DE102006016657A1 - Electrical consumer load switching device for motor vehicle, has actuator unit attached to switches, where unit is designed such that it executes movements independent from each other to switch switches between two different conditions - Google Patents
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Abstract
Description
STAND DER TECHNIKSTATE OF TECHNOLOGY
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung, geeignet zur fernbedienbaren Schaltung elektrischer Verbraucher.The The present invention relates to a switching device suitable for remote control of electrical consumers.
In Kraftfahrzeugen werden im Allgemeinen ein oder zwei Sicherungs- und Relaisboxen für häufig zu schaltende oder für kleine bis mittlere Lastströme eingesetzt. Häufig handelt es sich bei derartigen Sicherungs- und Relaisboxen um so genannte Smart-Junction-Boxen, die eine zusätzlich Elektronik und teilweise auch Halbleiterschalter aufweisen.In Motor vehicles are generally covered by one or two and relay boxes for often too switching or for used small to medium load currents. Often such fuse and relay boxes are the same called Smart Junction boxes, which have an additional electronics and partial also have semiconductor switch.
Eine
entsprechende Schaltvorrichtung ist beispielsweise aus der
Aus dem Stand der Technik sind bereits wartungsfreie Schaltvorrichtungen bekannt, die Halbleiterschalter zum Schalten der elektrischen Verbraucher einsetzen. Allerdings sind Hochstromschalttransistoren, die bei derartigen Schaltvorrichtungen eingesetzt werden, sehr teuer. Thermobimetall-Schaltelemente konnten sich als Überlast- und Kurzschlussschutzelemente nicht durchsetzen, da sie systembedingte Nachteile aufweisen, die in einem Kraftfahrzeug keine allgemeine Verwendung zulassen.Out the prior art are already maintenance-free switching devices known, the semiconductor switches for switching the electrical load deploy. However, high current switching transistors are at such switching devices are used, very expensive. Bimetallic switching elements could prove to be overloading and short-circuit protection elements do not prevail because they are systemic Disadvantages that are not general in a motor vehicle Allow use.
Aus
der
Hier setzt die vorliegende Erfindung an.Here uses the present invention.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Schaltvorrichtung zur fernbedienbaren Schaltung elektrischer Verbraucher beziehungsweise Verbrauchergruppen zur Verfügung zu stellen, die im Vergleich zu herkömmlichen Sicherungs- und Relaisboxen eine deutlich geringere Dauerverlustleistung aufweist und darüber hinaus einen Platz sparenden, robusten und kostengünstigen Aufbau besitzt und deren Überstrom- und Kurzschlussschutzelemente wiedereinschaltbar sind, wodurch ein Einbau der Schaltvorrichtung auch in schlechter zugänglichen Bereichen des Kraftfahrzeugs möglich wird.The The object underlying the present invention is that a switching device for remote control circuit electrical Consumers or consumer groups available compared to conventional fuse and relay boxes has a much lower continuous power loss and beyond has a space-saving, robust and cost-effective design and whose overcurrent and short-circuit protection elements are re-engageable, whereby a Installation of the switching device in less accessible Areas of the motor vehicle possible becomes.
VORTEILE DER ERFINDUNGADVANTAGES OF INVENTION
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch eine Schaltvorrichtung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.The The object underlying the present invention is achieved by a switching device of the type mentioned above with the features of claim 1. The dependent claims relate to advantageous developments of the invention.
Gemäß Anspruch 1 umfasst eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung, die zur fernbedienbaren Schaltung elektrischer Verbraucher geeignet ist:
- – eine Mehrzahl elektromechanischer bistabiler Schalter, wobei jeder der bistabilen Schalter zwischen einem ersten Schaltzustand und mindestens einem zweiten Schaltzustand umschaltbar ist;
- – mindestens ein Aktuatormittel, welches den bistabilen Schaltern zugeordnet ist, geeignet, die bistabilen Schalter selektiv zwischen den beiden Schaltzuständen umzuschalten.
- A plurality of electromechanical bistable switches, each of the bistable switches being switchable between a first switching state and at least a second switching state;
- - At least one actuator means, which is associated with the bistable switches, suitable to selectively switch the bistable switches between the two switching states.
Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung, die sich insbesondere für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug eignet, besitzt im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Sicherungs- und Relaisboxen einen relativ einfachen, robusten und auch kostengünstigen Aufbau. Die Schaltvorrichtung benutzt zum Abschalten von Überströmen und Kurzschlüssen wiedereinschaltbare Schalter, die nach dem Absichern nicht ausgetauscht werden müssen. Die Schaltvorrichtung kann somit auch in relativ schwer zugänglichen Bereichen eines Kraftfahrzeugs verbaut werden. Der Einsatz der Schaltvorrichtung als Ersatz für eine herkömmliche Sicherungs- und Relaisbox oder als Modul innerhalb einer intelligenten Sicherungs- und Relaisbox kann den für das Schalten der elektrischen Verbraucher und die Absicherung der dorthin führenden Leitungen erforderlichen Platz- und Materialbedarf sowie die Masse des Moduls verringern. Die elektromechanischen bistabilen Schalter können zum Beispiel einen bewegbaren Schaltkontaktträger, an dem mindestens ein elektrischer Schaltkontakt befestigt ist, sowie mindestens einen festen Schaltkontaktträger, an dem mindestens ein Schaltkontakt befestigt ist, aufweisen. Der bewegbare Schaltkontaktträger kann zum Beispiel eine flexible Schaltkontaktfeder sein. In einer geschlossenen Schaltstellung des bistabilen Schalters berühren sich die Schaltkontakte mit einer entsprechenden Kontaktkraft, so dass ein Stromfluss möglich ist. In einer geöffneten Schaltposition, weisen die Schaltkontakte einen vorgegebenen Mindestkontaktabstand auf, so dass der Stromfluss unterbrochen ist. Durch die Ausführung der Schalter als bistabile Schalter können Verbraucher oder Sammelleitungen, die üblicherweise dauerhaft an das Bordnetz des Kraftfahrzeugs angeschlossen sind, bei bestimmten Fahrzeugzuständen, wie zum Beispiel beim Langzeitparken, einer Verschiffung des Kraftfahrzeugs, bei niedrigen Ladezuständen der Fahrzeugbatterie oder dergleichen, selektiv vom Bordnetz getrennt werden, ohne dass die Notwendigkeit bestünde, für jeden dieser Verbraucher ein separates bistabiles elektrisches Relais oder einen separaten Halbleiterschalter einsetzen zu müssen.The switching device according to the invention, which is particularly suitable for use in a motor vehicle, has in comparison to the known from the prior art fuse and relay boxes a relatively simple, robust and cost-effective design. The switching device uses to switch off overcurrents and short circuits again switchable switches that do not need to be replaced after securing. The switching device can thus be installed in relatively difficult to access areas of a motor vehicle. The use of the switching device as a replacement for a conventional fuse and relay box or as a module within an intelligent fuse and relay box can reduce the space and material requirements required to switch the electrical loads and protect the wires there, as well as the bulk of the module. The electromechanical bistable switches may include, for example, a movable switch contact carrier to which at least one electrical switch contact is attached and at least one fixed switch contact carrier to which at least one switching contact is attached, have. The movable switch contact carrier may be, for example, a flexible switch contact spring. In a closed switching position of the bistable switch, the switching contacts touch with a corresponding contact force, so that a current flow is possible. In an open switching position, the switching contacts have a predetermined minimum contact spacing, so that the current flow is interrupted. The design of the switches as a bistable switch consumers or buses that are usually permanently connected to the electrical system of the motor vehicle, in certain vehicle states, such as long-term parking, a shipment of the motor vehicle, at low charge states of the vehicle battery or the like, selectively from the electrical system be separated without the need to use a separate bistable electrical relay or a separate semiconductor switch for each of these consumers.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass das mindestens eine Aktuatormittel so ausgebildet ist, dass es mindestens zwei voneinander unabhängige Bewegungen ausführen kann, um jeden der bistabilen Schalter zwischen den beiden Schaltzuständen umzuschalten. Die bistabilen Schalter der Schaltvorrichtung können zum Beispiel in einer Reihe nebeneinander oder auch in einem Kreis angeordnet sein. Es besteht zum Beispiel auch die Möglichkeit, die bistabilen Schalter in mehreren Ebenen übereinander anzuordnen. Das mindestens eine Aktuatormittel der Schaltvorrichtung ist so ausgebildet, dass jeder der bistabilen Schalter mittels einer Translationsbewegung, einer Rotationsbewegung oder einer kombinierten Translations- und Rotationsbewegung selektiv angesteuert werden kann.In a particularly advantageous embodiment is proposed in that the at least one actuator means is designed such that it can perform at least two independent movements, to toggle each of the bistable switches between the two switching states. The bistable switches of the switching device can, for example, in one Row next to each other or arranged in a circle. It For example, there is also the option to arrange the bistable switches in several levels one above the other. The at least one actuator means of the switching device is designed to that each of the bistable switches by means of a translational movement, a rotational movement or a combined translation and Rotation movement can be selectively controlled.
Es kann in einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Schaltvorrichtung eine elektronische Steuereinheit umfasst, die für eine Steuerung des mindestens einen Aktuatormittels in Abhängigkeit von externen Steuersignalen eingerichtet ist. Die elektronische Steuereinheit kann zum Beispiel über mindestens eine Kommunikationsschnittstelle mit dem Bordnetz des Kraftfahrzeugs verbunden sein. Bei einer über die Kommunikationsschnittstelle eingehenden Anforderung zur Ein- oder Abschaltung eines der bistabilen Schalter, kann das Aktuatormittel zu dem entsprechenden bistabilen Schalter geführt werden. Der bistabile Schalter wird betätigt und in die gewünschte Schaltposition überführt.It can in a preferred embodiment be provided that the switching device is an electronic control unit includes that for a control of the at least one actuator means in dependence is set up by external control signals. The electronic Control unit can, for example, over at least one communication interface with the electrical system of Be connected to motor vehicle. In one via the communication interface incoming request to turn on or off one of the bistable Switch, the actuator means to the corresponding bistable Switch led become. The bistable switch is actuated and transferred to the desired switching position.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass das mindestens eine Aktuatormittel für eine berührungslose Umschaltung der bistabilen Schalter eingerichtet ist.In a particularly advantageous embodiment is proposed in that the at least one actuator means for contactless switching over bistable switch is set up.
Vorzugsweise weist das mindestens eine Aktuatormittel mindestens ein Aktivierungsmittel und mindestens eine Positionierungsvorrichtung für das mindestens eine Aktivierungsmittel auf.Preferably the at least one actuator means has at least one activating agent and at least one positioning device for the at least one activating agent on.
Vorzugsweise umfassen die bistabilen Schalter mindestens ein Betätigungsmittel, das für einen Eingriff mit dem mindestens einen Aktivierungsmittel des Aktuatormittels geeignet ist. Beispielsweise kann das Betätigungsmittel einen Betätigungsabschnitt aufweisen, der integral mit dem bewegbaren Schaltkontaktträger des bistabilen Schalters ausgebildet sein kann.Preferably the bistable switches comprise at least one actuating means, that for an engagement with the at least one activating means of the actuator means suitable is. For example, the actuating means, an actuating portion which is integral with the movable switch contact carrier of the bistable switch can be formed.
Um eine berührungslose Aktivierung der bistabilen Schalter zu ermöglichen, kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine Aktivierungsmittel ein Elektromagnet ist. Ein Elektromagnet ermöglicht eine zuverlässige berührungslose Umschaltung der bistabilen Schalter der Schaltvorrichtung, wenn deren Betätigungsmittel mittels einer Magnetkraft (zum Beispiel ferromagnetisch oder permanentmagnetisch) umschaltbar ist.Around a non-contact Activation of the bistable switches can be provided, the at least one activating agent is an electromagnet. An electromagnet allows a reliable contactless Switching the bistable switches of the switching device when their actuating means by means of a magnetic force (for example ferromagnetic or permanent magnetic) is switchable.
Um eine Erfassung der Betriebszustände der bistabilen Schalter beziehungsweise der während des Betriebs der Schaltvorrichtung daran angeschlossenen Verbraucher zu ermögliche, besteht in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform die Möglichkeit, dass die Schaltvorrichtung Sensormittel umfasst, geeignet, die Temperatur der bistabilen Schalter und/oder den durch die bistabilen Schalter fließenden Strom zu erfassen.Around a recording of the operating conditions the bistable switch or during operation of the switching device to make it possible for connected consumers to exist in a special way advantageous embodiment the possibility, that the switching device comprises sensor means, suitable, the temperature the bistable switch and / or the current flowing through the bistable switches capture.
Beispielsweise können die Sensormittel in die bistabilen Schalter integriert sein. Durch die vorzugsweise elektronische Erfassung der Ströme können die Überschreitung von zulässigen Strömen nach vorgebbaren Strom/Zeit-Charakteristiken sowie Kurzschlüsse erkannt werden und mittels des Aktuatormittels unterbrochen werden. Somit kann die Strom/Zeit-Abschaltcharakteristik an die zulässige Strom/Zeit- Charakteristik der angeschlossenen Verbraucher, Leitungen oder sonstigen Komponenten im oder am Lastpfad angepasst werden. Durch eine Erfassung von Lastströmen kann die Schaltvorrichtung weiterhin zum Beispiel Informationen über die Lastströme an ein übergeordnetes Bordnetz-Energiemanagementsystem des Kraftfahrzeugs übertragen, um zum Beispiel das Ruhestrommanagement, das Energieverbrauchsmanagement oder andere Energiemanagementfunktionen zu unterstützen. Die Schaltvorrichtung bildet somit ein intelligentes, rückmeldefähiges mechatronisches System.For example can the sensor means be integrated in the bistable switch. By the preferably electronic detection of the currents can after exceeding of allowable currents specifiable current / time characteristics and short circuits detected be interrupted and by means of the actuator means. Consequently can the current / time turn-off characteristic to the permissible current / time characteristic of the connected loads, cables or other components be adapted in or on the load path. By detecting load currents can the switching device further information about the load currents to a parent Transmit electrical system of the motor vehicle, for example, quiescent power management, energy consumption management or to support other energy management functions. The Switching device thus forms an intelligent, feedback-capable mechatronic System.
Um eine Beschädigung der bistabilen Schalter beziehungsweise der elektrischen Verbraucher, die an die bistabilen Schalter angeschlossen sind, zu verhindern, wird in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform vorgeschlagen, dass zumindest einige der bistabilen Schalter eine Schutzeinrichtung umfassen, geeignet, den bistabilen Schalter bei Überschreiten einer Maximaltemperatur und/oder eines Maximalstroms abzuschalten. Durch die Integration einer Sicherungsfunktion und einer Relaisfunktion in die bistabilen Schalter wird der Aufwand für das Bereitstellen dieser Funktionen und der sonst erforderliche Aufwand für entsprechende elektrische Verbindungen verringert.In order to prevent damage to the bistable switches or the electrical consumers which are connected to the bistable switches, it is proposed in a particularly advantageous embodiment that at least ei nigen of bistable switches include a protective device, suitable to turn off the bistable switch when a maximum temperature and / or a maximum current is exceeded. By integrating a fuse function and a relay function in the bistable switch the cost of providing these functions and the otherwise required effort for corresponding electrical connections is reduced.
Beispielsweise kann die Schutzeinrichtung einen Bimetall-Aktuator umfassen, der innerhalb des bistabilen Schalters oder unmittelbar am bistabilen Schalter angebracht ist. Ein Bimetall-Aktuator lässt sich relativ einfach in den bistabilen Schalter integrieren und ermöglicht eine zuverlässige Abschaltung beim Überschreiten einer kritischen Temperatur innerhalb des bistabilen Schalters.For example For example, the protection device may comprise a bimetallic actuator which is within the bistable Switch or directly attached to the bistable switch. A bimetallic actuator can be relatively easy to integrate in the bistable switch and allows one reliable Shutdown on exceeding a critical temperature within the bistable switch.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Schaltvorrichtung Mittel zur Erfassung einer Umgebungstemperatur der bistabilen Schalter und Mittel zur Erfassung einer Bordnetzspannung eines Kraftfahrzeugs umfasst, die an die elektronische Steuereinheit angeschlossen sind. Durch diese Maßnahmen kann die Auswertung der elektrischen Ströme weiter präzisiert und verbessert werden. Die vorzugsweise mit Hilfe eines oder mehrerer Temperatursensoren gemessenen Umgebungstemperaturen der bistabilen Schalter und die gemessene Bordnetzspannung werden in die elektronische Steuereinheit eingelesen und dort weiterverarbeitet.In a particularly advantageous embodiment is proposed in that the switching device comprises means for detecting an ambient temperature the bistable switch and means for detecting a vehicle electrical system voltage a motor vehicle, which is connected to the electronic control unit are connected. Through these measures, the evaluation the electric currents further clarified and be improved. The preferably with the help of one or more Temperature sensors measured ambient temperatures of the bistable Switch and the measured vehicle electrical system voltage are in the electronic Control unit read and processed there.
ZEICHNUNGENDRAWINGS
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigenFurther Features and advantages of the present invention will become apparent with reference to the following description of preferred embodiments with reference to the attached figures. Show in it
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDESCRIPTION THE EMBODIMENTS
In
Das
Aktuatormittel
Mit
Hilfe der Positionierungsvorrichtung
Gemäß einer
alternativen, hier allerdings nicht explizit gezeigten Ausführungsform
kann vorgesehen sein, dass das Aktivierungsmittel
In
weiteren, hier ebenfalls nicht explizit dargestellten alternativen
Ausführungsformen
der Schaltvorrichtung
In
In
Als
Positionierungsvorrichtung
Die
Motoren können
mit der Steuerungseinrichtung
Als
Aktivierungsmittel
Ein
erstes Ausführungsbeispiel
eines bistabilen Schalters
Am
bewegbaren Schaltkontaktträger
Der
bistabile Schalter
Der
bewegbare Schaltkontaktträger
Die
Schaltkontaktfeder, die in diesem Ausführungsbeispiel den bewegbaren
Schaltkontaktträger
Die
beiden Schaltkontaktträger
Zusätzlich zu
den Anschlüssen
Die
bistabilen Schalter
Eine
weitere Ausführungsform
eines bistabilen Schalters
Die
nach außen
führenden
Anschlüsse
Claims (11)
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