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Die
Erfindung betrifft eine Sicherungsschaltung sowie ein Verfahren
zur Absicherung einer elektronischen Schaltungsanordnung vor Beschädigung bei
Verpolung einer angeschlossenen Energieversorgungseinheit oder im
Falle einer Überspannung.
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Es
ist bekannt, dass alle in einem Kraftfahrzeug angeordneten elektrischen
Schaltungsanordnungen, wie elektrische Steuergeräte und sonstige elektrische
Komponenten, mit einem Verpolschutz ausgerüstet werden müssen. Ein
derartiger Verpolschutz ist erforderlich, damit im Falle eines verpolten Fremdstarts
oder verpolten Nachladens der Kraftfahrzeugbatterie die Steuergeräte und Komponenten keinen
Schaden erleiden. Ohne derartige Verpolschutzmaßnahmen würde eine Verpolung dazu führen, dass
die Bauelemente, insbesondere die Halbleiterbauelemente in den elektrischen
Schaltungsanordnungen beschädigt
oder zerstört
werden würden. Um
eine derartige Zerstörung
der Bauelemente bzw. der elektrischen Schaltungsanordnungen verhindern zu
können,
sind verschiedene Verpolschutzmaßnahmen bekannt. Diesbezüglich ist
bekannt, dass als Verpolschutz meist eine Diode oder ein zusätzlicher Transistor
verwendet werden. Eine Verpolschutzschaltung ist aus der deutschen
Offenlegungsschrift
DE
100 59 800 A1 bekannt. Diese Verpolschutzschaltung weist
eine Diode auf, die derart zwischen Anschlüsse einer Batterie geschaltet
wird, dass sie bei einer Falschpolung die Anschlüsse kurzschließt. Tritt
eine Falschpolung auf, werden die Anschlüsse der Batterie kurzgeschlossen
und es fließt
ein großer Strom
durch die Diode, wodurch sich diese aufgrund ihres elektrischen
Widerstandes erwärmt.
Ein Teil dieser Wärme
wird über
die thermische Kopplung zu einer Schmelzsicherung übertragen
und abhängig von
der entsprechenden Wärmemenge
und/oder der resultierenden Temperatur der Schmelzsicherung unterbricht
diese die elektrische Verbindung zwischen der Batterie und der angeschlossenen
elektronischen Schaltungsanordnung. Ein wesentlicher Nachteil dieser
Verpolschutzschaltung besteht darin, dass die Diode thermisch stabiler
als die Schmelzsicherung ausgebildet werden muss. Dies ist nicht
zuverlässig darstellbar,
da Halbleiter bei Temperaturen von ca. 200 Grad Celsius zerstört werden
und Schmelzsicherungen erst deutlich über einer Temperatur von 200
Grad Celsius schmelzen.
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Daher
ist es Aufgabe der Erfindung, eine Sicherungsschaltung und ein Verfahren
zu schaffen, bei welcher bzw. bei welchem nicht nur im Falle einer Verpolung
sondern auch im Falle einer Überspannung
keine unzulässige
Spannung an die elektronischen Schaltungsanordnungen geführt wird.
Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, eine Sicherungsschaltung
und ein Verfahren zu schaffen, bei dem keine Verlustleistung durch
eine Verpolschutzmaßnahme
entsteht und welche bzw. welches kostengünstig realisiert werden kann.
Ziel ist es somit einen verbesserten Schutz von elektronischen Schaltungsanordnungen
sowohl bei einer Verpolung als auch bei einer Überspannung erreichen zu können.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Sicherungsschaltung, welche die Merkmale
nach Patentanspruch 1 aufweist, und ein Verfahren welches die Merkmale
nach Patentanspruch 11 aufweist, gelöst.
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Eine
erfindungsgemäße Sicherungsschaltung
ist zur Absicherung einer elektronischen Schaltungsanordnung vor
Beschädigung
bei Verpolung einer angeschlossenen Energieversorgungseinheit ausgebildet.
Des Weiteren ist die erfindungsgemäße Sicherungsschaltung derart
ausgebildet, dass sie auch eine Absicherung der elektronischen Schaltungsanordnung
vor Beschädigung
bei Überspannung
gewährleistet.
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung ist, dass die Sicherungsschaltung
Mittel aufweist, welche derart ausgebildet sind, dass im Verpol-
und/oder Überspannungsfall
zumindest abhängig
von einer an einem ersten Anschluss der Sicherungsschaltung auftretenden
zeitlichen Stromänderung
ein Spannungsimpuls in der Sicherungsschaltung erzeugt wird. Die
Sicherungsschaltung und die entsprechenden Mittel sind des Weiteren
derart ausgebildet, dass abhängig
von dem erzeugten Spannungsimpuls ein Trennen der elektronischen Schaltungsanordnung
von der Energieversorgungseinheit durchgeführt wird. Mit der erfindungsgemäßen Sicherungsschaltung
kann erreicht werden, dass sowohl im Falle einer Verpolung als auch
im Falle einer Überspannung
eine wesentlich verbesserte Absicherung der elektronischen Schaltungsanordnung vor
Beschädigung
oder Zerstörung
erreicht werden kann. Mit der erfindungsgemäßen Sicherungsschaltung kann
gewährleistet
werden, dass im Fall einer Verpolung und/oder im Falle einer Überspannung keine
unzulässige
Spannung zur e lektronischen Schaltungsanordnung geleitet wird, welcher
keine Beschädigung
oder Zerstörung
an der elektronischen Schaltungsanordnung verursacht. Die erfindungsgemäße Sicherungsschaltung
und die darin angeordneten Mittel ermöglichen es, bereits bei einer
minimalen zeitlichen Stromänderung
einen entsprechenden Spannungsimpuls zu erzeugen, um ein Trennen
der elektronischen Schaltungsanordnung von der Energieversorgungseinheit
relativ schnell durchführen
zu können.
Zusätzlich
zu diesem Vorteil, dass im Falle eines Verpolens oder im Falle einer Überspannung ein
sehr schnelles Trennen der elektronischen Schaltungsanordnung von
der Energieversorgungseinheit durchgeführt werden kann, sind des Weiteren
Vorteile darin zu sehen, dass die erfindungsgemäße Sicherungsschaltung im Normalfall
keine Verlustleistung erzeugt und relativ kostengünstig realisiert
werden kann. Ferner sind keine Verpol- und/oder Überspannungsschutzmaßnahmen
in einzelnen Steuergeräten erforderlich.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Sicherungsschaltung
ist darin zu sehen, dass durch das mittels der Sicherungsschaltung
realisierte Sicherungskonzept im Falle einer Verpolung und/oder
einer Überspannung
nicht in den regulären
Stromkreis eingegriffen wird. Darüber hinaus kann angemerkt werden,
dass durch die erfindungsgemäße Sicherungsschaltung
der Kraftstoffverbrauch reduziert werden kann.
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In
besonders vorteilhafter Weise weist die Sicherungsschaltung zumindest
drei Anschlüsse
auf. Die zumindest drei Anschlüsse
sind derart ausgebildet, dass ein erster Anschluss als Masseanschluss ausgebildet
ist. Darüber
hinaus weist die Sicherungsschaltung zumindest einen Eingangsanschluss
und zumindest einen Ausgangsanschluss auf. Die erfindungsgemäße Sicherungsschaltung
kann dadurch in flexibler Weise ausgestaltet und an die erforderlichen Gegebenheiten
angepasst werden. Im Vergleich zu bekannten einfachen Schmelzsicherungen,
welche zwei Anschlüsse
aufweisen, und nicht erweiterbar oder flexibel gestaltbar sind,
kann durch die erfindungsgemäße Sicherung
lediglich durch die Hinzufügung
eines zumindest weiteren Pins nicht nur eine wesentlich verbesserte
Verpolschutz- und/oder Überspannungsschutzmaßnahme erreicht
werden, sondern auch deren vielfältige
Verwendung und Einsetzbarkeit erzielt werden. In besonders bevorzugten
Fall ist die Sicherungsschaltung als Schmelzsicherung ausgebildet,
welche mit zumindest drei Pins bzw. drei Anschlüssen ausgebildet ist. Eine
derartige Schmelzsicherung hat gegenüber einer aus dem Stand der Technik
bekannten Schmelzsicherung die zusätzlichen Funktionen einer "Verpolsicherung" und einer "Überspannungssicherung".
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass
die Mittel eine Thermosicherung und eine weitere Schaltung aufweisen. Die
weitere Schaltung umfasst einen Transformator und ein Sicherungselement,
wobei der durch den Transformator erzeugte Spannungsimpuls neben
der Abhängigkeit
der zeitlichen Stromänderung
zusätzlich
in Abhängigkeit
von dem Übersetzungsverhältnis zwischen
Primärwicklung
und Sekundärwicklung
des Transformators erzeugbar ist. Dadurch kann erreicht werden,
dass bereits eine minimale zeitliche Stromänderung durch das Übersetzungsverhältnis des Transformators
zu einem Spannungsimpuls führt, welcher
so groß ist,
dass ein Trennen der elektronischen Schaltungsanordnung von der
Verpol- oder Überspannungsquelle
erfolgt.
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Es
kann vorgesehen sein, dass die weitere Schaltung ein pyrotechnisches
Element und/oder ein thermisches Element aufweist. Die weitere Schaltung ist über das
pyrotechnische Element und/oder das thermische Element mit der Thermosicherung
der Sicherungsschaltung gekoppelt.
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Es
kann weiterhin vorgesehen sein, dass das pyrotechnische Element
und/oder das thermische Element mit der Sekundärwicklung des Transformators
elektrisch verbunden sind. Das pyrotechnische Element und/oder das
thermische Element sind derart ausgebildet, dass sie durch den Spannungsimpuls
aktivierbar sind und im aktivierten Zustand derart auf die Thermosicherung
einwirken, dass die Thermosicherung die elektrische Verbindung zwischen der
elektronischen Schaltungsanordnung und der Energieversorgungseinheit
trennt. Die Thermosicherung kann dabei als Schmelzsicherungselement
ausgebildet sein, welches durch das pyrotechnische Element und/oder
das thermische Element zerstört
wird und somit die Verbindung zwischen elektronischer Schaltungsanordnung
und Energieversorgungseinheit unterbricht. Diesbezüglich kann
beispielsweise der Spannungsimpuls dazu führen, dass das pyrotechnische
Element gezündet
wird und dadurch die Thermosicherung, beispielsweise eine Schmelzsicherung,
aufgesprengt wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Spannungsimpuls über einen
Zünder
ein thermisches Element, welches beispielsweise als Thermit (Zusammensetzung
aus Aluminium und Eisen-[III]-oxid) entzündet, wobei die Hitzeentwicklung
des entzündeten
Thermits zur Unterbrechung der Thermosicherung, beispielsweise der
Schmelzsicherung, führt.
In diesem Fall sind der Zünder
bzw. der Thermit so auszulegen, dass sich keine Aus wirkungen auf
die Umgebung der Sicherung ergeben (beispielsweise keine Splitterteile,
nicht zu große
Hitzeentwicklung, etc.).
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In
einer vorteilhaften Ausführung
der Sicherungsschaltung ist das Sicherungselement der weiteren Schaltung
mit dem ersten Anschluss der Sicherungsschaltung und der Primärwicklung
des Transformators elektrisch verbunden. Es kann vorgesehen sein,
dass dieses Sicherungselement als Diode ausgebildet ist und mit
der Anode mit dem ersten Anschluss der Sicherungsschaltung und mit
der Kathode mit der Primärwicklung
des Transformators elektrisch verbunden ist. Vorteilhaft ist es,
die Diode derart auszulegen, dass sie im Verpolfall oder im Überspannungsfall
die angelegte Spannung auf die Diodendurchbruchspannung (ca. 1V)
klammert bis die Thermosicherung den Stromfluss unterbricht. Die
Diode kann auch als Zenerdiode (Zenerspannung ca. 18 bis 20V) ausgebildet
sein. In diesem Fall kann ein zuverlässiger Überspannungsschutz bei einem
sogenannten Jump-Start (ca. 28V) erzielt werden. Das Sicherungselement
der weiteren Schaltung kann darüber
hinaus jedoch auch als beliebiges anderes geeignetes elektronisches
Bauteil ausgeführt
sein. Diesbezüglich
kann das Sicherungselement beispielsweise auch als Diac als UJT
(Uni-Junction-Transistor) oder als sonstige aktive Schaltung, mit
welche jede beliebige Charakteristik der Sicherung realisiert werden kann,
ausgebildet sein.
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Es
kann vorgesehen sein, dass die Primärwicklung des Transformators
mit einem ersten Ausgangsanschluss der weiteren Schaltung und dem ersten
Ausgangsanschluss der Sicherungsschaltung elektrisch verbunden ist.
Es kann auch vorgesehen sein, dass der Transformator eine Primärwicklung, eine
Sekundärwicklung
und eine weitere dritte Wicklung aufweist, wobei diese weitere Wicklung
mit einem ersten Ende mit dem ersten Anschluss der Sicherungsschaltung
und mit einem zweiten Ende mit einem zweiten Ausgangsanschluss der
Sicherungsschaltung elektrisch verbunden ist.
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In
besonders vorteilhafter Weise kann vorgesehen sein, dass die Sicherungsschaltung
in einem Gehäuse
angeordnet ist und die Eingangsanschlüsse und Ausgangsanschlüsse und
der Masseanschluss der Sicherungsschaltung durch zumindest teilweise
unterschiedlich geformte, aus dem Gehäuse herausragende elektrische
Kontakte charakterisiert sind. Des Weiteren kann vorgesehen sein,
dass zusätzlich
oder anstatt der zumindest teilweise unterschiedlichen Formgebung
der elektrischen Kontakte die Ein- und Ausgangsanschlüsse und
der Masseanschluss in jeweils charakterisierender Weise an unterschiedlichen
Positionen des Gehäuses
herausgeführt
sind. Dies ermöglicht,
dass das Sicherungsgehäuse
mit einer entsprechend darin angeordneten erfindungsgemäßen Sicherungsschaltung
einfach und kompakt ausgebildet werden kann und die zumindest drei
Anschlusskontakte in vielfältiger
Weise ausgebildet werden können.
Dies ermöglicht
des Weiteren das Gehäuse
und die entsprechenden Kontakte sicherheits- und einsatzabhängig ausbilden
zu können.
Dadurch kann im Hinblick auf verschiedenste Verwendungen der erfindungsgemäßen Sicherungsschaltung
und der entsprechenden Gestaltung des Gehäuses und der Kontakte ein optimaler
Schutz im Hinblick auf eine falsche Verwendung oder einen falschen
Einbau der Sicherung gewährleistet
werden. Insbesondere kann eine Schmelzsicherung realisiert werden,
weiche ein kompaktes Ausmaß aufweist
und mit mindestens drei Anschlusskontakten ausgebildet ist.
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Die
Sicherungsschaltung kann als Verpolschutz- und/oder Überspannungsschutzschaltung
für Energiequellen,
insbesondere Kraftfahrzeugbatterien, ausgebildet sein. In einer
derartigen Ausführung kann
die Sicherungsschaltung mit einem ersten Eingangsanschluss mit der
Energieversorgungseinheit und mit einem ersten Ausgangsanschluss
mit der elektronischen Schaltungsanordnung elektrisch verbunden
sein.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren
ist zum Absichern einer elektronischen Schaltungsanordnung vor Beschädigung bei
Verpolung einer angeschlossenen Energieversorgungseinheit und/oder
für eine Überspannung
ausgelegt. Beim Auftreten eines Verpol- und/oder Überspannungsfalls
wird zumindest abhängig
von einer an einem ersten Anschluss einer Sicherungsschaltung auftretenden
zeitlichen Stromänderung
ein Spannungsimpuls in der Sicherungsschaltung erzeugt. Die Erzeugung
des Spannungsimpuls erfolgt dabei derart, dass abhängig von
dem Spannungsimpuls ein Trennen der elektronischen Schaltungsanordnung
von der Energieversorgungseinheit durchgeführt wird. Dadurch wird erreicht, dass
im Falle einer Verpolung oder einer Überspannung ein relativ schnelles
und sicheres Trennen der elektronischen Schaltungsanordnung von
der Energieversorgungseinheit ermöglicht wird. Des Weiteren kann
bereits bei einer minimalsten Stromänderung ein entsprechender
Spannungsimpuls zum Trennen der elektronischen Schaltungsanordnung
von der Energieversorgungseinheit erzeugt werden. Dadurch wird im
Verpol- und/oder Überspannungsfall
keine unzulässige
Spannung an eine elektronische Schaltungsanordnung geleitet, welcher
jedoch für
die elektronische Schaltungsanordnung unschädlich ist.
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In
vorteilhafter Weise wird im Verpol- und/oder Überspannungsfall ein in der
Sicherungsschaltung angeordnetes Sicherungselement stromleitend
und abhängig
von der zeitlichen Stromänderung
und einem Übersetzungsverhältnis zwischen
einer Primär-
und einer Sekundärwicklung
eines Transformators der Sicherungsschaltung ein Spannungsimpuls
erzeugt. Vorteilhafterweise wird mit dem durch den Transformator
erzeugten Spannungsimpuls ein pyrotechnisches Element und/oder ein
thermisches Element aktiviert und eine Thermosicherung durch das
aktivierte pyrotechnische Element und/oder das thermische Element
derart beeinflusst, dass die elektronische Schaltungsanordnung von
der Energieversorgungseinheit getrennt wird.
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Vorteilhafte
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sicherungsschaltung
können
in ihren damit verbundenen Funktionen auch als vorteilhafte Ausgestaltungen
für das
erfindungsgemäße Verfahren angesehen
werden.
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Nachfolgend
werden mehrere Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
Schaltungsanordnung in die eine erfindungsgemäße Sicherungsschaltung geschaltet ist;
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2 ein
erstes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Sicherungsschaltung;
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3 ein
zweites Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Sicherungsschaltung;
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4 ein
drittes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Sicherungsschaltung;
und
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5a bis
f mehrere Ausführungsbeispiele von
Sicherungsgehäusen
mit einer erfindungsgemäßen Sicherungsgestaltung.
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In
allen Ausführungsbeispielen
werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen
versehen.
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In 1 ist
eine Schaltung gezeigt, in die eine erfindungsgemäße Sicherungsschaltung
SSC geschaltet ist. In 1 ist ein Generator G gezeigt, wel cher
mit einem ersten Anschluss mit Massepotenzial und mit einem zweiten
Anschluss mit einem ersten Eingang E1 der Sicherungsschaltung SSC
elektrisch verbunden ist. Des Weiteren ist eine Energieversorgungseinheit
EQ, welche im Ausführungsbeispiel
eine Batterie in einem Kraftfahrzeug ist, mit ihrem Minuspol an
Massepotenzial geführt
und mit dem Pluspol mit dem ersten Eingang E1 der Sicherungsschaltung
SSC elektrisch verbunden. Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 weist
die erfindungsgemäße Sicherungsschaltung
SSC drei Anschlüsse auf.
Neben dem ersten Eingang E1 weist die Sicherungsschaltung SSC einen
Anschluss M auf, welcher an Massepotenzial geführt ist. Des Weiteren weist die
Sicherungsschaltung SSC einen ersten Ausgangsanschluss A1 auf. Dieser
erste Ausgangsanschluss A1 ist mit einer elektronischen Schaltungsanordnung,
beispielsweise einem elektrischen Steuergerät ES elektrisch verbunden.
Ein weiterer Anschluss des elektrischen Steuergeräts ES ist
mit Massepotenzial verbunden. Beispielhaft sind in der elektronischen
Schaltungsanordnung bzw. in dem elektrischen Steuergerät ES mehrere
Bauelemente, insbesondere Halbleiterbauelemente, dargestellt. Das
elektrische Steuergerät
ES ist über
Ausgänge mit
einem Motor M elektrisch verbunden. Des Weiteren ist in 1 gezeigt,
dass eine Ladungsquelle LQ in verpolter Weise mit den Polen der
Energieversorgungseinheit bzw. Batterie EQ elektrisch kontaktiert ist.
Im Falle eines derartig gezeigten verpolten Anschlusses der Ladungsquelle
LQ an die Batterie EQ wird ein Impuls bzw. ein Stromfluss über die
gemeinsame Masseverbindung hervorgerufen. Der Strom I gelangt über den
Masseanschluss M auch zur Sicherungsschaltung SSC. Der durch das
Verpolen hervorgerufene Impuls und die damit verbundene Änderung des
Stroms innerhalb eines Zeitintervalls wird von der Sicherungsschaltung
SSC erkannt bzw. detektiert. Die Sicherungsschaltung SSC wechselt
vom gesperrten in einen leitenden Zustand und erzeugt abhängig von
der Stromänderung
dl/dt einen Spannungsimpuls. Der Spannungsimpuls ist dabei derart, dass
die elektrische Verbindung zwischen der Batterie EQ und dem elektrischen
Steuergerät
ES, welche über
die Sicherungsschaltung SSC führt,
getrennt wird. Es reicht dabei eine minimale Änderung des Stroms aus, um
einen entsprechenden Spannungsimpuls für ein Trennen dieser elektrischen
Verbindung in der Sicherungsschaltung SSC erzeugen zu können. Dies
ermöglicht,
dass bereits bei minimalen Strömen
bzw. infinitesimal kleinen Stromänderungen ein
effektiver Schutz für
das elektrische Steuergerät ES
bei einer Verpolung- und/oder
einer Überspannung
erreicht werden kann. An das Steuergerät ES selbst gelangt über den
Masseanschluss im Falle einer Verpolung nur die Klammerspannung
der Diode D1, welcher im Allgemeinen von dem elektri schen Steuergerät ES verkraftet
werden kann, ohne dass dies zu Schädigungen oder Zerstörungen des
elektrischen Steuergeräts
ES führt.
Detaillierte Ausgestaltungen der Sicherungsschaltung SSC werden
in den nachfolgenden Figuren näher
erläutert.
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Ein
erstes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Sicherungsschaltung
SSC ist in 2 gezeigt. Die Sicherungsschaltung
SSC weist eine Thermosicherung TS auf, welche im Ausführungsbeispiel
als Schmelzsicherungselement ausgeführt ist. Das Schmelzsicherungselement
TS ist mit dem ersten Eingangsanschluss E1 und dem ersten Ausgangsanschluss
A1 der Sicherungsschaltung SSC elektrisch verbunden. Darüber hinaus
weist die Sicherungsschaltung SSC eine weitere Schaltung WS auf.
Diese weitere Schaltung WS umfasst einen Transformator, welcher
im Ausführungsbeispiel
als Ringtransformator ausgeführt
ist. Dieser Ringtransformator weist eine Primärwicklung PW, eine Sekundärwicklung
SW und einen Ringkern RK auf. Des Weiteren weist die weitere Schaltung
WS ein Sicherungselement auf, welches im Ausführungsbeispiel gemäß 2 als
Zenerdiode D1 ausgebildet ist. Die Anode der Zenerdiode D1 ist mit
dem Masseanschluss der Sicherungsschaltung SSC elektrisch verbunden.
Des Weiteren ist die Kathode der Zenerdiode D1 mit einem ersten
Ende der Primärwicklung
PW elektrisch verbunden. Das zweite Ende dieser Primärwicklung
PW ist mit einem ersten Ausgang der weiteren Schaltung WS und mit
dem ersten Ausgang A1 der Sicherungsschaltung SSC elektrisch verbunden.
Darüber
hinaus weist die weitere Schaltung WS ein pyrotechnisches Element
PE auf, welches mit einem ersten Anschluss mit dem ersten Ende der
Sekundärwicklung
SW und mit einem zweiten Anschluss mit dem zweiten Ende der Sekundärwicklung SW
elektrisch verbunden ist. Die weitere Schaltung WS ist über das
pyrotechnische Element PE mit der Thermosicherung TS thermisch gekoppelt.
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Nachfolgend
wird die Funktionsweise der gemäß 2 gezeigten
Ausführung
der Sicherungsschaltung SSC näher
erläutert.
Im Falle einer Verpolung und/oder einer Überspannung tritt eine zeitliche Änderung
des Stroms am Masseanschluss M auf und wird durch die Sicherungsschaltung
SSC, insbesondere durch die Zenerdiode D1, erfasst. Die Zenerdiode
D1 wechselt vom sperrenden in den leitenden Zustand, wodurch der
Strom durch die Primärwicklung PW
des Transformators fließt.
Aufgrund des Induktionsvorgangs im Transformator wird durch den
Transformator in Abhängigkeit
des Übersetzungsverhältnisses
(Anzahl der Windungen der Primärwicklung zur
Anzahl der Windungen der Sekundärwicklung) und
der Stromänderung
dl/dt ein Spannungsimpuls erzeugt. Wie aus der 2 zu
erkennen ist, ist die Anzahl der Windungen der Sekundärwicklung
SW größer als
die Anzahl der Windungen der Primärwicklung PW. Es kann somit
erreicht werden, dass durch einen relativ geringen Strom bzw. eine
minimale Änderung
des Stroms ein relativ großer
Spannungsimpuls erzeugt wird. Der Spannungsimpuls ist dabei derart,
dass das pyrotechnische Element PE gezündet wird. Aufgrund des Zündungsvorgangs
des pyrotechnischen Elements PE wird die Schmelzsicherung bzw. die
Thermosicherung TS aufgesprengt und die elektrische Verbindung zwischen
der Batterie EQ (1) und dem elektrischen Steuergerät ES (1),
welche über
die Anschlüsse
E1 und A1 der Sicherungsschaltung SSC führt, unterbrochen bzw. getrennt.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Sicherungsschaltung
ist in 3 gezeigt. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel
gemäß 2 ist
im Ausführungsbeispiel
in 3 das pyrotechnische Element PE durch ein Zündungselement
Z ersetzt. Des Weiteren ist zwischen dem Zündungselement Z und der Thermosicherung
TS ein thermisches Element, welches im Ausführungsbeispiel als Thermit
TE ausgebildet ist, angeordnet. Im Ausführungsbeispiel gemäß 3 wird
der durch den Transformator erzeugte Spannungsimpuls an das Zündelement
Z übertragen,
welches den Thermit TE entzündet.
Der Thermit TE erwärmt
sich durch die Zündung
und führt
zur Unterbrechung des Schmelzsicherungselements bzw. der Thermosicherung
TS. Somit wird auch hier die elektrische Verbindung zwischen der
Batterie EQ und dem elektrischen Steuergerät ES (2) im Falle
einer Verpolung oder einer Überspannung
relativ schnell und sicher getrennt.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Sicherungsschaltung
SSC ist in 4 gezeigt. Die thermische Kopplung
der weiteren Schaltung WS zur Thermosicherung TS erfolgt auch in
diesem Ausführungsbeispiel über ein
Zündelement Z
und ein thermisches Element bzw. einen Thermiten TE. Entsprechend
dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 2 kann
auch in dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel
die thermische Kopplung der weiteren Schaltung WS mit der Thermosicherung
TS lediglich über
ein pyrotechnisches Element PE (1) erfolgen.
Im Ausführungsbeispiel
gemäß 4 weist
der Transformator zusätzlich
zur Primärwicklung
PW und zur Sekundärwicklung
SW eine weitere dritte Wicklung WW auf, welche mit einem zweiten
Ende mit einem zweiten Ausgang der weiteren Schaltung WS sowie einem
zweiten Eingang A2 der Sicherungsschalter SSC elektrisch verbunden ist.
Das erste Ende der weiteren Wicklung WW ist mit dem Mas seanschluss
M der Sicherungsschaltung SSC und mit der Anode der Zenerdiode D1
elektrisch verbunden. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Sicherungsschaltung
SSC einen dritten Eingangsanschluss A3 aufweist, mit dem das zweite
Ende der weiteren Wicklung WW zusätzlich elektrisch verbunden
ist. Dieser dritte Eingangsanschluss A3 der Sicherungsschaltung
SSC kann als Zusatzanschluss für
eine mögliche
Fernzündung
verwendet werden. Diesbezüglich
kann er als Anschluss für
eine mögliche
Fernzündung
beispielsweise für
einen Leitungsschutz mittels überwachter
Schirmung oder im Hinblick auf eine Crashabschaltung oder zur Vermeidung
von Fahrzeugbränden
z. B. mittels Fototransistor oder NTC oder aber auch zur Abschaltung
von detektierten parallelen Lichtbögen herangezogen werden.
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Es
sei angemerkt, dass die in der Sicherungsschaltung SSC als Sicherungselement
verschaltete Zenerdiode D1 auch als einfache Diode oder als ein
anderes geeignetes elektronisches Bauelement, wie beispielsweise
ein Diac oder ein UJT oder aber auch als eine aktive Schaltung ausgebildet sein
kann, so dass jede beliebige Charakteristik der Sicherungsschaltung
SSC realisiert werden kann.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Sicherungskonzept
kann somit bei bereits geringsten Stromänderungen ein entsprechender
Verpol- und/oder Überspannungsfall
detektiert werden, bei dem das Sicherungselement der Sicherungsschaltung
SSC, welches in den Ausführungsbeispielen
als Zenerdiode D1 ausgeführt
ist, die angelegte Spannung auf einen niedrigen Wert klammert, insbesondere
auf die Diodendurchbruchspannung klammert, wodurch der angeschlossene
Verbraucher, insbesondere die elektronische Schaltungsanordnung
bzw. das elektrische Steuergerät
ES (1) nicht mehr beschädigt oder zerstört wird.
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Im
Hinblick auf eine optimale Realisierung eines Gehäuses mit
den entsprechenden Kontaktfüßen, in
dem die erfindungsgemäße Sicherungsschaltung
SSC angeordnet ist, sind in den 5a bis 5f mehrere
Ausführungsbeispiele
dargestellt. Die erfindungsgemäße Sicherungsschaltung
SSC kann dabei beispielsweise in einem Gehäuse einer herkömmlichen
Schmelzsicherungsanordnung angeordnet sein. Wesentlich ist dabei,
dass aus dem Gehäuse
G zumindest jeweils drei Kontaktstifte herausgeführt sind. Gemäß der Ausführung in 5a ist
ein Gehäuse
G gezeigt, an dem an einer Seite drei gleichgroße Anschlusskontakte ausgebildet
sind. Die drei Anschlusskontakte sind dabei im Wesentlichen äquidistant
zueinander angeordnet. Diesbezüg lich kann
somit eine maxifuse oder littlefuse Sicherung mit einem dritten
Anschlussmesser zwischen den beiden Hauptanschlüssen ausgebildet werden. Die Ausführung gemäß 5a ist
aufwandsarm in der Realisierung und auch aufwandsarm im Hinblick
auf einen Einsatz in einem Kraftfahrzeug ausgebildet.
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Ebenso
kann die Ausführungsform
gemäß 5b in
relativ einfacher Weise realisiert und in relativ aufwandsarmer
Weise im Fahrzeug eingesetzt werden. In diesem Ausführungsbeispiel
in 5b ist der dritte mittlere Anschlusskontakt schmäler als
die beiden anderen Anschlusskontakte ausgebildet und im Hinblick
auf die Positionierung zueinander näher zu einem der beiden Hauptanschlüsse angeordnet. Durch
die asymmetrische Ausbildung kann erreicht werden, dass ein falscher
bzw. verdrehter Einbau der Sicherung in das Kraftfahrzeug verhindert
werden kann.
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In
entsprechender Weise kann ein derartig falscher Einbau in das Kraftfahrzeug
auch durch die Ausführungsform
der Sicherung gemäß 5c verhindert
werden. In diesem Ausführungsbeispiel
ist ein am Rand befindlicher Anschlusskontakt schmäler als
die anderen beiden Anschlusskontakte ausgebildet. Ein weiterer Vorteil
dieser Ausführungsform
gemäß 5c ist
darin begründet,
dass ein Einstecken einer herkömmlichen
Sicherung ohne Überspannungs-
und Verpolschutz in den entsprechenden Steckplatz der Sicherung
nicht möglich
ist. Die Verwendung einer falschen Sicherung bzw. einer Sicherung
ohne dem erfindungsgemäßen Sicherungskonzept
im Hinblick auf einen Schutz vor Überspannung und Verpolschutz
kann dadurch verhindert werden.
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Gehäuse G und
Anschlusskontaktrealisierungen für
eine erfindungsgemäße Sicherungsschaltung
SSC, wie sie in dem Ausführungsbeispiel
in 4 dargestellt ist, sind durch die Gehäuse- und Anschlusskontaktbeispiele
in den 5d und 5e gezeigt.
Im Hinblick auf die Ausführungsform der
Sicherungsschaltung SSC mit einem Eingang E1 (4),
einem Masseanschluss M sowie zwei oder drei Ausgangsanschlüssen A1
bis A3 weisen diese Ausführungsbeispiele
der Gehäuseformen
G mit den entsprechenden Anschlusskontakten gemäß 5d und 5e fünf bzw.
vier aus dem Gehäuse
G herausgeführte
Anschlussmesser auf. Diese Ausführungsformen
weisen somit Zusatzanschlüsse
für eine Fernzündung auf
und können
im Hinblick auf die asymmetrische Ausbildung der Positionierung
der Anschlusskontakte nicht verdreht in einen entsprechenden Steckplatz
der Sicherung im Kraftfahrzeug eingebaut werden.
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Wie
in dem Ausführungsbeispiel
gemäß 5e gezeigt
ist, werden fünf
Anschlusskontakte bzw. 5 Anschlussmesser aus dem Gehäuse G herausgeführt. Drei
Anschlusskontakte werden dabei mit im Wesentlichen gleicher Streifenbreite
der Kontakte im Hinblick auf die Betrachtungsebene auf der linken
Seite der Gehäuseunterseite
G herausgeführt. Diese
drei ersten Anschlusskontakte sind im Wesentlichen äquidistant
zueinander angeordnet. Darüber hinaus
werden zwei weitere Anschlusskontakte im Hinblick auf die Betrachtungsebene
auf der rechten Seite der Gehäuseunterseite
G herausgeführt.
Die Breite dieser beiden Anschlusskontakte ist größer als die
Breite der ersten drei Anschlusskontakte. Der Abstand zwischen den
beiden breiteren, an der rechten Seite angeordneten Anschlusskontakten
ist im Wesentlichen genau so groß wie der Abstand zwischen dem
mittleren breiten Anschlusskontakt und dem unmittelbar benachbarten
ersten schmäleren
Anschlusskontakt. Die Abstände
sowie die Anordnung der fünf
Anschlusskontakte kann auch in vielfältiger Weise variiert werden.
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Im
Ausführungsbeispiel
gemäß 5e ist ein
Gehäuse
G gezeigt, aus dem lediglich vier Anschlusskontakte bzw. Anschlussmesser
herausgeführt
sind. Diesbezüglich
sind zwei erste Anschlussmesser im Hinblick auf die Betrachtungsebene
auf der linken Seite der Gehäuseunterseite
G herausgeführt
und zwei weitere Anschlusskontakte auf der rechten Seite des Gehäuses G herausgeführt, wobei die
Breite der auf der rechten Seite angeordneten Anschlusskontakte
größer ist
als die Breite der auf der linken Seite herausgeführten Anschlussmesser. Ebenso
wie im Ausführungsbeispiel
gemäß 5d sind
die in der Ausführungsform
in 5e gezeigten schmäleren Anschlusskontakte im
Wesentlichen mit einer gleichen Streifenbreite ausgebildet. In entsprechender
Weise sind die breiteren Anschlusskontakte im Wesentlichen mit einer
gleichen Streifenbreite ausgebildet.
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Eine
weitere Ausgestaltungsform eines Gehäuses G mit entsprechenden Anschlusskontakten im
Hinblick auf eine Realisierung als Streifensicherung ist in dem
Ausführungsbeispiel
gemäß 5f gezeigt.
Es sei angemerkt, dass die in den 5a bis 5f gezeigten
Ausführungsbeispiele
von Sicherungsgehäusen
und entsprechend ausgebildeten Anschlusskontakten nicht abschließend ist.
Auch für eine
Vielzahl anderer Bauformen von Sicherungen ist eine Integration
des erfindungsgemäßen Sicherungskonzepts
bzw. der erfin dungsgemäßen Sicherungsschaltung
zum Überspannungs-
und Verpolschutz möglich.