Die
Erfindung betrifft eine universelle Schalt- und/oder Steckeinheit,
insbesondere zum Einsatz in Kraftfahrzeugen.The
Invention relates to a universal switching and / or plug-in unit,
in particular for use in motor vehicles.
Derartige
Vorrichtungen sind bekannt, z. B. aus der EP 1691579 A1 .Such devices are known, for. B. from the EP 1691579 A1 ,
Daran
ist nachteilig, dass im Falle einer Aktivierung der mechanischen
Schaltelemente eine durch die Induktivität, in Kombination
mit einem zeitlich schnell ansteigenden oder abfallenden Strom,
wie insbesondere beim Ein- und Ausschalten auftretend, entstehende
Schaltspannung oder induzierte Spannung Probleme für die übergeordnete,
schaltende Elektronik bedeutet. Insbesondere, wenn das übergeordnete
(also das Relais ansteuernde) Schaltelement ein bipolarer Transistor
ist, kann die entstehende Schaltspannung zur Zerstörung desgleichen
führen.it
is disadvantageous that in case of activation of the mechanical
Switching elements through the inductance, in combination
with a rapidly increasing or decreasing current,
as occurring in particular when switching on and off, resulting
Switching voltage or induced voltage problems for the parent,
Switching electronics means. In particular, if the parent
(ie the relay driving) switching element is a bipolar transistor
is, the resulting switching voltage to the destruction of the same
to lead.
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, die oben aufgezeigten Nachteile
zu vermeiden und eine universelle Schalt- und/oder Steckeinheit
zu schaffen, die möglichst einfach, z. B. durch ein standardisiertes Interface,
an verschiedene Verbraucher adaptiert werden kann. Des weiteren
soll die Erfindung in ihrem Aufbau robust, gleichzeitig jedoch auch
einfach zu fertigen sein.task
It is the object of the present invention to obviate the above-noted disadvantages
to avoid and a universal switching and / or plug-in unit
to create the simplest possible, z. By a standardized interface,
can be adapted to different consumers. Furthermore
the invention should be robust in construction, but at the same time
easy to manufacture.
Die
Aufgabe wird mittels einer „Universellen Schalt- und/oder
Steckeinheit" gemäß den Merkmalen des unabhängigen
Anspruchs 1 gelöst.The
Task is by means of a "universal switching and / or
Plug-in unit "according to the characteristics of the independent
Claim 1 solved.
Hierbei
ist von Vorteil, dass die Schalt-/Steckeinheit universell direkt
an einen Verbraucher adaptiert werden kann. Bei besonders leistungsstarken
Verbrauchern können so u. U. die Leitungswege im Hochstrompfad
deutlich verkürzt werden, was in geringeren Leitungsverlusten
(Spannungsabfall) und auch finanziellem Einsparpotenzial resultiert.in this connection
It is advantageous that the switching / plug-in unit is universally directly
can be adapted to a consumer. For particularly powerful
Consumers can u. U. the conduction paths in the high current path
be significantly shortened, resulting in lower line losses
(Voltage drop) and also financial savings potential results.
Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen werden in den Unteransprüchen
beschrieben.Further
advantageous embodiments are set out in the subclaims
described.
Weitere
Details und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der nachfolgenden
Figurenbeschreibung in Kombination mit den Zeichnungen dargestellt.
Es zeigt:Further
Details and advantages of the present invention will become apparent in the following
Description of the figures shown in combination with the drawings.
It shows:
1 Draufsicht
auf eine universelle Schalt-/Steckeinheit 1 Top view of a universal switching / plug-in unit
2 Seitenansicht
nach 1 2 Side view after 1
3 Draufsicht
der Stanzbiegeteilanordnung im Zusammenbau 3 Top view of stamped and bent part assembly in assembly
4 Seitenansicht
des Stanzbiegeteils KL. 30 Zuführung 4 Side view of the stamped and bent part KL. 30 feeder
5 Seitenansicht
des Stanzbiegeteils Relaisausgang 5 Side view of the stamped and bent part relay output
6 Seitenansicht
des Stanzbiegeteils Signalleitung 1 6 Side view of the stamped bent part signal line 1
7 Seitenansicht
des Stanzbiegeteils Signalleitung 2 7 Side view of the stamped bent part signal line 2
8 Universelle
Schalt-/Steckeinheit zwischen Batterie und Verbraucher 8th Universal switching / plug-in unit between battery and consumer
9 Explosionszeichnung
der Schalt-/Steckeinheit mit PTC-Zuheizer als Verbraucher 9 Exploded view of the switch / plug-in unit with PTC heater as consumer
10 Ausführungsbeispiele
für Entlastungszweige 10 Embodiments for relief branches
11 Schematischer
Aufbau Schalt-/Steckadapter 11 Schematic structure of switching / plug-in adapter
12 Wirkungsprinzip
des Schalt-/Steckadapters bei Einsatz von zwei Relais 12 Principle of operation of the switch / plug adapter when using two relays
13 Wirkungsprinzip
des Schalt-/Steckadapters bei Einsatz von drei Relais 13 Principle of operation of the switch / plug adapter when using three relays
14 Ausführungsvariante
Schalt-/Steckadapter mit zweiteiligem Gehäuse 14 Design variant switching / plug-in adapter with two-part housing
15 Explosionszeichnung
Schalt-/Steckadapter mit zweiteiligem Gehäuse 15 Exploded view Switching / plug-in adapter with two-part housing
In 1 wird
eine fertige Schalt-/Steckeinheit 4 dargestellt, deren
Außengeometrie im wesentlichen durch ein oder mehrere Gehäuseteile
abgebildet wird. Dabei besteht das Gehäuse 4 Idealerweise
aus Kunststoff oder einem anderen elektrisch isolierenden Material.
Je nach Anzahl an verwendeten Relais 1 sind entsprechende
Aufnahmen im Gehäuse enthalten, wobei eine umlaufende Erhöhung 3 der
Relaisfassungen eine einfache Montage der Relais 1 durch
die somit verbesserte Zentrierung ebenso begünstigt, wie
auch den Seitenhalt der Relais 1 im verbauten Zustand. Überdies
hinaus können zusätzliche Halteclips 2,
z. B. als federnde, rastende oder verpresste Elemente, unterstützend
auf die Fixierung der Relais 1 nach dem Einsetzen in die Schalt-/Steckeinheit 4 wirken.
Die Anbindung an die Fahrzeugelektrik erfolgt leistungsseitig über
einen Kontakt 5 mit entsprechender Stromtragfähigkeit,
der z. B. als Schraub- bzw. Steckbolzen, aber auch als männlicher Flachsteckkontakt
(alternativ weiblicher) ausgeführt sein kann und die Versorgung
der Relais 1 mit Pluspotenzial (alternativ Massepotenzial)
sicherstellt. Die Ansteuerung der Relais 1 mit Massepotenzial
(alternativ Pluspotenzial) über das Bordnetz wird über
entsprechende Steuerkontakte realisiert, die z. B. separat kontaktiert
oder aber auch zu einem Signalstecker 6 zusammengefasst
sein können. Die Position von Signalstecker 6 und
Hochstromkontakt 5 auf der Schalt-/Steckeinheit 4 kann
hierbei beliebig sein, günstig sind jedoch kurze Verbindungswege,
insbesondere zwischen Hochstromkontakt 5 und Relais 1,
um unnötig hohe Spannungsabfälle bei hohem Stromfluss
im Leistungskreis zu vermeiden.In 1 becomes a finished switching / plug-in unit 4 represented, the outer geometry is substantially represented by one or more housing parts. This is the case 4 Ideally made of plastic or another electrically insulating material. Depending on the number of relays used 1 are corresponding receptacles contained in the housing, with a circumferential increase 3 the relay sockets a simple installation of the relay 1 by the thus improved centering also favors, as well as the lateral support of the relay 1 in the installed state. In addition, additional retaining clips 2 , z. B. as resilient, latching or pressed elements, supporting the fixation of the relay 1 after insertion into the switching / plug-in unit 4 Act. The connection to the vehicle electrics is made on the power side via a contact 5 with appropriate current carrying capacity, the z. B. as a screw or socket pin, but also as a male blade contact (alternatively female) can be performed and the supply of the relay 1 with positive potential (alternatively ground potential). The control of the relays 1 with ground potential (alternatively plus potential) via the electrical system is realized via appropriate control contacts, the z. B. contacted separately or even to a signal connector 6 can be summarized. The position of signal connector 6 and high current contact 5 on the switch / plug-in unit 4 this can be arbitrary, however, short connecting paths are favorable, in particular between high current contact 5 and relays 1 to avoid unnecessarily high voltage drops at high current flow in the power circuit.
2 verdeutlicht
nochmals die Integration der Relais in die Schalt-/Steckeinheit 4.
Die Schnittstelle zu einem oder mehreren Verbrauchern erfolgt über
ein typischerweise standardisiertes Interface 16. 2 once again illustrates the integration of the relays in the switching / plug-in unit 4 , The interface to one or more consumers takes place via a typically standardized interface 16 ,
Die
in 3 abgebildeten Kontaktbahnen veranschaulichen
eine mögliche Variante des inneren Aufbaus der Schalt-/Steckeinheit.
Hierbei können die einzelnen Verbindungselemente als metallische
Stanzbiegeteile ausgeformt werden, die beispielsweise durch Klemmen,
Heißverprägen oder Umspritzen im Gehäuse der
Schalt-/Steckeinheit fixiert werden. Zur Herstellung aller relevanten
Verbindungen, insbesondere der elektrischen, werden folgende Teile
benötigt: Zuführung KL. 30 (alternativ Massezuführung) 13,
Steuersignalzuführung/en 14 und 15, sowie
Interface Relais/Verbraucher 12 – je nach Anzahl
der verwendeten Relais.In the 3 illustrated contact paths illustrate a possible variant of the internal structure of the switching / plug-in unit. Here, the individual connecting elements can be formed as a metallic stamped and bent parts, which are fixed for example by clamping, hot stamping or encapsulation in the housing of the switching / plug-in unit. For the production of all relevant connections, in particular the electrical, the following parts are required: supply KL. 30 (alternatively mass supply) 13 , Control signal supply / s 14 and 15 , as well as interface relay / consumer 12 - depending on the number of relays used.
4 zeigt
eine mögliche Ausführung eines Stanzbiegeteils
zur KL. 30 Zuführung 13 (alternativ Massezuführung).
Der Hochstromanschluss 5 kann entweder durch direktes Ausformen
des Stanzbiegeteils hergestellt werden, z. B. aber auch durch Einsetzen
eines Schraub- bzw. Steckbolzens, der seinerseits durch Verschweißen,
Verlöten, Vernieten, Einpressen oder Verprägen
mit dem Stanzbiegeteil 13 verbunden werden kann. Die Kontaktierung
der Relais 1 erfolgt – je nach Relaistyp – z.
B. über entsprechende Flachsteckkontakte 11, welche
Idealerweise direkt aus dem Stanzbiegeteil ausgeformt sind. Ferner
ist hier jedoch auch der Einsatz standardisierter Zukaufteile (entsprechend 11)
denkbar, die ihrerseits durch Schweißen, Nieten o. ä.
am Stanzbiegeteil 13 befestigt werden können.
Neben der eigentlichen Hochstromzuführung wird gleichzeitig
jeweils ein Spulenanschluss der Relais 1 mit Pluspotenzial
(alternativ Massepotenzial) versorgt, um eine spätere Ansteuerung
zu ermöglichen. 4 shows a possible embodiment of a stamped and bent part to KL. 30 feeder 13 (alternatively mass supply). The high current connection 5 can be made either by direct molding of the stamped and bent part, z. B. but also by inserting a screw or plug pin, in turn, by welding, soldering, riveting, press-fitting or embossing with the stamped and bent part 13 can be connected. The contacting of the relays 1 takes place - depending on the relay type - z. B. via corresponding tabs 11 which are ideally formed directly from the stamped and bent part. Furthermore, here is also the use of standardized purchased parts (corresponding 11 ) conceivable, in turn, by welding, riveting o. Ä. On stamped and bent part 13 can be attached. In addition to the actual high current supply is simultaneously a coil terminal of the relay 1 supplied with positive potential (alternatively ground potential) to enable a later activation.
Das
in 5 gezeigte Verbindungselement Relaisausgang/Verbraucher 12 ist
ebenfalls als Stanzbiegeteil ausgeführt. Die Schnittstelle
zu den verwendeten Relais 1 kann – äquivalent
der Relaisanbindung entsprechend 4 – als
Flachstecker 11, je nach Relaiskonfiguration ein- oder
mehrpolig, ausgeführt sein. Die Schnittstelle zum Verbraucher 10 ist
in diesem Fall als Flachsteckverbindung definiert, ferner sind jedoch
auch Rundsteck- oder Klemmverbindungen möglich.This in 5 shown connection element relay output / consumer 12 is also designed as a stamped and bent part. The interface to the relays used 1 can - equivalent to the relay connection accordingly 4 - as a flat connector 11 , depending on the relay configuration one or more poles, executed. The interface to the consumer 10 is defined in this case as a flat connector, but also round plug or clamp connections are possible.
Das
Stanzbiegeteil 14 gemäß 6 zeigt
eine mögliche Variante der Steuersignalzuführung.
Hierbei wird jeweils ein Spulenanschluss eines Relais z. B. über
einen Flachsteckanschluss 11 kontaktiert und über das
Stanzbiegteil 14 mit einem Steueranschluss 9,
z. B. Pin oder Flachsteckanschluss (männlich, alternativ weiblich),
verbunden. Der Steueranschluss 9 selbst kann wiederum Bestandteil
eines Signalsteckers sein. Die eben beschriebene Verbindung erlaubt
die Ansteuerung des entsprechenden Relais mit Massepotenzial (alternativ
Pluspotenzial), sofern der jeweils zweite Spulenanschluss der Relais
mit Pluspotenzial (alternativ Massepotenzial) versorgt wird.The stamped and bent part 14 according to 6 shows a possible variant of the control signal supply. Here, in each case a coil terminal of a relay z. B. via a blade terminal 11 contacted and about the stamped and bent part 14 with a control connection 9 , z. As pin or flat male connector (male, alternatively female) connected. The control connection 9 itself can in turn be part of a signal connector. The connection described above allows the control of the corresponding relay with ground potential (alternatively positive potential), provided that the respectively second coil terminal of the relay is supplied with positive potential (alternatively ground potential).
Die
Kontaktbahn 15 wie in 7 dargestellt,
entspricht in Aufbau und Funktion weitestgehend dem Stanzbiegeteil 14 nach 6,
allerdings mit dem Unterschied, dass das auf dieser Kontaktbahn 15 anliegende Steuersignal
zwei Relais – hier über entsprechend ausgeformte
Flachsteckkontakte 11 – zugeführt wird.The contact track 15 as in 7 shown corresponds in construction and function as far as possible the stamped and bent part 14 to 6 , but with the difference that on this contact track 15 applied control signal two relays - here via correspondingly shaped flat plug contacts 11 - is supplied.
In 8 wird
ein Verbraucher 20 dargestellt, der mittels männlicher
(alternativ weiblicher) Steckkontakte 25 mit der universellen
Schalt- und/oder Steckeinheit 4 zum Zweck der Kommunikation,
insbesondere der elektrischen, verbunden ist. Die universelle Schalt-
und/oder Steckeinheit 4 weist entsprechend der Steckkontakte
des Verbrauchers 25 entsprechend Gegenkontakte 26 (weiblich/männlich;
männlich/weiblich) auf. Weiter enthält die universelle
Schalt- und/oder Steckeinheit 4 ein Schutzelement 23,
mit dem Überlastzustände oder die Zerstörung
von empfindlichen elektronischen Bauteilen innerhalb eines Kfz beim
Schalten der integrierten Relais 1 verhindert werden. Die
universelle Schalt- und/oder Steckeinheit 4 verfügt über
eine Hochstromversorgung, die mittels der Stromversorgungsleitungen 27 mit
der Kfz-Batterie 22 verbunden ist. Weiter stellt die universelle
Schalt- und/oder Steckeinheit 21 eine Steuersignalversorgung
bereit, die mittels der Steuersignalleitungen 28 mit einem
Steuergerät 24 des Kfz verbunden ist. Die Verbraucher 20 können,
z. B. bei einem Kfz, eine oder mehrere Glühkerzen, eine
oder mehrere Vorrichtungen zum Erwärmen der Ansaugluft, ein-
oder mehrstufige Pumpen bzw. Elektromotoren, eine oder mehrere Leuchten,
ein oder mehrere elektrische Heizer, insbesondere solche mit einem
positiven Temperaturkoeffizienten (PTC), ebenso auch Standheizungen,
Leistungsverstärker, Steckdosen, Signalhörner,
usw. sein.In 8th becomes a consumer 20 represented by male (alternatively female) plug contacts 25 with the universal switching and / or plug-in unit 4 for the purpose of communication, in particular the electrical, is connected. The universal switching and / or plug-in unit 4 points according to the plug contacts of the consumer 25 according to mating contacts 26 (female / male, male / female) on. Next contains the universal switching and / or plug-in unit 4 a protective element 23 with the overload conditions or the destruction of sensitive electronic components inside a car when switching the integrated relay 1 be prevented. The universal switching and / or plug-in unit 4 has a high-voltage power supply, by means of the power supply lines 27 with the car battery 22 connected is. Next is the universal switching and / or plug-in unit 21 a control signal supply provided by means of the control signal lines 28 with a control unit 24 of the car is connected. The consumers 20 can, for. For example, in a motor vehicle, one or more glow plugs, one or more devices for heating the intake air, single or multi-stage pumps or electric motors, one or more lights, one or more electric heaters, especially those with a positive temperature coefficient (PTC), as well as auxiliary heaters, power amplifiers, sockets, bugles, etc. be.
9 deutet
schematisch den Zusammenbau von Relais 1, Stanzbiegeteil
KL. 30 Zuführung 13, Stanzbiegeteile der Steuersignalzuführung/en 13 und 14 sowie
Stanzbiegeteil Relaisausgang 12 an, inklusive der Anbindung
an einen Verbraucher, in diesem Fall z. B. ein PTC-Zuheizer 19,
wie er zur Innenraum-Lufterwärmung in Kfz, insbesondere
Diesel-Kfz, verwendet wird. Die Unterbringung der Relais 1,
aller Stanzgitterteile, Hochstromkontakt 5 und Signalstecker 6 kann
optional auch direkt im Flansch 18 eines entsprechenden Verbrauchers
erfolgen, sofern der dort zur Verfügung stehende Bauraum
dies zulässt. Als zusätzlicher Schutz vor Umwelteinflüssen,
wie z. B. Staub, Feuchtigkeit, o. ä., kann bei dieser Variante
ein Gehäusedeckel 17 an den Flansch 18 (17 und 18 bilden
Steckeinheit 4), z. B. durch Aufclipsen, Verpressen, Verprägen,
Verkleben oder Verschweißen, angebracht werden. Ferner
ist ebenso die Implementierung eines Schutzelements 23 im Flansch 18 denkbar,
welches die Schalt-/Steckeinheit 4 im Falle von Überlastung,
insbesondere elektrischer und/oder thermischer, vom Bordnetz des
Kfz trennt. Weiterhin kann das Schutzelement 23 zum Unterdrücken von
Spannungsspitzen, wie sie üblicherweise beim Schalten von
induktiven Lasten auftreten, genutzt werden, um an die Schalt-/Steckeinheit 4 angebundene,
empfindliche Peripherie – insbesondere elektrische oder/und elektronische – zu
schützen. 9 schematically indicates the assembly of relays 1 , Stamped and bent part KL. 30 feeder 13 , Stamped bending parts of the control signal supply / s 13 and 14 as well as stamped and bent part relay output 12 including the connection to a consumer, in this case z. For example, a PTC heater 19 , as it is used for indoor air heating in motor vehicles, especially diesel vehicles. The accommodation of the relays 1 , all punched grid parts, high current contact 5 and signal connectors 6 Optionally available directly in the flange 18 of a corresponding consumer, provided that the space available there permits this. As additional protection against environmental influences, such. As dust, moisture, o. Ä., In this variant, a housing cover 17 to the flange 18 ( 17 and 18 form plug-in unit 4 ), z. B. by clipping, pressing, embossing, gluing or welding, are attached. Further, as is the implementation of a protection element 23 in the flange 18 conceivable, which is the switching / plug-in unit 4 in the case of overload, in particular electrical and / or thermal, disconnects from the electrical system of the vehicle. Furthermore, the protective element 23 To suppress voltage spikes, as they usually occur when switching inductive loads, are used to connect to the switching / plug-in unit 4 Tethered, sensitive peripherals - especially electrical or / and electronic - to protect.
Die
in 10 gezeigten Entlastungsnetzwerke 23 schützen
die im übergeordneten Steuergerät (vgl. 24, 8)
verbauten Schalttransistoren Q1 bis Qn vor
beim Abschalten induzierten Überspannungen und dienen der
Entmagnetisierung der Relaisspulen L1 bis Ln.
Eine alternative Ausgestaltung sieht vor, dass die Schalt-/Steckeinheit 4 (17 und 18)
in Kunststoffkompaktbauweise gefertigt wird und wenigstens zwei
teilende Elemente 13, 14, 15 zunächst
mit Montagehilfen versehen sind, die vor der Fertigstellung der
Schalt-/Steckeinheit 4 (17 und 18) wieder
entfernt werden und dass die leitenden Elemente 13, 14, 15 im
Gehäusekunststoff der Schalt-/Steckeinheit 4 (17 und 18)
eingebettet und dadurch elektrisch isoliert werden. Die leitenden
Elemente 13, 14, 15 bestehen zunächst
aus einem Blech, das so gestanzt wird, dass die Leiterbahnen 13, 14, 15 entstehen.
Damit das Blech einstückig bleibt, sind die Leiterbahnen 13, 14, 15 zunächst
mittels sogenannter Montagehilfen verbunden. Dieses Leiterbahnblech 13, 14, 15 mit
Montagehilfen wird in einen ersten Kunststoffspritzgießvorgang
umspritzt. In einem nachfolgenden Arbeitsgang werden die Leiterbahnen 13, 14, 15 kurz
schließenden Montagehilfen entfernt bzw. ausgestanzt, da
die Leiterbahnen 13, 14, 15 nun ihre
Lage in der Kunststoffhülle nicht mehr verändern
können. Die nun mehr elektrisch isolierten Leiterbahnen
in ihrer Kunststoffhülle werden in einem weiteren Spritzgießvorgang
in die endgültige Form 17, 18 gebracht.
- Variante 1: Standardschaltung mit Freilaufdiode 29 D1
- Variante 2: Freilaufdiode mit Z-Diode D3.
Die Z-Diode dient
der schnelleren Entmagnetisierung der Relaisspule und somit einer
Reduzierung der Prellzeit der Relaiskontakte. Führt man
D3 als bidirektionales Bauteil aus, kann die Freilaufdiode D2 unter
bestimmten Bedingungen entfallen.
- Variante 3: Freilaufdiode mit Varistor X1.
Wie die Z-Diode
D3 in Variante 2 führt der Varistor X1 zur schnelleren
Entmagnetisierung der Relaisspule. Da Varistoren bidirektionale
Bauteile sind, kann die Freilaufdiode D4 unter bestimmten Bedingungen
entfallen.
- Variante 4: Freilaufdiode mit Widerstand. R2
Hier dient
der Widerstand R2 primär dem Überspannungsschutz
des Schalttransistors 30 Q7, da die Entmagnetisierungsspannung
mit fallendem Spulenstrom abnimmt und beim Abfall des Relais kaum
noch wirksam ist. Nimmt man die zusätzliche Verlustleistung
während der Einschaltzeit des Relais in Kauf, kann auch
hier die Freilaufdiode D8 entfallen. Dies entspricht dann einer
Variante ausschließlich mit ohmschen Widerstand R2.
- Variante 5: RC-Glied R1C1
Bei geeigneter Wahl der Zeitkonstante
R1C1 kann der wegen des abnehmenden Spulenstroms verringerte Spannungsfall
an R1 durch die mit der Ladung zunehmenden Spannung an C1 ausgeglichen
werden, so dass die Entmagnetisierungswirkung während des
gesamten Abschaltvorgangs erhalten bleibt.
- Variante 6: Freilaufdiode D9 mit durch Schalter W1 überbrückbarer
Z-Diode D10
Da der Haltestrom eines Relais viel geringer sein
darf als der Anzugstrom, kann es aus Verlustleistungsgründen
sinnvoll sein, mittels PWM den Spulenstrom begrenzen. Dies gilt
besonders bei Relaisanwendungen für einen weiten Eingangsspannungsbereich.
Die Regelung kann sowohl im „voltage mode" (Regelung der
mittleren Spulenspannung) als auch im „current mode" (Regelung
des mittleren Spulenstroms) ausgeführt sein.
Allerdings
ist es im getakteten Betrieb notwendig, die Z-Diode D10 durch den
Schalter W1 zu überbrücken, da eine schnelle Entmagnetisierung
der Relaisspule L8 während des Taktens unerwünscht
ist. Der Schalter W1 wird erst beim Abschalten des Relais geöffnet,
womit wiederum D10 wirksam wird.
- Variante 7: Entlastungsnetzwerke für N > 1 Relais
Bei
mehreren Relais kann das Überspannungsschutzelement (z.
B. Z-Diode D7, Varistor X2, ...) von allen Spulenzweigen gemeinsam
genutzt werden, wenn diese durch Freilaufdioden (D5 bis Dn) entkoppelt sind.
In the 10 relief networks shown 23 protect those in the higher-level control unit (cf. 24 . 8th ) built switching transistors Q1 to Q n before induced during shutdown overvoltages and are used to demagnetize the relay coils L1 to L n . An alternative embodiment provides that the switching / plug-in unit 4 ( 17 and 18 ) is manufactured in plastic Kompakt construction and at least two dividing elements 13 . 14 . 15 are initially provided with mounting aids, before the completion of the switching / plug-in unit 4 ( 17 and 18 ) are removed again and that the conductive elements 13 . 14 . 15 in the housing plastic of the switching / plug-in unit 4 ( 17 and 18 ) and thereby electrically isolated. The guiding elements 13 . 14 . 15 consist first of a metal sheet, which is punched so that the conductor tracks 13 . 14 . 15 arise. So that the sheet remains integral, the tracks are 13 . 14 . 15 initially connected by means of so-called assembly aids. This conductor plate 13 . 14 . 15 with assembly aids is encapsulated in a first plastic injection molding. In a subsequent operation, the conductor tracks 13 . 14 . 15 short closing mounting aids removed or punched out because the interconnects 13 . 14 . 15 now can not change their position in the plastic shell. The now more electrically insulated tracks in their plastic shell are in a further injection molding in the final form 17 . 18 brought. - Variant 1: Standard circuit with freewheeling diode 29 D1
- Variant 2: Freewheeling diode with Zener diode D3. The Zener diode is used for faster demagnetization of the relay coil and thus a reduction of the bounce time of the relay contacts. Performing D3 as a bidirectional component, the free-wheeling diode D2 can be omitted under certain conditions.
- Variant 3: freewheeling diode with varistor X1. Like the zener diode D3 in variant 2, the varistor X1 leads to faster demagnetization of the relay coil. Since varistors are bidirectional components, the freewheeling diode D4 can be omitted under certain conditions.
- Variant 4: freewheeling diode with resistor. R2 Here, the resistor R2 serves primarily the overvoltage protection of the switching transistor 30 Q7, because the degaussing voltage decreases with decreasing coil current and is hardly effective when the relay drops. If one accepts the additional power loss during the switch-on time of the relay, the freewheeling diode D8 can also be omitted here. This then corresponds to a variant exclusively with ohmic resistance R2.
- Variant 5: RC element R1C1 With a suitable choice of the time constant R1C1, the voltage drop at R1, which is reduced because of the decreasing coil current, can be compensated for by the voltage at C1 increasing with the charge, so that the demagnetizing effect is maintained throughout the turn-off process.
- Variant 6: freewheeling diode D9 with zener diode D10 bridgeable by switch W1 Since the holding current of a relay may be much lower than the starting current, it may make sense for power loss reasons to limit the coil current by means of PWM. This is especially true in relay applications for a wide input voltage range. The control can be implemented both in "voltage mode" (regulation of the mean coil voltage) and in "current mode" (regulation of the average coil current). However, in clocked operation, it is necessary to bridge the Zener diode D10 by the switch W1, because rapid demagnetization of the relay coil L8 during the cycle is undesirable. The switch W1 is opened only when switching off the relay, which in turn D10 is effective.
- Variant 7: Relief networks for N> 1 relays In the case of several relays, the overvoltage protection element (eg Zener diode D7, varistor X2, ...) can be shared by all coil branches if this is decoupled by freewheeling diodes (D5 to D n ) are.
11 zeigt
die Verwendung eines Schalt-/Steckadapters 4 in Verbindung
mit einem PTC-Zuheizer 19, wie er in Kfz, vorzugsweise
Diesel-Kfz, zur Lufterwärmung im Innenraum eingesetzt wird.
Der Schalt-/Steckadapter enthält dabei alle zur Ansteuerung
des PTC-Zuheizers 19 relevanten Komponenten, insbesondere
Relais 1 und eine Schutzeinrichtung 23 zur Unterdrückung
von Spannungsspitzen, wie sie beim Schalten von Relais entstehen
können. Der Schalt-/Steckadapter 4 wird bei dieser
Ausführung direkt auf dem Flansch 18 des Heizers 19,
lösbar oder unlösbar, z. B. durch Aufclipsen,
Verschrauben, Verpressen oder Verprägen, fixiert. 11 shows the use of a switch / plug adapter 4 in conjunction with a PTC heater 19 , as it is used in motor vehicles, preferably diesel cars, for air heating in the interior. The switch / plug adapter contains all of these for controlling the PTC auxiliary heater 19 relevant components, in particular relays 1 and a protective device 23 for suppressing voltage peaks, such as those that can occur when switching relays. The switch / plug adapter 4 in this version is directly on the flange 18 the heater 19 , solvable or insoluble, z. B. by clipping, screwing, pressing or embossing fixed.
Die
Schnittstelle zur Fahrzeugelektrik bilden entsprechende Hochstromkontakte 5 zur
Versorgung des Zuheizers 19 mit Plus- bzw. Massepotenzial
sowie ein Signalstecker 6.The interface to the vehicle electrical system form corresponding high-current contacts 5 to supply the auxiliary heater 19 with positive or ground potential and a signal connector 6 ,
Das
in 12 dargestellte Schema veranschaulicht die Wirkungsweise
des Schalt-/Steckadapters 4 bei Einsatz von zwei Relais 1 und
Low-aktiver Relaisansteuerung. Hierbei ist jeweils ein Steueranschluss
der Relais 1 mit Pluspotenzial verbunden. Aktiviert werden
die Relais 1 durch Verbinden des zweiten Spulenanschlusses
mit Massepotenzial. Parallel zu den Relaisspulen sind entsprechende
Schutzeinrichtungen 23 angeschlossen, welche beim Schalten
der Relais 1 auftretende Spannungsspitzen unterdrücken
sollen. Als Last kann, wie auch in 11, wiederum
ein PTC-Zuheizer 12 dienen, bei dem nun zwei Heizstäbe
gleichzeitig über ein Relais 1 geschaltet werden.
Dementsprechend ergibt sich bei Annahme einer symmetrischen Laststromaufteilung
bei drei Heizstäben die doppelte Strombelastung für
Relais K2 gegenüber Relais K1.This in 12 Scheme illustrates the operation of the switch / plug adapter 4 when using two relays 1 and low-active relay control. Here is in each case a control terminal of the relay 1 associated with positive potential. The relays are activated 1 by connecting the second coil terminal to ground potential. Parallel to the relay coils are corresponding protective devices 23 connected when switching the relay 1 should suppress occurring voltage spikes. As a load, as well as in 11 , again a PTC heater 12 serve, in which now two heating elements simultaneously via a relay 1 be switched. Accordingly, assuming a symmetrical load current distribution at three heating rods twice the current load for relay K2 compared to relay K1.
Durch
das Schalten von zwei Lastkreisen über ein Relais 1 kann
in diesem Fall die im Verbraucher – hier ein PTC-Zuheizer 19 – umgesetzte
Leistung gemäß Tabelle 1 z. B. binär
kodiert werden. Tabelle 1 Kodierung der Verbraucherleistung
bei Low-aktiver Relaisansteuerung Steuerleitung
Step
2 Steuerleitung
Step
1 Anteil
der Nennleistung
1 1 0%
1 0 33%
0 1 67%
0 0 100%
- (1 = Pluspotenzial/0 = Massepotenzial)
By switching two load circuits via a relay 1 can in this case the consumer - here a PTC heater 19 - converted capacity according to Table 1 z. B. be coded binary. Table 1 Coding of the consumer power with low-active relay control Control line Step 2 Control line Step 1 Share of nominal power
1 1 0%
1 0 33%
0 1 67%
0 0 100%
- (1 = plus potential / 0 = ground potential)
13 entspricht
weitestgehend der Darstellung in 12, allerdings
mit dem Unterschied, dass im Schalt-/Steckadapter 4 jeweils
ein Relais 1 pro Lastkreis, z. B. für jeden Heizstab
eines PTC-Zuheizers 19, vorgesehen ist. Um auch in diesem
Fall eine ansteuerungsspezifische Kodierung der Verbraucherleistung
entsprechend Tabelle 1 zu ermöglichen, werden die Spulenanschlüsse
zur Steuerung der Relais 1 K1 und K3 miteinander verbunden. 13 corresponds largely to the representation in 12 , but with the difference that in the switching / plug adapter 4 one relay each 1 per load circuit, z. B. for each heating element of a PTC auxiliary heater 19 , is provided. In order to enable in this case a control-specific coding of the consumer power according to Table 1, the coil terminals are used to control the relay 1 K1 and K3 connected.
Auch
in dieser Ausführungsvariante sind entsprechende Schutzelemente 23 vorhanden,
die das Auftreten von Spannungsspitzen, vornehmlich bedingt durch
das Schalten der Relais, auf den Steuerleitungen verhindern sollen.Also in this embodiment are corresponding protective elements 23 present, which should prevent the occurrence of voltage spikes, mainly due to the switching of the relay on the control lines.
Die
Abbildung gemäß 14 zeigt
eine weitere Form des Schalt-/Steckadapters, diesmal bestehend aus
einem universellen Flansch 18 und einem Gehäusedeckel 17,
der seinerseits z. B. durch Aufclipsen, Verschrauben, Verpressen,
Verprägen, Verkleben oder Verschweißen mit dem
Flansch 18 verbunden werden kann. Je nach technischen Erfordernissen
kann der Flansch 18 entsprechende Befestigungslaschen 7 mit Montagelöchern 8 aufweisen.
Auch hier erfolgt die Anbindung an die Kfz-Elektrik über
geeignete Hochstromkontakte 5 – hier z. B. in
Form von Flachsteckkontakten ausgeführt – und über
einen Signalstecker 6.The picture according to 14 shows another form of switching / plug adapter, this time consisting of a universal flange 18 and a housing cover 17 who for his part B. by clipping, screwing, pressing, embossing, gluing or welding to the flange 18 get connected can. Depending on the technical requirements, the flange can 18 corresponding fastening straps 7 with mounting holes 8th exhibit. Again, the connection to the vehicle electrical system via suitable high current contacts 5 - here z. B. in the form of flat plug contacts - and a signal connector 6 ,
Der
innere Aufbau des Schalt-/Steckadapters nach 14 wird
in 15 beschrieben. Bei dieser Variante werden offen
Relais 1 auf eine Leiterplatte 34 gelötet.
Weiterhin erlaubt der Einsatz einer Leiterplatte 34 die
direkte Aufnahme von Hochstromkontakten 5 und Steuersignalanschlüssen 9,
die beispielsweise über Verlöten oder Einpressen
kontaktiert werden können. Die Schnittstelle zum Verbraucher
kann z. B. durch entsprechende Hochstrom-Federkontakte 31 definiert
werden. Durch den Einsatz offener Relais 1 ist jedoch eine
Abdichtung des Schalt-/Steckadapters zur äußeren
Umgebung hin notwendig. Idealerweise sollte der entsprechende Prozess
zur Verbindung von Flansch 18 und Deckel 17 die
Dichtigkeit ohne Einsatz weiterer Maßnahmen zwischen den
beiden eben genannten Komponenten sicherstellen. In Frage kommen
hier Verbindungstechniken, wie z. B. Verkleben, Heißverprägen
oder Schweißen. Die Dichtigkeit zur Verbraucherschnittstelle hin
kann beispielsweise über eine elastische Einlegedichtung 33 realisiert
werden, die im montierten Zustand des Schalt-/Steckadapters jeweils
plan auf Flansch 18 und Unterseite der Leiterplatte 34 aufliegt. Über
entsprechende Durchbrüche 32 im Gehäuse
und Schlitzen in der Einlegedichtung 33 kann ein von außen
zugeführter Verbraucheranschluss – in diesem Fall
in Form eines Flachsteckkontakts – durch eine Gehäuseöffnung 32 mit
einem Hochstrom-Federkontakt 31 verbunden werden.The internal structure of the switching / plug adapter after 14 is in 15 described. In this variant open relays 1 on a circuit board 34 soldered. Furthermore, the use of a printed circuit board allows 34 the direct recording of high current contacts 5 and control signal terminals 9 which can be contacted for example by soldering or pressing. The interface to the consumer can, for. B. by appropriate high current spring contacts 31 To be defined. By using open relays 1 However, a seal of the switch / plug adapter to the outside environment is necessary. Ideally, the appropriate process should be for connecting flange 18 and lid 17 ensure tightness without the use of further measures between the two components just mentioned. In question come here connection techniques such. As bonding, hot stamping or welding. The tightness towards the consumer interface, for example, via an elastic insert seal 33 be realized, which in the assembled state of the switch / plug adapter each plan on flange 18 and bottom of the circuit board 34 rests. About appropriate breakthroughs 32 in the housing and slots in the inlet seal 33 For example, an externally supplied consumer connection - in this case in the form of a flat plug contact - through a housing opening 32 with a high current spring contact 31 get connected.
-
11
-
Relais
(L1, L2, L3, L4, L5, L6, L7, L8)relay
(L1, L2, L3, L4, L5, L6, L7, L8)
-
22
-
Halteclipclip
-
33
-
Erhöhte
RelaisfassungIncreased
relay socket
-
44
-
Schalt-/SteckeinheitSwitch / plug-in unit
-
55
-
HochstromkontaktHigh-current contact
-
66
-
Signalsteckersignal connector
-
77
-
Befestigungslaschemounting tab
-
88th
-
Montagelochmounting hole
-
99
-
SteuersignalanschlussControl signal terminal
-
1010
-
Heizeranschlüsse
in Flachsteckerausführungheater connections
in flat connector design
-
1111
-
Relaisanschlüsse
in Flachsteckerausführungrelay connections
in flat connector design
-
1212
-
Stanzbiegeteil
RelaisausgangStamped and bent part
relay output
-
1313
-
Stanzbiegeteil
KL. 30 ZuführungStamped and bent part
KL. 30 feeder
-
1414
-
Stanzbiegeteil
Signalleitung 1Stamped and bent part
Signal line 1
-
1515
-
Stanzbiegeteil
Signalleitung 2Stamped and bent part
Signal line 2
-
1616
-
Spezifisches
Interface zum Verbraucherspecific
Interface to the consumer
-
1717
-
Gehäusedeckelhousing cover
-
1818
-
Flanschflange
-
1919
-
PTC-ZuheizerPTC Heaters
-
2020
-
Verbraucherconsumer
-
2121
-
HochstromverbindungHigh current connection
-
2222
-
Kfz-Batterie;
Elektrische EnergiequelleCar battery;
Electrical energy source
-
2323
-
Schutzelementprotection element
-
2424
-
Steuergerätcontrol unit
-
2525
-
Steckkontakte
des Verbrauchersplug contacts
of the consumer
-
2626
-
Gegenkontakte
der Schalt-Steckeinheitmating contacts
the switching plug-in unit
-
2727
-
StromversorgungsleitungPower line
-
2828
-
SteuersignalleitungControl signal line
-
2929
-
FreilaufdiodeFreewheeling diode
-
3030
-
Schalttransistorswitching transistor
-
3131
-
Hochstrom-FederkontaktHigh current spring contact
-
3232
-
GehäusedurchbruchCase breaking
-
3333
-
Einlegedichtunginsert seal
-
3434
-
Leiterplattecircuit board
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- EP 1691579
A1 [0002] - EP 1691579 A1 [0002]