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Trenn schalteinrichtun für Kraftfahrzeume
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Die Erfindung betrifft eine Trennschalteinrichtung für Kraftfahrzeuge
zum Trennen der bordeigenen Spannungsversorgung vom elektrischen Bordnetz.
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Solche Schalteinrichtungen sollen bewirken, daß das elektrische Bordnetz
des Fahrzeuges völlig spannungsfrei wird, um z.B. bei Unfällen eine Brandgefahr
durch Funkenbildung oder Kurzschluß zu vermeiden oder um bei längerem Abstellen
des Fahrzeuges eine Entladung der Batterie durch eventuelle Kriech- oder Leckströme
zu verhindern.
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Bei manchen Fahrzeugen sind derartige Schalteinrichtungen sogar vorgeschrieben.
So müssen Nutzfahrzeuge, die dem Transport gefährlicher Güter dienen, gemäß der
TRGGVS-Vorschrift (Tran sport-Gefahrgut-Verkehr-Straße) über einen sogenannten Notausschalter
verfügen, der auf ein Befehlssignal von einem Notbefehlsgeber anspricht, um das
Bordnetz spannungsfrei zu schalten. Die handelsüblichen Notausschalter enthalten
einen normalerweise geschlossenen Kontaktsatz, der in die Verbindung zwischen einem
Pol der Batterie und dem Bordnetz einzufügen ist. Der Schalter wird fernbedient
durch ein Befehlssignal von einem Notbefehlsgeber, um den Kontaktsatz zu öffnen
und damit die Batterie vom Bordnetz zu trennen. Üblicherweise ist dieser Notbefehlsgeber
ein
beim Fahrer installierter verplombter und normalerweise geschlossener
Betätigungskontakt in einer Steuerleitung des Notausschalters. Wird dieser Kontakt
geöffnet, stellt die dadurch bewirkte Unterbrechung der Steuerleitung das Befehlssignal
für die Notausschaltung dar Wie bereits oben angedeutet, ist eine Trennung der Batterie
vom Bordnetz außer in Notfällen auch dann erwünscht, wenn das Fahrzeug abgestellt
wird. Ein solcher "Standausschalter" sollte so ausgelegt sein, daß er trotz Betätigung
unwirksam ist, wenn bestimmte ausgewählte Stromverbraucher im Kraftfahrzeug wie
z.B. Standlicht, Warnblinkanlage und Zusatzheizung eingeschaltet sind oder der Motor
läuft. Die Funktion eines derartigen Standausschalters kann der beschriebene Notausschalter
nicht erfüllen, da er nur in Notfällen betätigt werden darf und die Batterie vom
Fahrzeug trennt, egal in welchem Betriebszustand das Fahrzeug ist, also auch bei
laufendem Motor, eingeschaltetem Licht usw..
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Um sowohl eine Notausschaltung als auch eine Standausschaltung zu
ermöglichen, war man bisher darauf angewiesen, zwei gesonderte Trennschalter einzubauen,
nämlich den üblichen Notausschalter und einen zusätzlichen Batterietrennschalter
In einer bekannten Ausführungsform enthält dieser Batterietrennschalter einen normalerweise
geschlossenen Kontaktsatz, der in Reihe zum Kontaktsatz des Notausschalters in die
Verbindung zwischen der Batterie und dem Bordnetz eingefügt wird. Während die bekannten
Notausschalter aus Gründen der Eigen sicherheit so ausgebildet sind, daß sie sich
im jeweils eingenommenen Zustand mechanisch halten, verfügen die benutzten Batterietrennschalter
über einen elektrischen Haltestromkreis, durch welchen der Kontaktsatz im geschlossenen
Zustand festgehalten wird, bis eine dem Fahrer zugängliche Betätigungseinrichtung
eine Öffnung des Kontaktsatzes bewirkt. Die Betätigungseinrichtung wird durch eine
besonderte Inhibitionsschaltung unwirksam gehalten, wenn bestimmte ausgewählte Stromverbraucher
im Eraftfahr-
zeug eingeschaltet sind oder der Motor läuft.
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Die Verwendung zweier gesonderter Trennschalter bedeutet einen erheblichen
Kostenaufwand. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine wenig aufwendige Trennschaltelnrichtung
für Kraftfahrzeuge zu schaffen, mit welcher sowohl eine bedingungslos wirksame Notausschaltung
als auch eine bedingt wirksame Standausschaltung ausgelöst werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten
Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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Bei der erfindungsgemäßen Trennschalteinrichtung ist nur ein Trennschalter
vorgesehen, nämlich der Notausschalter.
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Die zweite Abschalteinrichtung, welche für die Standausschaltung die
Funktion des bisher üblichen Batterietrennschalters übernimmt, enthält als Bauteile
nur noch eine Betätigungseinrichtung und die Inhibition sschaltung, welche die Betätigungseinrichtung
unter bestimmten Bedingungen unwirksam macht. Die gewünschte Funktion der zweiten
Abschalteinrichtung kommt dadurch zustande, daß der wirksame Zustand der Betätigungseinrichtung
mit dem Befehlssignal vom Notbefehlsgeber des Notausschalters gemäß einer ODER-Punktion
verknüpft wird. Die eigentliche Batterietrennung übernimmt in beiden Fällen, d.h.
bei der Notausschaltung oder bei der Standausschaltung, der Kontaktsatz des Notausschalters.
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Infolge der ODER-Funktion für die Betätigung des Notausschalters ist
die Sicherheit der Notausschaltung gewährleistet.
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In jedem Fall, egal in welchem Betriebszustand sich das Fahrzeug oder
die Betätigungseinrichtung für die Standausschaltung befindet, wird der Kontaktsatz
des Notausschalters geöffnet und die Batterie abgetrennt, wenn der Notbefehlsgeber
betätigt wird. Wenn wie üblich der Notausschalter ein Gerät ist, das bei Unterbrechung
einer Steuerleitung anspricht, und der Notbefehlsgeber ein in dieser Steuerleitung
liegender Kontakt ist, der zur Abgabe des Befehlssig-
nals geöffnet
wird, dann kann in vorteilhafter Ausführungsform der Erfindung die Betätigungseinrichtung
für die Standausschaltung ein in Reihe mit dem erwähnten Kontakt in der Steuerleitung
liegender zweiter Kontakt sein, der bei Betätigung geöffnet wird. Die Inhibitionsschaltung
kann dann ein Relais aufweisen, das einen den zweiten Kontakt überbrückenden Arbeitskontakt
hat und dessen Spule Erregerstrom empfängt, wenn mindestens einer der ausgewählten
Stromverbraucher eingeschaltet ist oder der Motor läuft.
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Mit dieser Ausbildung der Trennschalteinrichtung bleibt der sogenannte
eigen5icherefl Stromkreis des Notausschalters als solcher erhalten. Das heißt, die
Steuerleitung bleibt gegenüber Fremdstromeinflüssen aus den Stromkreisen der verschiedenen
Verbraucher und aus dem Betriebsstromkreis der Inhibitionsschaltung entkoppelt.
Der mit der erfindungsgemäßen Einrichtung erfolge Eingriff in den Stromkreis des
Notausschalters beeinträchtigt dessen Eigen sicherheit nicht. Dieser Eingriff dürfte
im Rahmen der gesetzlichen Bestimmungen zulässig sein, insbesondere wenn in bevorzugter
Ausführungsform das Relais der Inhibitionsschaltung ein Reed-Relais ist. Die Gasfüllung
dieses Relais sorgt für eine genügende Isolierung zwischen dem Spulen stromkreis
einerseits und dem Relaiskontakt und damit dem Stromkreis des Notausschalters andererseits.
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Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel anhand
einer Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur das Schaltbild einer erfin
dungsgemäßen Trenn schalt ein richtung zeigt.
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In der Zeichnung ist rechts die elektrische Bordbatterie 10 eines
Kraftfahrzeuges dargestellt. Der Minuspol der Batterie ist über einen normalerweise
geschlossenen Kontakt satz K1 eines Notausschalters 20 mit der Masse des Fahrzeugs
(Fahrzeugrahmen) verbunden. Mit dem Pluspol der Batterie 10 ist der Pluspol der
Lichtmaschine (Drehstromgene-
rator) 90 des Fahrzeugs verbunden,
deren Minuspol an Masse liegt. Batterie und Lichtmaschine sind also effektiv parallelgeschaltet,
wenn der Kontakt K1 geschlossen ist.
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Der schematisch dargestellte Notausschalter 20 ist an sich bekannt
und braucht daher nicht in allen Einzelheiten beschrieben zu werden. Eine Erläuterung
wird nur insoweit gegeben, als sie für das Verständnis der Erfindung hilfreich ist.
Der bereits erwähnte Kontakt K1 liegt zwischen dem mit dem Minuspol der Batterie
10 verbundenen Anschluß A und dem mit der Fahrzeugmasse verbundenen Anschluß B des
Notausschalters. Das über den Anschluß A zugeführte Minuspotential der Batterie
und das über einen weiteren Anschluß E zugeführte Potential vom Pluspol der Batterie
werden den Versorgungsspannungseingängen einer Steuerelektronik 22 innerhalb des
Notausschalters 20 angelegt. Ein zweipoliger Signaleingang der Steuerelektronik
22 ist mit Anschlüssen C und D des Notausschalters 20 verbunden. Beim Herstellen
einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen den Anschlüssen C und D bewirkt die
Steuerelektronik 22, daß ein mit ihr verbundenes Relais 21 seinen symbolisch durch
eine Stange 23 dargestellten Anker so bewegt, daß der mit dem Anker gekuppelte Kontakt
K1 schließt. Wird die leitende Verbindung zwischen den Anschlüssen C und D unterbrochen,
dann bewirkt die Steuerelektronik 22 nach einer kurzen Verzögerungszeit (etwa 30
Millisekunden) über das Relais 21, daß sich der Anker 23 im Sinne einer Öffnung
des Kontakts K1 bewegt. Hierdurch wird die Verbindung zwischen dem Minuspol der
Batterie 10 und der Fahrzeugmasse unterbrochen, so daß das Bordnetz von der Batterie
abgetrennt wird.
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Ein zweiter Kontaktsatz K2 innerhalb des Notausschalters 20, der ebenfalls
durch den Anker 23 gleichsinnig mit dem Kontakt K1 bewegt wird, liegt in einer Verbindung
zwischen dem Masseanschluß B und einem Anschluß G des Notausschalters 20. Diese
Verbindung führt vom Anschluß G weiter über die
Spule eines Relais
95 zum Pluspol der Batterie 10 (und der Lichtmaschine 90). Das Relais 95 ist also
bei geschlossen ein Kontakt K2 erregt und hält einen Ruhekontakt 96 geöffnet, der
in einer Verbindung vom Feldwicklungsanschluß 94 der Lichtmaschine 90 zur Fahrzeugmasse
liegt. Spricht also die Steuer elektronik 22 beim Öffnen der leitenden Verbindung
zwischen den Anschlüssen C und D im Sinne einer Öffnung der Kontakt K1 und K2 an,
dann fällt das Relais 95 ab, wodurch sich der Ruhekontakt 96 schließt, so daß die
Feldwicklung der Lichtmaschine 90 über Masse kurzgeschlossen wird. Beim Ansprechen
des Notausschalters wird also nicht nur die Batterie 10 von der Fahrzeugmasse getrennt,
sondern es wird auch die Lichtmaschine 90 wirkungslos, so daß das Bordnetz völlig
spannungsfrei wird, auch wenn die Lichtmaschine läuft.
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Der Notausschalter 20 weist noch einen weiteren Anschluß F auf, der
über einen Strombegrenzungswiderstand 25 mit dem am Minuspol der Batterie 10 liegenden
Anschluß A des Notausschalters verbunden ist. Der Anschluß F bleibt also auch nach
erfolgter Notausschaltung (Öffnen der Kontakte K1 und K2) mit dem Minuspol der Batterie
verbunden. An ihn ist die Minusklemme des (nicht dargestellten) Fahrtschreibers
des Fahrzeugs angeschlossen, dessen andere Klemme mit dem Pluspol des Bordnetzes
verbunden ist. Der Fahrtschreiber bleibt also wie vorgeschrieben auch nach erfolgter
Notausschaltung weiter in Betrieb. Ebenso empfangen die Versorgungsspannungsanschlüsse
der Steuerelektronik 22 nach erfolgter Notausschaltung weiterhin Betriebspotential
über die Anschlüsse A und E. Der gezogene Betriebsstrom ist jedoch sehr schwach
(etwa 20 Milliampere). Eines Haltestroms bedarf der Notausschalter 20 nicht, da
die Kontakte K1 und K2 auf mechanische Weise in ihrer jeweils eingenommenen Stellung
gehalten werden, wie es mit der symbolisch eingezeichneten Rastanordnung 24 am Anker
23 des Relais 21 angedeutet ist.
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Die Anschlüsse C und D des Notausschalters 20 sind über eine Steuerleitung
26-26 miteinander verbunden. Im Zuge dieser Steuerleitung liegt ein normalerweise
geschlossener Not-Betätigungsschalter 30 und in Reihe dazu ein normal er weise geschlossener
zweiter Betätigungsschalter 40. Der Not-Betätigungsschalter 30 ist im Fahrerhaus
installiert und verplombt und darf nur in Notfällen betätigt (d.h. geöffnet) werden.
Der andere Betätigungsschalter 40 ist unverplombt und soll vom Fahrer geöffnet werden,
wenn das Fahrzeug längere Zeit abgestellt wird. Diesem "Abstellschalter" 40 liegt
ein Arbeitskontakt 52 eines Reed-Relais 50 parallel.
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Wird der Not-Betätigungsschalter 30 in einem Notfall geöffnet, dann
wird die Steuerleitung 26-26 und damit die leitende Verbindung zwischen den Anschlüssen
C und D des Notausschalters 20 unterbrochen, so daß die Kontakte K1 und K2 öffnen
und in der beschriebenen Weise das Bordnetz spannungsfrei machen. Diese Notausschaltung
erfolgt bedingungslos, also auch dann, wenn der Abstellschalter 40 und/oder der
Kontakt 52 des Reed-Relais 50 geschlossen sind.
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Muß das Fahrzeug längere Zeit abgestellt werden, dann sollte das Bordnetz
ebenfalls spannungsfrei gemacht werden, auch wenn kein Notfall vorliegt. Hierzu
wird der in Reihe mit dem Not-Betätigungsschalter 30 liegende Abstellschalter 40
geöffnet, wodurch die leitende Verbindung zwischen den Anschlüssen C und D des Notausschalters
20 unterbrochen wird und damit die Spannungsfreischaltung des Bordnetzes erfolgt,
obwohl der Not-Betätigungsschalter 30 geschlossen ist. Der Notausschalter 20 spricht
also an, wenn entweder der Schalter 30 oder der Schalter 40 oder beide Schalter
geöffnet werden, was einer ODER-Funktion entspricht.
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Die Spannungsfreischaltung durch den Abstellschalter 40 (nicht aber
die Notausschaltung durch den Schalter 30) soll jedoch verhindert werden, solange
mindestens einer der beim
Abstellen des Fahrzeugs eventuell benötigten
Stromverbrauddr(z.B. Standheizung, Standlicht, Warnblinkanlage) eingeschaltet ist
oder der Motor läuft. Das heißt, unter diesen speziellen Bedingungen soll eine Betätigung
(d.h.
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das Öffnen) des Abstellschalters 40 wirkungslos bleiben.
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Zu diesem Zweck ist die Spule 51 des Reed-Relais so angeschlossen,
daß sie von Erregerstrom durchflossen wird, solange einer der erwähnten Stromverbraucher
eingeschaltet ist oder der Motor läuft. Im erregten Zustand der Spule 51 ist der
Arbeitskontakt 52 des Reed-Relais geschlossen, so daß der Abstellschalter 40 überbrückt
und ein Offnen dieses Schalters wirkungslos ist.
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Zur Veranschaulichung sind von den erwähnten Stromverbrauchern die
Warnblinkanlage 60, die Standbeleuchtung 70 und das Gebläse 80 einer Standheizung
symbolisch in der Zeichnung dargestellt. Die eine Klemme dieser Verbraucher ist
jeweils an Masse angeschlossen, wahrend die andere Klemme über den jeweils zugehörigen
Ein/Aus-Schalter 61 bzw. 71 bzw. 81 mit dem Pluspol des Bordnetzes verbunden ist.
Jeder Verbindungspunkt zwischen einem Verbraucher und dem zugehörigen Schalter ist
über eine gesonderte Entkoppelungsdiode 62 bzw. 72 bzw. 82 mit dem einen Ende der
Relaisspule 51 verbunden, deren anderes Ende an der Fahrzeugmasse liegt.
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Das erstgenannte Ende der Relaisspule 51 ist außerdem über eine Entkoppelungsdiode
92 und eine Leistung 93 mit dem Feldwicklungsanschluß 94 der Lichtmaschine 90 verbunden.
Ist einer der Verbraucher 60, 70, 80 eingeschaltet oder läuft der Motor, dann empfängt
die Relaisspule 51 über die jeweils zugeordnete Entkoppelungsdiode positives Potential,
so daß der Relaiskontakt 52 geschlossen wird und die Öffnung des Abstellschalters
40 unwirksam macht. Das Reed-Relais 50 bildet also eine Inhibitionsschaltung, welche
die Standausschaltung durch den Abstellschalter 40 unter bestimmten Bedingungen
unwirksam läßt.
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Erst wenn keiner der erwähnten Verbraucher mehr eingeschal
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ist und der Motor steht, öffnet sich der Kontakt 52 des Reed-Relais 50, und die
Stromkreisunterbrechung durch den Abstellschalter 40 wird wirksam, um den Notausschalter
20 ansprechen zu lassen. Wird der Stromkreis der Steuerleitung 26 wieder geschlossen,
dann bewirkt die Steuerelektronik 22 im Notausschalter 20, daß die Kontakte Kl und
K2 in die geschlossene Stellung zurückbewegt werden.
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Die vorstehend beschriebene automatischQInhibition der Standausschaltung
ist besonders wichtig, wenn das Fahrzeug über eine Standheizung verfügt. Das Gebläse
der Standheizung muß nämlich nach dem Abschalten der Heizeinrichtung noch eine gewisse
Zeit weiterlaufen, um eine Überhitzung der Anlage zu vermeiden. Der Gebläseschalter
81 öffnet sich erst nach dieser Zeitspanne. Dadurch wird der Beginn der Spannungsfreischaltung
nach Betätigung des Abstellschalters 40 hinausgezögert, bis sich die Standheizung
abgekühlt hat.
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Die beschriebene kombinierte Trennschalteinrichtung hat gegenüber
der bekannten Verwendung zweier gesonderter Trennschalter nicht nur den Vorteil
verminderten Aufwandes, sondern auch noch einen weiteren Vorzug. Der bisher verwendete
gesonderte Batterietrennschalter für die Standausschaltung benötigt nämlich einen
relativ starken Haltestrom, um ihn in der geschlossenen Stellung zu halten. Es war
daher beim Abstellen des Fahrzeugs in jedem Fall erforderlich, den Batterietrennschalter
zu betätigen, um eine Entladung der Batterie durch den großen Haltestrom zu vermeiden.
Bei der hier beschriebenen kombinierten Tr enn schalt einrichtung kann das Fahrzeug
auch ohne Standausschaltung über längere Zeit abgestellt werden, ohne daß sich die
Batterie übermäßig entlädt, denn die Kontakte K1 und K2 des Notausschalters halten
sich auch in der geschlossenen Stellung mechanisch. Der Strom zur Aufrechterhaltung
der Betriebsbereitschaft der Steuerelektronik 22 ist relativ schwach.
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Anstelle des Reed-Relais 50 wäre auch die Verwendung eines speziell
ausgebildeten Standard-Relais möglich, dessen Betätigungskontakte mit Hilfe von
mechanischen Verbindungen aus Kunststoff zur Betätigungsspule derart ausgebildet
sind, daß ein unerlaubter Eingriff in den eigensicheren Stromkreis verhindert wird.
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