DE10105457A1 - Vorrichtung zum Trennen und Schalten einer Last - Google Patents

Abstract

Für ein sicheres Stecken einer Sicherung oder eines Steckers ohne Entsteheung eines Lichtbogens ist erfindungsgemäß eine Vorrichtung (1) zum Trennen und Schalten einer Last (2) mit einer Steuereinrichtung (4) und mit einem zwischen einer Spannungsversorgung (6) und der Last (2) angeordneten Schaltelement (14) vorgesehen, das mit der Steuereinrichtung (4) verbunden ist, wobei ein zwischen der Spannungsversorgung (6) und dem Schaltelement (14) vorgesehener Eingang (16) für die Steuereinrichtung (4) zur Überwachung mindestens eines Spannungsgrenzwerts dient, und wobei die Steuereinrichtung (4) bei Unterschreiten eines ersten Spannungsgrenzwerts das Schaltelement (14) deaktiviert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Trennen und Schal­ ten einer Last, insbesondere eines Verbrauchers in einem Fahr­ zeug.

Zur Spannungsversorgung verschiedener elektrischer Verbraucher umfaßt ein Fahrzeug mindestens ein Bordnetz und eine Steuerein­ richtung zur Ansteuerung des jeweiligen Verbrauchers. Das Bord­ netz weist üblicherweise eine Sicherung auf, die im Fall eines Kurzschlusses, z. B. in der Verkabelung, oder durch einen Defekt am Verbraucher ausgelöst wird. Beim Stecken einer Steckverbin­ dung oder der Sicherung nach der Fehlerbehebung kann es bei ei­ nem eingeschalteten Verbraucher zur Entstehung eines Lichtbo­ gens kommen. Der wiederum die betreffenden Kontakte beschädigt oder verschweißt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung zum Trennen und Schalten einer Last anzugeben, mit der es möglich ist, eine Sicherung oder andere Stecker ohne Entstehung eines Lichtbogens zu stecken.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zum Trennen und Schalten einer Last mit einer Steuereinrichtung und mit einem zwischen einem Bordnetz und der Last angeordnetes Schaltelement, das mit der Steuereinrichtung verbunden ist, so­ wie mit einem zwischen dem Bordnetz und dem Schaltelement vor­ gesehenen Eingang für die Steuereinrichtung zur Überwachung mindestens eines Spannungsgrenzwerts, wobei die Steuereinrich­ tung bei Unterschreiten eines ersten Spannungsgrenzwerts das Schaltelement deaktiviert. Hierdurch ist sichergestellt, daß der Verbraucher bzw. die Last im Fehlerfall des Bordnetzes mit­ tels des deaktivierten Schaltelements spannungslos ist. Somit ist bei Einsetzen der Sicherung die Entstehung eines Lichtbo­ gens sicher verhindert. Ein eventuelles Abklemmen der Versor­ gungsbatterie oder des Bordnetzes kann entfallen. Durch die Verwendung eines Schaltelements ist eine besonders einfache Vorrichtung gegeben, die auch in bestehende Systeme eines Fahr­ zeugs ohne größeren Aufwand nachgerüstet werden kann. Bevorzug­ termaßen deaktiviert die Steuereinrichtung oder das Steuergerät das Schaltelement, wenn die Spannung aus dem Bordnetz, die vor dem Schaltelement am Eingang abgegriffen wird, den ersten Span­ nungsgrenzwert, insbesondere einen Wert von kleiner 2 V, unter­ schreitet. Je nach Art und Ausführung der Spannungsversorgung in einem Fahrzeug, z. B. 14 V-Bordnetz, 42 V-Bordnetz oder 60 V- Batterie oder gemischte Versorgungsspannung, kann ein entspre­ chend erster Spannungsgrenzwert in der Steuereinrichtung einge­ stellt werden. Der erste Spannungsgrenzwert wird dann mittels der Steuereinrichtung mit dem am Eingang anliegenden Spannungs­ wert verglichen. Ist der am Eingang gemessene Spannungswert kleiner gleich dem ersten Spannungsgrenzwert wird das Schalt­ element mittels der Steuereinrichtung deaktiviert.

Zweckmäßigerweise aktiviert die Steuereinrichtung bei Über­ schreiten eines zweiten Spannungsgrenzwerts das Schaltelement. Als zweiter Spannungsgrenzwert wird vorzugsweise ein die jewei­ lige Versorgungsspannung entsprechender Wert vorgegeben. Bei­ spielsweise wird bei einem 42 V-Bordnetz als zweiter Spannungs­ grenzwert ein Wert von größer 30 V eingestellt. Je nach Ausfüh­ rungsform der Steuereinrichtung wird das Schaltelement bevor­ zugt nach Ablauf einer vorgebbaren Zeit oder bei Vorliegen ei­ ner Funktionsanforderung aktiviert. Beispielsweise wird nach Einlegen der Sicherung und Überschreiten des zweiten Spannungs­ grenzwerts am Eingang der Steuereinrichtung sowie bei Vorliegen eines Neustart des Fahrzeugs anhand der Stellung des Zünd­ schlosses das Schaltelement aktiviert. Alternativ oder zusätz­ lich wird das Schaltelement nach Einlegen der Sicherung und Ü­ berschreiten des zweiten Spannungsgrenzwerts am Eingang der Steuereinrichtung und nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit akti­ viert.

Zweckmäßigerweise ist als Schaltelement ein Halbleiter-Element oder ein Relais vorgesehen. Als Halbleiter-Element dienen bei­ spielsweise elektronische Analogschalter, wie Dioden, bipolare Transistoren, Feldeffekttransistoren, die ein schnelles und präzises Schalten ermöglichen. Insbesondere bei Elektromotoren, die üblich über Pulsweitenmodulation geregelt werden, sind auf­ grund der hohen Schaltfrequenzen Halbleiter-Schaltelemente vor­ gesehen.

Vorteilhafterweise ist für den Fall, daß die Steuereinrichtung und die Last über ein Sicherungselement gemeinsam abgesichert sind, bei Überschreiten des zweiten Spannungsgrenzwertes das Schaltelement mit einer zeitlichen Verzögerung schaltbar. Hier­ durch ist sichergestellt, daß vor dem Schalten der Last zuerst die Steuereinrichtung mit Spannung versorgt wird, wodurch die zum Schalten der Last erforderlichen Kriterien mittels der Steuereinrichtung geprüft werden. Mit anderen Worten: Liegt am Eingang der Steuereinrichtung eine den sicheren Betrieb der Spannungsversorgung charakterisierende Spannung an, d. h. liegt der Wert oberhalb des zweiten Spannungsgrenzwertes, wird die Last durch Aktivierung des Schaltelements erst nach Ablauf ei­ ner vorgegebenen Zeit geschaltet. Somit ist die Entstehung ei­ nes Lichtbogens sicher vermieden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß anhand der fortlaufenden Überwachung der Spannung aus dem Bordnetz ein Unterscheiten eines kritischen Spannungs­ grenzwerts bestimmt wird, anhand dessen das Schaltelement mit­ tels der Steuereinrichtung so lange deaktiviert wird, bis ein Normalspannungspegel des Bordnetzes erfaßt wird. Hierdurch ist sichergestellt, daß ein den kritischen Spannungswert verursa­ chende Störung im Bordnetz, die zu einem Auslösen der Sicherung führt, ohne Entstehung eines Lichtbogens durch Stecken von Steckverbindungen oder der Sicherung behoben werden kann. Dies ist auch dann gewährleistet, wenn die Last nach wie vor einge­ schaltet ist, daß mittels des Schaltelements der Zweig zwischen Bordnetz und Last getrennt ist. Somit ist auch ein aufwendiges Abklemmen der Versorgungsbatterie sicher vermieden. Darüber hinaus ist mittels der Steuereinrichtung ein Aktivieren des Schaltelements nach der Fehlerbehebung automatisch ermöglicht.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeich­ nung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung zum Trennen und Schalten einer Last mit einer Steuereinrichtung und einem Schaltelement,

Fig. 2 schematisch eine Vorrichtung gemäß Fig. 1, mit einer gemeinsamen Spannungsversorgung für die Last und die Steuereinrichtung, und

Fig. 3 schematisch eine alternative Vorrichtung gemäß Fig. 1.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Trennen und Schalten einer Last 2, z. B. eines Motors oder einer Pumpe. Der Verbraucher o­ der die Last 2 wird mittels einer Steuereinrichtung 4 geschal­ tet. Die Last 2 und die Steuereinrichtung 4 werden von zwei ge­ trennten Spannungsversorgungen 6 bzw. 8 gespeist. Zur Absiche­ rung der Last 2 und der Steuereinrichtung 4 ist jeweils ein zu­ gehöriges Sicherungselement 10 bzw. 12 vorgesehen. Als Steuer­ einrichtung 4 dient beispielsweise ein von den Spannungsversor­ gungen 6 bzw. 8 getrenntes Steuergerät, welches der betreffen­ den Last 2 zu dessen Steuerung zugeordnet ist. Die Spannungs­ versorgungen 6 und 8 können dabei als sogenannte Bordnetze mit unterschiedlicher Spannung ausgeführt sein, beispielsweise für elektrische Verbraucher mit geringer Leistung wie die Steuer­ einrichtung ein 14 V-Bordnetz und für elektrische Verbraucher mit großer Leistung wie ein E-Motor ein 42 V-Bordnetz. Als Sicherungselemente 10 und 12 können herkömmliche Schmelzsicherun­ gen oder andere Halbleiterelemente verwendet werden.

Darüber hinaus ist in dem Zweig zur Versorgung der Last 2 zwi­ schen der Spannungsversorgung 6 und der Last 2 ein Schaltele­ ment 14 angeordnet, das mit der Steuereinrichtung 4 verbunden ist. Das Schaltelement 14 kann dabei als ein Relais oder ein Halbleiterelement, z. B. ein Transistor, ausgeführt sein. Ferner ist in diesem Zweig zwischen der Spannungsversorgung 6 und dem Schaltelement 14 ein Eingang 16 für die Steuereinrichtung 4 zur Überwachung mindestens eines Spannungsgrenzwerts vorgesehen. Der Eingang 16 wird einem Analog-Digital-Wandler 18 der Steuer­ einrichtung 4 zur Ermittlung und Überwachung der vor dem Schaltelement 14 anliegenden Spannung und ggf. zur Diagnose zu­ geführt.

In einem Fehlerfall, z. B. einem Kurzschluss in der Spannungs­ versorgung 6, welche zu einem Auslösen des Sicherungselements 10 führt, deaktiviert die Steuereinrichtung 4 das Schaltelement 14 bei Unterschreiten eines ersten Spannungsgrenzwerts G1 am Eingang 16. Dazu wird mittels der Steuereinrichtung 4 die am Eingang 16 erfaßte Spannung mit dem ersten Spannungsgrenzwert G1, z. B. G1 = 2 V verglichen. Ist die am Eingang 16 erfaßte Spannung kleiner als 2 V, wird das Schaltelement 14 deaktiviert, wodurch die Last 2 von der Spannungsversorgung 6 getrennt wird. Auch bei einem geforderten Schalten der Last 2 bleibt diese aufgrund des Fehlers in der Spannungsversorgung 6 von dieser getrennt. Mit anderen Worten: Solange mittels der Steuerein­ richtung 4 anhand der Spannung am Eingang 16 ein defektes Si­ cherungselement 10 identifiziert wird, wird das Schaltelement 14 nicht aktiviert. Dazu wird mittels der Steuereinrichtung 4 die am Eingang 16 erfaßte Spannung auf Unterschreiten des Span­ nungsgrenzwerts G1 fortlaufend überwacht. Somit ist ein Stecken des Sicherungselements 10 ohne gleichzeitiges Anliegen der Last 2 an der Spannungsversorgung 6 ermöglicht. Hierdurch ist die Entstehung eines Lichtbogens sicher vermieden.

Durch Einsetzen eines neuen Sicherungselements 10 liegt vor dem Schaltelement 14 eine Spannung an, die größer als der erste Spannungsgrenzwert ist. Die Überwachung der Spannung am Eingang 16 mittels der Steuereinrichtung 4 ergibt somit einen Wert o­ berhalb des ersten Spannungsgrenzwertes, insbesondere oberhalb eines zweiten Spannungsgrenzwertes G2. Das Schaltelement 14 wird bei Vorliegen einer Funktionsanforderung bzw. nach Ablauf einer vorgebbaren Zeit mittels der Steuereinrichtung 4 akti­ viert, wodurch die Last 2 geschaltet werden kann. Liegt am Ein­ gang 16 beispielsweise wieder eine den zweiten Spannungsgrenz­ wert G2 überschreitende Spannung an, so wird nach einem Neu­ start des Fahrzeugs (= Zündschloss in Stellung 0) mittels der Steuereinrichtung 4 die Last 2 geschaltet. Je nach Art und Aus­ führung der Steuerlogik für die Last 2 können auch andere Funk­ tionsanforderungen zum Schalten der Last 2 stets in Abhängig­ keit von der vor dem Schaltelement 14 erfaßten Spannung ge­ schaltet werden.

Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführungsform der Vorrichtung 1. Dabei ist für die Steuereinrichtung 4 und die Last 2 gemein­ sam eine der Spannungsversorgungen 6 oder 8, z. B. die Span­ nungsversorgung 6, ein 42 V-Bordnetz im Fahrzeug, vorgesehen. Die Last 2 wird von der externen Steuereinrichtung 4 geschal­ tet. Die Steuereinrichtung 4 überwacht mittels des Eingangs 16 die Spannung der Spannungsversorgung 6, welche vor dem Schalt­ element 14 erfaßt wird. Bei einem Fehlerfall in der Spannungs­ versorgung 6 kommt es zu einem Auslösen des zugehörigen Siche­ rungselements 10. Somit liegt an dem Eingang 16 des Steuerge­ räts oder der Steuereinrichtung 4 keine Spannung an, der Span­ nungsgrenzwert G1 wird unterschritten. Das Schaltelement 14 ist deaktiviert. Das Schaltelement 14 ist beispielsweise als ein Relais mit stromlos, offenem Schalter ausgeführt.

Durch Ersetzen der defekten Sicherung durch ein neues Siche­ rungselement 10 wird die Steuereinrichtung 4 mit Spannung von der Spannungsversorgung 6 versorgt. Die am Eingang 16 anliegen­ de Spannung überschreitet den Spannungsgrenzwert. Das Schaltelement 14 wird mittels der Steuereinrichtung 4 erst nach Ab­ lauf einer vorgegebenen Zeit und bei Vorliegen einer Funktions­ anforderung geschaltet, wodurch die Last 2 zugeschaltet wird. Somit wird zuerst die Steuereinrichtung 4 und nach Ablauf einer Zeit die Last 2 mit Spannung versorgt. Demzufolge ist ein Lichtbogen sicher vermieden.

Fig. 3 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform der Vor­ richtung 1. Dabei umfaßt diese sowohl die Steuereinrichtung 4 als auch die Sicherungselemente 10 und 12 für die Spannungsver­ sorgung 6 bzw. 8 der Last 2 bzw. Steuereinrichtung 4. Die Steu­ ereinrichtung 4 erfaßt und überwacht, wie bereits oben be­ schrieben, die Spannung im Zweig zur Versorgung der Last 2 vor dem Schaltelement 14. Dabei wird zwischen zwei Fehlern wie folgt unterschieden. Fällt nur die Spannung im Zweig der Ver­ sorgung der Last 2 aus, d. h. die Steuereinrichtung 4 wird wei­ terhin mittels der Spannungsversorgung 8 mit Spannung versorgt und am Eingang 16 unterschreitet die Spannung den Spannungs­ grenzwert, wird das Schaltelement 14 mittels der Steuereinrich­ tung 4 deaktiviert. Ein Einsetzen eines neuen Sicherungsele­ ments 10 führt, wie im Ausführungsbeispiel unter Fig. 1 darge­ legt, zu einer Aktivierung des Schaltelements 14, wodurch die Last 2 in Abhängigkeit von einer Funktionsanforderung geschal­ tet werden kann.

Fallen beide Spannungsversorgungen 6 und 8 aus, d. h. weder die Steuereinrichtung 4 noch die Last 2 werden mit Spannung ver­ sorgt, erfolgt eine Aktivierung des Schaltelements, wie im Aus­ führungsbeispiel zu Fig. 2 dargelegt, erst nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit.

Claims (4)

1. Vorrichtung (1) zum Trennen und Schalten einer Last (2) mit einer Steuereinrichtung (4) gekennzeichnet durch ein zwischen einer Spannungsversorgung (6) und der Last (2) angeordnetes Schaltelement (14), das mit der Steuer­ einrichtung (4) verbunden ist, und einen zwischen der Span­ nungsversorgung (6) und dem Schaltelement (14) vorgesehenen Eingang (16) für die Steuereinrichtung (4) zur Überwachung min­ destens eines Spannungsgrenzwerts, wobei die Steuereinrichtung (4) bei Unterschreiten eines ersten Spannungsgrenzwerts das Schaltelement (14) deaktiviert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer­ einrichtung (4) bei Überschreiten eines zweiten Spannungsgrenz­ werts das Schaltelement (14) aktiviert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Schalt­ element (14) ein Halbleiter-Element oder ein Relais vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer­ einrichtung (4) und die Last (2) über ein Sicherungselement (10) gemeinsam abgesichert sind, wobei bei Überschreiten des zweiten Spannungswertes das Schaltelement (14) mit einer zeit­ lichen Verzögerung schaltbar ist.