DE19827374A1 - Sicherungselement für elektrische Anlagen - Google Patents
Sicherungselement für elektrische AnlagenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Sicherungselement für elektrische Anlagen mit einem zu schützenden Leitungsbereich als Strompfad für elektrischen Strom, wobei das Sicherungselement in Serie zum zu schützenden Leitungsbereich (11) geschaltet einen Referenzleiter (9) aufweist, der außerhalb des Strompfades zumindest einen Schmelzbereich (13) mit einem Schmelzmaterial aufweist, dessen Schmelzpunkt unterhalb des Schmelzpunktes eines sicherheitsrelevanten Elements (12) des zu schützenden Leiterbereichs (11) liegt und daß im Schmelzbereich (13) Mittel zur Stromreduktion (14, 15, 16, 23, 24) im zu schützenden Leitungsbereich (11) vorgesehen sind, die zumindest bei Überschreiten der Schmelztemperatur des Materials zuschaltbar sind.
Description
Die Erfindung betrifft ein Sicherungselement für elektrische
Anlagen, insbesondere für Fahrzeuge.
In Bordnetzen, insbesondere in Bordnetzen von Kraftfahrzeugen,
werden zur Absicherung von elektrischen Leitungen
üblicherweise Schmelzsicherungen eingesetzt. Die Absicherung
mit Schmelzsicherungen hat den Nachteil, daß sich mit diesen
Sicherungen bei sinnvoller Auslegung kein vollständiger
Leitungsschutz erreichen läßt.
Beim Auftreten kurzfristig anliegender Überströme kann eine
elektrische Leitung im Fahrzeug wegen der hohen Wärmekapazität
des elektrischen Leiters wesentlich mehr Strom tragen als die
Schmelzsicherung, so daß für kurzzeitige hohe Überströme eine
übliche Schmelzsicherung unterdimensioniert ist. Im Bereich
länger andauernder kleine Überströme schaltet die Sicherung
dagegen zu spät ab, so daß in diesem Fall eine elektrische
Leitung und/oder Verbraucher nicht ausreichend geschützt ist.
Bei einem Überstrom von z. B. 35% gegenüber dem nominalen
Auslösestrom der Sicherung kann es bis zu einer halben Stunde
dauern, bis eine Schmelzsicherung tatsächlich auslöst. Bei
einem Überstrom von 250%, der dem 3,5-fachen nominalen
Auslösestrom der Sicherung entspricht, kann es noch 5 Sekunden
bis zur Sicherungsauslösung dauern.
Aus DE 195 03 808 A1 ist eine Anordnung bekannt, bei der die
stromführende Leitung mit Hilfe einer Sprengkapsel abgetrennt
werden kann. Hierbei ist die Sprengkapsel auf der einen Seite
mit dem Batteriepluspol, auf der anderen Seite mit einer
zweiten Leitung, die die erste Leitung umhüllt, verbunden.
Kommt es durch ein mechanische Beschädigung des Kabels zu
einem Kontakt zwischen der Fahrzeugmasse und dem zweiten
Leiter, so wird die Sprengkapsel ausgelöst und trennt die
Verbindung zwischen Batterie und der ersten Leitung. Dies hat
jedoch den Nachteil, daß die Kosten für die erste Leitung
durch die Umhüllung mit der zweiten Leitung erhöht werden. Die
Trennung durch ein Sprengelement ist sinnvollerweise nur für
Leitungen mit hohem Querschnitt, d. h. hoher
Stromtragfähigkeit, geeignet. Weiterhin wird mit diesem
Verfahren nur der Fall einer mechanischen Beschädigung, nicht
aber der Fall einer thermischen Überhitzung des Kabels
abgesichert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Sicherungselement für elektrische Anlagen, insbesondere für
Bordnetze von Kraftfahrzeugen, anzugeben, welches elektrische
Leitungen der elektrischen Anlage vor thermischer Überlastung
schützt.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs
gelöst. Weiterführende und vorteilhafte Ausgestaltungen sind
den Unteransprüchen und der Beschreibung zu entnehmen.
Ein erfindungsgemäßes Sicherungselement weist zumindest
benachbart zum zu schützenden Leitungsbereich ein außerhalb
des Strompfades angeordnetes Referenzmaterial auf, welches
zumindest in einer seiner physikalischen und/oder chemischen
Eigenschaften zum Vergleich mit physikalischen und/oder
chemischen Eigenschaften eines sicherheitsrelevanten Elements
des zu schützenden Leitungsbereichs herangezogen ist, wobei
zumindest bei Überschreiten einer vorgegebenen Veränderung
zumindest einer physikalischen und/oder chemischen Eigenschaft
des Referenzmaterials Mittel zur Stromreduktion vorgesehen
sind, mit denen der Strom im zu schützenden Leitungsbereich
reduzierbar ist.
Bevorzugt ist das Referenzmaterial nichtmetallisch, besonders
bevorzugt ein Isolator.
Zweckmäßigerweise ist ein sicherheitsrelevantes Element eine
elektrische Isolierung des zu schützenden Leitungsbereichs.
Vorteilhaft ist, wenn das Referenzmaterial einen
Referenzleiter zumindest bereichsweise bedeckt. Zweckmäßig
ist, wenn das Schmelzmaterial den Referenzleiter wie ein
Isoliermantel umgibt.
Bevorzugt ist der Referenzleiter in Serie zu dem zu
schützenden Leitungsbereich geschaltet.
Ein bevorzugtes Sicherungselement weist einen Referenzleiter
auf, der außerhalb des direkten Strompfades, welcher durch den
zu schützenden Leitungsbereich gebildet wird, zumindest ein
Schmelzmaterial als Referenzmaterial aufweist, dessen
Schmelzpunkt unterhalb des Schmelzpunktes der Isolierung des
zu schützenden Leiterbereichs liegt, wobei im Bereich des
Schmelzmaterials Mittel zur Stromreduktion im zu schützenden
Leitungsbereich zumindest bei Überschreiten der
Schmelztemperatur des Schmelzmaterials zuschaltbar sind.
Besonders bevorzugt ist das Schmelzmaterial aus einem
PVC-Material gebildet, dessen Schmelzpunkt unterhalb dem eines
PVC-Mantels des zu schützenden Leitungsbereichs liegt.
Besonders günstig ist, daß die Mittel zur Stromreduktion
zumindest einen Parallelstrompfad zu dem zu schützenden
Leitungsbereich aufweisen. Damit wird die Stromstärke im zu
schützenden Leitungsbereich reduziert. Bevorzugt ist der
Parallelstrompfad niederohmiger als der zu schützende
Leitungsbereich. Besonders günstig ist, das Schmelzmaterial
als Isolierung zwischen einer elektrischen Kontaktstelle zum
Parallelstrompfad und einer elektrischen Kontaktstelle zum
schützenden Leitungsbereich anzuordnen.
In einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung ist eine
metallische Schmelzsicherung in Serie zu dem Referenzleiter
angeordnet. Beim Schmelzen des Schmelzbereichs fließt ein
hoher Strom, so daß die metallische Schmelzsicherung
durchschmilzt. Ein Vorteil liegt darin, daß die
Schmelzsicherung keine hohen Anforderungen an
Auslösegenauigkeit aufweisen muß.
Besonders zweckmäßig ist eine Ausgestaltung des
Sicherungselements, bei der die Mittel zur Stromreduktion im
zu schützenden Leitungsbereich ein Federelement aufweisen, so
daß bei Überschreiten der Schmelztemperatur des
Schmelzbereichs eine elektrische Kontaktstelle des
Parallelstrompfads mit Federkraft mit einer elektrischen
Kontaktstelle des zu schützenden Leiterbereichs in Kontakt
bringbar ist. Die Kontaktierung erfolgt damit besonders
zuverlässig und kann sehr einfach und preiswert gestaltet
werden.
Eine weitere günstige Ausgestaltung ist, den Referenzleiter
mit einer Bohrung zu versehen, in die ein stopfenförmiges
Schmelzmaterial eingreift. Günstig ist, elektrische und/oder
mechanische Kontaktmittel des Parallelstrompfads zur
Kontaktierung des Referenzleiters durch das stopfenförmige
Schmelzmaterial zu beabstanden. Der Vorteil ist, daß nur eine
geringe Materialmenge des Schmelzmaterials benötigt wird.
Günstig ist auch, daß die Formgebung des Referenzleiters dazu
herangezogen werden kann, daß im Schmelzbereich eine höhere
elektrische Verlustleistung anfällt als im zu schützenden
Leitungsbereich, so daß ein Schmelzen des Schmelzmaterials bei
einer Temperatur einsetzt, die sicher unterhalb einer für den
zu schützenden Leitungsbereich kritischen Temperatur liegt.
Besonders zweckmäßig ist, den Referenzleiter und/oder
Kontaktmittel im Schmelzbereich für geschmolzenes Material
durchlässig auszubilden. Damit wird erreicht, daß der
elektrische Kontakt einfach und zuverlässig herzustellen ist,
ohne daß geschmolzenes oder wiedererstarrtes Schmelzmaterial
den elektrischen Kontakt unterbricht.
Eine weitere günstige Ausgestaltung besteht darin, Mittel zur
Stromreduktion als Unterbrechungsstelle im Referenzleiter
auszubilden.
Günstig ist, Mittel zur Überwachung der elektrischen
Leitfähigkeit und/oder der Dielektrizitätskonstanten und/oder
der magnetischen Suszeptibilität und/oder der mechanischen
Festigkeit und/oder der Härte des Referenzmaterials vorgesehen
sind.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus
den weiteren Ansprüchen und der Beschreibung hervor. Die
Erfindung ist nachstehend anhand einer Zeichnung näher
beschrieben, wobei
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen
Sicherungselements,
Fig. 2 im Detail eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen
Sicherungselements,
Fig. 3a, b weitere Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen
Sicherungselements, und
Fig. 4 eine weitere Ausgestaltung eines Sicherungselements
jeweils im Schnitt zeigt.
Im folgenden ist die Erfindung anhand von Beispielen für den
Einsatz in einem Kraftfahrzeug beschrieben. Die Erfindung ist
jedoch nicht auf diesen Einsatz beschränkt, sondern
insbesondere für eine Verwendung geeignet, bei denen ein
abzusicherndes Kabel vor thermischer Überlastung zu schützen
ist.
Eine günstige Ausführung eines erfindungsgemäßen
Sicherungselements ist in Fig. 1 als Prinzipskizze
dargestellt. Zwischen eine Batterie 1 mit einem Pluspol 2 und
einem Minuspol 3, welcher mit der Masse 4 verbunden ist, und
den zu schützenden Leitungsbereich 11 ist ein
Sicherungselement 10 geschaltet. Das Sicherungselement 10
weist einen Referenzleiter 9 mit einer Isolierhülle 13 auf,
welche den Referenzleiter 9 umgibt, sowie zusätzlich eine
metallische Schmelzsicherung mit einem Anschluß 7 und einem
Anschluß 6, zwischen denen ein Schmelzleiter 8 angeordnet ist.
Die Isolierhülle 13 dient als Referenzmaterial. Der
Referenzleiter 9 ist vorzugsweise lösbar mit dem zu
schützenden Leitungsbereich 11 verbunden. Der batterieseitige
Anschluß 6 der metallischen Schmelzsicherung ist über die
Verbindung 5 mit dem Pluspol 2 der Batterie 1 verbunden. In
analoger Weise kann der Referenzleiter 9 batterieseitig von
der metallischen Schmelzsicherung angeordnet sein. In diesem
Fall wäre der Referenzleiter 9 mit der Batterie 1 und die
Schmelzsicherung mit dem abzusichernden Leitungsbereich 11
verbunden. Die metallische Schmelzsicherung kann eine übliche
Schmelzsicherung sein oder auch eine aktive Sicherung,
vorzugsweise eine aktive Sicherung, welche durch einen
zusätzlichen thermischen und/oder elektrischen und/oder einen
anderen Zündmechanismus auslösbar ist.
Die Isolierhülle 13 am Referenzleiter 9 ist ein
Schmelzmaterial mit einer Schmelztemperatur, die vorzugsweise
unterhalb der Schmelztemperatur der Isolierung 12 des zu
schützenden Leitungsbereichs 11 liegt. Vorzugsweise ist die
Isolierhülle 13 aus einem Kunststoff gebildet. Günstig ist es,
als Referenzmaterial einen gleichartigen Kunststoff wie für
die Isolierung 12 des zu schützenden Leiterbereichs 11 zu
wählen, insbesondere PVC (Polyvinylchlorid), bei dem durch
vorzugsweise durch Füllstoffe und/oder Kettenlängen und/oder
Vernetzungsgrad im Kunststoff die Schmelztemperatur sehr
leicht zu beeinflussen ist. Günstig ist jedoch auch der
Einsatz von Wachsen als Isolationsmaterial 13, mit denen eine
sehr genaue Überwachung der Temperatur möglich ist, da diese
einen genau kontrollierbaren Schmelzpunkt haben. Der
Isolationsstoff des Schmelzbereichs 13 ist vorzugsweise so
gewählt, daß der Schmelzpunkt des Materials unterhalb von dem
der Isolierung des zu schützenden Leitungsbereichs 11 liegt.
Der Vorteil ist, daß der mit Schmelzmaterial bedeckte
Referenzleiter 9 das thermische Kabelverhalten des zu
schützenden Leitungsbereichs durch eine Kombination aus Leiter
und Isolationsmaterial nachgebildet. Innerhalb des Bereichs
des Referenzleiters 9 wird nun das Verhalten des Isolations-
Referenzmaterials 13 kontrolliert.
Da im Falle einer thermischen Überhitzung eines Kabels in der
Regel nur das Isolationsmaterial geschädigt wird, ist es
günstig, das Isolationsmaterial 13 am Referenzleiter 9 zu
überwachen. Nimmt das Isolationsmaterial in diesem Bereich
durch die durch den Stromfluß erzeugte Wärme Schaden oder
verändert es seine physikalischen Parameter wie elektrische
Leitfähigkeit, Kapazität, relative Dielektrizitätskonstante,
Permeabilität, Aggregatzustand, Fließfähigkeit,
Wärmeleitfähigkeit, Temperatur und andere derart, daß ein
Verlust der Isolationswirkung zu erwarten ist, so ist davon
auszugehen, daß die Isolation des zu schützenden
Leitungsbereichs 11 ebenfalls Schaden zu nehmen droht. In
diesem Fall sind Mittel vorgesehen, die zumindest den
Stromfluß im zu schützenden Leitungsbereich 11 reduzieren. Die
metallische Schmelzsicherung 6, 7, 8 wird durch einen
Auslösemechanismus ausgelöst und der Stromfluß im zu
schützenden Leitungsbereich 11 unterbrochen.
Dazu wird mit einem Federelement 14 ein Kontakt 15 gegen die
Isolation 13 des Referenzleiters gedrückt. Fließt nun ein
großer Strom durch das Kabel 11 und somit durch den
Referenzleiter 9, so ergibt sich bedingt durch den ohmschen
Widerstand ein Temperaturerhöhung des Leiters 9 und somit auch
der Isolationsschicht 13. Diese Temperaturerhöhung führt zur
Veränderung der physikalischen Parameter und damit auch zur
Schädigung der Isolationsschicht 13. Dabei kann sowohl das
Material der Isolationsschicht 13 so gewählt sein, daß der
Schmelzpunkt verglichen mit dem des Isolationsmaterials 12 im
zu schützenden Leitungsbereich 11 geringer ist, oder der
Referenzleiter 9 kann durch Formgebung oder Material so
eingestellt sein, daß der ohmsche Widerstand dort höher ist
als im Leiter 11, so daß im Bereich des Referenzleiters 9 die
größte Wärmeentwicklung stattfindet und der Schmelzbereich 13
wärmer ist als die Isolation 12 des zu schützenden
Leitungsbereichs 11.
Ist z. B. das Schmelzmaterial 13 entsprechend modifiziert,
liegt der Temperaturgrenzwert für die Schädigung der
Isolationsschicht 13 unterhalb des entsprechenden Grenzwerts
des Isolationsmaterials 12 des zu schützenden Leitungsbereichs
11. Demnach wird die Schicht 13 zuerst eine Veränderung seiner
physikalischen Parameter zeigen. Die Änderung ist vorzugsweise
ein Weichwerden und/oder ein Schmelzen und Abtropfen der
Isolationsschicht 13 vom Referenzleiter 9.
Beim Weichwerden bzw. beim Abtropfen wird durch den Kontakt 15
und das Federelement 14 ein elektrischer Kontakt zur
Fahrzeugmasse hergestellt, indem ein niederohmiger
Parallelstrompfad zur Masse 16 mit dem Referenzleiter 9 in
Kontakt gebracht wird. Der Stromfluß durch den zu schützenden
Leitungsbereich 11 wird dadurch stark reduziert, da dessen
ohmscher Widerstand höher ist als der des Parallelstrompfads.
Zusätzlich wird der Stromfluß durch das Schmelzelement 8
deutlich erhöht und die metallische Schmelzsicherung löst aus.
Da der Grenzwert für die Schädigung der Isolationsschicht 13
niedriger als der Grenzwert der Isolationsschicht 12 liegt,
ist das Kabel 11 durch diese Anordnung geschützt. Hat das
Isolationsmaterial 13 bis auf den Schmelzpunkt die gleichen
oder sehr ähnliche physikalische und chemische Eigenschaften
wie das Isolationsmaterial 12, so sind bei dem
Sicherungsverhalten auch Alterungseffekte und Vorschädigungen
weitestgehend berücksichtigt.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß die
Isolationsmaterialien für den Schmelzbereich 13 und die
Isolierung 12 gleich sind, und durch die Auslegung des
Referenzleiters 9 gewährleistet wird, daß die Temperatur in
dem Referenzleiter 9 einige Grad höher als in der Leitung 11
ist.
Durch den sehr ähnlichen Aufbau von Referenzleiter 9 und
Leitung 11 ergeben sich vergleichbare
Strombelastbarkeitskennlinien des erfindungsgemäßen
Sicherungselements 10 und des zu schützenden Leitungsbereichs
11. Somit kann ein vollständiger Kabelschutz erreicht werden,
wobei die Strombelastbarkeit des Kabels 11 möglichst gut
genutzt werden kann.
Für den Fall, daß die Batterie 1 keine ausreichende
Stromstärke zum Öffnen des Schmelzelementes 8 liefern kann,
wird das Kabel 11 wird durch den ihm parallel geschalteten
Strompfad bestehend aus dem Referenzleiter 9, dem Kontakt 15
sowie der Feder 14 entlastet und dadurch geschützt.
In Fig. 2 ist eine günstige Ausführungsform dargestellt.
Hierbei wird die Feder 14 durch den vorgespannten Bügel 24
realisiert. Ein Keil 23 drückt gegen die Isolationsschicht 13,
und sobald diese sich auflöst oder weich wird, wird über den
Keil 23 ein elektrischer Kontakt zwischen Referenzleiter 9 und
der Fahrzeugmasse 16 hergestellt. Das Schmelzelement 8, das in
der Figur nicht dargestellt ist, löst daraufhin aus und
unterbricht den Stromfluß durch den Leiter 11, des ebenfalls
nicht gesondert in der Figur dargestellt ist. Diese Ausführung
ist besonders einfach und preiswert.
Neben einer mechanischen Kontaktherstellung zwischen
Referenzleiter 9 und Parallelstrompfad sind auch andere
Verfahren (z. B. auch in Kombination mit aktiven
Schaltelementen, aktiven Sicherungen) möglich. So kann z. B.
die elektrische Leitfähigkeit des Isolationsmaterials 13
gemessen und aus Auslösekriterium verwendet werden, bei dem
ein Parallelstrompfad an den Referenzleiter 9 ankontaktiert
oder geschaltet wird. Ebenso können andere physikalische
Parameter des Isolationsmaterials 13 bestimmt werden und für
die Auslösung des Sicherungselements benutzt werden.
In Fig. 3 ist eine Detailansicht einer weiteren günstigen
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sicherungselements
dargestellt. Der Aufbau der Anordnung entspricht im
wesentlichen der in Fig. 1. Das Referenzelement 9 weist in der
Ausführung gemäß Fig. 3 jedoch eine Bohrung auf, in die das
Schmelzmaterial 13 als Stopfen eingeführt ist. Dies ist in
Fig. 3a als Draufsicht zu sehen. In der Fig. 3b ist eine
Seitenansicht der Anordnung aus Fig. 3a dargestellt, bei der
die Wirkung der Mittel zum Ankontaktieren des
Parallelstrompfads zu erkennen ist. Das stopfenförmige
Schmelzmaterial 13 ragt über den Leiterquerschnitt des
Referenzleiters 9 hinaus und dient als Abstandshalter zu einem
Verbindungsmittel 17, welches eine niederohmige Verbindung zur
Fahrzeugmasse darstellt. Das Verbindungsmittel 17 wird mit
Federkraft einer Feder 14 an das Schmelzmaterial 13 gedrückt.
Sobald dieses bei erhöhter Temperatur weich wird und/oder
schmilzt, wird der elektrische Kontakt zwischen dem
Verbindungsmittel 17 und dem Referenzelement 9 hergestellt.
Dabei kann das Schmelzmaterial durch die Bohrung aus dem
Kontaktbereich abfließen, so daß die elektrische Verbindung
möglichst großflächig und zuverlässig ist und nicht durch
geschmolzenes Isolationsmaterial verschmutzt wird. Günstig ist
es, wenn das Verbindungsmittel 17 einen topfförmigen Hohlraum
bildet, dessen Öffnung zu der Bohrung gewandt ist. Der
elektrische Kontakt erfolgt dann über den Topfrand.
Geschmolzenes Isolationsmaterial 13 kann dann im Innern des
topfförmigen Hohlraums aufgenommen werden. Günstig ist auch,
den Topfboden des Verbindungsmittels mit Bohrungen zu versehen
oder auch als Netz auszubilden, durch welches die Schmelze des
Isolationsmaterials durchtreten kann, so daß die elektrischen
Kontaktstellen nicht von der Schmelze kontaminiert werden.
Eine weitere günstige Ausführung ist, das stopfenförmige
Schmelzmaterial zwischen den Referenzleiter 9 und das
Verbindungsmittel 17 zu legen, wobei der Referenzleiter
perforiert ist, so das bei Überschreiten des Schmelzpunktes
des Schmelzmaterials dieses durch die Perforierung des
Referenzleiters 9 abfließen kann.
Eine weitere zweckmäßige Anordnung ist in Fig. 4 als
seitlicher Schnitt durch ein günstiges Referenzelement 9
dargestellt. Der Referenzleiter 9 selbst wird hier als Öffner
für den Strompfad durch den Leiter 11 verwendet und ist durch
zwei Teilstücke 9.1, 9.2 gebildet, die durch ihre Ummantelung,
welche durch ein Schmelzmaterial 13 gebildet ist, in der Art
eines Schrumpfschlauchs zusammengepreßt werden. Die Teilstücke
bilden an ihrer Kontaktstelle einen elektrischen Kontakt. Die
Kontaktstelle kann auch mit einem elektrisch leitfähigen
Kleber und/oder einem Lot versehen sein, um den elektrischen
Kontakt herzustellen, wobei jedoch die mechanische Verbindung
überwiegend durch das Schmelzmaterial 13 hergestellt wird.
Sobald die Ummantelung 13 weich wird oder schmilzt, lösen sich
die beiden Teilstücke 9.1, 9.2 des Referenzleiters 9
voneinander. In diesem Fall kann auf eine zusätzliche
Schmelzsicherung im Sicherungselement 10 verzichtet werden, da
kein Parallelstrompfad hinzugeschaltet werden muß. Es ist
vorteilhaft, eines der Teilstücke oder beide Teilstücke 9.1,
9.2 mit einer Feder zu verbinden, um diese beim Schmelzen des
Schmelzmaterials 13 zusätzlich auseinanderzureißen. Es ist
auch möglich, die beiden Teilstücke 9.1, 9.2 mit einer
Vorspannung zu versehen, die dieselbe Wirkung mit sich bringt.
Damit wird verhindert, daß die Teilstücke 9.1, 9.2 des
Referenzleiters 9 z. B. durch Funkenbildung unerwünschtermaßen
miteinander verschweißen und sich nicht voneinander lösen.
Besonders günstig ist, daß das erfindungsgemäße
Sicherungselement keine aufwendige Kapselung benötigt, da die
Temperaturen, die zum Schmelzen des Schmelzmaterials 13
notwendig sind, erheblich unter denen von metallischen
Schmelzsicherungen liegen.
Der in bevorzugten Ausführungen hergestellte Kurzschluß zur
Fahrzeugmasse erlaubt den Einsatz von preiswerten trägen
metallischen Schmelzsicherungen, die auch nicht besonders
genau sein müssen, da die Auslösung der metallischen
Schmelzsicherung durch den Kurzschlußstrom beim Schmelzen des
Schmelzmaterials 13 zuverlässig erzwungen wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin,
daß physikalische und/oder chemische Eigenschaften des
Referenzmaterials 13 überwacht werden und bei einer
Veränderung der Eigenschaften über ein vorgegebenes erlaubtes
Maß hinaus Mittel zur Stromreduktion des Stroms im zu
schützenden Leitungsbereich 11 eingreifen. Es kann sowohl ein
Parallelstrompfad zugeschaltet werden als auch ein Öffner der
Stromkreises betätigt werden. Günstig ist, leicht zugängliche
Materialparameter zu überwachen und z. B. die elektrische
Leitfähigkeit und/oder die Kapazität des Referenzmaterials 13
zu bestimmen. Ist das Verhalten der Materialparameter mit
zunehmender Temperatur bekannt, so kann bei Überschreiten
eines vorgegebenen Maßes an Veränderung zumindest eines
überwachten Parameters die Stromreduktion im zu schützenden
Leitungsbereich 11 ausgelöst werden.
Das Referenzmaterial 13 kann als Teil eines Referenzleiters 9
verwendet werden als auch direkt mit dem zu schützenden
Leitungsbereich 11 verbunden sein und elektrische und/oder
chemische Eigenschaften direkt am zu schützenden Kabel 11
überwacht werden. Vorteilhaft ist, einen Referenzleiter 9 als
zusätzliches, lösbares Leitungsteil mit dem zu schützenden
Kabel 11 zu verbinden. Ein solches Element kann leicht
ausgetauscht werden.
Claims (16)
1. Sicherungselement für elektrische Anlagen mit einem zu
schützenden Leitungsbereich als Strompfad für elektrischen
Strom,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Sicherungselement (10) zumindest benachbart zum zu
schützenden Leitungsbereich (11) ein außerhalb des Strompfades
angeordnetes Referenzmaterial (13) aufweist, welches zumindest
in einer seiner physikalischen und/oder chemischen
Eigenschaften zum Vergleich mit physikalischen und/oder
chemischen Eigenschaften eines sicherheitsrelevanten Elements
(12) des zu schützenden Leitungsbereichs (11) herangezogen
ist, wobei zumindest bei Überschreiten einer vorgegebenen
Veränderung zumindest einer physikalischen und/oder chemischen
Eigenschaft des Referenzmaterials (13) Mittel zur
Stromreduktion (9.1, 9.2, 14, 15, 16, 17, 23, 24) vorgesehen
sind, mit denen der Strom im zu schützenden Leitungsbereich
(11) reduzierbar ist.
2. Sicherungselement nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Referenzmaterial (13) nichtmetallisch ist.
3. Sicherungselement nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das sicherheitsrelevante Element (12) eine elektrische
Isolierung des zu schützenden Leiterbereichs (11) ist.
4. Sicherungselement nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Referenzmaterial (13) einen Referenzleiter (9)
zumindest bereichsweise bedeckt.
5. Sicherungselement nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Referenzleiter (9) in Serie zu dem zu schützenden
Leitungsbereich (11) geschaltet ist.
6. Sicherungselement nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Referenzleiter (9) als Referenzmaterial (13) ein
Schmelzmaterial aufweist, dessen Schmelzpunkt unterhalb des
Schmelzpunktes der Isolierung (12) des zu schützenden
Leiterbereichs (11) liegt und die Mittel zur Stromreduktion
(14, 15, 16, 23, 24) im zu schützenden Leitungsbereich (11) im
Bereich des Schmelzmaterials (13) zumindest bei Überschreiten
der Schmelztemperatur des Materials zuschaltbar sind.
7. Sicherungselement nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine metallische Schmelzsicherung (6, 7, 8) in Serie zu
dem Referenzleiter (9) angeordnet ist
8. Sicherungselement nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Mittel zur Stromreduktion (14, 15, 16, 23, 24)
zumindest einen Parallelstrompfad zu dem zu schützenden
Leitungsbereich (11) aufweisen, welcher niederohmiger als der
zu schützende Leitungsbereich (11) ist.
9. Sicherungselement nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Referenzmaterial (13) als Isolierung und/oder
Abstandshalter zwischen elektrischen und/oder mechanischen
Kontaktmitteln (14, 15, 16, 17, 23, 24) mit einer elektrischen
Kontaktstelle zu einem Parallelstrompfad und einer
elektrischen Kontaktstelle zum zu schützenden Leitungsbereich
(11) angeordnet ist.
10. Sicherungselement nach Anspruch 6 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Mittel zur Stromreduktion (14, 15, 16, 23, 24) ein
Federelement (14) aufweisen, so daß bei Überschreiten der
Schmelztemperatur des Schmelzmaterials (13) eine elektrische
Kontaktstelle des Parallelstrompfads mit Federkraft mit einer
elektrischen Kontaktstelle des zu schützenden Leiterbereichs
(11) in Kontakt bringbar ist.
11. Sicherungselement nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Referenzleiter (9) mit einer Bohrung versehen ist, in
die ein stopfenförmiges Referenzmaterial (13) eingreift.
12. Sicherungselement nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Referenzleiter (9) im Bereich des Schmelzmaterials
(13) für geschmolzenes Material durchlässig ausgebildet ist.
13. Sicherungselement nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kontaktmittel (17) im Bereich des Schmelzmaterials
(13) für geschmolzenes Material durchlässig ausgebildet sind.
14. Sicherungselement nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß Mittel zur Stromreduzierung (9.1, 9.2) als
Unterbrechungsstelle im Referenzleiter (9) ausgebildet sind.
15. Sicherungselement nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß Mittel zur Überwachung der elektrischen Leitfähigkeit
und/oder der Dielektrizitätskonstante und/oder der
magnetischen Suszeptibilität und/oder der Temperatur und/oder
der Härte und/oder der mechanischen Festigkeit des
Referenzelements (13) vorgesehen sind.
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