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Zum
Messen des Stromverbrauchs eines Verbrauchers ist es allgemein bekannt,
den Spannungsabfall an einem mit dem Verbraucher in Reihe geschalteten
Messwiderstand zu messen und daraus den jeweils fließenden Strom
zu ermitteln. Der Stromfluss durch einen Verbraucher kann beispielsweise für die Ermittlung
einer Fehlfunktion des jeweiligen Verbrauchers verwendet werden.
Wenn in einem komplexen elektrischen System, das eine Vielzahl elektrischer
Verbraucher enthält,
ein fehlerhafter Verbraucher aufgefunden werden soll, ist es zweckmäßig, an
einem zentralen Sicherungskasten die einzelnen Verbraucher auszumessen.
In einem solchen Sicherungskasten ist in der Regel für jeden
wichtigen Verbraucher eine geeignete Sicherung angeordnet, die mit
dem zugehörigen
Verbraucher in Reihe geschaltet ist und bei einem unzulässig hohen
Strom die Stromzufuhr zum zugehörigen
Verbraucher stoppt. In der Regel handelt es sich hierbei um preiswerte
Schmelzsicherungen, die auf einfache Weise austauschbar sind. Für die zuvor
genannte Fehlersuche kann nun die dem zu überprüfenden Verbraucher zugeordnete
Sicherung durch einen Messwiderstand ersetzt werden, der in der
Folge mit dem zu überprüfenden Verbraucher
in Reihe geschaltet ist.
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Beispielsweise
umfasst das elektrische System eines Kraftfahrzeugs in der Regel
eine große
Anzahl an elektrischen Verbraucher, wie z.B. Elektromotoren und
Steuergeräte.
Um einen Verbraucher ausfindig zu machen, der beispielsweise einen
zu hohen Ruhestrom aufweist, ist es zweckmäßig, in der zuvor beschriebenen
Weise an einem Sicherungskasten des Fahrzeugs eine oder mehrere
Sicherungen durch entsprechende Messwiderstände zu ersetzen, um so relativ
bequem den fehlerhaften Verbraucher aufzuspüren.
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Falls
es während
den Messungen zu einem überhöhten Fehlstrom
kommt, kann dies bei einem Verbraucher, dessen Sicherung durch einen
Messwiderstand ersetzt ist, zu einer Beschädigung des Verbrauchers führen. Dies
ist insbesondere bei einer Anwendung in einem Kraftfahrzeug dann
von erhöhtem Nachteil,
wenn während
des Fahrbetriebs die an den einzelnen Verbrauchern auftretenden
Ströme
gemessen werden sollen.
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Hier
soll die Erfindung Abhilfe schaffen. Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich
mit dem Problem, für
die Messung von Strömen
einen verbesserten Weg aufzuzeigen, der insbesondere die Gefahr einer
Beschädigung
eines Verbrauchers oder eines Kabels (Gefahr von Kabelbrand) reduziert,
wenn die Strommessung am Ort einer mit dem Verbraucher in Reihe
geschalteten Sicherung erfolgt.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch
die Gegenstände
der unabhängige
Ansprüche gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine
Schmelzsicherung und einen Messwiderstand zu einem neuartigen Bauteil zusammenzufassen,
das im folgenden als Messsicherung bezeichnet wird. Die erfindungsgemäße Messsicherung
integriert in sich die Funktion einer Sicherung und die Funktion
eines Messwiderstands. Hierzu besitzt die Messsicherung zwei Stromanschlüsse, die
durch eine Reihenschaltung aus der Schmelzsicherung und dem Messwiderstand
miteinander verbunden sind. Über
die Stromanschlüsse kann
die Messsicherung mit einem zu messenden Verbraucher in Reihe geschaltet
werden. Desweiteren besitzt die Messsicherung zwei Messanschlüsse, an
die ein geeignetes Messgerät
anschließbar
ist und die so gewählt
sind, dass daran ein Spannungsabfall am Messwiderstand abgreifbar
ist. Mit anderen Worten, über
die Messanschlüsse
kann das Messgerät parallel
zum Messwiderstand an die Messsicherung angeschlossen werden.
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Für den Messbetrieb
kann nun die erfindungsgemäße Messsicherung,
z.B. an Stelle einer herkömmlichen
Sicherung, mit dem auszumessenden Verbraucher in Reihe geschaltet
werden, wodurch mit einem geeigneten Messgerät der Spannungsabfall am Messwiderstand
und somit der Stromfluss durch den Messwiderstand, also letztlich der
Stromfluss durch den angeschlossenen Verbraucher gemessen werden
kann. Vor einem unzulässig hohen
Strom ist der Verbraucher bzw. das Kabel durch die in die Messsicherung
integrierte Schmelzsicherung geschützt. Eine Beschädigung des
Verbrauchers bzw. des Kabels kann somit vermieden werden.
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Die
erfindungsgemäße Messsicherung
eignet sich in besonderer Weise zum Ausmessen komplexer elektrischer
System, da sie – bei
entsprechender Konfektionierung – besonders einfach an Stelle einer
herkömmlichen
Sicherung verwendet werden kann.
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Wenn
für die
Strommessung eine besonders hohe Genauigkeit erwünscht ist, muss der verwendete
Messwiderstand hinsichtlich seines ohmschen Widerstands entsprechend
genau bekannt sein, um aus dem am Messwiderstand auftretenden Spannungsabfall
den jeweiligen Strom berechnen zu können. Die Herstellung von Messwiderständen, die
einen bestimmten ohmschen Widerstand möglichst exakt aufweisen, ist
relativ teuer, wodurch die Messsicherung entsprechend teuer wird.
Grundsätzlich
ist es auch möglich,
durch eine Kalibriermessung den exakten Widerstandswert mit gewünschter
Genauigkeit für
einen preiswerten Messwiderstand zu ermitteln. Die so ermittelten
Kalibrierdaten können
dann vor einer Messung auf geeignete Weise in ein dafür vorgesehenes
Messgerät
eingegeben werden. Das Messgerät
kann dann unter Berücksichtigung
dieser Kalibrierdaten auch mit einem preiswerten Messwiderstand
sehr exakte Messergebnisse liefern.
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Entsprechend
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann nun die Messsicherung
außerdem
mit wenigstens einem nicht flüchtigen
und auslesbaren Speicher ausgestattet sein, in dem Kalibrierdaten
des Messwiderstands speicherbar oder gespeichert sind. Durch diese
Bauweise können
für die
Messsicherung preiswerte Messwiderstände verwendet werden, deren
Kalibrierdaten im zugeordneten Speicher abrufbar sind. Auf diese
Weise werden für
jede Messsicherung die Kalibrierdaten des integrierten Messwiderstands
besonders einfach für
das jeweilige Messgerät
bereitgestellt. Von besonderem Vorteil ist hier, dass ein elektronisches
Auslesen der Kalibrierdaten manuelle Eingabefehler vermeidet, wodurch
sich insoweit die Messgenauigkeit bzw. die Zuverlässigkeit
der Messwerte erhöht.
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Vorteilhaft
ist eine Weiterbildung, bei welcher der Speicher telemetrisch, also
drahtlos, auslesbar ausgestaltet ist. Eine körperliche Kontaktierung mit dem
Speicher ist somit nicht erforderlich, was die Handhabung extrem
vereinfacht. Desweiteren kann bei entsprechender Leistung einer
geeigneten Speicherleseeinrichtung der Speicher auch bei einem vergleichsweise
großen
Abstand zwischen Speicherleseeinrichtung und Messsicherung ausgelesen
werden, was eine weitere Vereinfachung in der Handhabung der Messsicherung
und gegebenenfalls eines hierfür
geeigneten Messgeräts
mit sich bringt.
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Zusätzlich oder
alternativ kann die Messsicherung wenigstens einen mit dem Speicher
verbundenen Datenanschluss aufweisen, über den die im Speicher gespeicherten
Daten auslesbar sind. Bei dieser Bauweise kann eine drahtgebundene
Datenauslesung des Speichers realisiert werden. Eine derartige Bauweise
kann dann von Vorteil sein, wenn mehrere Messsicherungen gleichzeitig
zur Anwendung kommen, die relativ nahe aneinander positioniert sind.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus
den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand
der Zeichnungen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert,
wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktional gleiche
oder ähnliche
Bauteile beziehen.
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Es
zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine
schaltplanartige Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Messsicherung,
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2 eine
Ansicht wie in 1, jedoch bei einer anderen
Ausführungsform,
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3 eine
schaltplanartige Prinzipdarstellung eines Messgeräts nach
der Erfindung, an das mehrere erfindungsgemäße Messsicherungen angeschlossen
sind.
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Entsprechend 1 umfasst
eine erfindungsgemäße elektrische
Messsicherung 1 zwei Stromanschlüsse 2 und 3,
zwei Messanschlüsse 4 und 5,
eine Schmelzsicherung 6 und einen Messwiderstand 7.
Die Stromanschlüsse 2, 3 sind
intern über
die Schmelzsicherung 6 und den Messwiderstand 7 in
Reihe elektrisch miteinander verbunden. Extern kann die Messsicherung 1 über die
Stromanschlüsse 2, 3 mit
einem zu messenden Verbraucher in Reihe geschaltet werden. Die Messanschlüsse 4, 5 sind
beiderseits des Messwiderstands 7 an die interne verbindung
zwischen den Stromanschlüssen 2, 3 angeschlossen,
wodurch an den Messanschlüssen 4, 5 ein
Spannungsabfall am Messwiderstand 7 abgreifbar ist. Dementsprechend
kann an die Messanschlüsse 4, 5 ein
für die
Messung des Spannungsabfalls geeignetes, in 3 gezeigtes
Messgerät 12 angeschlossen
werden.
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Die
Messsicherung 1 besitzt außerdem ein Gehäuse 8,
an dem die Stromanschlüsse 2, 3 und
die Messanschlüsse 4, 5 hinreichend
zugänglich
angeordnet sind. Desweiteren enthält das Gehäuse 8 den Messwiderstand 7 und
die Schmelzsicherung 6.
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Bei
der hier gezeigten, bevorzugten Ausführungsform ist die Messsicherung 1 außerdem mit
zumindest einem nicht flüchtigen
und auslesbaren Speicher 9 ausgestattet. In diesem Speicher 9 können Kalibrierdaten
des Messwiderstands 7 gespei chert werden. Zu diesem Zweck
ist der Speicher 9 so ausgestaltet, dass er zumindest einmal
beschreibbar ist. Alternativ kann der Speicher 9 auch so
ausgestaltet sein, dass er mehrmals beschreibbar ist. Beim Speicher 9 handelt
es sich beispielsweise um ein sogenanntes EPROM oder um ein EEPROM.
Ein derartiger Speicher 9 benötigt nur eine vergleichsweise geringe
Speicherkapazität
und kann dementsprechend besonders preiswert hergestellt werden.
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Zur
Ermittlung der Kalibrierdaten wird zweckmäßig an der fertigen Messsicherung 1 eine
Kalibriermessung des eingebauten Messwiderstands 7 durchgeführt. Diese
könnte
beispielsweise erfolgen durch Aufschaltung eines Prüfstroms
auf die Messsicherung und einen dazu in Reihe geschalteten, bekannten
Referenzwiderstand und anschließende
vergleichende Messung der Spannungsabfälle mit einem hochgenauen Spannungsmessgerät. Die so
ermittelten Kalibrierdaten, die insbesondere den tatsächlichen
Widerstandswert des Messwiderstands 7 mit einer vorbestimmten
Genauigkeit umfassen, können
dann auf geeignete Weise im Speicher 9 abgelegt werden.
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Für einen
späteren
Gebrauch der Messsicherung 1 können dann die Kalibrierdaten
aus dem Speicher 9 ausgelesen werden, wodurch es auf besonders
einfache Weise möglich
ist, mit Hilfe der Messsicherung 1 und einem die Kalibrierdaten
berücksichtigenden
Messgerät 12 sehr
exakte Strommessungen durchzuführen.
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Bei
der in 1 gezeigten Ausführungsform weist die Messsicherung 1 außerdem zumindest
einen Datenanschluss 10 auf, der mit dem Speicher 9 verbunden
ist. Über
diesen Datenanschluss 10 können die im Speicher 9 gespeicherten
Daten, also vorzugsweise die Kalibrierdaten, ausgelesen werden. Hierbei
handelt es sich somit um eine drahtgebundene Kommunikation mit dem
Speicher 9, die über
den Datenanschluss 10 realisierbar ist.
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Im
Unterschied dazu zeigt 2 eine Ausführungsform, bei welcher der
Speicher 9 so ausgestaltet ist, dass er telemetrisch auslesbar
ist. Zu diesem Zweck ist der Speicher 9 hier mit einer
Sende- und Empfangseinrichtung 11 ausgestattet, die eine drahtlose
Kommunikation und Datenübertragung
mit dem Speicher 9 ermöglicht.
Es ist klar, dass bei einer anderen Ausführungsform sowohl eine drahtlose
Datenübertragung,
wie z.B. in 2, als auch eine drahtgebundene
Datenübertragung,
wie z.B. in 1, realisiert sein kann.
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Wie
in den 1 und 2 ohne weiteres entnehmbar ist,
sind der Speicher 9 und – soweit vorhanden – die Sende-
und Empfangseinrichtung 11 ebenfalls im Gehäuse 8 der
Messsicherung untergebracht.
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Vorzugsweise
ist die Messsicherung 1 so gestaltet, dass sie ohne weiteres
anstelle einer Standard-Sicherung, vorzugsweise eine Standard-Schmelzsicherung,
in eine Sicherungsfassung eingesetzt werden kann. Beispielsweise
ist die Messsicherung 1 hinsichtlich ihrer Dimensionierung
und hinsichtlich ihrer Stromanschlüsse 2, 3 wie
eine Standard-Flachsicherung ausgestaltet, wie sie beispielsweise
im Kraftfahrzeugbereich regelmäßig zur
Anwendung kommt. Die Messsicherung 1 baut somit extrem
kompakt, was ohne weiteres möglich
ist, da sowohl für
die Schmelzsicherung 6 als auch für den Messwiderstand 7 und
gegebenenfalls für
den Speicher 9 entsprechend klein bauende Ausführungsformen
verwendet werden können.
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Vorzugsweise
sind die Stromanschlüsse 2, 3 und/oder
die Messanschlüsse 4, 5 und/oder – soweit vorhanden – der wenigstens
eine Datenanschluss 10 für eine Steckmontage ausgestaltet,
wodurch sich die Handhabung der Messsicherung 1 vereinfacht.
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3 zeigt
nun ein erfindungsgemäßes Messgerät 12,
an das mehrere erfindungsgemäße Messsicherungen 1 anschließbar sind.
Die Messsicherungen 1 sind in 3 vereinfacht
dargestellt.
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Das
Messgerät 12 enthält zumindest
eine Auswerteeinheit 13, z.B. in Form eines Mikrocontrollers.
Desweiteren enthält
das Messgerät 12 eine Speicherleseeinrichtung 14,
die so ausgestaltet ist, dass sie die Speicher 9 der an
das Messgerät 12 angeschlossenen
Messsicherungen 1 gleichzeitig oder einzeln auslesen kann.
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Bei
der hier gezeigten Ausführungsform
arbeitet die Speicherleseeinrichtung 14 drahtgebunden,
d.h., die Speicherleseeinrichtung 14 ist an alle Messsicherungen 1,
die an das Messgerät 12 angeschlossen
sind, über
wenigstens eine Datenleitung 15 an deren Datenanschluss 10 anschließbar. Grundsätzlich können ebenso
viele Datenleitungen 15 wie Messsicherung 1 vorgesehen
sein, so dass alle an das Messgerät 12 angeschlossenen
bzw. anschließbaren
Messsicherungen 1 gleichzeitig auch an die Speicherleseeinrichtung 14 angeschlossen werden
können.
Alternativ ist auch eine Ausführungsform
möglich,
bei der jeweils nur eine Messsicherung 1 zum einmaligen
Einlesen der Kalibrierdaten mit der Speicherleseeinrichtung 14 verbunden werden
kann. Die Speicherleseeinrichtung 19 bzw. das Messgerät 12 kommt
dann mit einer einzigen Datenleitung 15 aus.
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Zusätzlich oder
alternativ kann die Speicherleseeinrichtung 14 auch so
ausgestaltet sein, dass sie mit den Speichern 9 der Messsicherungen 1 drahtlos
kommunizieren kann.
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Die
Speicherleseeinrichtung 14 ist auf geeignete Weise mit
der Auswerteeinheit 13 verbunden und kann somit dieser
die aus den Speichern 9 ausgelesenen Kalibrierdaten der
Auswerteeinheit 13 bereitstellen bzw. an diese weiterleiten.
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Das
Messgerät 12 enthält außerdem eine Messeinrichtung 16 zur
eigentlichen Erfassung der Messsignale oder Messwerte. Die Messeinrichtung 16 ist
hierzu über
eine Umschalteinrichtung 17 des Messgeräts 12 mit den an das
Messgerät 12 angeschlossenen
Messsicherungen 1 einzeln verbindbar. Die Umschalteinrichtung 17 ist
hierzu über
Messleitungen 18 an die Messanschlüsse 4, 5 aller
Messsicherungen 1 separat ange schlossen. Die Umschalteinrichtung 17 umfasst
nun für
jede Messsicherung 1 einen eigenen Schalter 19,
der es ermöglicht,
die den Messanschlüssen 4, 5 der
jeweiligen ausgewählten Messsicherung 1 zugeordneten
Messleitungen 18 mit der Messeinrichtung 16 zu
verbinden. Hierbei können
die einzelnen Schalter 19 unabhängig voneinander von der Auswerteeinheit 13 betätigt werden.
Hierdurch kann die Auswerteeinheit 13 gezielt. die einzelnen
mit dem Messgerät 12 verbundenen Messsicherungen 1 einzelnen
mit der Messeinrichtung 16 verbinden, wodurch über die
Schalter 19 bzw. über
die durch die Schalter 19 gebildete Umschalteinrichtung 17 die
Spannungsabfälle
an den Messwiderständen 7 der
angeschlossenen Messsicherungen 1 einzeln gemessen und
somit einem jeweiligen Verbraucher zugeordnet werden können.
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Das
Messgerät 12 enthält außerdem zumindest
eine, hier zwei Schnittstellen 20, 21, z.B. eine serielle
Schnittstelle und eine Feldbus-Schnittstelle, die beide mit der
Auswerteeinheit 13 verbunden sind. Außerdem ist eine Spannungsversorgungseinheit 22 vorgesehen,
die zur Spannungsversorgung des Messgeräts 12 bzw. dessen
Komponenten dient.
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Das
erfindungsgemäße Messgerät 12 ist
in Verbindung mit den erfindungsgemäßen Messsicherungen 1 auf
besondere Weise für
die Strommessung bei mehreren Verbrauchern innerhalb eines komplexen
Systems geeignet. Hierzu werden zweckmäßig die Messsicherungen 1 anstelle
von Standard-Sicherungen in die Stromversorgung der einzelnen zu überprüfenden Verbraucher
eingesetzt. Am einfachsten erfolgt dies beispielsweise in einem
Sicherungskasten 23, in dem die Standard-Sicherungen für mehrere
Verbraucher des jeweiligen Systems zentral angeordnet sind. Der
Aufwand zur Realisierung einer Strommessung bei mehreren Verbrauchern
des Systems, insbesondere in einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs,
ist dadurch relativ klein. Von besonderem Vorteil ist dabei, dass
die Sicherungswirkung der durch die jeweiligen Messsicherungen 1 ersetzten Standard-Sicherungen
hierbei nicht verloren geht, da jede Messsicherung 1 erfindungsgemäß ebenfalls eine
Schmelzsicherung 6 enthält.
Durch geeignete Auswahl der jeweiligen Messsicherung 1 kann
dabei derselbe Strom abgesichert werden, wie mit der ersetzten Standard-Sicherung.
Beispielsweise werden die Messsicherungen 1 zur Absicherung
gängiger Stromwerte
bereitgestellt, wie z.B. 1A, 2A, 5A und 10A.
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Bei
dem hier gezeigten Beispiel werden die einzelnen Verbraucher über einzelne
Verbraucherleitungen 24 mit Strom versorgt, wobei diese
Verbraucherleitungen 24 durch den Sicherungskasten 23 durchgeführt sind.
Dementsprechend enthält
der Sicherungskasten 23 für jede dieser Verbraucherleitungen 24 eine
hier nicht näher
bezeichnete Sicherungsfassung, in welche eine Standard-Sicherung
oder alternativ eine Messsicherung 1 nach der Erfindung eingesteckt
werden kann. Die einzelnen Verbraucherleitungen 24 zweigen
hier von einer gemeinsamen Hauptleitung 25 ab, die bei
einer Anwendung im Kraftfahrzeug direkt mit dem Plus-Pol einer Fahrzeugbatterie
verbunden sein kann.