DE102009011169A1

DE102009011169A1 - Vorrichtung zum Schutz vor Berührungen mit spannungsführenden Teilen

Info

Publication number: DE102009011169A1
Application number: DE102009011169A
Authority: DE
Original assignee: Schmidhauser AG
Current assignee: Bucher Hydraulics AG
Priority date: 2008-03-04
Filing date: 2009-03-04
Publication date: 2009-09-10
Anticipated expiration: 2029-03-05
Also published as: DE102009011169B4

Abstract

Die spannungsführenden Bauteile befinden sich in einem Anschlussbereich eines elektrischen Systems, der über ein wegnehmbares Verschlussteil zugänglich ist. Das Verschlussteil ist mittels eines Schließteils in der Schließlage gesichert, wobei das Schließteil von außerhalb des Anschlussbereichs verstellbar ist. Das Schließteil wirkt mit einer innerhalb des Anschlussbereichs wirkenden Kurzschlussbrücke zusammen, die mit zwei oder mehreren Kurzschlusskontakten, an welchen die spannungsführenden Bauteile unterschiedlicher Polarität angeschlossen sind, dann in Kontakt kommt, wenn über das Betätigungsteil das Schließteil in die Öffnungsposition verstellt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
Zwar kann generell eine solche Vorrichtung, die dem Schutz vor Berührungen mit spannungsführenden Teilen in einem Zugangsbereich zu einem elektrischen System dient grundsätzlich überall da eingesetzt werden, wo die Gefahr besteht, dass auch mit dem elektrischen System nicht vertraute Personen den Zugangs- oder Anschlussbereich, wie den Anschluss- oder Klemmenkasten, öffnen. Im Besonderen ist dies jedoch bei den neuartigen Hybridantrieben von Straßenfahrzeugen der Fall, die in Fahrzeugwerkstätten gewartet und gegebenenfalls repariert werden müssen.
Bei derartigen Hybridantrieben muss zur Vermeidung hoher Ströme der bis zu einer Spannung von 50 Volt als sicher geltende Spannungsbereich verlassen werden, so wird insbesondere bei Nutzfahrzeugen und Bussen wegen der hier notwendigen höheren Antriebsleistungen mit Spannungen von mehr als 600 Volt gearbeitet.
Wegen dieser Erhöhung der Versorgungsspannung wird ein Schutz vor direkter und indirekter Berührung spannungsführender Teile notwendig, der im Wartungs- und Reparaturfall das Servicepersonal in den Fahrzeugwerkstätten vor den Gefahren eines elektrischen Schlages schützt. Insbesondere muss dem Umstand Rechnung getragen werden, dass sich das heute vorhandene Werkstattpersonal mit den aufgezeigten Gefahren noch nicht auskennt solange nicht entsprechende Ausbildungsprogramme absolviert worden sind.
In Fahrzeug-Hybrid-Antriebssystemen können gefährliche Spannungen aus folgenden Quellen stammen: Es sind Stromspeicher vorhanden, die nicht nur aus dem Batteriesystem oder Brennstoffzellen bestehen. Insbesondere kommen hierfür geladene Kondensatoren, wie Doppelschicht-Kondensatoren in Betracht, die im Gleichspannungszwischenkreis des Umrichtersystems zwischen der Drehstrommaschine und den Gleichspannungs-Akkumulatoren eingesetzt werden. Auch im ausgeschalteten Zustand des Antriebssystems können höhere Spannungen noch längere Zeit gespeichert bleiben und stellen eine potentielle Gefährdung dar, sobald servicebedingte oder reparaturbedingte Eingriffe in das System vorgenommen werden müssen. Diese Gefährdung muss auch dann beherrscht werden, wenn beispielsweise nach einem Unfall das System beschädigt ist und Defekte aufweist. Es kann sich um Isolationsdefekte im Energiespeicher, um Isolationsdefekte im Antriebswechselrichter oder im übrigen Antriebssystem handeln, auch kommen ausgefallene oder kurzgeschlossene Schütze oder Relais zu den Akkumulatoren hin oder Unterbrechungen oder Wackelkontakte in Betracht, letztere können eine Entladung der Zwischenkreiskondensatoren verhindern.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der die span nungsführenden Teile im Zugangsbereich des elektrischen Systems kurzgeschlossen werden, bevor der Zugang zu dem Zugangsbereich freigegeben wird.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung mit einer Vorrichtung gelöst, welche die Gesamtheit der Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.
Für die erfindungsgemäße Lösung ist wesentlich, dass der Kurzschluss derjenigen Teile im Zugangsbereich, die Spannungen unterschiedlicher Polarität auch dann führen können, wenn das elektrische System außer Betrieb ist, zwangsläufig bei Verstellung des Betätigungsteils am Verschlussteil kurzgeschlossen werden, ohne dass darauf Einfluss genommen werden kann. So ist das Wartungspersonal beim Zugang zu dem Zugangsbereich, wie dem Anschluss- oder dem Klemmenkasten des elektrischen Systems, sicher vor gefährlichen Spannungen geschützt.
Vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung noch näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 einen Schaltplan des elektrischen Teils eines Fahrzeug-Hybridantriebs,
2 schematisch eine Vorrichtung zum Schutz vor Berührungen mit spannungsführenden Teilen in dem An schlussbereich zu dem elektrischen Antriebssystem von 1 im inaktiven Zustand,
3 die Vorrichtung nach 2 bei aktivem Kurzschluss,
4 eine weitere Vorrichtung zum Schutz vor Berührungen mit spannungsführenden Teilen bei nicht aktivem Kurzschluss,
5 die Vorrichtung gemäß 4 bei aktivem Kurzschluss und
6 die Vorrichtung nach den 4 und 5 zu Beginn der Aufhebung des Kurzschlusses.
Im Einzelnen erkennt man in 1 einen Generator G oder einen Motor, der im Bremsbetrieb des betreffenden Fahrzeugs zugleich als Generator fungiert. Die elektrischen Anschlussleitungen des Generators G führen in einen Anschlussbereich A, in welchem weitere, nicht dargestellte Anschlussleitungen von Systemkomponenten zusammenlaufen. Dazu gehört ein Umrichter U, der räumlich getrennt vom Anschlussbereich A angeordnet ist. An die Gleichspannungsseite des Umrichters U schließt ein Gleichspannungskreis GK an, der den üblichen Glättungskondensator K aufweist. Am Gleichspannungskreis ist ein elektrischer Energiespeicher S angeschlossen, der in der Praxis räumlich getrennt von den übrigen Bauteilen des Antriebssystems angeordnet sein kann.
Im Wartungs- oder Reparaturfall muss man Zugang zu den Anschlüssen der Komponenten des Antriebssystems nehmen, dies geschieht über den Anschlussbereich A, der über einen Zugangsbereich Z zu gänglich ist. Bevor der Zugang zu dem Anschlussbereich A geöffnet wird, muss sichergestellt sein, dass in dem Anschlussbereich A Berührungen der Bedienungspersonen mit Bauteilen, die eine gefährliche Spannung führen können, ausgeschlossen sind. Solche menschengefährdende Spannungen können im Gleichspannungskreis GK insbesondere bei nicht entladenem Kondensator K auftreten. Ebenso können Fehler im elektrischen Energiespeicher S zu den gefährlichen Berührungsspannungen führen, wie auch Fehler in anderen Energiequelle oder in elektrischen Steuerungen des Antriebssystems.
1 zeigt weiter drei Kurzschlusskontakte 1, die mit denjenigen Leitungen verbunden sind, die eine elektrische Verbindung zu denjenigen Stellen im elektrischen Antriebssystem haben, an denen die gefährlichen Spannungen auftreten können. Die Kurzschlusskontakte 1 können gemeinsam mit einer Kurzschlussleitung, insbesondere einer Kurzschlussbrücke 2 verbunden werden. Entsprechende mechanische Vorrichtungen hierzu werden anhand der weiteren Zeichnungsfiguren nachstehend erörtert.
In den 2 und 3 sind lediglich beispielhaft nur zwei der Kurzschlusskontakte 1 dargestellt, die sich in dem Anschlussbereich A befinden. Auch erkennt man die Kurzschlussbrücke 2, die in 2 inaktiv ist und nach 3 die Kurzschlusskontakte 1 kontaktiert, um den gewünschten Kurzschluss herzustellen. In der nicht kurzschließenden Position stützt sich die Kurzschlussbrücke 2 auf Widerlagern 3 ab, und sie wird in Richtung zu den Kurzschlusskontakten 1 hin von zumindest einer Druckfeder 4 beaufschlagt, die sich an einem Gestellteil 5 des betreffenden Fahrzeugs abstützt. Die Kurzschlussbrücke 2 ist mit dem Gestellteil 5 mittels einer Leitung 6 elektrisch verbunden.
Der Zugang zu dem Anschlussbereich A vom Zugangsbereich Z aus ist mittels eines wegnehmbaren Verschlussteils 7 gesichert, bei dem es sich um eine Abdeckung eines Anschlusskastens handelt und das im nachfolgenden als Abdeckung 7 bezeichnet ist. So trennt die Abdeckung 7 den Anschlussbereich A von dem Zugangsbereich Z, von letzterem aus erfolgt die Betätigung der Kurzschlussbrücke 2. Dazu dient ein Schließteil 6 mit einem Betätigungsteil 8, und hierbei handelt es sich um eine Verriegelungsschraube mit einem Kopf, weswegen nachstehend das Schließteil als Verriegelungsschraube 6 und das Betätigungsteil als Kopf 8 bezeichnet ist. Die Verriegelungsschraube 6 sichert mit ihrem Kopf 8 die Abdeckung 7, folglich muss die Verriegelungsschraube 6 über den im Zugangsbereich Z befindlichen Kopf 8 betätigt werden, insbesondere gelöst werden, um die Abdeckung 7 entfernen zu können und den Zugang zum Anschlussbereich A zu ermöglichen. An einem feststehenden Gestellteil 9 ist eine Gewindeführung 10 in Gestalt einer Mutter angeordnet, in welcher die Verriegelungsschraube 6 mittels eines Außengewindes 6.1 aufgenommen ist. Damit die Abdeckung weggenommen werden kann ohne die Verriegelungsschraube 6 vollständig aus der Gewindeführung 10 herauszudrehen, ist in der Abdeckung 7 ein zu deren Rand hin offener Schlitz vorgesehen, durch den beim Verschieben der Abdeckung 7 die Verriegelungsschraube 6 in der in 3 gezeigten Position hindurchtritt. Hierbei greifen die Schlitzränder in eine Umfangsnut 6.1 der Verriegelungsschraube 6 ein. Der genannte Schlitz geht an seinem Innenende in eine Bohrung über, deren Durchmesser um ein Spielmaß größer als der der Verriegelungsschraube 6 ist, damit die Verriegelungsschraube 6 einen axialen Hub ausführen kann, ohne die Abdeckung 7 mitzunehmen. So hat der erwähnte Schlitz die Grundform eines Schlüssellochs. Anstelle der Verriegelungsschraube 6 kann auch ein anderes stangenförmiges Bauteil zum Einsatz kommen, welches in gleicher Weise wie die Verriegelungsschraube 6 in axialer Richtung bewegbar ist.
Wie 3 veranschaulicht, ist beim Herausschrauben die Kurzschlussbrücke 2 der Verriegelungsschraube 6 aufgrund der Kraft der zumindest einen Druckfeder 4 nachgefolgt und hat sich an die Kurzschlusskontakte 1 angelegt, somit ist der Kurzschluss zwischen den Kurzschlusskontakten 1 aktiv. Zugleich sind die Kurzschlusskontakte 1 mit dem Fahrzeuggestell 5, wie dem Fahrzeugchassis, verbunden, so dass Fehlerspannungen und -ströme auch über das Fahrzeuggestell 5 abgeleitet werden können.
Die 4–6 zeigen eine modifizierte Vorrichtung, die es verhindert, dass bei einer allmählichen Annäherung der Kurzschlussbrücke 2 an die Kurzschlusskontakte 1 bei daran anliegenden Spannungen unterschiedlicher Polarität über eine längere Zeit ein Lichtbogen ansteht. Die Verriegelungsschraube 6 ist hier so gestaltet, dass bei beginnendem Lösen bereits nach einer Teilumdrehung die Kurzschlussbrücke 2 von der Kraft der zumindest einen Feder 4 sich sprunghaft an die Kurzschlusskontakte 1 anlegt, so dass der Kurzschluss schlagartig eintritt.
Hierzu weist die Verriegelungsschraube 6 an ihrem zu der Kurzschlussbrücke 2 hin liegenden Ende ein Kupplungsteil 11 auf, welches an der zum Ende der Verriegelungsschraube 6 hin liegenden Oberseite ein flaches, sich diametral erstreckendes und nach oben vorstehendes Aufnahmeteil 12 aufweist, welches in einem diametral sich erstreckenden Schlitz 13 am Ende der Verriegelungsschraube 6 aufgenommen werden kann. Stehen der Schlitz 13 der Verriegelungsschraube 6 und das Aufnahmeteil 12 rechtwinklig zueinander, wie es die Ausgangsposition in 4 veranschau licht, dann wird über die Verriegelungsschraube 6 und das Vorsatzteil 11 die Kontaktbrücke 2 entgegen der Kraft der zumindest einen Feder 4 in Anlage an den Widerlagern 3 gehalten. Wird nun die Verriegelungsschraube 6 über den Schraubenkopf 8 um einen Winkel von 90° gedreht, fluchten das Aufnahmeteil 12 am Kupplungsteilteil 11 und der Schlitz 13 am Ende der Verriegelungsschraube 6 miteinander und das Aufnahmeteil 12 taucht in den Schlitz 13 ein. Dies geschieht mit Schnelligkeit über die Kraft der zumindest einen Feder 4 und die Kurzschlussbrücke 2, die das daran anliegende Kupplungsteil 11 nach oben hin schiebt. Die hiernach erreichte Lage zeigt 5.
Das Kupplungsteil 11 ist in Achsrichtung der Verriegelungsschraube 6 an der Kontaktbrücke 2 drehbar gelagert. Zwischen dem Kupplungsteil 11 und der Kontaktbrücke 2 ist eine Rutschkupplung 14 vorgesehen, die es ermöglicht, aus der in 6 gezeigten Position die Kontaktbrücke 2 wieder in die inaktive Position gemäß 4 zurückführen zu können. Dazu muss die Verriegelungsschraube 6 soweit herausgedreht werden, bis das Aufnahmeteil 12 am Kupplungsteil 11 aus dem Schlitz 13 der Verriegelungsschraube 6 freigekommen ist. Hiernach wird die Verriegelungsschraube 6 in der Weise wieder eingedreht, dass sie mit ihrem Stirnende unter Reib- oder Formschluß auf der oberen Schmalseite des Aufnahmeteils 12 zum Aufsitzen kommt, ohne dass das Aufnahmeteil 12 in den Schlitz 13 der Verriegelungsschraube 6 eintaucht. Bei weiterem Drehen der Verriegelungsschraube 6 bis in ihre eingeschraubte Endlage wird über den Reib- oder Formschluß das Kupplungsteil 11 zusammen mit der Verriegelungsschraube 6 gedreht, wobei die Rutschkupplung 14 die Drehung des Kupplungsteils 11 in Relation zu der Kurzschlussbrücke 2 ermöglicht.

Claims

Vorrichtung zum Schutz vor Berührungen mit spannungsführenden Teilen in einem Anschlussbereich (A) eines elektrischen Systems, wobei dieser Anschlussbereich (A) über ein wegnehmbares Verschlussteil (7) zugänglich ist, welches mittels einem Schließteil (6) in der Schließlage gesichert ist, das ein von außerhalb des Anschlussbereichs (A) zwischen einer Schließposition und einer das Verschlussteil (7) freigebenden Öffnungsposition des Schließteils (6) verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließteil (6) mit einer innerhalb des Anschlussbereichs (A) befindlichen Kurzschlussbrücke (2) zusammenwirkt, die mit zwei oder mehreren Kurzschlusskontakten (1), an welchen die spannungsführenden Teile unterschiedlicher Polarität angeschlossen sind, dann in Kontakt kommt, wenn über das Betätigungsteil (8) das Schließteil (6) in die Öffnungsposition verstellt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem elektrischen System um ein Antriebssystem von Fahrzeugen handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Antriebssystem Teil eines Hybridantriebs der Fahrzeuge ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließteil (6) die Kurzschlussbrücke (2) entgegen der Kraft von zumindest einer Feder (4) beaufschlagt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließteil (6) ein stangenförmiges Bauteil ist, das zwischen der Schließposition und der Öffnungsposition axial verschieblich ist und mit seinem in den Anschlussbereich (A) hineinreichenden Ende die Kurzschlussbrücke (2) beaufschlagt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließteil (6) mittels eines Außengewindes (6.1) in einer gestellfesten Gewindeführung gehalten ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließteil (6) eine Schraube mit einem Kopf als Betätigungsteil (8) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Betätigungsteil (8) des Schließteils (6) in ei nem Zugangsbereich (Z) befindet, der mittels des Verschluss teils (7) vom Anschlussbereich (A) abgeteilt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4–8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließteil (6) mit einer Vorrichtung (11–14) zur schlagartigen Kontaktierung der Kurzschlussbrücke (2) mit den Kurzschlusskontakten (1) versehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7–9, dadurch gekennzeichnet, dass das als Schraube ausgebildete Schließteil (6) beim Lösen nach weniger als einer vollen Umdrehung die Kurzschlussbrücke (2) für die schlagartige Kontaktierung der Kurzschlusskontakte (1) freigibt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzschlussbrücke (2) mit dem Fahrzeuggestell (5) elektrisch verbunden ist.