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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schutzschaltung für einen Aktuator, auf eine Aktuatorvorrichtung und auf ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Aktuators. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf einen aktiven Fahrwerksstabilisator und einen aktiven Fahrwerksquerlenker, jeweils mit einer solchen Schutzschaltung.
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Die
DE 102 57 211 A1 befasst sich mit einem Kraftfahrzeugstabilisator. Für den Betrieb eines dabei eingesetzten Elektromotors als Generator können die Motorphasen des Elektromotors über einen festen oder variablen Lastwiderstand kurzgeschlossen werden. Beim Einsatz eines bürstenlosen Gleichstrommotors wird dessen Kurzschluss zum Betrieb als Generator über dessen Endstufentransistoren geschaltet.
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Nach Stand der Technik werden bereits bei Motorsteuerungsanwendungen Verfahren zur Trennung und/oder Kurzschließung der Motorleitungen angewendet. Als Schutzelemente werden in der Regel mechanische Schaltelemente wie Schütze und/oder Relais und/oder elektronische Schaltelemente, wie beispielsweise MOSFETs oder IGBTs, verwendet. Insbesondere die mechanischen Schaltelemente haben den Vorteil, dass in unbestromten Zustand des Spulenkreises die Kontakte je nach Aufbau und Technologie öffnen und damit den Lastkreis trennen (n.o.), oder schließen (n.c.) um einen Kurzschluss darzustellen. Die erwähnten Technologien sind auch in Kombination als sogenannte Wechsel kontakte (n.o. & n.c) verfügbar.
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Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Schutzschaltung für einen Aktuator, eine verbesserte Aktuatorvorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Aktuators gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Durch eine solche Schutzschaltung kann ein Aktuator von einer Energieversorgung entkoppelt werden. Das Entkoppeln kann dadurch realisiert werden, dass Leitungen zum Verbinden des Aktuators mit der Energieversorgung unterbrochen werden. Vorteilhafterweise können Abschnitte der Leitungen einer Diagnose unterzogen werden, während der Aktuator von der Energieversorgung entkoppelt ist.
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Eine Schutzschaltung für einen Aktuator für ein Fahrzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschaltung zumindest einen Schalter zum Unterbrechen von zumindest zwei elektrischen Leitungen zum Verbinden von Anschlüssen einer Energieversorgungseinrichtung mit Anschlüssen des elektrischen Aktuators und eine Diagnoseeinrichtung zum Überprüfen von zwischen den Anschlüssen der Energieversorgungseinrichtung und dem zumindest einen Schalter angeordneten Abschnitten der zumindest zwei elektrischen Leitungen aufweist.
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Der Aktuator kann beispielsweise in einem Fahrzeug zur Personenbeförderung oder Lastenbeförderung, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, eingesetzt werden. Der elektrische Aktuator kann einen Elektromotor darstellen oder umfassen. Es kann sich um einen mit Wechselspannung oder Gleichspannung betriebenen Aktuator handeln. Die Energieversorgungseinrichtung kann ausgebildet sein, um über die Anschlüsse der Energieversorgung und die elektrischen Leitungen zum Betrieb des Aktuators erforderliche elektrische Energie an die Anschlüsse des Aktuators bereitzustellen. Beispielsweise können zwei elektrische Leitungen oder drei elektrische Leitungen vorgesehen sein. Drei elektrische Leitungen eignen sich beispielsweise, um den Aktuator mit Drehstrom betreiben zu können. Jeder der Anschlüsse der Energieversorgungseinrichtung kann unter Verwendung von Leistungstransistoren der Energieversorgung mit elektrischer Energie beaufschlagt werden. Unter einer Schutzschaltung kann eine elektrische Schaltung verstanden werden, die verwendet werden kann, um den Aktuator und zusätzlich oder alternativ die Energieversorgungseinrichtung oder eine mit der Energieversorgungseinrichtung gekoppelte Steuereinrichtung vor Beschädigung, beispielsweise aufgrund von Spannungsspitzen, zu schützen. Der zumindest eine Schalter kann als Transistor, vorteilhaft jedoch als mechanischer Schalter, beispielsweise als Schütz oder Relais realisiert sein. Durch eine Betätigung des zumindest einen Schalters können die Leitungen unterbrochen werden. Der zumindest eine Schalter kann auch mehrere Schaltelemente umfassen oder es können mehrere Schalter vorgesehen sein, sodass beispielsweise jeder der Leitungen ein eigener Schalter oder ein eigenes Schaltelement zugeordnet sein kann. Die Diagnoseeinrichtung kann als eine elektrische Schaltung ausgeführt sein. Die Diagnoseeinrichtung kann diskrete elektrische Bauteile und zusätzlich oder alternativ eine Logikschaltung umfassen. Beispielsweise kann die Diagnoseeinrichtung ausgebildet sein, um zum Überprüfen der Abschnitte der Leitungen eine Spannungsmessung und zusätzlich oder alternativ eine Strommessung durchzuführen. Abhängig von einem Ergebnis einer solchen Messung kann die Diagnoseeinrichtung beispielsweise einen fehlerfreien oder fehlerhaften Zustand der Leitungen diagnostizieren. Ein fehlerhafter Zustand kann beispielsweise dann vorliegen, wenn ein Kurzschluss oder eine Unterbrechung an zumindest einer der Leitungen diagnostiziert wird, die nicht durch den zumindest einen Schalter hervorgerufen wird.
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Bevorzugt wird die Erfindung in einem aktiven Kraftfahrzeugfahrwerk eingesetzt. Die Erfindung kann sich daher auf einen Fahrwerksstabilisator eines bzw. für ein Kraftfahrzeug(s) beziehen, aufweisend einen elektrischen Aktuator und zwei mittels des Aktuators relativ zueinander verdrehbare Stabilisatorabschnitte, sowie aufweisend die Schutzschaltung für den Aktuator. Ein solcher Fahrwerksstabilisator wird auch Wankstabilisator genannt. Alternativ dazu kann sich die Erfindung auf einen Fahrwerksquerlenker eines bzw. für ein Kraftfahrzeug(s), insbesondere einen Hinterachsquerlenker, beziehen, aufweisend einen elektrischen Aktuator und zwei mittels des Aktuators relativ zueinander verschiebbare Querlenkerabschnitte, sowie aufweisend die Schutzschaltung für den Aktuator.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Schutzschaltung eine Schalteinrichtung aufweisen. Die Schalteinrichtung kann ausgebildet sein, um, wenn sich der Aktuator in einem sicheren Zustand befindet, ein Schaltsignal an den zumindest einen Schalter bereitzustellen, um die zumindest zwei elektrischen Leitungen zu unterbrechen. Unter einem sicheren Zustand kann ein Zustand verstanden werden, bei dem das Auftreten von Spannungsspitzens während oder nach einem Schalten des zumindest einen Schalters vermieden werden kann.
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Beispielsweise kann die Schutzschaltung eine Bestimmungseinrichtung aufweisen, die ausgebildet ist, um den sicheren Zustand zu bestimmen oder zu erkennen. Ferner kann die Schutzschaltung ausgebildet sein, um ansprechend auf ein Bestimmen des sicheren Zustands ein den sicheren Zustand anzeigendes Zustandssignal an die Schalteinrichtung bereitzustellen. Auf diese Weise kann eine Betätigung des zumindest einen Schalters ansprechend auf ein Erreichen des sicheren Zustands durchgeführt werden.
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Dabei kann die Bestimmungseinrichtung ausgebildet sein, um einen Stromfluss durch die zumindest zwei elektrischen Leitungen zu erfassen, um den sicheren Zustand als einen unbestromten Zustand des Aktuators zu erkennen. Wenn kein Stromfluss erfasst wird, kann davon ausgegangen werden, dass sich der Aktuator in dem sicheren Zustand befindet.
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Die Diagnoseeinrichtung kann ausgebildet sein, um ein Freigabesignal an die Schalteinrichtung bereitzustellen, wenn die Abschnitte der zumindest zwei elektrischen Leitungen beim Überprüfen der Abschnitte als fehlerfrei diagnostiziert wurden. Ferner kann die Schalteinrichtung ausgebildet sein, um ansprechend auf das Freigabesignal ein weiteres Schaltsignal an den zumindest einen Schalter bereitzustellen, um das Unterbrechen der zumindest zwei elektrischen Leitungen aufzuheben. Dadurch kann gewährleistet werden, dass eine Kopplung zwischen der Energieversorgung und dem Aktuator erst dann wieder hergestellt wird, wenn die Abschnitte überprüft und als fehlerfrei angesehen werden. Eine Inbetriebnahme des Aktuators bei fehlerbehafteten Anschlussleitungen kann dagegen vermieden werden.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Schalteinrichtung ausgebildet sein, um ein Fehlersignal zu empfangen und ansprechend auf das Fehlersignal das Schaltsignal an den zumindest einen Schalter bereitzustellen, um die zumindest zwei elektrischen Leitungen zu unterbrechen. Das Fehlersignal kann beispielsweise einen Fehlerzustand einer Steuervorrichtung oder eines Steuergeräts zum Steuern einer Funktion des Aktuators anzeigen. Beispielsweise kann das Fehlersignal von einer Überwachungseinrichtung zum Überwachen der Steuervorrichtung oder des Steuergeräts bereitgestellt werden. Auf diese Weise kann eine Stromversorgung des Aktuators über die zumindest zwei elektrischen Leitungen automatisch unterbrochen werden, ansprechend auf einen erkannten oder erfolgten Fehlerzustand im System.
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Die Schutzschaltung kann ein Gehäuse mit einer ersten Schnittstelle zu den Anschlüssen der Energieversorgung und eine zweite äußere Schnittstelle zu den Anschlüssen des Aktuators aufweist. Der zumindest eine Schalter, die Diagnoseeinrichtung und den zumindest einen Schalter umfassende Bereiche der Leitungen können innerhalb des Gehäuses angeordnet sein. Die Bereiche der Leitungen können zwischen der ersten und der zweiten äußeren Schnittstelle verlaufen. Somit kann die Schutzschaltung in einem eigenen Gehäuse angeordnet sein, das getrennt von einem Gehäuse des Aktuators oder einem Gehäuse der Energieversorgung angeordnet sein kann. Eine solche Schutzschaltung lässt sich einfach in ein bestehendes System aus Energieversorgung und Aktuator integrieren.
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Alternativ kann die Schutzschaltung in einem Gehäuse des Aktuators angeordnet sein. Dadurch kann der zumindest eine Schalter der Schutzeinrichtung sehr nahe an den eigentlichen Kontakten des Aktuators, beispielsweise an Kontakten von Wicklungen des Aktuators angeordnet werden. Zudem können Aktuator und Schutzschaltung als eine kompakte Einheit eingesetzt werden.
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Beispielsweise kann die Diagnoseeinrichtung zumindest einen elektrischen Widerstand zum Verbinden der Abschnitte der zumindest zwei elektrischen Leitungen aufweisen. Ferner kann die Diagnoseeinrichtung eine Erfassungseinrichtung aufweisen. Die Erfassungseinrichtung kann ausgebildet sein, um zum Überprüfen der Abschnitte einen Spannungsabfall und/oder einen Stromfluss durch den zumindest einen elektrischen Widerstand zu zu erfassen. Ein Widerstand lässt sich einfach und kostengünstig realisieren. Beispielsweise kann der Widerstand zwischen zwei der elektrischen Leitungen geschaltet sein. Auch können zwei Widerstände vorgesehen sein, die einen gemeinsamen Sternpunkt sternförmig mit zwei der elektrischen Leitungen verbinden. Der zumindest eine Widerstand kann benachbart zu oder nahe an dem zumindest einen Schalter angeordnet sein. Die Erfassungseinrichtung kann eine Messeinrichtung aufweisen, die mit den zumindest zwei Leitungen gekoppelt ist. Die Diagnoseeinrichtung kann ausgebildet sein, um abhängig von einem Messergebnis der Erfassungseinrichtung zu entscheiden, ob die zumindest zwei Leitungen fehlerbehaftet oder fehlerfrei sind. Die Diagnoseeinrichtung kann ausgebildet sein, um die Diagnose durchzuführen, wenn der zumindest eine Schalter die Leitungen unterbrochen hat.
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Gemäß einer Ausführungsform kann der zumindest eine Schalter zum Unterbrechen von drei elektrischen Leitungen zum Verbinden von drei Anschlüssen der Energieversorgungseinrichtung mit drei Anschlüssen des elektrischen Aktuators ausgebildet sein. Die Diagnoseeinrichtung kann zum Überprüfen von drei zwischen den drei Anschlüssen der Energieversorgungseinrichtung und dem zumindest einen Schalter angeordneten drei Abschnitten der drei Leitungen ausgebildet sein. Somit kann die Schutzschaltung im Zusammenhang mit einer Dreiphasenwechselstrom bereitstellenden Energieversorgung und einem Aktuator in Form einer Drehstrommaschine eingesetzt werden. Die drei Leitungen können den drei Phasen des Dreiphasenwechselstroms zugeordnet sein.
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Eine solche Schutzschaltung kann drei Schalter zum Unterbrechen der drei elektrischen Leitungen aufweisen. Die Diagnoseeinrichtung kann zum Überprüfen der drei Abschnitte drei elektrische Widerstände aufweisen, die die drei Abschnitte mit einem gemeinsamen Sternpunkt oder die drei Abschnitte untereinander verbinden können. Durch die drei Schalter können die drei Leitungen einzelnen unterbrochen werden. Über die elektrischen Widerstände können die drei Leitungen über Widerstände mit bekannten Widerstandswerten miteinander verbunden werden.
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Die Schutzschaltung kann, wie obig genannt, im Zusammenhang mit einem Fahrwerksstabilisator in einem Fahrzeug eingesetzt werden.
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Eine Aktuatorvorrichtung für einen Fahrwerksstabilisator für ein Fahrzeug, wobei die Aktuatorvorrichtung eine Energieversorgungseinrichtung und einen Aktuator aufweist, wobei Anschlüsse der Energieversorgungseinrichtung über zumindest zwei elektrische Leitungen mit Anschlüssen des elektrischen Aktuators verbunden sind, ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatorvorrichtung eine genannte Schutzschaltung zum Unterbrechen der zumindest zwei elektrischen Leitungen aufweist. Somit kann die genannte Schutzeinrichtung vorteilhaft zum Betreiben eines Aktuators eingesetzt werden. Beispielhaft kann die Aktuatorvorrichtung im Zusammenhang mit einem Fahrwerksstabilisator eingesetzt werden, durch den eine Wankbewegung eines Fahrzeugs zumindest reduziert werden kann.
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Ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Aktuators für ein Fahrzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem Schritt des Schaltens zumindest zwei elektrische Leitungen zum Verbinden von Anschlüssen einer Energieversorgungseinrichtung mit Anschlüssen des elektrischen Aktuators unter Verwendung zumindest eines Schalters unterbrochen werden und in einem Schritt des Diagnostizierens zwischen den Anschlüssen der Energieversorgungseinrichtung und dem zumindest einen Schalter angeordnete Abschnitte der zumindest zwei elektrischen Leitungen überprüft werden.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt des Bestimmens, ob sich der Aktuator in einem sicheren Zustand befindet, wobei Schritt des Schaltens nach dem Schritt des Bestimmens ausgeführt wird.
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Schritte eines solchen Verfahrens können von geeigneten Einrichtungen umgesetzt oder unter Verwendung geeigneter Einrichtungen ausgeführt werden. Unter einer Vorrichtung oder Einrichtung kann ein elektrisches Gerät verstanden werden, das elektrische Signale verarbeitet und in Abhängigkeit davon weiterer Signale ausgeben kann. Eine Einrichtung oder Vorrichtung kann eine oder mehrere geeignete Schnittstellen aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein, in der Funktionen der Vorrichtung umgesetzt sind. Die Schnittstellen können auch aus eigenen, integrierten Schaltkreise und/oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des genannten Verfahrens verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Schutzschaltung für einen Aktuator gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 eine schematische Darstellung einer Aktuatorvorrichtung mit einer Schutzschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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3 ein Ablaufdiagramm Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Aktuators gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
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4 ein Schaltbild einer Aktuatorvorrichtung mit einer Schutzschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Schutzschaltung für einen Aktuator gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Schutzschaltung weist eine Schaltervorrichtung 102 und eine Diagnoseeinrichtung 104 auf. Die Schaltervorrichtung 102 und die Diagnoseeinrichtung 104 sind mit zwei Leitungen 111, 113 zum Verbinden des Aktuators mit einer Energieversorgung gekoppelt. Die zwei Leitungen 111, 113 sind zwischen zwei ersten Anschlüssen 121, 123 und zwei zweiten Anschlüssen 131, 133 der Schutzschaltung geführt.
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Die Schaltvorrichtung 102 kann einen oder mehrere Schalter umfassen. Die Schaltvorrichtung 102 ist ausgebildet, um in einem ersten Schaltzustand die Leitungen 111, 113 in einem durchgängig elektrisch leitfähigen Zustand zu halten und in einem zweiten Schaltzustand die Leitungen 111, 113 zu unterbrechen, ohne die Leitungen 111, 113 kurzzuschließen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Schaltvorrichtung 102 ausgebildet sein, um jede der Leitungen 111, 113 unabhängig von der jeweils anderen der Leitungen 111, 113 zu unterbrechen.
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Die Diagnoseeinrichtung 104 ist ausgebildet, um die Abschnitte der Leitungen 111, 113, die zwischen den ersten Anschlüssen 121, 123 und der Schaltvorrichtung 102 angeordnet sind zu überprüfen. Beispielsweise kann die Diagnoseeinrichtung 104 ausgebildet sein, um die Abschnitte auf Kurzschluss, beispielsweise zu Masse, oder auf eine Unterbrechung hin zu überwachen. Wenn die Diagnoseeinrichtung 104 einen solchen Fehler diagnostiziert, kann die Diagnoseeinrichtung 104 beispielsweise ein Fehlersignal bereitstellen. Beispielsweise kann die Schaltvorrichtung 102 so angesteuert werden, dass sie nur dann von dem zweiten Schaltzustand in den ersten Schaltzustand wechselt, und somit die Anschlüsse 121, 123 mit den Anschlüssen 131, 133 verbindet, wenn von der Diagnoseeinrichtung 104 kein Fehler auf den Abschnitten der Leitungen 111, 113 erkannt wird.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel können sich die Leitungen 111, 113 über die ersten Anschlüsse 121, 123 hinaus erstrecken, beispielsweise bis zu Anschlüssen der Energieversorgung. Dazu können weitere Leitungsteile an die ersten Anschlüsse 121, 123 angeschlossen werden. Dadurch können sich die durch die Diagnoseeinrichtung 104 überprüfbaren Abschnitte der Leitungen 111, 113 beispielsweise bis zu internen oder externen Anschlüssen der Energieversorgungseinrichtung erstrecken.
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Die Schutzschaltung kann ein Gehäuse aufweisen und die ersten Anschlüsse 121, 123 und zusätzlich oder alternativ die zweiten Anschlüsse 131, 133 können an Gehäusewänden des Gehäuses angeordnet sein und elektrische Schnittstellen der Schutzschaltung darstellen.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Aktuatorvorrichtung mit einer Schutzschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird die Aktuatorvorrichtung beispielhaft in einem Fahrzeug 200 eingesetzt.
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Die Aktuatorvorrichtung weist einen Aktuator 202, beispielsweise einen Elektromotor, und eine Energieversorgungseinrichtung 204 auf. Die Energieversorgungseinrichtung 204 ist ausgebildet, um elektrische Energie zum Betreiben des Aktuators 202 bereitzustellen. Dazu ist die Energieversorgungseinrichtung 204 über Leitungen 111, 113 mit dem Aktuator 202 verbunden.
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Die Schutzschaltung ist ausgebildet, um die Energieversorgungseinrichtung 204 von dem Aktuator 202 zu entkoppeln. Ferner ist die Schutzschaltung ausgebildet, um die Leitungen 111, 113 zu überprüfen. Dazu weist die Schutzschaltung, wie anhand von 1 beschrieben, eine Schalteinrichtung 102 und eine Diagnoseeinrichtung 104 auf. Beispielhaft sind hier die ersten Anschlüsse 121, 123 der Schutzschaltung gleich den Anschlüssen der Energieversorgungseinrichtung 204 und die zweiten Anschlüsse 131, 133 der Schutzschaltung gleich den Anschlüssen des Aktuators 202.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Schaltvorrichtung 102 einen ersten Schalter 241 und einen zweiten Schalter 243 auf. Der erste Schalter 241 ist in der ersten Leitung 111 angeordnet und ist ausgebildet, um die erste Leitung 111 in dem ersten Schaltzustand geschlossen und in dem zweiten Schaltzustand unterbrochen zu halten. Der zweite Schalter 243 ist in der zweiten Leitung 113 angeordnet und ist ausgebildet, um die erste Leitung 113 in dem ersten Schaltzustand geschlossen und in dem zweiten Schaltzustand unterbrochen zu halten.
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Die Diagnoseeinrichtung 104 kann beispielsweise einen Widerstand aufweisen, der die Leitungen 111, 113 elektrisch leitfähig miteinander verbindet. Ferner kann die Diagnoseeinrichtung 104 eine Messeinrichtung oder Erfassungseinrichtung 249 zum Messen einer an dem Widerstand abfallenden Spannung oder eines durch den Widerstand fließenden Strom aufweisen, um einen fehlerfreien Zustand oder einen fehlerbehafteten Zustand der Leitungen 111, 113 diagnostizieren zu können. Ferner kann die Diagnoseeinrichtung 104 ausgebildet sein, um einen Messstrom an einer geeigneten Stelle in die Leitungen 111, 113 einzuspeisen oder an die Leitungen 111, 113 anzulegen. Dazu kann die Diagnoseeinrichtung 104 auch ausgebildet sein, um die Energieversorgungseinrichtung 204 geeignet anzusteuern, um über die Energieversorgungseinrichtung 204 den Messstrom oder die Messspannung bereitzustellen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Schutzschaltung eine Schalteinrichtung 250 auf. Die Schalteinrichtung 250 ist ausgebildet, die Schaltervorrichtung 102 anzusteuern. Dazu kann die Schalteinrichtung 250 ausgebildet sein, um ein erstes Schaltsignal zum Überführen des ersten Schalters 241 von dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand, oder umgekehrt, an den ersten Schalter 241 bereitzustellen. Ferner kann die Schalteinrichtung 250 ausgebildet sein, um ein zweites Schaltsignal zum Überführen des zweiten Schalters 243 von dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand, oder umgekehrt, an den zweiten Schalter 243 bereitzustellen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Diagnoseeinrichtung 104 ausgebildet, um abhängig von einem Ergebnis einer Überprüfung der Leitungen 111, 113 ein Diagnosesignal an die Schalteinrichtung 250 bereitzustellen. Die Schalteinrichtung 250 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um das erste und das zweite Schaltsignal zum Überführen der Schalter 241, 243 in den ersten Schaltzustand nur dann bereitzustellen, wenn das Diagnosesignal einen fehlerfreien Zustand der Leitungen 111, 113 anzeigt. Im fehlerfreien Zustand kann das Diagnosesignal beispielsweise einem Freigabesignal entsprechen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Schutzschaltung eine Bestimmungseinrichtung 252 auf, die ausgebildet ist, um zu bestimmen, ob sich der Aktuator 202 in einem sicheren Zustand befindet. Dazu kann die Bestimmungseinrichtung 252 ausgebildet sein, um einen Stromfluss durch die Leitungen 111, 113 oder einen von der Energieversorgungseinrichtung 204 in die Leitungen 111, 113 eingespeisten oder zur Einspeisung in die Leitungen 111, 113 bereitgestellten Strom zu messen. Ansprechend auf einen erkannten sicheren Zustand des Aktuators 202 kann die Bestimmungseinrichtung 252 ausgebildet sein, um ein Signal an die Schalteinrichtung 250 bereitzustellen, dass das Befinden des Aktuators 202 in dem sicheren Zustand anzeigt. Die Schalteinrichtung 250 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um das erste und das zweite Schaltsignal zum Überführen der Schalter 241, 243 von dem ersten in den zweiten Schaltzustand nur dann bereitzustellen, wenn das Signal den sicheren Zustand des Aktuators 202 anzeigt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel können Teile der Schutzschaltung, beispielsweise die Schalteinrichtung 250, die Bestimmungseinrichtung 252 oder Teile die Diagnoseeinrichtung 104, oder jeweils Abschnitte davon getrennt von der Schutzschaltung angeordnet sein oder funktional einer anderen Komponente der Aktuatorvorrichtung, beispielsweise einem Steuergerät, zugeordnet sein.
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Bevorzugt weist das Fahrzeug 200 ein Fahrwerk und als Teil des Fahrwerks einen aktiven Fahrwerksstabilisator und/oder einen Fahrwerksquerlenker auf. Ein solcher Fahrwerksstabilisator dient insbesondere um Wankbewegungen des Fahrzeugs 200, wie sie beispielsweise bei einer Kurvenfahrt auftreten, auszugleichen oder zumindest abzumindern. Der elektrische Akuator 202 ist dann insbesondere Teil des Fahrwerksstabilisators und dient dazu, zwei Stabilisatorabschnitte relativ zueinander zu verdrehen, um gezielt Wankbewegungen des Fahrzeugs 200 entgegenzuwirken oder einzuleiten. Demgemäß kann die Schutzschaltung ein Teil eines aktiven Fahrzeugstabilisators sein, um diesen in einen sicheren Zustand zu überführen. Demgegenüber dient der Fahrwerksquerlenker insbesondere, um einen Sturz und/oder eine Spur des Fahrwerks einzustellen bzw. aufrecht zu erhalten. Der Akuator 202 ist dann insbesondere Teil des Fahrzeugstabilisators und dient dazu, zwei Querlenkerabschnitte relativ zueinander zu verschieben, um gezielt die Spur- und/oder den Sturz des Fahrwerks zu verändern. Insbesondere wenn es sich bei dem Fahrwerksquerlenker um einen Hinterachsquerlenker handelt, kann hierdurch auch eine Lenkbewegung des Fahrzeugs 200 erzeugt werden. Demgemäß kann die Schutzschaltung auch ein Teil eines aktiven Fahrwerksquerlenkers sein, um diesen in einen sicheren Zustand zu überführen.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines elektrischen Aktuators gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren kann im Zusammenhang mit einer Schutzschaltung ausgeführt werden, wie sie anhand der 1 oder 2 beschrieben ist.
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In einem Schritt 301 des Schaltens werden elektrische Leitungen zum Verbinden von Anschlüssen einer Energieversorgungseinrichtung mit Anschlüssen eines elektrischen Aktuators unterbrochen. Dadurch wird der Aktuator von der Energieversorgung entkoppelt. Beispielsweise kann der Schritt 301 ausgeführt werden, wenn in einem den Aktuator umfassenden System, insbesondere in einer Steuervorrichtung für den Aktuator, ein Fehler aufgetreten ist. Dazu kann in einem fortlaufend wiederholt ausgeführten Schritt des Überwachens das System oder Teile des Systems auf Fehler überwacht werden und der Schritt 301 des Schaltens kann ansprechend auf einen im Schritt des Überwachens erkannten Fehler ausgeführt werden. In einem Schritt 303 des Diagnostizierens werden die elektrischen Leitungen überprüft. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird der Schritt 303 des Diagnostizierens nach dem Schritt 301 des Schaltens ausgeführt. Der Schritt 303 des Diagnostizierens kann dabei einmal oder mehrmals ausgeführt werden.
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In einem optionalen Schritt 305 können die Leitungen wieder geschlossen werden. Der Schritt 305 kann beispielsweise ausgeführt werden, wenn im Schritt 303 des Diagnostizierens kein Fehler erkannt wurde.
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In einem optionalen Schritt 307 kann bestimmt oder überprüft werden, ob sich der Aktuator in einem sicheren Zustand befindet. Der Schritt 307 kann vor dem Schritt 301 des Schaltens ausgeführt werden, sodass die Leitungen nur dann unterbrochen werden, wenn sich der Aktuator in dem sicheren Zustand befindet.
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4 zeigt ein Schaltbild einer Aktuatorvorrichtung mit einer Schutzschaltung 410 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Aktuatorvorrichtung weist eine Energieversorgungseinrichtung 204 und einen elektrischen Aktuator 202 auf, die über drei elektrische Leitungen 111, 113, 413 miteinander verbunden sind. Eine Schutzschaltung 410, die eine Schaltervorrichtung 102 und eine Diagnoseeinrichtung 104 umfasst, ist mit den elektrischen Leitungen 111, 113, 413 gekoppelt. Die elektrischen Leitungen 111, 113, 413 sind aufseiten des Aktuators 202 über drei Anschlüsse 131, 133, 433 des Aktuators 202 mit dem Aktuator 202 verbunden.
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Die Schaltervorrichtung 102 weist einen ersten Schalter 241, einen zweiten Schalter 243 und einen dritten Schalter 445 auf. Der erste Schalter 241 ist in der ersten Leitung 111 angeordnet und ausgebildet, um die erste Leitung 111 in einer ersten Schaltstellung zu schließen und in einer in 4 gezeigten zweiten Schaltstellung zu unterbrechen. Der zweite Schalter 243 ist in der zweiten Leitung 113 angeordnet und ausgebildet, um die zweite Leitung 113 in einer ersten Schaltstellung zu schließen und in einer in 4 gezeigten zweiten Schaltstellung zu unterbrechen. Der dritte Schalter 445 ist in der dritten Leitung 413 angeordnet und ausgebildet, um die dritte Leitung 413 in einer ersten Schaltstellung zu schließen und in einer in 4 gezeigten zweiten Schaltstellung zu unterbrechen. In der in 4 gezeigten zweiten Schaltstellung der Schaltvorrichtung 102 sind die elektrischen Leitungen 111, 113, 413 unterbrochen.
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Die Diagnoseeinrichtung 104 weist einen ersten Widerstand 462 auf, der die erste Leitung 111 mit einem Sternpunkt verbindet, einen zweiten Widerstand 464 auf, der die zweite Leitung 113 mit dem Sternpunkt verbindet und einen dritten Widerstand 466 auf, der die dritte Leitung 413 mit dem Sternpunkt verbindet.
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Die Schutzschaltung 410 und der Aktuator 202 können als eine Einheit 470 realisiert sein. Beispielsweise können die Schutzschaltung 410 und der Aktuator 202 in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein.
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Die Energieversorgungseinrichtung 204 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel Teil eines Steuergeräts 475, das neben der Energieversorgungseinrichtung 204 eine Schalteinrichtung 250 aufweist. Das Steuergerät 475 kann als eine Einheit ausgeführt sein, die einen ersten Anschluss 480 und einen zweiten Anschluss 482 aufweist. Über den ersten Anschluss 480 ist die Schalteinrichtung 250 des Steuergeräts 475 mit einer Leitung 478 verbunden. Die Schalteinrichtung 250 ist ausgebildet, um die Schaltervorrichtung 102 über die Leitung 478 anzusteuern. Über den zweiten Anschluss 482 ist die Energieversorgung 204 mit den Leitungen 111, 113, 413 verbunden. Das Steuergerät 475 kann beabstandet zu der Einheit 470 aus Aktuator 202 und Schutzschaltung 410 angeordnet sein. Beispielsweise kann ein Gehäuse des Steuergeräts 475 beabstandet, ohne Berührungspunkt, zu einem Gehäuse der Einheit 470 angeordnet sein.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Energieversorgungseinrichtung 204 sechs Transistorschaltungen 491, 492, 493, 494, 495, 496 auf. Jede der Transistorschaltungen 491, 492, 493, 494, 495, 496 weist einen Transistor und eine dazu parallel geschaltete Diode auf. Die erste Leitung 111 ist über die erste Transistorschaltung 491 mit einer Spannungsquelle 498 und über die zweite Transistorschaltung 492 mit Masse verbunden. Die zweite Leitung 113 ist über die dritte Transistorschaltung 493 mit der Spannungsquelle 498 und über die vierte Transistorschaltung 494 mit Masse verbunden. Die dritte Leitung 413 ist über die fünfte Transistorschaltung 495 mit der Spannungsquelle 498 und über die sechste Transistorschaltung 496 mit Masse verbunden. Durch eine geeignete Ansteuerung der Transistorschaltungen 491, 492, 493, 494, 495, 496 kann der Aktuator 202 mit einer geeigneten Betriebsspannung, beispielsweise einer Dreiphasen-Wechselspannung versorgt werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Energieversorgungseinrichtung 204 als eine Leistungselektronik oder Endstufe ausgeführt, die Schalteinrichtung 250 ist als ein Schütz- und/oder Relaistreiber, auch Treiberschaltung genannt, ausgeführt, der erste Anschluss 480 ist als ein Steckverbinder der Schalteinrichtung 250 ausgeführt, der zweite Anschluss 482 ist als ein Steckverbinder des Aktuators 202 ausgeführt, die Leitung 478 ist als eine Verbindungsleitung der Schalteinrichtung 250 ausgeführt, die Leitungen 111, 113, 413 sind als Aktuator-Verbindungsleitungen ausgeführt, die Widerstände 462, 464, 466 sind als Diagnosewiderstände ausgeführt und die Schaltervorrichtung 102 ist als ein mechanisches Trennelement, beispielsweise als ein Schütz und/oder Relay ausgeführt.
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Anhand der vorangegangenen 1 bis 4 werden im folgenden Ausführungsbeispiele beschrieben, die auf mechanischen Schutzelementen 241, 243, 445 mit Schließkontakten (n.o.) basieren und dadurch gekennzeichnet sind, dass durch eine Diagnoseeinrichtung 104 eine Diagnosemöglichkeit der elektrischen Leitungen 111, 113, 413 in Form von Motorverbindungsleitungen oder Motorleitungen auch nach der Trennung, bzw. Umschaltung der Schaltervorrichtung 102 in Form eines Schützes und/oder Relais gegeben ist.
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In Zusammenhang mit dem Trennen der Motorleitungen 111, 113, 413 entstehen drei Hauptaufgaben.
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Eine erste Hauptaufgabe besteht darin, die Trennung möglichst im unbestromten Zustand des Aktuators 202 einzuleiten. Durch ein geeignetes Messverfahren kann ein für die Umschaltung der Schaltervorrichtung 102, also beispielsweise für eine Schütz- und/oder Relais-Umschaltung geeigneter Zeitpunkt ermittelt werden, um die Entstehung von Spannungsspitzen zu vermeiden.
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In der Regel ist es erforderlich, dass der Aktuator 202, beispielsweise ein Antrieb oder Motor, in einem Fehlerfall kontrolliert abgebremst wird. Eine ungewollte Beschleunigung des Aktuators 202 soll vermieden werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der sichere Zustand des Aktuators 202 daher der unbestromte Zustand oder der Stillstand des Aktuators 202.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Aktuator 202 Teil eines aktiven elektromechanischen Fahrwerksstabilisators. Wird der Aktuator 202 für einen solchen Stellantrieb zur Wankstabilisierung eingesetzt, so soll der Aktuator 202 und somit auch der Fahrzeugaufbau, nach dem Stellvorgang kontrolliert in die Nullposition zurückkehren.
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Das Erkennen des sicheren Zustands des Aktuators 202 kann z. B. durch eine Strommessung realisiert werden. Falls die Trennung im unbestromten Zustand erfolgt, wird keine hohe Spannungsspitze durch die schnelle Stromveränderung (di/dt) in der Motorwicklung des Aktuators 202 induziert.
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Eine zweite Hauptaufgabe betrifft den Überspannungsschutz. Beim Ausfall, einer Funktionsbeeinträchtigung oder einer Abschaltung des Steuergerätes 475 ist es erforderlich, dass die elektronischen Bauteile im Steuergerät (ECU) 475 und die Leistungselektronik der Energieversorgungseinrichtung 204 gegen Überspannung geschützt werden. Diese Schutzfunktion wird erreicht, indem die Schaltervorrichtung 102, in Form eines mechanischen Schutzelements die Verbindungsleitung 111, 113, 413 zwischen Aktuator 202 und Steuergerät 475 trennt (n.o. Kontakte).
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Für den Überspannungsschutz sind die Leitungen 111, 113, 413 nach der Trennung offen.
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Eine dritte Hauptaufgabe betrifft die Diagnose der Motorleitungen 111, 113, 413. Vor der Freischaltung der Endstufe 204 und der Schaltervorrichtung 102 in Form eines Trennelementes wird die Motorverbindung über die Leitungen 111, 113, 413 auf Vorhandensein und Kurzschluss geprüft. Durch das Trennen der Motorverbindung (n.o. Kontakte) besteht keine direkte Verbindung zwischen dem Steuergerät 475 und dem Aktuator 202. Die Diagnoseeinrichtung 104 in Form einer integrierten Erkennungsschaltung im Schutzelement 410 ist vorgesehen, um die Motorverbindungsleitungen 111, 113, 413 im abgetrennten Zustand überprüfen zu können. Als Abschlusselemente können dazu im Schutzelement 475 Widerstände 562, 464, 466 mit sternförmiger oder alternativ als dreieckiger Anordnung eingesetzt werden. Durch die kontrollierte Abschließung der Verbindungsleitungen 111, 113, 413 kann die Motorverbindung auf Fehler geprüft werden bevor die Endstufe 204 und das Trennelement 102 freigeschaltet werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird eine sogenannte Fail-Safe-Maßnahme so gestaltet, dass möglichst im unbestromten Zustand des Aktuators 202 die Trennung der der Aktuatorverbindungen darstellenden Leitungen 111, 113, 445 eingeleitet wird.
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Beim Ausfall, einer Funktionsbeeinträchtigung oder einer Abschaltung des Steuergerätes 475 werden die Aktuator-Leitungen 111, 113, 445 automatisch zwischen Aktuator 202 und Steuergerät 475 getrennt.
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Durch die Diagnosewiderstände 462, 464, 466 können die Verbindungsleitungen 111, 113, 413 vor der Freischaltung der Endstufe 204 und des Trennelementes 102 durch ein geeignetes Messverfahren auf Unterbrechung und/oder Kurzschluss geprüft werden. Durch dieses Verfahren können die Aktuator-Leitungen 111, 113, 413 auch nach der Trennung der Verbindung durch die Schaltervorrichtung 102 überprüft werden und die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems erhöht werden.
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Die Schutzschaltung 410 kann sowohl als externe, als auch Aktuator 202 interne Einheit ausgeführt werden.
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Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden. Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
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Bezugszeichenliste
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- 102
- Schaltervorrichtung
- 104
- Diagnoseeinrichtung
- 111
- erste Leitung
- 113
- zweite Leitung
- 121
- erster Anschluss
- 123
- weiterer erster Anschluss
- 131
- zweiter Anschluss
- 133
- weiterer zweiter Anschluss
- 200
- Fahrzeug
- 202
- Aktuator
- 204
- Energieversorgungseinrichtung
- 241
- erster Schalter
- 243
- zweiter Schalter
- 249
- Erfassungseinrichtung
- 250
- Schalteinrichtung
- 252
- Bestimmungseinrichtung
- 301
- Schritt des des Schaltens
- 303
- Schritt des Diagnostizierens
- 305
- Schritt des Schließens
- 307
- Schritt des Bestimmens
- 410
- Schutzschaltung
- 413
- dritte Leitung
- 433
- weiterer zweiter Anschluss
- 445
- dritter Schalter
- 462
- erster Widerstand
- 464
- zweiter Widerstand
- 466
- dritter Widerstand
- 470
- Einheit aus Schutzschaltung und Aktor
- 475
- Steuergerät
- 478
- Leitung
- 480
- erster Anschluss
- 482
- zweiter Anschluss
- 491
- erste Transistorschaltung
- 492
- zweite Transistorschaltung
- 493
- dritte Transistorschaltung
- 494
- vierte Transistorschaltung
- 495
- fünfte Transistorschaltung
- 496
- sechste Transistorschaltung
- 498
- Spannungsquelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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