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Die Erfindung betrifft eine elektrische Leitung, die eingerichtet ist, automatisch den Auswirkungen eines Leitungsbruchs entgegenzuwirken.
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Ein Fahrzeug weist elektrische Leitungen auf, die während des Betriebs des Fahrzeugs mechanisch belastet werden. Beispielsweise kann eine an einer Tür oder einer Klappe angeordnete elektrische Leitung durch das wiederholte Öffnen und Schließen der Tür bzw. Klappe mechanisch belastet werden. Die mechanische Belastung einer elektrischen Leitung kann zu einem (Teil-) Leitungsbruch führen. Die Funktionalität eines Fahrzeugs kann durch einen derartigen Leitungsbruch beeinträchtigt werden, was zu erhöhten Wartungskosten und/oder zu einer reduzierten Verfügbarkeit des Fahrzeugs führt.
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Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, eine elektrische Leitung bereitzustellen, die ausgebildet ist, automatisch den Auswirkungen eines (Teil-) Leitungsbruchs entgegenzuwirken (z.B. um die Verfügbarkeit eines Systems, etwa eines Fahrzeugs, zu erhöhen).
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Die Aufgabe wird durch den unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
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Gemäß einem Aspekt wird eine elektrische Leitung beschrieben. Die Leitung kann z.B. eingerichtet sein, elektrischen Strom zu einem elektrischen Verbraucher in einem System (z.B. in einem Fahrzeug) zu übertragen. Die elektrische Leitung umfasst zumindest einen durchgängigen elektrischen Leiter (z.B. zumindest einen Einzeldraht). Typischerweise umfasst die elektrische Leitung eine Vielzahl von elektrischen Leitern, die z.B. miteinander verdrillt sein können. Beispielsweise kann die Vielzahl von elektrischen Leitern eine Litze bilden. Der zumindest eine elektrische Leiter weist bevorzugt keine dedizierte Isolierschicht (d.h. keine Isolierschicht allein für den Leiter) auf.
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Des Weiteren umfasst die elektrische Leitung zumindest eine leiterförmige Kompensationseinheit, die entlang des zumindest einen elektrischen Leiters verläuft. Insbesondere kann die leiterförmige Kompensationseinheit den zumindest einen elektrischen Leiter entlang eines Großteils (z.B. 80%, 90%, 95% oder mehr) der Länge der elektrischen Leitung berühren.
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Die Kompensationseinheit kann ausgebildet sein, sich in Reaktion auf eine lokale Erwärmung an einer Problemstelle (z.B. an einer Bruchstelle) des elektrischen Leiters, an dem der elektrische Leiter einen lokal erhöhten elektrischen Widerstand aufweist, zu verändern, um dem lokal erhöhten elektrischen Widerstand des elektrischen Leiters entgegenzuwirken. Insbesondere kann durch eine thermisch bewirkte Veränderung der Kompensationseinheit die lokale Erhöhung des elektrischen Widerstands des elektrischen Leiters an der Problemstelle zumindest teilweise (und ggf. vollständig) kompensiert werden. Die Kompensationseinheit kann dabei derart ausgebildet sein, dass die teilweise Kompensation des lokal erhöhten elektrischen Widerstands an jeder beliebigen Problemstelle entlang des elektrischen Leiters erfolgen kann (oder zumindest an 50%, 70%, 80%, 90% oder mehr der möglichen Stellen entlang des elektrischen Leiters).
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Es wird somit eine elektrische Leitung beschrieben, die eine Kompensationseinheit aufweist, die sich entlang des zumindest einen elektrischen Leiters der elektrischen Leitung erstreckt und durch die in automatischer Weise der durch einen (Teil-) Bruch des elektrischen Leiters bewirkte lokal erhöhte elektrische Widerstand kompensiert werden kann. Insbesondere kann durch die in einem Bereich um den (Teil-) Bruch bewirkten Temperaturerhöhung des elektrischen Leiters und der daran angrenzenden Kompensationseinheit in automatischer Weise eine Veränderung der Kompensationseinheit bewirkt werden, durch die eine teilweise Kompensation des lokal erhöhten elektrischen Widerstands an der Problemstelle bewirkt wird. So kann in effizienter Weise die Verfügbarkeit eines Systems mit der beschriebenen elektrischen Leitung erhöht werden.
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Die leiterförmige Kompensationseinheit kann eine elektrisch leitfähige Komponente umfassen. Des Weiteren kann die Kompensationseinheit zumindest ein elastisches Segment umfassen, das ausgebildet ist, sich in Reaktion auf eine lokale Erwärmung auszudehnen oder zusammenzuziehen, so dass die elektrisch leitfähige Komponente durch das elastische Segment zu der Problemstelle hin bewegt wird, um den elektrischen Leiter an der Problemstelle zu verstärken, insbesondere um einen (Teil-) Bruch des elektrischen Leiters an der Problemstelle zu überbrücken. Das elastische Segment kann sich insbesondere entlang einer Längsrichtung und/oder entlang einer radialen Richtung der Kompensationseinheit ausdehnen oder zusammenziehen. Das elastische Segment kann z.B. einen Kunststoff umfassen. Des Weiteren ist das elastische Segment typischerweise selbst nicht elektrisch leitfähig. Durch die Verwendung zumindest eines elastischen Segments, das ausgebildet ist, sich bei Temperaturerhöhung auszudehnen bzw. zusammenzuziehen, kann in zuverlässiger Weise eine Veränderung der leiterförmigen Kompensationseinheit zur Kompensation des lokal erhöhten elektrischen Widerstands bewirkt werden.
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Die elektrisch leitfähige Komponente kann ein elektrisch leitfähiges Segment (z.B. einen leitfähigen Stift) umfassen. Ein elastisches Segment der Kompensationseinheit kann ausgebildet sein, das elektrisch leitfähige Segment in Reaktion auf eine lokale Erwärmung zu der Problemstelle hin zu drücken oder zu ziehen. So kann in zuverlässiger Weise eine lokale Überbrückung eines (Teil-) Bruchs des zumindest einen elektrischen Leiters bewirkt werden.
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Insbesondere kann die Kompensationseinheit eine Vielzahl von elastischen Segmenten und eine Vielzahl von elektrisch leitfähigen Segmenten umfassen, die abwechselnd entlang der Längsrichtung der Kompensationseinheit aneinandergereiht sind. Durch die Bereitstellung einer Sequenz von abwechselnden elastischen Segmenten und elektrisch leitfähigen Segmenten entlang der Längsrichtung der Kompensationseinheit bzw. entlang der Längsrichtung des elektrischen Leiters kann eine zuverlässige Kompensation von Problemstellen entlang der gesamten elektrischen Leitung bewirkt werden.
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Ein elastisches Segment und/oder ein elektrisch leitfähiges Segment können z.B. eine Länge (in Längsrichtung der Kompensationseinheit) von 10cm, 5cm, 1cm oder weniger aufweisen. Des Weiteren kann ein elastisches Segment und/oder ein elektrisch leitfähiges Segment einen dem Durchmesser des elektrischen Leiters entsprechenden Durchmesser aufweisen (z.B. von 10mm, 5mm, 2mm, 1mm, 0,5mm oder weniger). Die elektrische Leitung kann eine Länge von 50cm, 100cm oder mehr aufweisen. Des Weiteren kann die elektrische Leitung einen Durchmesser von 10mm, 5mm, 2mm, 1mm oder weniger aufweisen.
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Ein erstes elastisches Segment der Kompensationseinheit kann ausgebildet sein, sich in Reaktion auf eine lokale Erwärmung entlang der Längsrichtung der Kompensationseinheit auszudehnen. Das erste elastische Segment und ein direkt benachbartes elektrisch leitfähiges Segment können dabei durch einen Hohlraum voneinander beabstandet sein, wenn keine lokale Erwärmung vorliegt. Andererseits kann der Hohlraum durch Ausdehnung des ersten elastischen Segments geschlossen werden, so dass das erste elastische Segment das elektrisch leitfähige Segment entlang der Längsrichtung der Kompensationseinheit verschieben kann. Durch die Bereitstellung von Hohlräumen zwischen den elastischen Segmenten und den elektrisch leitfähigen Segmenten kann eine zuverlässige lokalisierte Verschiebung eines einzelnen elektrisch leitfähigen Segments ermöglicht werden. Es wird somit eine zuverlässige Kompensation eines lokal erhöhten elektrischen Widerstands ermöglicht.
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Alternativ oder ergänzend kann ein zweites elastisches Segment der Kompensationseinheit ausgebildet sein, sich in Reaktion auf eine lokale Erwärmung entlang der Längsrichtung der Kompensationseinheit zusammenzuziehen. Dabei können sich das zweite elastische Segment und ein direkt benachbartes elektrisch leitfähiges Segment berühren, wenn keine lokale Erwärmung vorliegt. Des Weiteren können das zweite elastische Segment und das direkt benachbarte elektrisch leitfähige Segment ggf. fest miteinander verbunden sein. Durch ein oder mehrerer dieser Maßnahmen kann in zuverlässiger Weise bewirkt werden, dass das elektrisch leitfähige Segment von dem zweiten elastischen Segment gezogen wird, um das elektrisch leitfähige Segment (zu der Problemstelle hin) zu bewegen und um dadurch eine Kompensation eines lokal erhöhten elektrischen Widerstands zu bewirken.
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Die elektrisch leitfähige Komponente kann eine leitfähige Schicht umfassen, die das zumindest eine elastische Segment zumindest teilweise (bevorzugt vollständig) umschließt, so dass die Kompensationseinheit den zumindest einen durchgängigen elektrischen Leiter über die leitfähige Schicht bzw. mittels der leitfähigen Schicht berührt. Dabei kann die leitfähige Schicht dehnbar ausgebildet sein. Beispielsweise kann die leitfähige Schicht ein Netz aus Leiterdrähten und/oder Leiterbahnen umfassen. Alternativ oder ergänzend kann die leitfähige Schicht eine elektrisch leitende Beschichtung des elastischen Segments umfassen. Durch die Bereitstellung einer leitfähigen Schicht kann in besonders zuverlässiger Weise eine Kompensation eines lokal erhöhten elektrischen Widerstands des zumindest einen elektrischen Leiters bewirkt werden.
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Das zumindest eine elastische Segment kann ausgebildet sein, die leitfähige Schicht in Reaktion auf eine lokale Erwärmung in radialer Richtung und/oder in Längsrichtung der Kompensationseinheit auszudehnen, um die leitfähige Schicht in eine ausgedehnte Stellung zu der Problemstelle zu bewegen. Des Weiteren kann die leitfähige Schicht ausgebildet sein, auch nach Beendigung der lokalen Erwärmung in der ausgedehnten Stellung zu verbleiben (z.B. wie ein Stent). So kann sichergestellt werden, dass auch nach der Kompensation eines lokal erhöhten elektrischen Widerstands (und dem damit verbundenen Absinken der Temperatur) die Kompensationsmaßnahme erhalten bleibt.
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Alternativ oder ergänzend kann die zumindest eine leiterförmige Kompensationseinheit zumindest ein elektrisch leitendes Schmelzsegment umfassen, das ausgebildet ist, in Reaktion auf eine lokale Erwärmung an dem Schmelzsegment zu schmelzen. Das zumindest eine elektrisch leitende Schmelzsegment kann ein elektrisch leitendes Material mit einer Schmelztemperatur von 250°C, 200°C, 150°C, 100°C oder weniger aufweisen. Beispielsweise kann das zumindest eine elektrisch leitende Schmelzsegment Lötzinn umfassen. Durch die Bereitstellung eines Schmelzsegments kann ein lokal erhöhter elektrischer Widerstand des zumindest einen elektrischen Leiters in besonders zuverlässiger Weise kompensiert werden.
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Die zumindest eine leiterförmige Kompensationseinheit kann eine Vielzahl von elektrisch leitfähigen Segmenten und eine Vielzahl von Schmelzsegmenten umfassen, die abwechselnd entlang der Längsrichtung der Kompensationseinheit aneinandergereiht sind. Dabei kann ein Schmelzsegment ausgebildet sein, durch Schmelzen eine elektrisch leitende Verbindung zwischen zwei benachbarten elektrisch leitfähigen Segmenten zu bilden, und so eine zuverlässige Kompensation eines lokal erhöhten elektrischen Widerstands zu bewirken.
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Ein Schmelzsegment kann eine um den Faktor 1, 2, 4, 5, 10 oder mehr kleinere Länge als die Länge eines elektrisch leitfähigen Segments aufweisen. Andererseits kann ein Schmelzsegment den gleichen Durchmesser aufweisen wie ein elektrisch leitfähiges Segment.
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Die zumindest eine leiterförmige Kompensationseinheit kann einen (ggf. zumindest bereichsweise leitfähigen) Schlauch umfassen, der die leiterförmige Kompensationseinheit umschließt. Durch die Bereitstellung eines Schlauchs können die Segmente einer Kompensationseinheit in effizienter Weise aneinandergereiht werden, um eine Kompensationseinheit herzustellen. Des Weiteren kann bei Verwendung eines umhüllenden Schlauchs die Einarbeitung einer Kompensationseinheit in eine elektrische Leitung vereinfacht werden.
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Die elektrische Leitung kann einen Schrumpfring und/oder Schrumpfschlauch umfassen, der den zumindest einen elektrischen Leiter und die zumindest eine leiterförmige Kompensationseinheit umschließt. Der Schrumpfring und/oder Schrumpfschlauch können ausgebildet sein, den zumindest einen elektrischen Leiter und die zumindest eine leiterförmige Kompensationseinheit in Reaktion auf eine lokale Erwärmung an einer Problemstelle des elektrischen Leiters an der Problemstelle zusammenzudrücken. So kann die Kompensation eines lokal erhöhten elektrischen Widerstands weiter verbessert werden.
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Die elektrische Leitung kann eine Isolation bzw. eine Isolationsschicht umfassen, die den zumindest einen elektrischen Leiter und die zumindest eine leiterförmige Kompensationseinheit umschließt. Dabei ist die Isolation bzw. Isolationsschicht ausgebildet, den zumindest einen elektrischen Leiter und die zumindest eine leiterförmige Kompensationseinheit von einer Umgebung der elektrischen Leitung elektrisch zu isolieren. In einem bevorzugten Beispiel ist die Isolation bzw. Isolationsschicht ausgebildet, sich in Reaktion auf eine lokale Erwärmung an einer Problemstelle des elektrischen Leiters lokal an der Problemstelle zu verfärben. So wird es einem Nutzer der elektrischen Leitung ermöglicht, in zuverlässiger und effizienter Weise zu erkennen, dass eine lokale Kompensation eines lokal erhöhten elektrischen Widerstands erfolgt ist (und daher ggf. eine Maßnahme eingeleitet werden sollte, um negative Auswirkungen der beeinträchtigen Leitung auf ein System zu reduzieren).
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Alternativ oder ergänzend kann die elektrische Leitung ausgebildet sein, in Reaktion auf eine lokale Erwärmung an einer Problemstelle des elektrischen Leiters zumindest einen chemischen Botenstoff in eine Umgebung der elektrischen Leitung zu emittieren. Der Botenstoff kann sensorisch erfasst werden, und ermöglicht es somit einem Nutzer der elektrischen Leitung in zuverlässiger und effizienter Weise zu erkennen, dass eine lokale Kompensation eines lokal erhöhten elektrischen Widerstands erfolgt ist (und daher ggf. eine Maßnahme eingeleitet werden sollte, um negative Auswirkungen der beeinträchtigen Leitung auf ein System zu reduzieren).
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein System beschrieben (insbesondere ein Kraftfahrzeug, etwa ein Personenkraftwagen oder ein Motorrad oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus), das zumindest eine der in diesem Dokument beschriebenen elektrischen Leitungen umfasst. Des Weiteren umfasst das System eine Steuereinheit, die eingerichtet ist, zu detektieren, dass eine leiterförmige Kompensationseinheit der elektrischen Leitung ausgelöst wurde, um dem lokal erhöhten elektrischen Widerstand eines elektrischen Leiters der elektrischen Leitung entgegenzuwirken (dies kann z.B. auf Basis eines Botenstoffes und/oder auf Basis einer lokalen Farbveränderung der elektrischen Leitung) detektiert werden. Ferner kann die Steuereinheit eingerichtet sein, in Reaktion darauf, eine Maßnahme in Bezug auf die elektrische Leitung zu veranlassen, insbesondere um eine Beeinträchtigung der Zuverlässigkeit des Systems durch die elektrische Leitung zu reduzieren. Beispielsweise kann ein Hinweis ausgegeben werden, der anzeigt, dass die elektrische Leitung ausgetauscht werden sollte. Alternativ oder ergänzend kann veranlasst werden, dass die elektrische Leitung während des Betriebs des Systems weniger belastet wird (z.B. durch einen reduzierten Maximalstrom).
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Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
- 1 ein beispielhaftes System mit einer elektrischen Leitung; und
- 2a bis 2f sowie 3a und 3b beispielhafte elektrische Leitungen.
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Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der Bereitstellung einer elektrischen Leitung, die eingerichtet ist, den Auswirkungen eines (Teil-) Leitungsbruchs automatisch entgegenzuwirken. In diesem Zusammenhang zeigt 1 ein beispielhaftes System 100, z.B. ein Fahrzeug bzw. die Heckklappe eines Fahrzeugs, das eine elektrische Leitung 110 aufweist. Die elektrische Leitung 110 weist typischerweise ein oder mehrere elektrische Leiter (z.B. Litzen) auf. Die elektrische Leitung 110 kann dazu verwendet werden, einen elektrischen Verbraucher 112 mit einer Energieversorgung 111 (z.B. mit einer elektrischen Batterie oder mit einem elektrischen Bordnetz) zu verbinden, um dem elektrischen Verbraucher 112 elektrische Energie bereitzustellen.
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Die elektrische Leitung 110 kann während des Betriebs des Systems 100 mechanischen Belastungen ausgesetzt sein. Beispielsweise kann die elektrische Leitung 110 über ein Gelenk 102 einer Klappe bzw. Tür 101 verlaufen, und während des Betriebs beim Öffnen bzw. Schließen der Klappe 101 mit der Klappe 101 mitbewegt werden (siehe gepunkteten Doppelpfeil). Diese Bewegung der Leitung 110 kann zu einer mechanischen Beanspruchung und ggf. zu einem Bruch der elektrischen Leitung 110 an der durch den Pfeil gekennzeichneten Problemzone bzw. Problemstelle 115 führen (insbesondere in der Nähe des Gelenks 102).
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Eine zumindest teilweise gebrochene Leitung 110 weist in der von dem Bruch betroffenen Problemzone bzw. an der Problemstelle 115 typischerweise einen relativ erhöhten ohmschen Widerstand auf, der bei Betrieb der Leitung 110 zu erhöhten Verlusten und zu einer lokalen Erwärmung der Leitung 110 in der Problemzone 115 führt. Des Weiteren kann ein vollständiger Bruch der Leitung 110 zu einem Ausfall des elektrischen Verbrauchers 112 führen. Folglich kann die mechanische Beanspruchung einer elektrischen Leitung 110 zu einer reduzierten Energieeffizienz eines Systems 100, zu einem erhöhten Wartungsaufwand eines Systems 100 und/oder zu einer reduzierten Verfügbarkeit eines Systems 100 führen.
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2a bis 2f sowie 3a und 3b zeigen beispielhafte elektrische Leitungen 110, die Kompensationseinheiten 220 aufweisen, mit denen in automatischer Weise den Auswirkungen von (Teil-) Brüchen der Leitung 110 entgegengewirkt werden kann. Die elektrischen Leitung 110 weist ein oder mehrere elektrische Leiter 201 (z.B. Litzen) auf, die durch eine gemeinsame Isolierschicht 204 radial umschlossen werden. Die einzelnen elektrischen Leiter 201 sind typischerweise nicht einzeln voneinander isoliert.
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2a zeigt eine elektrische Leitung 110, die zwischen den ein oder mehreren Leitern 201 als Teil der Kompensationseinheit 220 Leitersegmente 203 aufweist, die jeweils paarweise durch elastische Segmente 202 in Längsrichtung der Leitung 110 beabstandet voneinander sind. Insbesondere kann sich jeweils zwischen zwei Leitersegmenten 203 ein elastisches Segment 202 befinden. Des Weiteren können ein Leitersegment 203 und ein direkt benachbartes elastisches Segment 202 durch einen Hohlraum 205 voneinander getrennt sein.
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Das elastische Segment 202 ist in dem Beispiel von 2a nicht elektrisch leitend. Andererseits weist das elastische Segment 202 (in diesem Dokument auch als elastisches Element bezeichnet) einen relativ hohen thermischen Längsausdehnungskoeffizienten auf (z.B. 50*10-6 / K, 100*10-6 / K oder mehr). Mit anderen Worten, das elastische Element 202 kann eingerichtet sein, sich bei steigender Temperatur auszudehnen (dargestellt durch den Doppelpfeil). Durch die Ausdehnung eines elastischen Elementes 202 kann bewirkt werden, dass ein oder mehrere Hohlräume 205 verschlossen werden, so dass das elastische Element 202 auf ein Leitersegment 203 einwirkt, um das Leitersegment 203 zu verschieben. Dieser Verschiebemechanismus kann dazu verwendet werden, eine Bruchstelle 115 eines elektrischen Leiters 201 zu überbrücken, wie in 2b dargestellt.
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In 2b ist eine beispielhafte Problemzone bzw. Problemstelle 115 einer elektrischen Leitung 110 dargestellt, in der es zu einem Bruch von zwei elektrischen Leitern 201 der Leitung 110 gekommen ist. Aufgrund des lokal erhöhten elektrischen Widerstands der Leitung 110 kommt es in einem Erwärmungsbereich 210 um die Problemzone 115 zu einer lokalen Temperaturerhöhung, durch die eine Ausdehnung der ein oder mehreren elastischen Elemente 202 in dem Erwärmungsbereich 210 bewirkt wird. Die Ausdehnung eines elastischen Elements 202 kann bewirken, dass ein Leitersegment 203 in die Problemzone 115 geschoben wird, um die gebrochenen elektrischen Leiter 201 zu überbrücken. Als Folge daraus können der Übergangswiderstand in der Problemzone 115 und damit auch die Temperatur in dem Erwärmungsbereich 210 wieder reduziert werden.
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Die Abkühlung des Erwärmungsbereichs führt zu einer Kontraktion der ein oder mehreren elastischen Elemente 202. Die ein oder mehreren verschobenen Leitersegmente 203 verbleiben jedoch weiterhin in der Problemzone 115, so dass dauerhaft eine Heilung der elektrischen Leitung 110 bewirkt werden kann.
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2c zeigt eine elektrische Leitung 110, die elastische Elemente 212 als Teil einer Kompensationseinheit 220 aufweist, die in Form eines Leiters entlang einer Achse aneinandergereiht sind. Zwischen direkt benachbarten elastischen Elementen 212 ist ein Hohlraum 205 angeordnet. Die elastischen Elemente 212 weisen jeweils eine elektrisch leitende äußere Schicht 213 auf (z.B. in Form einer elastischen Beschichtung und/oder in Form eines elastischen Netzes). Die Temperaturerhöhung in einem Erwärmungsbereich 210 um eine Problemzone 115 der Leitung 110 führt zu einer Ausdehnung zumindest eines elastischen Elements 212, so dass sich zumindest ein elastisches Element 212 innerhalb der Problemzone 115 erstreckt, und damit zumindest einen gebrochenen Leiter 201 überbrückt.
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Die elastischen Elemente 212 können thermoplastisch ausgebildet sein, so dass durch die erhöhte Temperatur in dem Erwärmungsbereich 210 eine Ausdehnung eines elastischen Elements 212 bewirkt wird, und so dass das elastische Element 212 bei einer Abkühlung in dem ausgedehnten Zustand verbleibt. Alternativ oder ergänzend kann die elektrisch leitende Schicht 213 derart ausgebildet sein, dass die elektrisch leitende Schicht 213 im ausgedehnten Zustand verbleibt, auch wenn sich das elastische Element 212 wieder bei einer Temperaturreduzierung reduziert (z.B. wie ein Stent bzw. eine Gefäßstütze im medizinischen Bereich). So kann eine dauerhafte Heilung der elektrischen Leitung 110 bewirkt werden.
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Wie in 2d dargestellt, können die elektrischen Leitersegmente 203 (auch als Leiterstifte bezeichnet) und die elastischen Elemente 202 (auch als elastische Stifte bzw. Segmente bezeichnet) mittels einer Hülle bzw. einem Schlauch 223 zu einem länglichen Draht bzw. zu einer länglichen Kompensationseinheit 220 zusammengefasst sein. Der Schlauch 223 kann elektrisch leitend sein. Durch die Bereitstellung der Leitersegmente 203 und/oder der elastischen Elemente 202 in einem Schlauch 223 kann die Herstellung einer elektrischen Leitung 110 vereinfacht werden.
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2c zeigt eine elektrische Leitung 110 mit einem Schrumpfring 222, der die ein oder mehreren Leiter 201 sowie die ein oder mehreren leiterförmigen Kompensationseinheiten 220 mit Leitersegmenten 203 und/oder elastischen Elementen 202 radial umschließt. Der Schrumpfring 222 kann ausgebildet sein, sich bei Erhöhung der Temperatur zusammenzuziehen. Als Folge daraus kann bei Erhöhung der Temperatur in einem Erwärmungsbereich 210 um eine Problemzone 115 der Schrumpfring 222 die Leiter 201 und leiterförmigen Kompensationseinheiten 220 lokal zusammenziehen, um den Übergangswiderstand in dem Erwärmungsbereich 210 zu reduzieren.
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2f zeigt eine beispielhafte Leitung 110, bei der die elastischen Elemente 202 zumindest teilweise ausgebildet sind, sich bei Erhöhung der Temperatur zusammenzuziehen (dargestellt durch den Doppelpfeil), und so ein elektrisches Leitersegment 203 an die Problemzone 115 heranzuziehen, um einen gebrochenen Leiter 201 zu überbrücken.
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3a und 3b zeigen eine beispielhafte Leitung 110, bei der stiftförmige Leitersegmente 203 durch elektrisch leitende Schmelzsegmente 303 voneinander getrennt sind. Mit anderen Worten, es können in einer Leitung 110 ein oder mehrere leiterförmige Kompensationseinheiten 220 bereitgestellt werden, die abwechselnd ein Leitersegment 203 und ein Schmelzsegment 303 aufweisen. Ein Schmelzsegment 303 kann derart ausgebildet sein, dass das elektrisch leitende Material des Schmelzsegments 303 (z.B. Lötzinn) bei einer für einen Leiterbruch typischen Temperaturerhöhung in dem Erwärmungsbereich 210 schmilzt (z.B. in einem Temperaturbereich zwischen 150°C und 250°C).
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Die Temperaturerhöhung in dem Erwärmungsbereich 210 um eine Problemzone 115 kann somit dazu führen, dass ein oder mehrere Schmelzsegmente 303 in dem Erwärmungsbereich 210 schmelzen (siehe 3b) und dabei eine bleibende Überbrückung eines Bruchs eines Leiters 201 sowie eine dauerhafte Heilung der Leitung 110 bewirken.
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Es wird somit eine Leitung 110 mit elastischen Ausdehnungssegmenten 202 und verschiebbaren elektrisch leitenden Stiften 203 beschrieben. Des Weiteren wird eine Leitung 110 mit eingelagerten Lötzinnsegmenten 303 (z.B. „Zylinder“ oder „Kügelchen“) beschrieben. Diese Segmente sind bei einem Normalbetrieb einer Leitung 110 zunächst inaktiv. Bei zu starker Erwärmung in einem Erwärmungsbereich 210 werden die elektrisch leitenden Stifte 203 in Längsrichtung innerhalb der Leitung 110 (insbesondere innerhalb der einzelnen Kompensationseinheiten 220) durch die thermische Aktivierung verschoben. Als Gegenlager können zumindest teilweise Kunststoffelemente verwendet werden, die sich bei Temperaturerhöhung zusammenziehen (z.B. ein Schrumpfschlauch oder ein Schrumpfring 222).
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In ähnlicher Weise erfolgt die Aktivierung der Lötzinnsegmente 303 bei Überschreiten einer Temperaturschwelle (z.B. der Schmelztemperatur des Lotes). Um den Herstellprozess einer Leitung 110, insbesondere beim Verlitzen der Leitung 110 bzw. der einzelnen Leiter 201, einfacher und effizienter zu gestalten, kann es von Vorteil sein, die einzelnen Stiftsegmente 203 mit einem durchgehenden, segmentierten Element 223 in Form eines Drahtes auszuführen. Eine weitere Alternative besteht in der Nutzung von Schrumpfungssegmenten 232 zusätzlich oder anstelle der Ausdehnungssegmente 202. Diese Schrumpfungssegmente 232 ziehen Stifte 203, Drähte oder Litzen 201 heran, um den Übergangswiderstand zu reduzieren.
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2a zeigt eine Leitung 110 mit elektrisch leitenden Stiften 203 in einem Normalzustand und 2b zeigt die Leitung 110 in einem aktivierten Zustand.
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Die sich verschiebenden Stifte 203 (d.h. die verschiebbaren Leitungsabschnitte oder Litzenabschnitte) sorgen für eine elektrisch leitfähige Materialverstärkung (in dem in 2b dargestellten Beispiel der obere Stift bzw. Abschnitt 203) an der Schadstelle 115 und damit für eine Widerstandsverringerung an der thermisch aktiven Stelle und folglich für eine Verringerung der lokalen Verlustleistung. Eine Absenkung der Temperatur ist die Folge, und ein Versagen der Leitung 110 kann automatisch verhindert werden.
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2c zeigt eine Leitung 110 mit beschichteten und/oder netzartigen Ausdehnungssegmenten 212. Durch die Ausdehnung eines Segmentes 212 werden die Beschichtungen und/oder die netzartigen Strukturen 213 über die Schadstelle bzw. Problemstelle 115 geschoben.
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Die netzartigen Strukturen 213 können mit Federeigenschaften versehen sein, so dass durch ein Auflösen oder Erweichen des Ausdehnungssegmentes 212 die Netzstruktur freigegeben wird und damit der Überbrückungskontakt für einen elektrischen Leiter 201 aufgebaut wird.
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2d zeigt eine beispielhafte Drahtform 223 der Stiftelemente 203. 2c zeigt die partielle Integration eines Schrumpfringes 222 in einer Leitung 110. 2f zeigt die Nutzung von Schrumpfungssegmenten 232.
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Die 3a (Normalzustand) und 3b (aktivierter Zustand) zeigen eine Leitung 110 mit Lötzinnsegmenten 303. Die aktivierten Lötzinnsegmente 303 (d.h. das Schmelzen des Lotes) sorgen aufgrund der Diffusion des geschmolzenen Materials in die Umgebung bzw. in die Lötzinnkanäle für eine elektrisch leitfähige Materialverstärkung und damit für eine Widerstandsverringerung an der thermisch aktiven Stelle 115 und folglich für eine Verringerung der lokalen Verlustleistung. Ein „Schrumpfschlaucheffekt“ (nicht dargestellt), d.h. ein Zusammenziehen der Isolierung 204 kann eine Lötzinnverteilung in der Problemzone 115 begünstigen. Eine Absenkung der Temperatur in der Problemzone 115 ist die Folge und ein Versagen der Leitung kann verhindert werden.
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Die Isolierung 204 der Leitung 110 kann ausgebildet sein, infolge einer thermischen Einwirkung die Farbe zu verändern. Insbesondere kann die Isolierung 204 derart ausgebildet sein, dass durch die Temperaturerhöhung in einem Erwärmungsbereich 210 eine lokale Verfärbung der Isolierung 204 in diesem Bereich 210 verursacht wird. So kann im Rahmen der Wartung in effizienter Weise erkannt werden, dass es zu einem teilweisen Bruch der Leitung 110 gekommen ist.
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Alternativ oder ergänzend kann die Leitung 110 (z.B. die Isolierung 204 der Leitung 110) ausgebildet sein, einen chemischen Botenstoff (z.B. einen „Duftmarker“) freizusetzen, wenn es zu einer lokalen Erwärmung der Leitung 110 kommt. Das System 100 (z.B. ein Fahrzeug) kann ausgebildet sein, mittels geeigneter Sensorik das Freisetzen des Botenstoffes zu detektieren. So kann eine besonders effiziente Überwachung des Zustands einer Leitung 110 bewirkt werden.
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Die Erkennung einer temporalen Erwärmung einer Leitung 110 kann weitere Schäden an einem System 100 verhindern. Beispielsweise kann in Reaktion auf das Erkennen einer Erwärmung ein Nutzer des Systems 100 aufgefordert werden, eine Wartung des Systems 100 durchzuführen. Alternativ oder ergänzend können ein oder mehrere Maßnahmen eingeleitet werden, um die Strombelastung der Leitung 110 zu reduzieren.
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Die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen ermöglichen eine einfache und effiziente Fertigung einer elektrischen Leitung 110, insbesondere durch das Prinzip der Einlagerung von thermisch aktivierbaren Elementen 203. Durch die beschriebenen Maßnahmen können die FIT-Werte (FIT: failure in time) eines Systems 100 in effizienter Weise verbessert werden. Insbesondere kann die Zuverlässigkeit einer Leitung 110 durch einen Selbstheilungseffekt erhöht werden. Ferner kann eine Unterstützung bei der Fehlersuche einer Leitung 110 durch Sensierung ermöglicht werden. Außerdem stellen die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen eine kostengünstige, passive Methode zur Fehlerbegrenzung dar. Des Weiteren wird eine aktive Fehlerbegrenzung durch eine geeignete Betriebsstrategie ermöglicht (z.B. durch eine Stromreduzierung in einer defekten Leitung 110).
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.
