Insbesondere in Kraftfahrzeugen werden zur Absicherung von elektrischen Leitungen Schmelzsicherungen eingesetzt. Die Absicherung mit Schmelzsicherungen hat den Nachteil, daß sich mit diesen Sicherungen kein optimaler Leitungsschutz erreichen läßt.

Beim Auftreten kurzfristig anliegender Überströme kann eine übliche elektrische Lei- tung im Fahrzeug wesentlich mehr Strom tragen als die Schmelzsicherung, so daß für kurzzeitige Überströme eine übliche Schmelzsicherung unterdimensioniert ist. Im Be- reich länger andauernder 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 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 Sicherungs- auslösung dauern.

Ein weiteres Problem ist dadurch gegeben, daß bei Sicherungswerten mit hohen no- minalen Auslösestromwerten der tatsächliche Auslösestrom wesentlich höher sein muß, um die Si-cherung ausreichend schnell auszulösen. Für eine Schmelzsicherung mit einem nominalen Auslösestrom von 250 A oder mehr bedeutet dies, daß bei einem Überstrom von 250% demnach ein Strom von mindestens 875 A fließen muß, um die Sicherung ausreichend schnell auszulösen. Bei einem Kurzschluß mehrerer Leitungen, insbesondere in einem Fahzeug bei einem Unfall, kann nicht sichergestellt werden, daß die Batterie überhaupt einen ausreichend großen Strom zum Auslösen einer solchen Schmelzsicherung zur Verfügung stellen kann.

In der DE-Al-195 27 997 ist eine Anordnung offenbart, mit der das Auslösen einer Schmelzsicherung besser vorgebbar ist. Dabei wird der elektrische Strom durch die Sicherung gemessen und parallel zu der abzusichernden Leitung ein Thyristor ge-

schaltet, der im Fall eines Überstromes definiert eingeschaltet werden kann. Sobald ein Schwellwert überschritten ist, schaltet der Thyristor ein und erzeugt einen zusätz- lichen, hohen Überstrom in der Sicherung, der zum Auslösen der Sicherung ruhren soll. Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß fur große Sicherungswerte mit hohen nominalen Auslöseströmen große Thyristoren mit Nennströmen von einigen hundert Ampere bzw. mehrere Thyristoren paral-lel eingesetzt werden müssen. Es ist nicht sichergestellt, daß die notwendigen Nennströme für das Auslösen entsprechen- der Thyristoren überhaupt von der Batterie aufgebracht werden können. Beheizte Sicherungselemente sind grundsätzlich beispielsweise der AT 383 697, der DE 195 27 997 sowie der US 53 04 974 und US 48 07 082 zu entnehmen, deren Verschaltung jedoch äußerst nachteilig ist, da sie im allgemeinen den Nutzstromkreis dauerhaft be- lasten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schmelzsicherung anzugeben, die einen definierten Auslösestrom aufweist und die auch für hohe Auslöse-Nennströme geeignet ist. Aufgabe ist es des weiteren, ein geeigntes Verfahren zum Betreiben eines solchen Sicherungselementes und insbesondere eine geeignete Schaltungsanordnung anzugeben.

Die Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Wei- terführende und vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen und der Be- schreibung zu entnehmen.

Die Erfindung besteht darin, daß das Sicherungselement im Bereich seines Schmelz- leiters durch ein zusätzliches Heizelement erwärmt wird. Der Vorteil ist, daß der Schmelzleiter, der durch einen etwaigen Stromfluß durch das Sicherungselement be- reits erwärmt sein kann, sich im Auslösefall durch Fremdbeheizung schnell über seiner Schmelztemperatur erwärmt, so daß er einen unerwünschten Stromfluß schnell unter- bricht.

Vorzugsweise ist das Heizelement gesteuert einschaltbar. Günstigerweise steht am Heizelement ein großer Spannungsabfall, der größer ist als der Spannungsabfall am Schmelzleiter, insbesondere die Bordnetzspannung oder die Batteriespannung, zur Verfügung.

Vorteilhafterweise weist das Heizelement einen elektrischen Heizwiderstand auf. Be- vorzugt ist der Heizwiderstand ein Widerstandsdraht oder ein Dickschichtwiderstand oder ein Folienwiderstand. Vorzugsweise weist der Heizwiderstand im Bereich seines höchsten elektrischen Widerstands ein metallisches Element auf. Ein weitere bevor-

zugte Ausführung ist, wenn der Heizwiderstand im Bereich seines höchsten elektri- schen Widerstands ein Halbleitermaterial aufweist. Dies hat den Vorteil, daß der Heizwiderstand in unmittelbarem Kontakt mit dem Schmelzleiter sein kann, während sonst eine Isolierung oder eine andere Beabstandung notwendig ist.

Eine besonders günstige Ausführung ist, wenn das Heizelement durch ein exothermes Reaktionselement, insbesondere eine Schweißfolie, gebildet ist. Bevorzugt besteht die Schweiß-folie aus einer Schichtfolge einer Mehrzahl von abwechselnd angeordneten, sehr dünnen Metallfolien, bevorzugt aus Aluminium und Nickel. Der Vorteil dabei ist, daß durch ein von unerwünschten Betriebszuständen abhängiges Zündsignal eine stark exotherme Reaktion der Schweißfolie auslösbar ist, die wiederum den Schmelzleiter sehr schnell auf seine Schmelztemperatur aufheizt und damit der Stromkreis unterbro- chen wird.

Ein besonders vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, das Heizelement mit einer Steuerungseinheit zur variablen Einschaltung und/oder Steuerung der Heizleistung zu verbinden. Dies ermöglicht es, mit demselben Sicherungselement unterschiedliche Charakteristiken und auch unterschiedliche nominale Auslöseströme nachzubilden, so daß die Auslösekurve des Sicherungselements dynamisch veränderbar ist.

Im folgenden sind die Merkmale, soweit sie für die Erfindung wesentlich sind, einge- hend erläutert und anhand von einer Prinzipskizze einer Schaltung näher beschrieben.

Übliche Schmelzsicherungen gemäß dem Stand der Technik bestehen aus einem defi- niert geformten elektrischen Leiter mit einem definierten Widerstand. Durch den Stromfluß wird der Leiter erhitzt, bevorzugt in einem speziell präparierten Bereich, im folgenden Schmelzleiter genannt, und erreicht, je nach Sicherungstyp, zwischen 420°C und über 1000°C sei-nen Schmelzpunkt. Das Aufschmelzen des Schmelzleiters führt zu einer Unterbrechung des Stromkreises. Häufig wird eine Zinnpille auf den Schmelzleiter aufgebracht, welche ober-halb von 230°C aufschmilzt und eine Reakti- on mit dem Schmelzleitermaterial eingeht, die eine Erniedrigung des Schmelzpunktes des Schmelzleiters zur Folge hat.

Durch einen dem Verbraucher parallelgeschalteten Thyristor gemäß dem aus der DE- Al 195 27 997 bekannten Stand der Technik wird der Schmelzleiter mit einem zu- sätzlichen, hohen Strom belastet, der durch zusätzliche ohmsche Verluste den Schmelzleiter zum Durch-schmelzen bringt, ohne daß die Leitung mit dem zusätzlich auftretenden Überstrom belastet wird.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, das Sicherungselement, bevorzugt den Schmelzleiter, mit Hilfe einer Fremdbeheizung zu erwärmen und so bei einem Nenn- strom, der kleiner als oder höchstens gleich groß wie sein bauartbedingter nominaler Auslösestrom ist, zuverlässig auszulösen. Die Fremdbeheizung besteht aus einem Hei- zelement, welches vorzugsweise nach Auftreten eines Auslösesignals erhitzt werden kann. Eine vorteilhafte Ausführung ist, das Heizelement durch Joulesche Wärmeent- wicklung einer Widerstandsheizung zu erhitzen. Eine weitere vorteilhafte Ausführung ist, Wärme im Heizelement durch eine exotherme, sich selbst erhaltende Reaktion zu erzeugen. Günstig bei einer Widerstandheizung ist, wenn die gesamte Bordnetzspan- nung, insbesondere die Batteriespannung, zum Erhitzen des Heizelementes verwendet werden kann. Der Vorteil ist, daß das Heizelement deshalb bereits mit einem geringen Strom heiß genug werden kann, um den Schmelzleiter mittelbar oder unmittelbar zum Auslösen zu bringen. Ein hoher Strom durch das Sicherungs-element kann demnach durch einen geringeren Strom durch das Heizelement abgeschaltet werden.

Eine vorteilhafte Ausführung ist, den Schmelzleiter durch Wärmeeinwirkung unmit- telbar durchzuschmelzen. Der Vorteil dieser Lösung ist, daß der Schmelzleiter durch die volle Netzspannung versorgt werden kann, während der Spannungsabfall am Si- cherungselement selbst auf höchstens 200 mV begrenzt werden kann. Ein gegenüber dem nominalen Auslösestrom der Sicherung wesentlich geringerer Strom kann im Heizelement demnach dieselbe Heizleistung entwickeln wie ein Überstrom in der Größenordnung des Auslösestroms im Sicherungselement. Das Verhältnis der Strö- me, die durch das Sicherungselement und durch das Heizelement fließen, verhalten sich bevorzugt wie das reziproke Spannungsverhältnis am Sicherungselement und am Heizelement. Bei einem Spannungsabfall von 12 V über dem Heizelement und einem Spannungsabfall von 200 mV über der Sicherung ergibt sich eine Strom durch das Heizelement, der sechzigmal kleiner ist als der Strom durch das Sicherungselement.

Damit ist sichergestellt, daß insbesondere eine Fahrzeugbatterie den Auslösestrom für die Schmelzsicherung aufbringen kann.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung ist, wenn das Heizelement die Sicherung selbst zusätzlich erwärmt, ohne den Schmelzleiter unmittelbar durchzuschmelzen. Die ther- mische Abstrahlung des Heizelements wärmt die Schmelzsicherung vor und bringt insbesondere den Schmelzleiter in die Nähe seiner Schmelztemperatur, so daß ein geringer Überstrom im Sicherungselement bereits zur zuverlässigen Auslösung des Sicherungselements führt.

Günstig ist auch, wenn das Sicherungselement durch den Stromfluß im Stromkreis vorgewärmt wird und im Auslösefall durch einen zusätzlichen Stromfluß durch den Heizleiter und/oder durch dessen Wärmeabstrahlung durchgeschmolzen wird.

Ganz besonders vorteilhaft ist, wenn Mittel vorgesehen sind, die das Heizelement zu definierten Zeitpunkten und/oder in definierten Zuständen einschaltbar macht. Das Heizelement wird vorzugsweise erst dann eingeschaltet, wenn ein Fehlerfall ansteht.

Als Einschaltkriteri-en können unterschiedliche Zustände, insbesondere Fehlersignale, dienen, vorzugsweise Überstromsignale zur Überstromüberwachung eines Verbrau- chers und/oder Temperatursignale zur Übertemperaturüberwachung eines Verbrau- chers und/oder Spannungssignale und/oder Crash-Signale, insbesondere, um elektri- sche Verbraucher bei einem Unfall eines Fahrzeugs vom Bordnetz zu trennen. Durch das gesteuerte Einschalten des Heizelements ist sichergestellt, daß im Normalbetrieb die Schmelzsicherung nicht versehentlich ausgelöst wird, im Fehlerfall dagegen sehr schnell und zuverlässig auslösbar ist.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß die Anforderungen an das ursprüngliche Sicherungselement hinsichtlich von Auslegungstoleranzen verrin- gert werden können. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß der ohmsche Wider- stand des Sicherung-selements gesenkt werden kann, da das Sicherungselement nicht mehr selbst die ohmsche Verlusteistung zum Auslösen des Schmelzleiters erzeugen muß. Dadurch wird der Spannungsabfall von der Batterie bis zum Verbraucher vor- teilhaft verringert.

Ein großer Vorteil der Erfindung ist die Möglichkeit, mit dem gleichen Sicherungs- element verschiedene Charakteristiken und/oder verschiedene riominale Auslöseströ- me nachzubil-den. Die Auslösekurve des Sicherungselements kann vorteilhaft durch eine geeignete intelligente Steuereinheit dynamisch verändert werden. Dies hat-die günstige Folge, daß das glei-che Sicherungselement für unterschiedliche Belastungen eines elektrischen Leiters verwen-det werden kann, insbesondere bei unterschiedli- chen Sonderausstattugnsvarianten eines Fahrzeugs und/oder bei verschiedenen Fahr- zeugen. Damit ist es möglich, unterschiedliche Fahrzeuge mit einer. relativ vereinheit- lichten elektrischen Schutzausrüstung zu versehen, was die Fertigung sehr vereinfacht und Kostenvorteil bringt.

Vorteilhafterweise können mehrere solcher erfindungsgemäßen Sicherungselemente bevorzugt über Mehrfachschalter angesteuert werden. Ein bevorzugter Heizleiter des Heizelements ist ein Widerstandsdraht oder ein Folienwiderstand oder ein Dick-

schichtwiderstand oder ein Kohlewiderstand oder ein sonstiges Element, welches bei elektrischem Stromfluß eine für ein Heizelement ausreichende Joulesche Wärme ent- wickelt. Zweckmäßigerweise ist ein solcher bevorzugter Heizleiter nicht in unmittel- barem Kontakt mit dem Heizleiter, insbesondere beabstandet zum Schmelzleiter. Vor- zugsweise ist eine elektrische Isolierung zwischen Heizleiter und Schmelzleiter ange- ordnet. Zweckmäßigerweise ist die Isolierung hoch wärmeleitfähig ; besonders geeig- net sind Materialien wie A1N und/oder A1203 und/oder Halbleitermaterialien. Vorteil- haft kann die Verwendung eines Halbleiters als Heizleiter sein, da dieser in unmittel- barem Kontakt mit dem Schmelzleiter sein kann, ohne daß dieser kurzgeschlossen wird.

Die elektrische Isolierung zwischen Heizleiter und Schmelzleiter ermöglicht so die Ausnutzung der vollen Netzspannung für den Heizleiter. Dabei kann das Heizelement einseitig mit der Sicherung elektrisch verbunden sein. Zweckmäßigerweise ist die ein- seitige Verbindung auf der Bordnetzseite der Sicherung entfernt vom und parallel zum Verbraucher.

Ein weiteres bevorzugtes Heizelement besteht aus einem exothermen Reaktionsele- ment, insbesondere einer Schweißfolie, die durch Einwirkung eines Zündimpulses eine stark exotherme Reaktion auslöst und in sehr kurzer Zeit sehr hohe Temperaturen erreicht. Der Zündimpuls des Reaktionselements kann vorteilhaft mit einem Transistor oder einem Stromstoß aus einem Kondensator erzeugt werden. Weitere vorteilhafte Möglichkeiten zur Erzeugung eines Zündimpulses sind thermische Aktivierung und/oder Lichtblitz, insbesondere im ultravioletten Bereich, und/oder Zündfunken, insbesondere aus einer Batterie. Hierbei ist es lediglich notwendig, das Reaktionsele- ment lokal zu erwärmen, um die Reaktion zu zünden.

Die Schweißfolie besteht vorzugsweise aus einer Serie von sehrDdünnen Metallfolien, insbesondere aus Aluminium-und Nickelfolien, die alternierend aufeinander gestapelt sind. Eine typische Schichtdicke der einzelnen Folien liegt im Bereich von wenigen Atomlagen bis 100 Atomlagen. Durch einen thermischen Puls und/oder. einen Licht- blitz und/oder einen Zünd-funken, insbesondere aus einer Batterie, reagieren die bei- den Konstituenten miteinander und erwärmen sich typischwerweise in wenigen Milli- sekunden von 25°C auf über 1000°C. Auch andere Materialkombinationen, die eine derartige exotherme Reaktion eingehen, sind als Reaktionselemente in Folien-oder Pulverform geeignet, insbesondere etwa eine Kombination von Eisen und Aluminium.

Dabei kann das Reaktionselement den Schmelzleiter umgeben, insbesondere kann ein

pulverförmiges Reaktionsmaterial den Schmelzleiter in einer Kapsel umgeben oder benachbart zum Schmelzleiter in einer Kapsel angeordnet sein.

Der Vorteil hierbei ist, dal3 diese Ausführung eines Heizelements keine eigene Strom- versorgung benötigt, sondern nur einen geeigneten Zündimpuls. Vorteihaft ist, daß sich der Zünd-impuls durch eine geeignete Ansteuerung erzeugen und/oder steuern läßt, so daß eine zu-verlässige und schnelle Auslösung im Fehlerfall ermöglicht ist.

Des weiteren wird eine Schaltungsanordnung eines Sicherungselementes für einen Stromkreis, insbesondere in Fahrzeugen, mit einer Schmelzsicherung vorgestellt, die bei einer über dem Nennstrom liegenden Strombelastung des Stromkreis diesen blei- bend unterbricht und die zwischen einer Stromquelle, insbesondere einer Batterie, und wenigstens einem Verbraucher angeordnet ist, und mit einem zusätzlichen Heiz- element, welches thermisch mit der Schmelzsicherung gekoppelt ist. Erfindungswe- sentlich ist dabei, daß das Heizelement bordnetzseitig von der Stromquelle aus hinter der Schmelzsicherung und parallel zu den Verbrauchern über ein Schaltelement, wel- ches von einer Steuerungseinheit zur Steuerung der Heizleistung und/oder einer Aus- löseeinheit ansteuerbar ist, auf Masse geschlossen wird. Dadurch wird erreicht, daß a) das Heizelement im Normalbetrieb den Stromfluß zu den Verbrauchern nicht belastet, b) im Auslösefall der Strom durch das Heizelement den Strom durch das Siche- rungselement noch zusätzlich erhöht und das Durchschmelzen somit zusätzlich beschleunigt und c) mit dem Durchschmelzen des Sicherungselements auch das Heizelement stromlos geschaltet wird.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Anordnung dargestellt, die auch alle Merkmale der Schaltungsanordnung aufweist. Eine Batterie 1 versorgt in ei-nem Bordnetz einen Verbraucher 10. Zwischen Batterie 1 und Verbraucher 10 ist ein Sicherungselement angeordnet, welches einen batterieseitigen Anschluß 2, einen bordnetzseitigen An- schluß 3 und einen dazwischenliegenden Schmelzleiter 4 aufweist. In diesem Beispiel ist zweckmäßigerweise noch zusätzlich eine Zinnperle 5 auf dem Schmelzleiter 4 an- geordnet. Der Schmelzleiter 4 und die Zinnperle 5 sind thermisch mit einem elektrisch dagegen iso-lierten Heizelement 6 in Verbindung. Dieses Heizelement 6 liegt elek- trisch in Serie mit ei-nem steuerbaren Schaltelement 7, beispielsweise dem Drainan- schluß eines Mosfets, welcher sourceseitig mit Masse verbunden ist. Der zweite An-

schluß des Heizelements 6 ist mit dem bordnetzseitigen Anschluß 3 des Sicherungs- elements verbunden.

Mit Hilfe eines Stromsensors 9 und einer Auswerte-und Auslöseeinheit 8 kann der Strom in der Leitung 11 bestimmt werden. In der Auswerteeinheit ist eine Auslöse- kurve des Sicherungselements abgelegt. Im einfachsten Fall kann dies ein Schwellwert und/oder ein Strom/Zeit-Verhalten des Sicherungselements sein.

Übersteigt der aktuelle Stromwert diese Auslösekurve, so schaltet die Einheit 8 das Bauelement 7 ein, so daß ein Strom durch das Heizelement 6 fließt und dieses sehr schnell er-wärmt. Der Schmelzleiter 4 der Sicherung wird nahezu ebenso schnell durch die thermische Last des Heizleiters 6 erhitzt, und die Sicherung löst als Folge aus. Da das Heizelement 6 bordnetzseitig mit der Sicherung verbunden ist, kann nach dem Auslösen der Sicherung kein Strom mehr über das Heizelement 6 fließen.

Vorteilhaft ist, wenn das Heizelement 6 bordnetzseitig an das Sicherungselement 2,3, 4,5 angeschlossen wird, da im Auslösefall der Heizkreis des Heizelements 6 automa- tisch mitgeoifnet wird.

Günstig ist auch, wenn der Heizstrom, mit dem das Heizelement erhitzt wird, auch durch den Schmelzleiter 4 und/oder das Sicherungselement 2,3,4,5 fließt, da der Heizstrom dann doppelt ausgenutzt werden kann, indem der Schmelzleiter durch die Fremdbeheizung und zusätzlich durch den zusätzlichen Stromfluß erhitzt wird und so schneller über seine Schmelztemperatur erwärmt werden kann.

Zweckmäßig ist, die elektrische Versorgung der Ansteuereinheit 8 mit dem Anschluß 3 des Sicherungselements 2,3,4,5 zu verbinden, da im Auslösefall die Ansteuerein- heit dann automatisch vom Bordnetz abgekoppelt wird.