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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schmelzsicherung für ein Kraftfahrzeug sowie einen Stromverteiler mit zumindest einer solchen Schmelzsicherung.
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Stand der Technik
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Schmelzsicherungen werden in vielen elektrischen und elektronischen Geräten zum Schutz des Benutzers und von Komponenten oder Leitungen des Geräts eingesetzt. So finden sich in modernen Kraftfahrzeugen eine Vielzahl von Sicherungen, um einzelne Kabelstränge oder Lasten elektrisch abzusichern. Um den Austausch von ausgelösten Schmelzsicherungen zu erleichtern, werden diese häufig als Stecksicherung ausgeführt.
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Für einen zuverlässigen Betrieb des Kraftfahrzeuges oder von Teilsystemen des Kraftfahrzeuges sind Diagnosefunktionen über den Zustand der eingesetzten Sicherungen sinnvoll oder notwendig. Aktuell wird dies aufwändig in Steuergeräte integriert, wobei systembedingt keine sicherungsindividuelle Aussage getroffen werden kann.
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Beschreibung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Einsatz konstruktiv möglichst einfacher Mittel eine Diagnosefunktion auf Sicherungsebene zu ermöglichen.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den begleitenden Figuren angegeben.
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Eine erfindungsgemäße Schmelzsicherung für einen Einsatz in einem Kraftfahrzeug umfasst ein Gehäuse, in dem ein Schmelzleiter angeordnet ist sowie zwei Kontaktelemente und ein Diagnosekontaktelement, die sich alle teilweise innerhalb des Gehäuses und teilweise von einer ersten Gehäuseseite weg erstrecken. So ragt auf der ersten Gehäuseseite ein Endabschnitt des ersten Kontaktelements, ein Endabschnitt des zweiten Kontaktelements und ein Endabschnitt des Diagnosekontaktelements aus dem Gehäuse heraus. Die Kontaktelemente und das Diagnosekontaktelement durchdringen die Gehäuseseite. Die (Seiten-)wände des Gehäuses sind elektrisch isolierend eingerichtet. Die beiden Kontaktelemente sind über den Schmelzleiter innerhalb des Gehäuses - über Koppelpunkte - miteinander elektrisch gekoppelt. Der Koppelpunkt des ersten Kontaktelements mit dem Schmelzleiter ist mit dem Diagnosekontaktelement elektrisch gekoppelt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäuse im Wesentlichen quaderförmig. So ist eine dichte, d.h. kompakte Anordnung von einer Vielzahl von Stecksicherungen realisierbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die beiden Kontaktelemente und das Diagnosekontaktelement in einer Reihe angeordnet. So wird eine geringe seitliche Ausdehnung der Schmelzsicherung erzielt
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Vorteilhafterweise sind die Kontaktelemente und das Diagnosekontaktelement auf einer Längsseite des Sicherungsgehäuses angeordnet. Dabei können das Diagnosekontaktelement an einem Ende der Längsseite und das erste Kontaktelement an dem anderen, gegenüberliegenden Ende der Längsseite angeordnet sein. In diesem Fall ist das zweite Kontaktelement zwischen den beiden anderen angeordnet. In einer Variante sind die drei Kontakte, d.h. erstes und zweites Kontaktelement und Diagnosekontaktelement, in einer Reihe angeordnet, optional ist beispielsweise das Diagnosekontaktelement seitlich versetzt hierzu angeordnet.
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Ferner können die beiden Kontaktelemente und ergänzend oder alternativ das Diagnosekontaktelement als Messerkontakte ausgebildet sind. So sind diese einfach in Federkontakte einsteckbar, gleichzeitig sind Messerkontakte kostengünstig produzierbar.
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Zur kosteneffizienten Produktion können optional die Kontaktelemente und der Schmelzleiter einteilig aus Sicherungsblech bestehen. Beispielsweise kann das Sicherungsblech im Bereich der Kontakte mehrlagig ausgebildet sein, um die Stromtragfähigkeit und auch die mechanische Belastbarkeit in diesem Bereich zu erhöhen.
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Ferner ist optional eine Sensoreinrichtung vorgesehen die eine Spannung, einen Strom und ergänzend oder alternativ einen Widerstand zwischen dem zweitem Kontaktelement und dem Diagnosekontaktelement bestimmt. Der dabei gewonnene Messwert wird dann als analoges Spannungssignal oder als digitales Signal am Diagnosekontaktelement bereitgestellt. Ein analoges Spannungssignal kann einfach von einem Mikrocontroller ausgewertet werden. Wenn es sich um ein digitales Signal handelt, so kann dies konform zu einem standardisierten Feldbus ausgebildet sein. Insbesondere eignet sich hier ein LIN-Bus. Sowohl das Übertragungsprotokoll als auch die physikalischen Eigenschaften sind in diesem Fall an den gewählten Feldbus angepasst.
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Ein erfindungsgemäßer Stromverteiler weist eine Anzahl von Varianten der zuvor dargestellten Schmelzsicherung auf. So können platzsparend die Funktionen des Verteilens, Absicherns und Überwachens in einem Stromverteiler integriert werden. So kann rechtzeitig eine übergeordnete Steuerungsebene über eventuelle Ausfälle von Lasten informiert werden und somit die Gesamtsicherheit des Systems Kraftfahrzeug gesteigert werden.
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Optional verfügt der Stromverteiler über einen Feldbus wie beispielsweise einen LIN-Bus, um das digitale Signal der Anzahl von Schmelzsicherungen zu empfangen und zu verarbeiten. Eine optionale Feldbus-Schnittstelle nach außen ermöglicht es, ein Ergebnissignal an eine übergeordnete Steuerungseinrichtung bereitzustellen. Zusätzlich ist eine Verarbeitung, Auswertung und Speicherung des digitalen Signals über die Zeit in einer Verarbeitungseinrichtung beispielsweise in Form eines ASIC oder Mikrocontrollers möglich.
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Figurenliste
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Nachfolgend wird ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1 eine vereinfachte, dreidimensionale Darstellung einer Schmelzsicherung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 2 und 3 einen Schaltplan der messtechnischen Überwachung einer Schmelzsicherung nach 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 4 eine Seitenansicht einer Schmelzsicherung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
- 5 eine schematische Darstellung eines Stromverteilers mit Schmelzsicherungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen und dienen nur der Erläuterung der Erfindung. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind durchgängig mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In funktionskritischen Teilnetzen des Bordnetzes soll die sichere Versorgung von Verbrauchern durch eine Diagnose von Sicherungen erreicht werden. Die Versorgung der betroffenen Verbraucher des Teilnetzes erfolgt dabei über konventionelle Schmelzsicherungen deren Auslösung überwacht oder diagnostiziert wird. Dabei ist das Aufbringen der Sicherungen auf eine Leiterplatte notwendig. Alternative Ansätze betrachten entsprechende elektronische Sicherungen, die technisch einwandfrei funktionieren, aber mit höheren Kosten verbunden ist.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele einer Schmelzsicherung mit integrierter Diagnose bezüglich Auslösung und einer Messmöglichkeit des Widerstands des Versorgungspfades beschrieben. Die beschriebenen Schmelzsicherungen umfassen in einem Gehäuse eine mit der Sicherung verbundene Sensorleitung, zwei Versorgungskontakte und einen Diagnosekontakt.
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1 zeigt eine Schmelzsicherung 100 in einem Gehäuse 102. Das Gehäuse 102 ist elektrisch isolierend. Die Schmelzsicherung 100 umfasst ein erstes Kontaktelement 104, ein zweites Kontaktelement 106, ein Diagnosekontaktelement 108 und einen Schmelzleiter 110.
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Ein erster Endabschnitt 112 des ersten Kontaktelements 104 ragt aus einer ersten Längsseite 114 des Gehäuses 102 heraus. Ein zweiter Endabschnitt 116 des zweiten Kontaktelements und ein Diagnoseendabschnitt 118 des Diagnosekontaktelements 108 ragen ebenfalls aus der ersten Längsseite 114 des Gehäuses 102 heraus. Das erste Kontaktelement 104 und der Schmelzleiter 110 sind über einen Koppelpunkt 120 elektrisch verbunden, das zweite Kontaktelement 106 ist an einem weiteren Koppelpunkt 122 mit dem Schmelzleiter 110 elektrisch verbunden, sodass sich der Schmelzleiter 110 zwischen den Koppelpunkten 120, 122 erstreckt. Das Diagnosekontaktelement 108 ist mit dem Koppelpunkt 120 des ersten Kontaktelements 104 mit dem Schmelzleiter 110 elektrisch verbunden. In einer Variante ist das Diagnosekontaktelement 108 mit dem Koppelpunkt 120 des ersten Kontaktelements 104 mit dem Schmelzleiter 110 über eine Sensorleitung 124 verbunden.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind wie in 1 dargestellt die beiden Kontaktelemente 104, 106 und das Diagnosekontaktelement 108 als Messerkontakte ausgebildet. So kann die Schmelzsicherung 100 auch als Stecksicherung 100 bezeichnet werden.
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In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Kontaktelemente 104, 106 und das Diagnosekontaktelement 108 in einer Reihe, insbesondere auf einer gedachten Geraden, angeordnet. Dabei ist das zweite Kontaktelement 106 bevorzugt zwischen dem ersten Kontaktelement 104 und dem Diagnosekontaktelement 108 angeordnet.
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Optional sind die beiden Kontaktelemente 104, 106 und der Schmelzleiter 110 einstückig hergestellt, beispielsweise aus einem Sicherungsblech.
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2 und 3 zeigen jeweils eine Option für eine Diagnosefunktion einer Schmelzsicherung, wie diese in 1 dargestellt ist. Eine Messung des Widerstandes R zwischen dem Diagnosekontaktelement 108 und dem zweiten Kontaktelement 106 ermöglicht Rückschlüsse auf eine Degradation der komponentenseitigen Kontakte 104, 106 und der Sicherung 100 beziehungsweise des Schmelzleiters 110. Eine Messung der Spannung U am Diagnosekontaktelement 108 ermöglicht Rückschlüsse auf das Auslösen der Sicherung 100. Alternativ kann die Spannung U direkt an dem Koppelpunkt 120 zwischen dem ersten Kontaktelement 104 und dem Schmelzleiter 110 gemessen werden.
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Wenn die Spannung U in einem Toleranzbereich um 0 V beträgt, so ist die Sicherung 100 in Ordnung, liegt die Spannung U oberhalb eines Schwellwerts (der einen Mindestabstand zu 0 V aufweist), so ist die Sicherung nicht in Ordnung, das heißt defekt oder bereits ausgelöst. Wenn der Widerstand R gegen unendlich (∞ Ω) geht, so ist die Sicherung nicht in Ordnung, wenn der Widerstand kleiner eines Widerstandschwellwerts ist, so kann in der Regel auf eine funktionierende Versorgung geschlossen werden. Der Widerstandsschwellwert entspricht dabei einem typischen Widerstandswert, welcher sowohl konstruktiv und/oder berechnet bestimmt als auch empirisch ermittelt werden kann.
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4 zeigt eine Seitenansicht eines Stromverteilers 400. Die schematische Darstellung zeigt eine Variante einer in 1 dargestellten Schmelzsicherung 100, deren zweites Kontaktelement 106 und Diagnosekontaktelement 108 eine Verteilerplatine 430 kontaktieren und deren erstes Kontaktelement 104 einen Lastanschluss 432 kontaktiert. Dabei wird die mechanische und elektrische Kontaktierung der als Messerkontakte ausgebildeten Kontaktelemente 104, 106 sowie Diagnosekontaktelement 108 über Federkontakte 434 hergestellt. Ein Diagnosefederkontakt 436 ist mechanisch mit der Verteilerplatine 430 verbunden, in dem er durch eine Aussparung in dieser gesteckt ist, und elektrisch mit einer Sensorleiterbahn 438, ein als Federkontakt 434 ausgebildeter Verteilerkontakt 440 ist mit einer Verteilerleiterbahn 442 oder Verteilerschiene 442 elektrisch gekoppelt. Um die Stromtragkraft des Stromverteilers 400 zu erhöhen ist in einem besonderen Ausführungsbeispiel die Verteilerschiene 442 separat zur Verteilerplatine 430 ausgebildet - alternativ zu einer aufgedruckten Verteilerleiterbahn 442. Der Federkontakt 434 des Lastanschlusses 432 kann auch als Laststecker 444 bezeichnet werden.
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In dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Sensoreinrichtung 446 eine Sensoreinrichtung 446, die mit dem Diagnosekontaktelement 108 und zumindest mit der ersten Koppelstelle 120 gekoppelt ist. Die Sensoreinrichtung 446 ist ausgebildet, zumindest einen Messwert 448 als digitales Signal 450 bereitzustellen. Der Messwert repräsentiert einen Widerstand R, eine Spannung U oder einen Strom, wie bereits zuvor ausgeführt.
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Durch die Aufsicht in 5 wird die Funktionsweise des Stromverteilers 400 weiter verdeutlicht. Das digitale Signal 450 wird über einen Feldbus 560 an einer Steuerungseinrichtung 562 geleitet, von dieser ausgewertet und ein Ergebnissignal 564 über einen Bus an eine übergeordnete Steuerungseinrichtung 566 bereitgestellt. Als Feldbus kommt bevorzugt ein LIN-Bus zum Einsatz, aber auch andere Bussysteme sind möglich.
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Die hier an einem Ausführungsbeispiel beschriebene Schmelzsicherung 100 ist einfach in Stromverteiler und Sicherungsdosen integrierbar. Vorteilhafterweise ergibt sich eine sehr günstige Kostenstruktur gegenüber vollelektronischen Lösungen, da das Konzept auf heute schon im Einsatz befindlicher Technologie und Komponenten basiert.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Schmelzsicherung
- 102
- Gehäuse
- 104
- erstes Kontaktelement
- 106
- zweites Kontaktelement
- 108
- Diagnosekontaktelement
- 110
- Schmelzleiter
- 112
- erster Endabschnitt
- 114
- Längsseite
- 116
- zweiter Endabschnitt
- 118
- Diagnoseendabschnitt, Diagnosekontaktendabschnitt
- 120
- (erster) Koppelpunkt
- 122
- (zweiter, weiterer) Koppelpunkt
- 124
- Sensorleitung
- 400
- Stromverteiler
- 430
- Verteilerplatine, Verteilerleiterplatte
- 432
- Lastanschluss
- 434
- Federkontakte
- 436
- Diagnosefederkontakt
- 438
- Sensorleiterbahn 438
- 440
- Verteilerkontakt
- 442
- Verteilerleiterbahn, Verteilerschiene
- 444
- Laststecker
- 446
- Sensoreinrichtung
- 448
- Messwert
- 450
- digitales Signal
- 560
- Feldbus
- 562
- Steuerungseinrichtung
- 564
- Ergebnissignal
- 566
- übergeordnete Steuerungseinrichtung
