-
Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung zur Erkennung eines Überstroms in einem Leiter eines Bordnetzes eines Fahrzeugs.
-
Während der Entwicklung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, kann ein Überstromereignis im Bordnetz auftreten. Überstrom tritt beispielsweise während eines Kurzschlusses auf. Bei einem Hochvoltspeicher führt ein Kurzschluss beispielsweise zu einer Trennung der aktiven Sprengsicherung. Nach einem derartigen Kurzschluss ist es jedoch nicht mehr möglich, zu diagnostizieren, durch welche Leitungen der Überstrom floss. Bisher wurde vielmehr sogar meist von einem internen Speicherfehler ausgegangen, zumindest bis eine Komponente überführt werden konnte, die den Kurzschluss verursacht hatte.
-
Um einen Überstrom, insbesondere einen Kurzschluss, nachzuweisen, ist es bekannt, entsprechende Messtechnik in dem Bordnetz zu integrieren. Eine derartig integrierte Messtechnik ist beispielsweise aus
EP 1 553 422 A1 bekannt. Diese Messtechnik umfasst ein Detektorleitungssystem, das in einem elektrischen Versorgungsnetzwerk für Bordnetze von Fahrzeugen integriert ist. Ein solches in das Bordnetz integriertes System reduziert jedoch den Wirkungsgrad und ist relativ teuer.
-
Als alternatives, nicht in dem Bordnetz integriertes Messmittel ist es bekannt, die Stromstärke durch eine Leitung mittels einer Messzange zu erfassen. Eine derartige Messzange ist beispielsweise aus
EP 1147426 A1 bekannt. Jedoch ist eine Messzange relativ teuer und lediglich dazu geeignet, die zu dem Zeitpunkt der Messung vorliegende Stromstärke zu erfassen und ist nicht dazu ausgelegt, dauerhaft und über einen längeren Zeitraum das Bordnetz zu überwachen.
-
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine günstige und einfach ausgebildete Anzeigevorrichtung zur Erkennung eines Überstroms zu schaffen.
-
Die Aufgabe wird durch eine Anzeigevorrichtung gemäß Anspruch 1 und einem Fahrzeug mit den technischen Merkmalen gemäß Anspruch 9 gelöst.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Anzeigevorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 8.
-
Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung dient zur Erkennung eines Überstroms in einem Leiter eines Bordnetzes eines Fahrzeuges. Die Anzeigevorrichtung ist ausgebildet, den Überstrom in dem Leiter anhand eines durch den Überstrom erzeugten Magnetfeldes anzuzeigen.
-
Der Vorteil dieser Anzeigevorrichtung ist, dass diese auf einen Leiter in einfacher Weise aufgebracht werden kann und nicht mit dem Leiter direkt verbunden ist. Dadurch, dass keine direkte Verbindung mit dem Bordnetz vorliegt, wird der Wirkungsgrad nicht reduziert.
-
Das technische Grundprinzip der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung basiert auf der Auswertung des Magnetfeldes der zu kontrollierenden Leitung. Hierbei wird die Energie für die Änderung der Anzeige durch das di/dt erzeugtem Magnetfeld proportional entnommen. Die Änderung des Magnetfelds entsteht durch die in dem Leiter induzierte Spannung. Hierbei korreliert die Änderung des Magnetfelds direkt proportional mit der Anstiegsgeschwindigkeit (di/dt) des Stroms, welcher durch den Leiter läuft. Der Leiter ist beispielsweise galvanisch von der Anzeigevorrichtung mittels einer entsprechenden Isolierung getrennt.
-
Die Anzeigevorrichtung wird vorzugsweise zur Erkennung von Überstrom in Hochvoltleitungen eingesetzt. Hochvoltleitungen sind Leitungen, die geeignet sind, Strom mit einer Spannung zwischen 400 V und 800 V zu führen. Die Hochvoltleitung dient ferner beispielsweise dazu, Strom von einem Stromspeicher zu einem Elektromotor für den Antrieb des Fahrzeuges zu transportieren.
-
Unter einem Fahrzeug ist beispielsweise ein Personenkraftfahrzeug oder ein anderes Fahrzeug zu verstehen, das zum Transport von Menschen, Tieren oder Gegenständen geeignet ist.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Anzeigevorrichtung ausgebildet, den Durchfluss von Überstrom durch den Leiter irreversibel anzuzeigen.
-
Die irreversible Anzeige stellt einen nicht manipulierbaren Beleg für das Vorhandensein von Überstrom in dem Leiter von zumindest einem kurzen Zeitraum dar. Folglich kann nachgewiesen werden, dass beispielsweise ein Kurzschluss und kein interner Speicherfehler vorlag.
-
Nach einem Aspekt der Erfindung weist die Anzeigevorrichtung eine Trägerplatte, eine magnetisierbare Nadel, die schwenkbar um einen Drehpunkt auf der Trägerplatte in einer ersten Position gelagert ist, und eine Fixiervorrichtung auf. Die Nadel wird durch das Magnetfeld in eine zweite Position ausgelenkt. Die Fixiervorrichtung ist ausgebildet, die Nadel in der zweiten Position zu fixieren.
-
Die Ausführungsform stellt eine besonders einfache Ausgestaltung und somit auch kostengünstige Ausgestaltung dar. Dies hat den Vorteil, dass eine Vielzahl an derartigen Anzeigevorrichtungen an den verschiedenen Stellen des Bordnetzes auf den Leiter aufgebracht werden können.
-
Die magnetisierbare Nadel wird vergleichbar zu einer Kompassnadel durch das Magnetfeld ausgelenkt. Vorteilhaft ist die Nadel aus einem ferromagnetischen Werkstoff.
-
Unter einer Fixiervorrichtung ist beispielsweise ein Widerstand zu verstehen, der von der Trägerplatte herausragt. Es sind aber auch andere Ausgestaltungen denkbar, wie beispielsweise ein Fanghaken. Jeder der Fixiervorrichtungen ist jedoch ausgebildet, die Nadel in einer definierten Auslenkung zu fixieren.
-
In einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die Anzeigevorrichtung ein Gehäuse, das eine erste Kammer, die mit einer ersten Flüssigkeit gefüllt ist, eine zweite Kammer, die mit einer zweiten Flüssigkeit gefüllt ist, einen schwenkbar um einen Drehpunkt innerhalb der ersten Kammer oder der zweiten Kammer angeordneten magnetisierbaren Zeiger, und eine Membran, welche die erste Kammer von der zweiten Kammer trennt, aufweist. Der Zeiger wird durch das Magnetfeld ausgelenkt, so dass der Zeiger die Membran durchbricht und sich die beiden Flüssigkeiten mischen und eine Verfärbung auftritt. Vorteilhaft ist der Zeiger aus einem ferromagnetischen Werkstoff. Vorteilhaft tritt eine Verfärbung der Flüssigkeiten in der ersten Kammer auf.
-
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung weist das Gehäuse eine Platte auf, die die Kammern nach außen begrenzt. Die Platte ist transparent ausgebildet, sodass die Farbe der Flüssigkeiten inspiziert werden kann. In einer vorteilhaften Ausgestaltung hiervon ist lediglich der Bereich der Platte über der ersten Kammer transparent und der Bereich der Platte über der zweiten Kammer intransparent ausgebildet.
-
Derartige Anzeigevorrichtungen weisen den Vorteil auf, dass diese eine einfache Anzeigevorrichtung darstellen, die eine irreversible Anzeige bieten. Ferner ist hervorzuheben, dass die erste Flüssigkeit in der ersten Kammer zusätzlich einen dämpfenden Effekt auf den Zeiger ausüben kann. Folglich führen kleinere Schwankungen in der Stromstärke in dem Leiter nicht dazu, dass der Zeiger die Membran ungewollt durchbricht.
-
Die erste Flüssigkeit und/oder die zweite Flüssigkeit können derart ausgebildet sein, dass diese bei einem Kontakt miteinander chemisch reagieren und hierdurch eine definierte Farbe annehmen. Eine vorteilhafte Farbe ist beispielsweise eine rote Farbe, da diese eine Signalwirkung ausstrahlt und besonders leicht zu erkennen ist.
-
Vorteilhaft kann die Nadel oder der Zeiger eine Ruheposition einnehmen. Die Nadel oder der Zeiger erfährt durch die Erdanziehungskraft eine Kraft zur Ruheposition hin. In einer alternativen oder weiteren Ausgestaltung ist die Nadel oder der Zeiger mit einer Feder verbunden. Die Feder übt eine Kraft auf die Nadel oder den Zeiger aus und drückt die Nadel oder den Zeiger in die Ruheposition.
-
Die Nadel oder der Zeiger ist in einer Ruheposition, wenn kein Strom durch den Leiter fließt. In der Ruheposition ist die Nadel oder der Zeiger im Lot zur Erstreckung des Leiters angeordnet.
-
Vorteilhaft ist die Trägerplatte oder das Gehäuse auf den Leiter geklebt. Diese Art der Anbringung bietet eine besonders einfache und schnelle Möglichkeit, die sich besonders bei Leitern, insbesondere Hochvoltleiter, eines Bordnetzes anbietet.
-
In einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Anzeigevorrichtung eine Spule auf, die auf einer Platte angeordnet ist. Die Spule umfasst zwei Endbereiche, die über einen Schmelzleiter miteinander verbunden sind. Der Schmelzleiter schmilzt bei dem Auftreten von Überstrom in dem Leiter. Diese Vorrichtung ist besonders günstig und einfach in der Herstellung.
-
Die Spule kann einen Draht aufweisen, der spiralförmig um eine Freifläche herum verlegt ist. Die Freifläche ist bevorzugt mittig innerhalb der Spule angeordnet und nimmt weiter vorzugsweise die Hälfte der Fläche der Spule ein. Die Spule bildet mit dem Schmelzleiter einen geschlossenen Kreislauf.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Schmelzleiter orthogonal zur Erstreckung des Leiters angeordnet. Zweckmäßigerweise verläuft der Schmelzleiter hierbei entlang einer radialen Erstreckung orthogonal zur Erstreckung des Leiters. Ein derart positionierter Schmelzleiter ermöglicht eine besonders effektive Positionierung.
-
Das erfindungsgemäße Fahrzeug weist einen Leiter in einem Bordnetz auf und zeichnet sich durch die zuvor beschriebene Anzeigevorrichtung aus, wobei die Anzeigevorrichtung auf den Leiter aufgebracht ist. Vorteilhaft wird die Anzeigevorrichtung beispielsweise auf den Leiter geklebt oder mittels Kabelbinder auf dem Leiter fixiert.
-
Vorteilhaft weist der Leiter eine Isolierung auf, die die Anzeigevorrichtung von dem Leiter galvanisch trennt.
-
Nachfolgend werden eine Anzeigevorrichtung und ein Fahrzeug sowie weitere Merkmale und Vorteile anhand verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutert, die in den Figuren schematisch dargestellt sind. Hierbei zeigt:
- 1 eine Anzeigevorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform,
- 2 eine Anzeigevorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform,
- 3 eine Anzeigevorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform und
- 4 ein Fahrzeug.
-
Die 1 bis 3 zeigen verschiedene Ausführungsformen einer Anzeigevorrichtung 10, 30, 50 zur Erkennung von Überstrom in einem Leiter 100 eines Bordnetzes eines Fahrzeugs 110, das in 4 gezeigt ist. Hierzu sind die Anzeigevorrichtungen 10, 30, 50 auf dem Leiter 100 angeordnet, insbesondere mit dem Leiter 100 verbunden. So können die Anzeigevorrichtungen 10, 30, 50 auf den Leiter 100 geklebt werden oder mittels eines Kabelbinders an dem Leiter 100 befestigt werden.
-
Das Fahrzeug 110 ist ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug 110. Das Fahrzeug 110 hat einen Stromspeicher, der mittels Leitungen 100, insbesondere Hochvoltleitungen, den Antriebsmotoren Strom zur Verfügung stellt. Die Leitungen 100 weisen eine Isolierung 102 auf, über welche diese von der Umgebung galvanisch getrennt sind, wobei die Anzeigevorrichtungen 10, 30, 50 auf die Isolierung 102 aufgeklebt sind. Der durch die Leitungen 100 fließende Strom weist üblicherweise eine Spannung zwischen 400 V oder 800 V auf.
-
1 zeigt eine Anzeigevorrichtung 10 gemäß einer ersten Ausführungsform. Die dargestellte Anzeigevorrichtung 10 umfasst eine Spule 12 die auf einer Platte 11 angeordnet ist. Die Platte 11 ist mittels Kabelbinder 20 mit dem Leiter 100 verbunden. Die Spule 12 weist einen ersten Endbereich 14 und einen zweiten Endbereich 16 auf. Die Spule 12 umfasst ferner einen Draht, der spiralförmig in mehreren Windungen um eine Freifläche 13 herum angeordnet ist. Die Freifläche 13 ist mittig innerhalb der Spule 12 angeordnet und umfasst wenigstens die Hälfte der Fläche der Spule 12 auf der Platte 11. Die beiden Endbereiche 14,16 sind miteinander über einen Schmelzleiter 18 verbunden. Der Schmelzleiter 18 und die Spule 12 bilden einen geschlossenen Stromkreis.
-
Der Schmelzleiter 18 weist ferner eine Schwachstelle auf, die bei einer definierten Stromstärke schmilzt, vergleichbar zu einer Schmelzsicherung. Die Schwachstelle ist durch einen besonders kleinen Durchmesser gekennzeichnet, der bei dem Durchfluss einer definierten Stromstärke durchschmilzt. Der Durchmesser des Schmelzleiters 18 und insbesondere der Schwachstelle ist kleiner als der Durchmesser der Spule 12.
-
Sobald Strom durch den Leiter 100 fließt wird mittels Induktion ein Stromfluss in der Spule 12 induziert. Bei einer zu hohen Stromstärke schmilzt der Schmelzleiter 18 und der Stromkreis ist unterbrochen. Über eine visuelle Inspektion kann dann der getrennte Schmelzleiter 18 erkannt werden.
-
2 zeigt eine Anzeigevorrichtung 30 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Die Anzeigevorrichtung 30 weist eine Trägerplatte 32, auf der eine Nadel 34 drehbar um einen Drehpunkt 35 gelagert ist, und eine Fixiervorrichtung 36 zum Fixieren der Nadel 34 auf.
-
Die Trägerplatte 32 ist flach ausgebildet. Die Nadel 34 ist ferromagnetisch und dadurch ausgebildet, durch ein Magnetfeld ausgelenkt zu werden, vergleichbar zu einer Kompassnadel. In einer Ruheposition 30-RP zeigt die Nadel 34 in einer ersten Position 30-P1 nach unten, indem diese durch die vorherrschende Schwerkraft in diese Position ausgelenkt wird. Die Nadel 34 nimmt die Ruheposition 30-RP ein, wenn kein Strom durch den Leiter 100 fließt. Die Nadel 34 ist in der ersten Position 30-P1, wenn kein Überstrom durch den Leiter 100 fließt. Die Trägerplatte 32 ist hierzu entsprechend an dem Leiter 100 anzuordnen. In einer weiteren möglichen Ausgestaltung weist die Nadel 34 eine Feder 38 auf, welche eine Kraft auf die Nadel 34 in Richtung der Ruheposition 30-RP ausübt und somit die Nadel 34 in die Ruheposition 30-RP drückt.
-
Sobald ein Überstrom in dem Leiter 100 auftritt, wird ein Magnetfeld erzeugt, das stärker ist als das Magnetfeld der Erdanziehung, wodurch die Nadel 34 in eine zweite Position 30-P2 ausgelenkt wird. In der der zweiten Position 30-P2 fixiert die Fixiervorrichtung 36 die Nadel 34.
-
Zur Veranschaulichung ist in 2 die Nadel 34 in der ersten Position 30-P1 mit einer durchgehenden Linie dargestellt und die Nadel 34 in einer zweiten Position 30-P2 ist mit einer gestrichelten Linie dargestellt.
-
In der in 3 dargestellten Ausgestaltung ist die Fixiervorrichtung 36 als ein Vorsprung ausgebildet, der aus der Oberfläche der Trägerplatte 32 herausragt. Der Vorsprung verhindert, dass die Nadel 34 in die erste Position 30-P1 zurück gelenkt wird.
-
3 zeigt die Anzeigevorrichtung 50 in einer dritten Ausführungsform. Die Anzeigevorrichtung 50 weist ein Gehäuse 70 auf, das insgesamt drei Kammern 71, 72 umfasst, nämlich eine erste Kammer 71 und zwei zweite Kammern 72. Die erste Kammer 71 ist zwischen den beiden zweiten Kammern 72 angeordnet. Die erste Kammer 71 weist eine Breite 71 -B auf und die zweiten Kammern 72 weisen eine Breite 72-B auf. Die erste Kammer 71 weist eine erste und die zweite Kammer 72 weist eine zweite Flüssigkeit auf. Sobald die erste Flüssigkeit mit der zweiten Flüssigkeit in Kontakt kommt oder sich vermischen, weisen die Flüssigkeiten eine Farbe auf, die sich zu der vorherigen unterscheidet. Die Farbe kann dann beispielsweise rot sein.
-
Zusätzlich weist das Gehäuse 70 ein Sichtfenster auf, das aus einer transparenten Platte besteht. Die transparente Platte ist über der ersten Kammern 71 und der zweiten Kammer 72 angeordnet. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Platte nur über der ersten Kammer 71 transparent ausgebildet.
-
In der ersten Kammer 71 ist ein ferromagnetischer Zeiger 52 angeordnet, der um einen Drehpunkt 54 drehbar gelagert ist.
-
Die zweiten Kammern 72 sind von der ersten Kammer 71 jeweils durch eine Membran 74 getrennt. Die beiden Membrane 74 verlaufen parallel zueinander und sind in einem gleichen Abstand relativ zu dem Drehpunkt 54 des Zeigers 52 angeordnet. Der Abstand zwischen dem Drehpunkt 54 und der Membran 74 ist geringer als eine Länge des Zeigers 52.
-
Sobald ein Überstrom in dem Leiter 100 auftritt, wird ein Magnetfeld erzeugt, das den Zeiger 52 von einer ersten Position 50-P1 in eine zweite Position 50-P2 auslenkt. Die erste Position 50-P1 umfasst eine Ruheposition 50-RP. Der Zeiger 52 nimmt die Ruheposition 50-RP ein, wenn kein Strom durch den Leiter 100 fließt.
-
Der Zeiger 52 ist in der ersten Position 50-P1, wenn kein Überstrom durch den Leiter 100 fließt.
-
Damit der Zeiger 52 von der ersten Position 50-P1 in die zweite Position 50-P2 gelangt, muss dieser die Membran 74 durchbrechen. Sobald der Zeiger 74 die Membran durchbrochen hat, gelangt die Flüssigkeit der zweiten Kammer 72 in die erste Kammer 71 und vermischt sich mit dieser. Dadurch verfärbt sich die Flüssigkeit in der ersten Kammer 71 und es wird intuitiv und irreversibel angezeigt, dass Überstrom durch den Leiter 100 geflossen ist.
-
Zusätzlich kann der Zeiger 52 mit einer Feder 58 verbunden sein, die eine Kraft auf den Zeiger 52 in Richtung der Ruheposition 50-RP hin ausübt. Alternativ oder zusätzlich kann der Zeiger 52 in Richtung der Ruheposition 50-RP auch aufgrund der Schwerkraft ausgelenkt werden, sofern das Gehäuse 70 entsprechend an dem Leiter 100 angeordnet ist.
-
Die zuvor beschriebenen Anzeigevorrichtungen 10, 30, 50 zeichnen sich dadurch aus, dass diese irreversibel das Vorhandensein von Überstrom in dem Leiter 100 anzeigen und dabei nicht in das Bordnetzes eingreifen. Zudem sind die Anzeigevorrichtungen 10, 30, 50 kostengünstig in der Herstellung und können leicht auf einem Leiter 100, insbesondere auf einer Isolierung 102 eines Leiters 100, angebracht werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Anzeigevorrichtung
- 11
- Platte
- 12
- Spule
- 13
- Freifläche
- 14
- erster Endbereich
- 16
- zweiter Endbereich
- 18
- Schmelzleiter
- 20
- Kabelbinder
- 30
- Anzeigevorrichtung
- 32
- Trägerplatte
- 34
- Nadel
- 30-P1
- erste Position
- 30-P2
- zweite Position
- 30-RP
- Ruhepunkt
- 35
- Drehpunkt
- 36
- Fixiervorrichtung
- 38
- Feder
- 50
- Anzeigevorrichtung
- 52
- Zeiger
- 54
- Drehpunkt
- 58
- Feder
- 50-P1
- erste Position
- 50-P2
- zweite Position
- 50-RP
- Ruheposition
- 70
- Gehäuse
- 71
- erste Kammer
- 71-B
- Breite der ersten Kammer
- 72
- zweite Kammer
- 72-B
- Breite der zweiten Kammer
- 74
- Membran
- 100
- Leiter
- 102
- Isolierung
- 110
- Fahrzeug
-
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 Patentliteratur
-
- EP 1553422 A1 [0003]
- EP 1147426 A1 [0004]
