DE2333209C2 - Masseschluß-Überwachungseinrichtung für die Fahrstromschaltung eines elektrischen Triebfahrzeuges - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Masseschluß-Überwachungseinrichtung für die normalerweise von der Masse eines elektrischen Triebfahrzeugs isolierte Fahrstromschaltung mit einem Oszillator zur Erzeugung einer Kontroll-Wechselspannung, die unter Zwischenschaltung eines Kondensators zwischen Masse und einten Punkt der Fahrstromschaltung liegt, und mit einer Detektorschaltung, die auf einen vom Oszillator gelieferten Wechselstrom anspricht und bei Auftreten eines Masseschlusses über ein Relais die Fahrstromschaltung von der sie speisenden Stromquelle abschaltet.

Eine derartige Überwachungseinrichtung für den Isolationszustand von Oberleitungsfahrzeugen ist durch die DE-PS 6 88 825 bereits bekannt Hierbei findet ein Ansprechen der Detektorschaltung und damit das Unterbrechen des Betriebsstromes dann statt, wenn der vom Oszillator erzeugte Kontroll-Wechselstrom einen bestimmten Wert überschreitet Ein Nachteil dieser Überwachungseinrichtung besteht darin, daß bei Ausfall der Wechselspannung infolge eines Defektes des Oszillators trotz Auftretens eines Masseschlusses keine Betriebsstromunterbrechung stattfinden kann, weil das Relais nur auf den in einem Massenebenschluß fließenden Kontroll-Wechselstrom anspricht.

Durch die DE-OS 14 38 945 ist eine Erdschlußschutzschaltung für Drehstromeinrichtungen bekannt, die auch bei Ausfall einer Kontroll-Wechselspannung anspricht. Hierbei weist die von einein Oszillator erzeugte Kontroll-Wechselspannung eini wesentlich höhere Frequenz als die Hauptfrequenz der Drehstromeinrichtung auf und speist unter Zwischenschaltung zweier Kondensatoren eine Detektorschaltung, die bei erdschlußfreiem Betrieb des Drehstromnetzes einen ein Schutzrelais in Arbeitsstellung haltenden Ruhestrom führt Überlagert sich diesem hochfrequenten Kontroll-Wechselstrom ein Erdschlußstrom mit Hauptfrequenz, wird ein Transistor der Detektorschaltung in abwechselnden HaJbperioden übersteuert, wodurch das Schutzrelais abfällt Dementsprechend spricht die Überwa- chungsschaltung auf das Fließen eines Erdschlußstromes mit der Hauptfrequenz an, wobei die Überwachungsschaltung selbst mit dem hochfrequenteren Kontrollstrom betrieben wird Das heißt, bei Ausfall eines Stromkreiselementes und damit des hochfrequen-

teren Kontrollstromes schaltet die Überwachungsschaltung ebenfalls ab.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Masseschluß-Überwachungseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die ähnlich wie bei der erwähnten Erdschlußschutzschaltung für Drehstromeinrichtungen sowohl auf einen unerwünschten Masseschiuß als auch auf einen Ausfall im Schaltkreis zur Erzeugung einer Kontroll-Wechselspannung anspricht Diese Aufgabe wird ausgehend von der Masseschluß-

Überwachungseinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst daß die Detektorschaltung in Reihs. mit einem weiteren Kondensator zwischen der Masse und dem genannten Punkt der Fahrstromschaltung liegt und das Relais bei Unter schreiten eines für den masseschlußfreien Betrieb charakteristischen Stromes in der Detektorschaltung zum Abfallen bringt

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wird die Detektorschaltung im Normalbetrieb ständig durch einen über die beiden Kondensatoren fließenden Wechselstrom angesteuert Ein Masseschluß in der Fahrstromschaltung bedingt jedoch für den Wechselstrom einen Nebenschlußweg zur Detektorschaltung und dem zugehörigen Kondensator. Eine Betriebsstrom unterbrechung Findet dann statt wenn die Amplitude des Stromes in der Detektorschaltung infolge dieses Nebenschlusses abnimmt. Eine solche Einrichtung spricht auch auf den Ausfall des Oszillators zur Erzeugung der Kontroll-Wechselspannung an, in welchem Fall die Detektorschaltung überhaupt keinen Wechselstrom erhält.

Anspruch 2 beschreibt eine zweckmäßige Schalteinrichtung zur Aktivierung der Masseschluß-Überwachungseinrichtung bei Inbetriebsetzung der Fahrstrom-

no schaltung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung. Die Zeichnung zeigt in

F i g. 1 eine vereinfachte schematische Darstellung

einer Masseschluß-Überwachungseinrichtung nach der Erfindung;

Fig.2 eine mehr ins einzelne gehende schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Überwachungseinrichtung, die einen Bestandteil der Anord- nting nach F i g. 1 darstellt;

Fig.3 eine abgewandelte Ausfühningisföfm einer Schaltung entsprechend F i g. 2.

Bei der in der Zeichnung dargestellten Schaltung ist eine Batterie 1 vorgesehen, deren positiver Pol mit einer Fahrstromschaltung 2 für den Antriebsmotor des Fahrzeugs in Verbindung steht und zwar über eine Sicherung 3, über Kontakte 4a eines Schutzes mit der Schützspule,, 4 und über eine Sicherung 5. Die

Fahrstromschaltung 2 und eine Steuerschaltung 6 stellen die Hauptteile einer elektrischen Steuerschaltung für das Fahrzeug dar. Normalerweise werden verschiedene elektronische Steuerelemente in Verbindung mit der Steuerschaltung 6 verwendet, jedoch sind diese der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.

Die Fahrstromschaltung 2 besteht aus einer Kontaktanordnung 8a, einer Hauptfeldwicklung 9, einer weiteren Kontaktanordnung 10a und einem Anker 11 des Antriebsmotors. Dioden 12 und 13 lassen Strom durch verschiedene Abschnitte der Motorschaltung fließen, und zwar während der Intervalle zwischen Impulsen, welche der Schaltung über einen Thyristor 14 zugeführt werden. Der Thyristor ist mit dem Anker 11 und der Batterie 1 in Reihe geschaltet Weiterhin wird der Thyristor in bekannter Weise mit Betätigungsimpulsen versorgt, die ihn intermittierend leitfähig machen, wobei nicht gezeigte Mittel vorgesehen sind, um die Leitfähigkeit des Thyristors nach jedem Betätigungsimpuls zu löschen.

Parallel zu dem Thyristor 14 liegt eine Schaltung, die aus einer Diode 15, aus einem BremsverriegoJungsschalter 16 und zwei parallelen Abzweigungen besteht. Die erste Abzweigung umfaßt einen Schalter 17, der in Reihe mit einer Schützspule 8 zur Betätigung der Kontaktanordnung 8a liegt, und die zweite Abzweigung umfaßt einen Schalter 18 sowie eine Schützspule 10 zum Betätigen der Kontaktanordnung 10a. Die vorstehend beschriebene Schaltung wird dazu verwendet, den Motorkreis ein- und auszuschalten und die Stromrichtung durch den Feldkreis des Motors zu bestimmen.

Der positive Pol der Batterie 1 ist über die Sicherung 3 und eine weitere Sicherung 19 an einen gemeinsamen Pol eines Zündschlosses 20 angeschlossen. Bei letzterem handelt es sich um einen schlüsselbetätigten, drehbaren Dreipolschalter. In seiner Aus-Stellung sind sämtliche drei Kontaktpaare geöffnet

Das erste Kontaktpaar 20a des Zündschlosses versorgt einen Oszillator 21 in einer Masseschluß-Überwachungse'Tirichtung 22 mit Strom. Letztere wird im folgenden noch eingehender im Zusammenhang mit F i g. 2 beschrieben. Außerdem ist das erste Kontaktpaar des Zündschlosses über einen in Serie geschalteten Widerstand 23 an die Fahrstromschaltung 2 angeschlossen.

Die Ma,Tseschluß Überwachungseinrichtung 22, die in Modulbauweise ausgeführt sein kann, besteht aus Mitteln zum Zuführen von Wechselstrom zu einer Detektorschaltung 25, und zwar über das Chassis des Fahrzeugs, welches schematise!] als Masse 24 angedeutet ist Die Detektorschaltung 25 ist über eine Diode 26 an das eine Ende einer Relaisspule 27 angeschlossen, welches seinerseits über eine Diode 28 mit dem zweiten Kontaktpaar 20h des Zündschlosses 20 in Verbindung steht Die Relaisspule 27 gehört zu einem Relais mit gekuppelten Kontakten 27a und 27b, welche gemeinsam an das dritte Kontaktpaar 20c des Zündschlosses angeschlossen sind und jeweils mit Schützspulen 4 bzw. 29 in Reihe liegen. Die Schützspule 4 dient zum Betätigen der Kontakte 4a, während die Schützspule 29 für Kontakte 29a zuständig ist Diese Kontakte sind beidseitig der Batterie 1 mit dieser in Reihe geschaltet. Die Spulen 27,4 und 29 stehen über eine Sicherung 30 sowie eine weitere Sicherung 31 gemeinsam mit dem negativen Pol der Batterie 1 in Verbindung, und zwar liegt der Anschluß zwischen der Batterie 1 und den Kontakten 29a.

Vor einer ins einzelne gehenden Beschreibung der Betriebsweise und der speziellen Merkmale der Masseschluß-Überwachungseinrichtung sollen deren wesentliche Funktionseigenschaften aufgeführt werden. Die Masseschluß-Überwachungseinrichtung stellt sämtliehe parallelen Masseschlußwege von der Fahrstrom-Schaltung zum Chassis des Fahrzeugs fest Sie schafft keinen Stromweg mit niedrigem Widerstand für Gleichstrom zum Chassis, da ein derartiger Stromweg den Betrieb einer elektronisch gesteuerten Motorschaltung stören könnte. Weiterhin erfolgt eine Selbstprüfung der Masseschluß-Überwachungseinrichtung, so daß ein Warnsignal abgegeben wird, wenn sie außer Betrieb ist
F i g. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der

Masseschluß-Überwachungseinrichtung. Der Oszillator 21 umfaßt hier einen astabilen Multivibrator, dessen Ausgangssignale in einem Verstärker 32 verstärkt und geformt werden. Der Verstärker 32 steht über einen Kondensator 33 mit einem Anschlußpunkt 34 der Masse 24 in Verbindung. Ein weiterer, ebenfalls an der Masse 24 vorgesehener Anschlußpunkt 35 ist über einen Kondensator 36 an eine Detektorschaltung angeschlossen. Den Kondensatoren kommt die wesentliche Funktion zu, einen Stromfluß von Gleichstrom zwischen der Masseschluß-Überwachungseinrichtung und der Masse zu unterbinden.

Das Wechselstromsignal, welches den Kondensator 36 passieren kann, wird über einen Widerstand 37 an den Diodengleichrichter 26 angelegt und gelangt in gleichgerichteter Form zur Relaisspule 27. Die Stärke des über der Relaisspule angelegten Signals wird vorzugsweise so gewählt, daß sie lediglich ausreicht, um das Relais erregt zu halten. Eine Diode 38 bildet zusammen mit der Diode 26 einen Freilaufweg, über den Strom in der Relaisspule 27 zirkulieren kann. Das durch den Kondensator 36 hindurchlaufende Signal wird außerdem über eine Diode 39 und einen normalerweise geschlossenen Mikroschalter 40 an eine den Schaltungen 2 und 6 gemeinsame Verbindungsleiste 41 angelegt.

Die Verbindungsleiste steht normalerweise mit einem Kühlkörper in Verbindung, um die in den einzelnen Bestandteilen, etwa in dem Thyristor 14, erzeugte Wärme abzuführen.

Sofern ein Stromweg mit niedrigem Widerstand zwischen dem Chassis und irgendeinem Punkt der elektrischen Fahrstromschaltung besteht, so verringert sich das an die Detektorschaltung gelangende Signal. Das über der Relaisspule 27 erscheinende Signal reicht dann nicht mehr aus, um das Relais in seiner aktiven Stellung zu halten. In dieser aktiven Stellung des Relais sind die Kontakte 27a und 27b geschlossen, wodurch Strom zu den Schützspulen 4 und 29 gelangt. Diese schließen dabei jeweils die Kontakte 4a und 29a. Wenn jedoch die Relaisspule 27 ungenügend erregt wird, gelangt das Relais in eine Ausschaltstellung, in weicher die Kontakte 27a, 276, 4a und 29? geöffnet sind.

Dadurch wird die elektrische Stromversorgung des Fahrzeugs unterbrochen.

Bewegt man das Zündschloß aus der in F i g. I dargestellten Aus-Stellung in eine erste Position, so schließen sich das erste und das dritte Kontaktpaar. In dieser Position wird der Oszillator 2j, nämlich der astabile Multivibrator der Masseschluß-Überwachungseinrichtung mit Energie versorgt, und zwar aus der Batterie über das eiste Kentaktpaar des Zündschlosses. Sofern kein Masseschluß auftritt, liefert die Detektorschaltung 25 Strom zur Relaisspule 27. Die Stärke dieses Stromes ist so gewählt, daß bei der vorliegenden

Ausführungsform nach der Erfindung das Relais lediglich aktiv gehalten werden kann, sofern es bereits erregt ist Dementsprechend wird das Relais bei dieser Betätigungsstufe noch nicht in Betrieb gesetzt. Das Zündschloß kann in eine zweite Position bewegt werden, in der das erste und zweite Kontaktpaar geschlossen und das dritte Kontaktpaar geöffnet ist. !n dieser Position versorgt das zweite Kontaktpaar des Zündschlosses die Relaisspule 27 mit einem Strom, dessen Stärke ausreicht, die Kontakte 27a und 27b zu schließen, und zwar unabhängig davon, ob die Detektorschaltung ein Signal liefert. Das dritte Kontaktpaar bleibt bei dieser Betätigungsstufe offen, um eine Rrregung der Spulen 4 und 29 zu vermeiden. Dies stellt ein zusätzliches .Sicherheitsmerkmal dar. da jeder Versuch des Bedienungspersonals vereitelt wird, eine Fehleranzeige durch Fahren in der zweiten Zündschloßstellung zu übergehen.

Das Zündschloß kann mit einer Federverspannung Fahrstromentnahme und, im Falle eines Hubwagens, beim Anheben maximaler Lasten.

F i g. 3 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Masseschluß-Überwachungseinrichtung. Diese Ausfiihrungsforni ähnelt der nach Fig. 2, weist jedoch einen Rechenverstärker oder Funktionsverstärker 42 auf. Der Funktionsverstärker 42 besitzt einen Differentialeingang mit hoher Impedanz und einen Ausgang mit niedriger Impedanz. Sein invertierender Eingang 43 ist

ίο an ein Bezugspotential angeschlossen, und sein nicht invertierender Eingang 44 steht über den Kondensator 36 sowie Widerstände 45 und 50 mit dem Chassis in Verbindung. Sein Ausgang 46 ist über einen Kondensa lor 47 und die Diode 26 an die Relaisspule 27 angeschlossen. Der Funktionsverstärker arbeitet als Schmidt-Trigger, dessen Schwelle vom Bc/ugspotential bestimmt wird, und zwar über den Anschluß eines Widerslandes 48 zwischen dem Ausgang 46 und dem Eingang 44. Der Verstärker 42 wird über das

/weiten in die erste Position zurückzukehren. Unter diesen Umständen wird, sofern kein Fehler vorliegt, die Relaisspule erregt bleiben, und zwar unter der Wirkung des Haltestromcs, der von der Detektorschaltung geliefert wird. Die Schützspulen 4 und 29 werden vom dritten Kontaktpaar des Zündschlosses und von den durch die Relaisspule 27 betätigten Kontakten mit Strom versorgt. Dementsprechend kann das Fahrzeug normal gefahren werden. Sobald der Widerstand /wischen der Fahrstromschaltung und dem Chassis auf einen ausreichend niedrigen Wert abfällt, genügt der zur Relaisspule 27 gelieferte Strom nicht mehr, woraufhin die Stromzufuhr zu den Schützspulen 4 und 29 unterbrochen wird.

Die Masseschluß Überwachungseinrichtung nach F ig. 2 spricht auf die Spannung der Batterie an. und zwar steigt der kritische Wert des Masseschluß-Widerstandes zwischen der Fahrstrotnschaltung und dem Chassis an. wenn die Spannung der Batterie abnimmt. Die Überwachungseinrichtung arbeitet daher am ehesten, wenn das elektrische System des Fahrzeuges schwer belastet ist. beispielsweise während maximaler

sen aus ucr /υ isuniiiRipaai <ua un /.uiiuM-immtr* mit otroin versorgt.

Der Funktionsverstärker 42 kann einen konstanten Ausgangsstrom liefern, der nach Gleichrichtung durch die Diode 26 an die Spule 27 abgegeben wird. Dementsprechend spricht die Schaltung weniger auf die Spannung der Batterie an. Wenn das vom Chassis an den Kondensator 36 abgegebene Signal entsprechend der obigen Beschreibung durch das Auftreten eines Masseschlusses unter die Schwelle absinkt, auf die der Funktr.,-r.sverstärker 42 eingestellt ist. so reicht der Ausgang des Funktionsverstärkers nicht mehr aus, die Relaisspule 27 genügend erregt zu halten. Es öffnen sich dann die Kontakte 27a und 27b.

Bei der Schaltung nach F i g. j ist der Widerstand 45 zusammen mit einer Zenerdiode 52, die parallel zu einem Widerstand 51 liegt, dazu vorgesehen, unerwünschte Einschaltstöße zu unterdrücken.

Die beschriebene Masseschluß-Überwachungseinrichtung prüft sich selbst. Wenn sie nämlich betriebsunfähig ist. wird die Relaisspule 27 ungenügend erregt.

gerade so, als ob die kontrollierten Bedingungen zu einem Öffnen der Kontakte 27a und 276 führen wurden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Masseschluß-Überwachungseinrichtung für die normalerweise von der Masse eines elektrischen Triebrahrzeuges isolierte Fahrstromschaltung mit einem Oszillator zur Erzeugung einer Kontroll-Wechselspannung, die unter Zwischenschaltung eines Kondensators zwischen Masse und einem Punkt der Fahrstromschaltung liegt, und mit einer Detektorschaltung, die auf einen vom Oszillator gelieferten Wechselstrom anspricht und bei Auftreten eines Masseschlusses über ein Relais die Fahrstromschaltung von der sie speisenden Stromquelle abschaltet, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung (2S) in Reihe mit einem weiteren Kondensator (36) zwischen der Masse (24) und dem genannten Punkt der Fahrstromschaltung (2) liegt und das Relais (27,27a, 27b) bei Unterschreiten eines für den masseschlußfreien Betrieb charakteristischen Stromes in der Detektorschaltung 7um Abfallen bringt.

Z Masseschluß-Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie von einem Schalter (20) steuerbar ist, der in einer ersten Position die speisende Stromquelle mit dem Oszillator (21) und den Kontakten (27a, 27b) des Relais, jedoch nicht mit desst/i Spule (27) verbindet und in einer zweiten Position eine Verbindung der speisenden Stromquelle zum Oszillator sowie zur Spule (27) des Relais, nicht jedoch zu dessen Kontakten, herstellt, wobei der Schalter (20) unter Vorspannung steht, um in die erste Position zurückzukehren.