-
Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung zum Schutz vor gefährlichen Berührungsspannungen an einem elektrischen Bauteil in einer elektrischen Baugruppe für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug mit einem Servicedeckel am Baugruppengehäuse der elektrischen Baugruppe, welcher im Normalbetrieb der elektrischen Baugruppe eine Service-Öffnung des Baugruppengehäuses verschließt. Weiterhin betrifft die Erfindung eine elektrische Baugruppe mit der Sicherheitsvorrichtung, ein Elektro- oder Hybridfahrzeug mit der elektrischen Baugruppe sowie ein Sicherheitsverfahren für die Sicherheitsvorrichtung.
-
Für elektrische Baugruppen, welche sowohl im industriellen Umfeld wie auch im Automobilbereich zum Einsatz kommen, besteht oftmals die Notwendigkeit, insbesondere bei Wartungs- bzw. Serviceaktivitäten mittels entsprechender Serviceöffnungen oder mittels dem Gehäusedeckel einen Zugang zu den elektrischen Bauteilen im Inneren des Baugruppengehäuses zu erhalten. Meist warnen Aufschriften im Blickfeld der elektrischen Baugruppe, dass vor Öffnung des Baugruppengehäuses die Spannungsfreiheit für die zumindest im Normalbetrieb der elektrischen Baugruppe spannungsführenden elektrischen Bauteile herzustellen ist. Besondere Beachtung finden elektrische Bauteile, welche nicht elektrisch isoliert oder anderweitig vor einem direkten Zugriff durch Personen geschützt sind.
-
In diesem Kontext ist unter Normalbetrieb ein Betriebszustand der elektrischen Baugruppe zu verstehen, bei dem keine vom Anwender oder vom Anwendungsprozess initiierte Abschaltung der Energieverteilung bzw. der Energieversorgung für die elektrische Baugruppe und deren elektrische Bauteile aktiviert ist. Auch ist während des Normalbetriebs der Zugang über Serviceöffnungen zum Gehäuseinnenraum der elektrischen Baugruppe nicht oder nur unter Benutzung spezieller Sicherheitsvorrichtungen möglich.
-
Da in Elektro- oder Hybridfahrzeugen immer öfter zur Energieversorgung des elektrischen Antriebssystems elektrische Hochvolt-Energiespeicher eingesetzt werden, welche Spannungsebenen von bis zu 800 V und mehr an Gleichspannung aufweisen, ist bei allen im Normalbetrieb spannungsführenden elektrischen Bauteilen, welche an einem für die Verteilung der elektrischen Energie eingesetzten Hochvoltnetz betrieben werden, potentiell von einer gefährlichen Berührungsspannung auszugehen.
-
Die Automobilindustrie muss demnach für Unfälle sowie für Serviceaktivitäten an den elektrischen Baugruppen der Elektro- oder Hybridfahrzeuge sicherstellen, dass auf Anforderung möglichst in kürzester Zeit keine gefährlichen Berührungsspannungen mehr zu erwarten sind. Dazu wird eine aktive Entladung der elektrischen Energie von elektrischen Bauteilen durchgeführt, welche beispielsweise mit dem Hochvoltnetz elektrisch verbunden sind. Dies gilt auch für einen Zwischenkreiskondensator am Gleichspannungszwischenkreis eines Stromrichters, der meist nach Trennung der elektrischen Baugruppe von der Energieversorgung noch elektrische Energie gespeichert hat. Selbst elektrische Leitungen können elektrische Energie speichern, soweit ihre Dimensionierung dies bedingt. Beispielsweise wird zur Entladung der elektrischen Energie des Zwischenkreiskondensators ein ohmscher Widerstand verwendet, welcher gemeinsam mit dem Zwischenkreiskondensator am Gleichspannungszwischenkreis angeordnet ist. Auch gibt es Lösungen, bei denen eine vom Stromrichter betriebene elektrische Maschine, also ein Elektromotor, die elektrische Energie in seine Wicklungen entlädt. Die elektrische Energie des Zwischenkreiskondensators wird demnach in Wärmeenergie umgewandelt.
-
Die Gleichspannung des Zwischenkreiskondensators kann jedoch ohne die aktive Entladung erst in einer von der Auslegung der elektrischen Bauteile des Stromrichters abhängigen Zeit abgebaut werden. Oft reicht dann diese Zeitspanne nach Trennung der Energieversorgung von der elektrischen Baugruppe nicht, die Spannungsfreiheit an den elektrischen Bauteilen bei unmittelbarem Zugang zum Gehäuseinnenraum der elektrischen Baugruppe sicherzustellen.
-
Bekannte Lösungen zur Sicherstellung der Spannungsfreiheit an elektrischen Bauteilen im Inneren eines Baugruppengehäuses verwenden daher beispielsweise ein Interlock-Steckersystem, welches die elektrische aber auch die mechanische Verbindung der elektrischen Zu- und Ableitungen an den elektrischen Baugruppen überwacht. Vor Entfernung eines Gehäusedeckels müssen oft alle überwachbaren Stecker vom Baugruppengehäuse getrennt werden, um einen sicheren Zugang in das Innere des Baugruppengehäuses zu erhalten. Die Auftrennung der elektrischen Verbindung wird überwacht, wobei durch Entfernung eines derartigen Steckers die aktive Entladung der elektrischen Bauteile ausgelöst wird. Die Entladung der elektrischen Energie erfolgt innerhalb einer festgelegten Zeit auf einen dann ungefährlichen Spannungswert.
-
Allerdings ist es dem Anwender überlassen, ob er vor dem Zugang zum Gehäuseinnenraum, über die Serviceöffnungen oder den Gehäusedeckel, tatsächlich die Stecker der elektrischen Zu- und Ableitungen entfernt und daraufhin das Interlock-Steckersystem agieren kann. Geschieht das nicht, ist weiterhin der Zugang zum Gehäuseinnenraum möglich, ohne dass der Schutz vor gefährlichen Berührungsspannungen an den elektrischen Bauteilen gewährleistet ist.
-
Insbesondere für Personen gelten strikte Anforderungen für den Schutz vor gefährlichen Berührungsspannungen. So ist eine für erwachsene Personen ungefährliche dauerhafte Berührungsspannung laut DIN VDE 0100-410 mit ≤ 120 V DC Gleichspannung und für Kinder und Nutztiere mit ≤ 60 V Gleichspannung angegeben. In der Automobilindustrie wird die Grenze für eine ungefährliche Berührungsspannung üblicherweise mit einer Gleichspannung von ≤ 60 V bemessen.
-
Der Nachteil der beschriebenen Lösung mit dem Interlock-Steckersystem liegt in der zeitaufwendigen Demontage sowie Montage der Stecker, bevor einerseits der Zugang zum Inneren des Gehäuses möglich ist und andererseits die elektrische Baugruppe wieder für den Normalbetrieb einsatzbereit ist. Auch sind derartige Interlock-Steckersystem recht kostenintensiv, da jeder der verwendeten Stecker für das Interlock-Steckersystem geeignet sein muss.
-
Allerdings benötigen die Produkte und Anwendungen in der Automobilindustrie beispielsweise immer öfter eine Mehrfachabsicherung, welche sicherstellen soll, dass z.B. bei Versagen oder Manipulation eines ersten Sicherheitssystems, bzw. bei Umgehung von Sicherheitsvorschriften zum Schutz vor gefährlichen Berührungsspannungen an elektrischen Baugruppen, zumindest noch ein zusätzliches Sicherheitssystem zwingend wirksam ist.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsvorrichtung und ein Sicherheitsverfahren vorzuschlagen, mittels derer an einer elektrischen Baugruppe ein sicherer, aufwandsarmer und somit kostengünstiger Zugang zum Gehäuseinnenraum der elektrischen Baugruppe möglich ist, wobei zum Zeitpunkt des Zugangs eine gefährliche Berührungsspannung an einem elektrischen Bauteil der elektrischen Baugruppe bereits verlässlich auf einen dann ungefährlichen Wert abgebaut ist.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Sicherheitsvorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
-
Diese Aufgabe wird weiterhin durch eine elektrische Baugruppe nach Anspruch 10, ein Elektro- oder Hybridfahrzeug nach Anspruch 12 sowie ein Sicherheitsverfahren nach Anspruch 13 gelöst.
-
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass für den Zugang zu elektrischen Bauteilen in elektrischen Baugruppen, beispielsweise für einen Servicefall, sichergestellt werden muss, dass insbesondere Personen durch die Berührung der elektrischen Bauteile nicht durch gefährliche Berührungsspannungen verletzt werden können. Dies bedeutet, dass der Zugang zum Gehäuseinnenraum der elektrischen Baugruppe erst dann freigegeben werden kann, wenn eine eventuell noch an den elektrischen Baugruppen vorhandene gefährliche Berührungsspannung auf einen unbedenklichen Wert abgesunken ist oder mittels einer aktiven Entladung abgebaut wurde. Die Öffnung eines Gehäusedeckels oder einer speziellen Service-Öffnung muss vom Anwender demnach so viel Zeit erfordern, dass mit dem dann freien Zugang zu den elektrischen Bauteilen gefährliche Berührungsspannungen nicht mehr an den elektrischen Bauteilen im Gehäuseinnenraum anliegen. Mit dieser Anforderung werden entsprechende Sicherheitssysteme gesucht, welche sowohl von ihrer Komplexität wie auch aus Sicht der Kosten effizient einsetzbar und herstellbar sind.
-
Für die Lösung der Aufgabe wird daher eine Sicherheitsvorrichtung zum Schutz vor gefährlichen Berührungsspannungen an einem elektrischen Bauteil in einer elektrischen Baugruppe für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug vorgeschlagen, aufweisend einen Servicedeckel am Baugruppengehäuse der elektrischen Baugruppe, welcher für den Normalbetrieb der elektrischen Baugruppe eine Service-Öffnung des Baugruppengehäuses verschließt, und weiterhin aufweisend ein am Servicedeckel angeordnetes Sicherheitselement, welches für den Normalbetrieb mindestens ein Befestigungsmittel des Servicedeckels überdeckt, wobei zum Öffnen des Servicedeckels für einen Service der elektrischen Baugruppe das Sicherheitselement vom Servicedeckel entfernbar ist und dazu ausgebildet ist, ein Überwachungssignal in einem Überwachungskreis zu verändern.
-
Das Baugruppengehäuse der elektrischen Baugruppe kann aus verschiedenen Gehäuseelementen zusammengesetzt sein, welche meist voneinander lösbar miteinander verbunden sind. So ist ein Aufbau mit einem Baugruppengehäuse und einem Baugruppengehäusedeckel sowie einem Baugruppengehäuseboden bekannt. Auch kann jedes dieser Gehäuseelemente wiederum aus mehreren Baugruppengehäuseteile bestehen.
-
Als Service-Öffnung kann prinzipiell jede Öffnung im Baugruppengehäuse vorgesehen sein, welche einen Zugang zum Gehäuseinnenraum und den elektrischen Bauelementen ermöglicht. Demzufolge ist zumindest auch der Baugruppengehäusedeckel als eine Form des Servicedeckels zu sehen.
-
Wie eingangs erwähnt, ist der Service an den elektrischen Bauteilen elektrischer Baugruppen für viele Anwendungen im industriellen Umfeld wie auch für Produkte der Automobilindustrie nicht nur für einen zuverlässigen Betrieb, hier auch als Normalbetrieb bezeichnet, notwendig. Vorbeugender Service hat auch einen kostensparenden Aspekt, beispielsweise den Service von einzelnen elektrischen Bauteilen in den Vordergrund zu stellen, um größere Schäden beim Einsatz der elektrischen Baugruppen in komplexeren Anwendungssystemen wie in Elektro- oder Hybridfahrzeugen zu vermeiden. Auch sind natürlich Reparaturen und spezifische Wartungsarbeiten an den elektrischen Bauteilen im Gehäuseinnenraum als Service zu verstehen.
-
Insofern kann mittels der vorgeschlagenen Sicherheitsvorrichtung im Fall des Services oder einer Fehlersuche mittels der Service-Öffnung im Baugruppengehäuse ein vergleichsweise schneller und technisch einfacher Zugang zu den elektrischen Bauteilen im Gehäuseinnenraum der elektrischen Baugruppe gewährleistet werden. Andererseits wird sichergestellt, dass sich mit Entfernung des Sicherheitselements vom Servicedeckel das Überwachungssignal im Überwachungskreis ändert, wobei Maßnahmen zum Schutz vor gefährlichen Berührungsspannungen an den elektrischen Bauteilen durchführbar sind und an den Anwender eine Information zur Freigabe des Zugangs zum Gehäuseinnenraum der elektrischen Baugruppe gegeben werden kann.
-
Da erst mit Entfernung des Sicherheitselements sämtliche Befestigungsmittel zur Befestigung des Servicedeckels am Baugruppengehäuse für den Anwender zugänglich sind, ist die nun folgende Zeitdauer mit einem Aufwand zur Entfernung sowohl aller Befestigungsmittel wie auch des Servicedeckels so ausreichend zu bemessen, dass mit Zugang zum Gehäuseinnenraum gefährliche Berührungsspannungen, welche eventuell noch vor Entfernung des Sicherheitselements vorhanden waren, innerhalb dieser Zeitdauer auf einen dann ungefährlichen Spannungswert absinken bzw. aktiv reduziert werden.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Vorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Bei einer ersten vorteilhaften Ausgestaltungsform der Sicherheitsvorrichtung weist das Sicherheitselement ein Kontaktaktivierungsmittel auf, mittels dem ein Kontakt des Überwachungskreises an einer Kontaktstelle unterbrechbar oder schließbar ist.
-
Je nachdem, ob die elektronische Baugruppe für den Normalbetrieb aktiviert wird, oder ob der Service durchgeführt werden soll, wird eine Anbringung oder eine Entfernung des Sicherheitselements an bzw. von dem Servicedeckel durchgeführt. Der Überwachungskreis, welcher im Allgemeinen als elektrischer Überwachungskreis ausgeführt ist, wird daher geschlossen oder unterbrochen. Ob der Zugang zum Gehäuseinnenraum und der Schutz vor gefährlichen Berührungsspannungen dann ermöglicht wird, wenn der Kontakt durch das Kontaktaktivierungsmittel den Überwachungskreis unterbricht oder wenn er ihn schließt, ist einer Auslegungsform der Sicherheitsvorrichtung geschuldet.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Sicherheitsvorrichtung besteht das Kontaktaktivierungsmittel aus einem elektrisch leitenden Material und ist dazu ausgebildet, bei Betätigung des Sicherheitselements den Kontakt des Überwachungskreises an der Kontaktstelle zu unterbrechen oder zu schließen.
-
Diese Ausgestaltungsform des Kontaktaktivierungsmittels zeigt eine technisch sehr einfache Möglichkeit, an der Kontaktstelle die Kontakte am Überwachungskreis rein elektrisch vom Kontaktaktivierungsmittel zu unterbrechen oder zu schließen. Das Kontaktaktivierungsmittel ist im Falle des geschlossenen Überwachungskreises wegen seiner elektrische Leitfähigkeit und seiner unmittelbar elektrisch leitenden Berührung mit dem Kontakt selbst Teil einer bestehenden elektrischen Verbindung am Kontakt.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Sicherheitsvorrichtung aktiviert das Kontaktaktivierungsmittel bei Betätigung des Sicherheitselements ein Schaltelement, welches dazu ausgebildet ist, den Kontakt des Überwachungskreises an der Kontaktstelle zu unterbrechen oder zu schließen.
-
Die elektrische Leifähigkeit des Kontaktaktivierungsmittels ist bei dieser Ausgestaltungsform unerheblich, da beispielsweise ein Mikroschalter als Schaltelement vom Kontaktaktivierungsmittel auf mechanischen Druck aktiviert oder deaktiviert wird, und somit der Mikroschalter den Kontakt im Überwachungskreis schließt oder unterbricht. Auch kann beispielsweise ein sogenannter Reedschalter als Schaltelement eingesetzt werden. Dieser Reedschalter ist dann meist so ausgeführt, dass der Kontakt aus einer in einem Gasrohr eingeschmolzenen Eisen-Nickellegierung besteht, welche vom Kontaktaktivierungsmittel magnetisch betätigt, also unterbrochen oder geschlossen wird.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Sicherheitsvorrichtung weist der Servicedeckel eine Servicedeckel-Öffnung auf, welche zusammen mit der Service-Öffnung des Baugruppengehäuses einen Sicherheitszugang zu einem Gehäuseinnenraum der elektrischen Baugruppe bereitstellt, reicht weiterhin eine Anformung des Sicherheitselements durch die Servicedeckel-Öffnung des Servicedeckels und die Service-Öffnung des Baugruppengehäuses in den Gehäuseinnenraum hinein, und sind das Kontaktaktivierungsmittel an der Anformung des Sicherheitselements sowie der Überwachungskreis mit dem Kontakt an der Kontaktstelle im Gehäuseinnenraum des Baugruppengehäuses angeordnet.
-
Diese Ausführungsform ermöglicht es, die Kontaktstelle mit dem Kontakt des Überwachungskreises im Gehäuseinnenraum anzuordnen. Der Vorteil ist, das während bzw. nach der Entfernung des Sicherheitselements eine Manipulation des Überwachungssignals durch ein weiteres schnelles Betätigen des Kontakts nicht oder nur sehr schwierig möglich ist.
-
Während des Normalbetriebs ist der Sicherheitszugang über die Servicedeckel-Öffnung und die Service-Öffnung praktisch kaum zugänglich. Erst die Entfernung des Sicherheitselements vom Servicedeckel gibt den Sicherheitszugang frei. Allerdings ist dieser derart ausgelegt, dass nur mit einem weiteren manipulativen Aufwand das elektrische Bauteil eventuell berührbar ist, welches unmittelbar nach Entfernung des Sicherheitselements ggf. noch gefährliche Berührungsspannungen aufweist.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Sicherheitsvorrichtung weist die Sicherheitsvorrichtung eine Auswertungseinheit auf, mittels der eine Auswertung des Überwachungssignals erfolgt und welche ein Überwachungsergebnis bereitstellt.
-
Diese Auswertungseinheit prüft das Überwachungssignal auf Änderungen und/oder auf dessen aktuellen Zustand. Ziel ist, mit dem Überwachungsergebnis eine Aussage bereitzustellen, ob das Sicherheitselement am Servicedeckel angeordnet ist und somit zumindest eine der Befestigungsschrauben des Servicedeckels, welche den Servicedeckel am Baugruppengehäuse befestigt, vom Sicherheitselement überdeckt wird. Das Überwachungsergebnis zeigt somit einerseits auf, ob die elektrische Baugruppe im Normalbetrieb ist, oder ob der Service an der Baugruppe möglich ist. Auch werden auf Basis des Überwachungsergebnisses für den Service, also für den Zugang zum Gehäuseinnenraum der elektrischen Baugruppe, Maßnahmen angestoßen, welche sicherstellen, dass nach Öffnung des Servicedeckels keine gefährlichen Berührungsspannungen im Gehäuseinnenraum anliegen.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Sicherheitsvorrichtung ist der Überwachungskreis mit dem Kontakt auf einem Trägermittel angeordnet.
-
Als Trägermittel eignet sich im Allgemeinen eine Leiterplatte, welche den meist mit elektrischen Leiterbahnen und weiteren elektronischen Bauteilen ausgeführten Überwachungskreis sowie die an der Kontaktstelle verorteten Kontakte aufnimmt.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Sicherheitsvorrichtung ist das Sicherheitselement über ein weiteres Befestigungsmittel mit dem Servicedeckel und/oder dem Baugruppengehäuse verbunden.
-
Das weitere Befestigungsmittel verhindert eine unerwünschte Entfernung des Sicherheitselements insbesondere während des Normalbetriebs. Die Ausführungsmöglichkeiten für das weitere Befestigungsmittel reichen von Schraubbefestigungen über lösbare Klebebefestigungen bis hin zu Steckbefestigungen. Vorteilhaft ist es, das weitere Befestigungsmittel so zu gestalten, dass eine mechanische Verbindung des Sicherheitselements mit dem Servicedeckel und/oder dem Baugruppengehäuse ohne mechanische Hilfsmittel hergestellt oder gelöst werden kann.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Sicherheitsvorrichtung sind zwischen dem Sicherheitselement und dem Servicedeckel und/oder zwischen dem Servicedeckel und dem Baugruppengehäuse Dichtungsmittel angeordnet.
-
Da sowohl im industriellen Umfeld wie auch im Automobilbereich aufgrund von oftmals widrigen Umgebungsbedingungen einer staub- oder wasserdichten Kapselung von elektrischen Baugruppen hohe Bedeutung zukommt, stellen sowohl die Service-Öffnung wie auch die Servicedeckel-Öffnung jeweils einen Schwachpunkt gegenüber negativen Auswirkungen der Umgebungsbedingungen dar. Für eine Auswahl der Dichtungsmittel muss berücksichtigt werden, dass diese Dichtungsmittel durch oftmaliges Öffnen und Schließen an derartigen Öffnungen einem starken Verschleiß ausgesetzt sind.
-
Für die Lösung der Aufgabe wird ebenfalls eine elektrische Baugruppe mit einer erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung vorgeschlagen, wobei die elektrische Baugruppe für den Service eine Entladungsvorrichtung aufweist, welche in Abhängigkeit des Überwachungsergebnisses der Auswertung der Auswertungseinheit eine aktive Entladung des elektrischen Bauteils zum Schutz vor gefährlichen Berührungsspannungen durchführt.
-
Nach Auswertung des Überwachungssignals, welches signalisiert, dass für den Service das Sicherheitselement vom Servicedeckel entfernt ist und der Zugang zum Gehäuseinnenraum benötigt wird, zeigt das Überwachungsergebnis der Entladungsvorrichtung an, die aktive Entladung des elektrischen Bauteils durchzuführen. Die Entladungsvorrichtung wird für die aktive Entladung derart dimensioniert, dass die vor der Entfernung des Sicherheitselements eventuell am elektrischen Bauteil noch vorhandene gefährliche Berührungsspannung zumindest spätestens dann abgebaut ist, wenn der Geräteinnenraum offen und der Zugang zu dem elektrischen Bauteil möglich ist. Die Dimensionierung der für die Entladungsvorrichtung benötigten elektrischen Komponenten, wie beispielsweise Entladungswiderstände, elektrische Schalter und Ansteuervorrichtungen, ist abhängig von den elektrischen Werten des zu entladenden elektrischen Bauteils auszuführen, beispielsweise den Kapazitätswerten eines Kondensators.
-
Bei einer ersten vorteilhaften Ausgestaltungsform der elektrischen Baugruppe ist die elektrische Baugruppe ein Stromrichter, welcher zum Antrieb einer elektrischen Maschine oder zur Wandlung von elektrischer Energie vorgesehen ist.
-
Derartige Stromrichter, welche beispielsweise einen Gleichspannungszwischenkreis aufweisen, werden an diesem Gleichspannungszwischenkreis üblicherweise mit einem oder mehreren Zwischenkreiskondensatoren betrieben. Bei einer hohen Spannungsebene am Gleichspannungszwischenkreis des Stromrichters, wie sie von einer Hochvolt-Gleichspannungsquelle erzeugt wird, muss insbesondere für den Service an der elektrischen Baugruppe sichergestellt werden, dass Personen nach Abschaltung der Hochvolt-Gleichspannungsquelle nicht durch Berührung von elektrischen Bauteilen der elektrischen Baugruppe gefährlichen Berührungsspannungen ausgesetzt sind. Da mit dem Service an der elektrischen Baugruppe oft der Zugang zum Gehäuseinnenraum der elektrischen Baugruppen verbunden ist, eignet sich der Einsatz des Sicherheitselements besonders vorteilhaft für den Schutz vor gefährlichen Berührungsspannungen.
-
Zur Entladung der elektrischen Energie wird von der Entladungsvorrichtung oft ein ohmscher Widerstand verwendet, welcher bei Stromrichtern gemeinsam mit einem Zwischenkreiskondensator am Gleichspannungszwischenkreis angeordnet ist. Der Zwischenkreiskondensator wird neben oft nicht isolierten elektrischen Leitungen und Verbindungen als zu entladende elektrische Bauteile hier Exemplarisch genannt.
-
Auch gibt es Lösungen, bei denen die vom Stromrichter betriebe elektrische Maschine die zu entladende elektrische Energie der elektrischen Baugruppe in ihre Wicklungen entlädt. Die elektrische Energie wird demnach in Wärmeenergie umgewandelt.
-
Für die Lösung der Aufgabe wird weiterhin ein Elektro- oder Hybridfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen elektrischen Baugruppe vorgeschlagen.
-
Elektro- und Hybridfahrzeuge unterliegen vielfältigen Anforderungen und Auflagen zum Schutz von Personen und Sachwerten. Wird die elektrische Baugruppe in dem Elektro- oder Hybridfahrzeug beispielsweise einem Service unterzogen, ist mittels der erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung der Schutz vor gefährlichen Berührungsspannungen insbesondere dann gewährleistet, wenn der Zugang zum Gehäuseinnenraum der elektrischen Baugruppe des Elektro- oder Hybridfahrzeugs erforderlich ist. Auch bietet die Sicherheitsvorrichtung Schutz vor einer unbeabsichtigten Öffnung und somit einem unbeabsichtigten Zugang zum Gehäuseinnenraum, wenn sich die elektrische Baugruppe im Normalbetrieb befindet.
-
Zur Lösung der Aufgabe wird darüber hinaus ein Sicherheitsverfahren für eine erfindungsgemäße Sicherheitsvorrichtung für einen Service einer erfindungsgemäßen elektrischen Baugruppe vorgeschlagen, wobei ein Sicherheitselement von einem Sicherheitsdeckel entfernt wird, wobei durch ein Kontaktaktivierungsmittel ein Kontakt eines Überwachungskreises an einer Kontaktstelle unterbrochen und damit ein Überwachungssignal verändert wird, wobei mittels einer Auswertung in einer Auswertungseinheit das Überwachungssignal ausgewertet und auf Basis eines Überwachungsergebnisses der Auswertung von einer Entladungsvorrichtung eine aktive Entladung für ein elektrisches Bauteil der elektrischen Baugruppe zum Schutz vor gefährlichen Berührungsspannungen durchgeführt wird, wobei Befestigungsmittel des Servicedeckels am Baugruppengehäuse der elektrischen Baugruppe entfernt werden, und wobei der Servicedeckel vom Baugruppengehäuse der elektrischen Baugruppe entfernt sowie eine Service-Öffnung für den Service freigegeben wird.
-
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert werden. Es zeigt:
-
1 eine erste schematische Querschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung zum Schutz vor gefährlichen Berührungsspannungen an einem elektrischen Bauteil in einer elektrischen Baugruppe,
-
2 eine weitere schematische Querschnittsdarstellung der Sicherheitsvorrichtung nach der 1 mit einem Ausführungsbeispiel der Kontaktstelle,
-
3 eine Draufsicht auf ein Sicherheitselement der erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung, welches an einem Servicedeckel eines Baugruppengehäuses einer elektrischen Baugruppe angeordnet ist,
-
4 ein Struktogramm des erfindungsgemäßen Sicherheitsverfahrens für die Sicherheitsvorrichtung nach der 1, und
-
5 eine schematische Darstellung eines Elektro- oder Hybridfahrzeug mit einem Stromrichter als erfindungsgemäße elektrische Baugruppe zum Betrieb einer elektrischen Maschine.
-
In 1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eine Sicherheitsvorrichtung 1 zum Schutz vor gefährlichen Berührungsspannungen an einem elektrischen Bauteil 28 im Gehäuseinnenraum 18 einer elektrischen Baugruppe 2.
-
Ein Servicedeckel 4, welcher mit Befestigungsmitteln 7 an einem Baugruppengehäuse 5 der elektrischen Baugruppe 2 befestigt ist, verschließt im Normalbetrieb NB eine Service-Öffnung 19 im Baugruppengehäuse 5 der elektrischen Baugruppe 2 und ermöglicht im Fall für einen Service SC an dem elektrischen Bauteil 28 einen Zugang zum Gehäuseinnenraum 18 der elektrischen Baugruppe 2. Zwischen dem Servicedeckel 4 und dem Baugruppengehäuse 5 ist ein Dichtungsmittel 16 angeordnet.
-
Weiterhin ist ein Sicherheitselement 6 der Sicherheitsvorrichtung 1 derart am Servicedeckel 4 angeordnet, dass Befestigungsmittel 7 des Servicedeckels 4 von dem Sicherheitselement 6 überdeckt werden. Ein Lösen der überdeckten Befestigungsmittel 7 ist ohne Entfernung des Serviceelements 6 nicht möglich, was im Normalbetrieb NB den Zugang zum Gehäuseinnenraum 18 der elektrischen Baugruppe 2 über den Servicedeckel verhindert. Im Anwendungsbeispiel der 1 ist das Sicherheitselement 6 mittels weiterer Befestigungsmittel 15 mit dem Servicedeckel 4 verbunden, um ein unbeabsichtigtes Lösen des Sicherheitselements 6 vom Servicedeckel 4 zu unterbinden. Zwischen dem Sicherheitselement 6 und dem Sicherheitsdeckel 4 sind Dichtungsmittel 16 angeordnet.
-
Das Sicherheitselement 6 weist eine Anformung 29 auf, welche über einen Sicherheitszugang 23 mittels einer Sicherheitsdeckel-Öffnung 17 und der Service-Öffnung 19 in den Gehäuseinnenraum 18 der elektrischen Baugruppe 2 hineinreicht. An der Anformung 29 ist im Gehäuseinnenraum 18 ein Kontaktaktivierungsmittel 9 angeordnet, welches an einer Kontaktstelle 10 einen Kontakt 11 in einem Überwachungskreis 8 elektrisch geschlossen hält. Der Überwachungskreis 8 und der Kontakt 11 sind im Allgemeinen für einen elektrischen Einsatz ausgelegt und an einem Trägermittel 14 angebracht.
-
Der Überwachungskreis 8 führt ein Überwachungssignal S. Das Überwachungssignal S wird von einer Auswertungseinheit 13 auf eine Änderung seines Zustands bzw. seines Wertes hin mittels einer Auswertung A ausgewertet. In 1 ist der Normalbetrieb NB dargestellt. Der Kontakt 11 ist durch das Kontaktaktivierungsmittel 9, welches aus einem elektrisch leitenden Material besteht, geschlossen. Die Auswertungseinheit 13 erkennt den für den Normalbetrieb NB charakteristischen Zustand oder Wert des Überwachungssignals S und informiert mittels eines Überwachungsergebnisses E eine Entladungsvorrichtung 20, dass der Normalbetrieb NB möglich bzw. aktiv ist. Eine aktive Entladung AE der elektrischen Energie am elektrischen Bauteil 28 mittels der Entladungsvorrichtung 20 wird daher bei geschlossener Service-Öffnung 19 des Baugruppengehäuses 5 und am Servicedeckel 4 angebrachtem Sicherheitselement 6, also im Normalbetrieb NB, weder initialisiert noch durchgeführt.
-
Mit der 1 wird somit die Sicherheitsvorrichtung 1 gezeigt, wie sie für den Normalbetrieb NB eingerichtet ist. Wird mit dem Service SC der Zugang zum Gehäuseinnenraum der elektrische Baugruppe 2 notwendig, wie er in der Beschreibung zu 4 mit einem dort visualisierten Sicherheitsverfahren SV ausführlich dargestellt ist, muss das Sicherheitselement 6 vom Servicedeckel 4 entfernt werden, nachdem die weiteren Befestigungsmittel 15 vom Sicherheitselement 6 gelöst sind. Anhand der Darstellung in 1 kann nachvollzogen werden, dass mit der Entfernung des Sicherheitselements 6 der Kontakt 11 zwangsläufig geöffnet wird, was die Änderung des Überwachungssignal S zur Folge hat.
-
Die Auswertungseinheit 13 erkennt daraufhin die Änderung des Zustandes oder des Wertes vom Überwachungssignal S und kann mittels des Überwachungsergebnisses E die Entladungsvorrichtung 20 informieren, eine aktive Entladung AE der elektrischen Energie für das elektrische Bauteil 28 durchzuführen. Hat der Anwender die Befestigungsmittel 7 des Servicedeckels 4 dann entfernt, und ermöglicht der geöffnete Servicedeckel 4 an der Service-Öffnung 19 somit den Zugang zum Gehäuseinnenraum 18, wäre die eventuell vor Entfernung des Sicherheitselements 6 noch vorhandene elektrische Energie in Form der gefährlichen Berührungsspannung am elektrischen Bauteil 28 zwischenzeitlich soweit mittels aktiver Entladung AE von der Entladungsvorrichtung 20 abgebaut, dass im Zuge des Services SC der Schutz vor gefährlichen Berührungsspannungen bei Berührung des elektrischen Bauteils 28 sichergestellt ist.
-
Mit der 2 wird eine weitere schematische Querschnitts-Darstellung der Sicherheitsvorrichtung 1 nach der 1 mit einem Ausführungsbeispiel der Kontaktstelle 10 gezeigt. An der Kontaktstelle 10 ist ein Schaltelement 12, beispielsweise ein Mikroschalter, in den Überwachungskreis 8 integriert und am Trägermittel 14 angeordnet. Das Schaltelement 12 ist derart ausgeführt, dass mittels des Kontaktaktivierungsmittels 9 der mit dem Überwachungskreis 8 verbundene Kontakt 11 elektrisch unterbrechbar oder schließbar ist. In 2 ist der Kontakt 11 am Schaltelement 12 geschlossen, da das Schaltelement 12 durch das an der Anformung 29 des Sicherheitselements 6 befindliche Kontaktaktivierungsmittel 9 betätigt wird. Der Überwachungskreis 8 führt das Überwachungssignal S mittels des geschlossenen Kontaktes 11, wobei das Überwachungssignal S, je nach Auslegung der Auswertung durch die Auswerteeinrichtung der Sicherheitsvorrichtung 1, ein Indiz für den Normalbetrieb oder den Service der elektrischen Baugruppe ist.
-
Aus dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist in einer Draufsicht ein Sicherheitselement 6 der Sicherheitsvorrichtung 1 zu sehen, welches zwei von mehreren Befestigungsmitteln 7 eines Servicedeckels 4 überdeckt. Der Servicedeckel 4 ist mittels dieser Befestigungsmittel 7 mit einem Baugruppengehäuse 5 einer elektrischen Baugruppe 2 verbunden. Ein Zugang zum Gehäuseinnenraum 18 und eine Berührung eines elektrischen Bauteils 28, welches eine gefährliche Berührungsspannung aufweisen kann, ist aufgrund einer durch den Servicedeckel 4 verschlossenen Service-Öffnung 19 nicht gegeben, ein Normalbetrieb der elektrischen Baugruppe ist möglich.
-
Beispiele für elektrische Bauteile 28, welche die gefährliche Berührungsspannung aufweisen können, sind zumindest teilweise nicht elektrisch isolierte Verbindungen bestehend aus einem ersten elektrischen Leiter 24, welcher mittels eines elektrischen Verbinders 25 mit einem zweiten elektrischen Leiter 26 verbunden ist. Der virtuelle Ausschnitt 27 in der 3 gibt einen Blick frei auf eine derartige elektrische Verbindung im Gehäuseinnenraum 18 der elektrischen Baugruppe 2.
-
Ebenfalls durch das Sicherheitselement 6 überdeckt wird ein Sicherheitszugang 23 zum Gehäuseinnenraum 18, den eine Servicedeckel-Öffnung 17 des Servicedeckels 4 und die Service-Öffnung 19 des Baugruppengehäuses 5 bereitstellen. Das Sicherheitselement 6 wiederum ist mit weiteren Befestigungsmitteln 15 am Servicedeckel 4 befestigt, um ein unbeabsichtigtes Entfernen des Sicherheitselementes 6 zu verhindern.
-
Ein Struktogramm des erfindungsgemäßen Sicherheitsverfahrens SV für die Sicherheitsvorrichtung 1 nach der 1 wird mit der 4 visualisiert. Das Sicherheitsverfahren SV kommt insbesondere dann zum Einsatz, wenn für eine elektrische Baugruppe 2 ein Service SC durchgeführt wird, bei dem durch eine Service-Öffnung 19 eines Baugruppengehäuses 5 der elektrischen Baugruppe 2 ein Zugang zu einem elektrischen Bauteil 28 im Gehäuseinnenraum der elektrischen Baugruppe 2 notwendig wird.
-
Am elektrischen Bauteil 2 kann noch eine im Normalbetrieb erzeugte gefährliche Berührungsspannung anliegen. Diese gefährliche Berührungsspannung muss zumindest dann auf einen ungefährlichen Wert abgebaut sein, wenn der Gehäuseinnenraum über die Service-Öffnung 19 des Baugruppengehäuses 5 frei zugänglich ist.
-
In einem ersten Schritt des Sicherheitsverfahrens SV wird ein Sicherheitselement 6 von einem Sicherheitsdeckel 4 entfernt. Alle Befestigungsmittel 7 am Servicedeckel 4, welche den Servicedeckel 4 am Baugruppengehäuse 5 der elektrischen Baugruppe 2 befestigt halten, sind frei zugänglich.
-
In einem nächsten Schritt des Sicherheitsverfahrens SV wird durch ein Kontaktaktivierungsmittel 9 am Sicherheitselement 6 ein Kontakt 11 eines Überwachungskreises 8 an einer Kontaktstelle 10 unterbrochen und damit ein Überwachungssignal S verändert.
-
Mit einem weiteren Schritt des Sicherheitsverfahrens SV wird mittels einer Auswertungseinheit 13 eine Auswertung A des Überwachungssignal S durchgeführt, welche an der Änderung eines Zustandes oder eines Wertes des Überwachungssignals S erkennt, dass der Zugang zum Gehäuseinnenraum der elektrischen Baugruppen bevorsteht. Ein Überwachungsergebnis E informiert eine Entladungsvorrichtung 20, elektrische Energie an einem elektrischen Bauteil 28 mittels einer aktiven Entladung AE mindestens so lang abzubauen, bis keine gefährliche Berührungsspannung mehr an dem elektrischen Bauteil 28 anliegt.
-
In weiteren Schritten des Sicherheitsverfahrens SV werden alle Befestigungsmittel 7 des Servicedeckels 4 gelöst und nachfolgend der Servicedeckel 4 vom Baugruppengehäuse 5 der elektrischen Baugruppe 2 entfernt. Der Servicedeckel 4 gibt die Service-Öffnung 19 und somit den Zugang zum Gehäuseinnenraum für den Service SC der elektrischen Baugruppe 2 frei.
-
Die 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs 3 mit einem Stromrichter 22 als erfindungsgemäße elektrische Baugruppe 2 zum Betrieb einer elektrischen Maschine 21.
-
Für Stromrichter 22 in dem Elektro- oder Hybridfahrzeug 3 sind oftmals Intervalle für den Service dieser elektrischen Baugruppe 2 vorgesehen. Mittels einer Auswertung A in einer Auswertungseinheit 13 lässt sich bestimmen, ob der Service ansteht oder der Stromrichter 22 für den Normalbetrieb bereit ist. Im Falle des Services wird ein Zugang zu einem elektrischen Bauteil 28 in der elektrischen Baugruppe 2 bzw. des Stromrichters 22 benötigt. Ein Überwachungsergebnis E von der Auswertungseinheit 13 signalisiert einer Entladungsvorrichtung 20, dass das elektrische Bauteil 28 vor dem Zugang entladen werden muss. Die Entladungsvorrichtung 20 führt eine aktive Entladung AE von elektrischer Energie an dem elektrischen Bauelement 28 durch und schützt somit Personen bei einer eventuellen Berührung des elektrischen Bauelements 28 vor gefährlichen Berührungsspannungen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
