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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System, um eine Änderung eines Verbindungszustands zweier Verbindungselemente innerhalb eines Fahrzeugs zu erfassen.
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Die
DE 10 2009 038 168 A1 beschreibt ein Stromüberbrückungselement zum lösbaren Schließen eines Stromkreises. Dabei werden mittels eines Interlock-Kontakts Schütze aufgeschaltet, sobald sich die Schraubverbindung bewegt.
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Die
DE 10 2006 050 180 A1 offenbart einen Interlock-Kreis, welcher beim Öffnen eines Deckels eines Gehäuses unterbrochen wird. Innerhalb des Gehäuses befinden sich zu schließende Kontakte eines Stromkreises. Der Gehäusedeckel wird mit einer Schraube in einer Schließposition gesichert.
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Die
DE 10 2008 021 542 A1 beschreibt eine Überwachungsvorrichtung zum Berührungsschutz eines Hybridfahrzeugs mit Hochvoltkomponenten, welche mit einer Leitungsschleife überwacht werden. Das Lösen einer Kontaktverbindung wird dabei mit einem magnetfeldsensitiven Sensor überwacht.
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Nach dem Stand der Technik ist in Elektrofahrzeugen eine so genannte Sicherheitslinie vorhanden, welche sämtliche Hochvolt-Steckungen an Komponenten und Koppelstellen überprüft oder diagnostiziert. Eine Auswertung von mittels der Sicherheitslinie erfassten Ergebnissen und ein etwaiges anschließendes Entladender Hochvolt-Komponenten darf laut Gesetz eine vorbestimmte Zeitspanne nicht überschreiten.
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Da die Hochvolt-Steckungen oder Hochvolt-Steckverbindungen sehr rasch gelöst werden können, werden die entsprechenden Hochvolt-Komponenten entweder separat geschützt oder die Auswertung der Sicherheitslinie muss entsprechend rasch durchgeführt werden, damit das Entladen der Hochvolt-Komponenten rechtzeitig erfolgt.
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Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Unterbrechung einer elektrischen Verbindung mit einem ausreichend langen zeitlichen Vorlauf vor der tatsächlichen Unterbrechung der elektrischen Verbindung zu erfassen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Erfassen einer Änderung eines Verbindungszustands von zwei Verbindungselementen nach Anspruch 1, durch ein System zum Erfassen einer Änderung eines Verbindungszustands von zwei Verbindungselementen nach Anspruch 6 und durch ein Fahrzeug nach Anspruch 11 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Erfassen einer Änderung eines Verbindungszustands von zwei Verbindungselementen für ein Fahrzeug bereitgestellt. Dabei werden die zwei Verbindungselemente mit Hilfe einer Schraubverbindung gekoppelt oder zusammengehalten werden. Die Schraubverbindung umfasst ein Gewinde und eine Schraube, wobei sowohl das Gewinde als auch die Schraube zumindest teilweise elektrisch leitfähig sind. Die (bevorstehende) Änderung des Verbindungszustands der beiden Verbindungselemente wird erfasst, indem eine Änderung eines Bestehens oder Vorhandenseins einer elektrischen Verbindung zwischen dem Gewinde und der Schraube erfasst wird.
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Unter einer Änderung des Verbindungszustands der zwei Verbindungselemente wird dabei verstanden,
- • dass die beiden Verbindungselemente gekoppelt (z. B. elektrisch verbunden) waren und nun getrennt werden, oder
- • dass die beiden Verbindungselemente nicht verbunden oder gekoppelt waren und nun verbunden oder gekoppelt werden.
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Die (bevorstehende) Änderung des Verbindungszustands (insbesondere die Trennung der beiden Verbindungselemente) wird demnach erfindungsgemäß erfasst,
- • wenn vorher eine elektrische Verbindung zwischen dem Gewinde und der Schraube vorliegt und aktuell diese elektrische Verbindung nicht mehr vorliegt,
oder - • wenn vorher keine elektrische Verbindung zwischen dem Gewinde und der Schraube vorliegt und aktuell diese elektrische Verbindung vorhanden ist.
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Anders ausgedrückt kann es sich bei der Änderung des Bestehens der elektrischen Verbindung entweder um eine Unterbrechung der elektrischen Verbindung oder um einen Aufbau oder eine Erzeugung der elektrischen Verbindung handeln. Dabei ist die Schraubverbindung vorteilhafterweise derart aufgebaut, dass diese Änderung des Bestehens der elektrischen Verbindung zwangsläufig auftritt, wenn die Schraubverbindung gelöst wird, um die beiden Verbindungselemente zu trennen.
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Da zur Änderung des Verbindungszustands, insbesondere zur Trennung der beiden Verbindungselemente, die Schraubverbindung gelöst werden muss, indem die Schraube aus dem Gewinde gedreht wird, handelt es sich bei diesem Vorgang der Trennung der beiden Verbindungselemente um einen Vorgang, welcher zumindest eine bestimmte Zeitdauer andauert, wobei diese Zeitdauer von der Ausgestaltung der Schraubverbindung abhängt. Indem die Änderung des Bestehens der elektrischen Verbindung zwischen dem Gewinde und der Schraube entsprechend früh auftritt, bevor die Schraube vollständig aus dem Gewinde herausgedreht ist und damit die beiden Verbindungselemente getrennt werden können, steht eine ausreichend lange Zeitdauer zur Verfügung, um beispielsweise eine Entladung von Hochvolt-Komponenten vornehmen zu können.
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Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst das Gewinde einen ersten elektrisch leitfähigen Gewindeabschnitt und einen zweiten nicht elektrisch leitfähigen Gewindeabschnitt. Das Gewinde oder die Schraubverbindung ist derart aufgebaut, dass sich die Schraube beim Herausschrauben aus dem Gewinde zuerst aus einem Eingriff mit dem ersten Gewindeabschnitt löst, bevor sich die Schraube vollständig aus einem Eingriff mit dem Gewinde und damit auch aus einem Eingriff mit dem zweiten Gewindeabschnitt löst. Die Unterbrechung der elektrischen Verbindung tritt spätestens dann auf, wenn die Schraube beim Herausschrauben aus dem Gewinde keinen Kontakt mehr mit dem ersten Gewindeabschnitt besitzt.
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Um die beiden Verbindungselemente zu trennen und damit den Verbindungszustand der beiden Verbindungselemente zu ändern, muss die Schraube vollständig aus dem Gewinde geschraubt werden. Wenn die Unterbrechung der elektrischen Verbindung zwischen dem Gewinde und der Schraube spätestens erfasst wird, wenn die Schraube aus dem ersten Gewindeabschnitt herausgeschraubt worden ist, muss die Schraube noch aus dem zweiten Gewindeabschnitt geschraubt werden, um die beiden Verbindungselemente zu trennen. Mit anderen Worten steht die Zeitdauer, welche verstreicht, während die Schraube aus dem zweiten Gewindeabschnitt geschraubt wird, für Vorgänge (wie beispielsweise das Entladen von Hochvolt-Komponenten) zur Verfügung, welche z. B. bei einer Unterbrechung einer elektrischen Hochvolt-Verbindung durchgeführt werden müssen. Anders ausgedrückt kann durch die Länge des zweiten Gewindeabschnitts oder durch die Anzahl der Gewindegänge des zweiten Gewindeabschnitts diese Zeitdauer vorteilhafterweise eingestellt werden.
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Bei den vorab beschriebenen Ausführungsformen wird die (bevorstehende) Änderung des Verbindungszustands der beiden Verbindungselemente insbesondere durch eine Unterbrechung einer elektrischen Verbindung erfasst, wobei die Unterbrechung auftritt, wenn z. B. ein leitfähiger Gewindeabschnitt den Kontakt zur Schraube verliert. In ähnlicher Weise kann die bevorstehende Änderung erfasst werden, indem ein oder zwei Gewindeabschnitte beim Herausdrehen der Schraube mit leitfähigen Abschnitten der Schraube in Kontakt kommen, um dadurch die elektrische Verbindung, welche vorher nicht vorhanden war, aufzubauen oder zu erzeugen.
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Darüber hinaus wird bei den beschriebenen Ausführungsformen meist die Erfassung einer, Trennung der beiden Verbindungselemente beschrieben. Es ist aber ebenso möglich, erfindungsgemäß das Koppeln (z. B. elektrisch in Kontaktbringen) der beiden Verbindungselemente zu erfassen, indem beispielsweise das Erzeugen der elektrischen Verbindung zwischen Schraube und Gewinde erfasst wird.
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Bei den beiden Verbindungselementen kann es sich um zwei elektrische Verbindungselemente handeln, welche derart elektrisch gekoppelt werden, dass sie sich gegenseitig elektrisch kontaktieren, um dadurch eine weitere elektrische Verbindung (z. B. eine elektrische Hochvolt-Verbindung) zu realisieren. Demzufolge wird durch das Erfassen der bevorstehenden Trennung der beiden Verbindungselemente die bevorstehende Unterbrechung dieser weiteren elektrischen Verbindung erfasst.
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Bei den beiden Verbindungselementen kann es sich beispielsweise auch um Elemente handeln, welche getrennt werden müssen, um an eine Einrichtung zu gelangen, mit welcher eine weitere elektrische Verbindung unterbrochen werden kann. Beispielsweise kann es sich bei dem einen Verbindungselement um ein Gehäuse und bei dem anderen Verbindungselement um eine Gehäuseklappe oder um einen Gehäusedeckel handeln, wobei innerhalb des Gehäuses eine elektrische Steckverbindung vorhanden ist. Um nun die durch die elektrische Steckverbindung realisierte elektrische Verbindung zu trennen, muss zuerst die Gehäuseklappe oder der Gehäusedeckel geöffnet werden, wozu die Schraubverbindung, mit welcher die Gehäuseklappe bzw. der Gehäusedeckel lösbar an dem Gehäuse arretiert ist, gelöst werden muss. Indem erfindungsgemäß das Aufschrauben der Schraubverbindung erfasst wird, wird das bevorstehende Öffnen der Gehäuseklappe bzw. des Gehäusedeckels (als Änderung des Verbindungszustands der beiden Verbindungselemente) erfasst und darauf geschlossen, dass in Kürze die weitere elektrische Verbindung (z. B. eine Hochvolt-Verbindung zwischen Hochvolt-Komponenten des Fahrzeugs) unterbrochen werden wird.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein System zum Erfassen einer Änderung eines Verbindungszustands von zwei Verbindungselementen für ein Fahrzeug bereitgestellt. Dabei umfasst das System die zwei Verbindungselemente, eine Schraubverbindung, um die beiden Verbindungselemente zu koppeln oder zusammenzuhalten, und Steuermittel. Die Schraubverbindung umfasst ihrerseits ein Gewinde und eine Schraube, wobei sowohl das Gewinde als auch die Schraube zumindest teilweise elektrisch leitfähig sind. Die Verbindungselemente und die Schraubverbindung sind derart ausgestaltet, dass die Verbindungselemente mit Hilfe der Schraubverbindung zusammengehalten werden. Eine bevorstehende Änderung des Verbindungszustands der beiden Verbindungselemente erfassen die Steuermittel dadurch, dass sie eine Änderung eines Bestehens einer elektrischen Verbindung zwischen dem Gewinde und der Schraube erfassen.
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Die Vorteile des erfindungsgemäßen Systems entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche vorab im Detail ausgeführt sind, so dass hier auf eine Wiederholung verzichtet wird.
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Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst eines der Verbindungselemente das Gewinde und das andere der Verbindungselemente umfasst ein elektrisch leitfähiges Material. In diesem Material befindet sich ein Loch, durch welches die Schraube durchgeführt werden kann. Die Steuermittel umfassen einen ersten elektrischen Kontakt, welcher sich in einer elektrischen Verbindung mit dem Gewinde befindet, und einen zweiten elektrischen Kontakt, welcher sich in einer elektrischen Verbindung mit dem elektrisch leitfähigen Material befindet. Mittels der Steuermittel überwacht das System eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt. Sobald die Steuermittel eine Unterbrechung der elektrischen Verbindung zwischen diesen beiden Kontakten erfassen, signalisieren die Steuermittel die bevorstehende Trennung der beiden Verbindungselemente.
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Das System ist insbesondere derart ausgestaltet, dass die Schraube mit ihrem Kopf das elektrisch leitfähige Material und mit ihrem Gewindeschaft das Gewinde kontaktiert, wenn die Schraube zur Kopplung der beiden Verbindungselemente vollständig mit dem Gewinde verschraubt ist. Wenn die Schraube zur Trennung der beiden Verbindungselemente aus dem Gewinde herausgeschraubt wird, und dadurch der elektrische Kontakt zwischen der Schraube und dem elektrisch leitfähigen Material oder zwischen der Schraube und dem Gewinde unterbrochen wird, erfassen die Steuermittel die bevorstehende Änderung des Verbindungszustands der beiden Verbindungselemente.
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Das erfindungsgemäße System kann auch eine elektrisch leitfähige Feder umfassen, welche zwischen dem Kopf der Schraube und dem elektrisch leitfähigen Material um den Schaft der Schraube herum angeordnet ist, wenn sich die Schraube im Eingriff mit dem Gewinde befindet.
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Durch diese Feder bleibt der elektrische Kontakt zwischen dem Kopf der Feder und dem leitfähigen Material länger erhalten, da der Kontakt zwischen dem Kopf und dem leitfähigen Material beim Herausschrauben der Schraube erst dann unterbrochen wird, wenn die Feder entspannt ist und keinen Kontakt mehr zum Kopf oder zum Material besitzt.
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Das Gewinde ist insbesondere derart realisiert, dass es einen ersten elektrisch leitfähigen Gewindeabschnitt und einen zweiten elektrisch nicht leitfähigen Gewindeabschnitt aufweist, welcher beispielsweise in ein Isolationsmaterial geschnitten ist. Dabei ist das Gewinde derart realisiert, dass die Schraube beim Herausschrauben aus dem Gewinde zuerst den Kontakt mit dem ersten Gewindeabschnitt verliert, aber sich in diesem Moment noch im Eingriff mit dem zweiten Gewindeabschnitt befindet.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein Fahrzeug bereitgestellt, welches ein erfindungsgemäßes System umfasst.
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Die vorliegende Erfindung ist insbesondere zur rechtzeitigen Erfassung einer bevorstehenden Unterbrechung einer elektrischen Hochvolt-Verbindung innerhalb eines Kraftfahrzeugs geeignet. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich eingeschränkt, da die vorliegende Erfindung auch zur Erfassung einer Unterbrechung einer anderen elektrischen Verbindung eines Fahrzeugs eingesetzt werden kann. Darüber hinaus lässt sich die vorliegende Erfindung auch bei Schiffen, Flugzeugen sowie gleisgebundenen oder spurgeführten Fahrzeugen einsetzen. Aber auch der Einsatz der vorliegenden Erfindung zur Erfassung einer bevorstehenden Änderung des Verbindungszustands von zwei beliebigen Elementen auch innerhalb einer stationären Einrichtung (beispielsweise in einem Sicherungskasten) ist durchaus möglich.
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Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter erfindungsgemäßer Ausführungsformen mit Bezug zu den Figuren im Detail beschrieben.
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In 1 sind Verbindungselemente dargestellt, welche erfindungsgemäß durch eine Schraubverbindung gekoppelt sind.
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2 stellt ein erfindungsgemäßes Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen System dar.
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In 1 sind ein erstes Verbindungselement 1 und ein zweites Verbindungselement 2 miteinander gekoppelt oder elektrisch verbunden, um eine elektrische Hochvolt-Verbindung eines Fahrzeugs zu realisieren. Zur Kopplung der beiden Verbindungselemente 1, 2 werden zwei Stifte 7 des zweiten Verbindungselements 2 in entsprechende Löcher 8 des ersten Verbindungselements 1 geführt. Darüber hinaus wird eine Schraube 7 durch ein Loch eingeführt, welches sich in einem leitfähigen Material 11 des ersten Verbindungselements 1 befindet, und in ein Gewinde 5, 6 des zweiten Verbindungselements 2 geschraubt. Das Gewinde besteht aus einem ersten Gewindeabschnitt 5, welcher in einem leitfähigen Material 12 des zweiten Verbindungselements 2 ausgebildet ist, und einem zweiten Gewindeabschnitt 6, welcher in einem nicht leitfähigen Material oder Isolationsmaterial des zweiten Verbindungselements 2 ausgebildet ist. Ein Kontakt 4 des ersten Verbindungselements 1 befindet sich in einem elektrischen Kontakt mit dem leitfähigen Material 11, und in ähnlicher Weise befindet sich ein Kontakt 3 des zweiten Verbindungselements 2 in einem elektrischen Kontakt mit dem leitfähigen Material 12 und damit mit dem ersten Gewindeabschnitt 5. Da die Schraube 7 aus einem leitfähigen Material ausgebildet ist, existiert spätestens dann, wenn die Schraube 7 bis zum Anschlag (bis der Kopf der Schraube 7 das leitfähige Material 11 des ersten Verbindungselements 1 berührt) geschraubt worden ist, eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Kontakten 3 und 4. Solange diese elektrische Verbindung existiert, wird erfindungsgemäß davon ausgegangen, dass die elektrische Hochvolt-Verbindung besteht und keine Trennung der beiden Verbindungselemente 1, 2 und damit keine Unterbrechung der elektrischen Hochvolt-Verbindung bevorsteht.
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Um nun die elektrische Hochvolt-Verbindung zu unterbrechen, müssen die beiden Verbindungselemente 1, 2 getrennt werden, wozu die Schraubverbindung 5–7 aufgeschraubt werden muss. Beim Herausschrauben der Schraube 7 kommt diese Schraube 7 zuerst aus dem Eingriff mit dem ersten Gewindeabschnitt 5 und spätestens dann wird die elektrische Verbindung zwischen den beiden Kontakten 3, 4 unterbrochen. Je nach dem wie groß das Loch in dem Material 11 im Vergleich zum Gewindeschaft der Schraube 7 ausgebildet ist, wird die elektrische Verbindung zwischen den Kontakten 3, 4 bereits vorher unterbrochen. Allerdings kann dieser elektrische Kontakt beim Herausschrauben aufgrund der Bewegung der Schraube 7 zumindest temporär wieder auftreten, wenn der Gewindeschaft der Schraube gegen die Innenwand des Lochs stößt. Wenn die Schraube 7 beim Herausschrauben den Kontakt mit dem ersten Gewindeabschnitt 5 verliert, befindet sich die Schraube noch vollständig im Eingriff mit dem zweiten Gewindeabschnitt 6. Daher muss die Schraube 7 zur Trennung der beiden Verbindungselemente 1, 2 bzw. zur Unterbrechung der elektrischen Hochvolt-Verbindung noch vollständig aus dem zweiten Gewindeabschnitt 6 herausgeschraubt werden. Mit anderen Worten liegt zwischen einem Zeitpunkt, zu welchem die elektrische Verbindung zwischen den beiden Kontakten 3, 4 beim Herausschrauben der Schraube 7 spätestens unterbrochen wird, und einem Zeitpunkt, zu welchem die beiden Verbindungselemente 1, 2 getrennt werden bzw. die elektrische Hochvolt-Verbindung unterbrochen wird, mindestens eine Zeitdauer, welche eine Bedienperson benötigt, um die Schraube 7 vollständig aus dem zweiten Gewindeabschnitt 6 zu schrauben. Damit haben Steuermittel, welche die Unterbrechung der elektrischen Verbindung zwischen den beiden Kontakten 3, 4 erfassen, ausreichend Zeit, um z. B. die Hochvolt-Komponenten des Fahrzeugs zu entladen. Damit können zum Erfassen der Unterbrechung der elektrischen Verbindung zwischen den beiden Kontakten 3, 4 und zur Initiierung entsprechender Vorgänge (Entladen der Hochvolt-Komponenten) auch vergleichsweise ”langsame” und damit preiswerte Elektronikkomponenten (z. B. Bussysteme, wie LIN-Komponenten (”Local Interconnect Network”)) eingesetzt werden, welche beispielsweise den Verbindungszustand der Verbindungselemente auch mehrfach abfragen können.
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In 2 ist ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 10 dargestellt, welches ein erfindungsgemäßes System 20 umfasst. Das System 20 umfasst seinerseits die beiden Verbindungselemente 1, 2 und eine Schraubverbindung 5, 7, welche aus einem teilweise leitfähigen Gewinde 5 und einer leitfähigen Schraube 7 besteht. Mit dieser Schraubverbindung 5, 7 werden die beiden Verbindungselemente 1, 2 zur Realisierung der Hochvolt-Verbindung zusammengehalten. Die Steuermittel 9 erfassen, sobald die elektrische Verbindung zwischen der Schraube 7 und dem Gewinde 5 unterbrochen wird, um abhängig davon auf die bevorstehende Trennung der beiden Verbindungselemente 1, 2 bzw. auf die Unterbrechung der Hochvolt-Verbindung zu schließen und die Hochvolt-Komponenten (nicht dargestellt) des Fahrzeugs 10 zu entladen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009038168 A1 [0002]
- DE 102006050180 A1 [0003]
- DE 102008021542 A1 [0004]
