DE102018220239A1 - Circuit arrangement and method for ensuring the functionality of a mechanical switch - Google Patents

Circuit arrangement and method for ensuring the functionality of a mechanical switch Download PDF

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Markus Bauernfeind
Gunter Fichtner
Andreas Schmitt
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Abstract

Es wird eine Schaltungsanordnung mit zumindest einem mechanischen Schalter (1) in einem elektrischen Bordstromnetz (2) eines Fahrzeuges vorgeschlagen, wobei der mechanische Schalter (1) über eine Auswerteelektronik (5) mit einem vorbestimmten Auswertestrom zum Auswerten von Schaltzustandsinformationen beaufschlagt ist und über eine Schalteinrichtung (3) von zumindest einem zuschaltenden Bauelement (4) oder einer eine Schaltzustandsinformation zu meldenden Baugruppe (10) entkoppelt ist. Ferner wird ein Verfahren zum Sicherstellen der Funktionsfähigkeit eines mechanischen Schalters (1) in einem elektrischen Bordstromnetzes (2) eines Fahrzeuges vorgeschlagen, wobei der mechanische Schalter (1) von zumindest einem zuschaltenden Bauelement (4) oder einer eine Schaltzustandsinformation zu meldenden Baugruppe (10) entkoppelt wird, wobei ein vorbestimmter Auswertestrom erzeugt wird, der an dem mechanischen Schalter (1) anliegt, wobei anhand des Auswertestromes Schaltzustandsinformationen des mechanischen Schalters (1) ermittelt werden und wobei bei Vorliegen eines Schaltsignals das angeschlossene Bauelement (4) geschaltet oder die Schaltzustandsinformation an die Baugruppe (10) gemeldet wird.The invention relates to a circuit arrangement with at least one mechanical switch (1) in an on-board electrical system (2) of a vehicle, the mechanical switch (1) being supplied with a predetermined evaluation current for evaluating switching status information via evaluation electronics (5) and via a switching device (3) is decoupled from at least one component (4) to be switched on or an assembly (10) to be notified of switching status information. The invention also relates to a method for ensuring the functionality of a mechanical switch (1) in an electrical vehicle electrical system (2) of a vehicle, the mechanical switch (1) being operated by at least one component (4) to be switched on or an assembly (10) to be reported on switching status information. is decoupled, a predetermined evaluation current being generated, which is applied to the mechanical switch (1), switching status information of the mechanical switch (1) being determined on the basis of the evaluation current, and the connected component (4) being switched or the switching status information being switched on when a switching signal is present the module (10) is reported.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit zumindest einem mechanischen Schalter in einem elektrischen Bordstromnetz eines Fahrzeuges. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Sicherstellen der Funktionsfähigkeit eines mechanischen Schalters in einem elektrischen Bordstromkreis eines Fahrzeuges.The present invention relates to a circuit arrangement with at least one mechanical switch in an electrical vehicle electrical system. The invention further relates to a method for ensuring the functionality of a mechanical switch in an electrical on-board circuit of a vehicle.

Aus der Fahrzeugtechnik ist es allgemein bekannt, dass mechanische Schalter, wie zum Beispiel Mikroschalter in Bordnetzen von Fahrzeugen als Zustandsüberwachung eingesetzt werden. Der mechanische Schalter kann im Rahmen der Zustandsüberwachung entweder einen Zustand melden oder der Schalter steuert aktiv ein Bauelement mit einer externen Last. Aufgrund ungünstiger Umgebungsbedingungen und in Abhängigkeit von der zu steuernden elektrischen Last kann es bei mechanischen Schaltern vorkommen, dass diese über die Lebensdauer einen erhöhten Übergangswiderstand aufweisen. Unter diesen Umständen wird die Last nicht mehr zuverlässig geschaltet bzw. der Zustand nicht zuverlässig weiter gemeldet.It is generally known from vehicle technology that mechanical switches, such as, for example, microswitches, are used in vehicle electrical systems as condition monitoring. As part of the condition monitoring, the mechanical switch can either report a condition or the switch actively controls a component with an external load. Due to unfavorable environmental conditions and depending on the electrical load to be controlled, mechanical switches may have an increased contact resistance over their service life. Under these circumstances, the load is no longer switched reliably or the status is not reliably reported.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren anzugeben, welche eine zuverlässige Betriebsweise des Schalters auch unter kritischen Umgebungsbedingungen gewährleisten.The present invention has for its object to provide a circuit arrangement and a method which ensure reliable operation of the switch even under critical environmental conditions.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. 7 gelöst. Vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen.This object is achieved by the features of claims 1 and 7, respectively. Advantageous and claimed further developments result from the respective subclaims and the description as well as the drawings.

Somit wird ein Schaltungsaufbau bzw. eine Schaltungsanordnung mit zumindest einem mechanischen Schalter in einem elektrischen Bordstromnetz eines Fahrzeuges vorgeschlagen. Um eine sichere Betriebsweise des Schalters auch unter kritischen Umgebungsbedingungen sicherzustellen, ist vorgesehen, dass der mechanische Schalter über eine Auswerteelektronik mit einem vorbestimmten Auswertestrom zum Auswerten von Schaltzustandsinformationen zum Ermitteln eines vorliegenden Schaltsignals beaufschlagt ist und über eine Schalteinrichtung oder dergleichen von zumindest einem zu schaltenden Bauelement oder einer Baugruppe zum Melden einer Schaltzustandsinformation entkoppelt ist.A circuit structure or a circuit arrangement with at least one mechanical switch in an electrical vehicle electrical system of a vehicle is thus proposed. In order to ensure safe operation of the switch even under critical environmental conditions, it is provided that the mechanical switch is supplied with a predetermined evaluation current for evaluating switching status information for determining an existing switching signal via evaluation electronics and via at least one component to be switched or via a switching device or the like a module for reporting a switching status information is decoupled.

Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird die Zuverlässigkeit von mechanischen Schaltern unter kritischen und stark unterschiedlichen Betriebsbedingungen verbessert, um die nachfolgenden Bauelemente zu schalten oder Baugruppen störungsfrei mit Schaltzustandsinformationen zu versorgen.With the circuit arrangement according to the invention, the reliability of mechanical switches under critical and very different operating conditions is improved in order to switch the subsequent components or to supply modules with switching status information without interference.

Eine besonders einfache und kostengünstige Ausführung der Erfindung wird dadurch realisiert, dass eine elektrisch-mechanische Auswerteelektronik mit einer Schalteinrichtung eingesetzt wird. Beispielsweise kann als Auswerteelektronik ein Relais zum Auswerten der Schaltzustandsinformationen vorgesehen sein, welches mit einem mechanischen Schaltkontakt als Schalteinrichtung zum Entkoppeln des mechanischen Schalters gekoppelt ist. Bei der elektrisch-mechanischen Lösung können auch andere wirkungsgleiche elektrische Auswerteelektroniken und Schalteinrichtungen eingesetzt werden. Diese Ausführung zeichnet sich dadurch aus, dass die Relaisspule der Auswerteelektronik sowohl den Auswertestrom zum Auswerten der Schaltzustandsinformationen des mechanischen Schalters bereitstellt und zudem auch einen vorbestimmten Strom zur möglichen Kontaktreinigung des mechanischen Schalters liefert. Der mechanische Schaltkontakt des Relais übernimmt bei Vorliegen eines Schaltsignals das Schalten einer externen Last bzw. eines Bauelements oder das Melden einer Zustandsinformation beispielsweise an ein Steuergerät als Baugruppe, wie zum Beispiel einem Getriebesteuergerät oder dergleichen.A particularly simple and inexpensive embodiment of the invention is achieved by using an electrical-mechanical evaluation electronics with a switching device. For example, a relay for evaluating the switching status information can be provided as evaluation electronics, which relay is coupled to a mechanical switching contact as a switching device for decoupling the mechanical switch. With the electrical-mechanical solution, other effect-equivalent electrical evaluation electronics and switching devices can also be used. This embodiment is characterized in that the relay coil of the evaluation electronics both provides the evaluation current for evaluating the switching status information of the mechanical switch and also supplies a predetermined current for possible contact cleaning of the mechanical switch. When there is a switching signal, the mechanical switching contact of the relay takes over the switching of an external load or a component or the reporting of status information, for example to a control unit as an assembly, such as a transmission control unit or the like.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es jedoch ebenso möglich, als z. B. separate oder zusätzliche Auswerteelektronik beispielsweise ein elektronisches Halbleiter-Bauelement vorzusehen, welches der Schalteinrichtung vorgeschaltet ist. Als elektronisches Halbleiter-Bauelement kann beispielsweise ein Transistor o. ä. eingesetzt werden. Wenn beispielsweise eine separate oder zusätzliche Auswerteelektronik eingesetzt wird, kann auch eine separate oder zusätzliche elektronische Schalteinrichtung, wie zum Beispiel ein Mosfet-Transistor oder dergleichen verwendet werden.In the context of the present invention, however, it is also possible as z. B. separate or additional evaluation electronics, for example, to provide an electronic semiconductor component which is connected upstream of the switching device. A transistor or the like, for example, can be used as the electronic semiconductor component. If, for example, separate or additional evaluation electronics are used, a separate or additional electronic switching device, such as a Mosfet transistor or the like, can also be used.

Um eine optimale Kontaktreinigung an den mechanischen Schalter sicherzustellen, kann im Rahmen einer nächsten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass eine mit dem mechanischen Schalter verbundene z. B. separate Kontaktreinigungselektronik vorgesehen ist. Die Reinigungselektronik kann einen induktiven und/oder einen ohmschen und/oder einen kapazitiven Widerstand und/oder einen Spannungsgenerator zum Erzeugen von Spannungsspitzen zur Kontaktreinigung umfassen. Es ist möglich, dass weitere elektronische Bauteile von der Kontaktreinigungselektronik, wie zum Beispiel Dioden, Vorwiderstände oder dergleichen mitumfasst werden.In order to ensure optimum contact cleaning on the mechanical switch, it can be provided in a next development of the invention that a z. B. separate contact cleaning electronics is provided. The cleaning electronics can comprise an inductive and / or an ohmic and / or a capacitive resistor and / or a voltage generator for generating voltage peaks for contact cleaning. It is possible for the electronic contact cleaning electronics to include other electronic components, such as diodes, series resistors or the like.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Sicherstellen der Funktionsfähigkeit eines mechanischen Schalters in einem elektrischen Bordstromnetz eines Fahrzeuges gelöst. Um die Funktionsfähigkeit des mechanischen Schalters sicherzustellen, ist vorgesehen, dass der mechanische Schalter von zumindest einen zu schaltenden Bauelement oder von einer Baugruppe zum Melden einer Zustandsinformation entkoppelt wird, dass ein vorbestimmter Auswertestrom oder dergleichen erzeugt wird, der an dem mechanischen Schalter anliegt, dass anhand des Auswertestromes Schaltzustandsinformationen oder dergleichen des mechanischen Schalters ermittelt werden und dass bei Vorliegen eines Schaltsignals das zumindest ein angeschlossenes Bauelement oder dergleichen geschaltet oder zumindest eine Schaltzustandsinformation an eine Baugruppe gemeldet wird.The object on which the invention is based is also achieved by a method for ensuring the functionality of a mechanical switch in an electrical vehicle electrical system. In order to ensure the functionality of the mechanical switch, that the mechanical switch is decoupled from at least one component to be switched or from an assembly for reporting status information, that a predetermined evaluation current or the like is generated which is applied to the mechanical switch, that switching status information or the like of the mechanical switch is determined on the basis of the evaluation current and that when a switching signal is present, the at least one connected component or the like is switched or at least switching status information is reported to a module.

Neben dem Auswerten und dem sicheren Schalten oder Melden von Schaltzustandsinformationen wird im Rahmen des vorgeschlagenen Verfahrens auch eine Kontaktreinigung vorgesehen. Als Kontaktreinigung wird an dem mechanischen Schalter in Abhängigkeit des verwendeten Kontaktmaterials ein vorbestimmter Freibrennstrom oder dergleichen erzeugt. Die Kontaktreinigung kann als erhaltende Kontaktreinigung mit einem geringeren Freibrennstrom kontinuierlich durchgeführt werden. Es ist auch möglich, dass eine Kontaktgrundreinigung mit einem Freibrennstrom mit höherem Strom oder höherer Spannung zeitlich begrenzt durchgeführt wird. Die Auswahl, ob eine erhaltende Kontaktreinigung oder eine Kontaktgrundreinigung durchgeführt wird, kann z. B. in Abhängigkeit des Auswertestromes durch das vorgeschlagene Verfahren ausgewählt werden.In addition to evaluating and reliably switching or reporting switching status information, contact cleaning is also provided as part of the proposed method. As contact cleaning, a predetermined free-burning current or the like is generated on the mechanical switch depending on the contact material used. The contact cleaning can be carried out continuously as a contact cleaning with a lower free-burning current. It is also possible for a basic contact cleaning to be carried out for a limited time with a free-burning current with a higher current or higher voltage. The selection of whether to receive contact cleaning or basic contact cleaning can be carried out e.g. B. can be selected depending on the evaluation current by the proposed method.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung;
  • 2 eine schematische Ansicht eines möglichen Ablaufdiagrammes eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
  • 3 ein Schaltplan einer Ausführung der Schaltungsanordnung; und
  • 4 ein Schaltplan einer weiteren Ausführung der Schaltungsanordnung.
The invention is explained in more detail below with reference to the drawings. Show it:
  • 1 a schematic view of an embodiment of a circuit arrangement according to the invention;
  • 2nd a schematic view of a possible flow diagram of a method according to the invention;
  • 3rd a circuit diagram of an embodiment of the circuit arrangement; and
  • 4th a circuit diagram of another embodiment of the circuit arrangement.

In den 1 bis 4 sind verschiedene Ansichten und Ausführungen einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sowie eines erfindungsgemäßen Verfahrens beispielhaft dargestellt.In the 1 to 4th Various views and designs of a circuit arrangement according to the invention and of a method according to the invention are shown as examples.

Unabhängig von den jeweiligen Ausführungen ist bei der Schaltungsanordnung zumindest ein mechanischer Schalter 1 in einem elektrischen Bordstromnetz 2 eines Fahrzeuges vorgesehen. Der mechanische Schalter 1 ist mit einem vorbestimmten Auswertestrom zum Auswerten von Schaltzustandsinformationen zum Ermitteln eines vorliegenden Schaltsignals P_Schalter des Schalters 1 beaufschlagt und ist über eine Schalteinrichtung 3 von zumindest einem zuschaltenden elektrischen oder elektronischen Bauelement 4 entkoppelt.Regardless of the respective designs, there is at least one mechanical switch in the circuit arrangement 1 in an electrical system 2nd provided a vehicle. The mechanical switch 1 is with a predetermined evaluation current for evaluating switching status information for determining an existing switching signal P_Switch of the switch 1 acted upon and is via a switching device 3rd of at least one switching electrical or electronic component 4th decoupled.

1 zeigt rein schematisch einen möglichen Aufbau der Schaltungsanordnung. Der mechanische Schalter 1 ist über die Schalteinrichtung 3 von einem zu schaltenden Bauelement 4 bzw. von einer eine Schaltzustandsinformation zu meldenden Baugruppe 10 entkoppelt. Der Schalteinrichtung 3 ist eine Auswerteelektronik 5 vorgeschaltet. Des Weiteren ist eine Kontaktreinigungselektronik 6 mit dem mechanischen Schalter 1 elektrisch verbunden. Mit diesem Aufbau wird eine Schaltungsanordnung realisiert, die dazu verwendet wird, um die Kontaktfähigkeit des mechanischen Schalters 1 unter erschwerten Betriebsbedingungen, wie zum Beispiel unter kontaktschädlichen Atmosphären dauerhaft zu sichern und nachfolgende Systeme bzw. Baugruppen 10 oder Bauelemente 4 verlässlich zu schalten oder mit Schaltzustandsinformationen zu versorgen. 1 shows purely schematically a possible structure of the circuit arrangement. The mechanical switch 1 is about the switching device 3rd of a component to be switched 4th or from a module to be reported as switching status information 10th decoupled. The switching device 3rd is evaluation electronics 5 upstream. Furthermore, there is contact cleaning electronics 6 with the mechanical switch 1 electrically connected. With this construction, a circuit arrangement is realized which is used to improve the contact capability of the mechanical switch 1 under difficult operating conditions, such as permanently securing under contact-damaging atmospheres and downstream systems or assemblies 10th or components 4th to switch reliably or to provide switching status information.

Mechanische Schalter 1 können mit verschiedenen Kontaktmaterialien hergestellt werden. Je nach Kontaktmaterial ist es möglich, dass diese bei widrigen Umgebungsbedingungen zur Bildung von Kontaktbelegen durch organische Crack-Produkte oder Silikat, sowie zur generellen Verschmutzung oder Korrosion einhergehend mit einer Verschlechterung des Übergangswiderstandes neigen. Um diesen Effekten entgegenzuwirken und langfristig den Übergangswiderstand gering zu halten bzw. bereits vorhandene Verschlechterungen wieder zu beseitigen, wird die Reinigungseinrichtung bzw. Kontaktreinigungselektronik 6 vorgesehen.Mechanical switches 1 can be made with different contact materials. Depending on the contact material, it is possible that, in adverse environmental conditions, they tend to form contact documents due to organic cracking products or silicate, as well as general contamination or corrosion, along with a deterioration in the contact resistance. In order to counteract these effects and to keep the contact resistance low in the long term or to eliminate existing deteriorations, the cleaning device or contact cleaning electronics 6 intended.

Je nach Schaltertyp und Umgebungsbedingungen werden unterschiedliche Arten von Strom und Spannungspulsen während des Schließens, im geschlossenen Zustand, beim Öffnen und im offenen Zustand benötigt, um den Schaltkontakt dauerhaft funktionsfähig zu halten. Deshalb kann die Kontaktreinigungselektronik 6 beispielsweise einen definierten kapazitiven Einschaltimpuls, einen ohmschen Strom und auch einen induktiven Strom für den Schalter 1 bereitstellen. Auch denkbar sind hohe Spannungspulse bzw. eine Kombination aus unterschiedlichen Strom und/oder Spannungspulsen. Somit kann der für die Kontaktzuverlässigkeit relevante Betriebspunkt zur Einstellung eines sogenannten Frittstromes bzw. zum Fritten und zum Freibrennen des Kontakts mithilfe eines Freibrennstromes der Kontaktreinigungselektronik 6 eingestellt werden. Vorzugsweise liefert die Kontaktreinigungselektronik 6 eine Kombination aus einem ohmschen und induktiven Strom und einem Spannungspuls. Dies könnte über eine Spule erfolgen. Dieser Strom und Spannungspuls führt im Schalter 1 unter anderem durch den Lichtbogen dazu, dass etwaiger Schmutz weggebrannt wird. Die Kontaktreinigungselektronik 6 kann je nach Bedarfsfall bei jeder Schalterbetätigung oder auch nur nach jeder x-ten Schalterbetätigung die Kontaktreinigung vornehmen.Depending on the type of switch and the ambient conditions, different types of current and voltage pulses are required during closing, in the closed state, when opening and in the open state in order to keep the switch contact permanently functional. Therefore, the contact cleaning electronics 6 for example a defined capacitive switch-on pulse, an ohmic current and also an inductive current for the switch 1 provide. High voltage pulses or a combination of different current and / or voltage pulses are also conceivable. Thus, the operating point relevant for the contact reliability can be used to set a so-called frit current or to frit and burn the contact with the aid of a free burning current of the contact cleaning electronics 6 can be set. The contact cleaning electronics preferably provide 6 a combination of an ohmic and inductive current and a voltage pulse. This could be done via a coil. This current and voltage pulse leads in the switch 1 among other things by the arc, so that any dirt is burned away. The contact cleaning electronics 6 can, depending on the need, with each switch actuation or carry out contact cleaning only after every nth switch operation.

Mit der Auswerteelektronik 5 wird im Rahmen einer Lastkonditionierung das Schaltsignal P_Schalter des mechanischen Schalters 1 auch bei erhöhtem Übergangswiderstand zuverlässig ausgewertet. Hierzu umfasst die Auswerteelektronik 5 gemäß 3 ein elektronisches Halbleiter-Bauelement Q8. Ferner sind Widerstände R33, R35 sowie eine Diode D16 vorgesehen. Die Auswerteelektronik 5 ist so aufgebaut, dass diese von der Kontaktreinigungselektronik 6 nicht beeinflusst wird. Die Auswerteelektronik 5 wertet den Zustand des mechanischen Schalters 1 aus und gibt diese Informationen an die nachgelagerte Schalteinrichtung 3 weiter, welche gemäß 3 ein entsprechendes Schaltsignal P Schalter neu an das Bauelement 4 bzw. an die Baugruppe 10 sendet bzw. weitergibt.With the evaluation electronics 5 becomes the switching signal P_Schalter the mechanical switch in the context of a load conditioning 1 reliably evaluated even with increased contact resistance. For this purpose, the evaluation electronics 5 according to 3rd an electronic semiconductor device Q8. Resistors R33, R35 and a diode D16 are also provided. The evaluation electronics 5 is constructed in such a way that it is protected by the contact cleaning electronics 6 is not affected. The evaluation electronics 5 evaluates the state of the mechanical switch 1 and outputs this information to the downstream switching device 3rd further which according to 3rd a corresponding switching signal P switch new to the component 4th or to the assembly 10th sends or passes on.

Die Schalteinrichtung 3 dient zum Schalten des nachgeschalteten externen Bauelementes 4 und verhindert Störungen oder Beschädigungen an dem Bauelement 4 bzw. an der Baugruppe 10 durch die Entkopplung von dem mechanischen Schalter 1. Ferner ist die Schalteinrichtung 3 von Einflüssen der Kontaktreinigungselektronik 6 ebenfalls entkoppelt. Zudem entkoppelt die Schalteinrichtung 3 die Einflüsse externer Bauelemente 4 bzw. Baugruppen 10 auf den mechanischen Schalter 1, die durch ihre Lastbeschaltung eventuell den Schalter 1 langfristig schädigen könnten. Die Schalteinrichtung 3 kann entweder gemäß 3 ein elektronisches Halbleiter-Bauelement, wie etwa ein Transistor M3 sein. Aber es ist auch der Einsatz einer gemeinsamen Auswerteelektronik 5 und Schalteinrichtung 3 gemäß 4, wie zum Beispiel ein Relais 7 mit einem mechanisch gekoppelten Schaltkontakt 8 oder auch eine Kombination daraus möglich.The switching device 3rd serves to switch the downstream external component 4th and prevents malfunctions or damage to the component 4th or on the assembly 10th by decoupling from the mechanical switch 1 . Furthermore, the switching device 3rd of influences of the contact cleaning electronics 6 also decoupled. In addition, the switching device decouples 3rd the influences of external components 4th or assemblies 10th on the mechanical switch 1 which may be the switch due to their load circuit 1 could damage in the long term. The switching device 3rd can either be according to 3rd an electronic semiconductor device, such as a transistor M3. But it is also the use of common evaluation electronics 5 and switching device 3rd according to 4th , such as a relay 7 with a mechanically coupled switch contact 8th or a combination of these is possible.

In 2 ist ein Verfahren zum Sicherstellen der Funktionsfähigkeit des mechanischen Schalters 1 schematisch gezeigt. Um ein gezieltes einmaliges Freibrennen zur Kontaktreinigung zu realisieren, kann die Betriebsspannung erhöht werden. Die Schaltungsanordnung kann im Normalfall 12 V Ströme im Bereich von 0, 3 bis 0,7 A bereitstellen. Um eine Kontaktgrundreinigung zu realisieren, kann mit einer erhöhten Spannung, zum Beispiel 24 V die Kontaktgrundreinigung erfolgen. Dieser Vorgang kann beliebig wiederholt werden. Es ist dazu keine Zusatzbaugruppe notwendig. Bei der Kontaktgrundreinigung wird somit ein Freibrennstrom mit erhöhten Strömen zeitlich begrenzt aufgebracht. Durch die interne Schaltung, die in der Regel ein Vorwiderstand vor der Kontaktreinigungselektronik 6, zum Beispiel eine Drossel oder dergleichen, vorsieht, kann durch eine Brücke, Jumper, Umschalter oder dergleichen ein einmaliger höherer Strom für die Grundreinigung bereitgestellt werden. Je nach Einzelfall kann eine stärkere Grundreinigung oder eine schwächere Erhaltungsreinigung erfolgen. Es kann auch auf eine Erhaltungsreinigung verzichtet werden. In diesem Fall würde nur die Auswerteelektronik 5 mit der Schalteinrichtung 3 an dem mechanischen Schalter 1 angeschlossen sein. Hierdurch kann der erhöhte Widerstand ausgewertet werden, ohne den Schalter 1 weiter zu schädigen. Dies könnte z. B. durch Steckbrücken an der Auswerteelektronik 5 und der Schalteinrichtung 3 erfolgen. Es könnten aber auch zwei Kontaktreinigungselektroniken 6 für die Kontaktgrundreinigung und die erhaltende Kontaktreinigung bzw. Erhaltungsreinigung vorgesehen werden. Zudem kann das Verfahren über ein geeignetes Monitoring überwacht werden.In 2nd is a procedure to ensure the functionality of the mechanical switch 1 shown schematically. The operating voltage can be increased in order to realize a specific one-off free burning for contact cleaning. The circuit arrangement can normally provide 12 V currents in the range from 0.3 to 0.7 A. In order to carry out basic contact cleaning, the basic contact cleaning can be carried out with an increased voltage, for example 24 V. This process can be repeated any number of times. No additional module is necessary for this. In the case of basic contact cleaning, a free-burning current with increased currents is thus applied for a limited time. Due to the internal circuit, which is usually a series resistor in front of the contact cleaning electronics 6 , for example a choke or the like, a unique higher current can be provided for the basic cleaning by a bridge, jumper, changeover switch or the like. Depending on the individual case, a stronger basic cleaning or a weaker maintenance cleaning can be carried out. Maintenance cleaning can also be dispensed with. In this case, only the evaluation electronics 5 with the switching device 3rd on the mechanical switch 1 be connected. In this way, the increased resistance can be evaluated without the switch 1 continue to harm. This could e.g. B. by jumpers on the evaluation electronics 5 and the switching device 3rd respectively. But there could also be two contact cleaning electronics 6 for basic contact cleaning and contact cleaning or maintenance cleaning. The process can also be monitored using suitable monitoring.

In 3 ist beispielhaft ein konkreter Schaltplan der Schaltungsanordnung gemäß 1 dargestellt. Der mechanische Schalter 1 ist mit einem simulierten Übergangswiderstand R34 dargestellt. Der Schalter 1 wird ausgewertet und funktionsfähig gehalten.In 3rd is an example of a specific circuit diagram of the circuit arrangement according to 1 shown. The mechanical switch 1 is shown with a simulated contact resistance R34. The desk 1 is evaluated and kept functional.

Die Kontaktreinigungselektronik 6 umfasst eine Spule L3 mit einem definierten Widerstand und einem Vorwiderstand R29. Die Spule L3 liefert im geschlossenen Zustand einen ohmschen Strom bzw. beim Öffnen zunächst einen induktiven Strom der einen Lichtbogen erzeugt. Dieser Lichtbogen reinigt die Kontaktoberfläche des mechanischen Schalters 1. Die Kontaktreinigungselektronik 6 beinhaltet auch noch eine Schutzbeschaltung, um den mechanischen Schalter 1 und die separate Auswerteelektronik 5 zu schützen. Hierzu sind zwei Z-Dioden D11, D12 vorgesehen. Es sind auch andere Schutzelemente, wie zum Beispiel Varistoren und Suppressordioden einsetzbar.The contact cleaning electronics 6 includes a coil L3 with a defined resistance and a series resistor R29. The sink L3 supplies an ohmic current in the closed state or an inductive current which generates an arc when opened. This arc cleans the contact surface of the mechanical switch 1 . The contact cleaning electronics 6 also includes a protective circuit to the mechanical switch 1 and the separate evaluation electronics 5 to protect. For this purpose, two Z diodes D11, D12 are provided. Other protective elements such as varistors and suppressor diodes can also be used.

Die Auswerteelektronik 5 wertet die Spannung am mechanischen Schalter 1 aus. Durch geeignete Auslegung kann auch bei einem hochohmigen Schalter 1 noch eine Auswertung erfolgen. Dafür ist auch die Kontaktreinigung entsprechend auszulegen, damit der Freibrennstrom nicht die Auswerteelektronik 5 beeinflusst. Die Auswerteelektronik 5 gibt das Auswertesignal infolge des Auswertestromes weiter an die Schalteinrichtung 3, da in diesem Anwendungsfall ein Last- bzw. Signalstrom für andere Baugruppen 10 bzw. Bauelemente 4 geschaltet werden soll. Das Bauelement 4 bzw. die externe Last ist in 3 als Widerstand R30 dargestellt. Die Schalteinrichtung 3 umfasst ein Mosfet-Transistor M3, der von der Auswerteelektronik 5 angesteuert wird. Durch entsprechende Auslegung kann die Flankensteilheit eingestellt werden, um Rückwirkungen auf das Bordstromnetz 2 zu begrenzen bzw. zu verhindern. Des Weiteren umfasst die Schalteinrichtung 3 einen Vorwiderstand R31 und eine Diode D13. Des Weiteren sind zu dem Mosfet-Transistor M3 ein ohmscher Widerstand R32, ein kapazitive Widerstand C2 und eine weitere Diode D10 parallel geschaltet.The evaluation electronics 5 evaluates the voltage at the mechanical switch 1 out. A suitable design can also be used for a high-resistance switch 1 another evaluation. For this purpose, the contact cleaning must also be designed accordingly, so that the free-burning current does not affect the evaluation electronics 5 influenced. The evaluation electronics 5 passes the evaluation signal to the switching device as a result of the evaluation current 3rd , because in this application a load or signal current for other modules 10th or components 4th to be switched. The component 4th or the external load is in 3rd shown as resistor R30. The switching device 3rd comprises a Mosfet transistor M3, which is used by the evaluation electronics 5 is controlled. The slope can be adjusted by appropriate design in order to have repercussions on the electrical system 2nd to limit or prevent. Furthermore, the switching device includes 3rd a series resistor R31 and a diode D13. Furthermore, an ohmic resistor R32, a capacitive resistor C2 and a further diode D10 are connected in parallel with the Mosfet transistor M3.

Aus 3 ist deutlich zu erkennen, dass die Kontaktreinigungselektronik 6 direkt auf den mechanischen Schalter 1 wirkt. Zudem wertet die Auswerteelektronik 5 den Schaltzustand aus und gibt diese Information an die nachgeschaltete Schalteinrichtung 3 weiter. Je nach Anwendungsfall kann auch das Schaltsignal P_Schalter_neu der Schalteinrichtung 3 direkt von der Auswerteelektronik 5 an externe Baugruppen 10 bzw. Bauelemente 4 weitergegeben werden. Es ist auch eine Diagnose über den Verschmutzungszustand des mechanischen Schalters 1 möglich. Beispielsweise kann auch diagnostiziert werden, ob hochohmige Schaltzustände an dem mechanischen Schalter 1 auftreten und somit kann eine Frühwarnung weitergegeben werden.Out 3rd it can be clearly seen that the contact cleaning electronics 6 directly on the mechanical switch 1 works. The evaluation electronics also evaluate 5 the switching state and gives this information to the downstream switching device 3rd continue. Depending on the application, the switching signal P_Schalter_neu the switching device 3rd directly from the evaluation electronics 5 to external modules 10th or components 4th be passed on. It is also a diagnosis of the contamination status of the mechanical switch 1 possible. For example, it can also be diagnosed as to whether high-resistance switching states on the mechanical switch 1 occur and thus an early warning can be passed on.

In 4 ist eine weitere mögliche Ausführung der Schaltungsanordnung dargestellt. Bei dieser Ausführung ist die Auswerteelektronik 5 eine Relaisspule bzw. ein Relais 7, welches zugleich als Kontaktreinigungselektronik 6 dienen kann. Das Relais 7 ist mechanisch mit einem Schaltkontakt 8 quasi als Schalteinrichtung gekoppelt. Die Schaltungsanordnung kann als Nachrüstpaket zwischen dem mechanischen Schalter 1 und weiterer Baugruppen 10 bzw. Bauelemente 4 geschaltet werden, um die Funktion abzusichern. Ferner kann die Schaltungsanordnung auch in eine größere Baugruppeneinheit integriert werden. Es können auch weitere Schutzelemente eingebaut werden, um die Schaltungsanordnung vor Bordstromnetzeinflüssen zu schützen bzw. eine Rückwirken auf die Versorgungsleitungen des Bordstromnetzes 2 zu schützen. Dies könnten Filterschaltungen oder Schutzschaltungen sein, wie in 3 dargestellt. Als Filterschaltung können zum Beispiel Kondensatoren und Längswiderstände verwendet werden, welche die Rückwirkungen auf Bauelemente 4 und Baugruppen 10 reduziert.In 4th Another possible embodiment of the circuit arrangement is shown. In this version, the evaluation electronics 5 a relay coil or a relay 7 , which is also used as contact cleaning electronics 6 can serve. The relay 7 is mechanical with a switch contact 8th quasi coupled as a switching device. The circuit arrangement can be retrofitted between the mechanical switch 1 and other assemblies 10th or components 4th be switched to ensure the function. Furthermore, the circuit arrangement can also be integrated into a larger assembly unit. Additional protective elements can also be installed in order to protect the circuit arrangement from influences of the on-board electrical system or a reaction on the supply lines of the on-board electrical system 2nd to protect. This could be filter circuits or protection circuits, as in 3rd shown. For example, capacitors and series resistances can be used as the filter circuit, which have the effects on components 4th and assemblies 10th reduced.

Bei der konkreten Ausführung der Schaltungsanordnung gemäß 4 ist die Schaltungsanordnung quasi als Zwischenstecker 9 ausgeführt und zwischen dem Bordstromnetz 2 bzw. dem Kabelbaum des Fahrzeuges und einem Wählhebelsteuergerät 10 als Baugruppe vorgesehen. Der mechanische Schalter 1 ist mit dem Wählhebelsteuergerät 10 verbunden und meldet einen Wählhebelzustand als Schaltzustandsinformation. Durch das Relais 7, welches der Auswerteelektronik 5 entspricht, wird ein Auswertestrom auf mechanischen Schalter 1 aufgebracht. Ferner wird durch den Schaltkontakt 8, welcher quasi der Schalteinrichtung 3 entspricht, der mechanische Schalter 1 von der Baugruppe bzw. dem Wählhebel 10 entkoppelt. Zudem ermöglicht der vorbestimmte Strom des Relais 7 quasi als Kontaktreinigungselektronik 6 eine Kontaktreinigung an dem mechanischen Schalter 1.In the specific implementation of the circuit arrangement according to 4th is the circuit arrangement almost as an adapter 9 executed and between the on-board electrical system 2nd or the wiring harness of the vehicle and a selector lever control unit 10th provided as an assembly. The mechanical switch 1 is with the selector lever control unit 10th connected and reports a selector lever status as switching status information. Through the relay 7 which of the evaluation electronics 5 corresponds to an evaluation current on mechanical switches 1 upset. Furthermore, the switching contact 8th , which is basically the switching device 3rd corresponds to the mechanical switch 1 from the assembly or the selector lever 10th decoupled. In addition, the predetermined current of the relay enables 7 quasi as contact cleaning electronics 6 a contact cleaning on the mechanical switch 1 .

BezugszeichenlisteReference symbol list

11
mechanischer Schaltermechanical switch
22nd
BordstromnetzOnboard power supply
33rd
SchalteinrichtungSwitching device
44th
Bauelement als externe LastComponent as an external load
55
AuswerteelektronikEvaluation electronics
66
KontaktreinigungselektronikContact cleaning electronics
77
Relaisrelay
88th
SchaltkontaktSwitch contact
99
ZwischensteckerAdapter plug
1010th
Wählhebelsteuergerät bzw. BaugruppeSelector lever control unit or assembly
D11D11
Z-DiodeZener diode
D12D12
Z-DiodeZener diode
Q8Q8
elektronisches Halbleiter-Bauelement bzw. Transistorelectronic semiconductor component or transistor
D16D16
Diodediode
R29R29
VorwiderstandSeries resistor
R30R30
Widerstandresistance
R31R31
VorwiderstandSeries resistor
R32R32
ohmscher Widerstandohmic resistance
R33R33
Widerstandresistance
R34R34
simulierter Übergangswiderstandsimulated contact resistance
R35R35
Widerstandresistance
M3M3
Mosfet-TransistorMosfet transistor
C2C2
kapazitiver Widerstandcapacitive resistance
D10D10
Diodediode
P_SchalterP_switch
Schaltsignal des mechanischen SchaltersSwitching signal of the mechanical switch
P_Schalter_neuP_switch_new
Schaltsignal der SchalteinrichtungSwitching signal from the switching device

Claims (11)

Schaltungsanordnung mit zumindest einem mechanischen Schalter (1) in einem elektrischen Bordstromnetz (2) eines Fahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Schalter (1) über eine Auswerteelektronik (5) mit einem vorbestimmten Auswertestrom zum Auswerten von Schaltzustandsinformationen beaufschlagt ist und über eine Schalteinrichtung (3) von zumindest einem zuschaltenden Bauelement (4) oder einer eine Schaltzustandsinformation zu meldenden Baugruppe (10) entkoppelt ist.Circuit arrangement with at least one mechanical switch (1) in an electrical on-board power supply system (2) of a vehicle, characterized in that the mechanical switch (1) has an evaluation electronics (5) with a predetermined evaluation current for evaluating switching status information is applied and is decoupled via a switching device (3) from at least one component (4) to be switched on or a module (10) to be reported with switching status information. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Auswerteelektronik (5) ein Relais (7) zum Auswerten der Schaltzustandsinformation mit einem mechanisch gekoppelten Schaltkontakt (8) als Schalteinrichtung (3) zum Entkoppeln des mechanischen Schalters (1) vorgesehen ist.Circuit arrangement after Claim 1 , characterized in that a relay (7) for evaluating the switching status information is provided as the evaluation electronics (5) with a mechanically coupled switching contact (8) as switching device (3) for decoupling the mechanical switch (1). Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Auswertelektronik (5) ein elektronisches Halbleiter-Bauelement (Q8) vorgesehen ist, welches der Schalteinrichtung (3) vorgeschaltet ist.Circuit arrangement after Claim 1 , characterized in that an electronic semiconductor component (Q8) is provided as the evaluation electronics (5), which is connected upstream of the switching device (3). Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als elektronische Schalteinrichtung (3) ein Mosfet-Transistor (M3) vorgesehen ist.Circuit arrangement according to one of the Claims 1 or 3rd , characterized in that a Mosfet transistor (M3) is provided as the electronic switching device (3). Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit dem mechanischen Schalter (1) verbundene Kontaktreinigungselektronik (6) vorgesehen ist.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that contact cleaning electronics (6) connected to the mechanical switch (1) are provided. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktreinigungselektronik (6) zumindest einen induktiven Widerstand als Spule (L3) und/oder einen ohmschen Widerstand und/oder einen kapazitiven Widerstand und/oder einen Spannungsgenerator zur Kontaktreinigung umfasst.Circuit arrangement after Claim 5 , characterized in that the contact cleaning electronics (6) comprises at least one inductive resistor as a coil (L3) and / or an ohmic resistor and / or a capacitive resistor and / or a voltage generator for contact cleaning. Verfahren zum Sicherstellen der Funktionsfähigkeit eines mechanischen Schalters (1) in einem elektrischen Bordstromnetzes (2) eines Fahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Schalter (1) von zumindest einem zuschaltenden Bauelement (4) oder einer eine Schaltzustandsinformation zu meldenden Baugruppe (10) entkoppelt wird, dass ein vorbestimmter Auswertestrom erzeugt wird, der an dem mechanischen Schalter (1) anliegt, dass anhand des Auswertestromes Schaltzustandsinformationen des mechanischen Schalters (1) ermittelt werden, und dass bei Vorliegen eines Schaltsignals das angeschlossene Bauelement (4) geschaltet oder die Schaltzustandsinformation an die Baugruppe (10) gemeldet wird.Method for ensuring the functionality of a mechanical switch (1) in an electrical on-board power supply system (2) of a vehicle, characterized in that the mechanical switch (1) decouples from at least one component (4) to be switched on or an assembly (10) to be reported on switching status information that a predetermined evaluation current is generated, which is applied to the mechanical switch (1), that switching status information of the mechanical switch (1) is determined on the basis of the evaluation current, and that when a switching signal is present, the connected component (4) is switched or the switching status information is switched on the module (10) is reported. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Kontaktreinigung an dem mechanischen Schalter in Abhängigkeit des Kontaktmaterials ein vorbestimmter Freibrennstrom erzeugt wird.Procedure according to Claim 7 , characterized in that a predetermined free-burning current is generated as contact cleaning on the mechanical switch depending on the contact material. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Kontaktreinigung eine erhaltende Kontaktreinigung mit einem geringeren Freibrennstrom durchgeführt wird.Procedure according to Claim 7 or 8th , characterized in that a contact cleaning with a lower free-burning current is carried out as contact cleaning. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Kontaktreinigung eine Kontaktgrundreinigung mit einem höheren Freibrennstrom zeitlich begrenzt durchgeführt wird.Procedure according to one of the Claims 7 to 9 , characterized in that a basic contact cleaning with a higher free-burning current is carried out for a limited time as contact cleaning. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit des Auswertestromes ausgewählt wird, ob eine erhaltende Kontaktreinigung kontinuierlich oder eine Kontaktgrundreinigung zeitlich begrenzt durchgeführt wird.Procedure according to Claim 9 or 10th , characterized in that, depending on the evaluation current, it is selected whether a contact cleaning is carried out continuously or a basic contact cleaning is carried out for a limited time.
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