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Elektrische, für die Absicherung des Mehrspannungsbordnetzes
besonders geeignete Bruchsicherung mit einem Memory-Einsatz


Dr. V. Prieb


Kurzfassung: Es wird eine neue elektrische Sicherung mit einem Brucheinsatz aus einer sogenannten Memory-Legierung vorgestellt. Hierbei wird in einen Sicherungskörper einer der vereinfachten Konstruktionen ein Einsatz aus einer für elektrotechnische Zwecke besonders geeigneten Cu-Basis Legierung mit Memory- oder Formgedächtnis-Eigenschaften (Memory-Legierung) eingebaut.

Der Einsatz aus Memory-Metall ermöglicht neue vereinfachte Sicherungskonstruktionen mit einem neu gestalteten Gehäuse, wobei der Einsatz aus Cu-Basis-Legierung gleichzeitig zu den Kontaktmessern erweitert werden kann und auch als Kennmelder nach seinem Bruch dient. Bei Überlast- oder Kurzschlussströmen im elektrischen Netz bricht der in die Sicherung fest eingebaute Einsatz durch steigende mechanische Innenspannungen an einer markierten "Sollbruchstelle". Die Einsatzbruchteile entfernen sich dabei voneinander mit einer so großen Fluchtgeschwindigkeit, dass kein Lichtbogen entsteht. Diese Sicherungseigenschaft ist besonders für die Absicherung des 42 V-Gleichstrombordnetzes in künftigen Autos geeignet, wo die Lichtbogengefahr beim Unterbrechen des Stromes besonders groß ist.

Die Zeit/Strom-Kennlinien für die entwickelten elektrischen Bruchsicherungen sind experimentell gemessen und dargestellt, sowie ihre Beeinflussung durch die Zusammensetzung der Memory-Legierung, die Rastverformung des Memory-Einsatzes, durch seine Geometrie oder seinen Querschnitt usw. Neue, für diese elektrotechnische Anwendung geeignete Cu-Basis Memory-Legierungen, werden ebenfalls präsentiert.


Stand der Technik:
Mit der Änderung beim Autohersteller zum elektrischen 42 V-Gleichstrombordnetz entsteht ein gravierendes Absicherungsproblem, denn die Gefahr der Lichtbogenentstehung, die zum Abbrennen des ganzen Autos führen kann, steigt mit dem Ansteigen der Netzspannung drastisch an. Die zur Zeit verwendeten Schmelzsicherungen können den neuen höheren Anforderungen an elektrische Bordnetzsicherungen nicht standhalten. Die gravierendsten Nachteile von Schmelzsicherungen sind:

- Das Abschalten bei einem kritischen Strom erfolgt erst nach dem Erreichen der Schmelztemperatur des Leitermaterials des Schmelzeinsatzes (1080°C f?r Kupfer), was zu einer längeren Gesamtausschaltzeit führt.

- Beim Schmelzen des Einsatzes entsteht ein Lichtbogen, der zur Metallisierung von Sicherungsbauteilen führt und den Durchgang eines Restsstromes ermöglicht.

- Die hohe Betriebstemperatur der Sicherung, die von dem auf den Nennstrom kalibrierten Querschnitt des Schmelzeinsatzes abhängt, führt zu einer Temperaturerhöhung des gesamten elektrischen Netzes, zum Austrocknen von Isolierstoffen, zur Änderung der elektrischen Eigenschaften des Schmelzeinsatzes, sowie eine durch diese erhöhten Temperaturen hervorgerufene bzw. verstärkte Alterung der Einsatzlegierung.

- Der kleine Spalt zwischen den abgeschmolzenen Teilen beim Einsatz einer Schmelzsicherung kann zur Entstehung eines Lichtbogens führen.

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