DE10105457A1 - Vorrichtung zum Trennen und Schalten einer Last - Google Patents
Vorrichtung zum Trennen und Schalten einer LastInfo
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Abstract
Für ein sicheres Stecken einer Sicherung oder eines Steckers ohne Entsteheung eines Lichtbogens ist erfindungsgemäß eine Vorrichtung (1) zum Trennen und Schalten einer Last (2) mit einer Steuereinrichtung (4) und mit einem zwischen einer Spannungsversorgung (6) und der Last (2) angeordneten Schaltelement (14) vorgesehen, das mit der Steuereinrichtung (4) verbunden ist, wobei ein zwischen der Spannungsversorgung (6) und dem Schaltelement (14) vorgesehener Eingang (16) für die Steuereinrichtung (4) zur Überwachung mindestens eines Spannungsgrenzwerts dient, und wobei die Steuereinrichtung (4) bei Unterschreiten eines ersten Spannungsgrenzwerts das Schaltelement (14) deaktiviert.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Trennen und Schal
ten einer Last, insbesondere eines Verbrauchers in einem Fahr
zeug.
Zur Spannungsversorgung verschiedener elektrischer Verbraucher
umfaßt ein Fahrzeug mindestens ein Bordnetz und eine Steuerein
richtung zur Ansteuerung des jeweiligen Verbrauchers. Das Bord
netz weist üblicherweise eine Sicherung auf, die im Fall eines
Kurzschlusses, z. B. in der Verkabelung, oder durch einen Defekt
am Verbraucher ausgelöst wird. Beim Stecken einer Steckverbin
dung oder der Sicherung nach der Fehlerbehebung kann es bei ei
nem eingeschalteten Verbraucher zur Entstehung eines Lichtbo
gens kommen. Der wiederum die betreffenden Kontakte beschädigt
oder verschweißt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich
tung zum Trennen und Schalten einer Last anzugeben, mit der es
möglich ist, eine Sicherung oder andere Stecker ohne Entstehung
eines Lichtbogens zu stecken.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung
zum Trennen und Schalten einer Last mit einer Steuereinrichtung
und mit einem zwischen einem Bordnetz und der Last angeordnetes
Schaltelement, das mit der Steuereinrichtung verbunden ist, so
wie mit einem zwischen dem Bordnetz und dem Schaltelement vor
gesehenen Eingang für die Steuereinrichtung zur Überwachung
mindestens eines Spannungsgrenzwerts, wobei die Steuereinrich
tung bei Unterschreiten eines ersten Spannungsgrenzwerts das
Schaltelement deaktiviert. Hierdurch ist sichergestellt, daß
der Verbraucher bzw. die Last im Fehlerfall des Bordnetzes mit
tels des deaktivierten Schaltelements spannungslos ist. Somit
ist bei Einsetzen der Sicherung die Entstehung eines Lichtbo
gens sicher verhindert. Ein eventuelles Abklemmen der Versor
gungsbatterie oder des Bordnetzes kann entfallen. Durch die
Verwendung eines Schaltelements ist eine besonders einfache
Vorrichtung gegeben, die auch in bestehende Systeme eines Fahr
zeugs ohne größeren Aufwand nachgerüstet werden kann. Bevorzug
termaßen deaktiviert die Steuereinrichtung oder das Steuergerät
das Schaltelement, wenn die Spannung aus dem Bordnetz, die vor
dem Schaltelement am Eingang abgegriffen wird, den ersten Span
nungsgrenzwert, insbesondere einen Wert von kleiner 2 V, unter
schreitet. Je nach Art und Ausführung der Spannungsversorgung
in einem Fahrzeug, z. B. 14 V-Bordnetz, 42 V-Bordnetz oder 60 V-
Batterie oder gemischte Versorgungsspannung, kann ein entspre
chend erster Spannungsgrenzwert in der Steuereinrichtung einge
stellt werden. Der erste Spannungsgrenzwert wird dann mittels
der Steuereinrichtung mit dem am Eingang anliegenden Spannungs
wert verglichen. Ist der am Eingang gemessene Spannungswert
kleiner gleich dem ersten Spannungsgrenzwert wird das Schalt
element mittels der Steuereinrichtung deaktiviert.
Zweckmäßigerweise aktiviert die Steuereinrichtung bei Über
schreiten eines zweiten Spannungsgrenzwerts das Schaltelement.
Als zweiter Spannungsgrenzwert wird vorzugsweise ein die jewei
lige Versorgungsspannung entsprechender Wert vorgegeben. Bei
spielsweise wird bei einem 42 V-Bordnetz als zweiter Spannungs
grenzwert ein Wert von größer 30 V eingestellt. Je nach Ausfüh
rungsform der Steuereinrichtung wird das Schaltelement bevor
zugt nach Ablauf einer vorgebbaren Zeit oder bei Vorliegen ei
ner Funktionsanforderung aktiviert. Beispielsweise wird nach
Einlegen der Sicherung und Überschreiten des zweiten Spannungs
grenzwerts am Eingang der Steuereinrichtung sowie bei Vorliegen
eines Neustart des Fahrzeugs anhand der Stellung des Zünd
schlosses das Schaltelement aktiviert. Alternativ oder zusätz
lich wird das Schaltelement nach Einlegen der Sicherung und Ü
berschreiten des zweiten Spannungsgrenzwerts am Eingang der
Steuereinrichtung und nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit akti
viert.
Zweckmäßigerweise ist als Schaltelement ein Halbleiter-Element
oder ein Relais vorgesehen. Als Halbleiter-Element dienen bei
spielsweise elektronische Analogschalter, wie Dioden, bipolare
Transistoren, Feldeffekttransistoren, die ein schnelles und
präzises Schalten ermöglichen. Insbesondere bei Elektromotoren,
die üblich über Pulsweitenmodulation geregelt werden, sind auf
grund der hohen Schaltfrequenzen Halbleiter-Schaltelemente vor
gesehen.
Vorteilhafterweise ist für den Fall, daß die Steuereinrichtung
und die Last über ein Sicherungselement gemeinsam abgesichert
sind, bei Überschreiten des zweiten Spannungsgrenzwertes das
Schaltelement mit einer zeitlichen Verzögerung schaltbar. Hier
durch ist sichergestellt, daß vor dem Schalten der Last zuerst
die Steuereinrichtung mit Spannung versorgt wird, wodurch die
zum Schalten der Last erforderlichen Kriterien mittels der
Steuereinrichtung geprüft werden. Mit anderen Worten: Liegt am
Eingang der Steuereinrichtung eine den sicheren Betrieb der
Spannungsversorgung charakterisierende Spannung an, d. h. liegt
der Wert oberhalb des zweiten Spannungsgrenzwertes, wird die
Last durch Aktivierung des Schaltelements erst nach Ablauf ei
ner vorgegebenen Zeit geschaltet. Somit ist die Entstehung ei
nes Lichtbogens sicher vermieden.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere
darin, daß anhand der fortlaufenden Überwachung der Spannung
aus dem Bordnetz ein Unterscheiten eines kritischen Spannungs
grenzwerts bestimmt wird, anhand dessen das Schaltelement mit
tels der Steuereinrichtung so lange deaktiviert wird, bis ein
Normalspannungspegel des Bordnetzes erfaßt wird. Hierdurch ist
sichergestellt, daß ein den kritischen Spannungswert verursa
chende Störung im Bordnetz, die zu einem Auslösen der Sicherung
führt, ohne Entstehung eines Lichtbogens durch Stecken von
Steckverbindungen oder der Sicherung behoben werden kann. Dies
ist auch dann gewährleistet, wenn die Last nach wie vor einge
schaltet ist, daß mittels des Schaltelements der Zweig zwischen
Bordnetz und Last getrennt ist. Somit ist auch ein aufwendiges
Abklemmen der Versorgungsbatterie sicher vermieden. Darüber
hinaus ist mittels der Steuereinrichtung ein Aktivieren des
Schaltelements nach der Fehlerbehebung automatisch ermöglicht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeich
nung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung zum Trennen und Schalten
einer Last mit einer Steuereinrichtung und einem
Schaltelement,
Fig. 2 schematisch eine Vorrichtung gemäß Fig. 1, mit einer
gemeinsamen Spannungsversorgung für die Last und die
Steuereinrichtung, und
Fig. 3 schematisch eine alternative Vorrichtung gemäß Fig.
1.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den
gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Trennen und Schalten einer
Last 2, z. B. eines Motors oder einer Pumpe. Der Verbraucher o
der die Last 2 wird mittels einer Steuereinrichtung 4 geschal
tet. Die Last 2 und die Steuereinrichtung 4 werden von zwei ge
trennten Spannungsversorgungen 6 bzw. 8 gespeist. Zur Absiche
rung der Last 2 und der Steuereinrichtung 4 ist jeweils ein zu
gehöriges Sicherungselement 10 bzw. 12 vorgesehen. Als Steuer
einrichtung 4 dient beispielsweise ein von den Spannungsversor
gungen 6 bzw. 8 getrenntes Steuergerät, welches der betreffen
den Last 2 zu dessen Steuerung zugeordnet ist. Die Spannungs
versorgungen 6 und 8 können dabei als sogenannte Bordnetze mit
unterschiedlicher Spannung ausgeführt sein, beispielsweise für
elektrische Verbraucher mit geringer Leistung wie die Steuer
einrichtung ein 14 V-Bordnetz und für elektrische Verbraucher
mit großer Leistung wie ein E-Motor ein 42 V-Bordnetz. Als Sicherungselemente
10 und 12 können herkömmliche Schmelzsicherun
gen oder andere Halbleiterelemente verwendet werden.
Darüber hinaus ist in dem Zweig zur Versorgung der Last 2 zwi
schen der Spannungsversorgung 6 und der Last 2 ein Schaltele
ment 14 angeordnet, das mit der Steuereinrichtung 4 verbunden
ist. Das Schaltelement 14 kann dabei als ein Relais oder ein
Halbleiterelement, z. B. ein Transistor, ausgeführt sein. Ferner
ist in diesem Zweig zwischen der Spannungsversorgung 6 und dem
Schaltelement 14 ein Eingang 16 für die Steuereinrichtung 4 zur
Überwachung mindestens eines Spannungsgrenzwerts vorgesehen.
Der Eingang 16 wird einem Analog-Digital-Wandler 18 der Steuer
einrichtung 4 zur Ermittlung und Überwachung der vor dem
Schaltelement 14 anliegenden Spannung und ggf. zur Diagnose zu
geführt.
In einem Fehlerfall, z. B. einem Kurzschluss in der Spannungs
versorgung 6, welche zu einem Auslösen des Sicherungselements
10 führt, deaktiviert die Steuereinrichtung 4 das Schaltelement
14 bei Unterschreiten eines ersten Spannungsgrenzwerts G1 am
Eingang 16. Dazu wird mittels der Steuereinrichtung 4 die am
Eingang 16 erfaßte Spannung mit dem ersten Spannungsgrenzwert
G1, z. B. G1 = 2 V verglichen. Ist die am Eingang 16 erfaßte
Spannung kleiner als 2 V, wird das Schaltelement 14 deaktiviert,
wodurch die Last 2 von der Spannungsversorgung 6 getrennt wird.
Auch bei einem geforderten Schalten der Last 2 bleibt diese
aufgrund des Fehlers in der Spannungsversorgung 6 von dieser
getrennt. Mit anderen Worten: Solange mittels der Steuerein
richtung 4 anhand der Spannung am Eingang 16 ein defektes Si
cherungselement 10 identifiziert wird, wird das Schaltelement
14 nicht aktiviert. Dazu wird mittels der Steuereinrichtung 4
die am Eingang 16 erfaßte Spannung auf Unterschreiten des Span
nungsgrenzwerts G1 fortlaufend überwacht. Somit ist ein Stecken
des Sicherungselements 10 ohne gleichzeitiges Anliegen der Last
2 an der Spannungsversorgung 6 ermöglicht. Hierdurch ist die
Entstehung eines Lichtbogens sicher vermieden.
Durch Einsetzen eines neuen Sicherungselements 10 liegt vor dem
Schaltelement 14 eine Spannung an, die größer als der erste
Spannungsgrenzwert ist. Die Überwachung der Spannung am Eingang
16 mittels der Steuereinrichtung 4 ergibt somit einen Wert o
berhalb des ersten Spannungsgrenzwertes, insbesondere oberhalb
eines zweiten Spannungsgrenzwertes G2. Das Schaltelement 14
wird bei Vorliegen einer Funktionsanforderung bzw. nach Ablauf
einer vorgebbaren Zeit mittels der Steuereinrichtung 4 akti
viert, wodurch die Last 2 geschaltet werden kann. Liegt am Ein
gang 16 beispielsweise wieder eine den zweiten Spannungsgrenz
wert G2 überschreitende Spannung an, so wird nach einem Neu
start des Fahrzeugs (= Zündschloss in Stellung 0) mittels der
Steuereinrichtung 4 die Last 2 geschaltet. Je nach Art und Aus
führung der Steuerlogik für die Last 2 können auch andere Funk
tionsanforderungen zum Schalten der Last 2 stets in Abhängig
keit von der vor dem Schaltelement 14 erfaßten Spannung ge
schaltet werden.
Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführungsform der Vorrichtung
1. Dabei ist für die Steuereinrichtung 4 und die Last 2 gemein
sam eine der Spannungsversorgungen 6 oder 8, z. B. die Span
nungsversorgung 6, ein 42 V-Bordnetz im Fahrzeug, vorgesehen.
Die Last 2 wird von der externen Steuereinrichtung 4 geschal
tet. Die Steuereinrichtung 4 überwacht mittels des Eingangs 16
die Spannung der Spannungsversorgung 6, welche vor dem Schalt
element 14 erfaßt wird. Bei einem Fehlerfall in der Spannungs
versorgung 6 kommt es zu einem Auslösen des zugehörigen Siche
rungselements 10. Somit liegt an dem Eingang 16 des Steuerge
räts oder der Steuereinrichtung 4 keine Spannung an, der Span
nungsgrenzwert G1 wird unterschritten. Das Schaltelement 14 ist
deaktiviert. Das Schaltelement 14 ist beispielsweise als ein
Relais mit stromlos, offenem Schalter ausgeführt.
Durch Ersetzen der defekten Sicherung durch ein neues Siche
rungselement 10 wird die Steuereinrichtung 4 mit Spannung von
der Spannungsversorgung 6 versorgt. Die am Eingang 16 anliegen
de Spannung überschreitet den Spannungsgrenzwert. Das Schaltelement
14 wird mittels der Steuereinrichtung 4 erst nach Ab
lauf einer vorgegebenen Zeit und bei Vorliegen einer Funktions
anforderung geschaltet, wodurch die Last 2 zugeschaltet wird.
Somit wird zuerst die Steuereinrichtung 4 und nach Ablauf einer
Zeit die Last 2 mit Spannung versorgt. Demzufolge ist ein
Lichtbogen sicher vermieden.
Fig. 3 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform der Vor
richtung 1. Dabei umfaßt diese sowohl die Steuereinrichtung 4
als auch die Sicherungselemente 10 und 12 für die Spannungsver
sorgung 6 bzw. 8 der Last 2 bzw. Steuereinrichtung 4. Die Steu
ereinrichtung 4 erfaßt und überwacht, wie bereits oben be
schrieben, die Spannung im Zweig zur Versorgung der Last 2 vor
dem Schaltelement 14. Dabei wird zwischen zwei Fehlern wie
folgt unterschieden. Fällt nur die Spannung im Zweig der Ver
sorgung der Last 2 aus, d. h. die Steuereinrichtung 4 wird wei
terhin mittels der Spannungsversorgung 8 mit Spannung versorgt
und am Eingang 16 unterschreitet die Spannung den Spannungs
grenzwert, wird das Schaltelement 14 mittels der Steuereinrich
tung 4 deaktiviert. Ein Einsetzen eines neuen Sicherungsele
ments 10 führt, wie im Ausführungsbeispiel unter Fig. 1 darge
legt, zu einer Aktivierung des Schaltelements 14, wodurch die
Last 2 in Abhängigkeit von einer Funktionsanforderung geschal
tet werden kann.
Fallen beide Spannungsversorgungen 6 und 8 aus, d. h. weder die
Steuereinrichtung 4 noch die Last 2 werden mit Spannung ver
sorgt, erfolgt eine Aktivierung des Schaltelements, wie im Aus
führungsbeispiel zu Fig. 2 dargelegt, erst nach Ablauf einer
vorgegebenen Zeit.
Claims (4)
1. Vorrichtung (1) zum Trennen und Schalten einer Last (2) mit
einer Steuereinrichtung (4) gekennzeichnet
durch ein zwischen einer Spannungsversorgung (6) und der
Last (2) angeordnetes Schaltelement (14), das mit der Steuer
einrichtung (4) verbunden ist, und einen zwischen der Span
nungsversorgung (6) und dem Schaltelement (14) vorgesehenen
Eingang (16) für die Steuereinrichtung (4) zur Überwachung min
destens eines Spannungsgrenzwerts, wobei die Steuereinrichtung
(4) bei Unterschreiten eines ersten Spannungsgrenzwerts das
Schaltelement (14) deaktiviert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer
einrichtung (4) bei Überschreiten eines zweiten Spannungsgrenz
werts das Schaltelement (14) aktiviert.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß als Schalt
element (14) ein Halbleiter-Element oder ein Relais vorgesehen
ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer
einrichtung (4) und die Last (2) über ein Sicherungselement
(10) gemeinsam abgesichert sind, wobei bei Überschreiten des
zweiten Spannungswertes das Schaltelement (14) mit einer zeit
lichen Verzögerung schaltbar ist.
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