DE112012006912T5

DE112012006912T5 - Schaltung zum Schützen einer elektrischen Last vor Gegenspannung und Überspannung, Verwendung einer solchen Schaltung zum Antreiben eines Drehsensors für ein instrumentiertes Lager und eine Lageranordnung, die eine solche Schaltung umfasst

Info

Publication number: DE112012006912T5
Application number: DE112012006912.9T
Authority: DE
Inventors: Matthieu Rioteau
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2012-09-18
Filing date: 2012-09-18
Publication date: 2015-05-28
Also published as: WO2014044297A1

Abstract

Diese Schaltung (2) zum Schützen einer elektrischen Last (200), die von einem Spannungsgenerator (100) angetrieben wird, vor Gegenspannung und Überspannung umfasst einen ersten Schalter (4), der auf Basis eines ersten Spannungsunterschieds (V4) gesteuert wird, der einen Spannungsunterschied (V100) zwischen zwei Ausgangsanschlüssen (102, 104) des Spannungsgenerators repräsentiert, um eine erste elektrische Leitung (L1) wahlweise zu öffnen und zu schließen, die sich zwischen einem ersten Anschluss (102) des Spannungsgenerators und einem ersten Anschluss (202) der elektrischen Last erstreckt. Ein zweiter Schalter (8) wird auf Basis eines zweiten Spannungsunterschieds (V8) gesteuert, um eine zweite elektrische Leitung (L2) wahlweise zu öffnen und zu schließen, die sich zwischen einem zweiten Anschluss (104) des Spannungsgenerators und einem zweiten Anschluss (204) der elektrischen Last erstreckt. Eine diskrete elektrische Komponente (16) ist zwischen der ersten elektrischen Leitung (L4) und einer dritten elektrischen Leitung (L5) verbunden, die mit der zweiten elektrischen Leitung (L2) verbunden ist, wobei diese diskrete elektrische Komponente so eingerichtet ist, einen Strom (I5) zu blockieren, der von der ersten Leitung (L1) zur dritten elektrischen Leitung (L5) fließt, wenn der Spannungsunterschied (V100) zwischen den zwei Ausgangsanschlüssen des Spannungsgenerators unter einem vorab festgelegten Wert liegt, und dass sie ein Fließen dieses Stroms (I5) von der ersten elektrischen Leitung zur dritten elektrischen Leitung (L5) ermöglicht, wenn der Spannungsunterschied über dem vorab festgelegten Wert liegt. Ein dritter Schalter (12) wird so gesteuert, dass er den zweiten Spannungsunterschied (V8) auf null bringt, wenn ein Strom (I5) durch die diskrete elektrische Einweg-Komponente von der ersten elektrischen Leitung (L1) zur dritten elektrischen Leitung (L5) fließt.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zum Schützen einer elektrischen Last, die von einem Spannungsgenerator versorgt wird, vor Gegenspannung und Überspannung. Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf die Verwendung einer solchen Schaltung zum Versorgen eines Drehsensors für ein instrumentiertes Lager. Schließlich bezieht sich die Erfindung auf eine Lageranordnung, die unter anderem ein solches Lager umfasst.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Auf dem Gebiet der Lager ist die Verwendung eines Tachometers oder eines Positionssensors zur Ermittlung eines Drehparameters eines von einem Lager gestützten Elements bekannt. Ein solcher Drehparameter kann ein Winkel sein, der die Winkelposition eines Teils in Bezug auf den anderen um eine Mittelachse des Lagers misst. Ein solcher Parameter kann auch eine Geschwindigkeit, eine Verschiebung, eine Beschleunigung oder eine Schwingung sein.
Um effizient zu sein, muss der Sensor mit elektrischer Energie gespeist werden. Es ist bekannt, eine solche Zelle über einen Spannungsgenerator anzutreiben.
Instrumentierte Lager, das heißt Lager, die mit Sensoren versehen sind, die für das Erfassen eine Drehparameters eingerichtet sind, sind häufig in Kraftfahrzeugen angebracht, insbesondere in Zweirädern, wobei es sich um eine Umgebung handelt, bei der die Stromleitungen, die einen Spannungsgenerator mit einem Sensor verbinden, sporadischen Störungen ausgesetzt sein können. Eine dieser Störungen wird "RBO" (Reverse Battery and Over-voltage – Verpolung und Überspannung) oder "RVO" (Reverse Voltage and Over-voltage – Gegenspannung und Überspannung) genannt. Diese RBO- oder RVO-Störung steht für zwei unterschiedliche Phänomene:

– Verpolspannung: Der Sensor wird mit einer Spannung/einem Strom angetrieben, die bzw. der negativ ist, d. h. mit einer Polarität, die in Bezug auf die normale Spannung/den normalen Strom umgekehrt ist, die bzw. der auf diesen Sensor angelegt wird;
– Überspannung: Der Sensor wird mit einer Spannung angetrieben, die über der Nominalspannung liegt, für die der Sensor konzipiert wurde.

In beiden Fällen besteht das Risiko einer Schädigung des Sensors. Somit besteht ein Bedarf, einen Sensor eines instrumentierten Lagers effizient vor RBO zu schützen.
Die gleichen Probleme gibt es bei anderen elektrischen Lasten, die von einem Spannungsgenerator angetrieben werden müssen und in vielen Arten von elektronischen Installationen verwendet werden können. Beispielsweise in instrumentierten Gruppierungen, ECUs und elektrische Motorsteuereinheiten.
Eine Lösung zum Schützen einer elektrischen Last vor einer Gegenspannung liegt darin, eine Zenerdiode parallel mit dem Spannungsgenerator in einer Schaltung zu verbinden, der die elektrische Last mit elektrischer Energie versorgt. Im Fall einer Verpolspannung schließt die Zenerdiode den Generator kurz. Dies könnte diesen Generator beschädigen oder sogar zerstören.
Bei anderen Einrichtungen wurde befunden, dass sie die an eine elektrische Last zugeführte Spannung begrenzen, und sie umfassen unterschiedliche Typen elektronischer Komponenten, z. B. Wärmeableiter. Diese Komponenten basieren auf einer Energieableitung im Fall einer Überspannung oder Gegenspannung, die Wärme erzeugt und Energieverluste hervorruft,. Außerdem ist im Fall einer RBO eine gefährliche Spannung in der Schaltung vorhanden, die potenziell gefährlich ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese Erfindung zielt darauf ab, diese Probleme mit einer neuen Schaltung zu lösen, die eine elektrische Last wie z. B. einen Sensor einer Lageranordnung vor Gegenspannung und Überspannung schützt.
Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung eine Schaltung zum Schützen einer elektrischen Last, die von einem Spannungsgenerator versorgt wird, vor Gegenspannung und Überspannung, wobei diese Schaltung umfasst:

– einen ersten Schalter, der auf Basis eines ersten Spannungsunterschieds gesteuert wird, der einen Spannungsunterschied zwischen zwei Ausgangsanschlüssen des Spannungsgenerators repräsentiert, um eine erste elektrische Leitung wahlweise zu öffnen und zu schließen, die sich zwischen einem ersten Anschluss des Spannungsgenerators und einem ersten Anschluss der elektrischen Last erstreckt;
– einen zweiten Schalter, der auf Basis eines zweiten Spannungsunterschieds gesteuert wird, um eine zweite elektrische Leitung wahlweise zu öffnen und zu schließen, die sich zwischen einem zweiten Anschluss des Spannungsgenerators und einem zweiten Anschluss der elektrischen Last erstreckt;
– eine diskrete elektrische Komponente, die zwischen der ersten elektrischen Leitung und einer dritten elektrischen Leitung verbunden ist, die mit der zweiten elektrischen Leitung verbunden ist, wobei diese passive elektrische Komponente eingerichtet ist, einen Strom von der ersten elektrischen Leitung zu der dritten elektrischen Leitung zu blockieren, wenn der Spannungsunterschied zwischen den zwei Ausgangsanschlüssen des Spannungsgenerators unter einem vorab festgelegten Wert liegt, und dass sie ein Fließen von Strom von der ersten elektrischen Leitung zur dritten elektrischen Leitung ermöglicht, wenn der Spannungsunterschied über dem vorab festgelegten Wert liegt;
– einen dritten Schalter, der so gesteuert wird, dass er den zweiten Spannungsunterschied auf null bringt, wenn ein Strom durch die diskrete elektrische Komponente von der ersten elektrischen Leitung zur dritten elektrischen Leitung fließt.

Dank der Erfindung sind der erste und der zweite Schalter in der Lage, die erste elektrische Leitung bzw. die zweite elektrische Leitung im Fall einer Gegenspannung oder Überspannung zu öffnen. Anders ausgedrückt wird der Schutz durch die Tatsache erhalten, dass die Schaltung im Fall einer Gegenspannung oder Überspannung offen ist, so dass keine gefährliche Spannung zur elektrischen Last gelangen kann. Da der Schutz im Fall einer RBO durch Öffnen der Schaltung erhalten wird, erfolgt im Fall einer Überspannung oder Gegenspannung keine Energieableitung, wodurch Wärmeerzeugung und Energieverluste verhindert werden. Die Schaltung der Erfindung ist einfach zu konzipieren und zu bauen und somit kosteneffizient. Schließlich hat diese Schaltung einen niedrigen Ruhestrom, wenn die vom Spannungsgenerator zugeführte Spannung im korrekten Bereich liegt. Dieser Ruhe- oder Ableitstrom ist niedriger als 1 µAmp.
Gemäß weiteren Aspekten der Erfindung, die vorteilhaft, aber nicht zwingend sind, könnte die Schaltung eines oder mehrere der folgenden Merkmale in einer beliebigen technischen zulässigen Konfiguration aufweisen:

– Der erste Schalter ist ein für gewöhnlich offener MOS-Transistor, der so gesteuert wird, dass er durch eine negative Gate-Source-Spannung schließt.
– Der zweite Schalter ist ein für gewöhnlich offener MOS-Transistor, der so gesteuert wird, dass er durch eine positive Gate-Source-Spannung schließt.
– Der dritte Schalter ist ein bipolarer Transistor, dessen Basis mit der passiven elektrischen Einweg-Komponente verbunden ist.
– Der erste, der zweite und/oder der dritte Schalter ist ein spannungsbetriebenes Relais vom Magnet- oder Halbleitertyp.
– Die diskrete elektrische Komponente ist eine elektrische Einweg-Komponente, insbesondere eine Zenerdiode oder ein DIAC.
– Die Schaltung enthält einen ersten Widerstand auf einer elektrischen Leitung zwischen dem ersten Schalter und dem zweiten Anschluss des Spannungsgenerators, einen zweiten Widerstand auf der dritten elektrischen Leitung zwischen der diskreten elektrischen Komponente und dem dritten Schalter, wobei der Widerstand des ersten Widerstands zumindest das Fünffache, vorzugsweise zumindest das Zehnfache, des Widerstands des zweiten Widerstands ist.
– Die Schaltung enthält einen dritten Widerstand auf einer elektrischen Leitung, die sich zwischen dem ersten Anschluss der elektrischen Last und dem zweiten Schalter erstreckt.
– Der zweite Spannungsunterschied repräsentiert einen Spannungsunterschied zwischen dem ersten Anschluss der elektrischen Last und dem zweiten Anschluss des Spannungsgenerators.
– Die Schaltung enthält einen vierten Schalter, der auf Basis eines dritten Spannungsunterschieds gesteuert wird, um die dritte Leitung wahlweise zu öffnen und zu schließen, die sich zwischen der diskreten elektrischen Einweg-Komponente und dem dritten Schalter erstreckt.
– Der dritte Spannungsunterschied repräsentiert den Spannungsabfall über die elektrische Last.
– Der vierte Schalter ist ein für gewöhnlich offener MOS-Transistor, der so gesteuert wird, dass er durch eine positive Gate-Source-Spannung schließt.
– Die zweite elektrische Leitung ist geerdet.

Die Erfindung betrifft außerdem die Verwendung einer Schaltung, wie hier vorstehend erwähnt, zum Versorgen eines Drehsensors für ein instrumentiertes Lager. Eine solche Verwendung ist insofern sehr praktisch, da sie das effiziente Schützen eines Sensors ermöglicht, insbesondere wenn in einem Kraftfahrzeug, z. B. einem Zweirad, angebracht.
Schließlich betrifft die Erfindung eine Lageranordnung, die ein Lager mit einem drehenden Ring und einem nichtdrehenden Ring umfasst, wobei die Lageranordnung auch eine Kodiereinrichtung, die drehfest mit dem drehenden Ring verbunden ist, einen Sensor, der eingerichtet ist, dass er eine Drehung der Kodiereinrichtung um die Drehachse des drehenden Rings erfasst, und eine wie hier vorstehend erwähnte Schaltung umfasst, die den Sensor mit elektrischer Energie speist, die von einem Spannungsgenerator zugeführt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung geht aus der folgenden Beschreibung besser hervor, die in Zusammenschau mit den beiliegenden Figuren und als veranschaulichendes Beispiel angeführt ist, ohne dabei den Gegenstand der Erfindung einzuschränken. In den beiliegenden Figuren:
ist 1 ein elektrisches Schema einer Schaltung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
ist 2 eine axiale Schnittansicht einer Lageranordnung, die die Schaltung von 1 enthält, und
ist 3 ein elektrisches Schema ähnlich 1 für eine Schaltung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINIGER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die in 1 dargestellte Schaltung 2 ist so konzipiert, dass sie einerseits mit einem Gleichstromgenerator 100 und andererseits mit einer elektrischen Last 200 verbunden wird, die in 1 als Widerstand dargestellt ist und die ein Sensor einer instrumentierten Lageranordnung sein kann, wie in 2 dargestellt. In Bezug auf die Schaltung 2 wird die elektrische Last 200 als Widerstand angesehen. Die Schaltung 2 enthält eine erste elektrische Leitung L1, die sich zwischen einem ersten Anschluss 102 des Generators 100 und einem ersten Anschluss 202 der Last 200 erstreckt. Die Schaltung 2 enthält außerdem eine zweite elektrische Leitung L2, die sich zwischen einem zweiten Anschluss 104 des Generators 100 und einem zweiten Anschluss 204 der Last 200 erstreckt. Der Anschluss 102 ist der positive Anschluss des Generators 100. Die Leitung L2 ist in der Nähe des Anschlusses 104 geerdet, was impliziert, dass der Anschluss 104 als geerdet angesehen werden kann.
Ein erster MOS-Transistor 4 ist auf der Leitung L1 installiert, wobei dessen Drain D4 über eine erste Verzweigung L11 der Leitung L1 mit dem Anschluss 102 verbunden ist. Die Source S4 des MOS-Transistors 4 ist über eine zweite Verzweigung L12 der elektrischen Leitung L1 mit dem Anschluss 202 verbunden. Das Gate G4 des MOS-Transistors 4 ist über eine elektrische Leitung L3, die einen Widerstand 6 enthält, mit einem Punkt P2 der elektrischen Leitung L2 verbunden.
V4 bezeichnet die Steuerspannung des MOS-Transistors 4, d. h. den Spannungsunterschied zwischen der Spannung V_G4 am Gate G4 und der Spannung V_S4 an der Source S4.
Unter Berücksichtigung dessen, dass der Widerstand des Widerstands 6 bekannt ist, repräsentiert die Spannung V4 die Ausgangsspannung V100 des Generators 100.
Die Schaltung 2 enthält außerdem einen zweiten MOS-Transistor 8, der die elektrische Leitung 2 in eine erste Verzweigung 21, die sich zwischen dem Anschluss 204 und dem MOS-Transistor 8 erstreckt, und eine zweite Verzweigung L22 teilt, die sich zwischen dem MOS-Transistor 8 und dem Anschluss 104 erstreckt. Die Source S8 des MOS-Transistors 8 ist mit der Verzweigung L22 verbunden, dessen Drain D8 hingegen ist mit der Verzweigung L21 verbunden.
Eine elektrische Leitung L4 erstreckt sich zwischen einem Punkt P1 der Verzweigung L12 und dem Gate G8 des MOS-Transistors 8. Ein Widerstand 10 ist auf der Leitung L4 zwischen dem Punkt P1 und dem Gate G8 enthalten. Der Widerstand des Widerstands 10 ist geringer als der Widerstand der Last 200.
V8 bezeichnet die Steuerspannung des MOS-Transistors 8 und diese gleicht dem Unterschied zwischen der Spannung V_G8 am Gate G8 und der Spannung V_S8 an der Source S8.
Da der Widerstand des Widerstands 10 bekannt ist, repräsentiert die Spannung V8 die Spannung zwischen den Anschlüssen 202 und 104 und über die elektrische Last 200, wenn der MOS-Transistor geschlossen ist.
Der Punkt P2 gehört zur Verzweigung L22.
P’1 bezeichnet einen zweiten Punkt der Verzweigung L12, wobei sich dieser zweite Punkt zwischen der Source S4 und dem Punkt P1 befindet.
P3 bezeichnet einen Punkt der Leitung L3 zwischen dem Gate G4 und dem Widerstand 6.
Die Schaltung 2 enthält außerdem einen bipolaren Transistor 12, der durch eine elektrische Leitung L5 zwischen dem Punkt P3 und einem Punkt P’3 der elektrischen Leitung L3 verbunden ist, der sich zwischen dem Widerstand 6 und dem Punkt P2 befindet. Genauer gesagt ist die Basis B12 des Transistors 12 durch eine erste Verzweigung L51 der elektrischen Leitung L5 über einen Widerstand 14 mit dem Punkt P3 verbunden, der Emitter E12 des Transistors 12 hingegen ist über eine zweite Verzweigung L52 der elektrischen Leitung L5 mit dem Punkt P’3 der Leitung L3 verbunden. Die Punkte P2 und P’3 haben das gleiche elektrische Potenzial und die Leitung L5 verläuft parallel zur Leitung L3 zwischen den Punkten P3 und P’3.
Andererseits ist der Kollektor C12 des Transistors 12 mit einem Punkt P4 der elektrischen Leitung L4 verbunden, der sich zwischen dem Widerstand 10 und dem Gate G8 befindet.
Wenn kein Strom auf die Basis B12 angelegt wird, ist der Transistor 12 nicht polarisiert, so dass dessen Konnektor C12 und dessen Emitter E12 ein unterschiedliches elektrisches Potenzial haben können.
Eine Zenerdiode 16 ist zwischen dem Punkt P’1 und einem Punkt P’’1 verbunden, der sich in einer Teilverzweigung L511 der Verzweigung L51 befindet, definiert zwischen dem Punkt P3 und dem Widerstand 14. Die Zenerdiode 16 ist angebracht, um einen Stromfluss vom Punkt P’’1 zum Punkt P’1 nicht zu verhindern und einen Stromfluss vom Punkt P’1 zum Punkt P’’1 nicht zu blockieren, wenn der Spannungsunterschied zwischen den Punkten P’1 und P’’1 unter einem vorab festgelegten Wert liegt, der durch die Konstruktion der Zenerdiode 16 auf 5,6 V festgelegt ist.
Der MOS-Transistor 4 ist für gewöhnlich ein offener MOS-Transistor, der schließt, wenn die Spannung V4 negativ ist. Wenn der Generator 100 eine positive Spannung am Anschluss 102 zuführt, wobei hingegen der Anschluss 104 geerdet ist, ist die Spannung V4 somit negativ und schließt der MOS-Transistor 4 die elektrische Leitung L1 zwischen den Verzweigungen L11 und L12.
Wenn der Spannungsgenerator 100 eine negative Spannung am Anschluss 102 zuführt, d. h. im Fall einer Gegenspannung, wird die Spannung V4 positiv und öffnet der MOS-Transistor 4 die Leitung L1 zwischen den Verzweigungen L11 und L12. Dadurch wird die elektrische Last 200 vor Gegenspannung geschützt.
Der Transistor 8 ist ein für gewöhnlich offener MOS-Transistor, der so gesteuert wird, dass er schließt, wenn die Spannung V8 positiv ist. Unter normalen Arbeitsbedingungen des Generators V100 schließt der Transistor 4 die elektrische Leitung L1, so dass die Leitung L4 mit elektrischem Strom gespeist wird und das Potenzial am Gate G8 höher als das Potenzial an der Source S8 ist, das null ist, da die Verzweigung L22 geerdet ist. Somit ist die Spannung V8 positiv und schließt der MOS-Transistor 8 die elektrische Leitung L2 zwischen den Verzweigungen L21 und L22.
Die normale Ausgangsspannung V100 wird mit 5 Volt angedacht. Anders ausgedrückt soll die Schaltung 2 der elektrischen Last 200 einen Strom I₂ unter einer Spannung von 5 Volt zuführen.
Wenn eine Überspannung vom Generator 100 zugeführt wird, hält der MOS-Transistor 4 die elektrische Leitung L1 geschlossen, da die Steuerspannung V4 negativ bleibt.
Ein Beispiel: Der Wert der Ausgangsspannung V100 liegt um 2 Volt über deren Nominalwert, d. h. 7 Volt. In einem solchen Fall liegt die Spannung am Punkt P’1 über 5,6 Volt, so dass ein Strom I₅ zwischen den Punkten P’1 und P’’2 über die Zenerdiode 16 fließen kann.
Die jeweiligen Widerstandwerte der Widerstände 6 und 14 sind so gewählt, dass der Widerstand des Widerstands 6 zumindest das Fünffache, vorzugsweise das Zehnfache, des Widerstands des Widerstands 14 ist. Unter solchen Bedingungen fließt der Strom I₅ in der Verzweigung L51 durch den Widerstand 14 hin zur Basis B12 des Transistors 12.
Wenn der Strom I₅ wie oben erwähnt vom Punkt P’1 zur Basis B12 fließt, polarisiert der Transistor 12, wodurch die Spannung am Gate G8 und die Spannung am Punkt P2 angeglichen werden. Unter solchen Umständen wird die Steuerspannung V8 null und öffnet der MOS-Transistor 8 die Verbindung zwischen den Verzweigungen L21 und L22.
Anders ausgedrückt steuert der Transistor 12 den MOS-Transistor 8 im Fall einer vom Generator 100 zugeführten Überspannung derart, dass die Schaltung 2 zwischen den Anschlüssen 204 und 104 geöffnet wird. Dadurch wird die elektrische Last 200 vor Überspannung geschützt.
Somit ist die Schaltung 2 in der Lage, aufgrund des ersten MOS-Transistors 4 auf Gegenspannung zu reagieren und aufgrund des zweiten MOS-Transistors 8 und des bipolaren Transistors 12 auf Überspannung zu reagieren.
Da die Schaltung 2 in beiden Fällen von einem der MOS-Transistoren geöffnet wird, sammelt sich keine gefährliche Spannung in der Schaltung an und es muss keine Energieableitung erfolgen.
Die Schaltung 2 ist einfach zu konzipieren und herzustellen und somit kosteneffizient.
Andererseits ist der Ableit- oder Ruhestrom in der Schaltung 2 unter normalen Arbeitsbedingungen niedrig und beträgt für gewöhnlich weniger als 1 µAmp. Dies ist darauf zurückzuführen, dass nur einfache elektrische Komponenten auf den elektrischen Leitungen L1 bis L4 vorhanden sind.
Wie in 2 gezeigt, kann die Schaltung 2 zwischen einem durch einen Satz 100 von Batterien gebildeten Spannungsgenerator verwendet werden, um einen Sensor 200 einer Lageranordnung A zu speisen.
Die in 2 dargestellte Lageranordnung A ist so ausgelegt, dass sie auf einem Kraftfahrzeug wie einem Motorrad angebracht wird. Die Anordnung A umfasst eine Welle 302, die so ausgelegt ist, dass sie auf einer nichtdargestellten Gabel eines Motorrades befestigt wird, und eine Nabe 304, die so ausgelegt ist, dass sie mit einem nichtdargestellten Reifen des Motorrads drehfest verbunden wird, so dass sich die Nabe 304 in Bezug auf die Welle 302 um eine Längsachse XX’ der Welle 302 dreht.
Eine Drehung der Nabe 304 in Bezug auf die Welle 302 wird von einem Wälzlager 306 ermöglicht, das einen inneren Ring 308 und einen äußeren Ring 310 und mehrere Wälzelemente wie Kugeln 312 umfasst. Der innere Ring 308 ist an der Welle 302 befestigt, der äußere Ring 310 hingegen ist mit der Nabe 304 drehfest verbunden. Gemäß alternativen Ausführungsformen der Erfindung kann das Lager 306 durch einen anderen Typ von Wälzlager wie ein Nadellager oder ein Rollenlager oder durch ein Gleitlager ersetzt werden.
Die Lageranordnung A ist mit einer Sensoreinheit 314 ausgestattet, die so ausgelegt ist, dass sie die Winkelposition der Nabe 304 in Bezug auf die Achse XX’ erfasst oder abtastet. Die Sensoreinheit 314 enthält eine Kodiereinrichtung 316, die mit dem äußeren Ring 310 drehfest verbunden ist. Tatsächlich ist die Kodiereinrichtung 316 innerhalb einer äußeren Nut 3102 des äußeren Rings 310 angeklammert. Andere Wege zum Anbringen der Kodiereinrichtung 316 am Ring 310 können in Betracht gezogen werden.
Der Sensor 200 gehört ebenfalls zur Sensoreinheit 314 und ist so ausgelegt, dass er die Winkelposition der Kodiereinrichtung 316 entlang einer Richtung parallel zu einer Achse X–X’ ausliest. Die Sensoreinheit 314 kann eines beliebigen Typs sein. Beispielsweise kann die Kodiereinrichtung 316 mit Permanentmagneten versehen sein und kann der Sensor 200 eine oder mehrere Reed-Zellen enthalten. Der Sensor 200 kann außerdem eine Kodierscheibe in einer Richtung radial zur Achse X–X’ auslesen.
Aufgrund der Schaltung 2 sind der Sensor 200 und die Sensoreinheit 314 vor Gegenspannung und Überspannung geschützt.
Bei der Ausführungsform von 3 weisen Elemente, die jenen der ersten Ausführungsform ähneln, die gleichen Bezugszeichen auf und arbeiten auf die gleiche Weise.
Im Folgenden sind nur die Unterschiede zwischen der Ausführungsform von 3 und jener von 1 und 2 angeführt.
Bei der Ausführungsform von 3 ist ein zusätzlicher MOS-Transistor 18 in der Verzweigung L51 der fünften elektrischen Leitung L₅ zwischen dem Widerstand 14 und dem bipolaren Transistor 12 enthalten. Somit ist die Verzweigung 51 in eine erste Teilverzweigung L511 zwischen einem Punkt P3 und dem Widerstand 14, eine zweite Teilverzweigung L512 zwischen dem Widerstand 14 und dem MOS-Transistor 18 und eine dritte Teilverzweigung L513 zwischen dem MOS-Transistor 18 und dem bipolaren Transistor 12 geteilt.
Die Source S18 des MOS-Transistors 18 ist über die Teilverzweigung L512 mit dem Widerstand 14 verbunden. Der Drain D18 des MOS-Transistors 18 ist über die Teilverzweigung L513 mit der Basis B12 des Transistors 12 verbunden. Schließlich ist das Gate G18 des MOS-Transistors 18 über eine sechste Verbindungsleitung L6 mit einem Punkt P’2 der Verzweigung L21 verbunden, der sich zwischen dem Anschluss 204 und dem MOS-Transistor 8 befindet.
Der MOS-Transistor 18 ist von der gleichen Art wie der MOS-Transistor 8, das heißt ein für gewöhnlich offener Transistor, der so gesteuert wird, dass er durch eine positive Gate-Source-Spannung V18 schließt, die dem Unterschied zwischen der Spannung V_G18 am Gate G18 und der Spannung V_S18 an der Source 18 gleicht.
Die Spannung V_G18 am Gate G18 gleicht der Spannung am Anschluss 204. Andererseits hängt die Spannung V_G18 an der Source S18 von der Spannung am Punkt P’1 ab, die der Spannung am Anschluss 202 gleicht. Somit repräsentiert der Spannungsunterschied V18 den Spannungsunterschied zwischen dem Anschluss 202 und 204, das heißt den Spannungsabfall über die elektrische Last 200.
Unter normalen Arbeitsbedingungen der Schaltung 2 schließen die MOS-Transistoren 4 und 8 die erste bzw. die zweite elektrische Leitung L1 und L2, wie bei der ersten Ausführungsform.
Im Fall einer Gegenspannung arbeitet der erste MOS-Transistor 4 wie bei der ersten Ausführungsform.
Wie bei der ersten Ausführungsform beträgt die vom Generator 100 zugeführte Nominalspannung V100 5 Volt.
Die Sperrspannung oder Zenerspannung der Zenerdiode 16 ist auf 5,6 Volt eingestellt. Andererseits kommt es zu einem Spannungsabfall durch eine Diode Z18, die zum MOS-Transistor 18 gehört und so ausgerichtet ist, dass sie einen elektrischen Strom von der Source S18 zum Drain D18 leitet, wenn der MOS-Transistor 18 offen ist. Der Spannungsabfall durch die Zenerdiode Z18 gleicht 0,6 Volt.
Wenn die Ausgangsspannung V100 des Generators 100 über ihren normalen Wert steigt, fließt kein Strom in Sperrrichtung durch die Diode Z18, solange die Spannung am Punkt P’1 niedriger als 6,2 Volt ist. Um durch die Zenerdiode 16 zu fließen, muss ein Strom tatsächlich derart sein, dass der Spannungsunterschied über die Zenerdiode 16 höher als 5,6 Volt ist. Berücksichtigt man, dass der Spannungsabfall durch den Widerstand 14 vernachlässigbar ist, bedeutet dies, dass die Spannung am Punkt P’’1 und in der Teilverzweigung L512 angesichts des Spannungsabfalls in der Diode Z18 höher als 0,6 Volt sein muss. Somit muss die Spannung am Punkt P’1 höher als 5,6 + 0,6 = 6,2 Volt sein.
Ist dies der Fall, beginnt der Strom I₅ in Sperrrichtung durch die Diode 16 zu fließen. Der Strom I₅ fließt von der Zenerdiode 16 über die Diode Z18 des MOS-Transistors 18 zum bipolaren Transistor 12. Da ein gewisser Strom I₅ in der Verzweigung L51, insbesondere in der Teilverzweigung L513, fließt, polarisiert der Transistor 12, wie in der ersten Ausführungsform. Wie bei der ersten Ausführungsform ist die Folge, dass der MOS-Transistor 8 öffnet.
Der Punkt P’2 ist für gewöhnlich über die Leitung L2 und den MOS-Transistor 8 geerdet. Wenn der MOS-Transistor 8 öffnet, wird der Punkt P’2, der die gleiche Spannung wie der Anschluss 204 aufweist, gegenüber der Erdung isoliert und nimmt eine geringfügig positive Spannung an, die unter anderem vom Widerstand der Last 200 abhängt. Diese positive Spannung des Punkts P’2 wird durch die elektrische Leitung L6 zum Gate G18 übertragen. Unter solchen Umständen wird die Steuerspannung V18 positiv und schließt der MOS-Transistor 18, so dass der elektrische Strom I₅ direkt vom Widerstand 14 zur Basis B12 fließt, ohne dabei die Diode Z18 zu durchlaufen.
Diese Situation ist insoweit stabil, als dass der Strom I₅ so lange in der elektrische Leitung L5 fließt, solange die Spannung am Punkt P’1 über 5,6 Volt bleibt, das heißt dem Wert der Sperr- oder Zenerspannung der Diode 16. Tatsächlich ist der Spannungsabfall durch die Zenerdiode Z18 nicht mehr relevant, da der Strom I₅ diese Diode nicht durchläuft, wenn der MOS-Transistor 18 geschlossen ist.
Dies induziert eine Hysterese für das Schalten der Schaltung 2 von der normalen Konfiguration, in der die MOS-Transistoren 4 und 8 geschlossen sind und der MOS-Transistor 18 offen ist, in die Überspannungskonfiguration, in der die MOS-Transistoren 4 und 18 geschlossen sind, der MOS-Transistor 8 hingegen offen ist.
Die Spannung am Punkt P’1 muss über 6,2 Volt liegen, um von der normalen Konfiguration in die Überspannungskonfiguration zu schalten, und die Schaltung 2 bleibt so lange in der Überspannungskonfiguration, solange die Spannung am Punkt P’1 über 5,6 Volt bleibt.
Bei den Ausführungsformen der 1 und 3 kann die Zenerdiode 16 durch einen DIAC oder eine andere passive Einweg-Komponente ersetzt werden.
Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung können die MOS-Transistoren 4, 8 und ggf. 18 durch einen beliebigen anderen Schaltertyp ersetzt werden, z. B. ein elektrisches Relais oder einen IGBT, d. h. ein Relais vom Magnet- oder Halbleitertyp, wobei in einem solchen Fall jedoch eine weitere Diode erforderlich ist, um die Funktion der Diode der MOS-Transistoren zu ersetzen.
Die Lageranordnung von 2 kann in einer beliebigen Art von Fahrzeug und sogar bei einem beliebigen anderen Typ von Installation verwendet werden, bei dem eine elektrische Last mit elektrischer Energie gespeist werden muss.
Die Merkmale der hier vorstehend berücksichtigten Ausführungsformen und Varianten können kombiniert werden.

Claims

Schaltung (2) zum Schützen einer elektrischen Last (200), die von einem Spannungsgenerator (100) versorgt wird, vor Gegenspannung und Überspannung, wobei diese Schaltung umfasst: – einen ersten Schalter (4), der auf Basis eines ersten Spannungsunterschieds (V4) gesteuert wird, der einen Spannungsunterschied (V100) zwischen zwei Ausgangsanschlüssen (102, 104) des Spannungsgenerators repräsentiert, um eine erste elektrische Leitung (L1) wahlweise zu öffnen und zu schließen, die sich zwischen einem ersten Anschluss (102) des Spannungsgenerators und einem ersten Anschluss (202) der elektrischen Last erstreckt, – einen zweiten Schalter (8), der auf Basis eines zweiten Spannungsunterschieds (V8) gesteuert wird, um eine zweite elektrische Leitung (L2) wahlweise zu öffnen und zu schließen, die sich zwischen einem zweiten Anschluss (104) des Spannungsgenerators und einem zweiten Anschluss (204) der elektrischen Last erstreckt, – eine diskrete elektrische Komponente (16), die zwischen der ersten elektrischen Leitung (L1) und einer dritten elektrischen Leitung (L5) verbunden ist, die mit der zweiten elektrischen Leitung (L2) verbunden ist, wobei diese passive elektrische Komponente so eingerichtet ist, einen Strom (I₅) zu blockieren, der von der ersten elektrischen Leitung (L1) zur dritten elektrischen Leitung (L5) fließt, wenn der Spannungsunterschied (V100) zwischen den zwei Ausgangsanschlüssen des Spannungsgenerators unter einem vorab festgelegten Wert liegt, und dass sie ein Fließen dieses Stroms (I₅) von der ersten elektrischen Leitung (L1) zur dritten elektrischen Leitung (L5) ermöglicht, wenn der Spannungsunterschied über dem vorab festgelegten Wert liegt, – einen dritten Schalter (12), der so gesteuert wird, dass er den zweiten Spannungsunterschied (V8) auf null bringt, wenn ein Strom (I₅) durch die diskrete elektrische Komponente von der ersten elektrischen Leitung zur dritten elektrischen Leitung fließt.
Schaltung nach Anspruch 1, wobei der erste Schalter ein für gewöhnlich offener MOS-Transistor (4) ist, der so gesteuert wird, dass er durch eine negative Gate-Source-Spannung (V4) schließt.
Schaltung nach einem vorstehenden Anspruch, wobei der zweite Schalter ein für gewöhnlich offener MOS-Transistor (8) ist, der so gesteuert wird, dass er durch eine positive Gate-Source-Spannung (V8) schließt.
Schaltung nach einem vorstehenden Anspruch, wobei der dritte Schalter ein bipolarer Transistor (12) ist, dessen Basis (B12) mit der passiven elektrischen Einweg-Komponente (16) verbunden ist.
Schaltung nach Anspruch 1, wobei der erste, der zweite und/oder der dritte Schalter ein spannungsbetriebenes Relais vom Magnet- oder Halbleitertyp ist.
Schaltung nach einem vorstehenden Anspruch, wobei die diskrete elektrische Komponente eine Einweg-Komponente ist, insbesondere eine Zenerdiode (16) oder ein DIAC.
Schaltung nach einem vorstehenden Anspruch, wobei sie enthält: – einen ersten Widerstand (6) auf einer elektrischen Leitung (L3) zwischen dem ersten Schalter (4) und dem zweiten Anschluss (104) des Schaltungsgenerators (100), – einen zweiten Widerstand (14) auf der dritten elektrischen Leitung (L5) zwischen der diskreten elektrischen Komponente (16) und dem dritten Schalter (12), und wobei der Widerstand des ersten Widerstands (6) zumindest das Fünffache, vorzugsweise zumindest das Zehnfache, des Widerstands des zweiten Widerstands (14) ist.
Schaltung nach einem vorstehenden Anspruch, wobei sie einen dritten Widerstand (10) auf einer elektrischen Leitung (L4) enthält, die sich zwischen dem ersten Anschluss (202) der elektrischen Last (200) und dem zweiten Schalter (8) erstreckt.
Schaltung nach einem vorstehenden Anspruch, wobei der zweite Spannungsunterschied (V8) einen Spannungsunterschied zwischen dem ersten Anschluss (202) der elektrischen Last (200) und dem zweiten Anschluss (104) des Spannungsgenerators (100) repräsentiert.
Schaltung nach einem vorstehenden Anspruch, wobei sie einen vierten Schalter (18) enthält, der auf Basis eines dritten Spannungsunterschieds (V18) gesteuert wird, um die dritte Leitung (L51) wahlweise zu öffnen und zu schließen, die sich zwischen der diskreten elektrischen Einweg-Komponente (16) und dem dritten Schalter (12) erstreckt.
Schaltung nach Anspruch 10, wobei der dritte Spannungsunterschied (V18) für den Spannungsabfall über die elektrische Last (200) repräsentativ ist.
Spannung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei der vierte Schalter ein für gewöhnlich offener MOS-Transistor (18) ist, der so gesteuert wird, dass er durch eine positive Gate-Source-Spannung (V18) schließt.
Schaltung nach einem vorstehenden Anspruch, wobei die zweite elektrische Leitung (L2) geerdet ist.
Verwendung einer Schaltung (2) nach einem vorstehenden Anspruch, um einen Drehsensor (200) für ein instrumentiertes Lager (306) zu versorgen.
Lageranordnung (A), die umfasst: – ein Lager (306) mit einem drehenden Ring (310) und einem nichtdrehenden Ring (308), – eine Kodiereinrichtung (316), die drehfest mit dem drehenden Ring verbunden ist, und – einen Sensor (200), der so ausgelegt ist, dass er eine Drehung der Kodiereinrichtung um eine Drehachse (X–X') des drehenden Rings erfasst, wobei diese Anordnung (A) eine Schaltung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 enthält, wobei diese Schaltung den Sensor (200) mit elektrischer Energie speist, die von einem Spannungsgenerator (100) zugeführt wird.