DE10243372A1

DE10243372A1 - Sicherheitseinrichtung für Leistungsschaltung und Sicherungskasten

Info

Publication number: DE10243372A1
Application number: DE10243372A
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Tamai; Tetsuya Hasegawa
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2001-09-21
Filing date: 2002-09-18
Publication date: 2003-04-17
Anticipated expiration: 2022-09-19
Also published as: JP4149693B2; US6775113B2; US20030058598A1; JP2003100197A; GB0221147D0; GB2381394A; DE10243372B4; GB2381394B

Abstract

Die Sicherheitseinrichtung für eine Leistungsschaltung enthält eine erste Leistungsschaltung (2A) einschließlich einer ersten Last (4) und eines ersten Sicherungselementes (5A) zum Empfangen einer ersten Spannungenergie von einer Energiezufuhr (9) zum Zuführen der ersten Spannungsenergie zu der ersten Last durch das erste Sicherungselement. Die Sicherungseinrichtung schließt eine zweite Leistungsschaltung (2B) ein einschließlich einer zweiten Last (3) mit einem zweiten Sicherungselement (5B) zum Empfangen einer zweiten Spannungsenergie von einem Umsetzer (8), der die erste Spannungsenergie in die zweite Spannungsenergie umsetzt, zum Zuführen der zweiten Spannungsenergie zu der zweiten Last (3) durch das zweite Sicherungselement (5B). Die Einrichtung schließt ein Schmelzsystem (20) ein zum Schmelzen des anderen von dem ersten und dem zweiten Sicherungselement, wenn ein beliebiges des ersten und zweiten Sicherungselementes schmilzt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung für eine Leistungsschaltung und einen Sicherungskasten, wirksam angepasst für die Sicherheitseinrichtung. Die Leistungsschaltung versorgt Lasten in zwei verwandten Systemen mit Energie. Die Lasten schließen beispielsweise einen Stellantrieb und eine elektrische Steuereinheit (die als ECU = electrical control unit bezeichnet wird) zum Steuern des Stellantriebs ein.

2. Beschreibung des Stands der Technik

Ein konventionelles Energieversorgungssystem für ein 14 V- Fahrzeugsystem schließt eine Verzweigungsbox ein. Die Box enthält eine verzweigte Leistungsschaltung. Das System schließt ECUs ein. Das System schließt Lasten ein zum Produzieren physikalischer Ausgangsgrößen, wie z. B. einen Stellantrieb. Die Leistungsschaltung liefert einen Strom an die ECUs und Stellantriebe über gemeinsame Sicherungen. Das System ermöglicht das direkte Eingeben einer Spannung von einer Energieversorgung in die ECUs. Jeweilige ECUs schließen entsprechende Serienregler in sich ein, die auf eine Niederspannung von beispielsweise 5 V umsetzen zum betreiben einer internen Schaltung.

Mit neuesten Entwicklungsfortschritten wird ein Fahrzeug mit einem Motorgenerator mit effizienten Kraftstoffkosten ausgestattet und kann mit einer Hochspannung von 42 V fahren. Spannungsumsetzung von einer Hochspannung von 42 V unter Verwendung eines Serienreglers verursacht exzessive Verluste. Ein Vorschlag ist, dass alle ECUs effizientere Schaltumsetzer beherbergen. Der Vorschlag würde jedoch zu spürbar höheren Preisen führen.

Ein anderer Vorschlag ist, dass eine Verzweigungsbox einen DC/DC-Umsetzer in sich enthält. Der Umsetzer setzt kollektiv die Spannung einer 42 V Energieversorgung in eine Niederspannung von 12 V um, die zu den jeweiligen ECUs zu verteilen ist. Ein System schließt eine Leistungsschaltung für eine Hochspannung ein, die eine Spannung von 42 V an einen Stellantrieb anlegt. Ein anderes System schließt eine Leistungsschaltung für Niederspannung an, die eine Spannung von 12 V an eine ECU anlegt. Jeweilige Leistungsschaltungen haben entsprechende Sicherungen für Hoch- und Niederspannungen in sich zum Schützen der Schaltungen.

Da die ECU den Stellantrieb steuert, sind die Systeme nahe miteinander verwandt. Wenn eine Abnormalität auftritt in einem System, wenn ein Strom in den beiden Systemen den Lasten zugeführt wird, wird die Zufuhr von Strom zu dem andren System notwendigerweise gestoppt.

In dem 14 V-System wird ein Strom sowohl an den Stellantrieb als auch an die ECU über Sicherungen zugeführt. Beispielsweise stoppt ansprechend auf eine Abnormalität in dem Stellantrieb das Durchschmelzen einer Sicherung automatisch die Zufuhr eines Stroms zu einer ECU. Ansprechend auf eine Abnormalität in der ECU stoppt das Durchschmelzen einer Sicherung automatisch die Zufuhr eines Stroms zu dem Stellantrieb. Dies produziert keine spezifischen Probleme.

Ein anderer Vorschlag ist, dass das Energieversorgungssystem jeweils aufgeteilt ist in Systeme für den Stellantrieb und die ECU. Ein Strom wird sowohl dem Stellantrieb als auch der ECU durch entsprechende Sicherungen für hohe und niedrige Spannung zugeführt. Das Schmelzen einer Sicherung in dem System bedingt durch eine Abnormalität ermöglicht es der anderen Sicherung wirksam zu bleiben und die Zufuhr eines Stroms zu der andren Last fortzusetzen.

Wenn eine Sicherung durchschmilzt bei Vorliegen einer Abnormalität, beispielsweise in dem Stellantrieb, sollte der Strom zu der ECU, um diesen zu steuern, unterbrochen werden. Nach dem Schmelzen einer Sicherung wird eine Spannung kontinuierlich angelegt an die verbleibende Last. Das Anlegen kann eine Abnormalität in dem verbleibenden System bewirken, wie z. B. einen schnellen Kurzschluss oder einen "Rare-Short". Von einer Leistungsschaltung getrennte Systeme produzieren neue Probleme.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung richtet sich auf eine Sicherheitseinrichtung für eine Leistungsschaltung und einen an die Sicherheitseinrichtung wirksam angepassten Sicherungskasten. Wo ein Strom angelegt wird an zwei verwandte Lasten von zwei Systemen, stellt das Schmelzen der Sicherung in einem System bedingt durch das Schmelzen der Sicherung in dem anderen System die Sicherheit der Gesamtschaltung sicher.

Ein erster Aspekt der Erfindung ist gerichtet auf eine Sicherheitseinrichtung für eine Leistungsschaltung. Die Einrichtung schließt eine erste Leistungsschaltung einschließlich einer ersten Last ein und eines ersten Sicherungselementes zum Empfangen einer ersten Spannungsenergie von einer Energieversorgung zum Zuführen der ersten Spannungsenergie zu der ersten Last durch das erste Sicherungselement. Die Einrichtung schließt eine zweite Leistungsschaltung ein einschließlich einer zweiten Last und eines zweiten Sicherungselementes zum Empfangen einer zweiten Spannungsenergie von einem Umsetzer, der die erste Spannungsenergie in die zweite Spannungsenergie umsetzt, zum Zuführen der zweiten Spannungsenergie zu der zweiten Last durch das zweite Sicherungselement. Die Einrichtung schließt ein Schmelzsystem ein zum Schmelzen des anderen der ersten und zweiten Sicherungselemente, wenn wahlweise eines der ersten und zweiten Sicherungselemente durchschmilzt.

Vorzugsweise schließt das Schmelzsystem eine Schaltung zum anlegen von Überstrom an das andere durchzuschmelzende Sicherungselement ein, wenn das wahlfreie Sicherungselement durchschmilzt.

Vorzugsweise schließt das Schmelzsystem ein Heizelement ein zum Schmelzen des anderen, zu schmelzenden Sicherungselementes bei einer Schmelztemperatur, wenn das wahlfreie Sicherungselement durchschmilzt.

Vorzugsweise schließt die erste Leistungsschaltung einen ersten mit der Energieversorgung verbundenen Energieanschluss ein. Die erste Leistungsschaltung schließt einen ersten Lastanschluss ein, verbunden mit der ersten Last. Die zweite Leistungsschaltung schließt einen zweiten mit der Energieversorgung verbundenen Energieanschluss ein. Die zweite Leistungsschaltung schließt einen zweiten mit der zweiten Last verbundenen Lastanschluss ein. Das erste Sicherungselement schließt einen ersten schmelzbaren Teil ein, das sich von dem ersten Energieanschluss aus erstreckt. Das zweite Sicherungselement schließt einen zweiten schmelzbaren Teil ein, das sich von dem zweiten Energieanschluss aus erstreckt. Das Sicherungssystem schließt einen ersten leitfähigen Teil ein, der sich von dem ersten Lastanschluss aus erstreckt und leitend den ersten schmelzbaren Teil kontaktiert. Das Sicherungssystem schließt einen zweiten leitfähigen Teil ein, der sich von dem zweiten Lastanschluss aus erstreckt und leitfähig das zweite Sicherungselement kontaktiert. Das Sicherungssystem schließt ein Verlagerungssystem zum Verlagern eines entsprechenden leitfähigen Teils zum Kontaktieren mit dem anderen Schmelzbaren Teil, dem anderen leitfähigen Teil oder dem anderen Lastanschluss, wenn der wahlfreie schmelzbare Teil durchschmilzt.

Vorzugsweise schließt die zweite Last eine Steuerung ein zum Steuern der ersten Last.

Vorzugsweise führt die zweite Leistungsschaltung einen Strom zu der Steuerung, als eine Leistungsschaltung für Niederspannung dienend. Die erste Leistungsschaltung führt einen Strom zur ersten Last, als eine Leistungsschaltung für Hochspannung dienend.

Vorzugsweise schließt das erste Sicherungselement einen ersten schmelzbaren Teil ein, nebeneinander liegend angeordnet mit einem ersten Schaltungsteil der ersten Leistungsschaltung. Das zweite Sicherungselement schließt einen zweiten schmelzbaren Teil ein, nebeneinander angeordnet zu einem zweiten Schaltungsteil der zweiten Leistungsschaltung. Das Sicherungssystem schließt einen ersten leitfähiges Teil ein mit der Neigung zum Deformieren zum Kontaktieren mit dem zweiten Schaltungsteil. Der erste leitfähige Teil ist von dem zweiten Schaltungsteil separiert und wird gegen das erste schmelzbare Teil drückend von diesem zurückgehalten. Das Sicherungssystem schließt einen zweiten leitfähigen Teil mit einer Neigung zum Deformieren ein, zum Kontaktieren mit dem ersten Schaltungsteil. Der zweite leitfähige Teil ist separiert von dem ersten Schaltungsteil und wird zurückgehalten gegen den zweiten schmelzbaren Teil.

Vorzugsweise schließt das Sicherungssystem eine erste Shunt- Schaltung bzw. Nebenschluss-Schaltung zwischen dem ersten Sicherungselement und der ersten Last ein zum Verbinden der ersten Leistungsschaltung mit Masse. Das Sicherungssystem schließt eine Steuerschaltung ein, die anspricht auf identische elektrische Potentiale an beiden Anschlüssen des zweiten Sicherungselementes zum Öffnen der ersten Shunt- Schaltung ( = leitender Zustand) um hiermit die erste Leistungsschaltung mit Masse zu verbinden.

Vorzugsweise spricht die Steuerschaltung auf eine elektrische Potentialdifferenz zwischen beiden Anschlüssen des zweiten Sicherungselementes an zum Schließen der ersten Shunt- Schaltung ( = nichtleitender Zustand).

Vorzugsweise schließt das Sicherungssystem eine zweite Shunt- Schaltung zwischen dem zweiten Sicherungselement und der zweiten Last ein zum Verbinden der zweiten Leistungsschaltung mit Masse. Das Sicherungssystem schließt eine Steuerschaltung ein, die anspricht auf identische elektrische Potentiale an beiden Anschlüssen des ersten Sicherungselementes zum Öffnen der zweiten Shunt-Schaltung.

Vorzugsweise spricht das Steuersystem an auf eine elektrische Potentialdifferenz zwischen beiden Anschlüssen des ersten Sicherungselementes zum Schließen der zweiten Shunt- Schaltung.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung richtet sich auf einen an die Leistungsschaltungen angepassten Sicherungskasten. Der Sicherungskasten schließt einen ersten Energieanschluss ein, der konfiguriert ist zum Verbinden einer Energieversorgung über eine erste Leistungsschaltung. Der Sicherungskasten schließt einen ersten Lastanschluss ein, der konfiguriert ist zum Verbinden einer Last mit der ersten Leistungsschaltung. Der Sicherungskasten schließt einen zweiten Energieanschluss ein, der konfiguriert ist zum Verbinden der Energieversorgung über eine zweite Leistungsschaltung. Der Sicherungskasten schließt einen zweiten Lastanschluss ein, der konfiguriert ist zum Verbinden einer Last der zweiten Leistungsschaltung. Der Sicherungskasten schließt einen ersten schmelzbaren Teil ein, der sich von dem ersten Energieanschluss erstreckt. Der Sicherungskasten schließt einen zweiten schmelzbaren Teil ein, der sich von dem zweiten Energieanschluss erstreckt. Der Sicherungskasten schließt ein erstes leitfähiges Element ein, das sich von dem zweiten Energieanschluss erstreckt und leitend mit dem ersten schmelzbaren Teil kontaktiert. Der Sicherungskasten schließt einen zweiten leitfähigen Teil ein, der sich von dem zweiten Lastanschluss erstreckt und den zweiten schmelzbaren Teil leitfähig kontaktiert. Der Sicherungskasten schließt ein Verlagerungssystem ein zum Verlagern eines entsprechenden von dem ersten und zweiten leitfähigen Teil zum kontaktieren mit dem anderen Sicherungsteil und dem anderen leitfähigen Teil oder dem anderen Lastanschluss, wenn ein beliebiger der ersten und zweiten schmelzbaren Teile durchschmilzt.

Vorzugsweise hat der entsprechende leitfähige Teil eine Federwirkung.

Vorzugsweise schließt das Verlagerungssystem ein Federelement ein, das den entsprechenden leitfähigen Teil vorspannt gegen den wahlfreien schmelzbaren Teil.

Wenn eines der ersten und zweiten Sicherungselemente schmilzt, wird entsprechend der Sicherheitseinrichtung das andere Sicherungselement gezwungen, zu schmelzen, dadurch einen Strom zu der anderen Last stoppend. Wenn demnach eine Abnormalität auftritt an einer der ersten und zweiten einander zugeordneten Lasten, würde ein fortgesetztes Zuführen eines Stroms zu der anderen Last eine Unannehmlichkeit produzieren. Die Einrichtung verhindert sicher diese Unannehmlichkeit und stellt Sicherheit sicher.

Beispielsweise ist eine der beiden Lasten ein Stellantrieb und die andere Last ist eine Steuereinheit zum Steuern des Stellantriebs. Wenn eine Abnormalität im Stellantrieb eine Sicherung veranlasst, zu schmelzen, verhindert, diese Einrichtung ein kontinuierliches Anwenden von Strom auf die Steuereinheit. In ähnlicher Weise verhindert die Einrichtung, wenn eine Abnormalität in der Steuerung die andere Sicherung veranlasst, zu schmelzen, ein kontinuierliches Anwenden von Strom auf den Stellantrieb.

Beispielsweise stellt eine Logikschaltungskombination die Sicherheit der Leistungsschaltungen sicher.

Beispielsweise stellt eine Kombination von Heizelementen und die Schaltung zum Versorgen der Heizelemente mit Energie die Sicherheit der Leistungsschaltungen sicher.

Eine Abnormalität der ersten Last veranlasst gemäß der Einrichtung das Anwenden von Überstrom auf die erste Leistungsschaltung, den ersten schmelzbaren Teil, zu schmelzen. Das Schmelzen bringt die Rückhaltung des ersten Sicherungselementes aus Eingriff in eine Normalposition. Der erste leitfähige Teil wird verlagert in Richtung des zweiten schmelzbaren Teils, des zweiten leitfähigen Teils und des zweiten Lastanschlusses, um leitfähig zu kontaktieren. Dadurch ist der zweite schmelzbare Teil verbunden mit der ersten Last, sowie mit der zweiten Last. Die Verbindung ermöglicht das unmittelbare Anwenden von mehr als normalem Überstrom auf den zweiten schmelzbaren Teil. Der Überstrom schmilzt den zweiten schmelzbaren Teil, der gleichzeitig die Energieversorgung beider Lasten stoppt, dadurch Sicherheit sicherstellend.

Wenn eine Abnormalität in der zweiten Last auftritt, ermöglicht das Schmelzen des zweiten leitfähigen Teils das Schmelzen des ersten leitfähigen Teils, in einem umgekehrten Vorgang. In ähnlicher Weise stoppt dies gleichzeitig die Energieversorgung beider Lasten, dadurch Sicherheit sicherstellend.

Wenn die Steuerung eine Abnormalität hat, wenn das zweite Sicherungselement zur Energieversorgung der Steuerung schmilzt, stoppt die Energieversorgung der ersten von der Steuerung zu steuernden Last. Andererseits, wenn das erste Sicherungselement zur Energieversorgung der ersten Last schmilzt, stoppt die Energieversorgung der Steuerung. Dies stellt Sicherheit des gesamten Energieversorgungssystems sicher.

Wenn eines der ersten und zweiten Sicherungselemente der ersten und zweiten Leistungsschaltungen durchschmilzt, bedingt durch eine Abnormalität, wird das andere Sicherungselement sicher geschmolzen. Das Schmelzen verhindert eine unvorhergesehene Situation, z. B. das Generieren von Überstrom oder einen Kurzschluss bzw. "Rare- Short-Circuit".

Wenn das Anwenden von Überstrom auf die erste Leistungsschaltung gemäß dem Sicherungskasten das Schmelzen des ersten schmelzbaren Teils ermöglicht, bringt das Schmelzen die Rückhaltung des ersten leitfähigen Teils außer Eingriff in eine Normalposition. Das erste leitfähige Teil wird verlagert in Richtung des zweiten schmelzbaren Teils, des zweiten leitfähigen Teils und des zweiten Lastanschlusses zum leitenden Kontaktieren. Dadurch wird unmittelbar mehr als normal Überstrom angewendet auf den zweiten schmelzbaren Teil. Der Überstrom schmilzt den zweiten schmelzbaren Teil, stoppt die Energieversorgung der Last und stellt demnach Sicherheit sicher. Wenn das Anwenden von Überstrom auf die zweite Leistungsschaltung das Schmelzen des zweiten schmelzbaren Teils ermöglicht, stoppt in umgekehrtem Vorgang das Schmelzen des ersten schmelzbaren Teils die Energieversorgung der Last, Sicherheit sicherstellend.

Einer von den ersten und zweiten schmelzbaren Teilen wird geschmolzen und der entsprechende leitfähige Teil, der in leitendem Kontakt ist mit dem einen Schmelzelement kontaktiert leitfähig das andere Schmelzelement durch seine eigene Federkraft. Dadurch reduziert dies verglichen mit der Verwendung anderer von einem leitfähigen Teil getrennter Federn die Anzahl von Komponenten und vereinfacht den Aufbau.

KURZBESCHREIBUNG DER BEILIEGENDEN ZEICHNUNGEN

Es zeigt:
Fig. 1 ein Schaltungsdiagramm eines Energieversorgungssystems in einer Gesamtanordnung, welches die Sicherheitseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform einschließt;
Fig. 2 ein Schaltungsdiagramm eines Energieversorgungssystems in einer Gesamtanordnung, welches die Sicherheitseinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform einschließt;
Fig. 3 eine perspektivische Außenansicht des Sicherungskastens, der angepasst ist für das System nach Fig. 8;
Fig. 4 eine Schnittansicht des Sicherungskastens in Fig. 3;
Fig. 5A und 5B illustrative Ansichten des Verhaltens, wenn ein 14 V schmelzbarer leitfähiger Teil (einer Sicherung entsprechend) zuerst durchschmilzt; Fig. 5A zeigt einen Schritt des Schmelzens eines 14 V schmelzbaren elektrischen leitfähigen Teils; Fig. 5B zeigt einen Schritt des Schmelzens eines 42 V schmelzbaren elektrisch leitfähigen Teils, bedingt durch den Versatz des 14 V schmelzbaren leitfähigen Teils folgend auf das Schmelzen des 14 V schmelzbaren leitfähigen Teils;
Fig. 6 A und 6B illustrative Ansichten des Verhaltens, wenn ein 42 V schmelzbarer leitfähiger Teil (einer Sicherung entsprechend) zuerst durchschmilzt; Fig. 6 A zeigt einen Schritt des Schmelzens eines 42 V schmelzbaren leitfähigen Teils; Fig. 6B zeigt einen Schritt des Schmelzens eines 14 V schmelzbaren elektrisch leitfähigen Teils, bedingt durch den Versatz des 42 V schmelzbaren leitfähigen Teils folgend auf das Schmelzen des 42 V schmelzbaren leitfähigen Teils;
Fig. 7 eine Schnittansicht des Sicherungskastens gemäß einer anderen Ausführungsform; und
Fig. 8 ein Schaltungsdiagramm, das Systeme von 42 V und 12 V getrennt voneinander gemäß einer dritten Ausführungsform einschließt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die Ausführungsformen der Erfindung werden hier unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Erste Ausführungsform

Das Energieversorgungssystem enthält eine 42 V Energieversorgung 9. Das System enthält eine Logikschaltung (Zwangsschmelzschaltung) 20 zum Zwangsschmelzen. Die Energieversorgung 9 führt eine Spannung von 42 V an einen Verteilerkasten 1. Der Kasten 1 führt eine Spannung von 42 V an einen Stellantrieb 4 und eine Spannung von 12 V an eine ECU 3. Der Stellantrieb 4 produziert eine physikalische Ausgangsgröße.
Bezogen auf das System in Fig. 1 enthält die Box 1 eine Hochspannungsleistungsschaltung 2A (zweite Leistungsschaltung), die eine Spannung von 42 V an einen Stellantrieb (zweite Last) 4 anlegt. Die Box 1 enthält eine Niederspannungsleistungsschaltung 2B, die eine Spannung von 12 V an eine ECU (erste Last) 3 zum Steuern des Stellantriebs 4 anlegt. Die Box 1 enthält eine Sicherung 5A (zweite Sicherung) für Hochspannung in der Schaltung 2A. Die Box 1 enthält eine Sicherung (erste Sicherung) 5B für Niederspannung in der Schaltung 2B. Die Box 1 enthält einen DC/DC-Umsetzer bzw. Gleichspannungs/Gleichspannungs-Umsetzer 8, der kollektiv eine Hochspannung von 42 V in eine Niederspannung von 12 V umsetzt zum Zuführen zur Schaltung 2B. Die Box 1 beinhaltet in sich den Umsetzer 8, die Sicherung 5A, die Sicherung 5B und die Schaltung 20. Die Logikschaltung 20 schließt zwei parallele Komparatoren 21A, 21B ein. Die Schaltung 20 schließt eine ODER-Schaltung 22 ein, die die jeweiligen Eingangsanschlüsse mit entsprechenden Komparatoren 21A, 21B verbindet. Die Schaltung 20 schließt zwei Transistoren 23A, 23B ein, mit den jeweiligen Eingangsanschlüssen verbunden parallel zu dem Ausgangsanschluss der ODER-Schaltung 20. Wenn eine Sicherung 5A (oder 5B) geschmolzen ist, wird Überstrom gezwungen, durch die andere Sicherung 5B zu fließen (oder 5A). Der Überstrom schmilzt die andre Sicherung 5B oder 5A.
Jeder der Komparatoren 21A, 21B überwacht die Spannung zwischen den beiden Anschlüssen jeder der Hoch- und Niederspannungssicherungen 5A, 5B. Normalerweise, ohne das Schmelzen der Sicherung 5A oder 5B, tritt eine geringe Potentialdifferenz zwischen den beiden Anschlüssen 5A oder 5B auf. Wenn das Schmelzen einer Sicherung 5A (oder 5B) aus irgendeinem Grund irgendeine Potentialdifferenz produziert, hat der Komparator 21A (oder 21B) eine invertierte Ausgangsgröße, die als ein Hochpegelsignal ausgegeben wird. Das Schmelzen der einen Sicherung 5A (oder 5B) ermöglicht es dem ODER-Schaltkreis 22, den Transistor 23A (oder 23B) zu betätigen. Die nicht geschmolzene Sicherung 5B (oder 5A) hat den Anschluss mit der Last verbunden, die gegen Masse kurz geschlossen ist. Der Kurzschluss ermöglicht das Fließen eines Überstroms durch die Sicherung 5B (oder 5A). Der Überstrom zwingt die andere Sicherung 5B (oder 5A) geschmolzen zu werden.
Der Betrieb des Systems wird beschrieben.
Der Komparator 21B erfasst die Spannung zwischen beiden Anschlüssen der Sicherung 5B durch die die ECU 3 mit Energie versorgt wird. Beispielsweise eine Abnormalität im System der ECU 3 veranlasst die Sicherung 5B, geschmolzen zu werden. Die Potentialdifferenz zwischen beiden Anschlüssen der Sicherung 5B ermöglicht es dem Komparator 21B, ein Hochpegelsignal auszugeben. Das Signal ermöglicht es der ODER-Schaltung 22, ein Treibersignal auszugeben an die Transistoren 23A und 23B. Der Transistor 23A schaltet die andere Sicherung 5A gegen Masse kurz mit dem mit der Last verbundenen Anschluss. Der Kurzschluss ermöglicht das Fließen eines Überstroms durch die Sicherung 5A, der sie (5A) zwingt, geschmolzen zu werden. Das Schmelzen stoppt die Energiezufuhr des Stellantriebs 4.
Andererseits erfasst der Komparator 21A die Spannung zwischen beiden Anschlüssen der Sicherung 5A durch die der Stellantrieb 4 mit Energie versorgt wird. Beispielsweise eine Abnormalität im System des Stellantriebs 4 veranlasst die Sicherung 5A geschmolzen zu werden. Die Potentialdifferenz zwischen beiden Anschlüssen der Sicherung 5A ermöglicht es dem Komparator 21A, ein Hochpegelsignal auszugeben. Das Signal erlaubt es der ODER-Schaltung 22, ein Antriebssignal auszugeben an die Transistoren 23A und 23B. Der Transistor 23B schaltet die andere Sicherung 5B gegen Masse kurz, mit dem Anschluss verbunden mit der Last gegen Masse. Der Kurzschluss ermöglicht das Fließen eines Überstroms durch die Sicherung 5B, welcher diese (5B) zwingt, geschmolzen zu werden. Das Schmelzen stoppt die Energiezufuhr zur ECU 3.
Wenn eine der Sicherungen 5A, 5B für Hoch- und, Niederspannungen geschmolzen wird, wird die andere gezwungen, zu schmelzen. Das Schmelzen verhindert eine unvorhergesehene Situation, z. B. ein anormales Betreiben des Stellantriebs 4, zusätzliches Produzieren eines Überstroms oder einen seltenen Kurzschluss, dadurch ein sicheres Gesamtsystem sicherstellend. Speziell stellt der Zusatz der Logikschaltung 20 Sicherheit sicher und vereinfacht den Aufbau.

Zweite Ausführungsform

Eine Modifikation wird zu einem Teil des Systems gemäß der ersten Ausführungsform hinzugefügt zum Bilden des Systems, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Das System enthält einen Heizer (beispielsweise einen elektrisch beheizten Draht) 30 zum Heizen von Sicherung 5A, 5B auf eine Schmelztemperatur. Das System enthält eine Logikschaltung 35 zur Energieversorgung des Heizers 30. Der Heizer 30 heizt eine Sicherung 5B (oder 5A) auf eine Schmelztemperatur, wenn die andere Sicherung 5A (oder 5B) geschmolzen ist. Der Heizer 30 entspricht primär einer Zwangsschmelzvorrichtung.
Die Schaltung (ein Teil aus zwei Komparatoren 21A, 21B und einer ODER-Schaltung 22) für das Erfassen des Schmelzens einer Sicherung 5A oder 5B ist identisch mit der der ersten Ausführungsform. Der Unterschied ist, dass wenn ein Ausgangssignal des Komparators 21 Hochpegel erhält, die ODER- Schaltung 22 den Transistor 33 antreibt. Das direkte Anlegen einer Energieversorgungsspannung von 42 V an den Heizer 30 produziert Hitze.
Der Betrieb des Systems wird beschrieben.
In dem System erfasst der Komparator 21B die Spannung zwischen beiden Anschlüssen der Sicherung 5B. Beispielsweise eine Abnormalität im System des Stellantriebs 4 veranlasst die Sicherung 5B, zu schmelzen. Die Potentialdifferenz zwischen den Anschlüssen der Sicherung B ermöglicht es dem Komparator 21B, ein Hochpegelsignal auszugeben. Ein Transistor 33 ermöglicht es einer Spannung von 42 V, angelegt zu werden an den Heizer 30. Die von dem Heizer 30 produzierte Wärme zwingt die andere Sicherung 5A, geschmolzen zu werden. Das Schmelzen stoppt die Energiezufuhr zu dem Stellantrieb 4.
Andererseits erfasst der Komparator 21A die Spannung zwischen beiden Anschlüssen von Sicherung 5A. Beispielsweise eine Abnormalität im System des Stellantriebes 4 veranlasst die Sicherung 5A geschmolzen zu werden. Die Potentialdifferenz zwischen den Anschlüssen der Sicherung 5A ermöglicht es dem Komparator 21A, ein Hochpegelsignal auszugeben. Eine ODER- Schaltung 22 gibt ein Antriebssignal an den Transistor 33. Der Transistor 33 ermöglicht das Anlegen einer Spannung von 42 V an den Heizer 30. Die von dem Heizer 30 produzierte Wärme zwingt die andere Sicherung 5B dazu, geschmolzen zu werden. Das Schmelzen stoppt die Energiezufuhr zur ECU 3.
Die Ausführungsform zielt die identischen Vorteile, wie die erste Ausführungsform.

Dritte Ausführungsform

Die erste und zweite Ausführungsform geben beide das System an mit der Sicherheitseinrichtung, in der eine elektrische Arbeit das Zwangsschmelzen der verbleibenden Sicherung ermöglicht. Die dritte Ausführungsform gibt ein System an mit der Sicherheitseinrichtung, in der eine mechanische Arbeit die verbleibende Sicherung schmilzt.
Die Anordnung des Sicherungskastens 50 in dem System der Fig. 8 bildet eine Sicherheitseinrichtung.
In Fig. 3 und 4 schließt ein Sicherungskasten 50 ein Gehäuse 51 ein für Sicherheitsschutz, das gemeinsam ist für Hoch-(42 V) und Nieder- (14 V) Spannungsleistungsschaltungen 2A und 2B. Der Kasten 50 schließt einen 42 V- Leistungsversorgungsanschluss 52A ein (zweiter Energieanschluss) und einen 42 V-Lastanschluss (zweiter Lastanschluss) 53A im Gehäuse 51. Der Anschluss 52A ist verbunden mit der Energiezufuhr 9 der Hochspannungsleistungsschaltung (zweite Leistungsschaltung) 2A. Der Anschluss 53A ist verbunden mit der Last 4 der Schaltung 2A. Der Kasten 50 schließt einen 14 V- Leistungsversorgungsanschluss 52B (erster Energieanschluss) im Gehäuse 51 ein und einen 14 V Lastanschluss (erster Lastanschluss) 53B. Der Anschluss 52B verbindet mit der Energieversorgung 8 der Schaltung 2B. Der Anschluss 53B verbindet mit der Last 3 der Schaltung 2B. Der Kasten 50 schließt einen 42 V schmelzbaren leitfähigen Teil 54A ein (zweiter schmelzbarer leitfähiger Teil) und einen 12 V schmelzbaren leitfähigen Teil (erster schmelzbarer leitfähiger Teil) 54B, die sich jeweils aus den Anschlüssen 52A, 52B in Richtung der Anschlüsse 53A, 53B erstrecken. Der Kasten 50 schließt einen 42 V nicht schmelzbaren leitfähigen Teil (zweiter nicht schmelzbarer leitfähiger Teil) 55A ein und einen 14 V nicht schmelzbaren leitfähigen Teil (erster nicht schmelzbarer leitfähiger Teil) 55B, die sich aus den Anschlüssen 53A, 53B jeweils in Richtung der Anschlüsse 52A, 52B erstrecken. Leitfähige Teile 55A, 55B sind zurückgehalten in eine Normalposition, die Enden der leitfähigen Teile 54A, 54B jeweils kontaktierend und mit ihnen leitend. Leitfähige Teile 55A, 55B kommen außer Eingriff mit ihrer Rückhaltung in der Normalposition bedingt durch das Schmelzen von leitfähigen Teilen 54A, 54B in leitfähigem Kontakt mit ihnen.
Leitfähige Teile 54A, 54B, 55A, 55B schließen jeweils Blattfedern mit elastischen Enden ein. Der innere leitfähige Teil 54A hat eine Federkraft, die dazu neigt, nach außen zu biegen, wie durch den Pfeil A2 dargestellt. Der äußere leitfähige Teil 55A hat eine Federkraft, die dazu neigt, nach innen zu biegen, wie durch den Pfeil A1 dargestellt. Das Gleichgewicht zwischen den Federkräften ermöglicht es den leitfähigen Teilen 54A, 55A, in einer Normalposition zu verbleiben, wie in Fig. 4 gezeigt, vor dem Schmelzen des leitfähigen Teils 54A.
Der innere leitfähige Teil 54B hat eine Federkraft, die dazu neigt, ihn nach außen zu biegen, wie durch den Pfeil B2 dargestellt. Der äußere leitfähige Teil 55B hat eine Federkraft, die dazu neigt, ihn nach innen zu biegen, wie durch den Pfeil B1 dargestellt. Das Gleichgewicht zwischen Federkräften ermöglicht es den leitfähigen Teilen 54B, 55B in einer Normalposition zu verbleiben, wie in Fig. 4 gezeigt, vor dem Schmelzen des leitfähigen Teils 54B.
Der Kontakt und die elektrische Leitung zwischen leitfähigen Teilen 54A oder 54B und leitfähigen Teilen 55A oder 55B bilden eine 42 V oder 14 V Leitung. Leitfähige Teile 54A und 54B entsprechen jeweils Hoch- und Niederspannungssicherungen 5A bzw. 5B nach Fig. 8.
Leitfähige Teile 54A oder 54B und leitfähige Teile 55A oder 55B haben Enden, die entgegengesetzt zueinander umgebogen sind. Die Biegung 55A oder 55B in Fig. 5A, 5B, 6A und 6B dienen dem Aufrechterhalten stabilen Kontaktes mit leitfähigen Teilen 54B oder 54A auf das Schmelzen von leitfähigen Teilen 54A oder 54B hin. Der Kontaktabschnitt zwischen leitfähigen Teilen 54A und 55A oder 54B und 55B verbindet zum Verbessern zuverlässiger lötfreier elektrischer Leitung.
Das Gehäuse 51 schließt Rippen 54 in sich ein, die einen achtlosen Kontakt zwischen Teilen von 42 V und 14 V in einer Normalposition verhindern. Der Kasten 50 erfordert eine strenge Unterscheidung zwischen Positiv-Pol (verbunden mit der Energieversorgung) und Negativ-Polen (verbunden mit den Lasten) und zwischen Spannungen zwischen 42 V und 14 V. Die Außenseite des Gehäuses 51 hat einen Vorsprung 61 und eine Ausnehmung 62, die einen Fehler in der Montagerichtung vermeiden. In Fig. 3 bzw. 4 schließt das Gehäuse 51 die Oberfläche versehen mit den Bezeichnungen 63 ein, die Pole repräsentieren (positiv/negativ) und Spannung (42 V, 14 V).
Als nächstes wird der Betriebsablauf beschrieben.
Normalerweise fließt ein Strom bei 42 V nacheinander durch den Anschluss 42A, den leitfähigen Teil 54A, 55A und den Anschluss 53A, die eine 42 V-Leitung bilden. Ein Strom bei 14 V fließt nacheinander durch den Anschluss 52B, den leitfähigen Teil 54B, 55B und den Anschluss 53B, die eine 14 V-Leitung bilden. Die Pfeile L1, L2, L3 und L4 zeigen den Stromfluss an.
Wenn eine Abnormalität auftritt in dem Lastsystem der 14 V- Leitung, geht der Betriebsablauf weiter wie in den Fig. 5A und 5B gezeigt. Wenn eine Abnormalität im Lastsystem der 42 V-Leitung auftritt, läuft ein Betriebsablauf ab, wie in Fig. 6A und 6B gezeigt. Das Produzieren irgendwelcher Abnormalität in einer Last, die mit der 14 V-Leitung verbunden ist, veranlasst einen das normale übersteigenden Überstrom, durch die Leitung zu fließen. Wärme, die durch die leitfähigen Teile 54B, 55B produziert wird, schmilzt den leitfähigen Teil 54B im Schmelzabschnitt P1 in Fig. 5A.
Der Kontakt des leitfähigen Teils 55B mit dem leitfähigen Teil 54B hält den leitfähigen Teil 55B zurück in seiner Normalposition. Das Schmelzen des leitfähigen Teils 54B löst die Verbindung zu dem leitfähigen Teil 55A unter Kräftegleichgewicht. Der leitfähige Teil 55A wird bedingt durch seine eigene Federkraft in eine Richtung A1 (siehe Fig. 4) verschoben, wie in Fig. 6B gezeigt. Der leitfähige Teil 55A kontaktiert einen Energieversorgungsabschnitt von 14 V (schmelzbarer leitfähiger Teil 54B in der Ausführungsform). Der Kontakt ermöglicht wieder einen Stromfluss von der Energieversorgung der 14 V-Leitung zu der Last der 42 V- Leitung. Ein übernormaler Überstrom fließt durch die 42 V- Leitung. Der Überstrom schmilzt den leitfähigen Teil 54B. Das Schmelzen stoppt die Energieversorgung beider Lasten, dadurch Sicherheit sicherstellend.
Im Kasten 50 entsprechen leitfähige Teile 54A, 55B von Blattfedern den Zwangsschmelzvorrichtungen, die die verbleibenden leitfähigen Teile (entsprechend einer Sicherung) 54A, 54B zwingen, geschmolzen zu werden. Wenn einer der leitfähigen Teile 54B oder 54A von der 14 V- oder der 42 V-Leitung zuerst geschmolzen wird, haben Teile, die mit der Energieversorgung an der 14 V- oder 42 V-Leitung verbunden sind, keinen Kontakt miteinander in dem Schritt des Schmelzens der verbleibenden.
Der Kasten 50 schließt leitfähige Teile 55A, 55 einer Blattfeder ein. Wenn ein leitfähiger Teil 54A oder 54B schmilzt, kontaktiert der mit dem verbleibenden leitfähigen Teil 54B oder 54A. Der Aufbau der leitfähigen Teile 55A, 55B selbst als Blattfedern verringert die Anzahl von Komponenten, dadurch den Aufbau vereinfachend. Identisch hierzu kann eine andere Feder 59A, 59B vorgesehen sein, um die leitfähigen Teile 55A oder 55B in einer Richtung A1 oder B1 vorzuspannen, wie in Fig. 7 gezeigt.
Die Ausführungsform dient einer Hochspannung wie z. B. 42 V und einer Niederspannung von z. B. 12 V oder 14 V. Der Spannungswert ist wahlfrei eingerichtet.
Der gesamte Inhalt der japanischen Patentanmeldung P 2001-289523 (angemeldet am 21.09.2001) ist hierin aufgenommen durch Bezugnahme.
Obwohl die Erfindung oben beschrieben worden ist unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen der Erfindung, ist die Erfindung nicht beschränkt auf die oben beschriebenen Ausführungsformen. Modifikationen und Veränderungen der oben beschriebenen Ausführungsformen werden Fachleuten im Lichte der obigen Lehren erscheinen. Der Schutzbereich der Erfindung ist definiert unter Bezugnahme auf die folgenden Patentansprüche.

Claims

1. Sicherheitseinrichtung für eine Leistungsschaltung, umfassend:
eine erste Leistungsschaltung einschließlich einer ersten Last und eines ersten Sicherungselementes zum Empfangen einer ersten Spannungsenergie von einer Energieversorgung zum Zuführen der ersten Spannungsenergie zu der ersten Last durch das erste Sicherungselement;
eine zweite Leistungsschaltung einschließlich einer zweiten Last und eines zweiten Sicherungselementes zum Empfangen einer zweiten Spannungsenergie von einem Umsetzer, der die erste Spannungsenergie in die zweite Spannungsenergie umsetzt zum Zuführen der zweiten Spannungsenergie zu der zweiten Last durch das zweite Sicherungselement; und
ein Schmelzsystem zum Schmelzen des anderen von dem ersten und zweiten Sicherungselement, wenn ein beliebiges von dem ersten und zweiten Sicherungselement schmilzt.

2. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, wobei das Schmelzsystem eine Schaltung umfasst zum Anwenden eines Überstroms auf das andere zu schmelzende Sicherungselement, wenn das beliebige Sicherungselement schmilzt.

3. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, wobei das Schmelzsystem ein Heizelement umfasst zum Heizen des anderen, bei einer Schmelztemperatur zu schmelzenden Sicherungselementes, wenn das beliebige Sicherungselement schmilzt.

4. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Leistungsschaltung umfasst:
einen ersten mit der Energieversorgung verbundenen Energieanschluss; und
einen zweiten mit der ersten Last verbundenen Lastanschluss,
wobei die zweite Leistungsschaltung umfasst:
einen zweiten mit der Energieversorgung verbundenen Energieanschluss; und
einen zweiten mit der zweiten Last verbundenen Lastanschluss,
wobei das erste Sicherungselement einen ersten schmelzbaren Teil einschließt, das sich von dem ersten Energieanschluss aus erstreckt,
wobei das zweite Sicherungselement einen zweiten schmelzbaren Teil umfasst, der sich von dem zweiten Energieanschluss aus erstreckt;
wobei das Schmelzsystem umfasst:
einen ersten leitfähigen Teil, der sich von dem ersten Lastanschluss aus erstreckt und leitfähig kontaktiert ist mit dem ersten schmelzbaren Teil und
einem zweiten leitfähigen Teil, der sich von dem zweiten Lastanschluss aus erstreckt und leitfähig in Kontakt ist mit dem zweiten schmelzbaren Teil,
einen Versatzmechanismus zum Versetzen eines entsprechenden leitfähigen Teils zum Kontaktieren mit dem anderen schmelzbaren Teil, dem anderen leitfähigen Teil oder dem anderen Lastanschluss, wenn der beliebige schmelzbare Teil schmilzt.

5. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Last eine Steuerung zum Steuern der ersten Last einschließt.

6. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 5, wobei die zweite Leistungsschaltung einen Strom zu der Steuerung zur Verfügung stellt, als eine Leistungsschaltung für Niederspannung dienend, wobei die erste Leistungsschaltung einen Strom zu der ersten Last zur Verfügung stellt, als eine Hochspannungsleistungsschaltung dienend.

7. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Sicherungselement einen ersten Schmelzbaren Teil umfasst, angeordnet nebeneinander mit einem ersten Schaltungsteil der ersten Leistungsschaltung, wobei das zweite Sicherungselement einen zweiten schmelzbaren Teil umfasst, angeordnet nebeneinander mit einem zweiten Schaltungsteil der zweiten Leistungsschaltung,
wobei das Schmelzsystem umfasst:
einen ersten leitfähigen Teil, dazu tendierend, sich zu verformen, um mit dem zweiten Schaltungsteil zu kontaktieren, wobei der erste leitfähige Teil separiert ist von dem zweiten Schaltungsteil und zurückgehalten wird gegen den ersten schmelzbaren Teil; und
einen zweiten leitfähigen Teil, der dazu tendiert, sich zu deformieren zum kontaktieren mit dem ersten Schaltungsteil, wobei der zweite leitfähige Teil separiert ist von dem ersten Schaltungsteil und zurückgehalten wird gegen den zweiten schmelzbaren Teil.

8. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, wobei das Schmelzsystem umfasst:
eine erste Shunt-Schaltung zwischen dem ersten Sicherungselement und der ersten Last zum Schalten der ersten Leistungsschaltung gegen Masse; und
eine auf identische elektrische Potentiale auf beiden Anschlüssen des zweiten Sicherungselementes ansprechende Steuerschaltung zum Öffnen der ersten Shunt-Schaltung.

9. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 8, wobei die Steuerschaltung auf eine elektrische Potentialdifferenz zwischen beiden Anschlüssen des zweiten Sicherungselementes anspricht zum Schließen der ersten Shunt-Schaltung.

10. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, wobei das Schmelzsystem umfasst:
eine zweite Shunt-Schaltung zwischen dem zweiten Sicherungselement und der zweiten Last zum Verbinden der zweiten Leistungsschaltung mit Masse; und
eine Steuerschaltung, die anspricht auf identische elektrische Signale an beiden Anschlüssen des ersten Sicherungselementes zum Öffnen der zweiten Shunt- Schaltung.

11. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 10, wobei die Steuerschaltung anspricht auf eine elektrische Potentialdifferenz zwischen beiden Anschlüssen des zweiten Sicherungselementes zum Schließen der ersten Shunt-Schaltung.

12. Sicherungskasten, angepasst für Leistungsschaltungen, umfassend:
einen ersten Energieanschluss, konfiguriert zum Verbinden einer Energieversorgung über eine erste Leistungsschaltung;
einen ersten Lastanschluss, konfiguriert zum Verbinden einer Last der ersten Leistungsschaltung,
einen zweiten Energieanschluss, konfiguriert zum Verbinden der Energiezufuhr über eine zweite Leistungsschaltung;
einen zweiten Lastanschluss, konfiguriert zum Verbinden einer Last der zweiten Leistungsschaltung;
einen ersten, sich von dem ersten Energieanschluss erstreckenden schmelzbaren Teil;
einen zweiten, sich von dem zweiten Energieanschluss erstreckenden schmelzbaren Teil;
ein erstes sich von dem ersten Lastanschluss erstreckendes leitfähiges Teil, leitfähig den ersten schmelzbaren Teil kontaktierend; und
einen zweiten, sich von dem zweiten Lastanschluss erstreckenden Teil, den zweiten schmelzbaren Teil leitfähig kontaktierend;
ein Versatzsystem zum Versetzen eines entsprechenden des ersten und zweiten leitfähigen Teils zum Kontaktieren mit dem anderen schmelzbaren Teil, dem andren leitfähigen Teil oder dem anderen Lastanschluss, wenn ein beliebiger von dem ersten und zweiten schmelzbaren Teil schmilzt.

13. Sicherungskasten nach Anspruch 12, wobei der entsprechende leitfähige Teil eine Federwirkung hat.

14. Sicherungskasten nach Anspruch 12, wobei das Versatzsystem einen elastischen Teil umfasst, der das entsprechende leitfähige Teil gegen das beliebige schmelzbare Teil vorspannt.