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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, in welchem eine Endstufenschaltung, beispielsweise ein Wechselrichter, einen elektrischen Verbraucher über ein Leitungselement mit einer Wechselspannung versorgt. Das Leitungselement ist mittels eines Schirmungselements geschirmt, und eine Detektorschaltung überwacht das Schirmungselement auf Kurzschluss. Zu der Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Übertragen der Wechselspannung von der Endstufenschaltung zu dem Verbraucher.
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Ein solches Kraftfahrzeug ist beispielsweise aus der
DE 100 17 455 C2 bekannt. Darin ist ein Kraftfahrzeug beschrieben, bei welchem ein elektrischer Leitungsdraht, der eine Fahrzeugbatterie mit einem Elektromotor verbindet, von einem elektrisch leitfähigen Mantel umgeben ist, sodass sich eine Koaxialanordnung ergibt. Der Mantel kann mittels einer Schutzvorrichtung daraufhin überprüft werden, ob er eine elektrische Verbindung zu einem Fahrzeugmassepotential aufweist, also ein elektrisch leitfähiges Element, beispielsweise ein Blech, in den Mantel eingedrungen ist.
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Auch aus der
DE 195 03 808 A1 ist bekannt, einen Fehlerstrom zwischen einem elektrisch leitfähigen Mantel eines stromführendes Kabels und einem Fahrzeugmassepotential zu überwachen und bei Erkennen einer Fehlerstromstärke, die einen Mindestwert überschreitet, mittels einer Sprengkapsel eine elektrische Verbindung zu einer Spannungsquelle des Kraftfahrzeugs zu unterbrechen.
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Eine detaillierte Beschreibung eines Mantels für einen Stromkabel ist aus der
DE 102 34 389 A1 bekannt. Der Mantel ist aus einer Wicklung und/oder einem überschneidungsfrei gewickelten Draht gebildet, der bei Eindringen eines Metallstücks in den Mantel zerstört wird, sodass an Drahtenden der elektrische Widerstand verändert wird.
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Aus der
DE 696 35 502 T2 ist bekannt, in einen elektrisch leitfähigen Mantel für ein Stromkabel eine Prüfspannung einzuprägen und einen zeitlichen Verlauf der Prüfspannung zu überwachen.
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Das Einprägen einer Prüfspannung in einen Schutzmantel eines Stromkabels erfordert es, dass der Mantel gegenüber dem Fahrzeugmassepotential, also beispielsweise dem Chassi oder dem Rahmen des Kraftfahrzeugs, elektrisch isoliert ist. Damit ist es aber nicht möglich, elektromagnetische Störstrahlung, die von dem Stromkabel ausgeht, mittels des Mantels ausreichend gegenüber dem übrigen Kraftfahrzeug abzuschirmen.
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In der
DE 103 12 254 A1 ist beschrieben, zum Vermeiden von Lagerströmen in Kugellagern eines elektrischen Traktionsmotors dessen Gehäuse über einen Erdungskondensator mit der Fahrzeugmasse kapazitiv zu koppeln.
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In der
DE 696 35 502 T2 ist ein koaxial ausgestaltetes Kraftfahrzeugkabel beschrieben, dessen Schirmungselement mit einer Detektorschaltung zum Detektieren eines Kurzschlusses verbunden ist. Die Detektorschaltung weist einen Komparator auf, dessen einer Eingang mit dem Schirmungselement und dem Plus-Potential des Kraftfahrzeugs verbunden ist und dessen anderer Eingang mit einem Spannungsteiler verbunden ist.
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Aus der
DE 10 2010 055 512 A1 ist ein Antriebssystem mit einer Einrichtung zur Vermeidung von elektromagnetischen Störungen in einem Kraftfahrzeug bekannt, wobei die Einrichtung eine kapazitive Kopplung zwischen einer Schirmungsleitung eines Hochvoltkabels und der Fahrzeugmasse vorsieht.
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Aus der
WO 2014/037642 A1 ist ein Anschlusskabel zum Anschließen eines mobilen Endgeräts an eine elektronische Einrichtung eines Kraftfahrzeugs bekannt, wobei ein Schirmungselement des Kabels mit einer Gerätemasse des elektronischen Geräts kapazitiv gekoppelt ist.
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Aus der
JP 2001-309505 A ist ein Verbindungskabel zum Verbinden eines Umrichters mit einer elektrischen Maschine bekannt, wobei ein Schirmungselement des Kabels mit einer Fahrzeugmasse unmittelbar galvanisch verbunden ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem Kraftfahrzeug hochfrequente Wechselsignale oder Störsignale, die von einem Leitungselement, beispielsweise einem Stromkabel, ausgehen können, zu dämpfen und dabei die Kurzschlusserkennung beizubehalten.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist in der beschriebenen Weise eine Endstufenschaltung, ein elektrisches Leitungselement und einen elektrischen Verbraucher auf. Die Endstufenschaltung ist zum Ausgeben einer Wechselspannung an einem Endstufenausgang ausgelegt. Der Endstufenausgang kann beispielsweise ein Anschlusskontakt sein. Die Wechselspannung wird bezüglich eines in der Endstufenschaltung bereitgestellten Endstufen-Massenpotentials erzeugt. Ein Polungswechsel zwischen Plus und Minus ist hierbei nicht notwendig. Es reicht z. B. eine Wechselspannung zwischen einem Plus-Potential und dem Endstufen-Massepotential. Mit anderen Worten wird hier auch eine sich zeitlich verändernde Spannung ohne Polaritätswechsel bezogen auf das Massepotential als Wechselspannung beschrieben.
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Das elektrische Leitungselement ist zum Übertragen der Wechselspannung von dem Endstufenausgang zu dem elektrischen Verbraucher ausgelegt. Das Leitungselement kann dazu einen Draht und/oder eine Stromschiene aufweisen und kann beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium gefertigt sein.
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Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ist ein elektrisches Schirmungselement zum elektromagnetischen Abschirmen des Leitungselements bereitgestellt. Das Schirmungselement umgibt das Leitungselement zumindest bereichsweise. Beispielsweise kann durch das Leitungselement und das Schirmungselement ein Koaxialkabel oder eine Koaxialanordnung gebildet sein. Das Schirmungselement kann beispielsweise ein Drahtgeflecht oder eine elektrisch leitfähige Folie, beispielsweise aus Aluminium oder Kupfer, aufweisen. Des Weiteren ist in der beschriebenen Weise eine Detektorschaltung bereitgestellt, die dazu ausgelegt ist, einen elektrischen Kurzschluss zwischen dem Schirmungselement und einem elektrischen Fahrzeugmassepotential zu detektieren. Das Fahrzeugmassepotential kann beispielsweise durch ein Chassi oder einen Rahmen des Kraftfahrzeugs bereitgestellt sein. Durch die Detektorschaltung wird eine elektrische Verbindung zwischen dem Schirmungselement und dem Fahrzeugmassepotential detektiert, falls die elektrische Verbindung einen ohmschen Widerstand aufweist, der kleiner als ein vorbestimmter Mindestwert ist.
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Um diese Anordnung zum Übertragen der Wechselspannung auch in Bezug auf die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) zu verbessern, ist bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug das Schirmungselement über ein kapazitives Koppelelement mit dem Endstufen-Massepotential verbunden. Das kapazitive Koppelelement weist insbesondere einen Impedanzwert auf, der frequenzabhängig ist und mit zunehmender Frequenz einen niedrigeren Impedanzwert aufweist.
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Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass sich das Schirmungselement am Endstufenausgang bezüglich hochfrequenter Störsignale niederohmig verhält und hierbei gleichzeitig bezüglich des Fahrzeugmassepotentials weiterhin hochohmig, insbesondere elektrisch isoliert, verschaltet oder verbunden sein kann. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise verhindert, dass die hochfrequenten Wechselspannungssignale, die von der Endstufenschaltung über den Endstufenausgang in das Leitungselement eingespeist oder übertragen werden können, von dem Schirmungselement aus in andere elektrisch leitfähige Bauteile des Kraftfahrzeugs weiter übertragen werden.
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Das Endstufen-Massepotential und das Fahrzeugmassepotential sind dabei voneinander verschieden, das heißt es wirkt eine elektrische Spannung zwischen den beiden Massepotentialen. Mit anderen Worten können das Endstufen-Massepotential und das Fahrzeugmassepotential elektrisch voneinander isoliert oder nur über aktive und/passive elektrische Bauteile miteinander gekoppelt sein, beispielsweise Halbleiterschalter. Bei der im Fahrzeugmassepotential kann es sich insbesondere um ein Massepotential eines ersten Bordnetzeskraftfahrzeugs, beispielsweise eines 12-Volt-Bordnetzes oder eines 48-Volt-Bordnetzes handeln. Bei dem Endstufen-Massepotential kann es sich insbesondere um ein Massepotential eines zweiten Bordnetzes des Kraftfahrzeugs, das von dem ersten Bord Netz verschieden ist, handeln, beispielsweise um einen Gleichspannungs-Zwischenkreis oder ein 48-Volt-Bordnetz oder ein Hochvolt-Bordnetz mit einer Hochvolt-Spannung größer als 60 Volt.
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Bei der Erfindung ist die Detektorschaltung dazu ausgelegt, das Schirmungselement mit einer bezüglich dem Fahrzeugmassepotential erzeugten Prüfspannung, insbesondere einer Gleichspannung, zu beaufschlagen. Bei einem Kurzschluss zwischen dem Schirmungselement und dem Fahrzeugmassepotential, also einer elektrischen Verbindung mit einem ohmschen Widerstand, der kleiner als ein vorbestimmter Widerstandswert ist, fließt beim Aufrechterhalten der Prüfspannung ein Fehlerstrom von der Detektorschaltung hin zum Schirmungselement. Die Fehlerstromstärke ist ein Maß für das Vorliegen des Kurzschlusses.
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Die Detektorschaltung weist zum Erzeugen der Prüfspannung einen Spannungsteiler auf, über welchen eine Spannungsquelle des Kraftfahrzeugs, beispielsweise eine Fahrzeugbatterie oder ein Generator, mit dem Fahrzeugmassepotential gekoppelt ist. Der Spannungsteiler ist insbesondere durch ohmsche Widerstandselemente, insbesondere elektrische Widerstände, gebildet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass bei einem Kurzschluss zwischen Schirmungselement und Fahrzeugmassepotential durch den Spannungsteiler ein unmittelbarer Kurzschluss zwischen Spannungsquelle und Fahrzeugmassepotentials verhindert ist.
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Im Betrieb des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ergibt sich das folgende erfindungsgemäße Verfahren zum Übertragen einer Wechselspannung von einer Endstufenschaltung zu einem elektrischen Verbraucher. Es erfolgt das Ausgeben der Wechselspannung an dem Endstufenausgang, wobei die Wechselspannung bezüglich des in der Endstufenschaltung bereitgestellten Endstufen-Massenpotentials erzeugt ist. Durch ein elektrisches Leitungselement wird die Wechselspannung von der Endstufenschaltung zu dem Verbraucher übertragen. Zusätzlich wird durch eine Detektorschaltung ein elektrischer Kurzschluss zwischen einem Schirmungselement und einem elektrischen Fahrzeugmassepotential detektiert, also daraufhin überwacht, ob ein Kurzschluss vorliegt oder nicht. Dabei erfolgt durch das elektrisch leitfähige Schirmungselement zumindest bereichsweise ein elektromagnetisches Abschirmen des Leitungselements. Durch ein kapazitives Koppelelement werden Störsignale, die von dem Leitungselement in dem Schirmungselement erzeugt werden und die Frequenzen größer als eine vorbestimmte Mindeststörfrequenz aufweisen, in das Endstufen-Massepotential zurückgeleitet oder abgeleitet. Hierdurch werden diese Störsignale in verminderten Maß in andere elektrisch leitfähige Bauteile des Kraftfahrzeugs übertragen.
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Im Folgenden sind Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs beschrieben, deren Merkmale aber auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellen. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
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In einer Weiterbildung ist das Koppelelement als ein Hochpassfilter ausgelegt, welches eine vorbestimmte Mindeststörfrequenz als Grenzfrequenz aufweist. Die Grenzfrequenz wird auch als Übergangsfrequenz oder Eckfrequenz bezeichnet. Die Grenzfrequenz ist beispielsweise die -3dB-Grenze in Bezug auf die maximale Durchlässigkeit. Eine andere Definition der Grenzfrequenz kann sein, dass eine Phasenverschiebung von 45 Grad vorliegt. In Bezug auf die Amplitude kann als Grenzfrequenz definiert sein, dass die Amplitude bei der Grenzfrequenz um einen Faktor
gedämpft ist. Durch einstellen der Mindeststörfrequenz in dem Hochpassfilter können die Detektorschaltung einerseits und das Koppelelement andererseits gezielt aufeinander abgestimmt werden, sodass ein über das Koppelelement abgeleiteter hochfrequenter Störstrom nicht zu einer Auslösung der Detektorschaltung führt, also fehlerhafterweise ein Kurzschluss detektiert wird.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weist das Koppelelement einen Kondensator auf, über welchen das Schirmungselement und das Endstufen-Massenpotential kapazitiv gekoppelt sind. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass in Bezug auf eine Gleichspannung das Schirmungselement gegenüber dem Endstufen-Massenpotential elektrisch isoliert ist.
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In der beschriebenen Weise kann das Schirmungselement auch bezüglich des Fahrzeugmassepotentials einen vorbestimmten elektrischen Mindestwiderstand aufweisen, insbesonders elektrisch isoliert sein. Insbesondere beträgt die elektrische Leitfähigkeit weniger als 10 Siemens, bevorzugt weniger als 1 Siemens.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Detektorschaltung einen Glättungskondensator auf, über welchen eine Prüfleitung mit dem Fahrzeugmassepotential gekoppelt ist. Die Prüfleitung ist insbesondere diejenige Leitung, an welcher eine Prüfspannung und/oder eine Fehlerstromstärke gemessen wird. Durch Vorsehen des Glättungskondensators erfolgt in vorteilhafter Weise eine zeitliche Glättung oder Mittelung der überwachten Größe, also der Prüfspannung und/oder der Fehlerstromstärke. Hierdurch können Spannungsschwankungen, die durch den Betrieb weiterer elektrischer Verbraucher in dem Kraftfahrzeug verursacht werden können, dahingehend kompensiert werden, dass es nicht zu einer Fehlauslösung bei der Detektion des Kurzschlusses kommt.
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In einer Weiterbildung ist die Detektorschaltung, d.h. insbesondere die Prüfleitung, über ein ohmsches Widerstandselement an das Schirmungselement angeschlossen. Das Widerstandselement ist insbesondere ein elektrischer Widerstand als diskretes Bauteil, dessen Widerstandswert größer als 10 Ohm, insbesondere größer als 50 Ohm, ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass bei einem niederohmigen Kurzschluss die Detektorschaltung selbst nicht unmittelbar mit dem Fahrzeugmassepotential kurzgeschlossen ist.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Detektorschaltung dazu ausgelegt, in Abhängigkeit von einem Spannungswert einer elektrischen Spannung, die bezüglich des Fahrzeugmassepotentials gemessen wird, ein Auslösesignal zu erzeugen. Diese Spannung kann die genannte Prüfspannung sein. Anstatt einen Fehlerstrom zu messen, ist das Messen eines Spannungswerts dahingehend vorteilhaft, dass er beispielsweise mittels eines Analog-Digital-Wandlers gewandelt werden kann und beispielsweise durch einen Mikrokontroller überwacht werden kann.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist die Endstufenschaltung als ein Wechselrichter oder Stromrichter ausgestaltet und der Verbraucher eine Drehstrommaschine. Das genannte Endstufen-Massepotential kann in diesem Fall das Potential des Sternpunkts des Drehstroms sein. Bei einem Wechselrichter mit Halbbrücken kann das Endstufen-Massepotential beispielsweise der Verbindungspunkt der Schalter der Halbbrücke sein. Die Schalter können beispielsweise Halbleiterleistungsschalter, beispielsweise Transistoren, sein.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgestaltet.
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Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt die einzige Figur (Fig.) eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs.
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Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen aber die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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Figur zeigt ein Kraftfahrzeug 1, bei dem es sich beispielsweise um einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, handeln kann. Das Kraftfahrzeug 1 kann einen elektrischen Verbraucher 2 aufweisen, bei dem es sich insbesondere um eine elektrische Maschine handeln kann, insbesondere eine Drehstrommaschine. Als elektrische Maschine kann der Verbraucher 2 insbesondere als elektrischer Fahrantrieb und/oder als Starter-Generator ausgestaltet sein.
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Zum Betreiben des Verbrauchers 2 kann der Verbraucher 2 mit einer Endstufenschaltung 3 über eine elektrische Leitungsanordnung 4 verbunden sein. Beispielsweise kann es sich bei der Endstufenschaltung 3 um einen Wechselrichter oder Stromrichter handeln. Die Leitungseinrichtung 4 kann beispielsweise drei elektrische Leitungselemente 5 aufweisen, um beispielsweise einen von der Endstufenschaltung 3 erzeugten Drehstrom zwischen der Endstufenschaltung 3 und dem Verbraucher 2 zu übertragen. Jedes Leitungselement 5 kann beispielsweise ein Draht oder eine Stromschiene sein. Zum Erzeugen einer Wechselspannung in einem der Leitungselemente kann die Endstufenschaltung beispielsweise eine Halbbrückenschaltung oder kurz Halbbrücke 6 aufweisen. In der Fig. ist nur für eines der Leitungselemente die entsprechende Halbbrücke 6 dargestellt. Auch für die übrigen Leitungselemente 5 können Halbbrücken bereitgestellt sein, die hier durch die Halbbrücke 6 mit repräsentiert sein sollen. Mittels der Halbbrücke 6 kann die Endstufenschaltung 3 in einem Leitungselement 5 eine Wechselspannung aus einer Gleichspannung Uzk beispielsweise aus einem Zwischenkreis 7 erzeugen. In dem Zwischenkreis 7 sind der Fig. eine Plusleitung 8, eine Minusleitung 9 und ein Pufferkondensator oder Zwischenkreiskondensator 10 dargestellt. Die Zwischenkreisspannung Uzk kann durch eine Spannungsquelle 11 erzeugt sein, bei der es sich beispielsweise um einen Generator oder eine Batterie oder einen DC-DC-Wandler handeln kann.
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Die Spannungsquelle 11 und der Zwischenkreis 7 können ein erstes Bordnetz 12 darstellen, bei dem es sich beispielsweise um einen 48 Volt-Bordnetz oder ein Hochvolt-Bordnetz handeln kann. In dem Bordnetz 12 kann beispielsweise die Minus-Leitung 9 als ein Endstufen-Massepotential 13 für die Endstufenschaltung 3 genutzt sein. Die Brückenschaltungen 6 der Endstufenschaltung 3 können durch eine Steuerschaltung 14 in ein sich bekannter Weise zum Erzeugen der beschriebenen Wechselspannung in den Leitungselementen 5 gesteuert sein.
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Beim Schalten der Brückenschaltungen 6 können Schaltflanken im Spannungsverlauf der Wechselspannungen in den Leitungselementen 5 entstehen, wodurch die Leitungselemente 5 eine elektrische und/oder elektromagnetische Störung 15 in eine Umgebung abstrahlen können. Um eine Beeinträchtigung anderer elektrischer Komponenten des Kraftfahrzeugs 1 zu vermeiden, können die Leitungselemente 5 von einem Schirmungselement 16 umgeben sein, bei dem es sich beispielsweise um ein Drahtgeflecht oder eine Folie handeln kann. In der Fig. ist der Übersicht halber nur für eines der Leitungselemente 5 ein entsprechendes Schirmungselement 16 dargestellt. Auch die übrigen Leitungselemente 5 können von einem jeweiligen Schirmungselement umgeben sein. Die folgenden Erläuterungen treffen somit auf jedes der Leitungselemente zu.
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Bei dem Kraftfahrzeug 1 kann das Schirmungselement 16 eine Doppelfunktion aufweisen. Zum einen kann die Störstrahlung 15 gedämpft oder kompensiert werden. Zum anderen kann mittels des Schirmungselements detektiert werden, ob ein Objekt oder Gegenstand 17 derart gegen das Schirmungselement 16 drückt und dieses beschädigt hat, dass ein Kurzschluss 18 zwischen dem Schirmungselement 16 und einem Fahrzeugmassepotential 19 besteht. Mit dem Kurzschluss 18 kann also eine elektrisch leitfähige Verbindung, insbesondere eine elektrisch leitfähige Verbindung mit einem elektrischen Widerstand kleiner als 10 Ohm, insbesondere kleiner als 1 Ohm, verursacht sein.
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Das Fahrzeugmassepotential 19 kann ein Massepotential eines zweiten Bordnetzes 20 sein, von dem in der Fig. eine Spannungsquelle 21, beispielsweise eine Fahrzeugbatterie und/oder ein Generator, sowie eine Plusleitung 22 zusätzlich zu dem Fahrzeugmassepotential 19 dargestellt sind. Bei dem Bordnetz 20 kann es sich beispielsweise um ein 12-Volt-Bordnetz oder ein 48-Volt-Bordnetz handeln. Das Fahrzeugmassepotential 19 kann insbesondere durch Strukturbauteile oder Blechteile des Kraftfahrzeugs 19 bereitgestellt sein, beispielsweise einen Fahrzeugrahmen und/oder einen Fahrzeugchassi.
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Um die Störstrahlung 15 zu dämpfen, ist bei dem Kraftfahrzeug 1 vorgesehen, dass das Schirmungselement 16 über ein kapazitives Koppelelement 23 mit dem Endstufen-Massepotential 13 kapazitiv gekoppelt ist. Insbesondere kann das Koppelelement 23 einem Koppelkondensator 24 aufweisen. Durch das Koppelelement 23 verhält sich die Anordnung aus dem Leitungselement 5 und dem Schirmungselement 16 bezüglich eines Endstufenausgangs 25, an welchem das Leitungselement 5 mit der Endstufenschaltung 3 verbunden sein kann, für Frequenzen oberhalb eines vorbestimmten Mindestfrequenz, insbesondere oberhalb von 500 Hertz, insbesondere oberhalb von 1000 Hertz, derart niederohmig, dass die Wechselspannungsanteile mit einer Frequenz oberhalb der Mindestfrequenz in der Amplitude ausreichend gedämpft sind, sodass die Störstrahlung 15 in anderen elektrischen Bauteilen des Kraftfahrzeugs 1 keinen störenden Einfluss hat. Mit anderen Worten ist durch diese Anordnung die elektromagnetische Verträglichkeit der Anordnung aus Leitungselement 5 und Schirmungselement 16 durch Wahl des Koppelelements 23 einstellbar.
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Um den Kurzschluss 18 durch den Gegenstand 17 zu detektieren, kann in dem Kraftfahrzeug 1 an der Detektorschaltung 26 bereitgestellt sein damit die Detektorschaltung 26 den Kurzschluss 18 detektieren kann, kann das Schirmungselement 16 über einen Spannungsteiler 27 mit einer Prüfspannung U beaufschlagt werden. Die Prüfspannung U kann durch ohmsche Widerstandselemente 28 bezüglich des Fahrzeugmassepotentials 19 eingestellt sein. Beispielsweise kann die Prüfspannung U in einem Bereich zwischen 1 Volt und 15 Volt liegen. Die Detektorschaltung 26 kann eine Auswerteschaltung 29 aufweisen, bei welcher eine Prüfleitung 32 die über einen Schutzwiderstand 30 mit dem Schirmungselement 16 gekoppelt sein kann. Durch den Schutzwiderstand 30 wird ein Fehlerstrom oder Prüfstrom 1, der von der Auswerteschaltung 29 beim Vorliegen des Kurzschlusses 18 zum Schirmungselement 16 fließen kann, begrenzt. Die Auswerteschaltung 29 kann einen Glättungskondensator 31 aufweisen, durch welchen die Prüfleitung 32 mit dem Fahrzeugmassepotential 19 gekoppelt sein kann und durch welchen Spannungsschwankungen der Prüfspannung U ausgeglichen werden können.
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Von der Prüfspannung U kann so an der Auswerteschaltung 29 beispielsweise ein Gleichspannungsanteil von einer Prozessoreinrichtung 33, beispielsweise einen Mikrocontroller erfasst werden. Hierzu kann die Prozessoreinrichtung 33 beispielsweise einen Analog-Digital-Wandler aufweisen. Bei Vorliegen des Kurzschlusses 18 sinkt die Prüfspannung U. durch die Prozessoreinrichtung 33 kann überprüft werden, ob die ein gemessener Spannungswert kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist. Ist dies der Fall, so wird der Kurzschluss 18 signalisiert. Beispielsweise kann durch die Prozessoreinrichtung 33 ein Unterbrechungssignal S erzeugt werden, durch welches beispielsweise die Steuereinrichtung 14 für die Endstufenschaltung 3 angehalten werden kann, sodass durch die Endstufenschaltung 3 kein Strom mehr in die Leitungselemente 5 geleitet wird.
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Durch die beschriebene konsequente Trennung der AC-Kopplung (AC-Wechselspannung) für die EMV von der DC-Kopplung (DC-Gleichspannung) zur Beschädigungs-oder Fehlererkennung durch einen Gegenstand 17, kann eine Doppelnutzung des Schirmungselements 16, also beispielsweise einem Schirmgeflechts, erreicht werden. Dadurch entstehen wesentliche Vorteile gegenüber der Verwendung von beispielsweise zwei koaxial angeordneten und gegeneinander isolierten Schirmen. Es ergibt sich ein einfacher Aufbau des Kabels, das heißt der Anordnung aus Leitungselement 5 und Schirmungselement 16. Dies führt zur Kostenersparnis sowie zu einem dünneren Kabel im Vergleich zu doppelten Schirmgeflechten. Hierdurch können geringere Biegeradien erreicht werden und ein geringeres Gewicht. Durch die einfache Konfektionierung des Leitungssatzes 4 ist auch die Herstellung des Kraftfahrzeugs günstiger, da nur ein Schirmgeflecht kontaktiert werden muss. Ebenso ist es möglich, für die beiden Funktionen (EMV-Verbesserung und Kurzschlussdetektion), unterschiedliche Bezugsmassen zu verwenden, wie dies in der Fig. für das Fahrzeugmassepotential 19 und das Endstufen-Massepotential 13 veranschaulicht ist. Insbesondere bei der zur Sicherheit geforderten Trennung zwischen einem 12 Volt-Bordnetz und einem 48 Volt-Bordnetz ist die Erfindung vorteilhaft, da weiterhin die Doppelfunktion in dem Schirmungselement 16 realisiert werden kann.
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Durch die beschriebene Anordnung wird die EMV-Verbesserung erreicht, in dem die Schirmung für Wechselspannungen durch ein für den Frequenzbereich geeignetes Hochpassfilter an das Endstufen-Massepotential 13 angeschlossen ist.
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Zur Erkennung der Leitungsbeschädigung durch beispielsweise Karosserieteile mittels Erzeugung und Prüfung des Gleichspannungspotentials der Prüfspannung U im Schirmungselement 16 wird zusätzlich auf den Schirm zum Beispiel durch einen Spannungsteiler 27 ein von dem Fahrzeugmassepotential 19 unterschiedliches Gleichspannungspotential der Prüfspannung U angelegt. Bei einer Beschädigung des Kabels durch Karosserieteile wird das elektrische Potential des Schirmungselements 16 auf die Masse bezogen. Wobei hierbei zuerst der Schirm getroffen wird und damit das Gleichspannungspotential der Prüfspannung U auf Masse bezogen wird. Das Gleichspannungspotential wird von der Leitungselektronik überwacht. Wird der zulässige Toleranzbereich verlassen, also ein Schwellenwert unterschritten, erfolgt die Abschaltung der Endstufenschaltung 3. Selbst wenn die Beschädigung durch den Schirm hindurch bis auf den Innenleiter, das heißt die Phase oder das Leitungselement 5 vordringt, ist durch die einfache Erkennung der Beschädigung bereits am Schirm eine sichere Abschaltung gewährleistet. Der zur Auslösung der Überwachungsschaltung und der Detektionschaltung 26 notwendige Fehlerstrom I liegt im Bereich weniger Milliampere, also insbesondere ist er kleiner als ein Amper, insbesondere kleiner als 500 Milliampere. Die Erkennung von Fehlerströmen I auf den Phasenleitungen ist bei im Betrieb befindlichen Drehstrommaschinen wegen der hohen Betriebsströme dagegen weitaus schwieriger.
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Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung eine Doppelnutzung einer Leitungsschirmung für EMV und zur Fehlererkennung bereitgestellt werden kann.
