DE19503809A1 - Sicherungsvorrichtung für eine Stromleitung in Fahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 41 10 240 C be­ kannt. Sensor, Auswerteschaltung und Trennmittel sind räumlich voneinander getrennt. Der Sensor befindet sich über ein freies Stück der Stromleitung getrennt vom Trennmittel. Zwischen dem Sensor und der Auswerteschal­ tung einerseits und dieser und dem Trennmittel anderer­ seits befinden sich jeweils separate Leitungen. Der Auf­ bau der bekannten Sicherungsvorrichtung ist daher aufwen­ dig und besonders störanfällig, was sich gerade in dem besonders kritischen Fall eines Unfalls nachteilig be­ merkbar machen kann. Die Verbindungsleitungen zwischen Sensor bzw. Trennmittel und Auswerteschaltung sind der Gefahr einer Beschädigung bzw. Zerstörung ausgesetzt. Dies kann zu einer Unwirksamkeit der bekannten Siche­ rungsvorrichtung gerade in dem angesprochenen kritischen Fall führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Siche­ rungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich durch einen einfachen Ausbau bei hoher Wirksam­ keit auszeichnet.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnen­ den Merkmale des Patentanspruchs 1.

Durch den kompakten Aufbau der Sicherungsvorrichtung be­ steht einerseits eine Zerstörungsgefahr insbesondere bei einem Unfall nicht. Gleichzeitig ergibt sich durch die Bauweise eine deutliche Verringerung wenn nicht sogar der vollständige Ausschluß von Funktionsstörungen auch und gerade bei einem Unfallgeschehen. Die Anordnung der Si­ cherungsvorrichtung ist an beliebiger Stelle, bei­ spielsweise unmittelbar hinter oder integriert mit dem Batteriepluspol einer Fahrzeugbatterie oder aber auch un­ mittelbar hinter oder integriert mit einem Batteriestütz­ punkt möglich. Die kompakte Bauweise der Sicherungsvor­ richtung wirkt sich auch auf der Kostenseite aus. Gegen­ über der bekannten Sicherungsvorrichtung ergeben sich deutliche Kostenvorteile, die es ermöglichen, die Siche­ rungsvorrichtung auch mehrfach in einer Stromleitung zur Überwachung beispielsweise mehrerer besonders gefährdeter Leitungsabschnitte anzuordnen.

In den weiteren Patentansprüchen sind vorteilhafte Ausge­ staltungen der Erfindung beschrieben. Sie zeichnen sich aus im Falle des Patentanspruchs

• 2. durch die weitere Verringerung des Leitungsaufwands
• 3. durch die Möglichkeit, nach dem Wirksamwerden des Trennmittels die Sicherungsvorrichtung auszutauschen, ohne hierfür umfangreiche Reparaturmaßnahmen an der Stromleitung vorzunehmen
• 4. durch die Möglichkeit, diese Reparatur besonders zeit- und kostengünstig durchzuführen
• 5. den gesamten konstruktiven Aufbau und damit den Fer­ tigungsaufwand weiter zu verringern
• 6. durch die Mehrfachverwendung des Stromsensors eine weitere Kostenreduktion zu erzielen
• 7. eine weitere Möglichkeit die Sicherungsvorrichtung ohne großen Aufwand auszutauschen
• 8. durch die Möglichkeit, bei einer betriebsbedingt ho­ hen Strombelastung das Wirksamwerden des Trennmittels zu verhindern (typischerweise bei Anlassen einer Brennkraftmaschine)
• 9. durch die Möglichkeit, die Auslöseschwelle für das Trennmittel den unterschiedlichen Strombelastungen der Stromleitung anzupassen.

Letzteres bietet vielfältige Möglichkeiten. So ist es nicht nur möglich, rasch aufeinanderfolgende Belastungsschwankungen zu berücksichtigen und die Auslö­ seschwelle für das Trennmittel rasch zu verändern. Es be­ steht auch die Möglichkeit, von Fahrzeug zu Fahrzeug ver­ schiedene betriebsbedingte Strombelastungen zu berück­ sichtigen, die beispielsweise durch die Verwendung unter­ schiedlicher elektrischer Verbraucher bedingt sind. Auch besteht die Möglichkeit, eine Änderung der Strombelas­ tung, wie sie im Langzeitbetrieb durch sich langsam än­ dernde elektrische Eigenschaften verschiedener elektri­ scher Verbraucher ergeben, zu berücksichtigen. Eine der­ artige Erscheinung ist mit einer Langzeitdrift zu ver­ gleichen und kann beispielsweise durch Differenzierung der Stromänderungen, beispielsweise auch oder gerade bei definierten Belastungen der Stromleitung erkannt werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 ein Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Sicherungsvorrichtung

Fig. 2 eine Einzelheit von Fig. 1.

Fig. 3-7 konstruktive Ausgestaltungen der Sicherungs­ vorrichtung von Fig. 1 und 2.

Fig. 8 eine weitere konstruktive Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sicherungsvorrichtung.

Fig. 9 eine konstruktive Ausgestaltung einer Batte­ rieklemme mit integrierter Sicherungsvorrich­ tung

Fig. 10 ein Diagramm zur weiteren Erläuterung der Er­ findung.

Fig. 1 zeigt den Einsatz der erfindungsgemäßen Sicherungs­ vorrichtung in einem Kraftfahrzeug. Dabei ist eine Batte­ rie 1, eine mit dem Pluspol verbundene Batterieleitung 2, ein Batteriestützpunkt 3 sowie schematisch ein Motor­ kabelbaum 4 dargestellt, der von der Leitung 2 ausgehend über Neben- und Unterleitungen zu nicht dargestellten elektrischen Verbrauchern führt, die auch durch eine schematische Schalteinrichtung 5 gemeinsam oder individu­ ell zu- bzw. abschaltbar sind.

Unmittelbar hinter dem Stützpunkt 3 befindet sich eine Sicherungsvorrichtung 6, die aus einem Stromstärke-Sensor 7 mit nachgeschaltetem Schwellwertschalter 8, einem Ver­ stärker 9 sowie einer Sprengkapsel 10 besteht, die auf ein schematisch dargestelltes Trennmittel 11 wirkt. Die gesamte, schematisch aus den Teilen Elektronik E, Pyrotechnik P und Auslösemechanik A bestehende Vorrich­ tung ist in einem Gehäuse 12 angeordnet, in dem auch ein Abschnitt der Leitung 2 verläuft. Von dieser gehen sche­ matisch dargestellt auch Versorgungsleitungen 13 und 13′ für den Schwellwertschalter 8 und Verstärker 9 ab. Der konstruktive Aufbau des Sensors 7 sowie weitere elektro­ nische Einzelheiten sind in Fig. 2 gezeigt. Der Sensor 7 besteht im wesentlichen aus einem Hallelement 14, das in einem Eisenring 15 sitzt. Dieser umgibt die Leitung 2 und ist demgegenüber durch eine Schicht 16 elektrisch iso­ liert. Das Hallelement 14 ist über einen Verstärker auf einen Eingang des Schwellwertschalters 8 geführt, der einen weiteren Eingang für die Einstellung der Auslöse­ schwelle besitzt.

Der Ausgang des Schwellwertschalters 8 steuert einen Ver­ stärker 9, in dessen Stromkreis die Sprengkapsel 10 sitzt. Bei dieser handelt es sich beispielsweise um eine an sich bekannte Zündpille, wie sie üblicherweise bei ei­ nem Gurtstraffer verwendet ist.

Zwar ist in Fig. 2 nur eine starre Auslöseschwelle für den Schwellwertschalter 8 dargestellt. Anstelle des hier­ für vorgesehenen elektrischen Widerstands 17 konstanten Werts kann dieser auch dynamisch verändert sein, um bei­ spielsweise bei einer betriebsbedingt hohen Strombela­ stung, beispielsweise beim Anlassen einer nicht darge­ stellten Brennkraftmaschine ein Zünden der Sprengkapsel 10 zu verhindern. Wie bereits beschrieben, kann diese Einstellung auch vorgenommen werden, um unterschiedliche betriebsbedingte Strombelastungen und/oder vom individuellen Fahrzeug abhängige unterschiedliche Strom­ belastungen und/oder von der Betriebsdauer oder anderen Einflußfaktoren, wie beispielsweise auch Betriebstempera­ turen abhängige betriebsbedingte Änderungen der Strombe­ lastung für die Leitung 2 zu berücksichtigen und die Sprengkapsel 10 nur dann zu zünden, wenn dies aufgrund einer untypisch hohen Strombelastung auf der Leitung 2 erforderlich ist.

In den Fig. 3 bis 7 sind weitere konstruktive Einzel­ heiten der Vorrichtung gezeigt.

In Fig. 3 ist eine Ausführungsform für das Gehäuse dargestellt, in dem die Umfänge Elektronik, Pyrotechnik und Auslösemechanik integriert sind. Das Trennmittel ist als Kabelschneide 18 ausgebildet und über einen Luftkanal 19 mit der Sprengkapsel 10 verbunden. Gummilip­ pen 20 halten das Trennmittel 18 an der Lei­ tung 2.

Fig. 4 zeigt Ausführungsformen für das Gehäuse. Die beiden dargestellten Möglichkeiten besitzen jeweils einen Deckel 21 bzw. 21′ der schwenk­ bar bzw. steckbar auf einem Grundkörper 22 aufsetzbar ist.

Die Ausführungsformen der Fig. 5 und 6 zeigen inner­ halb des Gehäuses 22′ jeweils eine Zwischenleitung 23, die beidseitig mit der Leitung 2 elektrisch verbunden ist. Die Leitung 2 ist mit der Zwischenleitung lösbar verbunden und ermöglicht es, im Bedarfsfall ohne aufwen­ dige Reparaturen der Leitung 2 lediglich die Sicherungsvorrichtung auszutauschen. Bei Fig. 6 wird kein Trennmesser eingesetzt, sondern die durch die Zündpille erzeugte Kraft wirkt über den Luftkanal 19 unmittelbar auf eine Stecker, der im Auslösefall aus dem Gehäuse 22′ ausgedrückt wird.

Fig. 7 zeigt die Möglichkeit, daß über eine entsprechende Verästelung der Luftkanäle 19 und 19′ mehrere Leitungen gleichzeitig von Trennmitteln 18 und 18′ getrennt werden, oder wie hier nicht dargestellt, die Kraft der Zündpille 10 unmittelbar auf mehrere Stecker gleichzeitig wirkt und diese aus einem Gehäuse ausdrückt.

Im weiteren wird die Möglichkeit dargestellt, einen Sum­ menstrom 24 bestehend aus I_ges = I₁ + I₂ + . . . I_n zu messen und als Auslösekriterium zu verwenden.

Das in Fig. 8 gezeigte Konstruktionsprinzip zeigt ein aus mehreren Teilen 30, 31 und 32 bestehendes Gehäuse, in dem mehrere Stromleitungen 33 und 34 parallel verlaufen. Die Sprengkapsel 35 wirkt auf einen Ausdrückbolzen 36 der mit dem Gehäuseteil 32 verbunden ist und der im Ruhezustand in einer Druckkammer 37 im Gehäuseteil 31 sitzt. Ein Stromstärkesensor 38 ist mit einer Auswerteschaltung 39 verbunden und den Stromleitungen 33 und 34 zugeordnet. Er mißt den Summenstrom. Übersteigt dieser einen Schwell­ wert, so wird über einen nachgeschalteten Schwellwert­ schalter (hier nicht dargestellt) die Sprengkapsel 35 ge­ zündet.

Die Stromversorgung der Auswerteschaltung 39 erfolgt über einer der beiden Stromleitungen 33 oder 34. Der Massean­ schluß ist als weiterer Steckkontakt 40 mit der Auswerte­ schaltung 39 verbunden. Die Gehäuseteile 30 und 31 einer­ seits und 31 und 32 andererseits sind über nicht im ein­ zelnen bezeichnete Steckkontakte miteinander verbunden.

Wird die Sprengkapsel 35 gezündet, so erzeugt das frei­ werdende Gas in der Druckkammer 37 eine entsprechende Kraft und der Ausdrückbolzen 36 wird zusammen mit dem Ge­ häuseteil 32 aus dem Gehäuseteil 31 gedrückt. Die Strom­ leitungen 33 und 34 sind unterbrochen.

Im Reparaturfall ist es ohne weiteres möglich, durch Lö­ sen der Steckkontakte das Gehäuseteil 31 zu demontieren und durch ein entsprechendes Teil zu ersetzen. Durch schließende Steckkontakte werden die unterbrochenen Stromleitungen 33 bzw. 34 wieder geschlossen. Der hier zu erforderliche Aufwand ist erkennbar gering.

In Fig. 9 wird eine Batterieklemme gezeigt, in der die Pyrotechnik mit der bereits beschriebenen Strommessung und Auslösesteuerung für die Pyrotechnik integriert ist.

Dabei wird die Elektronik (Platine) 50 idealerweise un­ mittelbar oder über separate Verbindungsleitungen 52 mit der Zündpille/Gasgenerator 51 verbunden und in einem mit der Klemme 54 unmittelbar verbundenen Formteil 53 (Werkstoff: Messing oder Werkstoffe mit ähnlichen elek­ trischen/mechanischen Eigenschaften) angeordnet. Der An­ schluß der Leitung 55 erfolgt über einen entsprechend ausgebildeten Stecker 56 der z. B. mittels Preßpassung 57 mit dem Teil 53 verbunden ist. Im Bereich der Einsteck­ öffnung des Teils 53 ist in das Teil 53 isoliert ein Fer­ ritkern 58 mit Hallelement (nicht dargestellt) zur Strom­ erfassung integriert. Das Hallelement ist über entspre­ chende Kontaktschienen oder Leitungen 59 mit der Elektro­ nik 50 verbunden.

Im vorderen Bereich des Steckers 56 ist ein nicht leiten­ des Kunststoffteil 60 angebracht, das sich im Zustand der Auslösung mit dem Stecker 56 aus dem Teil 53 löst und da­ bei fest mit dem Stecker 56 in Verbindung bleibt. Bei ei­ nem Zurückfedern des Steckers 56 wird eine unbeabsich­ tigte Kontaktierung mit der Klemme 54 bzw. Formteil 53 auf diese Weise verhindert.

Eine Kunststoffumspritzung 61 des Teils 53 unterstützt diese Maßnahme zusätzlich.

Wird die Zündpille/Gasmotor 51 aktiviert, so erzeugt das freiwerdende Gas in Vorvolumen 62, das zwischen Zündpille 51 und Stecker 56 vorgesehen ist, eine entsprechende Kraft und der Stecker 56 wird aus dem mit der Klemme 54 einstückig verbundenen, elektrisch leitenden Formteil 53 gedrückt. Die Stromleitung 55 ist unterbrochen.

Die Spannungsversorgung für die Elektronik erfolgt Plus­ seitig direkt von der Klemme; Masse wird über einen eige­ nen Anschluß 63 zugeführt.

Die elektrische Kontaktierung des Steckers 56 mit dem er­ weiterten Batterieklemmenbauteil 53 erfolgt vorzugsweise im Bereich 64 der hier dargestellten Preßpassung.

Fig. 10 zeigt einen möglichen Auslösealgorithmus für den Fall, das es sinnvoll ist, den Startstrom bei Inbetrieb­ nahme des Fahrzeugs auszublenden und die Sicherungs­ überwachung (Strommessung) erst nach erfolgtem Motorstart zu aktivieren.

Um während des Startvorganges nicht fälschlicherweise den Startstrom als Auslösekriterium zu verwenden, kann über die KL50-Erkennung die Meßtechnik während des Startvor­ ganges ausgeschalten werden. Diese Möglichkeit hat den Nachteil, daß ein KL50-Signal vom Motorraum bis u. U. in den Kofferraum verkabelt werden muß.

Eine weitere Alternative ist die Festlegung einer Trig­ gerschwelle, die den Meßvorgang aktiviert, d. h. die Aus­ lösesteuerung nach dem Start schärft.

Gezeigt wird diese Vorgehensweise in der Fig. 10. Beim Startvorgang fließt ein Strom der über einer in der Elek­ tronik eingestellten Schwelle 65 liegt. Wird diese über­ schritten (66) und anschließend unterschritten (67) und ist der darauf folgende Stromfluß (68) verschieden von Null ist der Startvorgang (69) beendet und die Auslö­ sesteuerung (70) aktiviert. (Die Stromrichtung spielt da­ bei keine Rolle).

Wird ein Startvorgang (71) abgebrochen ist auf der Lei­ tung zu Starter augenblicklich kein Stromfluß (72) mehr feststellbar, die Auslösesteuerung (73) wird in diesem Falle gesperrt.

Im Betriebsfalle (74) des Fahrzeugs fließt dagegen stän­ dig ein Strom vom Generator in die Batterie und/oder ins Bordnetz. Dieser Strom wird deutlich unterschiedlich zu Null sein. Nach Abstellen des Fahrzeugs (75) wird der Stromfluß auf der Leitung zwischen Batterie und Star­ ter/Generator zu Null werden. Diesen Vorgang erkennt die Elektronik über eine Min.-schwelle (76) und schaltet die Stromerfassung während des Fahrzeugstillstandes 77 ab.

Claims (10)

1. Sicherungsvorrichtung für eine Stromleitung in Fahr­ zeugen, mit einem Stromstärke-Sensor mit nachgeschal­ teter Auswerteschaltung und mit einem Trennmittel für die Stromleitung bei einer über einem Grenzwert lie­ gender Stromstärke, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor, die Auswerteschaltung und das Trennmittel in einem Gehäuse angeordnet sind, in dem auch ein Ab­ schnitt der Stromleitung verläuft.

2. Sicherungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Auswerteschaltung über die Stromleitung mit Betriebsspannung versorgt ist.

3. Sicherungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromleitung beidseitig reversibel vom Gehäuse lösbar ist.

4. Sicherungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Gehäuse zweigeteilt ist und daß die beiden Gehäuseteile durch das Trennmittel vonein­ ander lösbar sind.

5. Sicherungsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse mehrere Stromleitung verlaufen, die gleichzeitig durch das Trennmittel voneinander lösbar sind.

6. Sicherungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Stromsensor gleichzeitig den Strom in den Stromleitungen mißt und der Grenzwert auf die in einer der oder über alle Stromleitungen liegenden Stromstärke bezogen ist.

7. Sicherungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromleitung beidseitig mit einer Zwischenleitung elektrisch verbunden ist, auf die das Trennmittel wirkt.

8. Sicherungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswerteschaltung zusätzlich ein Blockiersignal zugeführt ist.

9. Sicherungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzwert an betriebsbedingt veränderliche Stromstärkewerte der Stromleitung anpaßbar ist.

10. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Gehäuse unmittelbar in eine Batterieklemme integriert ist.