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Es ist bekannt, Fahrzeuge mit einem elektrischen Antrieb oder anderen elektrischen Komponenten auszustatten. Um hohe Leistungen zu erreichen, insbesondere zur Traktion, werden hohe Spannungen verwendet, beispielsweise von 400 Volt oder mehr, die im Gegensatz zu den ansonsten üblichen 12 Volt Bordnetzen eine Gefahr für den Menschen darstellen können.
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Aus diesem Grund werden Fahrzeuge, die ein Bordnetz mit hoher Spannung aufweisen (d.h. ein Hochvoltbordnetz - HV-Bordnetz), in einem Gehäuse vorgesehen, durch das ein Hochvoltbereich (HV-Bereich) körperlich von der Umgebung des Gehäuses getrennt ist. Allerdings führen etwa zu Signalzwecken Niedervoltleitungen aus dem Gehäuse heraus. Entsteht innerhalb des Hochvoltbereichs ein Isolationsfehler, der zu einer Verbindung eines Hochvoltpotentials des Hochvoltbereichs mit einer der Niedervoltleitungen führt, dann besteht die Gefahr einer gefährlichen Berührspannung, insbesondere da die Isolation der Niedervoltleitungen (außerhalb des Hochvoltbereichs) nicht für die Spannungen des HV-Bordnetzes ausgelegt ist.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der sich sicher eine Gefährdung durch eine isolationsfehlerinduzierte hohe Spannung an einer Niedervoltleitung reduzieren lässt, die aus einem HV-Bereich herausgeführt wird.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Fahrzeug-Hochvoltvorrichtung nach Anspruch 1. Weitere Merkmale, Ausführungsformen, Eigenschaften und Vorteile ergeben sich mit den abhängigen Ansprüchen sowie mit der Figur und der Beschreibung.
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Eine Fahrzeug-Hochvoltvorrichtung wird beschrieben, die einen Hochvoltbereich aufweist. Der Begriff „Bereich“ hat in diesem Kontext physische Bedeutung und kann als begrenztes Volumen oder begrenzte Fläche verstanden werden. Hier können Komponenten wie Schalter, insbesondere Trennschalter oder Umschalter, Spannungswandler, Gleichrichter oder Stromrichter sowie Filter oder Sicherungen oder auch Akkumulatoren vorgesehen sein, die eine Hochvolt-Betriebsspannung oder Hochvolt-Nennspannung aufweisen. Es können dort auch funktionell diesen Komponenten zugeordnete Niedervoltkomponenten vorgesehen sein, etwa Ansteuerschaltungen, Sensoren, Kommunikationseinrichtungen und ähnliches. Diese Elemente können einzeln, mehrfach, oder in beliebiger Kombination vorliegen. Die Niedervoltkomponenten befinden sich ebenso im Hochvoltbereich. Die Vorsilbe „Hochvolt-“ (HV) bedeutet ein Spannungsbereich von mehr als 60 V, von mindestens 200 V, 400 V oder 800 V. Die Vorsilbe „Niedervolt-“ (NV) bedeutet ein Spannungsbereich von weniger als 60 V, von maximal 40 V, 20 V, 14 V, 12 V oder 5 V. Es besteht mindestens eine Niedervoltleitung, etwa als Niedervolt-Versorgungsleitung, Kommunikationsleitung, Steuerleitung oder Sensorleitung, um Komponenten, die sich innerhalb des Hochvoltbereichs befinden von außerhalb funktionell anzubinden (zum Ansteuern, Kommunizieren, Zustand Erfassen, Niedervolt-versorgen, ...).
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Der Hochvoltbereich ist in einem Gehäuse angeordnet. Das Gehäuse ist vorzugsweise geschlossen. Das Innere des Gehäuses bildet vorzugsweise die Außengrenzen dieses Hochvoltbereichs. Es können jedoch weitere, bislang nicht erwähnte HV-Komponenten außerhalb des Gehäuses vorliegen, die mit dem Inneren des Gehäuses elektrische verbunden sind. Die mindestens eine Niedervoltleitung tritt aus dem Gehäuse heraus in den Außenbereich des Gehäuses. Hierzu weist das Gehäuse einen Durchlass auf, etwa in Form einer Öffnung. Durch den Durchlass tritt die mindestens eine Niedervoltleitung hindurch. Hierbei tritt eine durchgehende Leitung selbst durch den Durchlass hindurch oder wird von einem angeschlossenen Leiterabschnitt durch den Durchlass hindurch verlängert. Dies soll beides umfasst sein von der Definition „tritt durch den Durchlass hindurch“. Der Durchlass ist in einer nach außen begrenzenden Gehäusewand des Gehäuses vorgesehen. Die Gehäusewand bildet somit eine Grenze für die körperliche Erstreckung des Hochvoltbereichs. Der Hochvoltbereich wird von der Gehäusewand begrenzt und erstreckt sich vorzugsweise nicht jenseits der Gehäusewand. Durch den Durchlass erstrecken sich vorzugsweise keine Hochvoltleitungen, sondern nur Niedervoltleitungen (oder zumindest eine hiervon). Diese können jedoch wie erwähnt bei einem Isolationsfehler innerhalb des Gehäuses (des Hochvoltbereichs) ein gefährliches Potential des Hochvoltbereichs in einen (Nicht-Hochvoltbereich, Niedervoltbereich) jenseits der Gehäusewand tragen.
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Zum Schutz vor hohen Berührspannungen, die auftreten können, wenn die Niedervoltleitung innerhalb des Hochvoltbereichs durch einen Isolationsfehler ein Hochvoltpotential (einer Komponente oder Hochvoltleitung) des Hochvoltbereichs erhält, ist mindestens ein Spannungsbegrenzungselement vorgesehen. Das Hochvoltpotential bezieht sich hierbei etwa auf ein Massepotential. Das mindestens eine Spannungsbegrenzungselement leitet, wenn eine Spannung über einer Spannungsgrenze (Durchbruchspannung) an dem Spannungsbegrenzungselement anliegt, und ansonsten nicht. Wird die Spannungsgrenze erreicht, beginnt das Spannungsbegrenzungselement zu leiten.
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Somit ergibt sich eine Schutzvorrichtung für Spannungsbegrenzungselemente einer Niedervoltleitung, die aus einem Fahrzeug-Hochvoltbereich herausgeführt ist. Die Schutzvorrichtung wird von dem Strombegrenzungselement vorgesehen, das in Serie mit den Spannungsbegrenzungselementen (oder dem Spannungsbegrenzungselement) verbunden ist, wodurch das Strombegrenzungselement das Spannungsbegrenzungselementen vor Überstrom schützt.
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Besteht ein Isolationsfehler, so kann ein Hochvoltpotential aus dem HV-Bereich sich auf die mindestens eine Niedervoltleitung übertragen und das Spannungsbegrenzungselement beginnt aufgrund der Überschreitung der Spannungsgrenze zu leiten. Ist das Hochvoltpotential der Niedervoltleitung mit einer leistungsstarken Hochvoltquelle verbunden, etwa einem Hochvoltbordnetz, einem Hochvoltakkumulator oder einer anderen Hochvoltquelle (etwa eine Ladestation), dann führt das Spannungsbegrenzungselement eine hohe Stromstärke bei Erreichen der Spannungsgrenze. Um zu vermeiden, dass diese hohe Stromstärke das Spannungsbegrenzungselement zerstört oder schädigt, so dass es nicht mehr den Schutz vor hoher Berührspannung realisieren kann, wird ein Strombegrenzungselement verwendet. Dieses Strombegrenzungselement ist derart mit dem Spannungsbegrenzungselement verbunden, dass es die Höhe oder zumindest die Anstiegsgeschwindigkeit der Stromstärke (wenn das Spannungsbegrenzungselement zu leiten beginnt) reduziert oder begrenzt. Durch die Begrenzung der Höhe der Stromstärke wird das Spannungsbegrenzungselement vor thermische Überlastung geschützt. Dies ist auch bei der Begrenzung der Anstiegsgeschwindigkeit der Stromstärke der Fall, wobei die Begrenzung des Anstiegs eine Zeitspanne erzeugt, in der das Spannungsbegrenzungselement nicht überlastet ist und während der andere Schutzmechanismen greifen können. Wird somit bei Begrenzung der Anstiegsgeschwindigkeit eine für das Spannungsbegrenzungselement kritische Stromstärke erst zum Ende der Zeitspanne erreicht, dann können bereits vor diesem Ende andere Schutzmechanismen (etwa Abtrennen einer Spannungsquelle oder Entladung) greifen und das Spannungsbegrenzungselement wird geschützt.
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Die mindestens eine Niedervoltleitung ist über ein Spannungsbegrenzungselement und ein damit seriell verbundenes Strombegrenzungselement an ein Massepotential (oder ein anderes Ableitpotential) oder einem Anschluss hierfür angeschlossen. Durch den seriellen Anschluss begrenzt das Strombegrenzungselement den Strom oder dessen Anstiegsgeschwindigkeit), der durch das Spannungsbegrenzungselement fließt, wenn dieses durch eine Spannung über der Spannungsgrenze (Durchbruchspannung) des Strombegrenzungselement leitet oder zu leiten beginnt. Dies schützt die Funktion des Spannungsbegrenzungselements, zumindest bis weitere Sicherheitsmaßnahmen wie Abtrennen oder Entladen greifen.
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In einer Ausführungsform sind mehrere Niedervoltleitungen vorgesehen, die durch den Durchlass aus dem Gehäuse bzw. dem Hochvoltbereich heraustreten. Jede der Niedervoltleitungen (oder zumindest eine Mehrzahl hiervon) ist jeweils über ein Spannungsbegrenzungselement mit einem gemeinsamen Strombegrenzungselement verbunden. Erste Enden der mehreren Spannungsbegrenzungselemente sind an die einzelnen Niedervoltleitungen angeschlossen. Entgegengesetzte zweite Enden der Spannungsbegrenzungselemente sind an ein- und dasselbe, gemeinsame Strombegrenzungselement angeschlossen, welches die Spannungsbegrenzungselemente wiederum mit dem Massepotential (allgemein: Ableitpotential) verbindet. Mit anderen Worten sind die Niedervoltleitungen über individuelle Spannungsbegrenzungselemente mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt verbunden, der wiederum über ein gemeinsames Strombegrenzungselement an das Massepotential (allgemein: Ableitpotential) angeschlossen ist. Dadurch lässt sich ein Strombegrenzungselement für mehrere Spannungsbegrenzungselemente nutzen, wodurch Kosten und Bauraum gespart werden können.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass für mehrere Niedervoltleitungen dasselbe, gemeinsame Spannungsbegrenzungselement und dasselbe, gemeinsame Strombegrenzungselement verwendet werden. Dies wird ermöglicht durch Verbindungselemente, die die mehreren Niedervoltleitungen mit dem gemeinsamen Spannungsbegrenzungselement bzw. dem gemeinsamen Strombegrenzungselement verbinden. Die Verbindungselemente können Dioden sein, die vermeiden, dass ein Hochvoltpotential einer Niedervoltleitungen mittels der Verbindungselemente auf eine andere Niedervoltleitung übertragen werden. Liege daher mehrere Niedervoltleitungen vor, so sind diese jeweils über ein Verbindungselement, etwa eine Diode, an eine Reihenschaltung angeschlossen sind, die zu dem Massepotential (allgemein: Ableitpotential) oder dem Anschluss hierfür führt. Die Reihenschaltung weist ein (gemeinsames) Spannungsbegrenzungselement und ein damit seriell verbundenes (gemeinsames Strombegrenzungselement) auf. Hierbei können die Verbindungselemente zu dem (gemeinsamen) Spannungsbegrenzungselement führen, welches wiederum über das Strombegrenzungselement mit dem Massepotential verbunden ist, oder die Verbindungselemente führen zu dem (gemeinsamen) Strombegrenzungselement führen, welches wiederum über das Spannungsbegrenzungselement mit dem Massepotential verbunden ist. Wird als Verbindungselement ein Widerstand oder eine Leitung gewählt, dann übertragen sich die Potentiale einer Niedervoltleitung auf andere, jedoch wird gleichermaßen das Spannungsbegrenzungselement im Isolationsfehlerfall ausgelöst. Dieses wird bei dieser Konstellation auch, wie bei anderen Ausführungsformen, geschützt durch das Strombegrenzungselement, welches die Stromstärke oder deren Anstieg (für das Spannungsbegrenzungselement) begrenzt.
Es werden Ausführungsformen beschrieben, bei die zur Sicherung dienenden Komponenten an oder in dem Durchlass vorgesehen sind. Die zur Sicherung dienenden Komponenten umfassen: das mindestens eine Spannungsbegrenzungselement und/oder das mindestens eine Strombegrenzungselement (vorzugsweise auch die betreffende Verbindungspunkte mit der mindestens einen Niedervoltleitungen und/oder auch die Verbindungselemente, falls vorhanden). Diese Komponenten können an der Innenseite oder Außenseite oder in einer Durchführung der Gehäusewand vorgesehen sein, insbesondere an der Stelle der Gehäusewand, an der sich der Durchlass befindet. Diese Komponenten können in einem Modul vorgesehen sein, etwa in einem Modulgehäuse oder können als isolatorumspritztes Modul vorgesehen sein. Das Modul kann an dem Durchlass (an der Innenseite oder Außenseite der Gehäusewand) oder im Durchlass angeordnet sein. Insbesondere kann das Modul direkt an eine Kabeldurchführung körperlich angrenzen, durch die die mindestens eine Niedervoltleitung hindurchgeführt wird. Die Kabeldurchführung erstreckt sich durch den Durchlass hindurch bzw. durch eine Durchgangsöffnung, die den Durchlass realisiert. Im Folgenden werden entsprechende Varianten dargestellt.
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Das mindestens eine Spannungsbegrenzungselement und/oder das Strombegrenzungselement können in einem Modul vorgesehen sein. Dieses ist vorzugsweise an einer Innenseite der Gehäusewand am Durchlass angeordnet ist. Weiterhin kann in dem Durchlass eine Kabeldurchführung vorgesehen sein, durch die die mindestens eine Niedervoltleitung hindurchgeführt ist, und das mindestens eine Spannungsbegrenzungselement und das Strombegrenzungselement sind in der Kabeldurchführung vorgesehen ist. Ferner kann die mindestens eine Niedervoltleitung zu einer Steckanschlussvorrichtung führen, die in dem Durchlass und/oder an einer Außenseite der Gehäusewand am Durchlass angeordnet ist. Das mindestens eine Spannungsbegrenzungselement und/oder das Strombegrenzungselement können in der Steckanschlussvorrichtung integriert sein oder können an dem Steckanschlussvorrichtung angeordnet sein, vorzugsweise direkt bzw. körperlich angrenzend. Eine körperliche Integration des Spannungsbegrenzungselements bzw. der Spannungsbegrenzungselemente und des Strombegrenzungselements mit der Steckanschlussvorrichtung, zu der die mindestens eine Niedervoltleitung führt, ist ein Möglichkeit der kompakten Realisierung. Hierbei kann in einem Gehäuse der Steckanschlussvorrichtung oder direkt an einem Gehäuse der Steckanschlussvorrichtung („Steckanschlussgehäuse“) das Spannungsbegrenzungselement und/oder das Strombegrenzungselement angeordnet sein. Im letzteren Fall vorzugsweise als eigenes gehäustes oder umspritztes Modul, das insbesondere direkt an das Steckanschlussgehäuse angrenzt. Die Steckanschlussvorrichtung ist beispielsweise Signalbuchse oder ein Signalstecker mit mehreren Kontakten, zu denen jeweils eine eigene Niedervoltleitung führt bzw. mit dieser verbunden ist. Diese Steckanschlussvorrichtung führt vorzugsweise durch den Durchlass der Gehäusewand hindurch vom Inneren (Hochvoltbereich) in die Umgebung des Gehäuses, in dem sich der Hochvoltbereich befindet. Mit anderen Worten ist die Steckanschlussvorrichtung im Inneren des Gehäuses, in dem sich der Hochvoltbereich befindet, oder an der Innenseite der Gehäusewand mit den Niedervoltleitungen verbunden und ist von außerhalb dieses Gehäuses elektrisch kontaktierbar durch Einstecken einer komplementären (Niedervolt-)Steckvorrichtung, die insbesondere zur Weiterführung der Niedervoltleitungen im Außenbereich dieses Gehäuses dient. In dem Steckanschlussgehäuse können sich die Kontakte der Steckvorrichtung befinden, die mit den Niedervoltleitungen verbunden sind, wobei sich vorzugsweise auch die Spannungs- und Strombegrenzungselemente befinden; vorzugsweise auch die Verbindungselemente, falls vorhanden. Diese Elemente sind durch eine Isolationsvorrichtung von den Kontakten elektrisch isoliert. Die Isolationsvorrichtung befindet sich vorzugsweise ebenso in dem Steckanschlussgehäuse.
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Das Strombegrenzungselement kann als Widerstand oder als Induktivität ausgebildet sein oder einen Widerstand und/oder eine Induktivität aufweisen. Das Strombegrenzungselement kann als eine Seriellschaltung eines Widerstands und einer Induktivität vorgesehen sein. Umfasst das Strombegrenzungselement einen Wiederstand, so dient dieser zur Begrenzung des Stroms. Der Widerstand ist derart ausgelegt, dass bei einer Maximalspannung oder Nennspannung des Hochvoltbereichs oder Komponenten hiervon der maximale Spitzenstrom des Spannungsbegrenzungselements nicht überschritten wird. Das Spannungsbegrenzungselements kann mit einem maximalen Spitzenstrom von mindestens 500 A oder von mindestens 5000 A oder 8000 A ausgelegt sein. Der Widerstand kann 0,1 - 10 Ohm betragen (abhängig von der Spannung im Hochvoltbereich). Die Induktivität kann einen Wert von 1 µH oder mehr aufweisen, beispielsweise 5 µH oder 10µH oder 20 µH. Dadurch wird die Stromanstiegsgeschwindigkeit bei plötzlichem Isolationsfehler oder plötzlich beginnendem Berührstrom begrenzt, so dass der Strom über ein anfängliches Zeitfenster unter einem Wert bleibt, der für das Spannungsbegrenzungselement schädigend sein könnte. In diesem Zeitfenster können weitere Maßnahmen wir Shut-Down oder Entladung umgesetzt werden.
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Die mindestens eine Niedervoltleitung kann eine Niedervolt-Versorgungsleitung (für 12 V, 14 V, 24 V, 5 V) sein, kann eine Kommunikationsleitung sein (für einen CAN-Bus, für eine LAN-Verbindung oder für eine proprietäre Signalübertragung), etwa zur Übertragung von Signalen, die einen Betriebszustand kennzeichnen (Fehlersignal, Idle-Signal, Aktivierungssignal,...), kann eine Steuerleitung sein (zur Ansteuerung einer Komponente innerhalb des Hochvoltbereichs) oder kann eine Sensorleitung sein, etwa eines Temperatur-, Strom-, Spannungs-, Magnetfeld-, Drehzahl- oder Drehmomentsensors, oder auch eines Batteriemanagementsystems. Diese Leitungen haben gemein, dass deren Pegel während eines störungsfreien Betriebs nicht über einer Grenze wie beispielsweise 60 V, 40 V, 20 V oder 14 V oder 12 Volt liegt.
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Das Spannungsbegrenzungselement kann als Varistor, Gasableiter, Funkenstrecke, Schutzdiode, Thyristorschaltung, TVS-Thyristor, DIAC, Zenerdiode, Suppressordiode, Vierschichtdiode oder Kombination hiervon ausgebildet sein. Das Spannungsbegrenzungselement kann als einzelnes Element vorgesehen sein oder als Bündel parallelgeschalteter, gleicher Einzelelemente die wie vorangehend erwähnt ausgebildet sein können.
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Das Spannungsbegrenzungselement ist mit einer Spannungsschwelle eingerichtet ist, ab der dieses leitet. Diese Schwelle entspricht vorzugsweise der Durchbruchspannung. Diese kann mindestens 40 V, 60 V, 400 V, 450 V oder mehr als 600 V betragen. Insbesondere beträgt die Durchbruchspannung in einer Ausführungsform 30 - 35 Volt. Die Schwelle ist größer als das Maximum aller Maximalspannungen aller Niedervoltleitungen, die durch den Durchlass hindurchtreten (oder durch den Durchlass fortgesetzt werden).
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Der Hochvoltbereich ist vorzugsweise für Nennspannungen von mindestens 400 V oder 600 V oder 800 V ausgelegt. Die mindestens eine Niedervoltleitung kann für eine Maximalspannung von nicht mehr als 40 V, 20 V, 14 V oder 5 V im fehlerfreien Betrieb ausgelegt sein. Dies entspricht den Maximalpegeln bei fehlerfreier Signalübertragung bzw. bei fehlerfreier (Niedervolt-)Spannungsversorgung.
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Das Strombegrenzungselement ist ausgelegt, einen durch das Strombegrenzungselement (oder das Spannungsbegrenzungselement) fließenden Strom auf einen Strom-Maximalwert zu begrenzen. Die Maximal-Spitzenstromauslegung des Spannungsbegrenzungselement ist größer als der Strom-Maximalwert des Strombegrenzungselement. Mit anderen Worten ist das Strombegrenzungselement ausgelegt, den Strom oder den Stromanstieg derart zu begrenzen, dass der Betriebsbereich des Spannungsbegrenzungselement nicht überschritten wird.
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Die 1 dient zur Erläuterung der hier beschriebenen Vorrichtung.
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Die 1 zeigt eine Fahrzeug-Hochvoltvorrichtung mit einem Hochvoltbereich HV und einem Gehäuse G, in dem der Hochvoltbereich HV angeordnet ist. Das Gehäuse G umschließt den Hochvoltbereich HV in körperlicher Weise, wodurch dieser vor Zugriff von außen geschützt ist. Es bestehen mehrere Niedervoltleitungen NL, die aus dem Hochvoltbereich HV und insbesondere aus dem Gehäuse G heraustreten. Diese dienen etwa der Niedervoltversorgung von Komponenten innerhalb des Gehäuses bzw. des Hochvoltbereichs, oder auch zur Kommunikation mit diesen Komponenten, etwa zu deren Ansteuerung, oder um (Niedervolt-)Signale von diesen Komponenten mittels einer Niedervoltleitung in das Äußere des Gehäuses zu übertragen, beispielsweise im Falle eines Sensors als eine der Komponenten.
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Die Niedervoltleitungen NL dienen somit der Niedervolt-Signalübertragung zwischen Komponenten innerhalb des Hochvoltbereichs HV und einer Komponente außerhalb des dargestellten Hochvoltbereichs HV, d.h. Komponenten in einem Niedervoltbereich NV. Alternativ oder zusätzlich dienen die Niedervoltleitungen NL der Niedervolt-Spannungsversorgung von Komponenten innerhalb des Hochvoltbereichs. Derartige Komponenten innerhalb des Hochvoltbereichs HV sind Niedervoltkomponenten (Sensoren, Ansteuerschaltungen, Kommunikationsvorrichtungen, ...) oder allgemein Komponenten, die ein Niedervoltsignal bzw. -Pegel (Kommunikationssignal oder Niedervolt-Versorgungsspannung) empfangen und/oder abgeben. Dies können Komponenten mit einem Niedervolt-Abschnitt sein oder können Niedervolt-Komponenten sein.
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Die Niedervoltleitungen NL werden durch einen Durchlass D aus dem Hochvoltbereich HV (bzw. dem Gehäuse G) herausgeführt, d.h. in einen Bereich außerhalb des Hochvoltbereich HV bzw. des Gehäuses G. Das Gehäuse G und insbesondere eine Gehäusewand GW trennt den Hochvoltbereich HV von dem Bereich außerhalb des Hochvoltbereich HV bzw. des Gehäuses G.
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Der Durchlass D ist in einer nach außen begrenzenden Gehäusewand GW des Gehäuses G vorgesehen. Der Durchlass D ist als Durchgangsöffnung ausgebildet.
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Um einen Schutz vor einem Hochvoltpotential darzustellen, die bei einem Isolationsfehler an einer der Niedervoltleitungen NL auftreten können, sind die Niedervoltleitungen über mindestens ein Spannungsbegrenzungselement V und ein damit seriell verbundenes Strombegrenzungselement SG an ein Massepotential M (oder eine anderes Ableitpotential) oder mit einem Anschluss hierfür angeschlossen.
Durch die serielle Anordnung ist gewährleistet, dass der Strom durch das Spannungsbegrenzungselement V, das zum Überspannungsschutz dient, begrenzt ist, wobei das Strombegrenzungselement SG die Anstiegsgeschwindigkeit und/oder die Stromamplitude selbst begrenzt.
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In der 1 ist dies realisiert durch die vier Spannungsbegrenzungselemente V (Varistoren), die jede der vier Niedervoltleitungen NL individuell über das (gemeinsame) Strombegrenzungselement SG verbindet. Dadurch ist für mehrere Spannungsbegrenzungselemente V bzw. Niedervoltleitungen NL nur ein Strombegrenzungselement notwendig. Dargestellt ist eine Induktivität als Strombegrenzungselement. Die begrenzt den Strom insbesondere zu Beginn eines entsprechenden Isolationsfehlers und begrenzt somit die Stromanstiegsgeschwindigkeit. Durch eine Begrenzung des Stromanstiegs (Stromanstiegsrate, Stromanstiegsgeschwindigkeit) wird zumindest für ein Zeitfenster zu Beginn des Auftritts des Isolationsfehlers der Strom begrenzt. Dieses Zeitfenster kann genutzt werden zur Auslösung weiterer Sicherheitsmechanismen. Unter einer Begrenzung des Stroms ist somit auch die Begrenzung eines Stroms zu Beginn des Auftretens eines Isolationsfehlers zu verstehen. Anstatt der dargestellten Induktivität kann auch ein Widerstand oder eine Serienschaltung einer Induktivität und eines Widerstands verwendet werden.
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Eine weitere Möglichkeit ist es, die anstatt der mehreren dargestellten Spannungsbegrenzungselemente V mehrere Verbindungselemente wie Dioden zu verwenden, wobei anstatt des dargestellten Strombegrenzungselements SG eine Reihenschaltung eines Strombegrenzungselements SG und eines Spannungsbegrenzungselements V verwendet wird. Dadurch können Spannungsbegrenzungselemente V eingespart werden, wobei die Verbindungselemente kostengünstiger sind und somit insgesamt Kosten eingespart werden können.
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Dies kann auch zweipolig ausgeführt werden, indem eine erste Gruppe von Dioden mit den Niedervoltleitungen NL verbunden werden, und diese erste Gruppe von Dioden über ein gemeinsames Strombegrenzungselements SG und ein Spannungsbegrenzungselement V mit dem Massepotential verbunden, wobei die Durchlassrichtung aller Dioden der ersten Gruppe zum Massepotential weist. Dadurch wird die Ableitung für eines von zwei Polaritäten geschaffen. Eine zweite Gruppe von Dioden ist mit den Niedervoltleitungen NL verbunden, und diese zweite Gruppe von Dioden ist über ein weiteres gemeinsames Strombegrenzungselement SG und ein weiteres Spannungsbegrenzungselement V mit dem Massepotential verbunden, wobei die Durchlassrichtung aller Dioden der zweiten Gruppe vom Massepotential weg weist. Dadurch wird die Ableitung für eines von zwei Polaritäten geschaffen. Das gemeinsames Strombegrenzungselement und das Spannungsbegrenzungselement sind seriell verbunden. Dies gilt auch für das weitere gemeinsame Strombegrenzungselement SG und das weitere Spannungsbegrenzungselement V.
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Es ist symbolisch dargestellt, das sich die mehreren Niedervoltleitungen NL durch den Durchlass D hindurch erstrecken. Der Durchlass trennt den Hochvoltbereich von einem Bereich außerhalb des Gehäuses G, insbesondere von einem Niedervoltbereich NV. In dem Hochvoltbereich HV gelten höhere Isolationsvorschriften als im Niedervoltbereich NV. Komponenten des Niedervoltbereich NV sollten daher nicht mit den Potentialen oder Spannungen des Hochvoltbereichs beaufschlagt werden, da nur innerhalb des Hochvoltbereichs HV entsprechende Isolationsauslegungen gelten (insbesondere in Hinblick auf max. Betriebsspannung, zulässige Isolationsspannung usw.). Es kann ein NV-Stecker vorgesehen sein, der sich durch den Durchgang hindurch erstreckt oder der sich auf der Seite jenseits (bezogen auf den Bereich HV) des Durchgangs direkt an den Durchgang anschließt. Dort sind vorzugsweise auch die Spannungsbegrenzungselemente V das Strombegrenzungselement SG vorgesehen. In weiteren Ausführungsformen sind das Spannungsbegrenzungselement, das Strombegrenzungselement, das weitere Spannungsbegrenzungselement und das Strombegrenzungselement sowie die Verbindungselemente dort vorgesehen. Diese können in einem Modul bzw. Modulgehäuse untergebracht sein. Die Spannungsbegrenzungs- und Strombegrenzungselemente sind vorzugsweise isoliert gemäß einer Isolationsauslegung, die auch für den HV-Bereich gilt, oder der strengere Maßnahmen als dieser fordert. Dies dient dem Schutz der genannten Elemente im Isolationsfehlerfall. Das Modul bzw. Modulgehäuse ist vorzugsweise direkt an einem oder in einem Gehäuse einer Steckanschlussvorrichtung vorgesehen, welches die Niedervoltleitungen NL führt. Die rechts dargestellten Endpunkte der Leitungen NL können Kontakte einer NV-Steckanschlussvorrichtung, etwa einer Signal-steckvorrichtung (Signalbuchse, Signalanschluss), die an dem Gehäuse G des HV-Bereichs angeordnet ist (insbesondere am Durchgang D) und die eine Anschlussmöglichkeit für den NV-Bereich bietet. Die Steckanschlussvorrichtung ist vorzugsweise gemäß den zu erwartenden Betriebsspannungen bzw. der Maximalspannung oder Isolations-Auslegespannung des Hochvoltbereichs HV isoliert.
