DE2935196C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung für elektrische Verbraucher in Kraftfahrzeugen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Prinzipiell sind Sicherungen in Reihe zu elektrischen Verbrauchern schon längs bekannt. Erwähnt seien hier nur Schmelzsicherungen, Bi­ metallschalter, Sicherungsautomaten usw. In der deutschen Zeitschrift "Last-Auto und Omnibus" Stuttgart Nr. 7 - 24. Juni 1959, Seite 284 wird ein Sicherungsautomat für Kraftfahrzeuge beschrieben, der an die Stelle der herkömmlichen Schmelzsicherungen tritt. Dieser Schalter ar­ beitet mit einem Bimetallstreifen, der bei einem Überstrom den Strom­ fluß sofort unterbricht. Die Ansprechempfindlichkeit den bekannten Sicherungen erweist sich jedoch in vielen Anwendungsbereichen als nicht ausreichend. Zum Beispiel werden Glühkerzen bei Brennkraftmaschinen mit Selbstzündung zum schnellen Aufheizen auf so hohe Temperaturen ausge­ legt, daß ihre theoretische Endtemperatur über dem Schmelzpunkt des Glühstiftmantel-Materials liegen kann. Treten dann im Fahrbetrieb Stö­ rungen auf, wie z. B. Überspannung, Kurzschluß eines Vorwiderstandes, Ausfall einer oder mehrerer der parallelgeschalteten Glühkerzen, Ver­ sagen der Steuereinheit, Kleben der Kontakte, dann können sich Teile von Glühdraht oder Glühstift lösen. Gelangen diese in den Brennraum, was besonders beim Wirbelkammermotor leicht möglich ist, dann kann leicht ein Motorschaden eintreten. Aus diesem Grund ist Sicherungsein­ richtungen für derartige elektrische Verbraucher bei Brennkraftmaschi­ nen eine große Bedeutung beizumessen. Die genannten herkömmlichen Sicherungs­ einrichtungen erfüllen diese hohe Anforderungen nicht.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Sicherheitsein­ richtung der eingangs genannten Art die Ansprechempfindlichkeit zu erhöhen und die Verbraucher vor Überlastung zu schützen.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße Sicherheitseinrichtung mit den Merk­ malen des Hauptanspruchs hat sich im Betrieb als äußerst genau und zuverlässig erwiesen. Als besonders vorteilhaft hat sich dabei die elektrische Nachbildung des Tempera­ turverhaltens des Verbrauchers mit einem RC-Glied erwie­ sen, was insbesondere bei getakteter Ansteuerung dieses Verbrauchers von Bedeutung ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Sicherheitseinrichtung mit einem in Reihe zu Verbraucher und Ein-Aus-Schalter liegendem Sicherungsrelais,

Fig. 2 eine Sicherheitsein­ richtung mit z. B. einer Schmelzsicherung anstelle des Sicherungsrelais und einem Kurzschlußschalter für Ver­ braucher und Ein-Aus-Schalter,

Fig. 3 eine Einrichtung zur Überwachung der Glühkerzentemperatur, bei der der temperaturabhängige Innenwiderstand des Verbrauchers als Auslösesignal für das Sicherungsrelais oder den Kurzschlußschalter ausgewertet wird,

Fig. 4 ein Schal­ tungsteil zur elektrischen Nachbildung des Temperatur­ verhaltens des Verbrauchers,

Fig. 5 eine Realisierungs­ möglichkeit der Anordnungen von Fig. 2 und 3 und schließlich

Fig. 6 eine Schaltungsausführung der Ge­ genstände von Fig. 2 und 4.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt in grob vereinfacher Darstellung den Stromkreis einer Glühkerze bei einer Brennkraftmaschine mit Selbstzündung. Dabei ist mit 10 die Glühkerze be­ zeichnet, welche über einen Schalter 11 und ein Sicher­ heitsrelais-Kontaktpaar 12 an den Polen einer Batterie 13 angeschlossen ist. Die Betätigung des Schalters 11 erfolgt ausgehend vom Fahrschalter und ist zeit- und/ oder betriebskenngrößenabhängig steuerbar. 14 kenn­ zeichnet schließlich eine Ansteuervorrichtung für das Sicherheitsrelais-Kontaktpaar 12. Wesentlich beim Gegen­ stand von Fig. 1 ist die direkte Ansteuerung eines in Reihe zur Glühkerze 10 und Schalter 11 liegenden Zu­ satzschalters mit dem Sicherheitsrelais-Kontaktpaar 12. Dieser Zusatzschalter öffnet beim Vorliegen bestimmter Betriebskenngrößen und unterbricht somit unmittelbar den Stromfluß durch die Glühkerze 10.

Beim Gegenstand von Fig. 2 hingegen bewirkt ein Zusatz­ schalter 16 den Kurzschluß entweder der Glühkerze 10 allein (gestrichelt gezeichnete Linie 17) oder jedoch der Reihenschaltung von Glühkerze 10 und Schalter 11. In diesem Fall spricht dann eine Überlastsicherung 18 in Reihe zur Glühkerze 10 und Schalter 11 an und unter­ bricht den Stromfluß. Der Schalter 16 wird dabei von einer Abschalteinrichtung 19 gesteuert, die gegebenen­ falls von ihrem Aufbau her der Ansteuervorrichtung 14 von Fig. 1 entsprechen kann.

Die Ansteuervorrichtung 14 für das Sicherheitsrelais- Kontaktpaar 12 des Gegenstandes von Fig. 1 und die Ab­ schalteinrichtung 19 für den Zusatzschalter 16 von Fig. 2 sollen dann ein entsprechendes Ausgangssignal abgeben, wenn die Glühkerze thermisch gefährdet ist. Der Erkennung dieses Zustandes dienen die Gegenstände von Fig. 3 oder 4, mit denen der temperaturabhängige Innenwiderstand der Glühkerze überwacht wird, oder jedoch das Temperaturver­ halten einer Glühkerze mit elektrischen Mitteln nachbild­ bar ist.

Beim Gegenstand von Fig. 3 wird der temperaturabhängige Innenwiderstand der Glühkerze 10 mittels einer Wider­ standsmeßbrücke abgefragt und ausgewertet. Die Brücken­ schaltung besteht aus der Glühkerze 10 als einem der Widerstände und drei übrigen Widerständen 20, 21 und 22. In Reihe zu dieser Brückenschaltung liegt entsprechend dem Gegenstand von Fig. 1 ein Schalter 11 zur Steue­ rung des Brückenstromes und das Sicherungsrelais-Kon­ taktpaar 12. Beide Verbindungspunkte der Widerstände 10 und 20 sowie 21 und 22 sind zu einem Schwellwertschal­ ter 24 geführt, dessen Ausgang der Betätigung der Sicherheitsrelais-Kontaktpaares 12 dient.

Beachtenswert beim Gegenstand von Fig. 3 ist der Wider­ stand 20 in Reihe zur Glühkerze 10. Dadurch entsteht zwangsläufig ein Leistungsverlust im auch noch so nieder­ ohmigen Widerstand 20. Von Vorteil ist jedoch ausgehend von der Messung des Innenwiderstandes der Glühkerze 10 auch die Steuerungsmöglichkeit für den Schalter 11, dann nämlich, wenn der Schwellwertschalter 24 auf unterschied­ liche Schwellwerte anspricht.

Will man aus Gründen eines möglichst niedrigen Leistungs­ verbrauches den Widerstand 20 des Gegenstandes von Fig. 3 einsparen, dann empfiehlt sich insbesondere bei einer taktweisen Stromversorgung der Glühkerze 10 die elek­ trische Nachbildung ihres Temperaturverhaltens. Dies geschieht zweckmäßigerweise mit Hilfe eines Zeitgliedes, z. B. eines RC-Gliedes entsprechend der Anordnung von Fig. 4.

Dort ist am Verbindungspunkt von Glühkerze 10 und Schal­ ter 11 ein Widerstand 25 angeschlossen, der zu einer Parallelschaltung von Kondensator 26 und Widerstand 27 gegen Masse sowie zu einem ersten Eingang eines Schwell­ wertschalters 28 führt. An seinem zweiten Eingang liegt der Schwellwertschalter 28 an einem festen Potential, wel­ ches mittels eines Spannungsteilers aus den Widerständen 29 und 30 zwischen einer Plusleitung 31 und einer ge­ meinsamen Masseleitung 32 liegt. Die Widerstände 25, 27, 29 und 30 können je nach Anforderung an das System auch als nichtlineare Widerstände oder nichtlineare Wider­ standsnetzwerke ausgeführt sein. Erhält die Glühkerze 10 aus irgendwelchen Gründen zu viel Energie, was ihre über­ mäßige Erwärmung bedeutet, dann wird entsprechend der Kondensator 26 auf einen hohen Spannungswert aufgeladen und der Schwellwertschalter 28 gibt dann ein entsprechen­ des Ausgangssignal ab, welches wiederum zur Ansteuerung des nicht näher dargestellten Sicherungsrelais-Kontakt­ paares 12 dienen kann. Selbstverständlich kann auch die­ ser Schwellwertschalter mehrstufig ausgeführt sein, um auch die Steuerung des Schalters 11 damit noch bewerk­ stelligen zu können. Auch ist die Art der Sicherungsab­ schaltung, von der zwei Möglichkeiten in den Fig. 1 und 2 angedeutet sind, unbeachtlich, denn bei beiden An­ ordnungen muß ein Zusatzschalter geöffnet bzw. geschlos­ sen werden, um letztlich den Stromfluß zur Glühkerze 10 zu unterbrechen.

Realisierungsmöglichkeiten der in den Fig. 1 bis 4 nur angedeuteten Gegenstände zeigen Schaltbilder in den Fig. 5 und 6.

In Fig. 5 ist im wesentlichen der Gegenstand von Fig. 2 in Verbindung mit der in Fig. 3 dargestellten Brücken­ anordnung dargestellt. Dabei sind übereinstimmende Teile auch mit den bereits verwendeten Bezugszeichen versehen. Man erkennt, daß zwischen der Plusleitung 31 und der Masseleitung 32 eine Reihenschaltung von Überlastsiche­ rung 18, Schalter 11, Widerstand 20 sowie Glühkerze 10 angeordnet ist und die Reihenschaltung von Widerstand 20 und Glühkerze 10 mittels zweier Widerstände 21 und 22 zu einer Brückenschaltung vervollständigt ist. Parallel zur Reihenschaltung von Schalter 11, Widerstand 20 und Glühkerze 10 befindet sich der Zusatzschalter 16.

Ferner befinden sich aus Gründen der Funktionssicherheit ein Widerstand 35 parallel zur Glühkerze 10 und ein Wi­ derstand 36 von der Plusleitung 31 zur Verbindungsstelle der beiden Widerstände 21 und 22. Ausgangsseitig ist der Schwellwertschalter 24 über einen Widerstand 36 und eine Diode 37 an der Basis eines Transistors 38 angeschlossen, wobei parallel zur Basis-Emitter-Strecke ein Widerstand 39 angeordnet ist. Zwischen Kollektor dieses Transistors 38 und der Masseleitung 32 liegen ein Sicherungsrelais 40 für den Zusatzschalter 16 sowie parallel dazu eine Freilaufdiode 41.

Von seiner Wirkungsweise her entspricht der Gegenstand von Fig. 5 den bereits skizzierten Schaltungsanordnun­ gen der Fig. 2 und 3. Wesentlich ist, daß bei einem bestimmten, temperaturbedingten Glühkerzen-Widerstand der Schwellwertschalter 24 umschaltet und dann das Siche­ rungsrelais 40 ansprechen läßt. Dieses Sicherungsrelais 40 schaltet dann den Zusatzschalter 16, der Strom durch die Glühkerzen 10 wird wesentlich verringert und außer­ dem spricht aufgrund des hohen Stromflusses durch die Überlastsicherung 18 diese an und unterbricht den Strom­ fluß zur Glühkerze 10 vollständig. Als Größen einzelner Bauteile seien angegeben: Überlastsicherung 18: 80 A, Glüh­ kerzen-Widerstand: 10 bis 500 Milli-Ohm (in der Regel wird die erforderliche Anzahl von Glühkerzen parallelge­ schaltet), Widerstand 21: 1 Kilo-Ohm und Widerstand 23: 10 Kilo-Ohm.

Die strichpunktiert in Fig. 5 eingezeichnete Linie 45 soll deutlich machen, welche Teile des Gegenstandes von Fig. 5 Teil der Fahrzeugverdrahtung sind und welche im Sicherungssteuergerät liegen.

Fig. 6 zeigt als Beispiel die Kombination der Gegen­ stände von Fig. 2 und Fig. 4. In entsprechender Weise sind hier wieder gleiche Bauteile mit den gleichen Be­ zugszeichen versehen.

Bei der Schaltungsanordnung von Fig. 6 liegen zwischen der Plusleitung 31 und der Masseleitung 32 die Reihen­ schaltung von Überlastsicherung 18, Schalter 11 und Glüh­ kerze 10. Überbrückt sind Schalter 11 und Glühkerze 10 durch den Zusatzschalter 16. Ausgehend von der Verbin­ dungsstelle von Glühschalter 11 und Glühkerze 10 führt eine Leitung 50 sowohl zu einem Widerstand 51 als auch zu einem weiteren Widerstand 52, dem eine zur Masseleitung 32 führende Parallelschaltung zweier Widerstände 53 und 54 folgt. Außerdem folgt dem Widerstand 52 ein Wider­ stand 55, der am Emitter eines Transistors 56 ange­ schlossen ist. Darüber hinaus steht der Emitter über eine Diode 57 mit der Verbindungsstelle der beiden Wi­ derstände 53 und 54 in Verbindung. Die Basis dieses Transistors 56 ist einmal über einen Widerstand 58 mit der Plusleitung 31 und einmal über eine Zenerdiode 59 mit der Minusleitung 32 gekoppelt. Emitterseitig ist der Transistor 56 mit dem anderen Anschluß des Wider­ standes 51 verbunden und gleichzeitig führt eine Diode 60 zur Parallelschaltung von Kondensator 26 und Wider­ stand 27 gegen die Masseleitung 32 sowie zu einem ersten Anschluß eines Schwellwertschalters 61. Der zweite Ein­ gang dieses Schwellwertschalters 61 steht mit der Plus­ leitung 31 über einen Widerstand 62 und mit der Minus­ leitung 32 über eine Zenerdiode 62 in Verbindung. Die­ sem Schwellwertschalter 61 folgt über einen Widerstand 65 und eine Diode 66 die Basis eines Transistors 67, von der aus ein Widerstand 68 gegen die Plusleitung 31 ge­ legt ist. Schließlich steht der Kollektor dieses Tran­ sistors 67 noch mit dem Sicherungsrelais 40 für den Zu­ satzschalter 16 sowie mit einer Freilaufdiode 41 in Ver­ bindung.

Wird der Schalter 11 - gegebenenfalls taktweise - betä­ tigt, dann fließt durch die Glühkerze 10 ein entsprechen­ der Strom. Der Spannungsabfall über dieser Glühkerze 10 steuert in entsprechender Weise den Transistor 56, so daß sich ein der Leitungsaufnahme durch die Glühkerze 10 gleichender Strom zum Kondensator 26 ergibt. Da dieser Kondensator 26 integrierend wirkt, ergibt sich eine umso höhere Kondensatorspannung, je größer die mittlere Lei­ stungsaufnahme der Glühkerze 10 ist. Über die Erfassung der Kondensatorspannung läßt sich somit indirekt das Temperaturverhalten der Glühkerze 10, das ebenfalls in­ tegrierenden Charakter hat, nachbilden und entsprechend der Zusatzschalter 16 für eine Notausschaltung steuern.

Mit den vorstehend beschriebenen Einrichtungen ist eine Notausschaltung von Verbrauchern, insbesondere Glühker­ zen in Brennkraftmaschinen mit Selbstzündung, Grenzstrom­ sonden oder PTC-beheizte Objekte möglich, um diese Ver­ braucher insbesondere vor thermischer Überlastung zu schützen, sowie, wie im Fall von Glühkerzen als Verbrau­ cher, die Brennkraftmaschinen selbst vor Schäden infolge defekter Glühkerzen zu bewahren. Wesentlich ist der Sondercharakter der Sicherheitseinrichtungen im Sinne einer Notausschaltung, die neben anderen stromabhängigen Steuerungen der Verbraucher Verwendung finden kann.

Claims (3)

1. Sicherheitseinrichtung für elektrische Verbraucher in Kraftfahr­ zeugen mit einem Stromfluß-Erfassungsorgan und einer Steuereinrich­ tung für einen Stromflußunterbrecher, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromfluß durch den Verbraucher (10) mittels RC-Glied (26, 27) erfaßt wird und die Steuereinrichtung (14, 19) einen Schwellwertschalter (24, 28, 61) umfaßt, dem das Ausgangssignal des RC-Glieds zugeführt wird, dessen Ausgangssignal einen Stromunterbrecherschalter (12) steuert.

2. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorhandensein einer auf die Stromstärke ansprechenden Sicherung (18) in Reihe zum Verbraucher (10), das Ausgangssignal des Schwell­ wertschalters einen dem Verbraucher parallel liegenden Kurzschlußschalter (16) steuert.

3. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der elektrische Verbraucher (10) eine Glühkerze einer Brennkraftmaschine mit Selbstzündung, eine Grenzstromsonde oder ein PTC-beheiztes Objekt ist.