DE19525475B4 - Sicherungsvorrichtung für eine Stromleitung in Fahrzeugen - Google Patents
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Abstract
Sicherungsvorrichtung
für eine Stromleitung
in Fahrzeugen, mit einem Stromstärke-Sensor
mit nachgeschalteter Auswerteschaltung, mit einem Trennmittel für die Stromleitung
bei einer über
einem Grenzwert liegender Stromstärke, und mit einem Gehäuse, in
dem der Sensor, die Auswerteschaltung, das Trennmittel und ein Abschnitt
der am Pluspol der Fahrzeugbatterie angeschlossenen Hauptstromleitung
angeordnet sind, nach Patent 195 03 809, dadurch gekennzeichnet,
dass das Trennmittel ein SMA-Element (35', 35'') ist.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Weiterbildung der im Hauptpatent 19503809 beschriebenen Vorrichtung.
- Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung nach dem Hauptpatent zu vergrößern.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Trennmittel ein SMA-Element ist. Unter SMA-(shape-memory-alloy)-Element ist ein Bauteil aus einer Metallegierung mit Formgedächtniseigenschaften zu verstehen, das sich bei einer starken Temperaturänderung in seiner Form ändert und bei anschließendem Einstellen der Ausgangstemperatur wiederum die ursprüngliche Gestalt einnimmt. SMA-Elemente sind in der Kraftfahrzeugtechnik vielfältig im Einsatz. So ist es beispielsweise bekannt, derartige Elemente zur Anpreßkraftsteuerung eines Scheibenwischers oder aber auch zur Steuerung des Kontaktschlusses bei einem. elektrischen Stecker einzusetzen. Bei der Erfindung soll das SMA-Element dazu verwendet werden, anstelle der im Hauptpatent beschriebenen Verwendung von pyrotechnischen Mitteln im Bedarfsfall die Kontakttrennung vorzunehmen. Dabei wird die Eigenschaft von SMA-Elementen verwendet, Formänderungen bei Temperaturänderungen schnell und mit hoher Wirkkraft durchzuführen.
- In den Patentansprüchen 2 bis 5 sind verschiedene Ausführungsformen der Erfindung genannt. Bei der Ausführungsform nach Patentanspruch 2 wird das SMA-Element im Bedarfsfall beheizt. Im Gegensatz zu der alternativen Abkühlung des SMA-Elements läßt sich der Heizvorgang präzise steuern und ist nicht von Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise der Umgebungstemperatur abhängig.
- Eine besonders einfache Möglichkeit der Beheizung ist durch einen Sromfluß im SMA-Element selbst gegeben.
- Die Wirkungsweise des SMA-Elements kann verschieden gestaltet sein. So ist es möglich, das SMA-Element selbst als Kontakttrennmittel einzusetzen. Hierzu kann das SMA-Element beispielsweise als Feder ausgebildet sein, die im Bedarfsfall die Kontakttrennung vornimmt.
- Alternativ kann das SMA-Element indirekt die Kontakttrennung steuern. Hierzu kann es beispielsweise ein konventionelles Kontakttrennmittel, beispielsweise in Form einer Feder in seiner Wirksamkeit im Bedarfsfall aktivieren bzw. deaktivieren.
- Anhand der Zeichnung ist die Erfindung weiter erläutert. Es zeigt
-
1 das Wirkprinzip der erfindungsgemäßen Kontakttrennung unter Verwendung eines SMA-Elements, -
2 eine erste Ausführungsform der Erfindung zur Absicherung mehrerer Stromleitungen -
3 eine Alternative der Ausführungsform von2 . - Eine mit dem Pluspol (nicht dargestellt) einer Batterie (ebenfalls nicht gezeigt) verbundene Batterieleitung
2 ist von einem Eisenring15 umgeben, in dem ein Hall-Element14 sitzt. Der Eisenring15 umgibt die Leitung2 und ist demgegenüber durch eine Schicht16 elektrisch isoliert. Das Hall-Element14 wirkt als Sensor für die Stromstärke in der Leitung2 . Es ist auf einen Eingang eines Schwellwertschalters8 geführt, der einen weiteren Eingang für die Einstellung der Auslöseschwelle Us besitzt. Diese ist durch einen elektrischen Widerstand17 festgelegt. - Der Ausgang des Schwellwertschalters
8 steuert einen Verstärker9 , in dessen Stromkreis ein SMA-Element10 sitzt. Bei diesem handelt es sich beispielsweise um eine Feder aus einer Formgedächnislegierung oder ein sonstiges Bauteil aus einer derartigen Legierung, das von Strom durchflossen wird, wenn das Ausgangssignal Un des Hall-Elements14 entsprechend der mit dem Hall gemessenen Stromstärke größer als die Auslöseschwelle ist. - Das in
2 gezeigte Konstruktionsprinzip zeigt ein aus mehreren Teilen30 ,31 und32 bestehendes Gehäuse, in dem mehrere Stromleitungen33 und34 parallel verlaufen. Das SMA-Element35 wirkt auf einen Ausrückbolzen36 , der mit dem Gehäuseteil32 verbunden ist und der im Ruhezustand in einer Bohrung37' im Gehäuseteil31 sitzt. Der Stromstärke-Sensor ist hier mit38 bezeichnet und mit einer Auswerteschaltung (hier39 ) verbunden und den Stromleitungen33 und34 zugeordnet. Er mißt den Summenstrom. Übersteigt dieser einen Schwellwert analog dem für eine einzelne Strom-Leitung in1 dargestellten Auslösewert entsprechend Us, so wird über den Schwellwertschalter8 entsprechend das SMA-Element35' mit Strom durchflossen. Die Feder35' dehnt sich dann über einen über die Federgeometrie einstellbaren Weg aus und schiebt den Ausrückbolzen36 aus der Bohrung37' hinaus. Damit wird das Gehäuseteil32 soweit aus dem Gehäuseteil31 herausdrückt, daß die Stromleitungen33 und34 bleibend unterbrochen sind. Selbst wenn die Feder35' wieder abgekühlt wird, bleibt dieser Zustand erhalten. - Beim Ausführungsbeispiel von
3 wirkt das SMA-Element35'' indirekt. Es dient als Spannring, das in eine Nut135 des Ausrückbolzens36' eingreift (in der Zeichnung ist eine Sprengzeichnung der im Normalfall zusammengesteckten Gehäuseteile31 ,32' und33' gezeigt). Das wirksame Element ist eine konventionelle Feder135 , die im zusammengesteckten Zustand zusammengedrückt ist. - Im Bedarfsfall wird der Spannring (
35'' ) beheizt. Er vergrößert seinen Durchmesser und gibt den Ausrückbolzen36' frei. Dadurch wird das Gehäuseteil33 durch die Feder135 ausgedrückt und wiederum die Leitungen33 und34 unterbrochen. - Die Stromversorgung der Auswerteschaltung
39 von2 und3 erfolgt über eine der beiden Stromleitungen33 oder34 . Der Masseanschluß ist als weiterer Steckkontakt40 mit der Auswerteschaltung39 verbunden. Die Gehäuseteile30 und31 einerseits31 und32 andererseits sind über nicht im einzelnen bezeichneten Steckkontakte miteinander verbunden. - Im Reperaturfall ist es ohne weiteres möglich, durch Lösen der Steckkontakte das Gehäuseteil
31 zu demontieren und durch ein entsprechendes Teil zu ersetzen. Durch Schließen der Steckkontakte werden die unterbrochenen Stromleitungen33 bzw.34 wieder geschlossen. Der hierzu erforderliche Aufwand ist erkennbar gering. - Je nach Anwendungsfall kann die gezeigte Verwendung eines SMA-Elements anstelle einer Sprengkapsel vorteilhaft sein.
Claims (5)
- Sicherungsvorrichtung für eine Stromleitung in Fahrzeugen, mit einem Stromstärke-Sensor mit nachgeschalteter Auswerteschaltung, mit einem Trennmittel für die Stromleitung bei einer über einem Grenzwert liegender Stromstärke, und mit einem Gehäuse, in dem der Sensor, die Auswerteschaltung, das Trennmittel und ein Abschnitt der am Pluspol der Fahrzeugbatterie angeschlossenen Hauptstromleitung angeordnet sind, nach Patent 195 03 809, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennmittel ein SMA-Element (
35' ,35'' ) ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das SMA-Element im Bedarfsfall beheizt ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beheizung durch einen Stromfluß im SMA-Element erfolgt.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das SMA-Element (
35' ) selbst die Verbindung unterbricht. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterbrechen der Verbindung durch eine in ihrer Wirksamkeit durch das SMA-Element (
35'' ) beeinflußte Feder (135 ) erfolgt.
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