-
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.
-
Durch neueste Fortschritte bei der Entwicklung wird ein Fahrzeug mit einem Motorgenerator ausgestattet, bei effizienten Kraftstoffkosten und betrieben bei einer Hochspannung von 42 V. 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 insgesamt setzt die Spannung einer 42 V Energieversorgung in eine Niederspannung von 12 V um, die an entsprechenden ECUs zu verteilen ist. Ein System beinhaltet eine Leistungsschaltung für eine Hochspannung, die eine Spannung von 42 V an einen Stellantrieb anlegt. Ein anderes System beinhaltet eine Leistungsschaltung für Niederspannung, die eine Spannung von 12 V an eine ECU anlegt. Die jeweiligen Leistungsschaltungen haben in sich entsprechende Sicherungen für Hoch- und Niederspannungen, um die Schaltungen zu schützen.
-
Da die ECU den Stellantrieb steuert, sind die Systeme nahe miteinander verwandt. Falls eine Abnormalität in einem System auftritt, wenn ein Strom in den beiden Systemen den Lasten zugeführt wird, wird die Zufuhr von Strom zu dem anderen System notwendigerweise gestoppt.
-
Beim 14 V-System wird ein Strom sowohl dem Stellantrieb als auch der ECU über Sicherungen zugeführt. Beispielsweise stoppt, ansprechend auf eine Abnormalität im 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 zum Stellantrieb. Dies führt nicht zu spezifischen Problemen.
-
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 anderen Last fortzusetzen.
-
Wenn bei Vorliegen einer Abnormalität, beispielsweise im Stellantrieb, eine Sicherung durchschmilzt, sollte der Strom zur ECU, die diesen steuert, unterbrochen werden. Nach dem Schmelzen einer Sicherung wird eine Spannung kontinuierlich an die verbleibende Last angelegt. 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.
-
JP 02174030 A lehrt eine gekoppelte Sicherung, bei der Wärme, die durch Schmelzen einer der zwei gekoppelten Sicherungen erzeugt worden ist, über einen thermischen Leiter an eine zweite Sicherung übertragen wird, die dann ebenfalls, verursacht durch die übertragenen Wärme, durchschmilzt.
-
In ähnlicher Weise ist
JP 2001/006519 A auf eine Dreipolkopplungssicherung gerichtet, wobei jede Sicherung einen Bolzen oder eine Schraube aufweist, die an einem Loch in der Sicherung befestigt ist. Es wird eine Kompressionsfeder bereitgestellt, die durch den Bolzen unter Spannung gehalten wird. Wenn eine solche Sicherung durchbrennt, wird der Bolzen nicht mehr zurückgehalten und die Feder drückt den Bolzen zu den anderen zwei Löchern der Sicherungen, die dann durch den Bolzen über einen Kurzschluss ihrer Schaltungen ausgelöst werden.
-
GB 2174854 A lehrt eine elektrische Ausrüstungsschutzvorrichtung mit zwei, beide Anschlüsse einer Last schützenden Sicherungen, bei der eine Zusatzschaltung vorgesehen ist, die das Durchbrennen einer der Sicherungen detektiert und dann einen Typ von Tyristor (gesteuerter Siliziumgleichrichter) veranlasst, sich einzuschalten, was wiederum zu einem durch die verbleibende Sicherung fließenden Überstrom führt, der die Last umgeht, bis dieser Überstrom schließlich auch die zweite Sicherung schmelzen lässt.
-
DD 270796 B5 beschreibt die Schaltung für eine elektronische Sicherungsüberwachung, bei der beim Durchschmelzen ein Steuersignal erzeugt wird, basierend auf einer Spannungsdifferenz zwischen Punkten oberhalb und unterhalb einer Sicherung. Es wird ein Alarmsignal für eine externe optische Anzeige bereitgestellt.
-
US 4168514 A beschreibt einen Leitungsschutzfunkenfänger, bei dem ein konventioneller automatischer, elektrischer Leitungsschutzschalter mit einem Varistor kombiniert wird, um sowohl Überstrom-, als auch Überspannungsschaltungsschutz bereit zu stellen. Der Varistor ist zwischen dem Lastende des Leitungsschutzschalters und neutral gegenüber einem Nebenschlusswiderstand verbunden, um die mit Blitz induzierten Spannungsspitzen assoziierten Ströme zu erden. Ein Abnormalleckstrom erhitzt das thermische Element des Schutzschalters, wodurch der Schutzschalter unterbrochen wird.
-
US 5712610 A ist auf eine weitere Schutzvorrichtung zum Verhindern von Überspannung gerichtet, bei der ein niedrig schmelzendes Metallstück, durch das elektrischer Strom geleitet wird, durch ein Heizelement geschmolzen wird, das bei Detektion einer Überspannung aktiviert wird, zum Beispiel durch eine Zenerdiode.
-
DE 10008773 A1 lehrt eine Überspannungsschutzschaltung für ein Fahrzeug, das eine duale 42 V/14 V-Bordversorgung hat. Im Falle eines Kurzschlusses zwischen dem 14 V und dem 42 V-Zweig wird ein mit dem 14 V-Zweig verbundener Leiter geerdet, wodurch eine Sicherung ausgelöst wird, so dass Lasten im 14 V-Zweig gegen überspannung geschützt sind.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Die Erfindung ist auf eine Sicherheitseinrichtung für eine Leistungsschaltung und einen an die Sicherheitseinrichtung wirksam angepassten Sicherungskasten gerichtet. Wo ein Strom an zwei verwandte Lasten von zwei Systemen angelegt wird, 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 gemäß Anspruch 1.
-
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.
-
In einem weiteren Aspekt ist die Erfindung gerichtet auf eine Sicherheitseinrichtung gemäß Anspruch 10.
-
Vorzugsweise beinhaltet die zweite Last eine Steuerung 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 beinhaltet das Sicherungssystem eine erste Shunt-Schaltung bzw. Nebenschluss-Schaltung zwischen dem ersten Sicherungselement und der ersten Last, zum Verbinden der ersten Leistungsschaltung mit Masse. Das Sicherungssystem beinhaltet eine Steuerschaltung, die auf identische elektrische Potentiale an beiden Anschlüssen des zweiten Sicherungselementes anspricht, zum Öffnen der ersten Shunt-Schaltung
-
Vorzugsweise spricht die Steuerschaltung auf eine elektrische Potentialdifferenz zwischen beiden Anschlüssen des zweiten Sicherungselementes an zum Schließen der ersten Shunt-Schaltung.
-
Vorzugsweise beinhaltet das Sicherungssystem eine zweite Shunt-Schaltung zwischen dem zweiten Sicherungselement und der zweiten Last ein zum Verbinden der zweiten Leistungsschaltung mit Masse. Das Sicherungssystem beinhaltet eine Steuerschaltung, die auf identische elektrische Potentiale an beiden Anschlüssen des ersten Sicherungselementes anspricht, 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 nach Anspruch 10 angepassten Sicherungskasten gemäß Anspruch 11.
-
Vorzugsweise hat das entsprechende leitfähige Teil eine Federwirkung.
-
Wenn eines der ersten und zweiten Sicherungselemente schmilzt, wird gemäß der Sicherheitseinrichtung das andere Sicherungselement gezwungen, zu schmelzen, wodurch Strom zur anderen Last gestoppt wird. Wenn nämlich an der ersten oder der zweiten einander zugeordneten Lasten eine Abnormalität auftritt, würde ein fortgesetztes Zuführen eines Stroms zu der anderen Last eine Unannehmlichkeit produzieren. Die Einrichtung verhindert sicher diese Unannehmlichkeit und gewährleistet die Sicherheit.
-
Beispielhaft ist eine der beiden Lasten ein Stellantrieb und die andere Last eine Steuereinheit zum Steuern des Stellantriebs. Wenn eine Abnormalität im Stellantrieb eine Sicherung veranlasst, zu schmelzen, verhindert diese Einrichtung ein kontinuierliches Anlegen von Strom an die Steuereinheit. In ähnlicher Weise verhindert die Einrichtung, wenn eine Abnormalität in der Steuerung die andere Sicherung veranlasst, zu schmelzen, ein kontinuierliches Anlegen von Strom an 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 an der ersten Last veranlasst gemäß der Einrichtung das Anlegen von Überstrom an die erste Leistungsschaltung, um das erste schmelzbare Teil zu schmelzen. Des Schmelzen bringt die Rückhaltung des ersten Sicherungselementes aus Eingriff in einer Normalposition. Das erste leitfähige Teil wird in Richtung des zweiten schmelzbaren Teils, des zweiten leitfähigen Teils und des zweiten Lastanschlusses verlagert, für einen leitfähigen Kontakt. Dadurch ist das zweite schmelzbare Teil mit der ersten Last, sowie auch mit der zweiten Last verbunden. Die Verbindung ermöglicht das unmittelbare Anlegen von mehr als normalem Überstrom an das zweite schmelzbare Teil. Der Überstrom schmilzt das zweite schmelzbare Teil, das gleichzeitig die Energieversorgung beider Lasten stoppt, wodurch Sicherheit gewährleistet wird.
-
Wenn eine Abnormalität in der zweiten Last auftritt, ermöglicht des Schmelzen des zweiten leitfähigen Teils des Schmelzen des ersten leitfähigen Teils, in einem umgekehrten Vorgang. In ähnlicher Weise stoppt dies gleichzeitig die Energieversorgung beider Lasten, wodurch Sicherheit gewährleistet wird.
-
Wenn die Steuerung eine Abnormalität aufweist, 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 die Sicherheit des gesamten Energieversorgungssystems sicher.
-
Wenn das erste oder das zweite Sicherungselement 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 Anlegen eines Überstroms an 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 einer Normalposition. Das erste leitfähige Teil wird in Richtung des zweiten schmelzbaren Teils, des zweiten leitfähigen Teils und des zweiten Lastanschlusses verlagert, für einen leitenden Kontakt. Dadurch wird unmittelbar mehr als normaler Überstrom an das zweite schmelzbare Teil angelegt. Der Überstrom schmilzt das zweite schmelzbare Teil, stoppt die Energieversorgung der Last und stellt dadurch Sicherheit sicher. Wenn das Anlegen von Überstrom an die zweite Leistungsschaltung das Schmelzen des zweiten schmelzbaren Teils ermöglicht, stoppt im umgekehrten Vorgang das Schmelzen des ersten schmelzbaren Teils die Energieversorgung der Last, wodurch Sicherheit gewährleistet wird.
-
Das erste oder das zweite schmelzbare Teil wird geschmolzen und das entsprechende leitfähige Teil, das in leitendem Kontakt mit dem einen Schmelzelement steht, kontaktiert leitfähig das andere Schmelzelement durch seine eigene Federkraft. Dadurch reduziert sich im Vergleich zur Verwendung anderer, von einem leitfähigen Teil getrennter Federn die Anzahl von Komponenten und vereinfacht sich der Aufbau.
-
KURZBESCHREIBUNG DER BEILIEGENDEN ZEICHNUNGEN
-
Es zeigt:
-
1 ein Schaltungsdiagramm eines Energieversorgungssystems in einer Gesamtanordnung, welches die Sicherheitseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform beinhaltet;
-
2 ein Schaltungsdiagramm eines Energieversorgungssystems in einer Gesamtanordnung, welches die Sicherheitseinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform beinhaltet;
-
3 eine perspektivische Außenansicht des Sicherungskastens, der an das System nach 8 angepasst ist;
-
4 eine Schnittansicht des Sicherungskastens in 3;
-
5A und 5B illustrative Ansichten des Verhaltens, wenn ein 14 V schmelzbares leitfähiges Teil (einer Sicherung entsprechend) zuerst durchschmilzt; 5A zeigt einen Schritt des Schmelzens eines 14 V schmelzbaren elektrischen leitfähigen Teils; 5B zeigt einen Schritt des Schmelzens eines 42 V schmelzbaren elektrisch leitfähigen Teils, bedingt durch den Versatz des 14 V schmelzbaren leitfähigen Teils nach dem Schmelzen des 14 V schmelzbaren leitfähigen Teils;
-
6A und 6B illustrative Ansichten des Verhaltens, wenn ein 42 V schmelzbares leitfähiges Teil (einer Sicherung entsprechend) zuerst durchschmilzt; 6A zeigt einen Schritt des Schmelzens eines 42 V schmelzbaren leitfähigen Teils; 6B zeigt einen Schritt des Schmelzens eines 14 V schmelzbaren elektrisch leitfähigen Teils, bedingt durch den Versatz des 42 V schmelzbaren leitfähigen Teils nach dem Schmelzen des 42 V schmelzbaren leitfähigen Teils;
-
7 eine Schnittansicht des Sicherungskastens gemäß einer anderen Ausführungsform; und
-
8 ein Schaltungsdiagramm, das Systeme von 42 V und 12 V getrennt voneinander gemäß einer dritten Ausführungsform beinhaltet.
-
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 1 enthält die Box 1 eine Hochspannungsleistungsschaltung 2A, die eine Spannung von 42 V an einen Stellantrieb 4 anlegt. Die Box 1 enthält eine Niederspannungsleistungsschaltung 2B, die eine Spannung von 12 V an eine ECU 3 zum Steuern des Stellantriebs 4 anlegt. Die Box 1 enthält eine Sicherung 5A für Hochspannung in der Schaltung 2A. Die Box 1 enthält eine 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, deren jeweilige Eingangsanschlüsse mit entsprechenden Komparatoren 21A, 21B verbunden sind. Die Schaltung 20 schließt zwei Transistoren 23A, 23B ein, mit den jeweiligen Eingangsanschlüssen verbunden parallel zu dem Ausgangsanschluss der ODER-Schaltung 22. Wenn eine Sicherung 5A (oder 5B) geschmolzen ist, wird Überstrom gezwungen, durch die andere Sicherung 5B zu fließen (oder 5A). Der Überstrom schmilzt die andere 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 erzeugt, 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 erzwingt, dass die andere Sicherung 5B (oder 5A) schmilzt.
-
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 veranlasst eine Abnormalität im System der ECU 3 die Sicherung 5B, zu schmelzen. 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 an die Transistoren 23A und 23B auszugeben. Der Transistor 23A schaltet die andere Sicherung 5A mit dem mit der Last verbundenen Anschluss gegen Masse kurz. Der Kurzschluss ermöglicht das Fließen eines Überstroms durch die Sicherung 5A, der sie (5A) zwingt, zu schmelzen. 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 veranlasst eine Abnormalität im System des Stellantriebs 4 die Sicherung 5A, zu schmelzen. 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 an die Transistoren 23A und 23B auszugeben. 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, zu schmelzen. Das Schmelzen stoppt die Energiezufuhr zur ECU 3.
-
Wenn eine der Sicherungen 5A, 5B für Hoch- und Niederspannungen schmilzt, wird die andere gezwungen, zu schmelzen. Das Schmelzen verhindert eine unvorhergesehene Situation, z. B. ein anormales Betreiben des Stellantriebs 4, zusätzliches Erzeugen eines Überstroms oder einen seltenen Kurzschluss, wodurch ein sicheres Gesamtsystem gewährleistet wird. Speziell stellt der Zusatz der Logikschaltung 20 Sicherheit sicher und vereinfacht den Aufbau.
-
Zweite Ausführungsform
-
Eine Modifikation wird einem Teil des Systems gemäß der ersten Ausführungsform hinzugefügt, um das in 2 gezeigte System zu bilden. 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 veranlasst eine Abnormalität im System des Stellantriebs 4 die Sicherung 5B, zu schmelzen. Die Potentialdifferenz zwischen den Anschlüssen der Sicherung 3 ermöglicht es dem Komparator 21B, ein Hochpegelsignal auszugeben. Ein Transistor 33 ermöglicht es, eine Spannung von 42 V an den Heizer 30 anzulegen. Die von dem Heizer 30 produzierte Wärme zwingt die andere Sicherung 5A zu schmelzen. Das Schmelzen stoppt die Energiezufuhr an den Stellantrieb 4.
-
Andererseits erfasst der Komparator 21A die Spannung zwischen beiden Anschlüssen der Sicherung 5A. Beispielsweise veranlasst eine Abnormalität im System des Stellantriebes 4 die Sicherung 5A, zu schmelzen. 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, zu schmelzen. Das Schmelzen stoppt die Energiezufuhr zur ECU 3.
-
Die Ausführungsform erzielt die identischen Vorteile wie die erste Ausführungsform.
-
Dritte Ausführungsform
-
Die erste und zweite Ausführungsform geben beide ein System mit der Sicherheitseinrichtung an, bei dem elektrische Arbeit das Zwangsschmelzen der verbleibenden Sicherung ermöglicht. Die dritte Ausführungsform gibt ein System mit der Sicherheitseinrichtung an, bei der mechanische Arbeit die verbleibende Sicherung „schmilzt”.
-
Die Anordnung des Sicherungskastens 50 in dem System der 8 bildet eine Sicherheitseinrichtung.
-
In 3 und 4 beinhaltet ein Sicherungskasten 50 ein Gehäuse 51 für Sicherheitsschutz, das gemeinsam für Hoch-(42 V) und Nieder-(14 V)Spannungsleistungsschaltungen 2A und 2B dient. Der Kasten 50 beinhaltet einen 42 V-Leistungsversorgungsanschluss 52A und einen 42 V-Lastanschluss 53A im Gehäuse 51. Der Anschluss 52A ist mit der Energiezufuhr 9 der Hochspannungsleistungsschaltung 2A verbunden. Der Anschluss 53A ist mit der Last 4 der Schaltung 2A verbunden. Der Kasten 50 beinhaltet einen 14 V-Leistungsversorgungsanschluss 52B im Gehäuse 51 und einen 14 V Lastanschluss 53B. Der Anschluss 52B ist mit der Energieversorgung 8 der Schaltung 2B verbunden. Der Anschluss 53B ist mit der Last 3 der Schaltung 2B verbunden. Der Kasten 50 beinhaltet ein 42 V schmelzbares leitfähiges Teil 54A und ein 12 V schmelzbares leitfähiges Teil 54B, die sich jeweils von den Anschlüssen 52A, 52B in Richtung der Anschlüsse 53A, 53B erstrecken. Der Kasten 50 beinhaltet ein 42 V nicht schmelzbares leitfähiges Teil 55A und ein 14 V nicht schmelzbares leitfähiges Teil 55B, die sich von den Anschlüssen 53A, 53B jeweils in Richtung der Anschlüsse 52A, 52B erstrecken. Leitfähige Teile 55A, 55B werden in einer Normalposition zurückgehalten, wobei sie jeweils mit Enden der leitfähigen Teile 54A, 54B in Kontakt stehen und mit ihnen leitend sind. Leitfähige Teile 55A, 55B kommen außer Eingriff von ihrer Rückhaltung in der Normalposition, bedingt durch das Schmelzen der in leitfähigem Kontakt mit ihnen stehenden leitfähigen Teilen 54A, 54B.
-
Die leitfähigen Teile 54A, 54B, 55A, 55B beinhalten jeweils Blattfedern mit elastischen Enden. Das 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, es nach innen zu biegen, wie durch den Pfeil A1 dargestellt. Das Gleichgewicht zwischen den Federkräften ermöglicht es den leitfähigen Teilen 54A, 55A vor dem Schmelzen des leitfähigen Teils 54A in einer Normalposition zu verbleiben, wie in 4 gezeigt.
-
Das innere leitfähige Teil 54B hat eine Federkraft, die dazu neigt, es nach außen zu biegen, wie durch den Pfeil 32 dargestellt. Das äußere leitfähige Teil 55B hat eine Federkraft, die dazu neigt, es nach innen zu biegen, wie durch den Pfeil 31 dargestellt. Das Gleichgewicht zwischen Federkräften ermöglicht es den leitfähigen Teilen 54B, 55B vor dem Schmelzen des leitfähigen Teils 54B in einer Normalposition zu verbleiben, wie in 4.
-
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 8.
-
Leitfähige Teile 54A oder 54B und leitfähige Teile 55A oder 55B haben Enden, die zueinander entgegengesetzt umgebogen sind. Die Biegung 55A oder 55B in 5A, 5B, 6A und 6B dient dem Aufrechterhalten stabilen Kontaktes mit leitfähigen Teilen 54B oder 54A auf das Schmelzen von leitfähigen Teilen 54A oder 54B hin. Der Kontaktabschnitt zwischen den leitfähigen Teilen 54A und 55A oder 54B und 55B steht zum Verbessern einer zuverlässigen lötfreier elektrischer Leitung in Verbindung.
-
Das Gehäuse 51 beinhaltet eine Rippe 56 in sich ein, die einen unabsichtlichen Kontakt zwischen Teilen von 42 V und 14 V in einer Normalposition verhindert. Der Kasten 50 erfordert eine strenge Unterscheidung zwischen Positiv-Pol (verbunden mit der Energieversorgung) und Negativ-Polen (verbunden mit den Lasten) und zwischen Spannungen von 42 V und 14 V. Die Außenseite des Gehäuses 51 hat einen Vorsprung 61 und eine Ausnehmung 62, die einen Fehler bezüglich der Montagerichtung vermeiden. In 3 bzw. 4 beinhaltet das Gehäuse 51 die mit Bezeichnungen 63 versehene Oberfläche, die Pole (positiv/negativ) und Spannung (42 V, 14 V) repräsentieren.
-
Als nächstes wird der Betriebsablauf beschrieben.
-
Normalerweise fließt ein Strom von 42 V nacheinander durch den Anschluss 42A, das leitfähige Teil 54A, 55A und den Anschluss 53A, die eine 42 V-Leitung bilden. Ein Strom von 14 V fließt nacheinander durch den Anschluss 52B, das leitfähige 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 im Lastsystem der 14 V-Leitung auftritt, geht der Betriebsablauf wie in den 5A und 5B gezeigt, weiter. Wenn eine Abnormalität im Lastsystem der 42 V-Leitung auftritt, läuft ein Betriebsablauf, wie in 6A und 6B gezeigt, ab. Das Produzieren irgendwelcher Abnormalität in einer Last, die mit der 14 V-Leitung verbunden ist, veranlasst, dass ein das normale übersteigender Überstrom durch die Leitung fließt. Wärme, die durch die leitfähigen Teile 54B, 55B produziert wird, schmilzt den leitfähigen Teil 54B im Schmelzabschnitt P1 in 5A.
-
Der Kontakt des leitfähigen Teils 55B mit dem leitfähigen Teil 54B hält den leitfähigen Teil 55B in einer Normalposition zurück. Das Schmelzen des leitfähigen Teils 54B löst die Verbindung zu dem leitfähigen Teil 55A unter Kräftegleichgewicht. Das leitfähige Teil 55A wird, bedingt durch seine eigene Federkraft in eine Richtung A1 (siehe 4) verschoben, wie in 6B gezeigt. Das leitfähige Teil 55A kontaktiert einen Energieversorgungsabschnitt von 14 V (schmelzbares leitfähiges 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 das leitfähige Teil 54B. Das Schmelzen stoppt die Energieversorgung beider Lasten, wodurch Sicherheit sicher gestellt wird.
-
Im Kasten 50 entsprechen leitfähige Teile 54A, 55B aus Blattfedern den Zwangsschmelzvorrichtungen, die die verbleibenden leitfähigen Teile (entsprechend einer Sicherung) 54A, 54B zwingen, zu schmelzen. Wenn eines 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, im Schritt des Schmelzens der Verbleibenden keinen Kontakt miteinander.
-
Der Kasten 50 schließt leitfähige Teile 55A, 55 einer Blattfeder ein. Wenn ein leitfähiges Teil 54A oder 54B schmilzt, kommt das mit dem verbleibenden leitfähigen Teil 54B oder 54A in Kontakt. Der Aufbau der leitfähigen Teile 55A, 55B selbst als Blattfedern verringert die Anzahl von Komponenten, wodurch der Aufbau vereinfacht wird. 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 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 durch Bezugnahme aufgenommen.
