DE19702116C2 - Schutzvorrichtung gegen Falschpolung im elektrischen Bordnetz eines Fahrzeuges - Google Patents
Schutzvorrichtung gegen Falschpolung im elektrischen Bordnetz eines FahrzeugesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung gegen Falschpo
lung im elektrischen Bordnetz eines Fahrzeuges mit einer Bat
terie, deren zwei Ausgangspole zwei Stromleitungen mit unter
schiedlichen Potentialen beaufschlagen, wobei in die ein er
stes Potential führende Stromleitung in Reihenschaltung ein
Schaltkontakt eines elektromagnetischen Relais eingefügt ist,
welches einen ferromagnetischen Kreis mit einem Kern und/oder
einem Joch, eine Spulenwicklung sowie einem den Schaltkontakt
betätigenden Anker aufweist, und wobei von der der Batterie
abgewandten Seite des Schaltkontaktes ein niederohmiger Ne
benschlußzweig über eine Diode an die das zweite Potential
führende Stromleitung geführt ist.
Bei Kraftfahrzeugen ist es in bestimmten Störungssituationen
wünschenswert, das Bordnetz möglichst in unmittelbarer Nähe
der Batterie schlagartig abzuschalten. Ein solcher Fall ist
etwa die Verpolung bei einer Starthilfe, wobei also eine
Fremdbatterie durch eine Vertauschung der Starthilfekabel mit
falscher Polung an die Ausgänge der Bordbatterie angeschlos
sen wird. Abgesehen von der Schädigung der Bordbatterie kön
nen in diesem Fall die elektronischen Systeme des Bordnetzes
zerstört werden.
Um diese Gefahr zu vermeiden, ist es bisher üblich, die elek
tronischen Systeme in dem Fahrzeug durch Reihendioden oder
Gleichrichterbrücken zu schützen, wie dies auch bei anderen
Geräten weithin praktiziert wird. Das hat aber den Nachteil,
daß über jede der Reihendioden während des normalen Betriebes
eine Leistung umgesetzt wird. Gerade im Fahrzeug ist aber ein
solcher zusätzlicher Leistungsverbrauch besonders uner
wünscht. Außerdem bedeutet diese Einzelabsicherung bei der
Vielzahl von elektronischen Systemen in modernen Fahrzeugen
auch einen erheblichen Aufwand an Bauelementen und Schal
tungstechnik.
Für die Sicherung gegen andere Störfälle, insbesondere gegen
Kurzschlüsse im Bordnetz, sind bereits verschiedene Maßnahmen
bekannt. So ist aus der DE 41 10 240 C1 eine Einrichtung zur
Absicherung eines Hauptstrompfades in einem Kraftfahrzeug be
kannt. Hierbei wird eine Kurzschlußsituation durch verschie
dene Fühler und Vergleichsmittel festgestellt und zur Tren
nung des Stromkreises ausgewertet. Als Abschaltmittel werden
dort beispielsweise eine Sprengkapsel oder ein elektromagne
tischer Aktuator genannt, ohne daß auf die Konstruktion und
die Funktion eines derartigen Aktuators näher eingegangen
wird.
Für andere Anwendungszwecke sind jedoch Lasttrennschalter in
Form von Überstrom-Auslösern mit einem Elektromagnetsystem
bekannt, beispielsweise aus der EP 0 322 987 B1.
Aus DE-AS 22 36 846 ist eine Schaltungsanordnung zur Verhin
derung einer Falschpolung an den Eingangsanschlüssen eines
Gleichstromverbrauchers bekannt, welche eine Polumschaltungs
einrichtung und eine nachgeschaltete Einschalteinrichtung
aufweist. Der serielle Kontakt eines der Einschalteinrichtung
zugeordneten elektromagnetisches Relais wird verwendet, um
eine Eingangsspannung falscher Polarität vom zu schützenden
Gleichstromverbraucher fernzuhalten. Die Erregerwicklung ist
dabei zusammen mit einer Diode in einem Nebenschlußzweig an
geordnet. Der durch die Diode und die Erregerwicklung des Re
lais der Einschalteinrichtung gebildete Nebenschlußzweig ist
jedoch auch in ungestörtem Betriebszustand stromdurchflossen,
was bei Anwendung einer derartigen Schaltungsanordnung in
Kraftfahrzeugen zu einer unnötigen Belastung der Batterie
führen würde.
In DE-OS 15 38 584 ist ein Primärrelais zum Schutz elektri
scher Anlagen beschrieben, welches aus einem einen Primärlei
ter umfassenden Anregesystem, einem Kontaktsystem und einer
Isolierstange besteht, welche zwischen dem Anregesystem und
dem Kontaktsystem angeordnet ist. Das unter Hochspannung ste
hende Anregesystem und die als Wirkverbindung dienende Iso
lierstange sowie das Kontaktsystem bilden dabei eine kon
struktive Einheit, indem zwischen Anregesystem und Kontaktsy
stem parallel zur Isolierstange ein Isolierträger angeordnet
ist. Ferner weist das Kontaktsystem eine verstellbare Feder
zur Einstellung des Ansprechstroms auf. Außerdem ist aus der
Entgegenhaltung DE-OS 15 38 584 bekannt, den Primärleiter mit
einem gutleitenden Blechstreifen auszustatten.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schutzvorrich
tung zu schaffen, mit der das Bordnetz eines Fahrzeuges auf
einfache Weise effektiv gegen eine Falschpolung am Batterie
anschluß geschützt werden kann.
Erfindungsgemäß wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß in ei
nem Normalzustand die Diode in Sperrichtung geschaltet und
der Schaltkontakt geschlossen ist, daß die Spulenwicklung von
dem Kern bzw. Joch umschlossen ist, daß der Nebenschlußzweig
einen Stromleiter aus hochleitfähigem Material aufweist, wel
cher zwischen dem Kern bzw. Joch und der Spulenwicklung oder
nur außen am Kern bzw. Joch im wesentlichen senkrecht zur
Achse der Spulenwicklung vorbeigeführt ist, und daß das Re
lais sowohl durch den Nebenschlußzweig als auch durch einen
Fühler für einen außerordentlichen Zustand, beispielsweise
für Kurzschluß oder Aufprallbeschleunigung, über eine ent
sprechende, die Erregung der Spulenwicklung steuernde Auswer
teschaltung auslösbar ist.
Die erfindungsgemäße Schutzvorrichtung nutzt also einen elek
tromagnetischen Trennschalter, der beim Ansprechen über einen
im Stromkreis angeordneten Kontakt diesen Stromkreis unter
bricht. Durch eine einfache schaltungstechnische Maßnahme,
nämlich durch einen über die Diode nur bei Falschpolung be
aufschlagten Nebenschlußzweig, wird dieser Magnetschalter zur
Auslösung gebracht, wobei der hohe Kurzschlußstrom bei ent
sprechender räumlicher Anordnung, d. h. einer Kopplung, eine
genügend hohe Erregung in dem Magnetkreis erzeugt, um den An
ker anzuziehen und den Kontakt zu öffnen. Der Nebenschluß
zweig bildet dabei nur eine einzige oder nur eine halbe Win
dung, indem er zwischen Joch und Spule oder auch nur außen am
Joch etwa senkrecht zu dessen Längsrichtung vorbeigeführt
wird. Diese Auslösung des Magnetsystems mit dem falsch gepol
ten Kurzschlußstrom erfolgt ohne Mitwirkung der Spulenwick
lung, so daß für diesen Zweck grundsätzlich auch ein Magnet
system ohne Wicklung verwendet werden könnte.
Für die praktische Anwendung ist es jedoch vorteilhaft, ein
Elektromagnetsystem zu verwenden, welches auch im normalen
Betrieb über eine Spulenwicklung auslöst, beispielsweise zur
Batterieabtrennung bei Störungsfällen, wie etwa bei einem
(richtig gepoltem) Kurzschlußstrom oder bei einem Unfall mit
einem Aufprall-Beschleunigungssensor.
In einer bevorzugten Anwendung wird die erfindungsgemäße
Schutzvorrichtung mit einem Batterietrennschalter verbunden,
der räumlich im Bereich der Batterie angeordnet ist und ein
Elektromagnetsystem mit einer Spule und einem Joch aufweist.
In diesem Fall kann der Nebenschlußzweig in Form eines Blech
streifens aus gutleitendem Metall zwischen Wicklung und Joch
hindurchgeführt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert, das in der Zeichnung schematisch dargestellt
ist.
Die Zeichnung zeigt eine Bordbatterie 1, deren Pluspol an ei
ne Laststromleitung 2 und deren Minuspol im Regelfall an eine
Masseleitung 3 angeschlossen ist. In dem dargestellten Bei
spiel führen diese beiden Stromleitungen durch eine schema
tisch dargestellte Trennschaltereinheit, an deren Ausgang die
Bordnetzklemmen 5 und 6 angeordnet sind. In dem Bordnetz sind
beispielsweise auch elektronische Systeme angeschaltet, die
in jedem Fall gegen eine Falschpolung des Bordnetzes ge
schützt werden müssen. Die Gefahr einer Falschpolung tritt
insbesondere dann auf, wenn entweder die Bordbatterie 1 beim
Einbau falsch angeschlossen wird oder wenn zur Unterstützung
einer schwachen Bordbatterie eine zusätzliche Fremdbatterie 7
über Starthilfekabel 8 mit falscher Polung angeschlossen
wird.
In der Trennschaltereinheit 4 ist ein schematisch dargestell
tes Elektromagnetsystem 9 angeordnet, welches eine Spule 10,
ein U-förmiges Joch 11 und einen Hubanker 12 aufweist. Der
Anker 12 betätigt einen Ruhekontakt 13, der also beim Anzie
hen des Ankers 12 geöffnet wird und damit die Stromleitung 2
unterbricht. Die mechanische Kopplung zwischen dem Anker 12
und dem Trennkontakt 13 ist nur schematisch angedeutet. Tat
sächlich ist diese Kopplung so gestaltet, daß der Kontakt
nach dem Auslösen öffnet und geöffnet bleibt, auch wenn der
Anker wieder in seine Ruheposition zurückkehrt. Der Kontakt
13 kann dann erst wieder von Hand über ein Betätigungselement
14 geschlossen werden. Derartige Überstromauslöser sind für
Stromnetze bekannt, so daß der Fachmann eine entsprechende
Konstruktion aus dem Stand der Technik wählen kann. Anstelle
des Hubankermagnetsystems könnte auch ein anderes Relais-
Magnetsystem, beispielsweise mit einem Klappanker, verwendet
werden.
Zur normalen Auslösung des Magnetsystems 9 wird der Spule 10
über die Spulenanschlüsse 15 ein Erregersignal zugeführt, das
von einer Steuereinrichtung 16 kommt. Diese Steuereinrichtung
16 kann beliebige Signale auswerten, beispielsweise das Si
gnal eines Stromsensors 17 oder eines Aufprall-
Beschleunigungssensors 18. Für die vorliegende Erfindung ist
allerdings der spezielle Aufbau und die spezielle Ansteuerung
des Magnetsystems 9 nicht von Bedeutung. Wichtig ist allein
das Vorhandensein eines Magnetsystems mit einem Eisenkreis,
der hier beispielsweise durch das Joch 11 und den Anker 12
gebildet ist.
Gemäß der Erfindung wird nun zwischen dem Laststromleiter 2,
und zwar von einem Abgriffspunkt 19 an der von der Batterie
abgewandten Seite des Kontaktes 13, eine Nebenschlußleitung
20 zum Masseleiter 3, also beispielsweise dem Anschlußpunkt
21, geführt. Diese Nebenschlußleitung 20 wird beispielsweise
in Form eines gut leitenden Blechstreifens 22 durch den fer
romagnetischen Kreis 11, 12 hindurch oder an diesem nahe vor
beigeführt, so daß er den ferromagnetischen Kreis annähernd
senkrecht kreuzt. Außerdem ist in den Nebenschlußkreis 20 ei
ne Diode 23 angeordnet, welche bezüglich der normal eingebau
ten Bordbatterie 1 in Sperrichtung geschaltet ist.
Der Nebenschlußkreis erhält durch die Diode 23 nur bei
Falschpolung der Fremdbatterie 7 einen hohen Kurzschlußstrom,
der über den Leiter 20 in dem ferromagnetischen Kreis des Jo
ches 11 und des Ankers 12 einen Magnetfluß induziert, der das
Magnetsystem 9 zum Ansprechen bringt. Der Anker 12 wird also
angezogen und öffnet den Kontakt 13.
Durch diese Schutzschaltung über den Nebenschluß 20 und die
Diode 23 entspricht bei Falschpolung die Spannung im Bordnetz
lediglich dem Spannungsabfall über der Diode und liegt somit
bei etwa -1 Volt. Diese Spannung liegt auch nur sehr kurze
Zeit an, da, wie beschrieben, der über die Diode fließende
Kurzschlußstrom innerhalb weniger Millisekunden das Magnetsy
stem auslöst und den Kontakt 13 öffnet.
Die erfindungsgemäße Schutzvorrichtung hat den Vorteil, daß
im Vergleich zu den bisherigen Schutzschaltungen mit Reihen
dioden nicht mehr jedes einzelne elektronische System gegen
Verpolung geschützt werden muß. Außerdem entfällt auch der
mit jeder Reihendiode verbundene Leistungsumsatz. Durch die
direkte Nutzung des Kurzschlußstromes in dem Magnetsystem ist
das System unabhängig von einer zusätzlichen Elektronik, und
es benötigt auch keine Energiespeicher zur Auslösung. Über
dies erfordert das System nur eine einzige Diode und, falls
ein Elektromagnetsystem als Trennschalter ohnehin vorhanden
ist, lediglich den Leiter für den Nebenschluß. Es ist also
vom schaltungstechnischen Aufwand auch sehr preiswert und
wirtschaftlich.
Claims (2)
1. Schutzvorrichtung gegen Falschpolung im elektrischen Bord
netz eines Fahrzeuges mit einer Batterie (1), deren zwei Aus
gangspole zwei Stromleitungen (2, 3) mit unterschiedlichen Po
tentialen beaufschlagen, wobei in die ein erstes Potential
führende Stromleitung (2) in Reihenschaltung ein Schaltkon
takt (13) eines elektromagnetischen Relais (9) eingefügt ist,
welches einen ferromagnetischen Kreis mit einem Kern und/oder
einem Joch (11), eine Spulenwicklung (10) sowie einem den
Schaltkontakt (13) betätigenden Anker (12) aufweist, und wo
bei von der der Batterie (1) abgewandten Seite des Schaltkon
taktes (13) ein niederohmiger Nebenschlußzweig (20) über eine
Diode (23) an die das zweite Potential führende Stromleitung
(3) geführt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß in einem
Normalzustand die Diode (23) in Sperrichtung geschaltet und
der Schaltkontakt (13) geschlossen ist, daß die Spulenwick
lung (10) von dem Kern bzw. Joch (11) umschlossen ist, daß
der Nebenschlußzweig (20, 22) einen Stromleiter (22) aus
hochleitfähigem Material aufweist, welcher zwischen dem Kern
bzw. Joch (11) und der Spulenwicklung (10) oder nur außen am
Kern bzw. Joch (11) im wesentlichen senkrecht zur Achse der
Spulenwicklung (10) vorbeigeführt ist, und daß das Relais (9)
sowohl durch den Nebenschlußzweig (20, 22) als auch durch ei
nen Fühler (17, 18) für einen außerordentlichen Zustand, bei
spielsweise für Kurzschluß oder Aufprallbeschleunigung, über
eine entsprechende die Erregung der Spulenwicklung (10) steu
ernde Auswerteschaltung (16) auslösbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Joch
(11) die Spulenwicklung (10) U-förmig umschließt und daß der
Stromleiter (22) des Nebenschlußkreises durch einen Blech
streifen gebildet ist, welcher zwischen der Spulenwicklung
(10) und dem Joch (11) hindurchgeführt ist.
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