DE102006060641A1 - Electric circuit has electronic switching on or off device and electromagnetic actuator, which is regulated by mechanical connection, particularly for operating clutch, brake and clutch-brake combination - Google Patents

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Abstract

The electric circuit has an electronic switching on or off device (10) and an electromagnetic actuator (2), which is regulated by a mechanical connection, particularly for operating a clutch, brake and a clutch-brake combination (1). A metal oxide semiconductor field effect transistor (5) lies opposite to the ground (4) in the circuit of electromagnetic actuator as switch on or off, in which a suppressor diode (6,8) is connected in parallel.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Stromkreis mit elektronischer Ein-Aus Schalteinrichtung für einen elektromagnetischen Aktuator.The The present invention relates to an electrical circuit with electronic on-off switching device for an electromagnetic Actuator.

Stromkreise mit elektromechanischer Ein-Aus Schaltvorrichtung in Form von Relais bzw. Schützen werden u. a. zum Betätigen von Kupplungen, Bremsen oder Kupplungs-Brems-Kombinationen verwendet (s. z. B. www.ortlinghaus.de ).Circuits with electromechanical on-off switching device in the form of relays or contactors are used, inter alia, for operating clutches, brakes or clutch / brake combinations (see, for example, US Pat. www.ortlinghaus.de ).

Insoweit werden die elektromagnetischen Aktuatoren, zumeist ausgeführt als elektrisch beaufschlagte Spulen, über geeignete Relais- bzw. Schätzschaltungen ein- bzw. ausgeschaltet.in this respect are the electromagnetic actuators, mostly executed as electrically energized coils, via suitable relay or estimator circuits switched on or off.

Das Problem derartiger Schaltungen ist die unvermeidliche Funkenstrecke, die an den Kontakten entsteht und ggf. deren Lebensdauer beschränkt, weil die in der elektromagnetischen Spule gespeicherte Energie das Bestreben hat, mit dem Ausschalten des Stromflusses abzufliessen, so dass es zu unerwünschten Entladevorgängen zwischen den Relaiskontakten kommt.The Problem of such circuits is the inevitable spark gap, which arises at the contacts and possibly limits their life, because the energy stored in the electromagnetic coil endeavors has, with the turning off of the current flow to drain, so that it too unwanted unloading comes between the relay contacts.

Für bestimmte Anwendungsfälle werden jedoch sehr kurze Ein- und Ausschaltzeiten benötigt, so dass hier das Problem entsteht, bereits aufgrund der verkürzten Schaltzeiten mit der entstehenden Funkenbildung fertig zu werden.For certain use cases however, very short on and off times are needed, so that the problem arises here, already because of the shortened switching times to cope with the resulting sparking.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine insbesondere zur Verwendung bei schnellen Schaltvorgängen geeignete elektronische Ein-Aus Schaltvorrichtung zu finden, welche einen Kontaktverschleiß während des Ausschaltvorgangs zuverlässig vermeidet.It is therefore an object of the present invention, in particular electronic on-off suitable for use in fast switching operations Switching device to find that a contact wear during the Turn-off reliable avoids.

Diese Aufgabe löst die Erfindung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs.These Task solves the invention with the features of the main claim.

Von wesentlicher Bedeutung ist die Einbindung des MOSFET in die mit der Induktivität verbundene Leitung zu GND.From essential is the integration of the MOSFET in the with the inductance connected line to GND.

Diese Maßnahme ist allerdings nur in Kombination mit der parallel zum MOSFET geschalteten Suppressor-Diode zu sehen.These measure However, this is only possible in combination with the suppressor diode connected in parallel with the MOSFET to see.

Dabei macht sich Erfindung die Erkenntnis zu nutze, dass die Suppressor-Diode mit Erreichen ihrer Durchlassspannung sehr schnell durchlässig wird, so dass der MOSFET gegen Durchschlag geschützt ist.there Invention makes use of the knowledge that the suppressor diode becomes very permeable when reaching its forward voltage, so that the MOSFET is protected against breakdown.

Aus diesen Gründen fließt die in der Induktivität enthaltene Energie als Strom hauptsächlich über die Suppressor-Diode und nicht über den MOSFET nach GND ab.Out these reasons flows in the inductance contained energy as a current mainly via the suppressor diode and not over the MOSFET to GND.

Der MOSFET bleibt daher geschützt.Of the MOSFET therefore remains protected.

Dabei sollte die Durchlassspannung der Suppressor-Diode deutlich geringer als die maximal zulässige Spannung des MOSFET sein.there The forward voltage of the suppressor diode should be significantly lower as the maximum allowable Be voltage of the MOSFET.

Vorgeschlagen wird die Auswahl einer Suppressor-Diode, deren Durchlassspannung bis zu ca. 30% unterhalb der maximal zulässigen Spannung des MOSFET liegt.proposed will select a suppressor diode whose forward voltage up to approx. 30% below the maximum permissible voltage of the MOSFET lies.

Über eine derartige Schaltung lassen sich auch für die energiegeladenen Induktivitäten zur Betätigung von Kupplun gen/Bremsen/Kupplungs-Brems-Kombinationen Abschaltzeiten von weniger als 20 Millisekunden realisieren, so dass die elektromagnetischen Aktuatoren problemlos 40 Schaltungen pro Minute oder mehr ausführen können.Over a Such a circuit can also be used for the high-energy inductances activity Clutches / Brakes / Clutch / Brake combinations Shutdown times of less than 20 milliseconds, so that the electromagnetic Actuators can easily run 40 circuits per minute or more.

Eine weitere Maßnahme, den MOSFET vor Durchschlag zu schützen, besteht darin, parallel zum elektromagnetischen Aktuator einen Varistor zu schalten.A further consequences, Protecting the MOSFET from breakdown is in parallel to switch a varistor to the electromagnetic actuator.

Bekannterweise steigt dessen Widerstand mit steigender Spannung, so dass der parallel zur Induktivität angeschlossene Varistor bei Spannungsanstieg einen niederohmigen Nebenschluss bildet und so einen weiteren Anstieg der Überspannung verhindert.known manner its resistance increases with increasing voltage, so that the parallel to the inductance connected varistor with voltage increase a low impedance Shunt forms and so a further increase in overvoltage prevented.

Es kommt daher zu einem zusätzlichen Schutz des MOSFET, wobei auch hier vorgeschlagen wird, parallel zum Varistor eine weitere Suppressor-Diode zu schalten, die bei Überspannung für eine schnelle Ableitung des Stroms nach GND sorgt.It comes therefore to an additional protection of the MOSFET, which is also proposed here, parallel to the varistor to turn on another suppressor diode, which in case of overvoltage for a quick Derivation of the current to GND ensures.

Im Folgenden wir die Erfindung anhand eines Ausführungbeispiels näher erläutert.in the Below, we will explain the invention with reference to an exemplary embodiment.

Es zeigt:It shows:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. 1 a first embodiment of the invention.

1 zeigt einen elektrischen Stromkeis mit elektronischer Ein-Aus Schalteinrichtung 10 zum Ein- und Ausschalten eines elektromagnetischen Aktuators 2. 1 shows an electrical Stromkeis with electronic on-off switching device 10 for switching on and off an electromagnetic actuator 2 ,

Der elektromagnetische Aktuator 2 dient der Betätigung einer rechts von ihm befindlichen Kupplung, einer Bremse, einer Kupplungs-Brems-Kombination 1.The electromagnetic actuator 2 is used to actuate a right of him clutch, a brake, a clutch-brake combination 1 ,

Für weitere Details wird auf den Stand der Technik verwiesen (s. z. B. www.ortlinghaus.de ).For further details, reference is made to the prior art (see, for example. www.ortlinghaus.de ).

Die Induktivität des elektromagnetischen Aktuators 2 liegt an einem Stromanschluss 3 und wird von dort mit Strom beaufschlagt.The inductance of the electromagnetic actuator 2 is located at a power connection 3 and is supplied from there with electricity.

Es geht darum, die Kupplung/Bremse/Kupplungs-Brems-Kombination innerhalb möglichst kurzer Zeiten über den elektromagnetischen Aktuator 2 wiederholt ein- bzw. auszuschalten.It is about the clutch / brake / clutch-brake combination within the shortest possible time via the electromagnetic actuator 2 repeatedly switch on or off.

Zu diesem Zweck ist in den Stromkreis des elektromagnetischen Aktuators 2 als EIN-AUS-Schalter ein MOSFET 5 eingebunden, der zwischen der Induktivität des elektromagnetischen Aktuators 2 und GND 4 liegt.For this purpose is in the circuit of the electromagnetic actuator 2 as ON-OFF switch, a MOSFET 5 integrated, between the inductance of the electromagnetic actuator 2 and GND 4 lies.

Der MOSFET 5 dient daher der Unterbrechung des Stromkreises zwischen dem Stromanschluss 3 und GND 4.The MOSFET 5 therefore serves to interrupt the circuit between the power connector 3 and GND 4 ,

Damit in diesem System die in der Spule gespeicherte Energie nicht zu einem Durchschlag des MOSFET 5 führt, ist parallel zum MOSFET 5 eine Suppressor-Diode 6 geschaltet.Thus, in this system, the energy stored in the coil does not cause breakdown of the MOSFET 5 leads, is parallel to the MOSFET 5 a suppressor diode 6 connected.

Man macht sich insoweit die Eigenschaft der Suppressor-Diode 6 zu Nutze, als diese mit Erreichen ihrer Durchlassspannung sehr schnell durchlässig wird und die im elektromagnetischen Aktuator 2 gespeicherte elektrische Energie nach GND 4 ableitet.One makes in this respect the property of the suppressor diode 6 to use, as this is very quickly permeable to reaching their forward voltage and in the electromagnetic actuator 2 stored electrical energy to GND 4 derives.

Dabei sollte die Durchlassspannung der Suppressor-Diode deutlich geringer als die maximal zulässige Spannung des MOSFET sein.there The forward voltage of the suppressor diode should be significantly lower as the maximum allowable Be voltage of the MOSFET.

Vorgeschlagen wird, Suppressor-Diode auszuwählen, deren Durchlassspannung bis zu ca. 30% unter dem maximal zuläsigen Spannungswert des MOSFET liegt.proposed will select suppressor diode their forward voltage up to approximately 30% below the maximum permissible voltage value the MOSFET is located.

Auf diese Weise kann der MOSFET derart ausgelegt werden, dass eine Schaltzeit von weniger als 20 Millisekunden bei etwa 30 Schaltungen pro Minute, vorzugsweise sogar bei mehr als 40 Schaltungen pro Minute, erreicht werden kann.On In this way, the MOSFET can be designed such that a switching time less than 20 milliseconds at about 30 cycles per minute, preferably even at more than 40 cycles per minute can be.

Ergänzend hierzu liegt parallel zum elektromagnetischen Akutator ein Varistor 7, der einerseits an der Spannungsquelle angeschlossen ist, welche die Stromversorgung über den Stromanschluss 3 realisiert und andererseits an demjenigen Anschluss der Induktivität des elektromagnetischen Aktuators 2, der an GND 4 liegt.In addition, there is a varistor in parallel to the electromagnetic actuator 7 which is connected on the one hand to the power source, which supplies the power via the power connector 3 realized and on the other hand to that connection of the inductance of the electromagnetic actuator 2 who is at GND 4 lies.

Da Varistoren spannungsabhängige Widerstände sind, deren Widerstandswert mit steigender Spannung an der Spule abnimmt, bilden sie bei einem Ausschaltvorgang einen Nebenschluss und schützen daher den MOSFET.There Varistors voltage dependent resistors whose resistance value increases with increasing voltage across the coil decreases, they form a shunt during a turn-off and protect therefore the mosfet.

Zusätzlich ist parallel zum Varistor 7 eine weitere Suppressor-Diode 8 geschaltet, deren Durchlassspannung ebenfalls unterhalb der Durchschlagspannung des MOSFET 5 liegt.In addition, it is parallel to the varistor 7 another suppressor diode 8th whose forward voltage is also below the breakdown voltage of the MOSFET 5 lies.

Diese weitere Suppressordiode 8 wird daher ebenfalls sehr schnell durchlässig, noch lange, bevor die Durchschlagspannung an dem MOSFET 5 erreicht ist.This further suppressor diode 8th Therefore, it also becomes very fast permeable, long before the breakdown voltage on the MOSFET 5 is reached.

Die in der Spule des elektromagnetischen Aktuators 2 gespeicherte elektrische Energie kann daher auf diesem Wege trotz Schaltzeiten, die weniger als 20 Millisekunden betragen, zuverlässig über GND 4 abgeleitet werden, so dass der MOSFET zwar einerseits diese sehr kurzen Schaltzeiten realisiert, andererseits aber durch die Peripheriebeschaltung gegen Durchschlag geschützt ist.The in the coil of the electromagnetic actuator 2 Stored electrical energy can therefore reliably in this way despite switching times that are less than 20 milliseconds, via GND 4 are derived so that the MOSFET on the one hand realizes these very short switching times, but on the other hand is protected by the peripheral circuit against breakdown.

11
Kupplung, Bremse, Kupplungs-Brems-KombinationClutch, Brake, clutch-brake combination
22
elektromagnetischer Aktuatorelectromagnetic actuator
33
Stromanschlusspower connection
44
GRDGRD
55
MOSFETMOSFET
66
Suppressor-DiodeSuppressor diode
77
Varistorvaristor
88th
weitere Suppressor-DiodeFurther Suppressor diode
1010
elektronische Ein-Aus Schalteinrichtungelectronic On-off switching device

Claims (7)

Elektrischer Stromkreis mit elektronischer Ein-Aus Schalteinrichtung (10) und mit einem elektromagnetischen Aktuator (2), der über einen mechanischen Anschluss insbesondere zur Betätigung einer Kupplung oder Bremse bzw. einer Kupplungs-Brems-Kombination (1) verfügt, wobei in dem Stromkreis des elektromagnetischen Aktuators (2) als Ein-Aus Schalter ein MOSFET (5) gegen GND (4) liegt, zu welchem eine Suppressor-Diode (6) parallel geschaltet ist.Electrical circuit with electronic on-off switching device ( 10 ) and with an electromagnetic actuator ( 2 ), which via a mechanical connection in particular for actuating a clutch or brake or a clutch-brake combination ( 1 ), wherein in the circuit of the electromagnetic actuator ( 2 ) as a on-off switch a MOSFET ( 5 ) against GND ( 4 ) to which a suppressor diode ( 6 ) is connected in parallel. Elektrischer Stromkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlassspannung der Suppressor-Diode (6) geringer als die maximal zulässige Spannung des MOSFET (5) ist.Electrical circuit according to claim 1, characterized in that the forward voltage of the suppressor diode ( 6 ) less than the maximum allowable voltage of the MOSFET ( 5 ). Elektrischer Stromkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlassspannung der Suppressor-Diode (6) bis zu ca. 30% unter der maximal zulässigen Spannung des MOSFET (5) liegt.Electrical circuit according to claim 2, characterized in that the forward voltage of the suppressor diode ( 6 ) up to approx. 30% below the maximum permissible voltage of the MOSFET ( 5 ) lies. Elektrischer Stromkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der MOSFET (5) derart ausgelegt ist, dass eine Ausschaltzeit von weniger als 20 Millisekunden bei mindestens 30 Schaltungen pro Minute erreicht wird.Electrical circuit according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the MOSFET ( 5 ) is designed such that a turn-off of less than 20 milliseconds at min at least 30 circuits per minute is achieved. Elektrischer Stromkreis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausschaltzeit von weniger als 20 Millisekunden bei mindestens 40 Schaltungen pro Minute erreicht wird.Electrical circuit according to claim 4, characterized characterized in that the turn-off time is less than 20 milliseconds at least 40 cycles per minute is achieved. Elektrischer Stromkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum elektromagnetischen Aktuator (2) ein Varistor (7) geschaltet ist.Electrical circuit according to one of claims 1 to 5, characterized in that parallel to the electromagnetic actuator ( 2 ) a varistor ( 7 ) is switched. Elektrischer Stromkreis nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum Varistor (7) eine weitere Suppressor-Diode (8) geschaltet ist.Electrical circuit according to claim 6, characterized in that parallel to the varistor ( 7 ) another suppressor diode ( 8th ) is switched.
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