DE102005005549A1

DE102005005549A1 - Vorrichtung zur Steuerung eines Heizelements in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102005005549A1
Application number: DE102005005549A
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Bauer; Wolfgang Dippon
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-02-07
Filing date: 2005-02-07
Publication date: 2006-08-10
Also published as: WO2006082127A3; EP1849172A2; JP2008530727A; US20090127249A1; CN101116165A; WO2006082127A2

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Heizelements in einem Kraftfahrzeug beschrieben. Wenigstens eine Verbindung ist zumindest teilweise als ein Element ausgebildet, dass unter mechanischer Spannung eingebaut ist. Das Element ist wenigstens an einer ersten Kontaktierung derart verbunden, dass sich diese bei Überschreiten einer Temperatur löst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Heizelements in einem Kraftfahrzeug.

Zur Ansteuerung von Heizelementen in Kraftfahrzeugen werden üblicher Weise Steuergeräte eingesetzt, die im wesentlichen ein Schaltelement sowie eine Steuerung umfassen. Als Schaltmittel werden vorzugsweise Transistoren eingesetzt. Üblicher Weise treten bei solchen Heizelementen sehr große Ströme auf. Bei einem Fehler schaltet sich eine solche Vorrichtung selbstständig ab bzw. der Stromfluss wird durch eine geeignete Sicherung unterbrochen. Tritt jedoch ein Fehler in der Ansteuerung der Transistoren auf oder sind die Transistoren selbst defekt d. h. insbesondere durchlegiert, kann der Strom nur sehr schwierig mit hohem Aufwand abgeschaltet werden. Ein zerstörter Leistungstransistor führt zu einer starken Erwärmung des Steuergeräts.

Dadurch, dass ein Verbindungsmittel zumindestens teilweise als unter mechanischer Spannung eingebautes Element ausgebildet ist, und das Element wenigstens an einer ersten Kontaktierung derart verbunden ist, dass sich dieses bei Überschreiten einer Grenztemperatur löst, kann eine solche Überhitzung sicher vermieden werden. Eine solche Thermosicherung wirkt völlig unabhängig von der Elektronik.

Durch das Lösen wird insbesondere die elektrische Verbindung unterbrochen.

Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigt die 1 die wesentlichen Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung und die 2 des mechanischer Spannung eingebauten Elements.
In 1 sind im wesentlichen Elemente eines Steuergeräts zur Ansteuerung eines Heizelements in einem Kraftfahrzeug dargestellt. Ein Heizelement, ist mit 100 bezeichnet. Dieses steht über einen ersten Anschluss 101 mit einem Masseanschluss 105 im Kraftfahrzeug in Verbindung. Ein zweiter Anschluss 102 des Heizelements 100 steht mit einem ersten Steckerkontakt 110 eines Steuergeräts 200 in Verbindung. Das Steuergerät 200 steht wiederum mit einem zweiten Steckerkontakt 120 mit einem Versorgungsspannungsanschluss 130 des Kraftfahrzeugs in Verbindung.
Das Steuergerät 200 umfasst unter anderem wenigstens eine Steuerung 230, die ein Schaltmittel 240 ansteuert. Ein erste Anschluss 241 des Schaltmittels 240 steht über ein erstes Verbindungsmittel 260 mit dem Steckerkontakt 120 in Verbindung. Ein zweiter Anschluss 242 des Schaltmittels steht über ein zweites Verbindungsmittel 250 mit dem ersten Steckerkontakt 110 des Steuergeräts 200 in Verbindung.
In der 1 sind nur die wesentlichen Elemente, d. h. das Schaltmittel und die Steuerung 230 dargestellt, mit denen das Heizelement 100 angesteuert wird. Das Steuergerät kann neben den dargestellten Elementen noch weitere Bauelemente umfassen. Dabei kann unter anderem vorgesehen sein, dass zwischen dem zweiten Anschluss 242 und dem ersten Steckerkontakt 110 ein Mittel zur Erfassung des Stromflusses durch das Schaltmittel bzw. das Heizelement vorgesehen ist.
Üblicher Weise steuert die Steuerung 230 das Schaltmittel 240 derart an, dass ein gewünschter Strom durch das Heizelement 100 fließt bzw. dass das Heizelement eine bestimmte Temperatur erreicht.
Bei dem Heizelement 100 handelt es sich bevorzugt um eine Glühkerze einer Dieselbrennkraftmaschine. Entsprechendes Steuergeräte werden aber auch für andere Heizelemente, wie beispielsweise ein Heizelement zur Beheizung einer Sonde, beispielsweise einer Lambdasonde, eingesetzt. Ferner können solche Heizelemente auch zur Beheizung anderer Elemente wie beispielsweise einer Heckscheibenheizung oder eines Zusatzheizers verwendet werden.
Das Schaltmittel 240 ist vorzugsweise als entsprechender Transistor insbesondere als Hochleistungsfeldeffekttransistor ausgebildet. Üblicher Weise ist das erste Verbindungsmittel 260 und das zweite Verbindungsmittel 250 durch mehr oder weniger massive Leiter ausgebildet. Vorzugsweise werden hierzu geeignete Bleche oder andere Leiterbahnen verwendet.
In der 2 sind zweivorteilhafte Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Verbindungsmittels dargestellt. Bei dem in 2a dargestellten Verbindungsmittel handelt es sich um das erste Verbindungsmittel 260, dass den Stecker 120 mit dem ersten Anschluss 241 des Schaltmittels 240 verbindet. Ein erster Teil des Verbindungsmittels ist mit 300 bezeichnet. Dieser erste Teil des Verbindungsmittels 300 ist vorzugsweise mit dem ersten Anschluss 241 verbunden. Der zweite Teil des Verbindungsmittels ist mit 310 bezeichnet. Dieser ist vorzugsweise mit dem Steckerkontakt 120 des Steuergeräts verbunden. vorzugsweise kann es sich bei dem zweiten Teil des Verbindungsmittels 310 auch um den Steckerkontakt 120 handeln. Entsprechendes gilt für den ersten Teil des Verbindungsmittels 300. Auch hier kann es sich um den Anschlusspin des Schaltmittels 240 handeln. Es ist aber auch möglich, dass entsprechende Metallteile vorgesehen sind, die das erste und das zweite Verbindungsmittel bilden.
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass der erste Teil des Verbindungsmittels 300 über eine erste Kontaktierung 305 und das der zweite Teil des Verbindungsmittels 310 über eine zweite Kontaktierung 315 mit einem Element 320 verbunden sind. Erfindungsgemäß ist das Element 320 derart eingebaut, dass es unter mechanischer Spannung steht. Dies bedeutet, dass Element 320 befindet sich lediglich im kontaktierten Zustand in der dargestellten Position. Sobald eine der beiden Kontaktierungen gelöst wird, nimmt das Element 320 eine derartige Position ein, dass die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Teil des Verbindungsmittels und dem zweiten Teil des Verbindungsmittels unterbunden ist.
Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass das Element 320 als Feder ausgebildet wird, die unter Spannung kontaktiert wird. Ist eine der Kontaktierungen gelöst, so trennt sich aufgrund der Spannung das Element von der anderen Kontaktierung und der Stromfluss wird unterbrochen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die erste Kontaktierung 305 so ausgebildet ist, dass sich diese bei Überschreiten einer Grenztemperatur löst. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass die erste Kontaktierung durch eine Lötung mit einem Lötzinn, dass einen relativ niederen Schmelzpunkt hat, durchgeführt wird. Die zweite Kontaktierung dagegen wird mittels einer Schweißung durchgeführt, die erst bei sehr hohen Temperaturen gelöst wird.
Alternativ zu einer Schweißung können auch andere dauerhafte Kontaktierungen, beispielsweise eine Verschraubung oder eine Nietung vorgesehen sein. Anstelle der Lötung kann auch eine Klebung mit einem leitenden Kleber der sich bei einer erhöhten Temperatur wieder löst, vorgesehen sein.
Wesentlich ist, dass die erste Kontaktierung derart erfolgt, dass sie bei einer Grenztemperatur sich löst. Aufgrund des unter Spannung eingebauten Elements löst sich dieses Element 320 auf Grund der mechanischen Spannung von dem ersten Teil 300 des Verbindungsmittels und unterbricht die elektrische Verbindung zwischen dem Schaltmittel und dem Stecker 120.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Bauelement das am meisten Verlustwärme abgibt auf dem federnden Element montiert ist. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um das Schaltmittel. Dies hat zur Folge, dass bei einer Überhitzung des Schaltmittels dies zu einer Temperaturerhöhung des federnden Elements und damit der Kontaktierung führt. Das heißt bei einer überhöhten Temperatur des Schaltmittels löst sich die erste Kontaktierung und der Stromfluss wird automatisch unterbrochen.
Erfindungsgemäß kann das Element 320 zwei Positionen einnehmen. In einer ersten Position steht das Element 320 nicht unter mechanischer Spannung. In dieser ersten Position ist kein Stromfluss möglich. In einer zweiten Position steht das Element unter mechanischer Spannung. In dieser zweiten Position fließt Strom. Das Element wird in der zweiten Position eingebaut und mittels der beiden Kontaktierungen gehalten. Bei einer unzulässigen Erwärmung löst sich wenigstens eine der Kontaktierungen. Auf Grund der mechani schen Spannung geht das Element 320 ohne weitere Einwirkung in die zweite Position über und der Stromfluss ist unterbrochen.
Das unter Spannung stehenden Element kann unterschiedlich realisiert werden. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass ein federndes Element verwendet wird, dass unter Spannung kontaktiert wird. Löst sich einer der Kontakte, so geht das federnde Element in seine ursprüngliche Position zurück und unterbricht die Verbindung.
Des weiteren kann vorgesehen sein, dass auf das Element eine äußere Kraft einwirkt, die beim Lösen der Kontaktierung die Verbindung unterbricht. Als solche äußere Kraft ist insbesondere die Schwerkraft anzusehen, d. h. das Element ist unterhalb des Verbindungsmittels des zweiten Teil des Verbindungsmittels angeordnet. Löst sich die Kontaktierung aufgrund der erhöhten Temperatur, so bewegt sich das Element aufgrund der Schwerkraft nach unten und löst die Verbindung.
Eine entsprechende Ausgestaltung ist in 2b dargestellt. Die 2b unterscheidet sich von der Ausgestaltung gemäß 2a lediglich darin, dass die Element mit einem Bezug einer wirkenden Kraft angeordnet sind. Die Richtung der Kraftwirkung ist mit einem Pfeil gekennzeichnet. Die Kraft kann zum einen durch die Schwerkraft verursacht sein. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass beispielsweise eine elektromagnetische Kraft einwirkt.
In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft, wenn beide Kontaktierungen derart ausgebildet sind, dass sie sich bei Überschreiten einer Grenztemperatur lösen. Dies hat zur Folge, dass bei Überschreiten der Grenztemperatur sich beide Kontaktierungen lösen und das Element aufgrund der Schwerkraft herunterfällt und die Verbindung unterbricht.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist dabei nicht darauf beschränkt, dass das erste Verbindungsmittel entsprechend ausgestaltet wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass alternativ oder ergänzend das zweite Verbindungsmittel 250, dass den ersten Stecker 110 und den zweiten Anschluss 242 des Schaltmittels 240 verbindet, entsprechend ausgestaltet ist. Des weiteren kann vorgesehen sein, dass nur die Verbindungsmittel teilweise entsprechend wie in 2 dargestellt ausgebildet sind. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn zwischen den Steckern des Steuergeräts und den Anschlüssen des Schaltmittels weitere Bauelemente vorgesehen sind. Des weiteren kann vorgesehen sein, dass die Ver bindung zwischen Steuergerät 200 und Heizelement 100 bzw. zwischen Heizelement 100 und Masseanschluss 105 bzw. zwischen Versorgungsspannungsanschluss 130 und Steckerkontakt 120 entsprechend ausgebildet sind.
Des weiteren kann vorgesehen sein, dass mit einem Steuergerät auch mehrere Heizelemente verbunden sind.
Vorteil dieser Vorgehensweise ist, dass diese Thermosicherung völlig unabhängig von der Elektronik oder einer Einwirkung von außen ist. Lediglich durch die mechanische Vorspannung bzw. durch eine von außen einwirkende Kraft wie beispielsweise die Schwerkraft, wird bei Überschreiten einer Grenztemperatur die elektrische Verbindung gelöst. Durch Verwenden geeigneter Kontaktierungen wie beispielsweise geeigneter Lötmittel oder leitfähiger Kleber ist eine beliebige Einstellung des Temperaturbereichs, bei dem die Verbindung gelöst wird, gegeben.

Claims

Vorrichtung zur Ansteuerung eines Heizelements in einem Kraftfahrzeug, wobei wenigstens eine Verbindung zumindest teilweise als ein Element ausgebildet ist, dass unter mechanischer Spannung eingebaut ist, wobei das Element wenigstens an einer ersten Kontaktierung derart verbunden ist, dass sich diese bei Überschreiten einer Grenztemperatur löst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung ein Schaltmittel mit einer Versorgungsspannung, mit einem Heizelement oder mit einem Masseanschluss verbindet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens erste Kontaktierung durch eine Lötstelle gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens erste Kontaktierung durch eine leitende Klebung gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Kontaktierung durch eine dauerhafte Verbindung erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kontaktierung durch eine Verschweißung, eine Nietung oder eine Verschraubung erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Heizelement um wenigstens eine Glühkerze einer Dieselbrennkraftmaschine handelt.