DE19915594A1 - Kompensiertes Sicherungselement - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein kompensiertes Sicherungselement für elektrische Anlagen zur Absicherung von mindestens einem Verbraucheranschluß, mit mindestens einem Anschluß für die Stromversorgung, mit mindestens einer Schmelzsicherung und mindestens einer Kaltleitersicherung. Die gegenläufigen Kennlinien der Schmelzsicherung und der Kaltleitersicherung kompensieren sich und ermöglichen dadurch ein zuverlässigeres Auslöseverhalten des Sicherungselements. Das Sicherungselement ist besonders geeignet für elektrische Anlagen in Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen.

Description

Die Erfindung betrifft ein kompensiertes Sicherungselement für elektrische Anlagen zur Ab­ sicherung von mindestens einem Verbraucheranschluß, mit mindestens einem Anschluß für die Stromversorgung, mit mindestens einer Schmelzsicherung und mindestens einer Kaltlei­ tersicherung. Das Sicherungselement ist besonders geeignet für elektrische Anlagen in Fahr­ zeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen.

Insbesondere in Kraftfahrzeugen werden zur Absicherung von elektrischen Leitungen Schmelzsicherungen eingesetzt. Die Absicherung mit konventionellen Schmelzsicherungen hat den Nachteil, daß sich mit diesen Sicherungen bei sinnvoller Auslegung kein vollständi­ ger Leitungsschutz erreichen läßt. Beim Auftreten kurzfristig anliegender Überströme kann eine übliche elektrische Leitung im Fahrzeug wesentlich mehr Strom tragen als eine Schmelzsicherung, so daß für kurzzeitige Überströme eine übliche Schmelzsicherung unter­ dimensioniert ist. Im Bereich länger andauernder Überströme greift die Schutzwirkung einer Schmelzsicherung dagegen zu spät oder überhaupt nicht, so daß in diesem Fall für elektrische Leitungen oder Verbraucher ein Schutz nicht garantiert ist. Bei einem Überstrom von 35% gegenüber dem Nennstrom 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 beispielsweise noch 5 Sekunden bis zur Sicherungsauslösung dauern.

Bei Kaltleitersicherungen ist es vorteilhaft, daß die Grenzbelastungskennlinie des Kabels besser nachgebildet werden kann, als dies mit Schmelzsicherungen möglich ist. Nachteilig bei den Kaltleitersicherungen sind dagegen die relativ hohen Kosten von Sicherungen, die für höhere Stromstärken tauglich sind, wie sie insbesondere in Kraftfahrzeugen auftreten. Hinzu kommt die nachteilige Eigenschaft, daß die Auslösecharakteristik von Kaltleitersicherungen einen großen Schwankungsbereich besitzt, was dazu führt, daß die zu schützende Leitung auch in diesem Fall wieder überdimensioniert werden muß, wenn ein vollständiger Kabel­ schutz garantiert werden soll.

In der DE 195 27 997 A1 hat man deshalb eine Anordung vorgeschlagen, mit der der Zeit­ punkt des Auslösens einer Schmelzsicherung besser vorgebbar ist. Dabei wird ein parallel zur absichernden Leitung geschalteter Thyristor aktiviert, sobald der elektrische Strom durch die Schmelzsicherung einen Schwellwert überschreitet. Dies bewirkt, daß hoher Zusatzstrom über das Schmelzelement der Sicherung fließt, der zum kurzfristigen Auslösen der Sicherung führt. Im Fall von Sicherungen für hohe Ströme ist jedoch nicht sichergestellt, daß z. B. eine gealterte Fahrzeugbatterie den für den Thyristor zusätzlich notwendigen Überstrom zur Ver­ fügung stellen kann. Zudem ist die Sicherungsanordnung nicht gegen den Ausfall der Aus­ werteeinheit oder des Thyristors geschützt. Diese Anordnung hat auch den Nachteil, daß sie durch die Auswerteeinheit einen großen Aufwand benötigt. Hinzu kommt der Nachteil, daß die Zerstörungskennlinie des Kabels nicht besonders gut über den Spannungsabfall an der Sicherung nachgebildet werden kann.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Sicherungselement bestehend aus einer Schmelzsicherung und einer Kaltleitersicherung anzugeben, die eine der Kabelgrenz­ belastungskennlinie möglichst angepaßte Sicherungskennlinie aufweist. Das Sicherungsele­ ment soll besonders geeignet für die Verwendung in Fahrzeugen, insbesondere in Kraftfahr­ zeugen sein.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Weitere vorteil­ hafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen enthalten.

Eine Schmelzsicherung hat den Nachteil, daß sie bei hohen Überströmen sehr flink, bei nie­ deren Überströmen sehr träge in Bezug auf die Kabelkennlinie ist. Eine Kaltleitersicherung hat die Eigenschaft, daß die Auslösekennlinie sehr stark von der umgebenden Temperatur abhängt. Setzt man ihre Stromtragfähigkeit bei Raumtemperatur (23°C) als 100%. So ver­ ringert sie sich bei 80°C auf die Hälfte. Bei einer Temperatur von ca. 120°C schaltet der Kaltleiter auch ohne Strombelastung. Die Temperatur des Schaltpunktes einer Kaltleitersiche­ rung kann durch die Auswahl oder die Änderung des Polymers beeinflußt werden.

Die Erfindung besteht nun darin, eine Kaltleitersicherung und eine Schmelzsicherung zu einem Sicherungselement zu kombinieren. Erfindungsgemäß wird durch ein Parallelschalten einer Kaltleitersicherung und einer Schmelzsicherung die relativ geringe Trägheit der Schmelzsicherung bei hohen Überströmen und die relativ hohe Trägheit der Schmelzsiche­ rung bei geringen Überströmen durch die gegenläufige Kennlinie der Kaltleitersicherung kompensiert. Die Kompensation wird insbesondere durch eine gute thermische Kopplung des Kaltleiters mit dem abzusichernden Kabel oder der Schmelzsicherung noch verstärkt.

Vorteilhafter Weise kann z. B. eine 25 A Kaltleitersicherung (1,5 mW) mit einer 40 A Schmelzsicherung (1,4 mW) kombiniert werden. Durch Parallelschalten der Kaltleitersiche­ rung zur Schmelzsicherung und durch thermische Kopplung der Kaltleitersicherung an die Temperatur der Schmelzsicherung oder des abzusichernden Kabels werden die gegenläufigen Sicherungskennlinien der beiden Sicherungsarten mit Vorteil genutzt. Mit steigender Tempe­ ratur des abzusichernden Kabels oder der Schmelzsicherung infolge einer Überlast wird durch die thermische Kopplung die Kaltleitersicherung ebenfalls erwärmt. Dadurch wird die Kaltleitersicherung hochohmiger und der Stromfluß über die Kaltleitersicherung nimmt ab, während der Stromfluss über die parallel geschaltete Schmelzsicherung dadurch zunimmt. Hierdurch wird z. B. die Schmelzsicherung aus dem ungenauen 35% Überlastbereich mit ei­ ner Auslösezeit bis zu einer halben Stunde in den genaueren zweifachen Überlastbereich mit einer Auslösezeit von 0,15-5 s verschoben.

Durch die thermische Kopplung der Kaltleitersicherung an die Temperatur des abzusichern­ den Kabels oder an die Temperatur der Schmelzsicherung wird die Auslösecharakteristik der Kaltleitersicherung positiv beeinflusst. Eine Kaltleitersicherung schaltet bei niederen Tempe­ raturen träger als bei höheren Temperaturen. Die Kaltleitersicherung verhält sich also umge­ kehrt wie die Schmelzsicherung und kann daher deren Kennlinie kompensieren. Durch die thermische Kopplung der beiden Sicherungen wird die Kaltleitersicherung bei kurzen hohen Überströmen, also bei kaltem Kabel oder kalter Schmelzsicherung, träger, und bei langen niederen Überströmen, also warmem Kabel bzw. warmer Schmelzsicherung, flinker.

Vorteilhafterweise ermöglicht das erfindungsgemäße Sicherungselement einen Notbetrieb. Nach dem Auslösen des Sicherungselements kann je nach Art der Überlast zwar die Schmelzsicherung geschmolzen sein, die Funktion des Kaltleiters ist jedoch reversibel und kann für kleinere Ströme als Notfunktion verwendet werden, sofern der verursachende Defekt für die Überlast beseitigt wurde.

Vorteilhafterweise ist das erfindungsgemäße Sicherungselement als Stecksicherung ausge­ führt. Die Abmessungen der Stecksicherung sind entsprechend der einschlägigen Norm ge­ wählt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Sicherungselement mit mehreren Maschen als Stanzgitter oder als Gitterstruktur auf einer Platine ausgeführt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Sicherungselementes ausge­ bildet als Stecksicherung

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Sicherungselementes ausge­ bildet aus einem Stanzgitter mit Anschlüssen für zwei Verbraucher

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Sicherungselement ausgebil­ det aus einem Stanzgitter für mehr als zwei Verbraucher.

Fig. 1 zeigt ein Sicherungselement (1) mit Anschlüssen (2, 7). In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform sind die Anschlüsse (2, 7) als Steckkontakte ausgebildet. Mittels der Steck­ kontakte wird das Sicherungselement in die nicht gezeigte entsprechenden Aufnahmevor­ richtung im Sicherungskasten eingesteckt. Das Sicherungselement (1) hat eine Schmelzsiche­ rung (3) und eine Kaltleitersicherung (4). Die Stromversorgung wird am Anschluß (2) ange­ schlossen. Die Schmelzsicherung (3) ist der Kaltleitersicherung (4) parallelgeschaltet. Über den Anschluß (2) fließt der Strom in einem Strompfad durch die Leiterbrücke (5) über die Kaltleitersicherung (4). In einem weiteren parallelen Strompfad (6) fließt der Strom über die Schmelzsicherung (3). Durch die Parallelschaltung von Schmelzsicherung (3) und Kaltleiter­ sicherung (4) kompensieren sich die gegenläufigen Auslösecharakteristiken der Schmelzsi­ cherung (3) und der Kaltleitersicherung (4) in vorteilhafterweise. Ein Verbraucher wird am Verbraucheranschluß (7) angeschlossen.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sicherungselementes (1) aus einem Stanzgitter. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft für den Fall, daß zwei Verbraucher abgesichert werden. Über einen Anschluß (2) verzweigt sich der Strom in die parallelen Strompfade (5, 6). Im Strompfad (6) ist die Schmelzsicherung (3) angeordnet und im Strompfad (5) ist die Kaltleitersicherung (4) angeordnet. Der abzusichernde Verbraucher wird am Verbraucheranschluß (7) angeschlossen. Der Verbraucheranschluß (7) ist in Fig. 2 als Öse ausgebildet. Für den Verbraucheranschluß (7) können auch andere Anschlußgestal­ tungen gewählt werden wie z. B. Klemmen, Steckkontakte, Schraubverbindungen u. a. Der ersten Masche des Sicherungselement (1) für den ersten Verbraucheranschluß (7) ist eine zweite Masche (1') des Sicherungselements (1) für einen zweiten Verbraucheranschluß (7') parallel beigeschlossen. Hierzu wurden die beiden Strompfade (5, 6) parallel angeordnet und verlängert. Die Verlängerungen (5', 6') wurden mit jeweils einer weiteren Schmelzsicherung (3) und einer weiteren Kaltleitersicherung (4) zu einer vollständigen weiteren parallelge­ schalteten Masche (1') erweitert. An diese zweite Masche (1') des Sicherungselements (1) wird der zweite Verbraucher über den Anschluß (7') angeschlossen. Mit Vorteil ist die Kalt­ leitersicherung (4) so nahe wie möglich arm Verbraucheranschluß (7, 7') angeordnet, so daß eine optimale thermische Kopplung der Kaltleitersicherung an den Verbraucheranschluß (7, 7') gewährleistet ist. Die Kaltleitersicherung (4) ist über die wärmeleitfähigen elektrischen Leiterbahnen (5, 6) mit den nicht gezeigten Anschlußleitungen der ebenfalls nicht gezeigten Verbraucher thermisch gekoppelt.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sicherungselementes. Das erfindungsgemäße Sicherungselement ist als Stanzgitter ausgebildet. Fig. 3 soll verdeutli­ chen, wie das erfindungsgemäße Sicherungselement (1) mit Vorteil für mehrere Verbraucher erweitert werden kann. Hierzu ist in Fig. 3 gestrichelt eine weitere parallel angeschlossene Masche (1") des Sicherungselements eingezeichnet. Jede Masche des Stanzgitters ermöglicht über die jeweiligen Verbraucheranschlüsse (7, 7', 7") die separate Absicherung der ange­ schlossenen Verbraucher über jeweils eine Schmelzsicherung (3) und jeweils eine zur Schmelzsicherung parallelgeschaltete Kaltleitersicherung (4). Sollen weitere Verbraucher ab­ gesichert werden, so kann das erfindungsgemäße Sicherungselement jeweils durch Hinzufü­ gung einer weiteren Masche an die Verbraucheranzahl angepaßt werden. Vorteilhafter Weise wird das Sicherungselement hierbei einteilig als Stanzgitter ausgeführt. In einer anderen Aus­ führungsform kann das Sicherungselement auch mehrteilig ausgeführt sein, derart daß jeweils eine Masche (1") des Sicherungselements steckbar auf der vorhergehenden Masche (1') an­ geordnet ist. Hierdurch ist die Anzahl der Verbraucheranschlüsse (7, 7', 7") veränderbar. Auf diese Weise kann das Sicherungselement optimal auf die Anzahl der abzusichernden Ver­ braucher angepaßt werden.

Sowohl mit der einteiligen Ausführungsform als auch mit der mehrteiligen Ausführungsform des Sicherungselements können zwei und mehr Verbraucher abgesichert werden. In einer vorteilhaften Ausführungsform können z. B. 1 bis 100 Verbraucheranschlüsse (7) angeordnet sein. In einer weiteren Ausführung können z. B. 1 bis 50 Verbraucheranschlüsse (7) angeord­ net sein. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform enthält das erfindungsgemäße Sicherungselement 1 bis 10 Verbraucheranschlüsse und in einer ganz besonders vorteilhaften Ausführungsform enthält das erfindungsgemäße Sicherungselement 1 bis 5 Verbraucheran­ schlüsse. Grundsätzlich gibt es für die verschiedenen möglichen Ausführungsformen des Si­ cherungselementes keine Beschränkungen für die Anzahl der Verbraucheranschlüsse.

Claims (10)

1. Kompensiertes Sicherungselement (1) für elektrische Anlagen zur Absicherung von min­ destens einem Verbraucheranschluß (7, 7', 7"), mit mindestens einem Anschluß (2) für die Stromversorgung, mit mindestens einer Schmelzsicherung (3) und mindestens einer Kaltleitersicherung (4), dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzsicherung (3) und die Kaltleitersicherung (4) in zueinander parallelen Strompfaden zwischen dem Anschluss (2) und dem Verbraucheran­ schluß (7, 7', 7") angeordnet sind.

2. Sicherungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherungsele­ ment als Gitterstruktur auf einer Platine ausgebildet ist.

3. Sicherungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherungsele­ ment (1) als Stanzgitter ausgebildet ist.

4. Sicherungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherungselement als Stecksicherung ausgebildet ist.

5. Sicherungselement nach einem der Ansprüche 2 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens zwei Verbraucheranschlüsse (7, 7', 7") hat.

6. Sicherungselement nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Stanzgitter einteilig ausgebildet ist.

7. Sicherungselement nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Stanzgitter mehrteilig ausgebildet ist.

8. Sicherungselement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Ver­ braucheranschlüsse (7, 7', 7") veränderbar ist.

9. Sicherungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß die Kaltleitersicherung (4) mit dem Verbraucheranschluß (7, 7', 7") thermisch gekoppelt ist.

10. Verwendung des Sicherungselements nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Absicherung der elektrischen Anlagen in Fahrzeugen, insbesondere in Kraftfahrzeugen.