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Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bauelement mit einem Gehäuse und mit einem im Gehäuse vorgesehenen pyrotechnischen Schaltelement.
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Aus dem Stand der Technik ist ein elektrisches Bauelement, nämlich ein pyrotechnischer Schalter, bekannt, der ein Gehäuse, insbesondere Außengehäuse, und ein im Gehäuse vorgesehenes pyrotechnisches Schaltelement aufweist. Solch ein pyrotechnischer Schalter wird oftmals zur Absicherung einer elektrischen Baugruppe eingesetzt - beispielsweise auch im Fahrzeugbau. Je nach Verwendung unterbricht oder öffnet das pyrotechnische Schaltelement einen elektrischen Strompfad durch das elektrische Bauelement. Tritt am Fahrzeug beispielsweise ein Störfall ein, wird dieses pyrotechnische Bauelement aktiviert, und damit ein Strompfad zum Entladen geschlossen, um das Fahrzeug in einen sicheren energielosen Zustand zu bringen. Zur Begrenzung des Stromflusses befinden sich in diesem Entladungspfad der elektronischen Schaltung oftmals auch elektrische Widerstände. Schaltungen mit pyrotechnischen Bauteilen sind vergleichsweise aufwendig in der Konstruktion, beispielsweise im Layout von direkt angeschlossenen elektrischen Bauelementen im Entladungskreis. Dies trifft insbesondere auf den Hochspannungsbereich zu.
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Hinzu kommt, dass es neben dem Austausch des aktivierten pyrotechnischen Schaltelements auch oftmals - nicht nur aus sicherheitstechnischen Gründen - eines Ersetzens von anderen Bauteilen im Entladungs-Strompfad bedarf, da die Beeinträchtigung ihrer Funktion durch den undefinierten Störfall nicht ausgeschlossen werden kann.
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Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein elektrisches Bauelement zu schaffen, das bei hoher Standfestigkeit und Betriebssicherheit die Konstruktion an der elektronischen und/oder elektrischen Schaltung vereinfachen kann.
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Gegebenenfalls soll das elektrische Bauelement auch für eine reaktionsschnelle Sicherungsfunktion geeignet sein.
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Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1.
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Indem das elektrische Bauelement einen im Gehäuse vorgesehenen Widerstand aufweist, wobei das pyrotechnische Schaltelement und der Widerstand elektrisch in Serie geschaltet sind, kann das elektrische Bauelement nicht nur elektrisch funktional erweitert werden, sondern sich auch aufgrund einer widerstandsbedingten Strombegrenzung in der Standfestigkeit weiter verbessern. Zudem kann durch den Widerstand im elektrischen Bauelement die Energie durch das elektrische Bauelement zuverlässig begrenzt werden, was beispielsweise eine an dessen Strompfad angeschlossene elektronische und/oder elektrische Schaltung schützt. Sohin kann es auch möglich werden, an der Schaltung ausschließlich das im pyrotechnischen Schaltelement aktivierte Bauelement zu wechseln, was zu einer kostengünstigen und handhabungsfreundlichen Wartungsmöglichkeit führen kann.
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Weist zudem der Widerstand ein Widerstandselement und ein Lichtbogenlöschmittel auf, das das Widerstandselement umgibt, insbesondere vollständig umgibt, und zwar in dessen Verlauf zumindest abschnittsweise, kann dies die Betriebssicherheit des elektrischen Bauelements verbessern. Aufgrund des umgebenden Lichtbogenlöschmittels kann nämlich bei einer elektrischen Überlastung des Widerstands das Lichtbogenlöschmittel das verdampfte Widerstandselement vergleichsweise schnell aus einem Lichtbogenweg entfernen und andererseits auch einen Lichtbogen vergleichsweise schnell abkühlen. Dies umso effizienter, wenn das Lichtbogenlöschmittel das Widerstandselement vollständig umgibt, beispielsweise einbettet. Beispielsweise kann ein pulver- und/oder granulatförmiges Lichtbogenlöschmittel verwendet werden und/oder beispielsweise kann das Widerstandselement von einem Widerstandsdraht ausgebildet werden. Beim Widerstandselement kann es sich auch bevorzugt um einen thermischen Schmelzwiderstand handeln.
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Das erfindungsgemäße elektrische Bauelement ist daher - bei konstruktiver Einfachheit - betriebssicher und standfest.
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Das Gehäuse ist vorzugsweise elektrische isolierend, beispielsweise besteht das Gehäuse aus einem Kunststoff.
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Vorzugsweise ist das Widerstandselement in seinem gewundenen Verlauf zumindest abschnittsweise vom Lichtbogenlöschmittel, insbesondere vollständig, umgeben. So ist es beispielsweise möglich, durch den gewundenen Verlauf den Widerstandswert bzw. den elektrischen Widerstand entsprechend hoch voreinzustellen - dies auch zuverlässig trotz vergleichsweise hoher Leistungen und einer damit einhergehenden vergleichsweise hohen thermischen Ausdehnung des Widerstandsdrahts. Dies insbesondere dann, wenn das Lichtbogenlöschmittel pulver- und/oder granulatförmig ist und damit eine erhöhte thermischen Ausdehnung des Widerstandsdrahts zulässt.
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Beispielsweise verläuft das Widerstandselement mäanderförmig, spiralförmig und/oder helixförmig gewunden. Damit können bei kompakter Längserstreckung höhere Widerstandswerte ermöglicht werden. Vorstellbar ist auch, dass der Widerstandsdraht bifilar gewunden verläuft, um beispielsweise parasitäre Induktivitäten am Widerstandsdraht zu minimieren oder zu vermeiden.
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Vorzugsweise weist das elektrische Bauelement zumindest zwei elektrische Anschlüsse auf, sowie sind das pyrotechnische Schaltelement und der Widerstand im Strompfad des elektrischen Bauelements zwischen den zumindest zwei elektrischen Anschlüssen vorgesehen. Die zwei elektrischen Anschlüsse sind beispielsweise außen am Gehäuse angeordnet. Als elektrische Anschlüsse sind Kontaktzungen vorstellbar. Des Weiteren ist zumindest ein weiterer elektrischer Anschluss zum Schalten des pyrotechnischen Schaltelements vorstellbar.
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Die Bauteilsicherheit am elektrischen Bauelement kann weiter erhöht werden, wenn das Gehäuse zwei gekapselte Gehäuseabschnitte aufweist, wovon ein erster Gehäuseabschnitt das pyrotechnische Schaltelement aufnimmt und der andere zweite Gehäuseabschnitt den Widerstand aufnimmt. Beispielsweise kann durch diese örtliche Trennung eine gegenseitige Beeinträchtigung von Schaltelement und Widerstand weiter verringert werden.
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Hierbei ist beispielsweise vorstellbar, dass der zweite Gehäuseabschnitt eine im Wesentlichen um den ersten Gehäuseabschnitt verlaufende, insbesondere konzentrische, Längserstreckung aufweist, um die Bauverhältnisse am elektrischen Bauelement weiter zu verringern. Damit ist zudem vorstellbar, dass das Widerstandselement in Draufsicht gesehen zum pyrotechnischen Schaltelement umlaufend angeordnet ist, was zu einer Reduktion der Bauhöhe des elektrischen Bauelements beitragen kann. Diese Anordnung kann auch weiter platzsparender ausgeführt werden, wenn das Widerstandselement in Draufsicht gesehen zum pyrotechnischen Schaltelement konzentrisch umlaufend angeordnet ist.
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Alternativ ist vorstellbar, dass der zweite Gehäuseabschnitt eine vom ersten Gehäuseabschnitt seitlich weg verlaufende Längserstreckung aufweist.
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Das pyrotechnische Schaltelement kann in der Konstruktion beispielsweise vergleichsweise einfach ausgebildet werden, wenn dieses pyrotechnische Schaltelement eine pyrotechnische Ladung, zwei durch einen Zwischenraum voneinander getrennt angeordnete Stromleiterabschnitte eines Stromleiters sowie ein Überbrückungselement aufweist, das in einer Ausgangsposition vor Zündung der pyrotechnischen Ladung von zumindest einem der beiden Stromleiterabschnitte getrennt angeordnet ist und in einer Überbrückungsposition nach Zündung der pyrotechnischen Ladung in elektrischem Kontakt mit beiden Stromleiterabschnitten steht.
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Beispielsweise kann die Eignung des Widerstands für einen Hochleistungsbereich weiter verbessert werden, wenn das Widerstandselement eine vorgegebene Energie zum Entladen eines Kondensators von mindestens 0,1 kJ (Kilojoule) zerstörungsfrei aufnimmt. Dies umso mehr, wenn das Widerstandselement die vorgegebene Energie von mindestens 0,5 kJ, beispielsweise von mindestens 1,0 kJ, zerstörungsfrei aufnimmt.
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Die vorgegebene Energie kann sich beispielsweise unter folgenden Bedingungen bestimmen: Entladen eines Kondensators mit einer Kapazität C von 2 mF (Millifarad) über den Widerstand unter Anlegen einer Spannung U von 400 V (Volt) über den Widerstand und den Kondensator, die in Serie geschaltet sind.
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Eine zerstörungsfreie Aufnahme kann beispielsweise erfüllt sein, wenn sich der Widerstandswert des Widerstands maximal um +- 10 % ändert.
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Die Konstruktion des Widerstands ist hinsichtlich seiner Funktion als thermischer Schmelzwiderstand weiter vereinfachbar, wenn das Widerstandselement einen schmelzbaren Teil des als Schmelzsicherung ausgebildeten Widerstands ausbildet. Auf zusätzliche bauliche Maßnahmen zur Gewährleistung der Widerstandsfunktion und Sicherungsfunktion kann damit verzichtet werden.
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Vorzugsweise schmilzt das Widerstandselement bei einer Überschreitung der vorgegebenen Energie zum Entladen eines Kondensators, und zwar spätestens bei einer Überschreitung der vorgegebenen Energie um 50 %, wodurch der Widerstand zuverlässig eine Sicherungsfunktion erfüllen kann.
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Beispielsweise ist das Widerstandselement ausgebildet, bei einer Überschreitung der vorgegebenen Energie zum Entladen eines Kondensators um 10 bis 50 % zu schmelzen - dies kann kurzfristige thermische Überlastungen zulassen, was ungewollte Sicherungsfälle vermeidet und damit die Betriebssicherheit des Schmelzwiderstands weiter steigert. Dies umso mehr, wenn das Widerstandselement bei einer Überschreitung der vorgegebenen Energie zum Entladen eines Kondensators um 10 bis 20 % schmilzt.
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Vorstellbar ist zudem, dass das Lichtbogenlöschmittel an dem Widerstandselement direkt anliegt. Dieses Anliegen kann beispielsweise an den blanken Widerstandsdraht sein, um die Standfestigkeit weiter zu erhöhen. Vorstellbar ist auch, dass das Lichtbogenlöschmittel an einer oxidierten Oberfläche des Widerstandsdrahts direkt anliegt.
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Vorstehendes ist beispielsweise weiter verbesserbar, wenn ein Mantel aus dem das Widerstandselement umfassenden Lichtbogenlöschmittel eine Manteldicke von zumindest 0,5 mm (Millimeter) vom Widerstandselement radial nach außen aufweist. Beispielsweise ist eine Manteldicke von zumindest 1 mm besonders vorteilhaft. Der Mantel kann jegliche Außenkontur aufweisen. Diese Außenkontur kann beispielsweise gekrümmt, kreisrund, eckig, oval etc. verlaufen.
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Beispielsweise kann die Betriebssicherheit des Schmelzwiderstands weiter erhöht werden, wenn das Lichtbogenlöschmittel zumindest 90 % der Länge des gewundenen verlaufenden Widerstandselements vollständig umgibt. Beispielsweise umgibt das Lichtbogenlöschmittel zumindest 95 % der Länge des gewundenen verlaufenden Widerstandselements vollständig.
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Besteht das Lichtbogenlöschmittel aus Sand, kann sich dies beispielsweise für eine schnelle Löschung des Lichtbogens auszeichnen. Vorzugsweise kann das Lichtbogenlöschmittel aus Quarzsand (SiO2) bestehen.
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Als besonders standfest trotz der vorgegebenen und vergleichsweise hohen Energie kann sich herausstellen, wenn der Widerstandsdraht ein NiCr-Draht ist. Auch ist vorstellbar, dass der Widerstandsdraht als Legierungselement Cr und Ni aufweist, beispielsweise ein Edelstahl-Draht ist.
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Vorzugsweise weist der Widerstand einen elektrischen Widerstand von ≥ 0,1 Ohm, insbesondere ≥ 10 Ohm, auf. Beispielsweise kann der Widerstand einen elektrischen Widerstand von ≥ 20 Ohm oder ≥ 30 Ohm oder ≥ 40 Ohm aufweisen. Vorzugsweise liegt der elektrische Widerstand des Widerstands im Bereich 0,1 bis 400 Ohm, beispielsweise im Bereich von 0,1 bis 100 Ohm oder im Bereich von 20 bis 400 Ohm. Vorzugsweise entspricht der oben angeführte elektrische Widerstand des Widerstands auch dem elektrischen Widerstand des Widerstandsdrahts.
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Vorstellbar ist, dass der Widerstand eine Nennleistung P70 im Bereich von 1 bis 250 W (Watt) aufweist. Beispielsweise weist der Widerstand eine Nennleistung P70 im Bereich von 3 bis 150 W auf.
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Der Widerstand kann sich beispielsweise auszeichnen, wenn er einen Temperaturkoeffizienten (TCR) von ≥ 20 ppm/K (10-6/Kelvin), z. B. gemessen gemäß der Norm DIN EN 60115-1, aufweist. Beispielsweise weist der Widerstand ≥ 50 ppm/K auf. Vorzugsweise weist der Widerstand einen Temperaturkoeffizienten (TCR) von ≤ 2500 ppm/K, insbesondere ≤ 2000 ppm/K, auf. Der Widerstand kann damit einen Temperaturkoeffizienten (TCR) im Bereich von 20 bis 2500 ppm/K oder im Bereich von 50 bis 2000 ppm/K aufweisen.
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Vorzugsweise kann der Widerstand für einen Zwischenkreis verwendet werden. Hierbei kann der Widerstand zuverlässig einen Entladewiderstand im Zwischenkreis ausbildet.
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In den Figuren ist beispielsweise der Erfindungsgegenstand anhand mehrerer Ausführungsvarianten näher dargestellt. Es zeigen
- Fig. 1
- eine Seitenansicht auf ein elektrisches Bauelement nach einem ersten Ausführungsbeispiel,
- Fig. 1a
- eine Explosionsansicht des elektrischen Bauelements der Fig. 1,
- Fig. 2
- eine aufgerissene Seitenansicht auf das elektrische Bauelement nach Fig. 1,
- Fig. 3
- eine Draufsicht auf das elektrische Bauelement nach Fig. 1 mit geöffnetem Gehäuse,
- Fig. 4
- eine Seitenansicht auf ein elektrisches Bauelement nach einem zweiten Ausführungsbeispiel,
- Fig. 4a
- eine Explosionsansicht des elektrischen Bauelements der Fig. 4,
- Fig. 5
- eine teilweise aufgerissene Seitenansicht auf das elektrische Bauelement nach Fig. 4,
- Fig. 6
- ein Querschnitt nach VI-VI der Fig. 5,
- Fig. 7
- von den elektrischen Bauelementen nach den Figuren 1 bis 6 einen Leitungsabschnitt des Widerstandselements mit in beliebiger Gestalt vorstellbarem Mantel aus Lichtbogenlöschmittel und
- Fig. 8
- eine Verwendung des nach den Figuren 1 bis 6 dargestellten elektrischen Bauelements in einem Zwischenkreis.
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Nach den Figuren 1 bis 3 ist ein elektrisches Bauelement 1 nach einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. Zu erkennen ist in Fig. 1a, dass das elektrische Bauelement 1 ein im Gehäuse 2 vorgesehenes pyrotechnisches Schaltelement 3 aufweist.
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Auch sind vom elektrischen Bauelement 1 dessen zwei elektrischen Anschlüsse 5a, 5b zu erkennen. Diese elektrischen Anschlüsse 5a, 5b sind als Kontaktzungen ausgeführt. Das pyrotechnische Schaltelement 3 befindet sich im Strompfad zwischen diesen beiden elektrischen Anschlüssen 5a, 5b. Das pyrotechnische Schaltelement 3 ist zum Einschalten einer elektrischen Verbindung in diesem Strompfad vorgesehen.
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Zudem weist - wie ebenso in den Figuren 2 und 3 zu erkennen - das elektrische Bauelement 1 im Gehäuse 2 erfindungsgemäß einen Widerstand 4 auf, der elektrisch mit dem pyrotechnischen Schaltelement 3 in Serie geschaltet ist. Das pyrotechnische Schaltelement 3 und der Widerstand 4 befinden sich damit im Strompfad zwischen den beiden elektrischen Anschlüsse 5a, 5b. Mithilfe des Widerstands kann die Leistung über diesen Strompfad beschränkt werden, was das elektrische Bauelement 1 beispielsweise gegenüber elektrischer Überlastung schützen kann.
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Zudem ist der elektrische Widerstand 4 besonders ausgeführt: So weist der Widerstand 4 ein von einem Widerstandsdraht 6a ausgebildetes Widerstandselement 6 und ein Lichtbogenlöschmittel 7 auf, das das Widerstandselement 6 in dessen Verlauf mehrmals abschnittsweise und in diesen Abschnitten vollständig umgibt. Konstruktionsbedingt - im Ausführungsbeispiel - liegt das Widerstandselement mehrmals an Stützen 2e des Gehäuses 2 an, sodass das vollständige Umfassen unterbrochen wird. Dennoch ist damit das Widerstandselement 6 im Lichtbogenlöschmittel 7 über seinen gesamten Verlauf eingebettet.
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Damit kann das Widerstandselement 6 reproduzierbar, ohne dabei elektrisch zu versagen, eine vorgegebene Energie aufnehmen. Zudem wird damit die Betriebssicherheit des elektrischen Bauelements 1 erhöht, da im Überlastungsfall eine Lichtbogenentwicklung unterdrückt und/oder vermieden werden kann. Hierzu ist vorzugsweise der elektrische Widerstand 4 als thermischer Schmelzwiderstand ausgebildet.
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Wie zudem den Figuren 1 bis 4 zu entnehmen, weist das Widerstandselement 6 einen gewundenen Verlauf in seiner Längsrichtung LR auf, was bei vergleichsweise geringer Erstreckung eine erhöhte Länge am Widerstandselement 6 zulässt. Dies erleichtert ein Einstellen eines gewünschten elektrischen Widerstands am Widerstandselement 6 oder Widerstand 4. Wird zudem das Widerstandselement 6 in seinem gewundenen Verlauf in seiner Längsrichtung LR zumindest abschnittsweise vom Lichtbogenlöschmittel 7, nämlich - wie im Ausführungsbeispiel dargestellt - vollständig, umgeben, kann dies die Betriebssicherheit des elektrischen Bauelements 1 weiter verbessern.
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Das Widerstandselement 6 weist zudem einen quer zu seiner Längsrichtung LR mäanderförmigen gewundenen Verlauf auf, welche Längsrichtung LR in Draufsicht einer Kreisbahn folgt. Das Widerstandselement 6 umläuft das pyrotechnische Schaltelement 3 in Draufsicht gesehen und ist des Weiteren zum pyrotechnischen Schaltelement 3 konzentrisch umlaufend angeordnet. Dies schafft kompakte Bauverhältnisse am elektrischen Bauelement 1.
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Wie der Fig. 1a entnommen werden kann, wird der mäanderförmige Verlauf des Widerstandselements 6 durch einen mäanderförmig gebogenen Widerstandsdraht 6a ausgebildet. Es ist aber auch vorstellbar, was in Fig. 1a strichliert dargestellt ist, dass das Widerstandselement 6 von einem gestanzten Widerstandsdraht 6a ausgebildet wird.
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Trotz kompakter Bauverhältnisse besteht eine hohe Betriebssicherheit, da das Gehäuse 2 zwei gekapselte Gehäuseabschnitte 2a, 2b aufweist. Ein erster Gehäuseabschnitt 2a der zwei gekapselten Gehäuseabschnitte 2a, 2b nimmt das pyrotechnische Schaltelement 3 und ein zweiter Gehäuseabschnitt 2b der zwei gekapselten Gehäuseabschnitte 2a, 2b nimmt den Widerstand 4 auf.
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Wie in Fig. 3 erkannt werden kann, umfasst der zweite Gehäuseabschnitt 2a den ersten Gehäuseabschnitt 2b vollständig. Der zweite Gehäuseabschnitt weist hierzu eine um den ersten Gehäuseabschnitt verlaufende konzentrische Längserstreckung auf. Wie in Fig. 3 zu erkennen, ist der erste Gehäuseabschnitt 2a im Querschnitt kreisförmig und der zweite Gehäuseabschnitt 2b im Querschnitt kreisringförmig ausgebildet. Beide Gehäuseabschnitt 2a sind durch eine Zwischenwand 2c des Gehäuses 2 voneinander getrennt. Eine Außenwand 2d des Gehäuses 2 begrenzt neben der Zwischenwand 2c den zweiten Gehäuseabschnitt 2b weiter radial gesehen ab. Das Gehäuse 2 ist -wie beispielsweise in Fig. 1a zu erkennen- mehrteilig, nämlich mit einem einteiligen Unterteil 14 und einem Oberteil 15 ausgeführt, die miteinander über nicht dargestellte Schraubelemente verschraubt sind. Damit erleichtert sich die Montage des zu kapselnden Widerstandselements 4 und des zu kapselnden pyrotechnischen Schaltelements 3 erheblich.
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Auch ist das pyrotechnische Schaltelement 3 zum Schließen (Einschalten) einer elektrischen Verbindung im Strompfad zwischen den beiden elektrischen Anschlüssen 5a, 5b besonders ausgebildet, wie in den Figuren 1a, 2 und 3 zu erkennen. Das pyrotechnische Schaltelement 3 weist eine pyrotechnische Ladung 8 und zwei durch einen Zwischenraum 9 voneinander getrennt angeordnete Stromleiterabschnitte 10a, 10b im Strompfad zwischen den beiden elektrischen Anschlüsse 5a, 5b auf. Nach Fig. 1a ist zu erkennen, dass der erste Stromleiterabschnitt 10a dem elektrischen Anschluss 5a und der zweite Stromleiterabschnitt 10b einem im Gehäuse 2 vorgesehenen elektrischen Überbrückungselement 11 zugehört.
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Auch weist das pyrotechnische Schaltelement 3 ein elektrisch leitendes Überbrückungselement 11 auf, das im Gehäuse beweglich, und zwar nach unten beweglich, gelagert ist. So ist das Überbrückungselement 11 in einer nach Fig. 2 dargestellten Ausgangsposition 11a vor Zündung der pyrotechnischen Ladung 8 von zumindest einem der beiden Stromleiterabschnitte 10a, 10b getrennt angeordnet. Dieses liegt über den Stromleiterabschnitten 10a, 10b. Damit besteht keine elektrische Verbindung zwischen den beiden Stromleiterabschnitten 10a, 10b. Das Überbrückungselement 11 wird mit einem Kolben 12 mit Abstandsfüßen in Position gehalten, damit das Überbrückungselement 11 diese Lage nicht gewollt verlässt.
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In einer strichliert in Fig. 2 dargestellten Überbrückungsposition 11b nach Zündung der pyrotechnischen Ladung 8 steht das Überbrückungselement 11 in elektrischem Kontakt mit beiden Stromleiterabschnitten 10a, 10b, was die elektrische Verbindung zwischen diesen Stromleiterabschnitten 10a, 10b herstellt. Hierzu wirkt die pyrotechnische Ladung 8 bei ihrer Expansion auf den Kolben 12, der mit dem Überbrückungselement 11 in Richtung der Stromleiterabschnitte 10a, 10b bewegt wird.
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Aktiviert und damit geschaltet wird das pyrotechnische Schaltelement 3 über eine zweidrahtige Zündleitung 8a, 8b, die in Fig. 1a und 2 zu erkennen ist. Die Zündleitung 8a, 8b ist mit einem an der Oberseite des elektrischen Bauelements 1 vorgesehenen elektrischen und als Buchse ausgeführten dritten Anschluss 13 angeschlossen.
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Als ausreichend für eine hohe Betriebssicherheit des elektrischen Bauelements 1 kann bereits sein, wenn das Widerstandselement 6 eine vorgegebene Energie zum Entladen eines Kondensators von mindestens 0,1 kJ zerstörungsfrei aufnimmt.
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Eine Absicherung des elektrischen Bauelements 1 gegenüber Überlastung wird erreicht, indem das Widerstandselement 6 einen schmelzbaren Teil des als Schmelzsicherung ausgebildeten Widerstands 4 ausbildet. Vorteilhaft schmilzt das Widerstandselement 6 bei einer Überschreitung der vorgegebenen Energie, die mindestens 0,5 kJ, beträgt - und zwar spätestens bei einer Überschreitung der vorgegebenen Energie um 20 %. Damit erfüllt das Widerstandselement 6 einerseits eine elektrische Widerstandsfunktion und andererseits eine thermische Sicherungsfunktion.
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Im Ausführungsbeispiel wird das Widerstandselement 6 von einem Edelstahl-Widerstandsdraht 6a, welcher Cr und Ni als Legierungselemente aufweist, gebildet. Dieser nimmt eine vorgegebene Energie von 1,1 kJ zerstörungsfrei auf und ist ausgebildet, bei einer Überschreitung dieser vorgegebenen Energie im Bereich von 10 bis 20 % zu schmelzen - und zwar bei einer Energie im Bereich von 1,1 kJ bis 1,32 kJ, nämlich bei 1,25 kJ.
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Um all dies zu ermöglichen, ist das Widerstandselement 6 in seinem Verlauf im Wesentlichen über seine gesamte Drahtlänge vom granulatförmigen Lichtbogenlöschmittel 7, nämlich im Ausführungsbeispiel Quarzsand (SiO2), vollständig umgeben, welches Lichtbogenlöschmittel 7 an dem Widerstandselement 6 direkt anliegt, und zwar an der oxidierten Oberfläche des Widerstandsdrahts. Dies kann in Fig. 2 und Fig. 7 erkannt werden - in Fig. 1a und Fig. 3 wurde das Lichtbogenlöschmittel 7 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Ist das Gehäuse 2 geschlossen, füllt dieses Lichtbogenlöschmittel 7 den zweiten Gehäuseabschnitt 2b des Gehäuses 2 vollständig aus.
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Hierzu weist der Mantel M aus dem Lichtbogenlöschmittel 7 eine Manteldicke d vom Widerstandselement 6 radial nach außen von mehr als 1 mm auf. Zudem umgibt der Mantel M mehr als 95 % von der Länge L des gewundenen verlaufenden Widerstandsdrahts 6a vollständig. Der Mantel M kann beliebige Außenabmessungen aufweisen, beispielsweise auch rechteckige Außenabmessungen, wie in den Figuren 2 und 6 zu erkennen.
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Durch diesen umfassenden Mantel M aus Lichtbogenlöschmittel 7 kann auch bei vergleichsweiser hoher Energie das Widerstandselement 6 thermische Spannungen durch Ausdehnung abbauen und damit standfest diese thermische Belastung aufnehmen. Zudem stellt dieser Mantel M bei einem Verdampfen des Widerstandselements 6 eine reaktionsschnelle Kühlung des Lichtbogens sicher - was zu einer auf elektrische Überlastung reaktionsschnellen thermischen Schmelzsicherung 4 führt.
Zweites Ausführungsbeispiel:
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Nach den Figuren 4 bis 6 ist ein elektrisches Bauelement 101 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt. Zum Unterschied zum elektrischen Bauelement 101 ist in diesem zweiten Ausführungsbeispiel das Gehäuse 102 des elektrischen Bauelements 101 anders ausgebildet.
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Wie in Fig. 6 erkannt werden kann, steht der zweite Gehäuseabschnitt 102b dem ersten Gehäuseabschnitt 102b seitlich weg ab. Der zweite Gehäuseabschnitt 102a schließt mit seiner Stirnseite an den ersten Gehäuseabschnitt 102a direkt an, was für eine belastbare mechanische Verbindung zwischen den beiden gekapselten Gehäuseabschnitten 102a, 102b sorgt.
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Das Gehäuse 102 ist -wie beispielsweise in Fig. 2a zu erkennen- mehrteilig, nämlich mit einem einteiligen Unterteil 114 und mit zwei Oberteilen 115a, 115b ausgeführt, die miteinander über nicht dargestellte Schraubelemente verschraubt sind. Damit erleichtert sich die Montage des vom ersten Gehäuseabschnitt 102a zu kapselnden pyrotechnischen Schaltelements 3 und des vom zweiten Gehäuseabschnitt 102b zu kapselnden Widerstandselements 4 erheblich.
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In den beiden Ausführungsbeispielen hat damit das Gehäuse 2, 102 ein einteiliges Unterteil 14, 114 und zumindest ein Oberteil 15, 115a, 115b.
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Das elektrische Bauelement 101 unterscheidet sich hinsichtlich des pyrotechnischen Schaltelements 3 nicht wesentlich von dem im ersten Ausführungsbeispiel Dargestellten und liegt ebenso im Strompfad zwischen den zwei elektrischen Anschlüsse 5a, 5b. Der Widerstand 4 ist auch hier mit dem pyrotechnischen Schaltelement 3 elektrisch in Serie geschaltet.
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Der Widerstand 4 weist ebenso das Widerstandselement 6 auf, das als Widerstandsdraht 106a ausgeführt ist - wie in Fig. 4a und Fig. 6 beispielsweise zu erkennen. Das granulatförmige Lichtbogenlöschmittel, nämlich auch hier Quarzsand (SiO2), umgibt den Widerstandsdraht 106a vollständig mit einem Mantel M. Diese vollständige Umfassung ist zumindest 95 % von der Länge L des gewundenen verlaufenden Widerstandsdrahts 106a. Der Mantel M kann beliebige Außenabmessungen aufweisen, wie bereits zum ersten Ausführungsbeispiel erwähnt.
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Das Widerstandselement 6, nämlich der Widerstandsdraht 106a, weist zudem einen in Längsrichtung LR mäanderförmig gewunden Verlauf auf, welche Längsrichtung LR in Richtung zum pyrotechnischen Schaltelement 3 hin ausgerichtet ist. Der mäanderförmig gewundene Widerstandsdraht 106a erstreckt sich in einer Ebene, wie in Fig. 4a zu erkennen.
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Wie der Fig. 4a entnommen werden kann, wird der mäanderförmigen Verlauf des Widerstandselements 6 durch den mäanderförmig gebogenen Widerstandsdraht 6a ausgebildet. Es ist aber auch vorstellbar, was in Fig. 4a strichliert dargestellt ist, dass das Widerstandselement 6 helixförmig verläuft, und nach dem Ausführungsbeispiel von einem helixförmig gebogenen Widerstandsdraht 6a ausgebildet wird.
Kennwerte:
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Allen elektrischen Bauelementen 1, 101 sind folgende Kennwerte des Widerstands 4 gemeinsam:
| Widerstandsparameter | Elektrischer Widerstand | 0,2 Ohm |
| Nennleistung P70 | 3 W |
| Nennspannung | 900 V |
| Zulässige Energie | 1,1 kJ |
| Temperaturkoeffizienten (TCR) | 1170 ppm/K |
| Schmelzsicherungsparameter | Schmelz-Energie | 1,25 kJ |
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Dieser Widerstand 4 kann zuverlässig eine Widerstandsfunktion und eine Sicherungsfunktion erfüllen. Letzteres kann beispielsweise bei Defekt eines anderen Schaltelements als Sicherung dienen und damit eine elektrische Überlast vermeiden. Solch eine Situation kann beispielsweise eintreten, wenn ein Trennschalter zum Trennen der elektrischen Energieversorgung, beispielsweise einer Batterie, defekt ist, dennoch aber das pyrotechnische Schaltelement 3 zur Entladung, beispielsweise eines Zwischenkreises, aktiviert wurde. Diese duale Funktion des elektrischen Bauelements 1, 101 wird standfest und reaktionsschnell gewährleistet - dies zudem bei kompakten Bauverhältnissen.
Schaltungsanordnung:
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Wie in Fig. 8 zu erkennen, wird das elektrische Bauelement 1, 101 bei einem als Spannungszwischenkreis ausgebildeten Zwischenkreis als Beispiel für eine elektrische und/oder elektronische Schaltung 16 zwischen Gleichrichter 17 und Pulssteller 18 verwendet. Als elektrische Bauelement 1, 101 kann beispielsweise ein Bestandteil einer Schaltung verstanden werden, das physisch nicht weiter unterteilt werden kann, ohne seine Funktion zu verlieren.
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Das elektrische Bauelement 1, 101 wird zum Entladen, beispielsweise einer Kapazität 19, verwendet. Die Entladung wird durch das Schließen des pyrotechnischen Schaltelements 3 des elektrischen Bauelements 1, 101 ermöglicht. Der Zwischenkreis 16 kann sich damit über den Widerstand 4 des elektrischen Bauelements 1, 101 entladen. Solch eine Entladung kann beispielsweise bei einem Trennen einer Hochvoltbatterie eines Hochvoltsystems vom Lastkreis erfolgen.
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Diese Schaltung 16 kann bei einem Fahrzeug verwendet werden, beispielsweise in der Schaltung zur Energieversorgung durch eine Batterie. Als Fahrzeuge sind Landfahrzeug, Kraftfahrzeug, Wasserfahrzeug oder Luftfahrzeug vorstellbar. Die Batterie kann beispielsweise eine Traktionsbatterie sein.
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Im Allgemeinen wird festgehalten, dass "insbesondere" als "more particularly" ins Englische übersetzt werden kann. Ein Merkmal, dem "insbesondere" vorangestellt ist, ist als fakultatives Merkmal zu betrachten, das weggelassen werden kann, und stellt damit keine Einschränkung, beispielsweise der Ansprüche, dar. Das Gleiche gilt für "vorzugsweise", ins Englische übersetzt als "preferably".