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Der Gegenstand betrifft ein Sicherungselement, insbesondere für eine Kraftfahrzeugenergieleitung.
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Elektrische Schaltungen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, sind grundsätzlich gegen Kurzschluss abzusichern. Hierdurch werden Sach- und Personenschäden minimiert. Dies gilt für elektrische als auch elektronische Anwendungen, wobei letztere auch insbesondere unter Einschluss von Leiterplatten eingesetzt werden. Die im Markt verfügbaren Sicherungen sind vielfältig und für nahezu jeden Einsatzzweck verfügbar. Gängige Sicherungen sind Schmelzsicherungen, Relais oder auch halbleiterbasierte Schalter, wobei jedes Sicherungskonzept spezifische Vor- und Nachteile aufweist. Schmelzsicherungen sind kleinbauend und können auch auf einer Leiterplatte integriert werden, haben jedoch hohe Verlustleistung und eine fertigungsbedingte Streuung in ihrer Auslösekennlinie. Darüber hinaus sind sie träge, da das Durchschmelzen des Leiters Zeit erfordert. Gerade bei „schleichenden Kurzschlüssen“ können Schmelzsicherungen keinen ausreichenden Schutz bieten. Eine externe Auslösung von Schmelzsicherungen, das heißt durch einen externen Trennimpuls, ist nicht möglich. Schließlich haben Schmelzsicherungen eine alterungsbedingte Drift, die die Auslösekennlinie beeinflusst.
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Relais sind komplex im Aufbau und daher teurer als Schmelzsicherungen. Darüber hinaus sind sie größer als Schmelzsicherungen und haben ebenfalls Verlustleistung. Der Vorteil von Relais ist, dass diese reversibel schaltbar sind und auch mehrere Strompfade gleichzeitig schalten können.
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Schalter basierend auf Halbleitern, insbesondere elektronische Relais oder MOSFETs sind gegenüber Relais teurer, sind aber schneller schaltbar, haben eine geringere Verlustleistung, sind reversibel schaltbar und weisen geringere Baugrößen auf. Bei hohen Strömen ist jedoch die Abwärme problematisch, sodass halbleiterbasierte Schalter „durchlegieren“ können und sie somit unbrauchbar werden. Das Schalten durch halbleiterbasierte Schalter führt zu keiner galvanischen Trennung an der Trennstelle.
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Dem Gegenstand lag die Aufgabe zugrunde, ein Sicherungskonzept zur Verfügung zu stellen, welches die Vorteile verschiedener Schaltkonzepte vereint.
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Diese Aufgabe wird durch ein Sicherungselement nach Anspruch 1 gelöst. Das gegenständliche Sicherungselement ermöglicht eine leiterplattenmontierbare, monitorfähige Trennung eines Strompfads durch ein Trennelement. Das gegenständliche Sicherungselement weist eine Steuerschaltung als auch eine pyrotechnische Sicherung als Trennelement auf. Die Steuerungsschaltung dient zur Überwachung der Sicherung und zum Auslösen der Sicherung abhängig von der Überwachung. Die pyrotechnische Sicherung kann eine galvanische Trennung herbeiführen und ist durch die Steuerschaltung überwachbar und auslösbar. Darüber hinaus kann die pyrotechnische Sicherung extern gezündet werden, sodass das gegenständliche Sicherungselement intrinsisch und extrinsisch eine galvanische Trennung herbeiführen kann.
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Die Steuerschaltung umfasst eine Leiterplatte. Auf der Leiterplatte sind aktive, passive und/oder elektronische Bauelemente in der bekannten Art und Weise angeordnet. Die Steuerschaltung umfasst auf der Leiterplatte zumindest einen Messsensor als auch einen Temperatursensor. Der Messsensor dient zur Erfassung einer elektrischen Größe und der Temperatursensor dient zur Erfassung einer Temperatur. Sowohl elektrische Größe als auch Temperatur lassen sich an der pyrotechnischen Sicherung erfassen, wodurch diese durch die Steuerschaltung überwacht werden kann.
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Sowohl der Messsensor als auch der Temperatursensor liefern Messwerte, die durch einen Prozessor, der ebenfalls auf der Leiterplatte angeordnet ist, ausgewertet werden können. Der Prozessor ist insbesondere ein Mikrocontroller, beispielsweise ein EPROM oder ein EEPROM oder dergleichen, welcher zur Überwachung und Ansteuerung der pyrotechnischen Sicherung programmiert ist.
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Die pyrotechnische Sicherung weist eine erste und eine zweite Anschlusslasche auf. Die Anschlusslaschen haben erheblich höhere Leiterquerschnitte als die Leiterbahnen auf der Leiterplatte. Die Anschlusslaschen haben insbesondere Leiterquerschnitte von mehr als 2,5mm2, insbesondere 16mm2 oder mehr. Über die Anschlusslaschen kann ein Strom von mehreren 10A oder gar mehreren 100A fließen. Die Anschlusslaschen sind eingangsseitig so konfiguriert, dass sie an einem elektrischen Leiter stoffschlüssig und/oder formschlüssig, beispielsweise mittels Schweißen, Löten, Crimpen oder dergleichen verbunden werden können. Die Anschlusslaschen sind entlang der pyrotechnischen Sicherung an einer Trennstelle miteinander verbunden.
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Die Sicherung ist im nicht ausgelösten Zustand elektrisch leitend und die Anschlusslaschen sind an der Trennstelle mechanisch und/oder elektrisch unmittelbar miteinander verbunden. Die Trennstelle dient zur galvanischen Trennung der Anschlusslaschen voneinander im Falle der Auslösung der pyrotechnischen Sicherung. Hierfür hat die pyrotechnische Sicherung einen pyrotechnischen Antrieb.
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Der pyrotechnische Antrieb zeichnet sich durch ein sicheres und langzeitstabiles Trennverhalten aus. Der pyrotechnische Antrieb kann elektrisch gezündet werden, beispielsweise durch einen elektrischen Zündimpuls. Ein solcher elektrischer Zündimpuls kann einerseits durch die Steuerschaltung und andererseits extrinsisch an den Antrieb angelegt werden.
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Zur Überwachung und Steuerung der pyrotechnischen Sicherung wird nunmehr vorgeschlagen, dass die pyrotechnische Sicherung unmittelbar an der Leiterplatte zumindest formschlüssig, bevorzugt jedoch auch stoffschlüssig, insbesondere verschweißt oder verlötet, befestigt ist. Die Steuerschaltung und die Sicherung bilden eine bauliche Einheit und sind miteinander verbunden. Durch die unmittelbare Verbindung liegt die Steuerschaltung in unmittelbarer Nähe zu der Sicherung und kann so die Überwachungsfunktion ausüben, die ihr zukommt. Durch die Anordnung der pyrotechnischen Sicherung unmittelbar an der Leiterplatte können auf der Leiterplatte sowohl der Temperatursensor als auch der Messsensor unmittelbar an der Sicherung Messgrößen abgreifen. Dies ist insbesondere für den Temperatursensor relevant, da dieser zur Überwachung der Temperatur der Sicherung eingerichtet ist.
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Mit Hilfe des Temperatursensors kann die Temperatur der Sicherung überwacht werden, insbesondere die Temperatur an den Anschlusslassen und/oder der Trennstelle. Im Falle eines „schleichenden“ Kurzschlusses kommt es zu einem Dauerstrom über die Trennstelle. Die Trennstelle ist in der Regel eine Verjüngung des Leiterquerschnitts und stellt somit einen erhöhten Widerstand dar. Bei einem Dauerstrom über einen Widerstand kommt es zu joulescher Wärme, die zu einem Aufheizen der Sicherung führt. Dieses Aufheizen kann durch den Temperatursensor unmittelbar detektiert werden. Die Sicherung kann dadurch gegebenenfalls beim Überschreiten eines Grenzwertes auslösen. Somit stellt das gegenständliche Sicherungselement einen Schutz gegen einen schleichenden Kurzschluss dar.
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Im Falle eines Überstroms, der kurzzeitig auftritt, kann über den Messsensor entlang der Anschlusslaschen ein erhöhter Spannungsabfall, insbesondere über den ohmschen Widerstand der Trennstelle, detektiert werden. In Kenntnis des Leitwerts der Anschlusslaschen als auch des Widerstands der Trennstelle kann aus der zwischen den Anschlusslaschen gemessenen Spannung beispielsweise ein Strom über die Anschlusslaschen bestimmt werden. Auch kann beispielsweise ein Stromsensor als Messsensor eingesetzt sein, der einen entsprechenden Strom misst. Durch den Messsensor ist es möglich, festzustellen, ob ein Überstrom über die Trennstelle fließt und im Falle eines Überschreitens der gemessenen elektrischen Größe über einen Grenzwert kann die Steuerschaltung ebenfalls die Sicherung auslösen.
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Schließlich kann durch einen externen Zündimpuls eine Auslösung der pyrotechnischen Sicherung erfolgen.
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Beim Auslösen der pyrotechnischen Sicherung wirkt der Antrieb auf die Trennstelle derart, dass diese aufgetrennt wird und eine galvanische Trennung zwischen den Anschlusslaschen entsteht. Der pyrotechnische Antrieb wird gezündet, woraufhin eine Zündpille explodiert. Der sich durch die Explosion aufbauende Gasdruck wird auf die Trennstelle geleitet. Der Antrieb ist daher entsprechend zur Trennstelle hin gerichtet angeordnet. Der entstehende Gasdruck ist ausreichend, die Trennstelle dauerhaft zu zerstören und insbesondere die Anschlusslaschen mechanisch auseinander zu drücken, insbesondere plastisch zu verformen. Dadurch bewirkt der Antrieb, angesteuert durch einen elektrischen Zündimpuls, eine galvanische Trennung zwischen den Anschlusslaschen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Messsensor einen elektrischen Parameter über die Trennstelle misst. Dabei ist der Messsensor insbesondere ein Spannungssensor, kann jedoch auch ein Stromsensor sein. Im Falle des Spannungssensors kann der Messsensor einen Spannungsabfall über die Trennstelle messen. In Kenntnis des ohmschen Widerstands zwischen den Anschlusspunkten des Messsensors kann aus dem Spannungsabfall ein Strom bestimmt werden. Es wird vorgeschlagen, dass der Messsensor aus dem Spannungsabfall einen Stromfluss über die Trennstelle bestimmt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Anschlusslaschen als Flachteile gebildet sind. Dabei sind die Anschlusslaschen insbesondere gebogene Bleche oder Bänder. Diese sind aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise einem Kupferwerkstoff oder einem Aluminiumwerkstoff. Die Anschlusslaschen sind an der Trennstelle mechanisch und/oder elektrisch miteinander verbunden, wobei die Trennstelle eine Sollbruchstelle aufweist. Die Sollbruchstelle kann insbesondere durch einen Verjüngung der Materialstärke gebildet sein. Auch ist es möglich, und besonders bevorzugt, wenn die Trennstelle durch eine Perforation der Anschlusslaschen gebildet ist. Eine Perforation lässt sich beispielsweise besonders einfach in ein Flachteil einbringen. Insbesondere ist es möglich, dass die Anschlusslaschen zunächst einstückig gebildet sind, in einem Verarbeitungsschritt gebogen und in einem weiteren Verarbeitungsschritt entlang der Trennstelle perforiert werden. Die Perforation kann auch vor dem Biegen erfolgen. Durch das Einbringen der Trennstelle wird das Flachteil in eine erste und eine zweite Anschlusslasche unterverteilt. Die Anschlusslaschen können anschließend in das Sicherungselement eingesetzt werden und daran mechanisch befestigt werden, sodass die Anschlusslaschen bei einem Auslösen des Antriebs mechanisch gegenüber dem Antrieb fixiert sind. Die durch den Antrieb auf die Trennstelle bewirkte Kraft trennt diese auf.
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Um einen Schusskanal zu bilden, in dem der Antrieb einen Gasdruck aufbauen kann, wird insbesondere auch vorgeschlagen, dass die Anschlusslaschen den Antrieb U-förmig umgreifen. Dabei kann die Trennstelle bodenseitig des U's vorgesehen sein und an dem Antrieb angeordnet sein. Löst der Antrieb aus, so kann der aufgebaute Gasdruck unmittelbar auf die Trennstelle wirken. Der Antrieb hat dabei insbesondere eine Schussrichtung, die durch eine Längsachse des Schusskanals definiert ist. Die Anschlusslaschen sind so um den Antrieb angeordnet, dass die Schussrichtung auf die Trennstelle zeigt. Dadurch wird der Gasdruck unmittelbar auf die Trennstelle aufgebracht, wenn der Antrieb ausgelöst wird.
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Zur Fixierung der Anschlusslaschen an dem Antrieb sind sowohl Anschlusslaschen als auch Antrieb in einem Gehäuse angeordnet. Der Antrieb ist beispielsweise in einer Durchgangsöffnung eines Gehäuses angeordnet. Die Durchgangsöffnung abdeckend können die Anschlusslaschen mit der Trennstelle an dem Gehäuse angeordnet sein. Sowohl der Antrieb als auch die Anschlusslaschen können an dem Gehäuse mechanisch fixiert sein. Auf der dem Antrieb abgewandten Seite der Trennstelle kann ein Freiraum vorgesehen sein, sodass die Anschlusslaschen mechanisch von dem Antrieb wegweisend verbogen werden können, um eine galvanische Trennung zu bewirken.
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Der Antrieb wirkt mit einer Kraft auf die Trennstelle. Um zu verhindern, dass die Anschlusslaschen durch diese Kraft von dem Gehäuse abgelöst werden, wird vorgeschlagen, dass die Anschlusslaschen das Gehäuse an der der Trennstelle abgewandten Seite zumindest teilweise umgreifen. Die Anschlusslaschen könnten in der Art einer Klammer an dem Gehäuse angeordnet sein, wobei die Enden der Anschlusslaschen voneinander beabstandet an einer ersten Seite des Gehäuses anliegen und die Trennstelle auf der dieser Seite gegenüberliegenden Seite des Gehäuses angeordnet ist.
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Die Anschlusslaschen sind bevorzugt in Aufnahmen des Gehäuses angeordnet. Die Aufnahmen schützen die Anschlusslaschen vor elektrischer Kontaktierung. Die Aufnahmen erstrecken sich parallel zur Schussrichtung und die Anschlusslaschen können durch die Aufnahmen gesteckt werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass das Gehäuse mit Befestigungsmitteln an der Leiterplatte befestigt ist. Hierzu hat beispielsweise die Leiterplatte Aufnahmen, in die Vorsprünge des Gehäuses eingesetzt werden können. Auch ist es möglich, dass die Leiterplatte Vorsprünge und das Gehäuse Aufnahmen hat. Insbesondere können Vorsprünge und Aufnahmen in Übergangs- oder Presspassung zueinander gebildet sein, so dass ein mechanisches Verrasten zwischen Gehäuse und Leiterplatte bewirkt werden kann.
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Das Gehäuse ist verliersicher an der Leiterplatte befestigt. Insbesondere ist die Befestigung durch einen Kraftschluss und/oder einen Formschluss bewirkt. Durch die Fixierung des Gehäuses an der Leiterplatte wird auch ein definierter Abstand zwischen dem Gehäuse mit den Anschlusslaschen und den auf der Leiterplatte angeordneten Bauelementen, insbesondere dem Temperatursensor sichergestellt, sodass dieser stets eine genaue Temperatursensierung durchführen kann.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Antrieb mit einer Sprengfläche in Richtung der Trennstelle ausgerichtet ist. Der Antrieb hat als pyrotechnischer Antrieb eine pyrotechnische Zündpille. Diese pyrotechnische Zündpille hat eine Zündladung, die durch einen Zünddraht aktiviert werden kann. Die Zündladung ist in der Zündpille, welche als Gehäuse gebildet ist, eingehaust. Die Zündpille hat eine definierte Sprengrichtung. Das heißt, dass die Zündladung so in dem Gehäuse eingehaust ist, dass bei der Aktivierung der Gasdruck aus einer definierten Oberfläche des Gehäuses der Zündpille austritt. Diese Oberfläche kann als Sprengfläche bezeichnet werden. Die Zündpille ist in der Regel zumindest teilweise zylindrisch. Eine Sprengfläche ist dann insbesondere eine Deckel-/ oder Bodenfläche der Zündpille. Aus dieser Fläche tritt der Gasdruck bei Aktivierung der Zündladung aus. Um die Trennstelle sicher zu trennen, wird nun die Zündpille mit der Sprengfläche an der Trennstelle ausgerichtet, dass der austretende Gasdruck unmittelbar auf die Trennstelle wirkt.
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Auf der der Sprengfläche abgewandten Seite hat der Antrieb Zündkontakte. Die Zündkontakte sind in der Regel Drähte, die aus der Zündpille herausgeführt sind. Über die Zündkontakte kann ein Zündimpuls, insbesondere eine elektrische Spannung angelegt werden. Dieser Zündimpuls führt zu einer Aktivierung der Zündladung.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die pyrotechnische Sicherung derart an der Leiterplatte befestigt ist, dass der Temperatursensor in Kontakt mit der Sicherung ist. Die pyrotechnische Sicherung liegt so zur Leiterplatte, dass der Bereich der Leiterplatte, auf der der Temperatursensor angeordnet ist, unmittelbar der Sicherung zugewandt ist. Die Sicherung liegt insbesondere so oberhalb der Bauelemente der Leiterplatte, dass der Temperatursensor auf der Leiterplatte unmittelbar der Sicherung zugewandt ist. Dabei kann ein Kontakt, insbesondere ein unmittelbarer Kontakt gebildet sein. Insbesondere ist der Temperatursensor in Kontakt mit zumindest einer der Anschlusslaschen. Die Anschlusslaschen als elektrische Leiter sind auch gute Temperaturleiter. Somit kann an den Anschlusslaschen die Temperatur über die Trennstelle mit einer hohen Genauigkeit gemessen werden.
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Wenn kein unmittelbarer Kontakt möglich ist, kann der Temperatursensor in räumlicher Nähe, insbesondere unmittelbar der Sicherung zugewandt, auf der Leiterplatte angeordnet sein. Um eine verbesserte Temperatursensierung zu ermöglichen, kann der Temperatursensor über Temperaturfühler mit den Anschlusslaschen verbunden sein. An den Anschlusslaschen können beispielsweise metallische Drähte angeordnet sein, die in Richtung des Temperatursensors geführt sind. Somit kann der Temperatursensor über diese Temperaturfühler unmittelbar die Temperatur der Anschlusslaschen erfassen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Temperatursensor ein NTC-Widerstand ist. Dieser Widerstand hat eine temperaturabhängige Widerstandskennlinie. Über eine Veränderung des ohmschen Widerstands kann auf eine Temperatur geschlossen werden. Ein NTC-Widerstand lässt sich insbesondere leicht auf einer Leiterplatte als passives Bauelement anordnen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Leiterplatte zumindest einen Komparator aufweist. Der Komparator kann insbesondere einen Operationsverstärker und/oder einen Differenzverstärker aufweisen. Der Komparator ist dazu eingerichtet, zumindest einen Messwert des Messsensors mit einem Vergleichswert zu vergleichen. Ein Vergleichswert kann ein in dem Prozessor programmierter Wert sein. Auch ist es möglich, dass an der Leiterplatte Kontakte angeordnet sind, über die ein Einstellwiderstand geschaltet werden kann. Über den Einstellwiderstand, der optional zwischen den Kontakten geschaltet werden kann, kann der Vergleichswert eingestellt werden. Der Komparator kann als herkömmliche Komparatorschaltung mit einem einstellbaren Schwellwert sein. Auch kann eine Hysterese an dem Komparator eingestellt sein.
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Auch kann ein Komparator einen Messwert des Temperatursensors mit einem Vergleichswert vergleichen. Auch hier kann der Vergleichswert entweder in dem Prozessor programmiert sein oder über einen externen Widerstand, der über Kontakte an der Leiterplatte an diese angeschlossen sein kann, eingestellt werden.
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Der Komparator kann abhängig von dem Vergleich einen Vergleichswert ausgeben. Insbesondere kann jeweils ein Komparator für den Messsensor und den Temperatursensor vorgesehen sein. Abhängig von dem Vergleichswert kann der Prozessor anschließend den Antrieb auslösen oder nicht. Somit ist es möglich, dass der Prozessor über den Vergleichswert anhand der Überwachung des Messwertes des Messsensors und/oder des Messwertes des Temperatursensors eine Auslösung des Antriebs bewirkt. Der Prozessor kann somit sicherstellen, dass das Sicherungselement nicht nur abhängig von einem externen Zündsignal, sondern auch abhängig von einer Temperatur und/oder abhängig von einem Stromfluss über die Trennstelle aktiviert wird.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Prozessor mit zumindest einem Komparator in Wirkverbindung ist und abhängig von dem Vergleichswert den Antrieb steuert. Sowohl der Komparator als auch der Prozessor können auf der Leiterplatte angeordnet sein. Über die Ansteuerung kann der Antrieb aktiviert werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Antrieb über Zündkontakte mit dem Prozessor verbunden ist, wobei die Zündkontakte zum Anschluss an eine externe Ansteuerung gebildet sind. Die Sicherung oder der Antrieb ist so gebildet, dass dieser intrinsisch als auch extrinsisch ausgelöst werden kann.
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Eine intrinsische Auslösung erfolgt über den Prozessor, abhängig insbesondere von dem Vergleichsergebnis, über die Wirkverbindung, insbesondere über die Verbindung zwischen dem Prozessor und den Zündkontakten. Der Prozessor kann an den Zündkontakten eine Zündspannung anlegen, woraufhin der Antrieb auslöst.
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Zusätzlich hierzu kann die Sicherung extern ausgelöst werden, da die Zündkontakte auch für den Anschluss an ein externes Zündsignal eingerichtet sind. Insbesondere sind die Zündkontakte in der herkömmlichen Weise als Steckkontakte gebildet. Die Steckkontakte können in herkömmlicher Weise in eine Aufnahme für pyrotechnische Sicherungen eingesteckt werden und so für den Empfang eines externen Zündsignals kontaktiert sein.
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Nachfolgend wird der Gegenstand anhand einer Ausführungsbeispiele zeigenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- 1a, b Ansichten einer pyrotechnischen Sicherung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 eine Schnittansicht einer pyrotechnischen Sicherung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 3a, b eine Ansicht und eine Draufsicht auf eine Steuerschaltung;
- 4 einen Zusammenbau eines Sicherungselements gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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1a zeigt eine pyrotechnische Sicherung 2. Die pyrotechnische Sicherung 2 weist ein Gehäuse 4 auf. Das Gehäuse 4 ist insbesondere aus einem schlagfesten Kunststoff gebildet. Aus diesem Grunde wird auch vorgeschlagen, dass der Kunststoff z.B. folgende Eigenschaften einzeln oder in wahlfreier Kombination hat:
| Eigenschaft | Wert | Einheit | Prüfnorm |
| Bruchspannung | 100 - 400
bevorzugt 200 - 300,
insbesondere ca. 250 | MPa | ISO 527-1/-2 |
| Bruchdehnung | 1-3
bevorzugt ca. 2 | % | ISO 527-1/-2 |
| Charpy-Schlagzähigkeit, +23°C | 50 - 100
bevorzugt 70 - 90
insbesondere ca. 80 | kJ/m2 | ISO 179/1eU |
| Charpy-Schlagzähigkeit, -30°C | 50 - 100
bevorzugt 70 - 90
insbesondere ca. 80 | kJ/m2 | ISO 179/1eU |
| Charpy-Kerbschlagzähigkeit, +23°C | 1-20
bevorzugt 8 - 13
insbesondere ca. 11 | kJ/m2 | ISO 179/1eA |
| Charpy-Kerbschlagzähigkeit, -30°C | 1-20
bevorzugt 8 - 12
insbesondere ca. 10 | kJ/m2 | ISO 179/1eA |
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Bei der abschließenden Fertigung, insbesondere zur Herstellung der Leiterplatte, wird das Gehäuse zusammen mit der Leiterplatte in einen Lötofen gegeben. Das Gehäuse 4 muss auch in diesem Fertigungsschritt formstabil sein. Aus diesem Grunde wird auch vorgeschlagen, dass der Kunststoff z.B. folgende Eigenschaften einzeln oder in wahlfreier Kombination hat:
| Eigenschaft | Wert | Einheit | Prüfnorm |
| Schmelztemperatur, 10°C/min | 300 - 400
bevorzugt 310 - 350,
insbesondere ca. 325 | °C | ISO 11357-1/-3 |
| Formbeständigkeitstemperatur, 1.80 MPa | 240 - 320
bevorzugt 260- 300,
insbesondere ca. 285 | °C | ISO 75-1/-2 |
| Formbeständigkeitstemperatur, 8.00 MPa | 150 - 300
bevorzugt 190- 230,
insbesondere ca. 210 | °C | ISO 75-1/-2 |
| Längenausdehnungskoeffizient, parallel | 10-20
bevorzugt 12- 17,
insbesondere ca. 15 | E-6/K | ISO 11359-1/-2 |
| Längenausdehnungskoeffizient, senkrecht | 20-60
bevorzugt 30 - 40,
insbesondere ca. 40 | E-6/K | ISO 11359-1/-2 |
| Brennbarkeit bei Dicke h | HB | class | IEC 60695-11-10 |
| geprüfte Probekörperdicke | 0,4 - 1,2
bevorzugt 0,6 - 1,0,
insbesondere ca. 0,8 | mm | IEC 60695-11-10 |
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Das Gehäuse 4 ist so geformt, dass es Aufnahmen 6 aufweist, die beispielsweise schlitzförmig sind. In die Aufnahmen 6 können Anschlusslaschen 8a, b eingeschoben werden. Ferner hat das Gehäuse 4 einen Schusskanal 10, in dem ein pyrotechnischer Antrieb 12, insbesondere eine Zündpille, eingebaut ist. Der Schusskanal 10 hat eine Längsstreckung durch das Gehäuse 4 hindurch. Bodenseitig des Schusskanals 10 (nicht gezeigt) werden Zündkontakte 14 in gedichteter Weise aus dem Gehäuse heraus geführt. Die Aufnahmen 6 erstrecken sich in der Regel parallel zum Schusskanal 10.
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Die Anschlusslaschen 8a, b sind aus metallischem Werkstoff, insbesondere Kupfer oder einer Kupferlegierung sowie Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet.
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Die Anschlusslaschen 8a, b verlaufen innerhalb des Gehäuses 4 in den Aufnahmen 6 parallel zum Schusskanal 10. Unmittelbar am Austritt aus den Aufnahmen 6 sind die Anschlusslaschen 8a. b hin zum Schusskanal 10 gebogen, insbesondere rechtwinklig gebogen. Die Anschlusslaschen 8a, b sind über dem Schusskanal 10 an einer Trennstelle 16 miteinander verbunden. Im gezeigten Beispiel hat die Trennstelle 16 eine Perforation der Anschlusslaschen 8. Die Trennstelle 16 liegt unmittelbar über dem Schusskanal 10 und dem pyrotechnischen Antrieb 12.
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Die Trennstelle 16 erstreckt sich an einer ersten Oberfläche des Gehäuses 4.
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An einer hierzu anliegenden Seitenwand des Gehäuses 4 hat dieses Befestigungsnasen 18. Die Befestigungsnasen 18 erstrecken sich von der Oberfläche des Gehäuses 4 in der Flächennormalen dieser Oberfläche.
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Die Befestigungspins 18 dienen zur Befestigung des Gehäuses 4 an einer Leiterplatte. Eine Leiterplatte hat hierfür entsprechende Aufnahmen, wie nachfolgend noch gezeigt werden wird.
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Die Befestigungspins 18 werden mit der Leiterplatte verbunden, sodass die Oberfläche an der die Befestigungspins 18 angeordnet sind, die Oberfläche des Gehäuses 4 ist, welche der Leiterplatte zugewandt ist. Um einen möglichst engen Kontakt zwischen dem Gehäuse 4 und der Leiterplatte zu ermöglichen, sind in dieser Oberfläche Rücksprünge 20 vorgesehen, die zur Aufnahme von Bauelementen der Leiterplatte gebildet sind. Auf der Leiterplatte sind Bauelemente angeordnet, die aus der Oberfläche der Leiterplatte abstehen. Um den Abstand zwischen der Leiterplatte und dem Gehäuse 4 zu verringern, sind die Aufnahmen 20 so geformt, dass sie zur Aufnahme von Bauelementen der Leiterplatte gebildet sind. Somit kann das Gehäuse 4 nah, insbesondere unmittelbar oder mit einem kleinen Spalt an der Leiterplatte befestigt werden.
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1b zeigt das Gehäuse 4 in einer weiteren Ansicht, auf der der Trennstelle 16 abgewandten Seite des Gehäuses 4. Zu erkennen ist, dass die Anschlusslaschen 8a, b auf der der Trennstelle 16 abgewandten Seite des Gehäuses 4 in Richtung der Zündkontakte 14 gebogen sind und so das Gehäuse 4 klammerartig umgreifen. Dieses Umgreifen bewirkt, dass die Anschlusslaschen 8a, b verliersicher an dem Gehäuse 4 befestigt sind und insbesondere beim Trennen der Trennstelle 16 an dem Gehäuse 4 verbleiben.
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2 zeigt eine Schnittansicht entlang des Schusskanals 10. Zu erkennen ist, dass der pyrotechnische Antrieb 12 in dem Schusskanal 10 angeordnet ist. Die Zündkontakte 14 sind aus dem Gehäuse 4 herausgeführt. Der pyrotechnische Antrieb 12 ist über eine Dichtung 12a in dem Schusskanal 10 gegenüber den Zündkontakten 14 abgedichtet. Der pyrotechnische Antrieb 12 weist eine Sprengfläche 22 auf. Im Falle des Zündens des Antriebs 12 birst der Antrieb 12 an den Sprengfläche 22, sodass der Gasdruck unmittelbar auf die Trennstelle 16 wirkt.
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Da die Anschlusslaschen 8 auf der der Trennstelle 16 gegenüber liegenden Seite das Gehäuse 4 umgreifen, kann die Trennstelle 16 an der Perforation aufreißen und eine Trennung wird bewirkt.
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Zur Überwachung der Sicherung 2 ist eine Leiterplatte 24 gemäß der 3a vorgesehen. Auf der Leiterplatte 24 sind beispielsweise ein Prozessor 26 und zwei Operationsverstärker 28 vorgesehen. Jeder der Operationsverstärker 28 empfängt ein Messsignal. Mit Hilfe von passiven Bauelementen 30 können entsprechende Messsignale erfasst werden. Die Leiterplatte 24 hat Aufnahmen 32 zur Aufnahme der Befestigungspins 18. Wenn die Befestigungspins 18 in den Aufnahmen 32 angeordnet sind, kommen die Operationsverstärker 28 in Eingriff mit den Aufnahmen 20. Somit liegt das Gehäuse 4 unmittelbar an der Leiterplatte 24 an. Über nicht dargestellte Sensierungsleitungen ist ein auf der Leiterplatte 24 angeordneter Spannungssensor mit den Anschlusslaschen 8a, b verbunden. Über diese Sensierungsleitungen, die beispielsweise an Anschlusskontakten 34 angeordnet sind, kann eine Spannung über die Trennstelle 16 gemessen werden. Die gemessene Spannung wird als Messwert durch den Operationsverstärker 28 mit einem Vergleichswert vergleichen und ein Vergleichsergebnis ausgegeben.
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Auf der dem Gehäuse 4 zugewandten Seite der Leiterplatte 24 kann ein Temperatursensor beispielsweise in Form eines NTC-Widerstands 36 angeordnet sein. Der NTC-Widerstand 36 liegt auf der Leiterplatte 24 so, dass er in unmittelbarer Nähe zum Gehäuse 4 und insbesondere in unmittelbarer Nähe zu zumindest einer der Anschlusslaschen 8a, b, bevorzugt in Kontakt mit zumindest einer der Anschlusslaschen 8a, b ist. Der ohmsche Widerstand über den NTC-Widerstand 36 kann von einem Operationsverstärker 28 gemessen werden und hieraus eine Temperatur an den Anschlusslaschen 8 bestimmt werden. Auch kann der Operationsverstärker 28 den Messwert der Temperatur mit einem Vergleichswert vergleichen und ein Vergleichsergebnis ausgeben. Der Prozessor 26 kann die Vergleichsergebnisse auswerten und gegebenenfalls über Kontakte 38, die in Verbindung mit den Zündkontakten 14 sind, ein Zündimpuls ausgeben.
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Schließlich zeigt 4 einen Zusammenbau eines Gehäuses 4 mit einer Leiterplatte 24. Zu erkennen ist, dass die Leiterplatte 24 mit den Aufnahmen 32 die Befestigungspins 18 aufnimmt. Ferner ist zu erkennen, dass die Operationsverstärker 28 in den Aufnahmen 30 aufgenommen sind, sodass das Gehäuse 4 unmittelbar an der Leiterplatte 24 anliegt. Dadurch ist eine besonders gute Temperatursensierung an den Anschlusslaschen 8 möglich. Auch wird dadurch erreicht, dass das Sicherungselement 2 besonders klein bauend ist.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- pyrotechnische Sicherung
- 4
- Gehäuse
- 6
- Aufnahme
- 8
- Anschlusslasche
- 10
- Schusskanal
- 12
- pyrotechnischer Antrieb
- 12a
- Dichtung
- 14
- Zündkontakt
- 16
- Trennstelle
- 18
- Befestigungspin
- 20
- Aufnahme
- 22
- Sprengfläche
- 24
- Leiterplatte
- 26
- Prozessor
- 28
- Komparator
- 30
- passive Bauelemente
- 32
- Aufnahme
- 34
- Kontakt
- 36
- NTC-Widerstand
