DE102011103834A1

DE102011103834A1 - Schaltsystem für kraftfahrzeugenergieleiter, mit einem solchen schaltsystem ausgestattetes kraftfahrzeug sowie verfahren zum trennen eines strompfades

Info

Publication number: DE102011103834A1
Application number: DE201110103834
Authority: DE
Inventors: Frank Gronwald
Original assignee: Auto Kabel Management GmbH
Current assignee: Auto Kabel Management GmbH
Priority date: 2011-06-01
Filing date: 2011-06-01
Publication date: 2012-12-06
Anticipated expiration: 2031-06-02
Also published as: DE102011103834B4

Abstract

Der Gegenstand betrifft ein Schaltsystem 1 für Kraung 5, eingerichtet zum Empfangen eines Schaltsignals 7 sowie zum reversiblen Schalten eines Strompfads in dem Kraftfahrzeugenergieleiter 2 in Abhängigkeit des Schaltsignals 7, sowie mit einer Trenneinrichtung 6, eingerichtet zum irreversiblen Trennen des Strompfades in dem Kraftfahrzeugenergieleiter 2, wobei die Schalteinrichtung 5 und die Trenneinrichtung 6 in Reihe geschaltet sind. Ferner betrifft der Gegenstand ein Kraftfahrzeug mit einer Energieversorgungseinrichtung 3, die durch einen Kraftfahrzeugenergieleiter 2 mit wenigstens einem Energieverbraucher 4 elektrisch verbunden ist, wobei zwischen der Energieversorgungseinrichtung 3 und dem Energieverbraucher 4 ein gegenständliches Schaltsystem 1 zum Schauen und Trennen von Strompfaden in dem Kraftfahrzeugenergieleiter 2 vorgesehen ist. Schließlich betrifft der Gegenstand ein Verfahren zum Trennen eines Strompfades in einem Kraftfahrzeugenergieleiter 2 mittels eines gegenständlichen Schaltsystems 1.

Description

Der Gegenstand betrifft ein Schaltsystem für Kraftfahrzeugenergieleiter. Ebenso betrifft der Gegenstand ein mit einem solchen Schaltsystem ausgestattetes Kraftfahrzeug. Ferner betrifft der Gegenstand ein Verfahren zum Trennen eines Strompfades in einem Kraftfahrzeugenergieleiter.
Schaltsysteme für Kraftfahrzeugenergieleiter werden einerseits dazu eingesetzt, um im Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs elektrische Ströme zwischen einer Batterie und elektrischen Verbrauchern zu schalten. Beispielsweise werden solche Schaltsysteme für Starterkabel, Generatorkabel oder Hauptbatterieleitungen verwendet.
Es ist jedoch auch erforderlich, dass die jeweils eingesetzten Schaltsysteme eine sichere Trennung der durch die Energieleiter laufenden Ströme bei einem Umfall gewährleisten. Hierdurch soll verhindert werden, dass es zu Kurzschlüssen und damit zur Funkenbildung und Entzündung von auslaufenden Treibstoffen kommt.
In modernen Kraftfahrzeugen wird eine zunehmend hohe Anzahl elektrischer Verbraucher eingesetzt. Daher besteht in der Kraftfahrzeugtechnik verstärkt der Bedarf, hohe Ströme bei gleichzeitig hohen Spannungen zu schalten. Diese Anforderungen sind in Bezug auf Elektro- und Hybridfahrzeuge zusätzlich erhöht.
Es ist bekannt, zum Schalten von Strompfaden in mit hohen Strömen und hohen Spannungen beaufschlagten Energieleitern Hochleistungsrelais zu verwenden. Gemäß einer bekannten Bauart umfassen derartige Relais zwei Kontaktelemente, einen verschiebbar angeordneten, ferromagnetischen Kontaktanker sowie einen Elektromagneten, der zum Schließen des Relais aktiviert wird, um den ferromagnetischen Kontaktanker in eine die Kontaktelemente elektrisch verbindende Stellung zu verschieben. Dabei ist der ferromagnetische Kontaktanker durch eine Rückholfeder abgestützt, deren Federkraft beim Schließen des Relais durch den Elektromagneten überwunden werden muss. Zum Öffnen des Relais wird der Elektromagnet deaktiviert, sodass der ferromagnetische Kontaktanker durch die Rückholfeder wieder in seine Ausgangsstellung verschoben wird, in der die Kontaktelemente nicht in Verbindung stehen.
Der Einsatz solcher Relais zum Schalten von hohen Strömen bei gleichzeitig großen Spannungen erfordert jedoch, dass Rückholfedern mit starken Federkräften und großen Federwegen vorgesehen werden. Dies ist zum einen dadurch bedingt, dass ein sicheres Trennen des ferromagnetischen Kontaktankers von den Kontaktelementen im stromdurchflossenen Zustand des Relais große Kräfte erfordert. Zudem ist zwischen der Kontakt- und der Ausgangsstellung des ferromagnetischen Kontaktankers ein ausreichend großer Hub vorzusehen um die Entstehung eines Lichtbogens zwischen den Kontaktelementen und dem Kontaktanker im geöffneten Zustand des Relais zu vermeiden. Dies gilt insbesondere vor dem Hintergrund der im Falle eines Kurzschlusses entstehenden großen Ströme und Spannungen.
Entsprechend diesen Anforderungen dimensionierte Rückholfedern erfordern auch den Einsatz von Elektromagneten, die hohe magnetische Kräfte aufbringen um zum Schließen des Relais die Federkraft einer solchen Rückholfeder zu überwinden. Mit solchen Rückholfedern und entsprechend dimensionierten Elektromagneten ausgestattete Hochleistungsrelais sind jedoch teuer in der Herstellung, erfordern einen großen Bauraum und weisen ein hohes Gewicht auf.
Aus diesem Grund lag dem Gegenstand die Aufgabe zu Grunde, ein Schaltsystem für Kraftfahrzeugenergieleiter zur Verfügung zu stellen, welches kostengünstig herstellbar ist, einen kleinen Bauraum erfordert und gleichzeitig ein sicheres Trennen von hohen elektrischen Strömen bei gleichzeitig hohen Spannungen gewährleistet.
In Bezug auf das Schaltsystem ist diese Aufgabe gegenständlich durch Anspruch 1 gelöst.
In Bezug auf das Kraftfahrzeug ist diese Aufgabe gegenständlich durch Anspruch 13 gelöst.
In Bezug auf das Verfahren ist die Aufgabe gegenständlich durch Anspruch 14 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend erläutert.
Ein gegenständliches Schaltsystem für Kraftfahrzeugenergieleiter umfasst eine Schalteinrichtung, die dazu eingerichtet ist, ein Schaltsignal zu empfangen und in Abhängigkeit des Schaltsignals einen Strompfad in einem Kraftfahrzeugenergieleiter zu schalten. Dabei ist eine solche Schalteinrichtung derart gebildet, dass die möglichen Schaltvorgänge reversibel sind.
Eine gegenständliche Schaltvorrichtung kann demnach in Abhängigkeit des Schaltsignals von einer geöffneten in eine geschlossene sowie von einer geschlossenen in eine geöffnete Schaltstellung geschaltet werden, wobei in einer geschlossenen Schaltstellung ein Strompfad durch die Schalteinrichtung verläuft und in einer geöffneten Schaltstellung der Strompfad unterbrochen ist.
Durch reversibles Schalten von Strompfaden in Kraftfahrzeugenergieleitern wird im Normalbetrieb eines Kraftfahrzeuges die Bereitstellung einer Vielzahl von Fahrzeugfunktionen ermöglicht. Beispielsweise ist das reversible Schalten von Strompfaden im Starterkabel oder in der Hauptbatterieleitung notwendig um den Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs zu starten und auszustellen oder durch Betätigung der Fahrzeugzündung das Bordnetz zu aktivieren oder zu deaktivieren. Ferner ist in Elektro- oder Hybridfahrzeugen das schaltsignalabhängige Bereitstellen und Trennen von Strompfaden auch in Bezug auf Versorgungsleitungen des elektrischen Antriebsmotors oder des elektrischen Hilfsantriebes erforderlich.
Die reversiblen Schaltvorgänge im Normalbetrieb eines Kraftfahrzeugs erfolgen bei verhältnismäßig geringen Strömen und niedrigen Spannungen, sodass für diese Anwendungen eine Schalteinrichtung vorgesehen werden kann, die für verhältnismäßig geringe Ströme und niedrige Spannungen ausgelegt ist. Gegenständlich kann damit eine Schalteinrichtung zum reversiblen Schalten von Strompfaden vorgesehen werden, die kleiner dimensioniert ist und damit ein geringeres Gewicht aufweist, weniger Bauraum erfordert und zudem kostengünstiger herstellbar ist als herkömmliche Hochleistungsrelais. Gleichzeitig gewährleistet eine solch ökonomisch dimensionierte Schalteinrichtung aber das sichere reversible Schalten von Strompfaden und somit eine Vielzahl von Fahrzeugfunktionen.
Ein gegenständliches Schaltsystem weist neben einer Schalteinrichtung zum reversiblen Schalten von Strompfaden ferner eine Trenneinrichtung zum irreversiblen Trennen des Strompfades in einem Kraftfahrzeugenergieleiter auf. Die Trenneinrichtung weist demgemäß eine geschlossene Betriebsstellung sowie eine geöffnete Trennstellung auf, wobei in der geschlossenen Betriebsstellung in der Trenneinrichtung ein Strompfad gebildet und in der geöffneten Trennstellung der Strompfad getrennt ist.
Das Trennen des Strompfades mittels einer Trenneinrichtung erfolgt gegenständlich durch mechanisches Trennen eines innerhalb der Trenneinrichtung vorgesehenen elektrischen Leiters. Dieser in der Trenneinrichtung vorhandene elektrische Leiter kann gegenständlich aus einzelnen leitenden Element bestehen oder aus mehreren Elementen zusammengesetzt sein.
Unter irreversiblem Trennen des Strompfades kann verstanden werden, dass ein Herstellen des Strompfades in dem betreffenden Kraftfahrzeugenergieleiter nach Betätigung der Trenneinrichtung nicht mehr oder nur durch Austausch der Trenneinrichtung möglich ist. Diesem Verständnis zufolge kann die Trenneinrichtung lediglich ein einziges Mal ausgelöst werden. Die Trenneinrichtung ist demnach einmalig von der geschlossenen Betriebsstellung in die geöffnete Trennstellung schaltbar. Für die Bereitstellung sicherheitsrelevanter Funktionen in einem Kraftfahrzeug ist das irreversible Betätigen von Vorrichtungen jedoch ausreichend.
Gegenständlich ist die Trenneinrichtung dazu vorgesehen, im Falle eines Unfalls oder einem vergleichbaren sicherheitsrelevanten Betriebszustand des Kraftfahrzeugs ein sicheres Trennen des Strompfades in dem betreffenden Kraftfahrzeugenergieleiter zu gewährleisten, um beispielsweise im Fall von Kurzschlüssen die Funkenbildung und damit die Entzündung von Treibstoffen sicher zu vermeiden. In einem solchen Fall ist die unmittelbare Wiederherstellung des Strompfades in dem Energieleiter durch eine reversible Schalteinrichtung nicht notwendig, da in der Regel zahlreiche weitere Komponenten erneuert werden müssen oder gar umfangreiche Reparaturen am Fahrzeug erforderlich sind.
Gegenständlich wird demnach die Trennung des Strompfades in dem betreffenden Kraftfahrzeugenergieleiter im Sicherheitsfall durch eine zusätzlich zur Schalteinrichtung vorgesehene, irreversibel auslösbare Trenneinrichtung sichergestellt. Diese Sicherheitsfunktion kann alleine durch die in dem gegenständlichen Schaltsystem vorgesehene, verhältnismäßig klein dimensionierte Schalteinrichtung nicht gewährleistet werden, da diese nur für Schaltvorgänge im Normalbetrieb des Fahrzeugs ausgelegt ist.
Demnach liegt dem Gegenstand auch der Gedanke zu Grunde, für die Bereiststellung der Fahrzeugfunktionen im Normalbetrieb eine klein dimensionierte und damit kostengünstig herstellbare, reversible Schalteinrichtung und für die Bereitstellung der Sicherheitsfunktionen zusätzlich eine irreversibel betätigbare Trenneinrichtung vorzusehen.
Solche irreversibel betätigbaren Trenneinrichtungen sind einfach im Aufbau, damit ebenfalls kostengünstig herstellbar und gewährleisten insbesondere in Kombination mit einer reversiblen Schalteinrichtung eine sichere Trennung des Strompfades in einem gegenständlichen Schaltsystem. Ein gegenständlich aus einer reversiblen Schalteinrichtung sowie einer irreversiblen Trenneinrichtung bestehendes Schaltsystem ist damit gegenüber einem groß dimensionierten Hochleistungsrelais insgesamt kostengünstiger, leichter und zudem kompakter.
Für die sichere Funktion eines gegenständlichen Schaltsystems ist zudem erforderlich, dass die Schalteinrichtung und die Trenneinrichtung in Reihe geschaltet sind. Einerseits wird hierdurch vermieden, dass nach Betätigung der Trenneinrichtung der Strompfad durch die Schalteinrichtung überbrückt wird.
Andererseits verbessert die Reihenschaltung die Trennsicherheit eines gegenständlichen Schaltsystems insbesondere dann, wenn im Sicherheitsfall sowohl die Schalteinrichtung als auch die Trenneinrichtung aktiviert wird. So gewährleistet die Reihenschaltung aus Schalt- und Trenneinrichtung im Fall der Entstehung eines Lichtbogens in der betätigten Trenneinrichtung eine Trennung des durch den jeweiligen Kraftfahrzeugenergieleiter verlaufenden Strompfades durch sicheres öffnen der Schalteinrichtung. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der hohe elektrische Widerstand in dem Lichtbogen zu einer reduzierten Stromstärke durch den betreffenden Energieleiter führt, welche durch die klein dimensionierte Schalteinrichtung aufgrund der nunmehr geringen Stromstärke sicher geschaltet werden kann.
In modernen Kraftfahrzeugen sind zum Erkennen sicherheitsrelevanter Betriebssituationen Sensoren vorgesehen, die Betriebsdaten des Kraftfahrzeuges an Empfängereinheiten senden. Um solche Betriebsdaten auch für die Betätigung eines gegenständlichen Schaltsystems zu nutzen, ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, dass die Trenneinrichtung dazu eingerichtet ist, ein Trennsignal von einem externen Sender zu empfangen und in Abhängigkeit des Trennsignals den durch die Trenneinrichtung verlaufenden Strompfad zu trennen.
Bei einem solchen externen Sender kann es sich um ein Steuergerät handeln, welches Betriebsdaten von Sensoren empfängt und in Abhängigkeit der Betriebsdaten Signale an Aktoren wie beispielsweise Schaltsysteme für Energieleiter sendet. Das Steuergerät kann beispielsweise ein Airbagsteuergerät sein. Dieses empfängt im Falle eines Unfalls entsprechende Signale von sogenannten ”Crashsensoren” und löst die im jeweiligen Fahrzeug vorhandenen Airbags aus.
Vorteilhaft ist nun vorgesehen, dass das Airbagsteuergerät im Falle eines Unfalls auch die Trenneinrichtung des Schaltsystems auslöst.
Wie oben bereits erwähnt, ist das gegenständliche Schaltsystem durch die Reihenschaltung von Schalt- und Trenneinrichtung besonders zum Trennen hoher Ströme bei gleichzeitig hohen Spannungen geeignet. Für den Fall, dass nach dem Auslösen der Trenneinrichtung ein Lichtbogen in der Trenneinrichtung entsteht, kann dieser durch zusätzliches Schalten der Schalteinrichtung gelöscht werden und die Trennung des durch den Energieleiter verlaufenden Strompfades sicher erreicht werden. Da auch hierbei die Nutzung extern ermittelter Betriebsdaten vorteilhaft ist, ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Gegenstandes die Schalteinrichtung dazu eingerichtet, ein Trennsignal von einem externen Sender zu empfangen und in Abhängigkeit des Trennsignals den Strompfad zu trennen. Auch hier kann es sich bei dem externen Sender um ein Steuergerät, insbesondere um ein Airbagsteuergerät handeln, welches im Crashfall Daten von den ”Crashsensoren” empfängt und entsprechende Signale zum Öffnen der Schalteinrichtung an diese sendet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Gegenstandes weist das Schaltsystem ferner eine Verzögerungseinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, das von dem externen Sender empfangene Trennsignal gegenüber der Trenneinrichtung zu verzögern. Bei der Dauer der Signalverzögerung durch die Verzögerungseinrichtung kann es sich um wenige Millisekunden handeln.
Durch die Bereitstellung der Verzögerungseinrichtung wird sichergestellt, dass das von dem externen Sender gesendete und von dem Schaltsystem empfangene Signal zunächst die Schalteinrichtung und dann die Trenneinrichtung erreicht. Demnach erfolgt zunächst die Betätigung der Schalteinrichtung und anschließend der Trenneinrichtung. Sofern aufgrund hoher Ströme und hoher Spannungen die Betätigung der Schalteinrichtung keinen unmittelbar erfolgenden Schaltvorgang auslöst, wird spätestens durch Auslösung der Trenneinrichtung der Strompfad getrennt. Dabei kann entweder die Auslösung der Trenneinrichtung eine unmittelbare Trennung des Strompfades bewirken. Oder nach der Auslösung der Trenneinrichtung entsteht in dieser ein Lichtbogen, durch den der elektrische Widerstand stark erhöht wird und schließlich ein tatsächlicher Schaltvorgang in der Schalteinrichtung ermöglicht wird.
Ebenso kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung des beanspruchten Schaltsystems vorgesehen sein, dass die Verzögerungseinrichtung dazu vorgesehen ist, das Trennsignal gegenüber der Schalteinrichtung zu verzögern. Bei dieser Ausgestaltung wird zunächst die Trenneinrichtung ausgelöst und dann die Schalteinrichtung geschaltet. Bereits bei Trennung der Trenneinrichtung kann der Strompfad in dem Energieleiter getrennt sein. Ebenfalls kann sich in der Trenneinrichtung ein Lichtbogen einstellen, der den elektrischen Widerstand stark erhöht und schließlich das anschließend erfolgende Schalten der Schalteinrichtung sicherstellt.
Das Trennen des durch den Kraftfahrzeugenergieleiter verlaufenden Strompfades mittels einer Trenneinrichtung erfolgt gegenständlich, wie oben bereits erwähnt, durch mechanisches Trennen eines innerhalb der Trenneinrichtung vorgesehenen elektrischen Leiters, der entweder aus einem einzelnen oder mehreren zusammengesetzten Leiterelementen bestehen kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Trenneinrichtung zum Trennen des Strompfades wenigstens ein durch einen Hilfsantrieb bewegbares Trennmittel auf. Dieses kann beispielsweise zum Verschieben oder Durchtrennen von weiteren Elementen ausgebildet sein und dadurch eine besonders sichere Trennung des durch den betreffenden Kraftfahrzeugenergieleiter verlaufenden Strompfades erzielen. Es ist je nach Ausführung der Trenneinrichtung ebenso möglich, zwei oder mehrere Trennmittel vorzusehen.
Der Hilfsantrieb des Trennmittels ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ein pyrotechnischer Hilfsantrieb. Ein solcher pyrotechnischer Hilfsantrieb ist besonders dazu geeignet, durch ein externes Signal, wie dem Signal eines Airbagsteuergeräts, ausgelöst zu werden und das jeweils anzutreibende Element in kurzer Zeit zu bewegen. Gegenständlich ermöglicht der pyrotechnische Hilfsantrieb demnach eine einfache und sichere Auslösung der Trenneinrichtung. Der Hilfsantrieb kann jedoch auch durch gespannte Federn oder dergleichen oder der Kombination verschiedener Antriebsarten gebildet sein.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel eines gegenständlichen Schaltsystems verläuft im leitenden Zustand der Trenneinrichtung der Strompfad durch das Trennmittel sowie ein damit elektrisch leitend verbundenes Verbindungsstück. Das durch den Hilfsantrieb angetriebene Trennmittel stellt demnach selbst eine elektrisch leitende Verbindung in der Trenneinrichtung her. Zum Trennen des Strompfades ist das Trennelement durch den Hilfsantrieb von dem Verbindungselement lösbar angeordnet. Dabei wird durch Auslösung der Trenneinrichtung der Hilfsantrieb betätigt und das Trennmittel von dem Verbindungsstück gelöst. Die elektrisch leitende Verbindung zwischen Trennmittel und Verbindungselement wird hierbei getrennt.
Das Verbindungselement und das Trennmittel können in der Ausgangsstellung, in der sie eine elektrisch leitende Verbindung herstellen, in vorteilhafter Weise kraftschlüssig verbunden sein. Hierbei kann ein Bolzen in einem Presssitz in einem Zylinder eingesetzt sein, wobei der Bolzen durch den Hilfsantrieb aus dem Zylinder gepresst werden kann. Insbesondere kann es sich auch um eine vorzugsweise konische Pressverbindung handeln, die einerseits eine sichere Verbindung für den Normalbetrieb und andererseits eine einfache Montierbarkeit gewährleistet.
Darüber hinaus kann die Verbindung zwischen dem Verbindungselement und dem Trennmittel auch stoffschlüssig, beispielweise mittels Schweißen, Kleben oder Löten hergestellt werden. Die Verbindungssicherheit für den Normalbetrieb kann hierdurch zusätzlich erhöht werden.
Außerdem kann auch eine formschlüssige Verbindung des Verbindungselements und des Trennmittels gewählt werden. Hierbei kommen beispielsweise Formelemente mit Sollbruchstellen in Betracht. In diesem Fall kann eine präzise Bestimmung der notwendigen Hilfsantriebskraft zum Trennen des Trennmittels von dem Verbindungselement erfolgen.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel des Schaltsystems verläuft im leitenden Zustand der Trenneinrichtung der Strompfad durch zwei elektrisch leitend miteinander verbundene Leiterelementen, die zum Trennen des Strompfades durch das Trennmittel zueinander verschiebbar angeordnet sind. Das Trennmittel verschiebt demnach bei Auslösung der Trenneinrichtung die miteinander in elektrischem Kontakt stehenden Leiterelemente, sodass der Strompfad getrennt wird. Die Leiterelemente können dabei nicht nur aneinander anliegen sondern auch stoff-, kraft- und/oder formschlüssig miteinander verbunden sein. In diesem Fall wird durch die Betätigung des Trennmittels eine Trennung der Leiterelemente erreicht.
Ferner verläuft gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Schaltsystems im leitenden Zustand der Trenneinrichtung der Strompfad durch ein Leiterelement, welches zum Trennen des Strompfades durch das Trennmittel mechanisch durchtrennbar ist. Dabei wirkt das Trennmittel nach Art einer Schneide, die zumindest in Ihrem oberen, von der Schneidenklinge abgewandten Bereich aus einem isolierenden Material besteht. Nach dem Durchtrennen des Leiterelementes wird somit selbst dann eine sichere Trennung des Strompfades gewährleistet, wenn die Leiterelementreste an dem Trennmittel anliegen.
Die gegenständliche Trenneinrichtung kann in besonders einfacher und damit kostengünstiger Weise als Sicherung ausgeführt sein. Insbesondere kommen Schmelzsicherungen in Betracht, die eine hohe Betriebssicherheit und eine gute Austauschbarkeit aufweisen. Ebenso können elektrische Sicherungen die Funktion der Trenneinrichtung bereitstellen.
Die Schalteinrichtung kann in vorteilhafter Weise als Relais, insbesondere als elektromagnetisches Relais, ausgebildet sein. Elektromagnetische Relais gewährleisten besonders zuverlässig die erforderlichen Schaltfunktionen im Normalbetrieb eines Kraftfahrzeugs. Durch die beanspruchte Reihenschaltung aus Schalt- und Trenneinrichtung ist es zudem möglich, in einem gegenständlichen Schaltsystem ein klein dimensioniertes und damit kostengünstig herstellbares Relais einzusetzen.
Für die Betätigung der Schalteinrichtung im Normalbetrieb ist es ebenfalls vorteilhaft externe Signale zu nutzen. Daher ist gemäß einer weiteren Ausführungsform des Schaltsystems die Schalteinrichtung dazu eingerichtet, das Schaltsignal von einem externen Sender zu empfangen. Bei dem Sender kann es sich beispielsweise um das Hauptsteuergerät des Kraftfahrzeugs handeln, welches zum Empfangen und Auswerten von Sensordaten sowie Daten aus Bedienereingaben eingerichtet ist.
Zur Realisierung einer besonders einfachen Montierbarkeit des gegenständlichen Schaltsystems kann ein Gehäuse vorgesehen sein, in dem sowohl die Schalt- als auch die Trenneinrichtung angeordnet sind. In dem Gehäuse können auch weitere Komponenten wie beispielsweise eine Verzögerungseinrichtung angeordnet sein.
Ebenso können Schalt und Trenneinrichtung in separaten Gehäusen angeordnet sein und kompakt zueinander positioniert oder beabstandet zueinander an unterschiedlichen Stellen des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Dies ermöglicht einen einfachen Austausch einzelner Komponenten.
Sowohl die Schalt- als auch die Trenneinrichtung sind in vorteilhafter Weise mit jeweils zwei Anschlussstücken für den Anschluss eines Kraftfahrzeugenergieleiters ausgestattet. Die Anschlussstücke können beispielsweise durch standardisierte Kontaktelemente gebildet sein, die mit korrespondierenden, an dem Energieleiter vorgesehenen, Anschlusssteckern verbindbar sind. Der Anschluss sowie das wartungsbedingte Austauschen der einzelnen Komponenten des Schaltsystems werden hierdurch vereinfacht.
Vorzugsweise bei einer Anordnung von Schalt- und Trenneinrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse kann die Herstellung der gegenständlich beanspruchten Reihenschaltung aus Schalt- und Trenneinrichtung besonders einfach dadurch erfolgen, dass die Verbindung zwischen Schalt- und Trenneinrichtung durch ein gemeinsames Anschlussstück, vorzugsweise einstückig, erfolgt. Dies ist auch dann vorteilhaft, wenn Schalt- und Trenneinrichtung in separaten Gehäusen angeordnet jedoch kompakt zueinander positioniert sind.
Sind Schalt- und Trenneinrichtung beabstandet zueinander an unterschiedlichen Stellen des Kraftfahrzeugs angeordnet, kann die Reihenschaltung aus Schalt- und Trenneinrichtung besonders einfach dadurch erfolgen, dass ein Anschlussstück der Schalteinrichtung sowie ein Anschlussstück der Trenneinrichtung durch einen Kraftfahrzeugenergieleiter elektrisch miteinander verbunden werden.
Unabhängig von der Anordnung von Schalt- und Trenneinrichtung dienen die jeweils anderen Anschlussstücke der Schalt- und Trenneinrichtung beispielsweise der elektrischen Verbindung mit einer Energieversorgungseinheit sowie einem elektrischen Verbraucher.
Ferner ist eine in einem gegenständlichen Schaltsystem vorgesehene Schalteinrichtung in vorteilhafter Weise dazu eingerichtet, im Normalbetrieb Strompfade in Kraftfahrzeugenergieleitern zu schalten, die mit Strömen von bis zu 100 Ampere beaufschlagt sind. In besonders vorteilhafter Weise ist die Schalteinrichtung im Normalbetrieb für das Schalten von Strömen zwischen 50 und 400 Ampere, insbesondere von bis zu 200 Ampere, insbesondere von bis zu 300 Ampere, eingerichtet. Bei Anwendungen im Normalbetrieb von Hybrid- und Elektrofahrzeugen ist es vorteilhaft, die Schalteinrichtung zum Schalten von Strompfaden in Energieleitern einzurichten, die mit Strömen zwischen 50 und 600 Ampere, insbesondere von bis zu 500 Ampere, beaufschlagt sind.
Gleichzeitig ist eine gegenständliche Schalteinrichtung dazu eingerichtet im Normalbetrieb eines Kraftfahrzeugs Strompfade in Energieleitern zu schalten, die mit Spannungen zwischen 5 und 60 Volt, insbesondere mit Spannungen von bis 12 Volt, insbesondere von bis zu 24 Volt, insbesondere von bis zu 48 Volt, beaufschlagt sind. Für Anwendungen im Normalbetrieb von Hybrid- und Elektrofahrzeugen ist es vorteilhaft, die Schalteinrichtung zum Schalten von Strompfaden in Energieleitern einzurichten, die mit Spannungen zwischen 50 und 200 Volt, vorzugsweise mit Spannungen von bis zu 96 Volt, insbesondere von bis zu 192 Volt, beaufschlagt sind.
In vorteilhafter Weise ist gegenständlich insbesondere vorgesehen, dass die Schalteinrichtung zum Schalten von Strompfaden in Energieleitern eingerichtet ist, die sowohl mit den voranstehend angegebenen Strömen als auch mit den voranstehend angegebenen Spannungen beaufschlagt sind. Die Schalteinrichtung weist daher eine entsprechende Stromtragfähigkeit auf.
Bei einem gegenständlichen Schaltsystem ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform die Reihenschaltung von Schalteinrichtung und Trenneinrichtung dazu eingerichtet, Strompfade in Kraftfahrzeugenergieleitern zu trennen, die mit hohen Strömen und gleichzeitig hohen Spannungen beaufschlagt sind. Für den Sicherheitsfall ist ein gegenständliches Schaltsystem insbesondere dazu eingereichtet Ströme zwischen 50 und 1200 Ampere, insbesondere von bis zu 600 Ampere, insbesondere von bis 1000 Ampere, bei Spannungen zwischen 50 und 300 Volt, insbesondere von bis zu 100 Volt, insbesondere von bis zu 200 Volt, insbesondere bei Spannungen zwischen 100 und 600 Volt, insbesondere von bis zu 500 Volt, zu trennen. Daher haben sowohl die Schalt- als auch die und Trenneinrichtung entsprechende Stromtragfähigkeiten.
Durch eine entsprechende Dimensionierung des Schaltsystems soll gewährleistet werden, dass im Falle eines Unfalls oder einer vergleichbaren sicherheitsrelevanten Betriebssituation die beispielsweise hohen Kurzschlussströme und -spannungen sicher getrennt werden. Kurzschlüsse und Funkenbildung sowie die Entzündung von Betriebsstoffen und die damit entstehenden Gefahren werden hierdurch sicher vermieden.
Eingesetzt in einem Kraftfahrzeug kann ein gegenständliches Schaltsystem demnach die Betriebssicherheit erhöhen. Ein Schaltsystem kann beispielsweise in einem Personenkraftfahrzeug, einem Nutzfahrzeug oder einem Motorrad eingesetzt werden.
Ein solches Kraftfahrzeug weist eine Energieversorgungseinrichtung sowie wenigstens einen Energieverbraucher auf, der durch einen Kraftfahrzeugenergieleiter mit der Energieversorgungseinrichtung elektrisch verbunden ist.
Ferner ist zwischen der Energieversorgungseinrichtung und dem Energieverbraucher ein gegenständliches Schaltsystem vorgesehen, welches dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von der Betriebssituation und der jeweils empfangenen Signale, Strompfade in dem Kraftfahrzeugenergieleiter reversibel zu schalten oder irreversibel zu trennen.
Der in dem beanspruchten Kraftfahrzeug vorgesehene Kraftfahrzeugenergieleiter kann hierbei sowohl aus einem einzelnen Leitungselement als auch aus mehreren Leitungselementen bestehen. Die Verwendung eines aus einem einzelnen Leitungselement bestehenden Kraftfahrzeugenergieleiters kommt beispielsweise dann in Betracht, wenn die gegenständliche Schaltvorrichtung unmittelbar durch ein Anschlussstück mit der Energieversorgungseinrichtung oder dem Energieverbraucher elektrisch verbunden ist. Der aus einem einzelnen Leitungselement bestehende Kraftfahrzeugenergieleiter wird dann zur elektrischen Verbindung des Schaltsystems mit der jeweils anderen Komponente eingesetzt.
Besteht der Kraftfahrzeugenergieleiter aus mehreren Leitungselementen, können die Energieversorgungseinrichtung, der Energieverbraucher sowie das Schaltsystem jeweils beabstandet zueinander angeordnet werden und durch die einzelnen Leitungselemente des Kraftfahrzeugenergieleiters elektrisch miteinander verbunden werden. Ebenso können die Schalt- und Trenneinrichtung des Schaltsystems durch einzelne Leitungselemente des Kraftfahrzeugenergieleiters elektrisch miteinander verbunden werden.
Bei der Energieversorgungseinrichtung handelt es sich in vorteilhafter Weise um eine Batterie, die aus mehreren Batteriezellen besteht. In vorteilhafter Weise ist die Batterie als Hochvoltbatterie ausgeführt, die den Betrieb zahlreicher elektrischer Verbraucher oder auch den Betrieb eines elektrischen Antriebs- oder Hilfsmotors sicherstellt. Unter Hochvoltbatterie wird hier eine Batterie verstanden, die im Normalbetrieb eine Spannung zwischen 50 und 500 Volt, insbesondere von bis zu 120 Volt, insbesondere von bis zu 240 Volt, insbesondere von bis zu 400 Volt, bereitstellt.
Ebenso kann es sich bei der Energieversorgungseinrichtung auch um eine Niedrigvoltbatterie handeln, die für den Betrieb weniger Verbraucher oder zusätzlich zu mindestens einer weiteren Energieversorgungseinrichtung vorgesehen ist. Unter Niedrigvoltbatterie wird hier eine Batterie verstanden, die im Normalbetrieb eine Spannung zwischen 10 und 100 Volt, insbesondere von bis zu 12 Volt, insbesondere von bis zu 24 Volt, insbesondere von bis zu 48 Volt, insbesondere von bis zu 96 Volt, bereitstellt.
Bei dem Energieverbraucher handelt es sich gemäß einem Ausführungsbeispiel um einen elektrischen Antriebs- oder Hilfsmotor für den Antrieb des Kraftfahrzeugs. Bei solchen Hybrid- oder Elektrofahrzeugen entsteht ein besonders hoher Strom- und Spannungsbedarf, der beispielsweise durch Hochvoltbatterien zur Verfügung gestellt werden kann. Gleichzeitig wird durch den Einsatz eines gegenständlichen Schaltsystems die Trennung von hohen Strömen bei hohen Spannungen in einem Sicherheitsfall gewährleistet.
Für den Betrieb von Hybrid- oder Elektrofahrzeugen ist es ferner vorteilhaft, einen Umrichter vorzusehen, der durch einen Kraftfahrzeugenergieleiter elektrisch mit der Energieversorgungseinrichtung, dem gegenständlichen Schaltsystem sowie dem als elektrischen Hilfs- oder Antriebsmotor ausgebildeten Energieverbraucher verbunden ist. In Bezug auf die einsetzbaren Elektro- und Hilfsmotoren werden hierdurch die Auswahlmöglichkeiten vergrößert.
Gemäß einem gegenständlichen Verfahren zum Trennen eines Strompfades in einem Kraftfahrzeugenergieleiter mittels eines gegenständlichen Schaltsystems wird ein von einem Airbagsteuergerät gesendetes Trennsignal durch die gegenständliche Schalteinrichtung empfangen und in Abhängigkeit des empfangenen Trennsignals der durch die Schalteinrichtung verlaufende Strompfad getrennt.
Gleichermaßen wird gemäß dem beanspruchten Verfahren ein von dem Airbagsteuergerät gesendetes Trennsignal durch die Trenneinrichtung empfangen und der durch die Trenneinrichtung verlaufende Strompfad in Abhängigkeit des empfangenen Trennsignals getrennt. Es ist auch denkbar, dass die Schalteinrichtung und die Trenneinrichtung unterschiedliche Trennsignale erhalten, die beispielsweise von verschiedenen externen Sendern gesendet werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung des gegenständlichen Verfahrens wird das von dem Airbagsteuergerät gesendete Trennsignal mittels einer Verzögerungseinrichtung gegenüber der Trenneinrichtung verzögert. Das Trennsignal wird somit erst durch die Schalteinrichtung und erst verzögert von der Trenneinrichtung empfangen. Sollte aufgrund hoher Ströme und hoher Spannungen die zuerst erfolgende Betätigung der Schalteinrichtung keinen tatsächlichen Schaltvorgang auslösen, wird jedoch durch die anschließend erfolgende Auslösung der Trenneinrichtung der Strompfad sicher getrennt. So kann die Auslösung der Trenneinrichtung den durch sie verlaufenden Strompfad unmittelbar trennen. Gleichermaßen ist möglich, dass sich nach dem Auslösen in der Trenneinrichtung ein Lichtbogen einstellt, der einen so großen elektrischen Widerstand aufweist, dass der tatsächliche Schaltvorgang in der Schalteinrichtung ermöglicht wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des gegenständlichen Verfahrens wird das von dem Airbagsteuergerät gesendete Trennsignal mittels einer Verzögerungseinrichtung gegenüber der Schalteinrichtung verzögert. Somit wird das Trennsignal erst durch die Trenneinrichtung und erst verzögert durch die Schalteinrichtung empfangen.
Die hierbei zuerst erfolgende Auslösung der Trenneinrichtung kann eine unmittelbare Trennung des Strompfades bewirken. Sollte sich jedoch aufgrund hoher Ströme und hoher Spannungen ein Lichtbogen in der Trenneinrichtung einstellen, wird hierdurch der elektrische Widerstand so stark erhöht, dass anschließend die Schalteinrichtung sicher geschaltet und der durch den jeweiligen Energieleiter laufende Strompfad sicher getrennt wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele zeigenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 ein Blockdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines gegenständlichen Schaltsystems;
2a eine Trenneinrichtung eines gegenständlichen Schaltsystems gemäß einer ersten Ausführungsform in einem leitenden Zustand;
2b eine Trenneinrichtung eines gegenständlichen Schaltsystems gemäß einer ersten Ausführungsform in einem getrennten Zustand;
3a eine Trenneinrichtung eines gegenständlichen Schaltsystems gemäß einer zweiten Ausführungsform in einem leitenden Zustand;
3b eine Trenneinrichtung eines gegenständlichen Schaltsystems gemäß einer zweiten Ausführungsform in einem getrennten Zustand;
4a eine Trenneinrichtung eines gegenständlichen Schaltsystems gemäß einer dritten Ausführungsform in einem leitenden Zustand;
4b eine Trenneinrichtung eines gegenständlichen Schaltsystems gemäß einer dritten Ausführungsform in einem getrennten Zustand;
5a eine Schalteinrichtung eines gegenständlichen Schaltsystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform in einer geschlossenen Schaltstellung;
5b eine Schalteinrichtung eines gegenständlichen Schaltsystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform in einer geöffneten Schaltstellung;
6 ein Ablaufdiagramm der Verwendung einer beispielhaften Ausführungsform eines gegenständlichen Schaltsystems.
1 zeigt ein Schaltsystem 1 für Kraftfahrzeugenergieleiter 2. Ein solches Schaltsystem 1 kann beispielsweise in einem hier nicht gezeigten Kraftfahrzeug eingesetzt werden und durch einen Kraftfahrzeugenergieleiter 2 elektrisch mit einer Energieversorgungseinheit 3 sowie einem Energieverbraucher 4 verbunden sein. Die Energieversorgungseinheit 3 kann beispielsweise eine Hochvoltbatterie sein. Bei dem Energieverbraucher 4 kann es sich beispielsweise um einen elektrischen Motor für den Antrieb des Kraftfahrzeugs handeln.
Das Schaltsystem 1 umfasst eine Schalteinrichtung 5 sowie eine Trenneinrichtung 6, wobei Schalteinrichtung 5 und Trenneinrichtung 6 in Reihe geschaltet sind. Die Schalteinrichtung 5 kann beispielsweise durch ein in 5 dargestelltes elektromagnetisches Relais gebildet sein. Die Trenneinrichtung 6 kann beispielsweise durch eine der, in den 2 bis 4 gezeigten, pyrotechnischen Trenneinrichtungen 10, 20, 30 gebildet sein.
Die Schalteinrichtung 5 ist dazu eingerichtet ein Schaltsignal 7 zu empfangen, welches beispielsweise von einem hier nicht gezeigten externen Steuergerät gesendet wird, und in Abhängigkeit des Schaltsignals 7 einen Strompfad in dem Kraftfahrzeugenergieleiter 2 reversibel zu schalten. Die elektrische Verbindung zwischen einer Hochvoltbatterie 3 sowie einem Antriebsmotor 4 kann somit durch ein der jeweiligen Betriebssituation entsprechendes Signal eines externen Steuergeräts gesteuert werden.
Sowohl die Schalteinrichtung 5 als auch die Trenneinrichtung 6 sind dazu eingerichtet, ein Trennsignal zu empfangen, und in Abhängigkeit des Trennsignals 8 den durch das Schaltsystem 1 verlaufenden Strompfad irreversibel zu trennen. Das Trennsignal 8 kann von einem hier nicht gezeigten Airbagsteuergerät gesendet werden.
Ferner kann in einem Schaltsystem 1 eine Verzögerungseinheit 9 vorgesehen sein, die dazu eingerichtet ist, das Trennsignal 8 gegenüber der Trenneinrichtung 6 zu verzögern. Das Trennsignal 8 wird somit zunächst von der Schalteinrichtung 5 und anschließend von der Trenneinrichtung 6 empfangen. Die zeitliche Verzögerung kann wenige Millisekunden betragen.
Durch Betätigung sowohl der Schalteinrichtung 5 als auch der Trenneinrichtung 6 kann in einem sicherheitsrelevanten Fall eine zuverlässige Trennung des durch die jeweiligen Energieleiter 2 verlaufenden Strompfades erreicht werden. Sofern aufgrund hoher Ströme und hoher Spannungen in dem Energieleiter 2 eine Schaltung der Schalteinrichtung 5 verhindert wird, ermöglicht spätestens die Auslösung der Trenneinrichtung 6 eine Trennung des Strompfades.
2a zeigt eine erste Ausführungsform einer als pyrotechnische Trenneinrichtung 10 ausgebildete Trenneinrichtung 6. Die Trenneinrichtung 10 umfasst ein Trennmittel 11 sowie ein Verbindungsstück 12, die in einem, in 2a gezeigten, leitenden Betriebszustand elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Das Trennmittel 11 sowie das Verbindungsstück 12 sind dabei durch eine konische Pressverbindung 15 miteinander verbunden.
Bei der Trenneinrichtung 10 verläuft der Strompfad in einem, in 2a gezeigten, leitenden Betriebszustand durch das Trennmittel 11 sowie das Verbindungsstück 12.
Ferner weist eine Trenneinrichtung 10 einen pyrotechnischen Hilfsantrieb 13 auf, an den die Steuerleitungen 14 angeschlossen sind. Das Trennsignal 8 kann im Sicherheitsfall über die Steuerleitungen 14 die Zündung des pyrotechnischen Hilfsantriebs 13 bewirken. Durch Zündung des pyrotechnischen Hilfsantriebs 13 entsteht in einem Vorvolumen 16 zwischen Trennmittel 11 und Verbindungsstück 12 ein hoher Gasdruck. Hierdurch werden Trennmittel 11 sowie Verbindungsstück 12 mechanisch voneinander getrennt, wie in 2b dargestellt. Der im leitenden Betriebszustand durch die Trenneinrichtung verlaufende Strompfad ist nach Auslösung des Hilfsantriebs 13 und mechanischer Trennung von Trennmittel 11 und Verbindungsstück 12 folglich getrennt.
3a zeigt eine zweite Ausführungsform einer Trenneinrichtung 6, die als pyrotechnische Trenneinrichtung 20 ausgebildet ist. Die Trenneinrichtung 20 umfasst ein Trennmittel 21 sowie ein elektrisch leitendes Leiterelement 22, durch welches im geschlossenen Betriebszustand der Trenneinrichtung 20 ein Strompfad verläuft. Das Leiterelement 22 weist einen Trennabschnitt 23 auf, in dem das Leiterelement 22 mechanisch durchtrennbar ausbildet ist. Dies kann, wie in 3a gezeigt, durch eine dünnwandige Ausbildung des Trennabschnitts 23 erreicht werden. Der Trennabschnitt 23 dient hierdurch als Sollbruchstelle des Leiterelements 22.
Das Trennmittel 21 ist in dem Gehäuse 24 der Trenneinrichtung 20 beweglich geführt. Ebenso ist ein in den 3a und 3b nicht gezeigter pyrotechnischer Hilfsantrieb vorgesehen, der durch Zündung eine Bewegung des Trennmittels 21 bewirkt.
Das Trennmittel 21 weist ferner eine dem Trennabschnitt 23 des Leiterelements 22 zugeordnete Trennklinge 25 auf, die bei Auslösung der Trenneinrichtung 20 den Trennabschnitt 23 durchtrennt. Darüber hinaus weist das Trennmittel 21 einen von dem Trennabschnitt 23 des Leiterelements 22 abgewandten, elektrisch isolierenden Isolatorabschnitt 26 auf, an den die Trennklinge 25 angrenzt.
Wie in 3b zu erkennen ist, wird durch den Isolatorabschnitt 26 sichergestellt, dass nach der Durchtrennung des Trennabschnitts 23 durch das Trennmittel 21, die verbleibenden Elemente des durchtrennten Leiterelements 22 elektrisch isoliert sind. Der im leitenden Betriebszustand der Trenneinrichtung 20 durch sie verlaufende Strompfad wird dadurch sicher getrennt.
4a zeigt eine dritte Ausführungsform einer Trenneinrichtung 6, die als pyrotechnische Trenneinrichtung 30 ausgebildet ist. Die Trenneinrichtung 30 weist ein Trennmittel 31 sowie zwei elektrische Leiterelemente 32, 33 auf, die in einem, in 3a gezeigten, geschlossenen Betriebszustand elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Die Verbindung zwischen den Leiterelementen 32, 33 kann form-, kraft- oder stoffschlüssig sein. Ebenso sind Kombinationen dieser Verbindungsarten denkbar.
Die Leiterelemente 32, 33 sind abgesehen von Ihrer Verbindung miteinander in dem Gehäuse 38 in den Öffnungsrichtung O, O' verschiebbar angeordnet. Durch Überwindung der zwischen den Leiterelementen 32, 33 vorherrschenden Verbindungskraft, sind die Leiterelemente 32, 33 demnach in die gegensätzlichen Richtungen O, O' verschiebbar.
Das Trennmittel 31 ist unter einem Winkel, insbesondere quer, zu den Richtungen O, O' beweglich in einem Gehäuse 38 der Trenneinrichtung 30 geführt. Ferner ist ein in den 4a und 4b nicht gezeigter pyrotechnischer Hilfsantrieb vorgesehen, der durch Zündung eine Bewegung des Trennmittels 31 bewirkt.
Das Trennmittel 31 weist ferner einen Anschlagabschnitt 39 auf, der bei Auslösung der Trenneinrichtung 30 mit den Leiterelementen 32, 33 in Kontakt kommt und diese in die Richtungen O, O' verschiebt. Dabei weist der Anschlagabschnitt 39 einen Kontaktabschnitt 37 auf der in Richtung des Kontaktbereichs der Leiterelemente spitz zuläuft. Die Verschiebung der Leiterelemente 32, 33 wird dadurch ermöglicht, dass diese in ihrem Kontaktbereich Angriffsflächen 34, 35 aufweisen, die jeweils entgegengesetzt gegenüber den Öffnungsrichtungen O, O' geneigt sind, und in dieser Anordnung mit dem spitz zulaufenden Kontaktabschnitt 37 des Trennmittels 31 korrespondieren.
Ebenso weist das Trennmittel 31 einen von den Leiterelementen 32, 33 abgewandten, elektrisch isolierenden Isolatorabschnitt 36 auf, an den der Kontaktabschnitt 37 angrenzt. Wie in 4b gezeigt, stellt der Isolatorabschnitt 36 sicher, dass nach der Verschiebung oder Trennung der Leiterelemente 32, 33 durch das Trennmittel 31 die einzelnen Leiterelemente 32, 33 elektrisch voneinander isoliert sind. Der im leitenden Betriebszustand der Trenneinrichtung 30 durch sie verlaufende Strompfad wird dadurch sicher getrennt.
5a zeigt eine als solche aus dem Stand der Technik bereits bekannte Schalteinrichtung 5, die als elektromagnetisches Relais 40 ausgeführt ist. Das Relais 40 weist einen Elektromagneten 41 auf, der einen ferromagnetischen Kern 42 sowie eine um den Kern 42 angeordnete Erregerspule 43 umfasst.
Ferner weist das Relais 40 einen ferromagnetischen Kontaktanker 44 auf, der in einer, in 5a gezeigten, geschlossenen Schaltstellung die zwei Kontaktelemente 45, 46 elektrisch verbindet. Die Kontaktelemente 45, 46 sind elektrisch mit den Anschlussstücken 47, 48 verbunden, über die der Kraftfahrzeugenergieleiter 2 an das Relais 40 anschließbar ist.
Der Kontaktanker 44 ist fest mit einem Schaft 49 verbunden, der innerhalb des Kerns 42 beweglich ist. An dem von dem Kontaktanker 44 abgewandten Ende des Schafts 49 ist daran ferner eine Zugplatte 50 fest angeordnet, die durch eine Rückholfeder 51 federnd in Richtung der Kontaktelemente 45, 46 abgestützt ist.
Durch Betätigung des Elektromagneten wird die Zugplatte von dem Elektromagneten angezogen, was die Kontaktierung des Kontaktankers 44 und der Kontaktelemente 45, 46 zur Folge hat. Die Schließbewegung des Kontaktankers 44 erfolgt demgemäß entgegen der von der Rückholfeder 51 auf die Zugplatte 50 ausgeübten Federkraft. Durch Deaktivierung des Elektromagneten 41 wird die Zugplatte 50 durch die Rückholfeder wieder in ihre, in 5b gezeigte, Ausgangsstellung verschoben. Wie in 5b dargestellt ist die Kontaktplatte 44 in dieser geöffneten Schaltstellung nicht mehr mit den Kontaktelementen 45, 46 in Verbindung.
6 zeigt den beispielhaften Ablauf 100 der Verwendung des gegenständlichen Schaltsystems 1.
In Schritt 101 wird ein von einem externen Sender gesendetes Signal an das Schaltsystem 1 gesendet und von diesem empfangen. Bei einem von dem Schaltsystem 1 empfangenen Signal kann es sich grundsätzlich um ein Schaltsignal 7 oder ein Trennsignal 8 handeln.
Im Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs werden an das Schaltsystem 1 lediglich Schaltsignale 7 gesendet. Gemäß Schritt 102 wird ein solches Schaltsignal dann von der Schalteinrichtung 6 empfangen. Im anschließenden Schritt 103 schaltet die Schalteinrichtung 5 in Abhängigkeit des empfangenen Schaltsignals 7 von einer geöffneten in eine geschlossene Schaltstellung oder von einer geschlossenen in eine geöffnete Schaltstellung. Gemäß Schritt 103 wird der jeweils geschaltete Schaltzustand solange gehalten, bis erneut ein Signal durch das Schaltsystem 1 empfangen wird.
Handelt es sich bei dem von dem Schaltsystem 1 empfangenen Signal um ein im Sicherheitsfall gesendetes Trennsignal 8, wird dieses in Schritt 105 zunächst durch die Verzögerungseinrichtung 9 gegenüber der Trenneinrichtung 6 verzögert.
Gleichzeitig oder anschließend wird das Trennsignal in Schritt 106 durch die Schalteinrichtung 5 empfangen. In Schritt 107 wird in der Schalteinrichtung 5 ein Trennvorgang ausgelöst. Bei weniger hohen Strömen und Spannungen kann in Schritt 108 eine unmittelbare Trennung durch die Schalteinrichtung 5 erfolgen.
Nachdem der Trennvorgang der Schalteinrichtung 5 in Schritt 107 initiiert wurde und gegebenenfalls in Schritt 108 der Trennvorgang erfolgt ist, wird das Trennsignal 8 in Schritt 109 schließlich auch von der Trenneinrichtung 6 empfangen. Diese trennt den durch Sie verlaufenden Strompfad im folgenden Schritt 110. Sollte aufgrund hoher Ströme und hoher Spannungen der Trennvorgang in der Schalteinrichtung 5 nicht unmittelbar in Schritt 108 erfolgt sein, ist spätestens durch Trennung der Trenneinrichtung 6 in Schritt 110 die nachfolgende Trennung der Schalteinrichtung 5 in Schritt 111 gewährleistet. Dies gilt auch für den Fall, dass sich nach Schritt 110 in der Trenneinrichtung 6 ein Lichtbogen einstellt.

Claims

Schaltsystem (1) für Kraftfahrzeugenergieleiter (2) umfassend – eine Schalteinrichtung (5, 40), eingerichtet zum Empfangen eines Schaltsignals (7) sowie zum reversiblen Schalten eines Strompfads in dem Kraftfahrzeugenergieleiter (2) in Abhängigkeit des Schaltsignals (7), sowie – eine Trenneinrichtung (6, 10, 20, 30), eingerichtet zum irreversiblen Trennen des Strompfades in dem Kraftfahrzeugenergieleiter (2), wobei – die Schalteinrichtung (5, 40) und die Trenneinrichtung (6) in Reihe geschaltet sind.
Schaltsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trenneinrichtung (6, 10, 20, 30) dazu eingerichtet ist, ein Trennsignal (8) von einem externen Sender, insbesondere von einem Steuergerät, insbesondere von einem Airbagsteuergerät, zu empfangen und in Abhängigkeit des Trennsignals (8) den Strompfad zu trennen.
Schaltsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (5, 40) dazu eingerichtet ist, ein Trennsignal (8) von einem externen Sender, insbesondere von einem Steuergerät, insbesondere von einem Airbagsteuergerät, zu empfangen und in Abhängigkeit des Trennsignals (8) den Strompfad zu trennen.
Schaltsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verzögerungseinrichtung (9) vorgesehen ist, die dazu eingerichtet ist, das Trennsignal (8) gegenüber der Trenneinrichtung (6, 10, 20, 30) zu verzögern.
Schaltsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verzögerungseinrichtung (9) vorgesehen ist, die dazu eingerichtet ist, das Trennsignal (8) gegenüber der Schalteinrichtung (5, 40) zu verzögern.
Schaltsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trenneinrichtung (6, 10, 20, 30) zum Trennen des Strompfades wenigstens ein durch einen Hilfsantrieb (13), insbesondere durch einen pyrotechnischen Hilfsantrieb, bewegbares Trennmittel (11, 21, 31) aufweist.
Schaltsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im leitenden Zustand der Trenneinrichtung (6, 10) der Strompfad durch das Trennmittel (11) sowie ein damit elektrisch leitend verbundenes Verbindungsstück (12) verläuft und zum Trennen des Strompfades das Trennmittel (11) durch den Hilfsantrieb (13) von dem Verbindungselement (12) lösbar ist.
Schaltsystem nach einem der vorangehender Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im leitenden Zustand der Trenneinrichtung (6, 30) der Strompfad durch zwei elektrisch leitend miteinander verbundenen Leiterelementen (32, 33) verläuft, die zum Trennen des Strompfades durch das Trennmittel (31) zueinander verschiebbar und/oder trennbar angeordnet sind.
Schaltsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im leitenden Zustand der Trenneinrichtung (6, 20) der Strompfad durch ein Leiterelement (23) verläuft, welches zum Trennen des Strompfades durch das Trennmittel (21) mechanisch durchtrennbar ist.
Schaltsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (5, 40) dazu eingerichtet ist, Ströme zwischen 50 und 600 Ampere, insbesondere von bis zu 200 Ampere, insbesondere von bis zu 300 Ampere, insbesondere von bis zu 500 Ampere, zu schalten.
Schaltsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (5, 40) dazu eingerichtet ist, bei Spannungen zwischen 5 und 200 Volt, insbesondere bei Spannungen von bis zu 24 Volt, insbesondere von bis zu 48 Volt, insbesondere von bis zu 96 Volt, insbesondere von bis zu 192 Volt, zu schalten.
Schaltsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihenschaltung von Schalteinrichtung (5, 40) und Trenneinrichtung (6, 10, 20, 30) dazu eingerichtet ist, Ströme zwischen 50 und 1200 Ampere, insbesondere von bis zu 600 Ampere, insbesondere von bis zu 1000 Ampere, bei Spannungen zwischen 50 und 600 Volt, insbesondere von bis zu 100 Volt, insbesondere von bis zu 200 Volt, insbesondere von bis zu 500 Volt, zu trennen.
Kraftfahrzeug umfassend eine Energieversorgungseinrichtung (3), die durch einen Kraftfahrzeugenergieleiter (2) mit wenigstens einem Energieverbraucher (4) elektrisch verbunden ist, wobei zwischen der Energieversorgungseinrichtung (3) und dem Energieverbraucher (4) ein Schaltsystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche zum Schalten und Trennen von Strompfaden in dem Kraftfahrzeugenergieleiter (2) vorgesehen ist.
Verfahren zum Trennen eines Strompfades in einem Kraftfahrzeugenergieleiter (2) mit einem Schaltsystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche umfassend: – Empfangen eines von einem Airbagsteuergerät gesendeten Trennsignals (8) durch eine Schalteinrichtung (5, 40), – Trennen des durch die Schalteinrichtung (5, 40) verlaufenden Strompfades in Abhängigkeit von dem empfangenen Trennsignal (8), – Empfangen des von dem Airbagsteuergerät gesendeten Trennsignals (8) durch die Trenneinrichtung (6, 10, 20, 30) sowie – Trennen des durch die Trenneinrichtung (6, 10, 20, 30) verlaufenden Strompfades in Abhängigkeit von dem empfangenen Trennsignal (8).