Für den Einsatz in Kraftfahrzeugen mit Hybrid- oder Elektro-Antrieb besteht ein stetig wachsender Bedarf an Hochvolt-Sicherungen mit geringer Baugröße. Diese müssen für die Massenfertigung geeignet sein und hoch zuverlässig Überströme abschalten können. Im Projekt wurde dies durch eine Neugestaltung des Schmelzleiters erreicht.
In künftigen Kraftfahrzeugen werden teil- und vollelektrische Antriebe eine immer größere Rolle spielen. Um die erforderlichen Leistungen mit einem minimalem Verlust bei gleichzeitig geringstmöglichem Gewicht der Bauteile übertragen zu können, werden für die Versorgung nach dem heutigen Stand der Technik Spannungen von 400 bis 600 V benötigt. Die wesentlichen Komponenten dafür wurden in den letzten Jahren auf hohem technischen Niveau entwickelt und optimiert. Bei den peripheren Bauteilen, wie den Sicherungselementen, besteht aber noch Entwicklungsbedarf. Im Forschungsvorhaben wurden dazu nun die technologischen Grundlagen erarbeitet.
rechts: Numerische Simulation der Wärmeentwicklung einer Hochstromsicherung
Die in der Automobiltechnik üblichen Sicherungselemente sind für Spannungen bis 32 V ausgelegt. Eine Erhöhung der Trennspannung um das 20-Fache ist nur durch eine Neuentwicklung möglich, die auf einer systematischen Untersuchung der Grundlagen der elektrischen Trennvorgänge aufbaut. Dabei kommt dem Löschen eines Lichtbogens, der schon bei Spannungen über 60 V entsteht, und der Erwärmung bei hohen Strömen eine zentrale Bedeutung zu. Aus Gründen der Ökonomie der einzusetzenden Mittel eines Kleinprojekts wurde die Behandlung der Hochvolt-Trennung und der Hochstrom-Charakteristik zunächst getrennt durchgeführt. Es gelang durch ein geeignetes Design, das beim Hochvolt-Auslösen entstehende Plasma ausreichend schnell aus dem Trennbereich zu entfernen und damit ein einwandfreies Auslöseverhalten ohne Entwicklung eines Lichtbogens zu bewirken. Für die hohen Ströme wurden durch algebraisches und numerisches Rechnen das Verhalten im Voraus bestimmt und die Ergebnisse messtechnisch verifiziert. Die Zusammenführung der gewonnenen Erkenntnisse aus den Bereichen der Hochvolt- und der Hochstrom-Trennung ist noch Gegenstand der aktuellen Arbeiten.
