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Der Gegenstand betrifft einen Hochstromwiderstand sowie eine Schaltungsanordnung mit einem Hochstromwiderstand. Der Gegenstand betrifft insbesondere einen Hochstromwiderstand in automotiven Anwendungen, insbesondere einen Hochstromwiderstand in einer Schaltungsanordnung zum Schalten eines Batteriestroms, insbesondere in einem Antriebsstrang eines Automobils.
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Elektrisch betriebene Fahrzeuge, sei es rein elektrisch, hybrid oder plug-in-hybrid, benötigen im elektrischen Antriebsstrang sehr hohe elektrische Leistungen. Diese werden über Energiespeicher, beispielsweise Lithium-Ionen-Akkus, zur Verfügung gestellt. Um ausreichend elektrische Energie am Antriebsstrang zur Verfügung zu stellen, fließen zwischen dem Energiespeicher und dem Motor hohe Ströme bei gleichzeitig hohen Spannungen.
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Aufgrund der geringen Innenwiderstände von elektrischen Energiespeichern, wie beispielsweise Lithium-Ionen-Speicher, kommt es im Fehlerfall, insbesondere bei einem Kurzschluss, zu extrem hohen Strömen, die aus Sicherheitsgründen zuverlässig schnell abgeschaltet werden müssen. Unterbrecher müssen daher in der Lage sein, den Energiespeicher vom Bordnetz zu trennen und insbesondere unter Last bei Strömen jenseits von 10kA zuverlässig schalten können. Dies ist insbesondere vor dem Hintergrund des begrenzten Bauraums in automotiven Anwendungen herausfordernd. Darüber hinaus muss die Schaltungsanordnung über einen großen Zeitraum ein sicheres Schaltverhalten aufweisen. Darüber hinaus muss die Anordnung mechanisch robust bei einem gleichzeitig geringen Gewicht sein.
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Die Veröffentlichung
DE 9111 719 U1 beschreibt einen Hochlastwiderstand, welcher gekühlt werden muss. Durch Kühlung liegen die Leiterbänder beabstandet voneinander in der Wicklung, so dass durch einen spiralförmigen Kanal Kühlflüssigkeit fließen kann.
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Die Veröffentlichung
DE 103 05 069 A1 beschreibt einen elektrischen Widerstand mit Wicklungen mit aneinander anliegenden Oberflächen.
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Die Veröffentlichung
DE 102 22 360 A1 betrifft einen Leitungs- und/oder Geräteschutzschalter. Der Schutzschalter weist ein Gehäuse auf. Ausgehend von der
DE 9111 719 U1 lag dem Gegenstand die Aufgabe zugrunde, einen Hochstromwiderstand zur Verfügung zu stellen, welcher eine hohe Stromtragfähigkeit bei gleichzeitig geringem Bauraum und einfach Herstellbarkeit bereitstellt.
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Ein solcher Hochstromwiderstand wird gegenständlich gemäß Anspruch 1 zur Verfügung gestellt.
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Die Verarbeitung von Blechen oder Bändern ist in automotiven Anwendungen seit einigen Jahren bekannt. Insbesondere die Verwendung von Blechen oder Bändern zu Herstellung von Batterieflachleitern, insbesondere aus Aluminiumwerkstoff oder Kupferwerkstoff ist hinlänglich bekannt. Zur Herstellung von Flachleitern werden Bleche oder Bänder von Coils abgewickelt und verarbeitet. Diese Verarbeitung bietet den Vorteil der hohen Verfügbarkeit des Rohmaterials bei gleichzeitig einfacher Handhabbarkeit in der Massenherstellung. Gegenständlich nun erkannt worden, dass ein Hochstromwiderstand ebenfalls aus einem Band hergestellt werden kann. Wenn nachfolgend von Band die Rede ist, so ist damit natürlich auch ein Blech gemeint, insbesondere ein metallisches Flachteil, welches eine größere Längenerstreckung als Breitenerstreckung hat. Insbesondere kann ein Band von einem Coil abgewickelt und anschließend unmittelbar verarbeitet werden. Das Band kann auch in einem Extrusionsprozess aus zumindest einem Rundleiter hergestellt werden. Dabei wird der Werkstoff plastisch zu einem Flachband verformt und anschließend zum Hochstromwiderstand weiter verarbeitet.
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Ein Hochstromwiderstand ist aus einem metallischen Band mit zwei stirnseitigen Enden, einer Oberseite, einer Unterseite und zwei Seitenwänden gebildet. Die Ober- und die Unterseite verlaufen in Ebenen parallel zur Ebene, die durch die Längserstreckung und die Breitenerstreckung des Bandes aufgespannt ist. Die Seitenwände verlaufen parallel zu einer Ebene, die durch die Längserstreckung und die Höhenerstreckung des Bandes aufgespannt ist. Die Stirnseiten können senkrecht zur Oberseite und den Seitenwänden oder schräg hierzu verlaufen. Das Band kann als Parallelepiped, insbesondere als Quader gebildet sein.
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Für die Herstellung des Hochstromwiderstands wird vorgeschlagen, das Band zu wickeln. Um Kurzschlüsse innerhalb der Wicklung zu vermeiden, wird vorgeschlagen, dass das Band zumindest auf seiner Oberseite und seiner Unterseite mit einer Isolationsschicht beschichtet ist. Die Isolationsschicht kann insbesondere in einem Extrusionsprozess, einem Pulverbeschichtungsprozess, einem Spritzbeschichtungsprozess oder dergleichen aufgebracht werden.
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Um eine ausreichende Längenausdehnung zu ermöglichen, mit der der gewünschte elektrische Widerstand zwischen den beiden stirnseitigen Enden durch das Band zur Verfügung gestellt werden kann, wird vorgeschlagen, dass das Band ausgehend von einem Mittenbereich hin zu seinen stirnseitigen Enden gewickelt ist. Bei dieser Wicklung wird das Band in der Mitte gespannt und unter Beachtung der materialspezifischen Biegeradien zu einem Wickel aufgerollt.
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Das Band kann in seinem Mittenbereich mit seiner Oberseite an einen ersten Dorn angelegt werden und mit seiner Unterseite an einen zweiten Dorn. Insbesondere sind die Dorne voneinander beabstandet und der Mittelpunkt zwischen den Dornen ist insbesondere die Mitte des Bandes. Anschließend werden die Dorne gegeneinander rotiert, insbesondere um den Mittelpunkt zwischen den Dornen, sodass das Band ausgehend von dem Mittenbereich um die Dorne gewickelt wird.
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Dabei werden die stirnseitigen Enden in Drehrichtung der Dorne gelagert und das Band wird von seinen stirnseitigen Enden in Richtung der Dorne transportiert. Durch die Lagerung in Drehrichtung wickelt sich das Band bzw. die beiden stirnseitigen Enden um die Dorne. Nach dem Wickelprozess ist das Band ausgehend von seinem Mittenbereich hin zu den stirnseitigen Enden gewickelt.
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Ausgehend von dem Mittenbereich hin zu einem ersten stirnseitigen Ende ist ein erster Abschnitt des Bandes gebildet und ausgehend von dem Mittenbereich hin zu einem zweiten stirnseitigen Ende ist ein zweiter Abschnitt des Bandes gebildet. Beim Wickeln werden die beiden Abschnitte übereinander gelegt und das Band wird so gewickelt.
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Die Oberseite des ersten Abschnittes des Bandes ist auf die Oberseite des zweiten Abschnitts des Bandes gelegt und das so gefaltete Band wird ausgehend von seinem Mittenbereich hin zu den stirnseitigen Enden gewickelt. Hierbei kann die durch das Falten gebildete Schlaufe des Bandes um einen ersten Dorn gelegt werden und eine Außenseite des gefalteten Bandes kann an einen zweiten Dorn angelegt werden. Anschließend werden die Dorne gegeneinander rotiert, insbesondere um den Mittelpunkt zwischen den Dornen. Die stirnseitigen Enden werden relativ zur Drehrichtung gelagert, so dass durch die Rotation eine Wicklung des Bandes um die Dorne entsteht.
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Die beiden Abschnitte teilen das Band in zwei Bereiche auf, wobei die Abschnitte nicht zwingend gleich lang sein müssen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Wicklung derart ist, dass in einem bestromten Zustand der zwischen den stirnseitigen Enden fließende Strom im Bereich der Wicklung an einander anliegenden Abschnitten des Bandes gegenläufig ist. Durch das Falten des Bandes und das Aufeinanderlegen der beiden Abschnitte wird gewährleistet, dass der Strom an einander anliegenden Abschnitten des Bandes gegenläufig ist. Wird der Hochstromwiderstand bestromt, wenn also eine Spannung an den beiden stirnseitigen Enden angelegt wird, fließt ein Strom von einem ersten stirnseitigen Ende zu einem zweiten stirnseitigen Ende. Die Stromflussrichtung ist durch das Wickeln derart, dass jeweils zwei aneinander anliegende Abschnitte des Bandes gegenläufige Stromrichtungen haben. Die Wicklung ist schichtweise so, dass abwechselnd der erste und der zweite Abschnitt ausgehend vom Mittelpunkt der Wicklung einander folgen. Durch die gegenläufige Stromrichtung wird die Induktivität des Widerstands gering gehalten.
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Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein plötzlich auftretender Strom auch tatsächlich durch den Hochstromwiderstand fließen kann, da dessen Induktivität ausreichend gering ist. Durch möglichst enges Anliegen der Bänder zueinander und enges Wickeln wird die Induktivität des Hochstromwiderstands gering gehalten, was Vorteile für die Anwendung des gegenständlichen Hochstromwiderstands hat. Durch seine geringe Induktivität ist er in der Lage, Stromspitzen schnell aufnehmen zu können.
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Um die Herstellung des Hochstromwiderstands zu vereinfachen, sind die Seitenwände frei von der Isolationsschicht. Somit kann eine Isolation vor einem Durchtrennen eines Bleches in einzelne Bänder, aus denen der Widerstand gewickelt wird, aufgebracht werden.
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Im Bereich der Wicklung liegt jeweils die Oberseite des ersten Abschnitts auf der Oberseite des zweiten Abschnitts und die Unterseite des ersten Abschnitts auf der Unterseite des zweiten Abschnitts aneinander an. Die Oberflächen berühren sich. Durch die Isolationsschicht ist ein elektrischer Durchschlag verhindert.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass ausgehend von dem Mittenbereich hin zu den stirnseitigen Enden die beiden Abschnitte gleich lang sind. Dies gewährleistet, dass die Wicklung über möglichst die gesamte Länge des Bandes ermöglicht ist und am Ende der Wicklung die beiden stirnseitigen Enden aus der Wicklung heraus geführt sein können und dort kontaktiert sein können.
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Die stirnseitigen Enden sind gemäß einem Ausführungsbeispiel bevorzugt frei von der Isolationsschicht. Insbesondere sind die stirnseitigen Enden bzw. die Bereiche der stirnseitigen Enden als elektrische Anschlussteile gebildet. Hierbei können die Bereiche der stirnseitigen Enden als Anschlussfahnen, Crimpkontakte, mit einem Anschlussbolzen versehen oder dergleichen ausgebildet sein. Insbesondere können die stirnseitigen Enden bimetallisch beschichtet sein, insbesondere mit Kupfer und/oder Aluminium beschichtet sein. Dabei kann an den stirnseitigen Enden eine Beschichtung mittels diverser Beschichtungsverfahren, beispielsweise Walzplattieren, Schweißen, Reibbeschichten oder dergleichen aufgebracht werden. Die als Anschlussteile gebildeten stirnseitigen Enden werden anschließend mit elektrischen Leitern, beispielsweise Flachleitern verbunden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass das Band im Bereich der stirnseitigen Enden um eine Achse parallel zur Flächennormale der Oberseite und/oder der Unterseite gebogen ist. In einer Draufsicht auf die Oberseite ist es somit möglich, dass die stirnseitigen Enden aus der Wicklungsebene heraus gebogen sind. Dabei können die stirnseitigen Enden in die gleiche oder in entgegengesetzte Richtungen gebogen sein.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die beiden Abschnitte im Bereich der stirnseitigen Enden voneinander getrennt sind, so dass die Längsachse des Bandes in dem ersten Abschnitt antiparallel zu der Längsachse des Bandes in dem zweiten Abschnitt ist. Dies kann beispielsweise dadurch gewährleistet werden, dass das Band im Bereich eines ersten stirnseitigen Endes entgegen der Wicklungsrichtung gebogen wird und das Band im Bereich des zweiten stirnseitigen Endes teilweise, insbesondere eine Viertel Drehung in Drehrichtung weiter gewickelt ist. Dann weisen die beiden stirnseitigen Enden in entgegengesetzte Richtungen, was anwendungsbezogen vorteilhaft sein kann.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass das Band aus einem Widerstandsmaterial gebildet ist. Widerstandsmaterialien können beispielsweise Edelstahl, Manganin oder andere metallische Legierungen sein. Das Widerstandsmaterial hat insbesondere einen spezifischen Widerstand größer 0,1Ωmm2/m, bevorzugt größer 0,2Ωmm2/m. Ein 100mΩ-Widerstand kann so beispielsweise durch ein Band von 2,5m Länge und 9 Wicklungen gebildet werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass das Band einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt aufweist. Die Oberseite und/oder die Unterseite haben dabei insbesondere eine Breite von mehr als 1cm, bevorzugt zwischen 3cm und 5cm. Die Seitenwände haben insbesondere eine Höhe von mehr als 0,2mm, bevorzugt zwischen 0,4mm und 1,5mm. Die genannten Abmessungen ermöglichen einen Hochstromwiderstand mit einer Stromtragfähigkeit mit mehr als 10kA, bevorzugt mehr als 20kA. Solch hohe Ströme sind in automotiven Anwendungen, insbesondere im Bereich der elektrischen Antriebe, durchaus denkbar, da durch die geringen Innenwiderstände der Akkumulatoren im Kurzschlussfall extrem hohe Ströme fließen können.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Hochstromwiderstand in einem ersten Zweig mit einem ersten Unterbrecher angeordnet ist und ein zweiter Zweig elektrisch parallel zu dem ersten Zweig geschaltet ist. In dem zweiten Zweig ist ebenfalls ein Unterbrecher angeordnet. Ein Unterbrecher kann ein elektrischer Öffner sein, mit dem eine elektrische Verbindung unterbrochen werden kann. Die Schaltungsanordnung ist derart, dass der erste Unterbrecher und der zweite Unterbrecher mechanisch verkoppelt sind, sodass nach der Aktivierung, das heißt beim Unterbrechen, zunächst der erste Unterbrecher den ersten Zweig auftrennt. Geschieht dies unter Last, wird bei hohen Strömen insbesondere im Bereich von Strömen >lkA ein Lichtbogen entstehen. Diesen zu löschen stellt erhebliche technische Probleme dar.
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Mit Hilfe des gegenständlichen Hochstromwiderstands, welcher in einem zweiten Zweig parallel zu dem ersten Zweig angeordnet ist, kann ein Unterbrechen vereinfacht durchgeführt werden. Bei dem Unterbrechen des ersten Zweiges kommutiert der Strom auf den zweiten Zweig und fließt dort über den Hochstromwiderstand. Der Hochstromwiderstand hat bevorzugt einen Widerstand im Bereich von einigen mΩ.
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Der Hochstromwiderstand reduziert den über den zweiten Zweig fließenden Strom auf 10% des auf dem ersten Zweig unterbrochenen Stroms. Dieser Bruchteil kann dann einfacher durch den zweiten Unterbrecher in dem zweiten Zweig aufgetrennt werden.
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Da der kommutierte Strom nur ein Bruchteil des zunächst geschalteten Stromes ist, ist die Gefahr eines Lichtbogens geringer und das Löschen eines solchen Lichtbogens erheblich einfacher. Die Unterbrecher sind insbesondere mechanische Unterbrecher, die ein mechanisches Auftrennen von Hochstromleitern in dem ersten und dem zweiten Zweig bewirken. Insbesondere sind die Unterbrecher für ein irreversibles Unterbrechen gebildet.
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Nachfolgend wird der Gegenstand anhand einer Ausführungsbeispiele zeigenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- 1a eine Seitenansicht eines gewickelten Hochstromwiderstand gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 1b eine Draufsicht auf einen Hochstromwiderstand gemäß 1a mit angeschlossenen Leitungen;
- 2a eine Seitenansicht eines Hochstromwiderstands gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2b eine Draufsicht auf den Hochstromwiderstand gemäß 2a;
- 3 ein Querschnitt durch das gewickelte Band des Hochstromwiderstands;
- 4a, b Ansichten von stirnseitigen Enden des Hochstromwiderstands;
- 5a-c Schritte zur Herstellung eines Hochstromwiderstands gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 6a, b ein Ausführungsbeispiel zur Herstellung eines Hochstromwiderstands;
- 7a, b ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Herstellung eines Hochstromwiderstands;
- 8a-c eine Schaltungsanordnung mit einem Hochstromwiderstand.
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Der gegenständliche Hochstromwiderstand 2 wird durch ein Band 6 hergestellt, welches ausgehend von seiner Mitte hin zu seinen stirnseitigen Enden 6a, 6b gewickelt wird. Hierbei wird das Widerstandsmaterial in der Mitte des Bandes 6 eingespannt und unter Berücksichtigung der materialspezifischen minimalen Biegeradien aufgerollt. Ein solches Aufrollen ist in der 1a gezeigt.
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In einem Mittenbereich 4 des Bandes 6 wird das Band 6 um zwei Umlenkmittel 8, die als Dorn, Umlenkrolle, Umlenkstange, Stange oder dergleichen gebildet sein können, gelegt. Anschließend wird das so eingespannte Band 6 durch die Umlenkmittel 8 aufgewickelt, und zwar ausgehend von dem Mittenbereich 4 hin zu den stirnseitigen Enden 6a, 6b des Bandes 6.
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Das Band 6 kann dabei vereinzelt oder als Endlosmaterial zur Verfügung gestellt werden. Wird es vereinzelt zur Verfügung gestellt, werden die beiden Enden 6a, 6b fixiert, wird es als Endlosmaterial zur Verfügung gestellt, werden die beiden Enden 6a, 6b ebenfalls fixiert, wobei dann aber ein Ablängen nach dem Aufwickeln erfolgt.
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In der 1a ist zu erkennen, dass das Band 6 schneckenförmig aufgewickelt ist und jeweils die Oberseiten 6' aneinander anliegen, sowie die Unterseiten 6". Das bedeutet, dass in der Wicklung eine Abfolge von Oberseite 6', Unterseite 6", Unterseite 6", Oberseite 6', Oberseite 6', Unterseite 6" und so weiter entsteht. In einem bestromten Zustand des Widerstands 2 fließt ein Strom von einem stirnseitigen Ende 6a zu dem anderen stirnseitigen Ende 6b. Die Stromflussrichtung ist beispielhaft durch einen Pfeil 10 dargestellt. Zu erkennen ist, dass in zwei unmittelbar aneinander anliegenden Abschnitten des Bandes 6 die Stromflussrichtungen gegenläufig sind. Dies führt dazu, dass der Widerstand 2 eine geringe Induktivität aufweist und somit auch hochtransiente Ströme aufnehmen kann.
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In der 1a ist weiter zu erkennen, dass die stirnseitigen Enden 6a, b in entgegen gesetzte Richtungen weisen.
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In der Draufsicht auf den Hochstromwiderstand 2 gemäß 1b ist die Ausrichtung der Enden 6a, b zueinander zu erkennen. Der Widerstand 2 ist um die Achse 12 gewickelt. Die stirnseitigen Enden 6a, 6b sind in entgegen gesetzte Richtungen ausgerichtet. An den stirnseitigen Enden 6a, b können Leiter 14a, b angeschlossen sein. Beispielhaft ist hier an dem stirnseitigen Ende 6b ein Litzenleiter 14b angelötet und an dem stirnseitigen Ende 6a ist ein Flachleiter 14a angeschweißt. Die Art der Verbindung an den stirnseitigen Enden 6a, b ist variabel. Die stirnseitigen Enden 6a, b können verschieden gestaltet sein, wie nachfolgend in den 4a, b gezeigt werden wird.
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2a zeigt einen Widerstand 2, der ähnlich zu dem Widerstand 2 gemäß 1a aufgebaut ist. Im Unterschied zu der 1a ist bei dem Widerstand 2 gemäß 2a die Abgangsrichtung der stirnseitigen Enden 6a, b gleichgerichtet. Das heißt, dass die stirnseitigen Enden 6a, b auf einer gleichen Seite ausgehend von der Achse 12 enden.
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2b zeigt, dass es beispielsweise möglich ist, dass die stirnseitigen Enden 6a, b um eine Achse, die parallel zu einer Flächennormalen 16 auf dem Band 6 verläuft, gebogen sein können. Die stirnseitigen Enden 6a, b weisen in unterschiedliche Richtungen, liegen jedoch auf einer gleichen Seite ausgehend von der Achse 12.
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3 zeigt ein Band 6 in einem Querschnitt. Das Band 6 ist aus einem Widerstandsmaterial 18 und einem darauf aufgebrachtem Isolationsmaterial 20 gebildet. Zu erkennen ist, dass das Band 6 eine Oberseite 6' sowie eine Unterseite 6'' aufweist. Oberseite 6' und Unterseite 6'' verlaufen bevorzugt parallel zu einander. Ferner weist das Band 6 Seitenwände 6''' auf, die bevorzugt senkrecht zur Oberseite 6' und/oder Unterseite 6'' und ferner bevorzugt parallel zueinander verlaufen. Somit hat das Band 6 einen rechteckigen Querschnitt, kann jedoch auch einen quadratischen, ovalen oder sonstigen Querschnitt aufweisen.
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Auf der Oberseite 6' und der Unterseite 6'' ist das Isolationsmaterial 20 aufgebracht. Die Seitenwände 6''' sind frei von dem Isolationsmaterial 20.
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Im gewickelten Zustand liegen die Oberseiten 6' und die Unterseiten 6'' aneinander an, wobei ein elektrischer Kurzschluss durch das dazwischen angeordnete Isolationsmaterial 20 verhindert ist. Da sich die Seitenwände 6''' im gewickelten Zustand nicht berühren, können diese frei von dem Isolationsmaterial bleiben, um einen guten Wärmeabtransport zu gewährleisten.
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Die 4a, b zeigen Ansichten von stirnseitigen Enden 6a, b. Zu erkennen ist, dass im Bereich der stirnseitigen Enden 6a, b das Isolationsmaterial 20 entfernt ist und das Widerstandsmaterial 18 freiliegt. Auf der Oberseite 6' und/oder der Unterseite 6'' kann ein Anschlussmittel, beispielsweise eine durchgehende Bohrung, wie in 4a gezeigt oder ein Bolzen, wie in 4b gezeigt, aufgebracht seien. Auch ist es möglich, dass die Oberseite 6' oder die Unterseite 6' metallisch beschichtet ist, um insbesondere einen sortenreinen Übergang zu einem Leiter 14a, b zu gewährleisten.
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Die 5a-c zeigen einen möglichen Ablauf eines Herstellungsverfahrens.
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Zunächst wird wie in der 5a gezeigt, ein Band 6 zur Verfügung gestellt. Dieses Band 6 ist aus Widerstandsmaterial 18 und Isolationsmaterial 20 gebildet. Das Band 6 wird um ein Umlenkmittel 8 gelegt, so dass die Unterseiten 6'' im Bereich der stirnseitigen Enden 6a, b aufeinander liegen, wie in 5b zu erkennen ist.
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Anschließend wird, wie in der 5c gezeigt, ein Anschlag 22 vorgesehen, gegen den die stirnseitigen Enden 6a, b gedrückt werden können. Mit einem Wickelmittel 24, welches in der Art des Umlenkmittels 8 gebildet sein kann, wird das Band 6 um das Umlenkmittel 8 in Richtung 26 gewickelt. Dabei wird gleichzeitig das Band 6 in Vorschubrichtung 28 nachgeführt. Nach einer oder mehreren vollständigen Umdrehungen des Wickelmittels 24 im Wickelrichtung 26 um das Umlenkmittel 8 ist ein Widerstand, wie in der 1a gezeigt ist, gebildet.
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Die 6a und 6b zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem das Band 6 zwischen zwei Wickelmittel 24 eingefädelt wird und anschließend die Wickelmittel 24 in Wickelrichtung 26 gegeneinander rotieren. Gleichzeitig wird das Band 6 an den Anschlägen 22 gehalten. 6b zeigt den Widerstand 2, bei dem die Wickelmittel 24 eine vollständige Umdrehung durchgeführt haben.
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Auch ist es möglich, dass, wie in 7a gezeigt, die Wickelmittel 24 um einen gemeinsamen Mittelpunkt 24a in Wickelrichtung 26 gedreht werden. Auch hier entsteht ein Widerstand 2, wie in 7b angedeutet. Der Widerstand 2 wird vorzugsweise in einer Schaltungsanordnung wie sie in den 8a-c gezeigt ist eingesetzt.
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Eine solche Schaltungsanordnung ist in der Regel zwischen einer Bordnetzbatterie 30 und einem oder mehreren Verbrauchern 32 innerhalb des Bordnetzes angeordnet. Die Bordnetzbatterie 30 ist insbesondere eine Hochleistungsbatterie, insbesondere für das Betreiben eines elektrischen Antriebs. Der Verbraucher 32 kann dabei beispielsweise ein Elektromotor sein.
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Die Schaltungsanordnung hat zwei parallel zu einander geschaltete Zweige 34a, 34b. In jedem dieser Zweige ist ein Unterbrecher 36a, 36b vorgesehen. Die Unterbrecher 36a, 36b sind mechanisch verkoppelt, wie durch die gestrichelte Linie 38 angedeutet ist.
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Im Normalbetriebsfall sind beide Unterbrecher 36a, b geschlossen und die Hauptstromflussrichtung ist über den Zweig 34b, da diese den Widerstand 2 kurzschließt.
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Im Betriebsfall, das heißt unter Last, fließen bereits hohe Ströme, die noch größer werden, wenn auf Seiten des Verbrauchers 32 ein elektrischer Kurzschluss entsteht und so die Batterie 30 über den Verbraucher 32 kurzgeschlossen ist. In einem solchen Fall fließen bei Batterien, die für Antriebsstränge genutzt werden, extrem hohe Ströme, die 10kA und mehr überschreiten können.
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Im Fehlerfall, das heißt beispielsweise bei einem Unfall, muss dieser Strom möglichst sicher und schnell getrennt werden. Beim Schalten unter Last bei solch hohen Strömen ist jedoch ein Lichtbogen nicht zu verhindern.
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Gegenständlich wird nun vorgeschlagen, dass in einem Fehlerfall, beispielsweise pyrotechnisch angetrieben, zunächst der erste Unterbrecher 36b den Zweig 34b unterbricht. Durch den elektrisch parallelen Zweig 34a kommt es dazu, dass der Strom vom Zweig 34b auf den Zweig 34a kommutiert. Ein Lichtbogen wird verhindert, da ein Strompfad mit einem geringeren Widerstand als dem des entstehenden Luftspalt gegeben ist. Der Strom fließt somit über den Zweig 34a, mithin den Widerstand 2.
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Der Widerstand 2 ist so dimensioniert, dass er einerseits eine extrem hohe Stromtragfähigkeit hat und andererseits den Strom soweit reduziert, dass in einem zeitlich nachgelagerten, durch die mechanische Kopplung bedingtes Öffnen des Unterbrechers 36a, wie in der 8c gezeigt ist, kein Lichtbogen brennt oder der entstehende Lichtbogen leicht gelöscht werden kann. Das heißt, dass in der Schaltungsanordnung mit dem gegenständlichen Widerstand 2 ein kaskadiertes Schalten einer Parallelschaltung durch eine mechanische Kopplung zweier Unterbrecher 36a, b durchgeführt wird.
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In dem zweiten Zweig 34a ist der Widerstand 2 angeordnet, der den kommutierten Strom reduziert, so dass für den zweiten Unterbrecher 36a geringere Schaltanforderungen bestehen und insbesondere ein Schalten unter Last unter Vermeidung eines Lichtbogens ermöglicht ist.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Hochstromwiderstand
- 4
- Mittenbereich
- 6
- Band
- 6a, b
- stirnseitige Enden
- 6''
- Unterseite
- 6'''
- Seitenwände
- 8
- Umlenkmittel
- 10
- Pfeil
- 12
- Achse
- 14a, b
- Leiter
- 16
- Flächennormale
- 18
- Widerstandsmaterial
- 20
- Isolationsschicht
- 22
- Anschlag
- 24
- Wickelmittel
- 26
- Wickelrichtung
- 28
- Vorschubrichtung
- 30
- Bordnetzbatterie
- 32
- Verbraucher
- 34a, b
- Zweig
- 36a, b
- Unterbrecher
