Title:
Verfahren zum Löschen eines Lichtbogens und Löschvorrichtung
Kind Code:
A1


Abstract:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Löschen eines Lichtbogens (12) an wenigstens einer Stelle (15) eines elektrischen Bordnetzes (1) eines Kraftwagens, bei welchem der Lichtbogen (12) an der Stelle (15) angeordnetes Material (16, 22) erwärmt, welches infolge des Erwärmens wenigstens ein Löschmaterial (17) bereitstellt, mittels welchem der Lichtbogen (12) gelöscht wird. Außerdem betrifft die Erfindung eine Löschvorrichtung (100) zum Löschen eines Lichtbogens (12) an wenigstens einer Stelle (15) eines elektrischen Bordnetzes (1) eines Kraftwagens, mit an der Stelle (15) angeordnetem Material (16, 22), welches durch den Lichtbogen (12) erwärmbar ist und dazu ausgebildet ist, infolge des Erwärmens wenigstens ein Löschmaterial (17) zum Löschen des Lichtbogens (12) bereitzustellen. embedded image




Inventors:
Bordne, Frank, Dipl.-Ing. (70599, Stuttgart, DE)
Application Number:
DE102017010508A
Publication Date:
05/30/2018
Filing Date:
11/13/2017
Assignee:
Daimler AG, 70327 (DE)
International Classes:



Claims:
Verfahren zum Löschen eines Lichtbogens (12) an wenigstens einer Stelle (15) eines elektrischen Bordnetzes (1) eines Kraftwagens, bei welchem der Lichtbogen (12) an der Stelle (15) angeordnetes Material (16, 22) erwärmt, welches infolge des Erwärmens wenigstens ein Löschmaterial (17) bereitstellt, mittels welchem der Lichtbogen (12) gelöscht wird.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als das Material (16) ein Ummantelungsmaterial (22), mit welchem wenigstens eine Kabelseele (20) ummantelt ist, verwendet wird.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (16, 22) durch das Erwärmen zumindest aufgeschmolzen und/oder verdampft wird.

Löschvorrichtung (100) zum Löschen eines Lichtbogens (12) an wenigstens einer Stelle (15) eines elektrischen Bordnetzes (1) eines Kraftwagens, mit an der Stelle (15) angeordnetem Material (16, 22), welches durch den Lichtbogen (12) erwärmbar ist und dazu ausgebildet ist, infolge des Erwärmens wenigstens ein Löschmaterial (17) zum Löschen des Lichtbogens (12) bereitzustellen.

Löschvorrichtung (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (16) als Ummantelungsmaterial (22) ausgebildet ist, mit welchem wenigstens eine Kabelseele (20) ummantelt ist.

Description:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Löschen eines Lichtbogens an wenigstens einer Stelle eines elektrischen Bordnetzes eines Kraftwagens. Außerdem betrifft die Erfindung eine Löschvorrichtung.

Bei modernen Kraftwagen ist stets ein elektrisches Bordnetz eingesetzt, welches wenigstens einen Fahrzeugakkumulator mit mehreren elektrischen Verbrauchern elektrisch verbindet. Mit heutzutage immer weitere steigenden Leistungsanforderungen an die elektrischen Verbraucher und mit zunehmender Elektrifizierung von Fahrantrieben moderner Kraftwagen kommen an Bord des Kraftwagens neben einem traditionellen 12V-Bordnetz immer häufiger elektrische Bordnetze für höhere Spannungen, wie zum Beispiel für 48V zum Einsatz. Solch ein Hochspannungsbordnetz ist dazu eingesetzt, besonders leistungsintensive Komponenten des Kraftwagens, zum Beispiel eine zumindest einen Elektromotor umfassende Antriebseinheit, einen elektrisch antreibbaren Turbolader etc., mit einer Energiequelle oder einem Energiespeicher, wie zum Beispiel einem Generator und/oder einem Fahrzeugakkumulator elektrisch zu verbinden. Derartige Bordnetze bergen jedoch bei Isolationsschäden, insbesondere bei und nach einem Verkehrsunfall, bei welchem das 48V- bzw. das Hochspannungsbordnetz in Mitleidenschaft gezogen wird/wurde, besondere Gefahren, zum Beispiel eine Entstehung wenigstens eines Lichtbogens. Ein solcher Lichtbogen entsteht bei einer ausreichend hohen elektrischen Spannung zwischen zwei elektrischen Potentialen, indem in einem zwischen den Potentialen angeordneten Gas, üblicherweise Luft, aufgrund der Spannung eine Gasentladung stattfindet, sodass das Gas ionisiert und dadurch elektrisch leitfähig wird. Der Lichtbogen kann aufgrund seiner besonders hohen Temperatur bei ausreichend langem Bestehen desselben, eine Brandquelle darstellen, was für Insassen des verunfallten Kraftwagens oder für Rettungspersonal mit einem besonders hohen Verletzungsrisiko einhergeht.

In der DE 10 2015 243 005 A1 ist ein Kabel offenbart, welches sich in einer Längsrichtung erstreckt, mit einer Kabelseele und mit einem Kabelmantel, welche um die Kabelseele herum extrudiert ist, wobei der Kabelmantel eine Anzahl von Kammern aufweist und innerhalb zumindest einer der Kammern ein vom Material des Kabelmantels verschiedenes Funktionsmaterial eingebracht ist. Hierbei kann das Funktionsmaterial als ein Flammschutzmittel ausgebildet sein, sodass das Kabel als ein brandhemmendes Kabel ausgeführt sein kann, sodass das Kabel einen besonders hohen Schutz gegen Flammen aufweist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Lichtbogen in einem Kraftwagen auf besonders vorteilhafte Weise, insbesondere möglichst schnell, zu löschen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einer Löschvorrichtung gemäß Patentanspruch 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß ist demnach ein Verfahren zum Löschen eines Lichtbogens an wenigstens einer Stelle eines elektrischen Bordnetzes eines Kraftwagens vorgesehen, bei welchem der Lichtbogen an der Stelle angeordnetes Material erwärmt, welches infolge des Erwärmens wenigstens ein Löschmaterial bereitstellt, mittels welchem der Lichtbogen gelöscht wird.

Besonders anfällig für eine Entstehung eines Lichtbogens ist die Stelle des elektrischen Bordnetzes, wenn diese durch ein mechanisches Einwirken, beispielsweise infolge eines Verkehrsunfalls des Kraftwagens, in unerwünschter Weise verformt ist, zum Beispiel Schaden genommen hat. Bei der Stelle kann es sich beispielsweise um ein elektrisches Leitungselement, wie ein Kabel, handeln. Ist die Stelle beschädigt worden, kann sie als Schadenstelle bezeichnet werden. In einem Nahbereich der Stelle ist das besagte Material angeordnet, welches derartige chemische und/oder physikalische Eigenschaften aufweist, um das Löschmaterial im Falle des Lichtbogens an der Stelle bzw. Schadenstelle bereitzustellen. Beispielsweise kann das Material einen bestimmten Stoff aufweisen oder aus diesem hergestellt sein, welcher, insbesondere nach einem Erwärmen oder Erhitzen des Materials, einen Lichtbogen zumindest hemmt oder gar löscht. Hierzu können die chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften des Materials mittels des Erwärmens oder Erhitzens desselben verändert werden, damit das Material das Löschmaterial bereitstellt und den Lichtbogen an der Schadenstelle löscht. Alternativ ist es auch vorstellbar, dass das Material und die Hitze des Lichtbogens an mindestens einem der stromleitenden Materialen dessen chemische und/oder physikalische Eigenschaften in dem Schadensbereich verändert, sodass der Stromfluss reduziert oder gar komplett unterbunden wird.

Vorteilhaft hierbei ist, dass der an der Stelle auftretende Lichtbogen besonders schnell gelöscht werden kann, sodass ein Risiko für zu der Stelle oder Schadenstelle benachbarte Komponenten des Kraftwagens, Feuer zu fangen, besonders gering ist. Infolgedessen ist ein besonders hoher Insassenschutz für Nutzer des Kraftwagens, insbesondere wenn dieser verunfallt ist, gegeben, da der eventuell vorhandene Lichtbogen als Feuerquelle besonders schnell zu löschen ist.

Beispielsweise kann als das Material ein Ummantelungsmaterial, mit welchem wenigstens eine Kabelseele ummandelt ist, verwendet werden. Das (48V- bzw. Hochspannungs-) Bordnetz umfasst mehrere solcher Kabel, sodass die Stelle, an welcher der Lichtbogen auftritt - also die Schadenstelle -, schon vor der Entstehung des Lichtbogens direkt mit dem Löschmaterial versehen ist, ohne dass das Material in einem separaten Arbeitsschritt an dem Bordnetz zu applizieren ist.

Ferner ist es möglich, dass das Material durch das Erwärmen zumindest aufgeschmolzen und/oder verdampft wird. Mit anderen Worten kann das Material zumindest an der Stelle des Lichtbogens mittels der thermischen Leistung desselben von einem hauptsächlich festen Aggregatzustand in einen hauptsächlich flüssigen und in weiterer Folge in einen hauptsächlich gasförmigen Aggregatzustand übergehen. Das Material kann aber auch direkt von dem hauptsächlich festen in den hauptsächlich gasförmigen Aggregatzustand übergehen, das heißt sublimieren. Dies ist insofern vorteilhaft, als bei dem auftretenden Lichtbogen das Material, welches das Löschmaterial bereitstellt, an der Stelle besonders schnell verteilt werden kann, um eine besonders zuverlässige Lichtbogenlöschung zu realisieren.

Die Erfindung betrifft ferner eine Löschvorrichtung zum Löschen des Lichtbogens an der wenigstens einen Stelle des elektrischen Bordnetzes des Kraftwagens, mit dem an der Stelle angeordneten Material, welches durch den Lichtbogen erwärmbar ist und dazu ausgebildet ist, infolge des Erwärmens das wenigstens eine Löschmaterial zum Löschen des Lichtbogens bereitzustellen. Hierdurch ist der an der Stelle bzw. Schadenstelle auftretende Lichtbogen besonders schnell löschbar.

Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Löschvorrichtung anzusehen und umgekehrt.

Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, dass das Material als Ummantelungsmaterial ausgebildet ist, mit welchem wenigstens eine Kabelseele ummantelt ist. Hierdurch ist der an der Stelle bzw. Schadenstelle auftretende Lichtbogen noch schneller löschbar.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Dabei zeigt

  • 1 eine schematische Ansicht einer Löschvorrichtung und eines elektrischen Bordnetzes mit einer Schadenstelle in einem Kraftwagen; und
  • 2a bis 2d mehrere Querschnittansichten eines Kabels, welches in Zusammenhang mit der Löschvorrichtung zum Einsatz kommt.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Im Folgenden werden ein Verfahren und eine Löschvorrichtung zum Löschen eines Lichtbogens gemeinsam beschrieben, um im Sinne der Lesbarkeit dieser Anmeldung unnötige Wiederholungen zu vermeiden.

In 1 ist in einer schematischen Ansicht eine Löschvorrichtung 100 und ein elektrisches Bordnetz 1 gezeigt, welches zum Beispiel als ein Hochspannungs-Bordnetz ausgebildet sein kann. Das Bordnetz 1 umfasst ein elektrisches Leitungswerk 2, welches wiederum zumindest ein elektrisches Leitungselement, welches beispielsweise als ein elektrisch leitfähiges Kabel 3 ausgebildet sein kann, aufweist. Über das Bordnetz 1, insbesondere über eine Vielzahl von Kabeln 3, ist ein erster Pol 4 einer Spannungsquelle 5, bei welcher es sich um einen Akkumulator handeln kann, mit wenigstens einem ersten Anschluss 6 eines elektrischen Verbrauchers 7 elektrisch verbunden. Ein zweiter Pol 8 der Spannungsquelle 5 ist mit einem Masseelement 9 elektrisch verbunden, welches über einen zweiten Anschluss 10 des Verbrauchers 7 mit diesem elektrisch verbunden ist. So schließt das Bordnetz 1 einen elektrischen Stromkreis zwischen der Spannungsquelle 5 und dem Verbraucher 7, sodass dieser mittels der Spannungsquelle 5 antreibbar ist.

Bei dem Masseelement 9 kann es sich zum Beispiel um eine elektrisch leitende bzw. leitfähige Komponente des Kraftwagens handeln, beispielsweise kann eine metallische Karosserie des Kraftwagens das Masseelement 9 darstellen. Erfordert ein Betrieb des Verbrauchers 7 eine besonders hohe elektrische Spannung und/oder einen besonders hohen elektrischen Strom, weil dieser beispielsweise als eine elektrische Komponente eines Fahrantriebs des Kraftwagens (Elektromotor, elektrischer Turbolader etc.) ausgebildet ist, ist es von besonderem Vorteil oder bei Hochspannung erforderlich, wenn der zweite Anschluss 10 des Verbrauchers 7 direkt, das heißt mittels eines weiteren Kabels 3 mit dem zweiten Pol 8 der Spannungsquelle elektrisch verbunden ist. Dementsprechend kann die Spannungsquelle 7 als ein Traktionsakkumulator ausgebildet sein.

Ferner kann in dem Stromkreis ein Sicherungselement 11 angeordnet sein. Sollte das Bordnetz 1 an einer Stelle einen Kurzschluss aufweisen, das heißt, sollte in unerwünschter Weise der erste Pol 4 in direkten elektrischen Kontakt mit dem zweiten Pol 8 der Spannungsquelle 5 geraten, wird ein ausreichend hoher Stromfluss - ein Kurzschlussstromfluss - erzeugt, welcher das Sicherungselement 11 zur Auslösung bringt. Ist das Sicherungselement 11 zum Beispiel als eine elektrische Schmelzsicherung ausgeführt, schmilzt ein Sicherungsanteil der Schmelzsicherung, wodurch der Stromkreis unterbrochen wird.

Jedoch kann bei dem Bordnetz 1 auch ein Lichtbogen 12 entstehen, wie im Folgenden erläutert. Dabei sind der erste Pol 4 und der zweite Pol 8 nicht über ein physisches Leitungswerk miteinander kurzgeschlossen, sondern es kommt (wie eingangs beschrieben) bei einer ausreichend hohen elektrischen Spannung zwischen einem ersten Ort 13 und einem zweiten Ort 14 des Bordnetzes 1 zu einem Stromfluss über Gas, welches zwischen den Orten 13, 14 vorhanden ist, üblicherweise Luft. Bei den Orten 13, 14 kann es sich jeweils um einen Abschnitt verschiedener Kabel 3 handeln, wovon eines der Kabel 3 mit dem ersten Pol 4 und ein anderes der Kabel 3 mit dem zweiten Pol 8 der Spannungsquelle 5 in elektrischem Kontakt steht. Die Orte 13, 14 können insbesondere deswegen so nahe beieinander angeordnet sein, dass der Lichtbogen 12 entstehen kann, da eine Stelle 15 des Bordnetzes 1 in unerwünschter Weise verformt und/oder beschädigt sein kann. Mit anderen Worten sind die Orte 13, 14 in einem unbeschädigten bzw. unverformten Zustand des Bordnetzes in sicherer Entfernung voneinander angeordnet, doch beispielsweise aufgrund eines Verkehrsunfalls des Kraftwagens, kann das Bordnetz 1 so verformt worden sein, dass sich die Orte 13, 14, wie in 1 gezeigt, aneinander angenähert haben. Dementsprechend kann die Stelle 15 des verformten Bordnetzes 1 als Schadenstelle 15 bezeichnet werden.

Der an der Stelle 15 brennende Lichtbogen 12 erhitzt oder erwärmt die Orte 13, 14 besonders schnell, sodass sich dort ein elektrischer, das heißt ohmscher, Widerstand mit einer Temperatur der Orte 13, 14, also der dementsprechenden Abschnitte der Kabel 3, erhöht. Dies kann dazu führen, dass ein elektrischer Stromfluss des Lichtbogens 12 begrenzt wird, sodass das Sicherungselement 11 nicht auslöst, beispielsweise, weil es besonders träge ausgelegt ist.

Um nun den Lichtbogen 12 in dem Kraftwagen trotzdem und auf besonders vorteilhafte Weise, insbesondere möglichst schnell, zu löschen, sodass Insassen des Kraftwagens nicht einer Brandgefahr ausgesetzt sind, ist eine Löschvorrichtung 100 vorgesehen. Diese umfasst ein an der Stelle 15 bzw. Schadenstelle 15 angeordnetes Material 16. Dieses Material 16 wird funktionsgemäß von dem Lichtbogen 12 erwärmt bzw. erhitzt, sodass es ein Löschmaterial 17 bereitstellt, welches an der Stelle bzw. Schadenstelle 15, insbesondere an den Orten 13, 14, eine hochohmige Widerstandsschicht appliziert, wodurch der Stromfluss des Lichtbogens 12 begrenzt und infolgedessen derselbe gelöscht wird. Beispielsweise kann das Löschmaterial als ein Silizumoxid (SiOx) ausgebildet sein, welches sich aus einer in der Nähe der Stelle 15 angeordneten, silikonhaltigen Komponente des Kraftwagens durch das Erhitzen/Erwärmen mittels des Lichtbogens 12 rekrutiert. Dabei kann die silikonhaltige Komponente zumindest teilweise verflüssigt und/oder verdampft werden, wobei eine flüssige Phase (nicht gezeigt) des Materials 16 und/oder eine gasförmige Phase 18 des Materials 16 das Löschmaterial 17 darstellen kann. Das bedeutet, dass die gasförmige und/oder die flüssige Phase des Materials 16, also das Löschmaterial 17, zu den Orten 13, 14 hinströmen kann, um dort besonders zuverlässig den Lichtbogen 12 zu löschen.

2a bis 2d zeigen jeweils in einer Querschnittansicht eines der in dem Bordnetz 1 eingesetzten Kabels 3, bei welchen das Material 16 in direktem Kontakt mit dem jeweiligen Kabel 3 steht oder das Kabel 3 zumindest anteilig bildet. Das bedeutet zum einen, dass das Kabel 3 zumindest bereichsweise ein Bestandteil der Löschvorrichtung 100 bilden kann und zum anderen, dass das Material 16 ein Bestandteil des jeweiligen Kabels 3 sein kann.

Das Material 16 kann an einer Außenumfangsfläche 19 des Kabels 3 angeordnet sein, wobei das Kabel 3 eine Kabelseele 20 und eine, die Kabelseele 20 radial umfassende Kabelisolierung 21 aufweist. Das Material 16, welches, wenn es mittels des Lichtbogens 12 erwärmt oder erhitzt wird, das Löschmaterial 17 freisetzt, kann entlang der gesamten Außenumfangsfläche 19 teilweise (siehe 2a) oder ganz (siehe 2b) die Kabelisolierung 21 bzw. das Kabel 3 ummanteln. Mit anderen Worten bildet das Material ein Ummantelungsmaterial 22, mittels welchem das Kabel 3 und damit auch die Kabelseele 20 ganz oder teilweise eingefasst ist. Dementsprechend kann die Kabelseele 20 zwar von dem Material 16 im Querschnitt vollständig umgeben sein, doch das Material 16 und infolgedessen das Löschmaterial 17 sind von der Kabelseele 20 über die Kabelisolierung 21 beabstandet.

Ferner kann das Material 16 zumindest einen Teil der Kabelisolierung 21 bilden, das bedeutet in direkter Berührung mit der Kabelseele 20 stehen. Mit anderen Worten kann das Material 16 einen Anteil 23 der Kabelisolierung 21 bilden, wie es in 2c gezeigt ist. In 2d ist gezeigt, dass das Material 16 auch vollständig die Kabelisolierung 21 bilden kann. Anders ausgedrückt kann die Kabelseele 20 mit dem Material 16 in direktem Kontakt stehen und gleichermaßen von diesem - im Querschnitt betrachtet - vollständig umgeben sein. In diesen Fällen bildet das Material 16 das Ummantelungsmaterial 22, wobei dieses die Kabelseele 20 ebenfalls ganz oder teilweise einfasst.

Das Material 16 bzw. das Ummantelungsmaterial 22 kann jeweils entlang einer gesamten Längserstreckung des jeweiligen Kabels 3 verlaufen, das heißt, dass sich das Material 16 und das jeweilige Kabel 3 eine gleiche Länge teilen. Ferner kann das Material 16 zusammen mit der Kabelisolierung 21 ausgebildet, zum Beispiel mit dieser coextrudiert sein. Es ist aber auch denkbar, insbesondere bei den Ausführungsformen, wie diese in Zusammenhang mit den 2a und 2b beschrieben sind, dass das Material bzw. das Ummantelungsmaterial 22 mit der Kabelisolierung 21 verbunden, beispielsweise verklebt, verschweißt etc. oder anderweitig kraft-, form- und/oder stoffschlüssig daran angebracht ist.

Bezugszeichenliste

1
Bordnetz
2
Leitungswerk
3
Kabel
4
erster Pol
5
Spannungsquelle
6
erster Anschluss
7
Verbraucher
8
zweiter Pol
9
Masseelement
10
zweiter Anschluss
11
Sicherungselement
12
Lichtbogen
13
erster Ort
14
zweiter Ort
15
Stelle
16
Material
17
Löschmaterial
18
gasförmige Phase
19
Außenumfangsfläche
20
Kabelseele
21
Kabelisolierung
22
Ummantelungsmaterial
23
Anteil
100
Löschvorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • DE 102015243005 A1 [0003]