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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugbordnetz mit
einer Verteilereinheit und einer Vielzahl elektrischer Leitungen,
die mit Anschlüssen
der Verteilereinheit verbunden sind, zur Stromversorgung angeschlossener
Lasten, wobei die Verteilereinheit eine Vielzahl von Sicherungen
aufweist, die jeweils mindestens einen der Anschlüsse der
Verteilereinheit mit einem Verteilersteg verbinden.
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Zur Vermeidung der Überhitzung
von Kabeln werden in einem Fahrzeug meist Schmelzsicherungen eingesetzt,
die in den Strompfad integriert sind und die bei der Gefahr einer Überhitzung
des Kabels wegen zu hohem Stromfluss schmelzen, dadurch den Stromfluss
unterbrechen und somit eine Überhitzung
der Kabel verhindern. Bei höheren
Bordnetzspannungen kann es jedoch aufgrund der Problematik eines
auftretenden Lichtbogens nötig
sein, aktive Sicherungen zu verwenden. Mit Ausnahme einiger weniger
Kabel, die für
den Benutzer des Fahrzeugs zugängig
sind, lösen
diese Sicherungen in der Regel nur im Falle eines Unfalles aus,
wenn infolge des Unfalles Kurzschlüsse erzeugt werden. Für jeden
zu sichernden Leiter wird ein Sicherungshalter mit zwei Kontakten
vorgesehen, der in der Fertigung bestückt werden muss.
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Fahrzeuge werden in verschiedenen
Ausstattungsvarianten angeboten, was dazu führt, dass je nach Ausstattungsvariante
unterschiedliche Verbraucher mit Strom versorgt werden müssen. Dies muss
bei der Gestaltung des Kabelsatzes und der Stromverteiler bereits
berücksichtigt
werden. Soll an einer Stelle im Fahrzeug beispielsweise ein Verbraucher
mit 100 Watt eingebaut werden, so muss im Stromverteiler eine 12
Ampère-Sicherung vorgehalten
werden und zur Last ein Kabel mit dieser Leistungsfähigkeit
verlegt werden. Sollen an der gleichen Stelle dagegen vier Verbraucher
mit je 25 Watt zum Einsatz kommen, werden vier Sicherungen und vier Kabel
benötigt,
die jeweils für
drei Ampère
Stromtragfähigkeit
ausgelegt sind. Bei der Fertigung des Kabelsatzes und bei der Planung
der Stromversorgung ist somit ein hoher Aufwand erforderlich. In
der Produktion müssen
die verschiedenen Kabelsätze
vorgehalten werden, was hohe Lagerhaltungskosten mit sich bringt.
Es ist also wünschenswert,
ein Fahrzeugbordnetz so auszugestalten, dass der Kabelsatz mit einer geeigneten
Absicherung einfacher hergestellt werden kann.
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Aus der
DE 296 20 424U1 ist ein
Stromverteiler für
Fahrzeugbordnetze bekannt, der einen gemeinsamen Verteilersteg besitzt,
der beispielsweise mit dem Pluspol einer Batterie verbunden ist,
und einer Vielzahl von Anschlüssen,
die jeweils über
eine integriert gefertigte Sicherung mit dem Verteilersteg verbunden
sind. Auf diese Weise ist es nicht mehr notwendig, für jede Sicherung
einen eigenen Sicherungshalter zu verwenden, so dass der Montageaufwand
gegenüber
der Verwendung von Einzelsicherungen verringert ist. Allerdings
ist es immer noch notwendig, für
jede Ausstattungsvariante einen geeigneten Stromverteiler vorzusehen,
da die Empfindlichkeit der Sicherungen durch einen kaalibrierten Materialquerschnitt
oder die Länge
des die Sicherung bildenden Leiters eingestellt wird.
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Aufgabe der Erfindung ist, ein Fahrzeugbordnetz
anzugeben, das flexibel ist bezüglich
des Anschlusses unterschiedlicher Lasten und das einfach zu montieren
ist. Darüber
hinaus soll es kostengünstig
sein.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Fahrzeugbordnetz der eingangs genannten Art gelöst, das dadurch gekennzeichnet
ist, dass mindestens zwei Anschlüsse
elektrisch miteinander verbunden sind zur Parallelschaltung mindestens
zweier Sicherungen.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis
zugrunde, dass es wesentlich billiger ist, eine Vielzahl von Sicherungen
vorzusehen und diese je nach vorgesehener Last parallel zu schalten,
als für
jeden Leiter eine Sicherung vorzusehen und deren Stärken einzustellen.
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In einer ersten Ausführung ist
es vorteilhaft, die Verbindungen zwischen Leitern im Bereich der Anschlüsse der
Verteilereinheit vorzusehen. Dies ist vorteilhaft, weil unabhängig von
der Anzahl der parallel geschalteten Sicherungen nur ein Leiter
zu der Last führen
muss. Diese Lösung
ist insbesondere anwendbar, wenn der Querschnitt des Leiters auch
für einen
Strom ausreichend ist, der durch mehrere parallel geschaltete Sicherungen
fließt.
Die Verbindungen der Leitungen können
beispielsweise durch entsprechende Stecker erfolgen.
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In einer zweiten Ausführung erfolgt
die Verbindung von Leitungen im Bereich der Last. Dabei teilt sich
der Strom auf zwei Leitungen auf, was insbesondere bei hohen vorgesehenen
Stromstärken erforderlich
ist, wenn der Querschnitt einer Leitung allein nicht ausreicht.
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In einer besonders einfach zu montierenden Ausführung eines
erfindungsgemäßen Bordnetzes sind
mehrere Leitungen zu einem Flachleiterkabel verbunden und dessen
Anschlüsse
sind über
ein Klebeband mit anisotroper Leitfähigkeit auf Anschlüsse einer
Leiterplatte aufgeklebt, wobei auf der Leiterplatte die Verteilereinheit
angeordnet und mit den Anschlüssen
verbunden ist. Günstig
ist dabei, wenn die Verteilereinheit selber so ausgeführt ist,
dass ihre Anschlüsse über Steckverbinder
mit der Leiterplatte verbunden sind.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind in Unteransprüchen
angegeben.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand
von Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es
zeigt:
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1 ein
Prinzipschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Fahrzeugbordnetzes,
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2 eine
Abwandlung der Ausführung
von 1 mit Zusatzsicherungen,
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3 eine
detaillierte Darstellung der Verteilereinheit des Bordnetzes von 1,
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4 die
Anbindung von Leitungen an die Verteilereinheit von 2 mittels Steckverbinder,
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5 eine
Abwandlung der Ausführung
von 4, wobei die Sicherungen
in einen Stecker integriert sind,
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6 ein
Prinzipschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Fahrzeugbordnetzes,
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7 eine
Seitenansicht einer Anordnung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
von 4 und
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8 eine
einstöckigen
Ausführung
der Anordnung von 7.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Fahrzeugbordnetzes. In dem dargestellten
Beispiel sind sechs Leitungen 2 mit einer Verteilereinheit 1 verbunden,
die eingangsseitig mit einer 42 Volt-Spannungsquelle verbunden ist.
In der Verteilereinheit 1 wird die 42 Volt-Bordspannung
auf einen Verteilersteg 5 geführt. Außerdem ist eine Vielzahl von
Sicherungen 4 vorgesehen, deren erste Anschlüsse mit
dem Verteilersteg 5 verbunden sind und deren jeweils zweite
Anschlüsse
mit Anschlüssen 3 der
Verteilereinheit 1 verbunden ist. Die einzelnen Leitungen 2 des
Fahrzeugbordnetzes sind jeweils mit einem Anschluss 3 der
Verteilereinheit 1 verbunden. Exemplarisch sind drei Lasten
L1, L2 und L3 dargestellt, die mit den Leitungen 2 des
Bordnetzes verbunden sind und sich an einem von der Verteilereinheit 1 entfernten
Ort des Fahrzeuges befinden.
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Die Verteilereinheit 1 ist
dadurch sehr einfach aufgebaut, dass alle Sicherungen 4 die
gleichen Werte aufweisen, also bei der gleichen Stromstärke auslösen, beispielsweise
indem ein Sicherungsdraht schmilzt. Statt eines Schmelzdrahtes könnte auch eine
sogenannte "Polyfuse" verwendet werden.
Dabei handelt es sich um ein leitfähig gefülltes Polymer, das sich bei
hohem Stromfluss erwärmt,
wobei sich der Widerstand um einige Größenordnungen erhöht. Diese
Sicherungsart ist im Gegensatz zu Schmelzsicherungen reversibel,
das heißt
nach dem Abkühlen sinkt
der Widerstand wieder auf den normalen Wert.
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In einem Fahrzeug werden sehr unterschiedliche
Lasten betrieben, weshalb nicht jede Last mit einer Sicherung mit
einem einheitlichen Wert abgesichert werden kann. Daher sind die
Sicherungen auf einen Stromwert ausgelegt, der für alle angeschlossenen Lasten
nicht zu hoch ist. Allerdings sind in der Regel Lasten vorgesehen,
die diesen "Standard-Stromwert" auch im normalen
fehlerfreien Betrieb übersteigen.
Zur Absicherung solcher Lasten, in 1 beispielsweise
der Last L1, werden mehrere Sicherungen 4 parallel geschaltet,
so dass der Strom, bei dem die parallelgeschalteten Sicherungen
auslösen,
verdreifacht wird. In dem Ausführungsbeispiel von 1 erfolgt die Parallelschaltung
im Bereich des Anschlusses der Last L1 an den Leitungen 2. Dies
hat den Vorteil, dass auch die Leitungen 2 auf eine einheitlichen
Stromtragfähigkeit
ausgelegt werden können.
Somit wird sichergestellt, dass die Leitungen 2 nicht überlastet
und dadurch unzulässig stark
erwärmt
werden. Zwar müssen
auf diese Weise mehrere Leitungen zu der Last L1 geführt werden,
in vielen Fällen
stehen jedoch genügend
Leitungen zur Verfügung,
so dass der zusätzliche
Kostenaufwand entfällt
oder nur gering ist.
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Bei einem unzulässig hohen Strom durch die Last
L1 verteilt sich dieser Strom in der Verteilereinheit 1 auf
die drei für
die Last L1 zuständigen
Sicherungen. Eine der Sicherungen wird als erste schmelzen, so dass
eine Unterbrechung entsteht. Der zunächst durch diese Sicherung
geflossene Strom teilt sich anschließend auf die beiden verbleibenden
Sicherungen auf, so dass der Strom dort weiter überhöht wird und zu einem schnellen
Schmelzen auch dieser Sicherungen führt.
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Darüber hinaus ist im Ausführungsbeispiel von 1 eine zweite Last L2 und
eine dritte Last L3 vorgesehen. Die Last L2 ist dabei an zwei Leitungen 2 angeschlossen
und dadurch mit dem doppelten Standardwert der Sicherungen 4 abgesichert.
Die Last L3 ist nur mit einer Leitung und somit auch nur mit einer
Sicherung verbunden.
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Die Verbindung der Leitungen 2 im
Bereich der Last kann in einfacher Weise dadurch geschehen, dass
ein normalerweise verwendeter Stecker zum Anschluss der Last so
ausgestaltet ist, dass die Verbindung der betroffenen Leitungen
im Steckergehäuse
erfolgt. An der Last ist somit nur ein Anschluss zur Verbindung
mit dem Stecker vorzusehen. Dies ist günstiger als das Vorsehen mehrerer
Anschlüsse
an der Last zur Kontaktierung mehrerer Leitungen 2.
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Problematisch ist, wenn ein Kurzschluss oder
ein Fehler nicht in der Last, sondern ein Kurzschluss in einer der
Leitungen auftritt. Vor allem wenn mehr als zwei Leitungen parallel
geschaltet sind tritt der Fall auf, dass sich der Strom so auf die
parallelen Leitungen aufteilt, dass keine der Sicherungen auslöst. Der
Kurzschlussstrom fließt
in einem solchen Fall von beiden Seiten zur der Kurzschlussstelle. Eine
Abschaltung der fehlerhaften Leitung kann aber dadurch erzielt werden,
dass die Leitungen an beiden Enden abgesichert werden, also einerseits
bei dem Verteiler wie oben beschrieben und andererseits mit Zusatzsicherungen 15 vor
der Stelle, wo die Leitungen im Bereich der Last zur Parallelschaltung
verbunden sind. Eine solche Konfiguration ist in der 2 dargestellt.
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In der 3 ist
die Verteilereinheit 1 von 1 detaillierter
dargestellt. An der unteren Seite der Verteilereinheit 1 sind
die Anschlüsse 3 herausgeführt und
bilden Kontaktmesser, die beispielsweise auf einer Leiterplatte
mit entsprechenden Gegenkontakten durch Einstecken zusammenwirken.
Ein Anschluss 12, der ebenso wie die anderen Anschlüsse ausgeführt ist,
dient zur Zuführung
der Betriebsspannung zu dem Verteilersteg 5, wo die einzelnen
Sicherungen 4 angeschlossen sind. Statt der in den Figuren
dargestellten konstruktiven Ausführung
als "Steg" kann der Verteilersteg
auch andere Formen besitzen. Es kommt lediglich auf die Eigenschaft
an, die Anschlüsse
mehrerer Sicherungen miteinander zu verbinden.
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Die Leitungen 2 des Fahrzeugbordnetzes können entweder über Stecker
direkt mit den Kontaktmessern 3 verbunden werden, oder
die Verteilereinheit 1 kann zunächst mit einer Leiterplatte,
z.B. über
eine Messerleiste, verbunden werden, an der die weiterführenden
Leitungen 2 elektrisch und mechanisch befestigt sind.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß den 4 bis 8 sieht vor, dass die Parallelschaltung von
Sicherungen 4 in unmittelbarer Nähe der Verteilereinheit 1 erfolgt.
Die Verteilereinheit selbst ist dabei genauso aufgebaut, wie in 3 dargestellt. Die Leitungen 2 des
Bordnetzes sind über
Steckverbinder 6 mit Anschlüssen 3 der Verteilereinheit 1 verbunden.
Die Steckverbinder 6 sind dabei so ausgeführt, dass
sie nicht nur einen Anschluss 3 kontaktieren können, sondern
auch auf mehrere Anschlüsse 3 aufgesteckt
werden können,
wobei diese Anschlüsse auch
elektrisch durch die Steckverbinder verbunden werden. Auf diese
Weise folgt eine Parallelschaltung von mehreren Sicherungen, so
dass die Höhe
der Absicherung einer Last, die an die entsprechende Leitung mit dem
Steckverbinder angeschlossen ist, durch die Art des Steckverbinders
bestimmt wird, also davon, wie viele Sicherungen durch den Steckverbinder 6 parallelgeschaltet
werden. Eine solche Festlegung einer erhöhten Absicherung ist sehr kostengünstig, da
nur eine geringe Zahl verschiedener Steckverbinder 6 vorgehalten
werden muss, während
die Verteilereinheit 1 für alle Konfigurationen gleich
ist.
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Eine andere Ausführungsform, wie Verbindungen
zwischen Leitungen im unmittelbaren Bereich der Anschlüsse 3 der
Verteilereinheit 1 vorgesehen werden können, ist in den 5 bis 8 dargestellt. In dieser Ausführung werden
die Leitungen 2 nicht über
Steckverbinder mit Anschlüssen
der Verteilereinheit 1 verbunden, sondern die Leiter werden
zu einem Flachleiterkabel verbunden. Die Enden der Leitungen 2 des
Flachleiterkabels 13 bilden dessen Anschlüsse. In
der 5 ist eine Ausführung dargestellt,
bei der die Verteilereinheit mit den Sicherungen selbst als Stecker
ausgeführt
ist. An dem Verteilersteg 5 ist ein Stecker 16 angebracht,
der zur Verbindung mit der Betriebsspannung vorgesehen ist. Die anderen,
weiterführenden
Anschlüsse
sind mit einem Flachleiterkabel 13 verbunden.
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In der 6 ist
die Verteilereinheit 1 beispielsweise durch eine Steckverbindung
auf einer Leiterplatte 8 elektrisch und mechanisch befestigt. Die
Anschlüsse
der Verteilereinheit 1 sind dadurch mit Leiterbahnen 14 der
Leiterplatte 8 verbunden. Die Anschlüsse des Flachleiterkabels 13 sind
wiederum mit den Leiterbahnen 14 der Leiterplatte 8 verbunden.
Dies kann beispielsweise durch Löten
erfolgen. In einer besonders vorteilhaften Ausführung werden die Anschlüsse des
Flachleiterkabels jedoch über
ein Klebeband mit den Leiterbahnen 14 verbunden, das eine
anisotrope elektrische Leitfähigkeit
aufweist. Aufgrund der anisotropen Leitfähigkeit ist sichergestellt,
dass ein Anschluss des Kabels 13 nur mit einer bestimmten
Leiterbahn 14 der Leiterplatte 8 elektrisch verbunden
ist, nicht aber mit benachbarten Leiterbahnen. Die Parallelschaltung
von Sicherungen 4 erfolgt über Kontaktplatten 7,
die an der der Leiterplatte 8 abgewandten Seite des Flachleiterkabels
angeordnet sind und ebenfalls durch das leitfähige Klebeband fixiert sind.
Eine zusätzliche,
in den 6 bis 8 nicht dargestellte Klammer
kann dafür
vorgesehen werden, dass die Kontaktplatten 7 und die Anschlüsse des
Flachleiterkabels 13 zusätzlich in der vorgesehenen
Position gesichert werden.
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Die Parallelschaltung der Sicherungen 4 in unmittelbarer
Nähe der
Verteilereinheit 1 birgt den Vorteil, dass zu jeder Last
L1, L2 und L3 nur eine Leitung 2 geführt werden muss, unabhängig davon,
wie groß der
Nennstrom durch die Last ist. Unter Umständen muss jedoch der Leiterquerschnitt 2 an
die anzuschließende
Last angepasst werden.
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Die 7 zeigt
in einer Seitenansicht der Anordnung von 6. Die Verteilereinheit 1 steht senkrecht
auf der Leiterplatte B. Die Kontaktmesser der Anschlüsse 3 der
Verteilereinheit sind in eine Messerleiste 9 eingesteckt,
die fest mit der Leiterplatte 8 verbunden ist. Das Flachleiterkabel 13 ist über das
anisotrop leitfähige
Klebeband 10 mit den in dieser Darstellung nicht erkennbaren
Leiterbahnen auf der Leiterplatte 8 elektrisch und mechanisch
verbunden.
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In der Ausführung von 8 ist eine funktional der Anordnung aus
der 7 entsprechende
Anordnung gezeigt, die einstöckig
ausgeführt
ist. Der Verteilersteg 5 ist dabei mit einem Ende der Sicherungsdrähte 5 verbunden,
während
deren andere Enden direkt mit Leiterbahnen 3 verbunden
sind. Da gegenüber
der Ausführung
von 7 ein Steckverbinder
für die
Verteilereinheit eingespart wird, ist diese Ausführung kostengünstiger
in der Herstellung.
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Die Verwendung eines leitfähigen Klebebandes
ist zwar sehr einfach, jedoch hat eine solche Verbindung einen höheren Übergangswiderstand
als eine Verbindung durch Löten.
Ob eine Verbindung über
ein Klebeband ausreichend ist, hängt
daher von dem jeweiligen Anwendungsfall ab. Eine Klebeverbindung
ist aber auf jeden Fall besonders vorteilhaft dann einsetzbar, wenn
es sich um ein 42 Volt-Bordnetz handelt, da in diesem bei gleicher
Leistung die Ströme
viel geringer sind und entsprechend auch der Spannungsabfall über dem
elektrisch leitenden Klebeband kleiner ist. Insbesondere sinkt bei
Bordnetzen mit 42 Volt-Nennspannung der relative Spannungsabfall über der
Klebeverbindung im Vergleich zur Nennspannung, so dass der Betrieb
angeschlossener Komponenten durch den zusätzlichen Spannungsabfall nicht
beeinträchtigt
wird.
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Ein insbesondere bei Bordnetzen mit
höherer
Spannung auftretendes Problem sind Lichtbögen nach Masse. Solche Lichtbögen treten
bei Bordnetzen mit geringerer Spannung mit einer wesentlichen kürzeren Dauer
auf und sind daher weniger kritisch. Der Wert der Sicherungen kann
aber geschickt so gewählt
werden, dass bei Auftreten eines Lichtbogens von einer Leitung nach
Masse die Sicherung schmilzt. Dabei wird ausgenutzt, dass in einem
stabilen Lichtbogen ein Strom fließt, der mindestens 500 mA beträgt. Durch
Auslegung der Sicherungen auf 500 mA ist daher sichergestellt, dass
bei dem Auftreten von Lichtbögen
die Sicherung auslöst.
Die Absicherung von Leitungen mit Lasten, deren Nennstrom weniger
als 500 mA beträgt,
ist damit unproblematisch.
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Sofern durch die angeschlossene Last
ein nennenswerter Strom fließt,
erfolgt die Absicherung mit einem Wert, der zum Beispiel 500 mA über dem Nennstrom
der Last liegt. Bei einer Last mit einem Nennstrom von beispielsweise
2 A würde
als Absicherung eine Sicherung bzw. eine Zusammenschaltung von Sicherungen
mit einem Wert von 2,5 A erfolgen.
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Bei Lasten, zu deren Absicherung
mehrere Sicherungen parallel geschaltet werden, kann jedoch das
Problem auftreten, dass ein Lichtbogen mit einem Strom oberhalb
von 500 mA, aber unterhalb des Nennstroms der Last, die Sicherung
nicht auslöst.
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Dies kann im Teillastbetrieb auftreten.
In diesem Zusammenhang erweist es sich als besonders vorteilhaft,
wenn mehrere Leitungen 2 zu einer Last geführt werden,
wie es beim Ausführungsbeispiel von 1 umgesetzt ist. Obwohl
der Nennstrom einer Last größer als
500 mA ist, kann durch eine 500 mA-Sicherung ein Lichtbogen zwischen einer
Leitung 2 und Masse abgeschaltet werden. Dabei sind eventuell
zusätzliche
Maßnahmen
erforderlich, die verhindern, dass sich der Lichtbogenstrom derart
auf die parallelen Leitungen 2 aufteilt, dass keine der
Sicherungen auslöst.
Dazu können
an beiden Enden der Leitung Sicherungen vorgesehen werden oder es wird
eine Diode eingesetzt, die den Stromfluss in nur einer Richtung
erlaubt.
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Als Sicherungen können auch aktive Sicherungen
zum Einsatz kommen. Bei diesen aktiven Sicherungen wird beim Erkennen
eines Überstroms
aktiv ein Schalter, beispielweise ein Relais oder ein Halbleiterschalter,
geöffnet.
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Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen
ist gemein, dass im Falle eines Sicherungsdefektes die komplette
Verteilereinheit 1 ausgetauscht wird. Da, wie eingangs
erwähnt,
die Sicherungen nur in sehr seltenen Fällen, insbesondere bei einem
Unfall, benötigt
werden, ist die Notwendigkeit des Austauschens der Verteilereinheit 1 sehr
unwahrscheinlich.