den über das Plasma fließenden elektrischen Strom zu unterbrechen, ist der Schmelzleiter üblicherweise von einem Löschmittel, beispielsweise Sand, umgeben, das den Lichtbogen löscht und so den Stromfluss vollständig unterbricht. Als Ergebnis verbleibt eine „Schmelzraupe“ aus Schmelzleitermetall, Lot und Sand, die elektrisch nicht-leitend ist und dadurch den Stromkreislauf vollständig unterbricht.
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Die
WO 2013/041270 A1 offenbart eine Schmelzsicherung mit einem hülsenförmigen Gehäuse, welches zusammen mit zwei an den beiden offenen Enden angeordneten Anschlusselementen einen Innenraum eingrenzt. Die beiden elektrisch leitenden Anschlusselemente sind über einen Schmelzleiter elektrisch miteinander verbunden, wobei der Schmelzleiter durch den Innenraum verläuft und der Innenraum mit einem Löschmittel gefüllt ist.
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Ein Nachteil von derartigen Schmelzsicherungen ist, dass diese nur in von Flüssigkeiten abgeschirmten Räumen angeordnet werden können, da bei Eintritt von Flüssigkeit in den Innenraum sich die Materialeigenschaften des Löschmittels verändern und dadurch eine korrekte Funktion der Schmelzsicherung nicht mehr gewährleistet ist.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schmelzsicherung derart weiterzuentwickeln, dass die Schmelzsicherung auch in Räumen angeordnet werden kann, die nicht gegen Flüssigkeiten abgeschirmt sind.
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Erfindungsgemäß weist die Schmelzsicherung ein Isolationsgehäuse auf, welches zusammen mit zwei endseitigen, elektrisch-leitenden Anschlusselementen einen beispielsweise vollzylinderartigen Innenraum einschließt, wobei an den Anschlusselementen jeweils eine separate Dichtungsanordnung angeordnet ist, die den Fluideintritt in den Innenraum unterbindet.
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Das Isolationsgehäuse ist aus einem elektrisch nicht-leitenden Werkstoff, beispielsweise aus einem Kunststoff oder aus einem keramischen Werkstoff, ausgeführt und wird somit elektrisch nicht durchströmt.
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Die an den offenen Enden des Isolationsgehäuses angeordneten beiden Anschlusselemente sind über Press-, Schraub- oder andere Fügeverbindungen am Isolationsgehäuse befestigt und weisen an der dem Innenraum abgewandten Seite jeweils einen Stromanschluss auf, der beispielsweise durch einen Anschlussbolzen ausgeführt ist. Der Stromfluss durch die Schmelzsicherung erfolgt über die beiden Anschlusselemente sowie über einen im Innenraum angeordneten Schmelzleiter, der die beiden Anschlusselemente miteinander verbindet.
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Der Schmelzleiter ist üblicherweise aus einem Elektrolytkupfer oder Feinsilber hergestellt und kann unterschiedliche Formen aufweisen, um den Stromkreis zu trennen oder um die thermische Ausdehnung des Schmelzleiters bei hohen Temperaturdifferenzen auszugleichen. Dabei kann der Schmelzleiter beispielsweise Engstellen aufweisen, so dass der Schmelzleiter an der Engstellen bevorzug schmilzt und den Stromkreis unterbricht.
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Der Schmelzleiter ist von einem den Innenraum ausfüllenden Löschmittel umgeben, das den elektrisch leitenden Lichtbogen, der durch einen hohen durch den Schmelzleiter fließenden Strom entsteht, löscht und so den Stromfluss vollständig unterbricht. Als Löschmittel eignen sich dabei Sand sowie unterschiedliche Sandverbindungen. Die korrekte Funktion der Schmelzsicherung ist von den Eigenschaften des Sandes, wie beispielsweise die Körnung oder die Packungsdichte des Sandes, abhängig. Aus diesem Grund ist der Eintritt von Fluiden, insbesondere Flüssigkeiten, in den Innenraum zu unterbinden, wobei mindestens ein Spalt zwischen den Anschlusselementen und dem Isolationsgehäuse abzudichten ist. Hierfür ist an beiden Anschlusselementen eine separate Dichtungsanordnung vorgesehen, die den mindestens einen Spalt gegen die Umgebung abdichtet und den Fluideintritt in den Innenraum unterbindet.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Dichtungsanordnung ein elektrisch nicht-leitendes, elastisches Formstück auf, welches mit einem ersten Ende am Isolationsgehäuse und mit einem zweiten Ende am Anschlusselement fluiddicht anliegt und den Spalt zwischen dem Isolationsgehäuse und dem Anschlusselement vollständig verschließt. Das beispielsweise schlauchförmige Formstück ist aus einem elastischen Kunststoff, beispielsweise Silikon oder einem vergleichbaren Kunststoff, hergestellt und umschließt das Isolationsgehäuse sowie das Anschlusselement zumindest teilweise. Dabei wird das elastische Formstück vorzugsweise über jeweils eine Spannschelle an das Isolationsgehäuse sowie an das Anschlusselement gepresst, so dass eine fluiddichte Verbindung zwischen dem Formstück und dem Isolationsgehäuse und dem Anschlusselement entsteht. Durch eine derartige Dichtungsanordnung wird der Innenraum auf eine einfache und kostengünstige Weise gegen die Umgebung angedichtet.
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Vorzugsweise weist die Dichtungsanordnung eine steife Topfdichtung auf, die jeweils an einem Ende des Isolationsgehäuses angeordnet ist und über jeweils eine stoffschlüssige Verbindung mit dem Isolationsgehäuse und mit dem Anschlusselement vereint ist. Die Topfdichtung weist, im Querschnitt, betrachtet vorzugsweise einen Kragenschenkel und einen Bodenschenkel auf, wobei der Kragenschenkel auf das Isolationsgehäuse aufgeschoben ist und der Bodenschenkel an dem Anschlusselement anliegt. Der Bodenschenkel weist vorzugsweise eine Bodenöffnung auf, die mittig im Bodenschenkel ausgebildet ist und durch die ein Kontaktbolzen des Anschlusselements durchgreift.
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Vorzugsweise ist die Topfdichtung über eine Klebeverbindung mit dem Isolationsgehäuse verbunden, so dass der Spalt zwischen der Topfdichtung und dem Isolationsgehäuse gefüllt ist und die Topfdichtung fest am Isolationsgehäuse befestigt ist. Außerdem ist die Topfdichtung bevorzugt über eine Schweißverbindung mit dem Anschlusselement verbunden. Eine derartige Ausgestaltung der Dichtungsanordnung weist eine geringe Bauteileanzahl auf und ist einfach herstellbar.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Dichtungsanordnung eine Hilfsdichtung auf. Die Klebeverbindung zwischen der Topfdichtung und dem Isolationsgehäuse kann beispielsweise durch ein aggressives Fluid oder durch Temperaturschwankungen ihre Materialeigenschaften verändern und dadurch undicht werden. Um auch bei einer undichten Klebeverbindung, den Fluideintritt in den Innenraum zu verhindern, wird eine Hilfsdichtung vorgesehen, welche über jeweils eine Spannschelle an der Topfdichtung und am Isolationsgehäuse befestigt ist.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Dichtungsanordnung eine ringförmige Dichtungsscheibe auf, die axial am Isolationsgehäuse und am Anschlusselement befestigt ist. Zwischen der Dichtscheibe und dem Isolationsgehäuse und zwischen der Dichtungsscheibe und dem Anschlusselement ist jeweils ein Dichtungsring angeordnet. Die Dichtungsringe sind aus einem z.B. elastischen Kunststoff hergestellte Dichtungen, die beispielsweise in einem Trägerelement eingebettet sind oder vorzugsweise in der Dichtungsscheibe oder im Isolationsgehäuse bzw. im Anschlusselement ausgebildete Ringnuten sitzen, um die Lage der Dichtungsringe zu definieren und ein Verrutschen der Dichtungsringe zu verhindern.
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Die ringförmige Dichtungsscheibe kann mit dem Isolationsgehäuse und dem Anschlusselement über verschiedene lösbare Fügeverbindungen befestigt sein. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die ringförmige Dichtscheibe mit dem Isolationsgehäuse und dem Anschlusselement verschraubt, wodurch eine sichere Verbindung hergestellt wird.
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Die Erfindung wird anhand Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt:
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1 eine schematische Darstellung einer Schmelzsicherung mit einer ersten Dichtungsanordnung,
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2 eine schematische Darstellung einer Schmelzsicherung mit einer zweiten Dichtungsanordnung, und
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3 eine schematische Darstellung einer Schmelzsicherung mit einer dritten Dichtungsanordnung.
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Die 1 zeigt eine schematische Ansicht einer ersten Ausführung einer Schmelzsicherung 10 mit einem hülsenförmigen Isolationsgehäuse 20, welches zusammen mit zwei elektrischen Anschlusselemente 24 einen mit einem Löschmittel 22 gefüllten Innenraum 21 einschließt. In 1 ist nur eines der beiden Ende des Isolationsgehäuses 20 dargestellt, wobei das andere Ende genau gleich ausgeführt ist.
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Die Anschlusselemente 24 sind über zwei Schmelzleiter 26, 28 miteinander verbunden, über die der elektrische Strom zwischen den beiden Anschlusselemente 24 fließt. Für die Anbindung des Anschlusselements 24 an das Isolationsgehäuse 20, ist das Anschlusselement 24 mit einem Trägerelement 27 über die Schrauben 40, 42 verschraubt, wobei das Trägerelement 27 topfförmig ausgeführt ist und auf das Isolationsgehäuse 20 aufgeschoben ist. Im Boden des Trägerelements 27 ist eine Bodenöffnung 29 ausgebildet, durch die ein Kontaktbolzen 25 des Anschlusselements 24 durchgreift und den elektrischen Anschluss des Anschlusselements 24 ermöglicht.
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Für die Abdichtung des Innenraums 21 gegen die Umgebung weist die Schmelzsicherung 10 eine Dichtungsanordnung 30 mit einem elastisches Formstück 34 auf, welches das Isolationsgehäuse 10 und das Anschlusselement 24 teilweise umschließt. An den beiden Enden des elastischen Formstücks 34 ist jeweils eine Spannschelle 36, 38 angeordnet, die das elastische Formstück 34 an das Isolationsgehäuse 20 bzw. an den Kontaktbolzen 25 des Anschlusselements 24 anpressen und dadurch den Innenraum 21 fluiddicht abdichten.
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2 zeigt eine zweite Ausführung der Schmelzsicherung 10, wobei, wie in 1, ein Isolationsgehäuse 20 und zwei Anschlusselemente 24 einen mit Löschmittel 22 gefüllten Innenraum 21 einschließen, durch den zwei Schmelzleiter 26, 28 verlaufen, die die Anschlussplatten 24 elektrisch miteinander verbinden.
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Die Dichtungsanordnung 30 weist eine Topfdichtung 32 auf, die sich, im Querschnitt betrachtet, aus einem Kragenschenkel 33 und einem Bodenschenkel 35 zusammensetzt, wobei im Boden eine Bodenöffnung 37 ausgebildet ist, durch die der Anschlussbolzen 25 des Anschlusselements 24 hindurchragt. Die Topfdichtung 32 ist mit dem Anschlusselement 24 ringartig verschweißt und dient außerdem zur Befestigung des Anschlusselements 24 am Isolationsgehäuse 20. Die Topfdichtung 32 ist auf das Isolationsgehäuse 20 aufgeschoben und ist zum Abdichten des Spaltes zwischen der Topfdichtung 32 und dem Isolationsgehäuses 20 mit diesem verkleben.
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Die Klebeverbindung zwischen der Topfdichtung 32 und dem Isolationsgehäuse 20 kann undicht werden, so dass Fluide in den Innenraum 22 eintreten können. Um diesen Fluideintritt zu vermeiden, weist die Dichtungsanordnung 30 eine hülsenförmige, elastische Hilfsdichtung 39 auf, die mit einem Öffnungsende an der Topfdichtung 32 und mit dem anderen Öffnungsende am Isolationsgehäuse 20 anliegt und über jeweils eine Spannschelle 36, 38 an das Isolationsgehäuse 20 sowie an die Topfdichtung 32 gepresst wird.
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3 zeigt eine dritte Ausführung der Dichtungsanordnung 30 mit einer ringscheibenförmigen Dichtungsscheibe 44, die an dem Isolationsgehäuse 20 und dem Anschlusselement 24 axial befestigt ist. Die Dichtungsscheibe 44 ist über die Schrauben 46, 50 mit dem Isolationsgehäuse 20 und über die Schrauben 48, 52 mit dem Anschlusselement 24 verschraubt. Die jeweiligen Gewindebohrungen sind hierbei aus Sackbohrungen ausgeführt. Zwischen dem Isolationsgehäuse 20 und der Dichtungsscheibe 44 ist ein Dichtungsring 54 und zwischen dem Anschlusselement 24 und der Dichtungsscheibe 44 ein Dichtungsring 56 angeordnet. Die beiden elastischen Dichtungsringe 54, 56 sitzen in jeweils einer im Isolationsgehäuse 20 und im Anschlusselement 24 ausgebildeten Ringnut 58, 60.
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Im montierten Zustand sind die Dichtungsringe 54, 56 elastisch verformt, so dass der Dichtungsring 54 eine Pressung auf das Isolationsgehäuse 20 und die Dichtungsscheibe 44 und der Dichtungsring 56 eine Pressung auf das Anschlusselement 24 und die Dichtungsscheibe 44 bewirken. Auf diese Weise werden die Spalte, durch die Fluide durchdringen und in den Innenraum eintreten könnten, fluiddicht abgedichtet.
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Es sind auch andere konstruktive Ausführungsformen als die beschriebenen Ausführungsformen möglich, die in den Schutzbereich des Hauptanspruchs fallen. Es können beispielsweise das Isolationsgehäuse 20, die Schmelzleiter 26, 28 oder das Anschlusselement 24 anders ausgeführt sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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