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Die Erfindung betrifft ein elektrisches Versorgungsnetz mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Versorgungsnetzes mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 12.
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Elektrische Versorgungsnetze dienen allgemein einer elektrischen Energieversorgung von Verbrauchern. Sie sind üblicherweise auch in Kraftfahrzeugen (Kfz) eingesetzt und dienen hierbei der elektrischen Versorgung von elektrischen Verbrauchern des jeweiligen Kraftfahrzeuges, beispielsweise Radio, Scheinwerfer, etc. Im Kraftfahrzeug-Bereich wird das elektrische Versorgungsnetz häufig auch als Kraftfahrzeugbordnetz bezeichnet. Weiterhin sind heutzutage beispielsweise in einem elektromotorisch angetriebenen Kraftfahrzeug elektrische Energiespeicher zur Bereitstellung elektrischer Energie für elektrische Fahrmotoren eingesetzt. Insbesondere bei elektromotorisch angetriebenen Kfz, beispielsweise Hybridfahrzeuge und / oder rein elektromotorisch angetriebene Kfz besteht beispielsweise im Fall eines Unfalls die Gefahr eines Kurzschlusses und / oder einer Überspannung.
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Derartige Kraftfahrzeugbordnetze sind daher üblicherweise mittels Sicherungselementen vor einer Überspannung und / oder einem Überstrom geschützt. Um beispielsweise bei einem Unfall eine sofortige oder zumindest sehr schnelle und sichere Unterbrechung des Kraftfahrzeugbordnetzes zu erreichen sind diese üblicherweise mit sogenannten pyrotechnischen Schutzschaltern gesichert. Pyrotechnische Schutzschalter weisen eine Treibladung auf und sind derart steuerbar, dass die Treibladung beispielsweise im Fall eines Unfalls ein Trennelement auf eine Sollbruchstelle treibt und diese zerbricht. Die Sollbruchstelle wird beim Einbau des pyrotechnischen Schutzschalters elektrisch derart an das Kraftfahrzeugbordnetz angeschlossen, dass beim Durchtrennen der Sollbruchstelle zumindest ein Teilzweig des Kraftfahrzeugbordnetzes galvanisch von der Batterie getrennt wird und somit stromfrei ist.
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Aus der
DE 10 2011 121 604 A1 sind ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Schutz eines elektrischen Versorgungssystems zu entnehmen. Die Vorrichtung ist an das Versorgungssystem angeschlossen. Von einer Messeinheit wird ein Stromanstieg gemessen und von einer Steuereinheit mit einem ersten Sollwert vergleichen. Bei einem Überschreiten des ersten Sollwertes wird ein Schutzschalter mittels der Steuereinheit angesteuert und das elektrische Versorgungssystem aufgetrennt.
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Die
DE 197 44 765 A1 beschreibt eine Schaltungsanordnung zum Auslösen einer Sicherung und ein Verfahren zum Betreiben der Schaltungsanordnung, wobei eine Auslöseeinheit von mindestens zwei unabhängigen, auf die Sicherung einwirkenden Einflussgrößen beeinflusst wird. Die Auslöseeinheit löst lediglich dann die Sicherung aus, wenn die mindestens zwei Einflussgrößen einen vorgegebenen Schwellwert erreicht haben.
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Aus der
DE 10 2015 104 275 A1 ist eine Absicherungsvorrichtung für ein Fahrzeug-Bordnetz zu entnehmen. Die Absicherungsvorrichtung weist einen Halbleiterschalter auf, der in elektrischer Verbindung mit einer Spannungsquelle des Fahrzeug-Bordnetzes und mit einem Verbraucher des Fahrzeug- Bordnetzes steht. Zusätzlich ist eine Messeinrichtung vorgesehen, die derart ausgebildet ist, dass sie einen Spannungsabfall an dem Halbleiterschalter erfasst. In Abhängigkeit des erfassten Spannungsabfalls wird eine Sperrung des Halbleiterschalters veranlasst.
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In der
DE 10 2008 043 047 A1 ist eine Schutzschaltung beschrieben, die eingangs- und ausgangsseitig je mindestens zwei elektrische Anschlüsse aufweist, wobei ein eingangsseitiger Anschluss mit wenigstens einem ausgangsseitigen Anschluss verbunden ist. Weiterhin umfasst die Schutzschaltung mindestens eine erste Überspannungsschutzvorrichtung.
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Die
DE 30 33 473 A1 beschreibt eine Sicherheitsschaltung mit einer Schmelzsicherung, wobei die Sicherheitsschaltung derart ausgebildet ist, einen Lichtbogen zwischen den beiden Kontaktenden der ausgelösten Schmelzsicherung zu verhindern.
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Versorgungsnetz anzugeben, welches galvanisch trennbar ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein elektrisches Versorgungsnetz mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das elektrische Versorgungsnetz ist insbesondere als ein Kraftfahrzeugbordnetz ausgebildet. Ein derartiges Kraftfahrzeugbordnetz dient sowohl bei einem Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor als auch bei einem elektromotorisch angetriebenen Kraftfahrzeug einer Energieversorgung und -verteilung für elektrische Verbraucher, beispielsweise Radio und / oder Scheinwerfer. Unter elektromotorisch angetriebenem Kraftfahrzeug wird allgemein ein Personenkraftwagen verstanden, welcher entweder einen hybriden Antrieb (Elektromotor und Verbrennungsmotor), sog. Plug-In Hybride oder einen reinen elektromotorischen Antrieb (Elektromotor) aufweist. Insbesondere in einem elektromotorisch angetriebenen Kraftfahrzeug dient das Kraftfahrzeugbordnetz zusätzlich einer Energieversorgung der rein elektromotorischen Antriebe.
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Das elektrische Versorgungsnetz weist weiterhin ein mittels eines Auslösesignals steuerbares Schutzschalterelement auf. Das Schutzschalterelement dient einem Unterbrechen zumindest eines elektrischen Versorgungszweiges des Versorgungsnetzes. Unter Versorgungszweig wird vorliegend speziell ein Teil des Versorgungsnetzes verstanden, welcher beispielsweise lediglich zu einer Versorgung einzelner elektrischer Komponenten dient, beispielsweise lediglich den elektrischen Verbrauchern, welche im Armaturenbrett angeordnet sind.
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Unter Schutzschalterelement wird vorliegend ein Schalterelement verstanden, welches einen Stromkreis, an dem das Schalterelement angeschlossen ist, insbesondere in einem elektrischen Fehlerfall durch ein Schalten unterbricht, vorzugsweise galvanisch trennt. Unter einer galvanischen Trennung wird allgemein eine Unterbrechung eines Stromkreises durch ein mechanisches Auftrennen des Stromkreises an zumindest einer Stelle verstanden, sodass kein elektrischer Strom mehr durch den Stromkreis fließt. Unter einem elektrischen Fehlerfall wird vorliegend speziell beispielsweise ein innerhalb des Versorgungsnetzes ungewollt auftretender Stromanstieg und / oder ein Kurzschlussstrom (auch Kurzschluss genannt) verstanden. Unter Kurzschluss wird vorliegend allgemein eine insbesondere niederohmige elektrischer Verbindung zwischen einem Stromkreis und einem Massepotential, auch als elektrisches Nullpotential bezeichnet, verstanden. Die durch einen Kurzschluss fließenden Kurzschlussströme weisen üblicherweise hohe Werte auf, welche häufig zumindest zu einer Beschädigung von an dem betroffenen Stromkreis angeschlossenen Verbrauchern führen.
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Weiterhin weist das Versorgungsnetz eine Messanordnung zur Messung einer Zustandsgröße des Versorgungszweiges auf. Unter Zustandsgröße wird vorliegend speziell eine elektrische Spannung und / oder ein elektrischer Strom verstanden, welche an dem Versorgungsnetz anliegt und / oder durch das Versorgungsnetz fließt. Die Messanordnung ist parallel zum Schutzschalterelement geschaltet und mit dem Versorgungszweig über eine Verbindungsleitung verbunden. Hierzu weist die Verbindungsleitung einen ersten Strompfad und einen zweiten Strompfad auf, wobei ein elektrischer Strom beispielsweise über den ersten Strompfad zur Messanordnung fließt und von der Messanordnung über den zweiten Strompfad zurück in das Versorgungsnetz. Die Messanordnung dient insbesondere einer Ermittlung von elektrischen Fehlerfällen. Hierzu erfasst die Messanordnung beispielsweise die Spannung oder einen Spannungsgradienten des Versorgungsnetzes und vergleicht diese mit einem vorgegebenen Schwellwert. Unter Spannungsgradient wird vorliegend speziell ein für eine elektrische Schaltung ungewöhnlicher Spannungsanstieg verstanden. Sofern der Wert der Spannung oder des Spannungsgradienten den Schwellwert übersteigt, erfasst die Messanordnung diesen elektrischen Fehlerfall, was eine Unterbrechung des Versorgungsnetzes zur Folge hat.
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Zur galvanischen Trennung der Verbindungsleitung ist zumindest im ersten Strompfad zumindest ein elektrisches Sicherungselement angeordnet. Zudem ist das elektrische Sicherungselement mittels eines Schaltelements ansteuerbar. Unter ansteuerbar wird vorliegend allgemein erstanden, dass das Sicherungselement bei einem Schalten des Schaltelements auslöst, also die Verbindungsleitung trennt. Das Sicherungselement wird dabei beispielsweise unmittelbar oder auch lediglich mittelbar über das Schaltelement angesteuert.
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Der Vorteil ist, dass durch diese Ausgestaltung eine Trennung, speziell eine galvanische Trennung der Messanordnung von dem zumindest einen Versorgungszweig sichergestellt ist. Hierdurch ist zugleich die galvanische Trennung des Versorgungsnetzes, insbesondere des zumindest einen Versorgungszweiges gewährleistet.
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Eine unerwünschte elektrische „Überbrückung“ des Schutzschalterelements durch die parallel geschaltete Messanordnung ist dabei ausgeschlossen.
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Die Messanordnung dient allgemein der Messung der Zustandsgröße, beispielsweise der elektrischen Spannung, welche an den zumindest einen Versorgungszweig angelegt ist. Üblicherweise erfolgt eine Spannungsmessung hochohmig, d.h. zur Reduzierung des durch die Messanordnung fließenden elektrischen Stromes weist die Messanordnung einen hochohmigen Widerstand auf. Im Fall eines Überstromes und / oder eines Kurzschlusses unterbricht das mittels des Auslösesignal ansteuerbare Schutzschalterelement den zumindest einen Versorgungszweig, sodass in ihm kein Strom mehr fließt. Aufgrund der parallelgeschalten Messanordnung wäre jedoch im Auslösefall das Schutzschalterelement elektrisch „überbrückt“, sodass trotz einer mechanischen Unterbrechung des Versorgungsnetzes durch das Schutzschalterelement keine galvanische Trennung erfolgt.
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Durch das Auslösen des zumindest einen ansteuerbaren Sicherungselements in dem zumindest einen Strompfad erfolgt jedoch eine galvanische Trennung der Verbindungsleitung und somit eine galvanische Trennung dieser elektrischen „Überbrückung“ des Schutzschalterelements, wodurch dann eine gewünschte galvanische Trennung des Versorgungsnetzes sichergestellt ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist das zumindest eine Sicherungselement mittels des Schaltelements auf das elektrische Massepotential schaltbar. Hierdurch erfolgt beispielsweise im elektrischen Fehlerfall ein Spannungsabfall der auftretenden Überspannung über das Sicherungselement, wodurch ein dadurch fließender elektrischer Kurzschlussstrom das Sicherungselement auslöst und somit der zumindest eine Strompfad galvanisch getrennt ist. Das Ansteuern des Sicherungselements erfolgt in dem Fall also mittelbar über den Kurzschlussstrom.
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Zweckdienlicherweise ist das zumindest eine Sicherungselement als eine Schmelzsicherung ausgebildet. Unter Schmelzsicherung wird vorliegend gemäß dem allgemeinen Sprachgebrauch ein Sicherungselement zum Schutz vor einem Überstrom innerhalb eines Stromkreises verstanden, welches üblicherweise einen Schmelzleiter aufweist. Der Schmelzleiter schmilzt sobald ein durch ihn fließender Strom einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt und trennt somit den Stromkreis auf.
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Derartige Schmelzsicherungen haben sich insbesondere zum Schutz von Überströmen als besonders geeignet erwiesen und gewährleisten eine einfache und kostengünstige Realisierung eines Sicherungselements.
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In bevorzugter Ausgestaltung weist das Versorgungsnetz eine Steuereinheit zur Generierung des Auslösesignals auf. Als Grundlage für eine Generierung des Auslösesignals dient bevorzugt ein von der Messanordnung detektierter elektrischer Fehlerfall. Die Steuereinheit weist beispielsweise eine schaltbare Spannungsquelle auf, welche das Auslösesignal in Form eines Spannungssignals generiert. Hierdurch ist eine einfache und kostengünstige Erzeugung des Auslösesignals erreicht, da beispielsweise auf aufwändige und komplexe Signalgeneratoren verzichtet ist.
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Die Steuereinheit ist derart ausgebildet, dass sie das generierte Auslösesignal sowohl an das steuerbare Schutzschalterelement als auch an das zumindest eine Sicherungselement überträgt. Der Vorteil ist dahingehend zu sehen, dass lediglich ein gemeinsames Signal zur Auslösung der beiden Sicherungselemente erforderlich ist. Die Generierung und Überragung des Auslösesignal erfolgt seitens lediglich einer Einheit, nämlich der Steuereinheit.
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Bevorzugt ist das steuerbare Schutzschalterelement als ein pyrotechnisches Schutzschalterelement (Pyrofuse) ausgebildet. Derartige pyrotechnische Schutzschalterelemente haben sich insbesondere im Kraftfahrzeugbereich hinsichtlich ihrer schnellen Auslösezeit als geeignet erwiesen, um Stromkreise, insbesondere bei einem Unfall zu trennen. Derartige pyrotechnische Schutzschalterelemente weisen üblicherweise eine Schaltzeit mit einem Wert im Bereich von beispielsweise 0,5ms bis 20ms auf.
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Gemäß einer zweckdienlichen Ausgestaltung ist das Schaltelement des zumindest einen Sicherungselements als ein elektronischer Schalter, beispielsweise als ein Transistor ausgebildet. Hierdurch ist eine einfache und kostengünstige Realisierung des Schaltelements erreicht.
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Weiterhin ist das Schutzschalterelement gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung mittels eines weiteren elektronischen Schalters, beispielsweise einem Transistor, steuerbar. Hierdurch ist ebenfalls eine einfache und kostengünstige Realisierung der Steuerbarkeit des Schutzschalterelements erreicht.
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Um eine Prüfung eines Schaltzustands, insbesondere eine Prüfung hinsichtlich dessen, ob das Schutzschalterelement den zumindest einen Versorgungszweig unterbrochen hat, zu ermöglichen, ist das zumindest eine Sicherungselement in einer bevorzugten Weiterbildung zeitlich nach dem gesteuerten Schutzschalterelement ansteuerbar. Eine entsprechende Schaltungsanordnung ist also derart ausgebildet, dass bei einem Auslösefall das Sicherungselement nach dem Schutzschalterelement auslöst. Hierzu weisen beispielsweise die Schaltzeiten der elektronischen Schalter des zumindest einen Sicherungselements und des Schutzschalterelements verschieden Werte auf. Mit anderen Worten: Beispielsweise weist der elektronische Schalter des zumindest einen Sicherungselements eine Schaltzeit von 20ms auf. Der elektronische Schalter, welcher das Schutzschalterelement ansteuert, weist eine Schaltzeit von 5ms auf. Sofern im elektrischen Fehlerfall von der Steuereinheit ein Auslösesignal an die jeweiligen elektronischen Schalter übermittelt wird, löst der elektronische Schalter des Schutzschalterelements nach 5ms das Schutzschalterelement aus. Das zumindest eine Sicherungselement wird jedoch aufgrund der Schaltzeit von 20ms erst 15ms nach dem Schutzschaltelement auslösen. Somit stehen der Messanordnung nach dem Auslösen des Schutzschalterelements noch 15ms für eine Messung am Schutzschalterelement „zur Verfügung“. Bevorzugt überprüft die Messanordnung das korrekte Trennen des Schutzschalterelements.
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Alternativ oder ergänzend zu den unterschiedlichen Schaltzeiten ist die Steuereinheit derart ausgebildet, dass sie das Auslösesignal zeitlich versetzt an das zumindest eine Sicherungselement, insbesondere an das Schaltelement überträgt, durch das das zumindest eine Sicherungselement schaltbar ist.
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Vorzugsweise ist ergänzend auch vorgesehen, dass die Verbindungsleitung zwei jeweils mittels einem Schaltelement schaltbare elektrische Sicherungselemente aufweist. Hierzu ist jeweils ein Sicherungselement im ersten Strompfad und ein zweites Sicherungselement im zweiten Strompfad der Verbindungsleitung angeordnet. Der Vorteil ist dahingehen zu sehen, dass mittels einer derartigen Anordnung eine vollständige galvanische Trennung der Messanordnung von dem zumindest einen Versorgungszweig erreicht ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß weiterhin gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Versorgungsnetzes mit den Merkmalen des Anspruchs 12.
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Das Verfahren dient insbesondere zum Betrieb des zuvor beschriebenen Kraftfahrzeugbordnetzes mit einem in einem Auslösefall gesteuerten Schutzschalterelement zum Unterbrechen zumindest eines Versorgungszweiges des Versorgungsnetzes.
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Bei dem Verfahren wird mittels einer Messanordnung eine Zustandsgröße, bevorzugt eine Betriebsspannung des zumindest einen Versorgungszweiges gemessen. Hierzu greift die Messanordnung mittels einer Verbindungsleitung die Zustandsgröße parallel zum gesteuerten Schutzschalterelement ab. Im Auslösefall wird die Messanordnung mittels zumindest einem in der Verbindungsleitung angeordneten Sicherungselement galvanisch von dem zumindest einen Versorgungszweig getrennt und der zumindest eine Versorgungszweig mittels des gesteuerten Schutzschalterelements unterbrochen. Hierdurch ist einer mittels der Messanordnung erzeugte „elektrische Überbrückung“ und somit im Auslösefall einer Außerkraftsetzung des gesteuerten Schutzschalterelements vorgebeugt. Das zumindest eine Sicherungselement wird hierbei mittels eines Schaltelements, bevorzugt einem elektronischen Schalter, beispielsweise einem Transistor, geschaltet.
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Die im Hinblick auf das Versorgungsnetz aufgeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auf das Verfahren zu übertragen und umgekehrt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figur näher erläutert. Diese zeigt teilweise in stark vereinfachter Darstellung:
- 1 einen grob skizzierten Teil einer Schaltungsanordnung eines Versorgungsnetzes.
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In der Figur sind gleichwirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen dargestellt.
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In 1 ist ein grob skizzierter Teil einer Schaltungsanordnung eines elektrischen Versorgungsnetzes 2 dargestellt, insbesondere zumindest eines Versorgungszweiges des Versorgungsnetzes 2. Derartige Versorgungsnetze 2 sind üblicherweise als Kraftfahrzeugbordnetze in Kraftfahrzeugen zur Versorgung elektrischer Verbraucher und / oder in elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugen zur Versorgung zumindest eines elektrischen Antriebsmotors eingesetzt.
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Zur Versorgung der elektrischen Verbraucher weist das Versorgungsnetz 2 eine Versorgungsschiene 4 auf, die Teil zumindest eines Vesorgungszweiges 5 mit einer Anzahl von nicht dargestellten elektrischen Verbrauchern ist. Die Versorgungschiene 4 dient beispielsweise einer elektrischen Verbindung mit einem Energiespeicher, beispielsweise eine Batterie (hier nicht dargestellt). Von der Versorgungsschiene 4 sind üblicherweise Teilstromkreise zur Versorgung verschiedener elektrischer Verbraucher abgezweigt. Derartige elektrische Verbraucher sind beispielsweise Blinker, Radio oder Scheinwerfer, etc.
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Zu einer elektrischen Absicherung, d. h. zur Unterbrechung der Versorgungsschiene 4 und somit des zumindest einen Versorgungszweiges 5 des Versorgungsnetzes 2 in einem elektrischen Fehlerfall weist die Versorgungsschiene 4 ein mittels eines Auslösesignals A steuerbares Schutzschalterelement 6 auf. Unter elektrischem Fehlerfall wird vorliegend beispielsweise eine Überspannung und / oder ein elektrischer Kurzschluss verstanden, bei dem ein Kurzschlussstrom fließt, welcher üblicherweise zumindest eine Beschädigung der innerhalb des betroffenen Stromkreises angeschlossenen Verbraucher zur Folge hat. Unter Auslösefall wird vorliegend ein elektrischer Fehlerfall verstanden, bei dem das Schutzschalterelement auslöst und somit den zumindest einen Versorgungszweig 5 des Versorgungsnetzes 2 galvanisch unterbricht.
Das steuerbare Schutzschalterelement 6 weist im Ausführungsbeispiel ein pyrotechnisches Schutzschalterelement auf. Derartige pyrotechnische Schutzschalterelemente 6 werden auch als Pyrofuse bezeichnet und weisen üblicherweise eine Treibladung auf, welche in einem Auslösefall ein insbesondere elektrisch nicht leitendes Materialstück in Richtung einer abzusichernden Leitung (vorliegend die Versorgungsschiene 4) beschleunigt, sodass die abzusichernde Leitung von dem Materialstück durchtrennt wird und somit eine mechanische Unterbrechung des Stromkreises erfolgt. Aufgrund der Auslösung mittels einer Treibladung, weisen derartige Schutzschalterelemente 6 Auslösezeiten mit Werten in einem Bereich von 5ms bis 20ms auf. Die schnellen Auslösezeiten haben sich insbesondere im Automobilbereich hinsichtlich einer schnellen Unterbrechung eines Stromkreises beispielsweise bei einem Unfall als vorteilhaft erwiesen.
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Zur Auslösung der Treibladung und somit des Schutzschalterelements 6 ist das Schutzschalterelement 6 im Ausführungsbeispiel mittels eines elektronischen Schalters 8, beispielsweise einen (Bipolar-)Transistors schaltbar. Im Auslösefall schaltet der elektronische Schalter 8 das beispielsweise kollektorseitig angeschlossene Schutzschutzschalterelement 6 mit einem emitterseitig angeschlossenen Massepotential M kurz und löst somit die Treibladung aus.
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Das Versorgungsnetz 2 und damit die Schaltungsanordnung weist weiterhin eine Messanordnung 10 zur Messung einer Zustandsgröße des zumindest einen Versorgungszweiges 5 des Versorgungsnetzes 2 auf. Unter Zustandsgröße wird vorliegend insbesondere eine Betriebsspannung des zumindest einen Versorgungszweiges des Versorgungsnetzes 2 verstanden. Alternativ erfasst die Messanordnung 10 einen Betriebsstrom, welcher durch den zumindest einen Versorgungszweig des Versorgungsnetzes 2 fließt.
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Die Messanordnung 10 ist hierzu mittels einer Verbindungsleitung 12 parallel zum Schutzschalterelement 6 an die Versorgungsschiene 4 angeschlossen. Die Verbindungsleitung 10 weist im Ausführungsbeispiel einen ersten Strompfad 14a und einen zweiten Strompfad 14b auf. Hierbei wird vorliegend unter erstem Strompfad 14a ein Strompfad verstanden, über den ein Messstrom IM aus der Versorgungsschiene 4 in die Messanordnung 10 hinein fließt. Analog wird unter dem zweiten Strompfad 14b ein Strompfad verstanden, aus dem der Messstrom IM aus der Messanordnung 10 zurück in die Versorgungsschiene 4 fließt. Somit ist der erste Strompfad 14a „vor“ dem Schutzschalterelement 6 an die Versorgungsschiene 4 angeschlossen und der zweite Strompfad 14b ist „hinter“ dem Schutzschalterelement 6 an die Versorgungsschiene 4 angeschlossen.
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Aufgrund dessen, dass in einem elektrischen Fehlerfall und damit in einem Auslösefall des Schutzschalterelements 6 die Verbindungsleitung 12 und die daran angeschlossene Messanordnung 10 das Schutzschalterelement 6 „elektrisch Überbrücken“, weist die Verbindungsleitung 12 zumindest ein elektrisches Sicherungselement 16 auf. Im Ausführungsbeispiel weist die Verbindungsleitung 12 zwei elektrische Sicherungselemente 16 auf. Hierbei ist ein erstes elektrisches Sicherungselement 16 im ersten Strompfad 14a angeordnet und ein zweites elektrisches Sicherungselement 16 im zweiten Strompfad angeordnet. Das elektrische Sicherungselement 16 ist im Ausführungsbeispiel als eine Schmelzsicherung ausgebildet, was eine einfache und günstige Realisierung eines Sicherungselements gewährleistet.
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Weiterhin sind die elektrischen Sicherungselemente 16 im Ausführungsbeispiel jeweils mittels einem Schaltelement 18, bevorzugt einem elektronischen Schalter, beispielsweise einem (Bipolar-)Transistor ansteuerbar. Im Auslösefall steuern die Schaltelemente 18 die elektrischen Sicherungselemente 16 mittelbar an, indem diese gegen das Massepotential M kurzgeschlossen werden. Hierbei fällt eine gesamte Betriebsspannung über die Sicherungselemente 16 ab, wodurch ein elektrischer (Kurzschluss-)Strom durch die Sicherungselemente 16 fließt, welcher ein Schmelzen des innerhalb der Schmelzsicherung angeordneten Schmelzleiters zur Folge hat. Der Vorteil dieser Ausbildung ist, dass im Auslösefall eine galvanische Trennung der Verbindungsleitung erfolgt und somit die „elektrische Überbrückung“ des Schutzschalterelements 6 aufgehoben ist. Somit ist der zumindest eine Versorgungszweig des Versorgungsnetzes 2 stromfrei unterbrochen.
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Zur Ansteuerung des elektronischen Schalters 8 des Schutzschalterelements 6 und der Schaltelemente 18 der Sicherungselemente 16, weist der zumindest eine Versorgungszweig 5 des Versorgungsnetzes 2 eine Steuereinheit 20 auf. Die Ansteuerung der Schaltelemente 8,18 erfolgt im Ausführungsbeispiel mittels des Auslösesignals A. Dieses wird im Auslösefall von der Steuereinheit 20 generiert und an die Schaltelemente 8,18 übertragen. Mit anderen Worten: Die Messanordnung 10 erfasst beispielsweise eine aktuelle Betriebsspannung des zumindest einen Versorgungszweiges 5 des Versorgungsnetzes 2. Die aktuelle Betriebsspannung wird anschließend mit einem beispielsweise in Messanordnung 10 hinterlegten Spannungssollwert verglichen. Übersteigt die aktuelle Betriebsspannung den Spannungssollwert, so liegt ein elektrischer Fehlerfall vor und es erfolgt ein Datenaustausch zwischen der Messanordnung 10 und der Steuereinheit 20, sodass die Steuereinheit 20 das Auslösesignal generiert und zu den Sicherungselementen 16 und dem Schutzschalterelement 6 überträgt. Ein Datenaustausch zwischen der Messanordnung 10 und der Steuereinheit 20 erfolgt im Ausführungsbeispiel mittels einer Datenleitung 22. Alternativ ist der Spannungssollwert in der Steuereinheit 20 hinterlegt und die Messanordnung 10 dient lediglich einer Erfassung der aktuellen Betriebsspannung und einer Übermittlung dieser über die Datenleitung 22 an die Steuereinheit, welche anschließend die aktuelle Betriebsspannung mit dem hinterlegten Spannungssollwert vergleich.
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Bei dem Auslösesignal handelt es sich um ein Spannungs- oder Stromsignal, welches an die Schaltelemente 8,18 übertragen wird.
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Um auch nach einem Auslösefall kurzzeitig einen Schaltungszustand des Schutzschalterelements 6 mittels der Messanordnung 10 zu erfassen, weisen beispielswiese die Schaltelemente 18 der Sicherungselemente 16 eine langsamere Schaltzeit auf als das Schutzschalterelement 6. Somit lösen die Sicherungselemente 16 im Auslösefall später als das Schutzschalterelement 6 aus und die Messanordnung wird später von der Versorgungsschiene 4 galvanisch getrennt.
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Die im Ausführungsbeispiel angeordneten Schaltelemente 8,18 sowie das Schutzschalterelement 6 weisen jeweils unterschiedliche Schaltzeiten mit einem Wert im Bereich von beispielswiese 5ms bis 20ms auf.
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Alternativ oder ergänzend ist die Steuereinheit 20 derart ausgebildet, dass sie das Auslösesignal A zeitversetzt, insbesondere zeitverzögert, an die Schaltelemente 18 der Sicherungselemente 16 überträgt (in der Figur nicht dargestellt). Somit ist auch dann eine zeitverzögerte Auslösung der Sicherungselemente 16 erreicht.
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Durch die beschriebene Ausgestaltungen ist es erreicht, die Schaltelemente 8,18, die Steuereinheit 20 und / oder das Schutzschalterelement 6 hinsichtlich dem Auslösen in einem elektrischen Fehlerfall individuell auf ein zu schützendes Versorgungsnetz 2 anzupassen.
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Im Ausführungsbeispiel sind weiterhin noch Widerstandselemente 24 angeordnet, welche beispielsweise eine Strombegrenzung dienen. Die Widerstandselemente 24 sind jedoch für die wesentliche Funktion des Versorgungsnetzes nicht relevant und es deshalb an dieser Stelle auf eine detailliertere Beschreibung der Widerstandselemente 24 verzichtet.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Versorgungsnetz
- 4
- Versorgungsschiene
- 5
- Versorgungszweig
- 6
- steuerbares Schutzschalterelement
- 8
- elektronischer Schalter des Schutzschalterelements
- 10
- Messanordnung
- 12
- Verbindungsleitung
- 14a
- erster Strompfad
- 14b
- zweiter Strompfad
- 16
- elektrisches Sicherungselement
- 18
- Schaltelement
- 20
- Steuereinheit
- 22
- Datenleitung
- 24
- Widerstandselemente
- A
- Auslösesignal
- IM
- Messstrom
- M
- Massepotential
