DE19757026A1

DE19757026A1 - Elektrische Sicherung

Info

Publication number: DE19757026A1
Application number: DE19757026A
Authority: DE
Inventors: Volker Hoffmann
Original assignee: Leonische Drahtwerke AG
Current assignee: Leoni Bordnetz Systeme GmbH
Priority date: 1997-12-20
Filing date: 1997-12-20
Publication date: 1999-07-01
Also published as: PT1040495E; WO1999033079A1; ATE213358T1; ES2172260T3; EP1040495A1; US6492747B1; EP1040495B1; DE59803106D1

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Sicherung, bei der die Stromunterbrechung im Falle eines z. B. kurzschlußbedingten Überstroms durch ein Schmelzelement erfolgt. Solche Sicherungen werden auch zur Absicherung der Hochstromversorgung des Bordnetzes von Kraftfahrzeugen verwendet. Der Eingangsanschuß der Sicherung ist dabei mit dem Pluspol der Fahrzeugbatterie, deren Ausgangsanschluß ist mit dem Bordnetz verbunden.

Problematisch bei Schmelzsicherungen allgemein ist ihr Auslöseverhalten. Die Zeitdauer, die bis zum Auslösen der Sicherung bzw. bis zum Durchschmelzen des Schmelzelements vergeht hängt u. a. von der Größe des Überstroms ab. Je größer dieser ist, desto kürzer ist die Auslösezeit. Die Auslösezeit hängt auch vom Sicherungswert ab. Bei gleichem Überstrom löst beispielsweise eine 70-A-Sicherung schneller aus als eine 100-A-Sicherung. Eine nicht nur in der Fahrzeugelektrik gewünschte Verkürzung der Auslösezeit durch Einsatz schwächerer Sicherungen ist aber wegen der damit verbundenen Gefahr von Fehlauslösungen bei herkömmlichen Sicherungen nicht möglich.

Ein weiteres Problem besteht darin, daß beispielsweise aufgrund hochohmiger Leitungsverbindungen oder einer schadhaften oder nicht ausreichend geladenen Batterie der über die Sicherung fließende Strom nicht ausreicht, um das Schmelzelement zum Schmelzen zu bringen oder zu gering ist, um ein Durchschmelzen in genügend kurzer Zeit zu bewirken. Eine Schädigung des elektrischen Systems ist die Folge.

Davon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Sicherung vorzuschlagen, die ein verbessertes Auslöseverhalten zeigt. Diese Aufgabe wird durch eine Sicherung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Danach ist das Schmelzelement durch einen Teilstrompfad überbrückt, der einen Schalter beeinhaltet. Der Schalter ist so ausgelegt, daß er im Falle eines beispielsweise kurzschlußbedingten Überstroms selbsttätig öffnet. Über den Teilstrompfad fließt ein je nach dessen Widerstandsauslegung mehr oder weniger großer Teilstrom. Dementsprechend wird der das Schmelzelement beinhaltende Hauptstrompfad mit einem um den Teilstrom verringerten Stromwert beaufschlagt. Damit kann in den Hauptstrompfad eine Sicherung mit einem geringeren Sicherungswert eingesetzt werden. Wenn beispielsweise für die Absicherung eines Verbrauchers, eine 100-A-Sicherung notwendig ist, so kann eine 80-A-Sicherung eingesetzt werden, wenn der Teilstrompfad so ausgelegt ist, daß 20% des am Eingangsanschluß der Sicherung meßbaren Stroms über ihn abfließen. Bei gleichem Stromwert ist die Auslösezeit bei einer schwächeren Sicherung geringer als bei einer stärkeren Sicherung. Der Schalter des Teilstrompfades ist nun so ausgelegt, daß er im Falle eines beispielsweise durch einen Kurzschluß im elektrischen System bewirkten Überstroms öffnet. Wenn der Schalter geöffnet ist, fließt der gesamte Überstrom über das Schmelzelement ab. Da aber aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung das Schmelzelement einen geringeren Sicherungswert aufweisen kann als normalerweise erforderlich, ist die Auslösezeit gegenüber der sonst eingesetzten stärkeren Sicherung verkürzt. Letztlich wird also durch eine erfindungsgemäße Sicherung der gleiche Effekt erreicht, wie wenn eine Sicherung mit einem geringeren Sicherungswert als erforderlich eingesetzt wird. Durch die Abzweiung eines Teilstromes wird aber die schwächere Sicherung mit auslegungsgemäßen Stromwerten beaufschlagt, so daß die Gefahr von Fehlauslösungen beseitigt ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß ein Schalter verwendet wird, der nach dem Durchschmelzen des Schmelzelements selbsttätig wieder schließt. Bei einem Kraftfahrzeug hat dies folgenden Vorteil: Wenn im Falle eines Kurzschlusses die Stromversorgung des Bordnetzes ausgefallen ist, ist es einem Nichtfachmann in der Regel nicht möglich, die defekte Sicherung gegen eine neue auszutauschen. Dies schon allein deshalb nicht, weil die Hochlastsicherungen eines Kraftfahrzeuges in der Regel nur für das Fachpersonal einer Kfz-Werkstatt zugänglich sind. Wegen des stillgelegten Bordnetzes sind wichtige Fahrzeugfunktionen, etwa die Warnblinkanlage o. dgl. außer Betrieb gesetzt. Wenn jedoch nach dem Durchschmelzen der Sicherung der Schalter wieder schließt, ist das Bordnetz mit Strom versorgt. Der über den Schalter fließende Strom ist zwar wegen des erhöhten Widerstands des Teilstrompfades reduziert. Er reicht aber in der Regel aus, um Einrichtungen wie die Warnblinkanlage oder ein Bordtelefon in Betrieb nehmen zu können. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung wird ein thermosensitiver Schalter eingesetzt, der mit dem Schmelzelement thermisch gekoppelt ist. Im Falle eines Kurzschlusses erhöht sich der Stromfluß durch das Schmelzelement und dementsprechend erhöht sich die Temperatur. Diese Temperaturerhöhung führt zu einem Öffnen des Schalters. Zweckmäßigerweise wird die Auslösetemperatur so hoch gewählt, daß Fehlauslösungen vermieden sind. Vorzugsweise wird ein Bimetallschalter verwendet. Ein solcher Schalter schließt selbsttätig, wenn das Schmelzelement sich wieder abgekühlt hat, so daß die oben geschilderten "Notfunktionen" des Fahrzeuges zur Verfügung stehen.

Neben einem Bimetallschalter können auch zweckmäßigerweise Halbleiterschalter eingesetzt werden. Der Schalter kann auch ein stromgesteuerter Halbleiterschalter sein. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Schalter von einem Mikroprozessor gesteuert. Hier steht ein Temperatursensor in thermischem Kontakt mit dem Schmelzelement. Die Temperatur des Schmelzelements wird von einem Temperatursensor abgegriffen und in Form eines elektrischen Steuersignals an den Mikroprozessor weitergeleitet. Der Mikroprozessor steuert dann den Öffnungszustand des Schalters. Zweckmäßigerweise kann ein solcher Mikroprozessor auch weitere Aufgaben übernehmen. Er kann beispielsweise dazu dienen, im Falle eines Kurzschlusses den in modernen Fahrzeugen aus Sicherheitsgründen vorhandenen pyrotechnischen Trennschalter auszulösen, der den negativen Pol der Batterie vom Bordnetz trennt. Die Erfindung wird anhand eines in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 Eine erfindungsgemäße Sicherung im Querschnitt,

Fig. 2 eine Strom-Zeit-Kurve, die die Auslösecharakteristik einer erfindungsgemäßen Sicherung darstellt und

Fig. 3 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Sicherung.

Eine erfindungsgemäße Sicherung umfaßt einen Eingangsanschluß 1 und einen Ausgangsanschluß 2, zwischen denen ein Schmelzelement 3 angeordnet ist. Das Schmelzelement 3 ist im wesentlichen ein streifenförmiges Metallstück. Die Sicherung ist auf einer isolierenden Unterlagen 4 montiert. Der Eingangsanschluß 1 ist über eine (nicht dargestellte) Verbindungsleitung mit einer Stromversorgung, im Falle eines Bordnetzes mit dem positiven Pol einer Batterie verbunden. Zur elektrischen und mechanischen Verbindung von Leitungen mit den Anschlüssen 1, 2 dient eine Befestigungsmutter 5, die mit einem aus der Oberseite der Anschlüsse vorstehenden Schraubbolzen 6 zusammenwirkt. Eingangsanschluß 1, Ausgangsanschluß 2 und Schmelzelement 3 bilden den Hauptstrompfad 10 der Sicherung und sind beispielsweise als einstückiger Sicherungseinsatz 7 ausgebildet. An der Unterseite des Schmelzelements 3 ist ein Schalter 8 angeordnet, der über Verbindungen 11, 11a mit den Anschlüssen 1, 2 verbunden ist. Die Verbindungen 11, 11a und des Schalters 8 bilden einen das Schmelzelement überbrückenden Teilstrompfad 9. Der Schalter 8 und das elektrische Schmelzelement sind elektrisch voneinander isoliert, jedoch thermisch gekoppelt. Bei dem in Fig. 1 schematisch dargestellten Schalter kann es sich beispielsweise um einen Bimetallschalter handeln.

Anhand der Strom-Zeit-Kurve gemäß Fig. 2 sei die Funktionsweise einer erfindungsgemäßen Sicherung nochmals erläutert: Im Zeitpunkt t₀, d. h. im normalen Betriebsfall, ist das Schmelzelement von einem Dauerstrom I_D durchflossen, der beispielsweise 60% des Nennstromes beträgt. Der über den Teilstrompfad fließende Strom ist in dem Diagramm gem. Fig. 2 nicht eingezeichnet. Der Widerstand des Teilstrompfades ist z. B. so gewählt, daß 20% des am Eingangsanschluß meßbaren Stroms über den Teilstrompfad fließen. Zum Zeitpunkt t₁ ist ein Kurzschluß im Bordnetz des Fahrzeuges aufgetreten. Die Folge ist eine plötzliche Stromerhöhung im Schmelzelement 3. In der sich an t₁ anschließenden Phase fließt durch das Schmelzelement ein um den Teilstrom I_T des Teilstrompfades 9 verminderter Kurzschlußstrom I_K. Der Teilstrom I_K erwärmt das Schmelzelement. Die Erwärmung des Schmelzelements wird auf den Bimetallschalter 8 übertragen, wodurch er bei Erreichen seiner Auslösetemperatur im Zeitpunkt t₂ öffnet. Der Teilstrompfad 9 ist dann unterbrochen und der Teilstrom I_T fließt ebenfalls über das Schmelzelement 3 ab. Es steht nun der Auslösestrom I_A zur Verfügung, der sich aus dem Kurzschlußstrom I_K und dem Teilstrom I_T zusammensetzt. Nach dem Abkühlen des Schmelzelements bzw. der sich in dessen näherer Umgebung befindlichen Teile schließt der Bimetallschalter wieder, so daß über den nun geschlossenen Schalter ein Notlaufstrom I_N aus der Versorgungseinrichtung entnommen werden kann.

Bezugszeichenliste

1

Eingangsanschluß

2

Ausgangsanschluß

3

Schmelzelement

4

Unterlage

5

Befestigungsmutter

6

Schraubbolzen

7

Sicherungseinsatz

8

Schalter

9

Teilstrompfad

10

Hauptstrompfad

11

Verbindung

Claims

1. Elektrische Sicherung mit einem Schmelzelement (3), einem mit einer Stromversorgungseinrichtung verbindbaren Eingangsanschluß (1) und einem mit einem elektrischen System, insbesondere dem Bordnetz eines Kraftfahrzeuges verbindbaren Ausgangsanschluß (2) gekennzeichnet durch einen das Schmelzelement (3) überbrückenden, einen Schalter (8) beinhaltenden Teilstrompfad (9), wobei der Schalter so ausgelegt ist, daß er im Falle eines beispielsweise kurzschlußbedingten Überstroms selbsttätig öffnet.

2. Sicherung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Schalter (8), der im Anschluß an eine kurzschlußbedingte Durchtrennung des Schmelzelements (3) selbsttätig schließt.

3. Sicherung nach Anspruch 1 oder 2 gekennzeichnet durch eine Auslegung Teilstrompfades (9) derart, daß wenigstens 10% des am Eingangsanschluß (1) meßbaren Stroms über ihn fließen.

4. Sicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (8) ein mit dem Schmelzelement (3) thermisch gekoppelter thermosensitiver Schalter ist.

5. Sicherung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (8) ein Bimetallschalter ist.

6. Sicherung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (8) ein Halbleiter-Schalter ist.

7. Sicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (8) stromgesteuert ist.

8. Sicherung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (8) ein Halbleiter-Schalter ist.

9. Sicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (8) von einem Mikroprozessor (nicht dargestellt) gesteuert ist, wobei als Schaltkriterium die von einem Temperatursensor (nicht dargestellt) abgegriffene Temperatur des Schmelzelements (3) dient.