DE4244118C1 - Vorrichtung zum Schützen von Relaiskontakten gegen Überlastung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schützen von Relaiskontakten gegen Überlastung, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit einer elektrischen Last, welche über Relaiskontakte an eine Spannungsquelle angeschaltet werden kann, mit einer Ansteuerungselektronik zur Ansteuerung eines Relais sowie mit einem Stromsensor und einer Schmelzsicherung im Laststromkreis.

Eine Schaltungsanordnung, bei der hohe elektrische Stromstärken über ein Relais geschaltet werden, ist aus der DE 40 04 400 A1 bekannt. Hierbei werden die Glühkerzen eines Dieselmotors über die Kontakte eines Relais an eine Spannungsquelle angeschaltet. In Reihe mit jeder Glühkerze liegt eine Schmelzsicherung, die bei überhöhten Lastströmen, insbesondere bei einem Kurzschluß, in einem Laststromkreis den jeweiligen Laststromkreis unterbrechen soll. Parallel zu jeder Schmelzsicherung sind jeweils die Eingänge eines Komparators geschaltet, welcher als Stromsensor fungiert und Kurzschlüsse oder Leitungsunterbrechungen in den jeweiligen Laststromkreisen erkennen und einer Steuerschaltung signalisieren kann.

Nachteilig an einer solchen Schaltungsanordnung ist, daß die Relaiskontakte im Fall von überhöhten Lastströmen nur unzureichend gegen Überlastung geschützt sind.

Tritt bei dieser Schaltungsanordnung in einem der Laststromkreise eine überhöhte Stromstärke auf, so wird die Ansteuerung der Laststromkreise über das Relais unverändert fortgesetzt, während der überlastete Stromkreis durch das Auslösen der Schmelzsicherung unterbrochen werden soll.

Hierbei können sich folgende Probleme ergeben:

Liegt die überhöhte Laststromstärke nicht deutlich oberhalb der Ansprechstromstärke der Schmelzsicherung, so kann das Durchschmelzen der Schmelzsicherung eine relativ lange Zeit in Anspruch nehmen. Bei einer solchen leicht überhöhten Stromstärke sind zwar die geschlossenen Relaiskontakte nur wenig durch die erhöhte Strombelastung gefährdet, es kommt aber, sofern das Relais vor dem Durchschmelzen der Sicherung wieder geöffnet wird, zu einer verstärkten Funkenbildung an den Relaiskontakten, die bis hin zur Ausbildung eines Lichtbogens führen kann, welcher die Relaiskontakte zerstören kann.

Ebenso problematisch können aber auch die im Kurzschlußfall auftretenden, hohen Stromstärken sein. Ein über die Relaiskontakte fließender, hoher Kurzschlußstrom erzeugt im Relais ein Magnetfeld, welcher bei ungünstiger Verschaltung des Relais das von der Relaisspule erzeugte Magnetfeld abschwächt. Hierdurch kommt es zu einem Abheben des Ankers von dem Relaisspulenkern, wodurch sich die Relaiskontakte öffnen und sich an den Kontakten ein Lichtbogen ausbildet, der wiederum die Relaiskontakte zerstören kann. Hinzu kommt, daß sich durch den Lichtbogen, die an der Schmelzsicherung abfallende Spannung soweit erniedrigen kann, daß die Ansprechstromstärke der Schmelzsicherung nicht mehr erreicht wird.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine einfache und kostengünstige Vorrichtung zu schaffen, die beim Auftreten eines überhöhten Laststromes, die den Laststrom schaltenden Relaiskontakte wirkungsvoll gegen Überlastung schützt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ansteuerungselektronik beim Auftreten überhöhter Lastströme das Relais zumindest solange im eingeschalteten Zustand beläßt, bis die Schmelzsicherung auslöst und daß Schaltungsmaßnahmen vorgesehen sind, um beim Auftreten von überhöhten Lastströmen eine besonders gute Kontaktgabe der Relaiskontakte zu gewährleisten.

Stromabhängig wirkende Mittel zur Verstärkung des Kontaktdruckes, z. B. Stromschleifen, sind bereits aus der DE-AS 10 65 508 bekannt, wobei aber eine Abschaltung des Laststromkreises nicht vorgesehen ist.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen kann so eine einfache und kostengünstige Vorrichtung geschaffen werden, die beim Auftreten überhöhter Lastströme eine sichere Abschaltung des Laststromkreises ermöglicht, wobei die Belastung des Relaiskontaktes durch die Ausbildung von Schaltfunken oder eines Lichtbogens möglichst gering gehalten wird.

Hierzu ist vorgesehen, daß die Auswerteelektronik das Relais beim Auftreten eines überhöhten Laststromes solange ansteuert, bis die Schmelzsicherung auslöst und so den Laststromkreis unterbricht.

Hierdurch wird ein Schaltfunke bzw. die Ausbildung eines Lichtbogens beim Öffnen des Relaiskontaktes vermieden.

Weiterhin werden Maßnahmen vorgesehen, um am angesteuerten Relais, und zwar besonders im Überlastfall, eine gute Kontaktgabe der Relaiskontakte zu gewährleisten und um Funkenbildung und Kontaktabbrand an den Kontakten zu verhindern.

Hierzu kann vorgesehen werden, das Relais so zu beschalten, daß die Stromrichtung des Laststromes parallel zur Richtung des Spulenstromes fließt, oder daß zumindest die Richtung des Laststromes eine Komponente in Richtung des Spulenstromes besitzt, so daß sich das durch den sehr hohen Laststrom hervorgerufene Magnetfeld zum Magnetfeld der Relaisspule hinzuaddiert. Hierdurch wird gewährleistet, daß sich im Überlastfall, das den Anker haltende Magnetfeld nicht geschwächt, sondern sogar verstärkt wird, wodurch eine besonders sichere Kontaktgabe erreicht wird.

Um bei der Ansteuerung des Relais die Verlustleistung möglichst klein zu halten, wird häufig eine getaktete Ansteuerung der Relaisspule vorgesehen. Es ist vorteilhaft im Überlastfall statt einer getakteten Ansteuerung eine Bestromung der Relaisspule durch einen kontinuierlichen Strom vorzusehen, um ein Öffnen der Relaiskontakte durch das durch den Laststrom hervorgerufene Magnetfeld zu unterbinden.

Um eine besonders sichere Kontaktgabe zu erreichen, kann weiterhin auch vorgesehen werden, den Spulenansteuerungsstrom im Überlastfall noch zu erhöhen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist als besonderen Vorteil einen besonders einfachen Aufbau auf. So wird neben der sehr kostengünstigen Schmelzsicherung nur ein einfacher Stromsensor benötigt. Auch die Ansteuerungselektronik kann sehr einfach ausgeführt sein, zum Beispiel durch einen einfachen Mikrorechnerbaustein.

Da lediglich zwei Signale, nämlich das Relaisansteuerungssignal und das Überlastsignal miteinander verknüpft werden müssen, ist aber auch ein Aufbau der Ansteuerungselektronik mit diskreten Bauelementen ohne großen Aufwand möglich.

Der Aufbau und die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung soll im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert werden.

Es zeigen

Fig. 1 die Skizze eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 einen Ablaufplan zur Verdeutlichung der Funktionsweise der in der Fig. 1 gezeigten Vorrichtung.

In der Fig. 1 ist ein sehr einfach auszuführendes Beispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt.

Ein Laststromkreis besteht aus einer elektrischen Last (5), welche beispielsweise als Glühkerze in einem Kraftfahrzeug mit selbstzündender Brennkraftmaschine ausgeführt sein kann, einer Spannungsquelle (6), einer Schmelzsicherung (4), einem Stromsensor (3) sowie aus den Relaiskontakten (2a).

Die Relaiskontakte (2a) gehören zu einem Relais (2), welches durch eine Ansteuerungselektronik (1) angesteuert wird. Zum Relais (2) können selbstverständlich weitere in der Fig. 1 nicht dargestellte Komponenten mit bekannter Funktion, wie zum Beispiel ein Schaltverstärker oder eine Freilaufdiode gehören.

Der Stromsensor (3) ist ebenfalls über eine Leitung mit der Ansteuerungselektronik (1) verbunden, über die er beim Auftreten von überhöhten Lastströmen ein Überlastsignal (U) an die Ansteuerungselektronik (1) gibt.

Die Funktionsweise der in der Fig. 1 dargestellten Vorrichtung soll im folgenden anhand der Fig. 2 näher erläutert werden.

Tritt bei angesteuertem Relais (2) ein überhöhter Laststrom auf, so gibt der Stromsensor (3) ein Überlastsignal (U) an die Ansteuerungselektronik (1) (a).

Die Ansteuerungselektronik (1) läßt daraufhin das Relais (2) im eingeschaltetem Zustand. Eine eventuell getaktete Ansteuerung der Relaisspule geht in eine kontinuierliche Ansteuerung über (b).

Das Relais (2) bleibt solange angesteuert, bis die Schmelzsicherung (4) auslöst. Hierzu gibt die Ansteuerungselektronik (1) solange ein Relaisansteuerungssignal (S) an das Relais (2) bis das Überlastsignal (U) des Stromsensors (3) wegfällt (c).

Der fehlerhafte Laststromkreis ist nun sicher unterbrochen. Die Ansteuerungselektronik (1) kann nun die Ansteuerung des Relais (2) beenden (d). Sofern das Relais (2) weitere Laststromkreise schaltet, kann deren Funktion weiterhin ordnungsgemäß fortgesetzt werden.

Es ist anzumerken, daß selbstverständlich beim Funktionsschritt (b) die Relaiskontakte durch den erhöhten Laststrom thermisch belastet werden. Diese Belastung kann jedoch durch geeignete Dimensionierung der Schmelzsicherung (4) in für das Relais (2) ungefährlichen Ausmaßen gehalten werden. Durch die sehr einfache erfindungsgemäße Vorrichtung kann jedoch insbesondere der Abbrand der Relaiskontakte (2a) durch Schaltfunken oder gar eine Zerstörung der Relaiskontakte (2a) durch einen Lichtbogen wirkungsvoll verhindert werden.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Schützen von Relaiskontakten gegen Überlastung, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit einer elektrischen Last (5), welche über Relaiskontakte (2a) an eine Spannungsquelle (6) angeschaltet werden kann, mit einer Ansteuerungselektronik (1) zur Ansteuerung eines Relais (2), mit einem Stromsensor (3) und einer Schmelzsicherung (4) im Laststromkreis, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerungselektronik (1) beim Auftreten überhöhter Lastströme das Relais (2) zumindest solange im eingeschalteten Zustand beläßt, bis die Schmelzsicherung (4) ausgelöst hat und daß Schaltungsmaßnahmen vorgesehen sind, um beim Auftreten von überhöhten Lastströmen eine besonders gute Kontaktgabe der Relaiskontakte (2a) zu gewährleisten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung des über die Relaiskontakte (2a) geführten Laststromes so gewählt ist, daß das durch den Laststrom hervorgerufene Magnetfeld das Spulenmagnetfeld des Relais (2) verstärkt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerungselektronik (1) beim Auftreten überhöhter Lastströme einen kontinuierlichen Spulenansteuerungsstrom an die Relaisspule gibt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerungselektronik (1) als Mikrorechner ausgeführt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Ansteuerung von Glühkerzen in einem Kraftfahrzeug mit selbstzündender Brennkraftmaschine Verwendung findet.