DE19741828A1 - Elektrischer Sicherheitsschalter für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Sicherheitsschalter für Kraftfahrzeuge, bei welchem der Pluspol der Fahrzeugbatterie über einen Sicherungseinsatz mit dem Bordnetz verbunden ist und der Minuspol über eine Kurzschluß-Betätigungseinrichtung mit dem am Bordnetz liegenden Anschluß des Sicherungseinsatzes verbunden ist, wobei die Kurzschluß-Betätigungseinrichtung bei einem Unfall des Fahrzeuges mittels eines am Steueranschluß der Kurzschluß-Betätigungsein­ richtung angeschlossenen Informationsgebers das Kurzschließen der Batterieanschlüsse verursacht.

Bei einem Unfall eines Kraftfahrzeuges kommt es häufig zum Auslaufen von Treibstoff, der sich entzündet mit der Folge eines Fahrzeugbrandes. In der Automobilindustrie denkt man zunehmend über das Crashverhalten von Fahrzeugen nach. Diese werden heute mit Sicherheitszellen, Airbags usw. ausgerüstet, um Insassen bei einem Unfall vor Verletzungen zu schützen.

Damit können Fahrzeuginsassen zwar mehr oder weniger vor den direkten Folgen eines Unfalles geschützt sein, ein weiteres Sicherheitsdenken richtet sich aber auch auf die Vermeidung eines Fahrzeugbrandes nach einer Kollision. Ursächlich für einen solchen kann zum Beispiel ein abgequetschtes Kabel sein, das sogar noch bei der Betätigung von Rettungsscheren abge­ quetscht werden und zu Funkenbildung führen kann, so daß gegebenenfalls ein Brand entsteht. Man ist daher bestrebt, das Fahrzeug oder wesentliche Teile desselben von der elektrischen Energiequelle (der Batterie) zu trennen.

Es gibt bekannte Systeme zum Trennen der elektrischen Verbindung zwischen Batterie und Bordnetz. Diese basieren entweder auf pyrotechnischen Treibsätzen, welche das Batteriekabel aus dem Kabelschuh treiben, oder auf Systemen mit Leistungsschützen, welche den Stromkreis aktiv unterbrechen sollen. Die erstgenannte Lösung ist für den Benutzer des Fahrzeuges weder reversibel, noch können diese Systeme gewartet werden. Es besteht mit Nachteil auch nicht die Möglichkeit, einen Notbetrieb durchzuführen, d. h. eine Leitungsunterbrechung durch ein Notkabel zu überbrücken und den Fahrbetrieb dadurch wieder aufzunehmen. Nachteilig für die zweitge­ nannte Lösung ist es, daß in automobilen Anwendungen bisher derartige Bauelemente nicht eingesetzt wurden und somit keinerlei Langzeiterfahrung vorhanden ist Leistungsschütze sind außerdem schwer und raumaufwendig und daher schlecht in Kraftfahrzeugen einzusetzen.

Bei einem elektrischen Sicherheitsschalter der eingangs genannten Art ist darüberhinaus eine Batterieanschlußanordnung bekannt, die eine Verteilungsschaltung für den Pluspol der Batterie mit Verteilungsplatten und von diesen abgehenden Anschlüssen aufweist.

Eine bestimmte Anzahl Anschlüsse für die hauptsächliche Versorgung des Bordnetzes ist mit einer Basisplatte verbunden, die über einen Sicherungseinsatz an dem Pluspol der Fahrzeug­ batterie liegt. Parallel zu diesem für hohen Strom ausgelegten Sicherungseinsatz liegt eine Kurzschluß-Betätigungseinrichtung mit einem beweglichen Überbrückungselement. Dieses gestattet für den Kurzschluß ein Verbinden der mit dem Pluspol verbundenen Basisplatte und des Minuspols der Batterie. Für dieses Kurzschließen der Batterieanschlüsse bewegt man das Überbrückungselement mit Hilfe einer durch einen elektrischen Linearmotor angetriebenen Stange. Der Linearmotor wird zum Beispiel bei einem Unfall betätigt, welcher durch die Explosion von Airbags abgefühlt wird. Im normalen Betriebszustand ist die Stange mit dem Überbrückungs­ element federnd so vorgespannt, daß die beiden Batteriepole nicht miteinander verbunden sind. Fühlt nun ein Meßgeber die Explosion eines Airbags ab, wird der Linearmotor betätigt, zieht das Überbrückungselement aus Metall gegen die Batteriepole und sorgt auf diese Weise für einen Kurzschluß, der ein Durchbrennen des parallel geschalteten Sicherungseinsatzes verursacht.

Dadurch wird von der elektrischen Basisplatte die Batteriespannung und damit auch die Energie genommen, so daß ein Ausbrechen eines Feuers durch etwa entstehende Lichtbögen ausgeschaltet wird.

Bei allen Vorzügen des zuletzt erwähnten und eingangs beschriebenen Sicherheitsschalters gegenüber den bisher bekannten Lösungen haftet aber auch diesem Sicherheitsschalter der Nachteil an, daß man von einem Treibsatz mit brisanter Ladung abhängt und mindestens eine aufwendige Kurzschluß-Betätigungseinrichtung, zum Beispiel mit einem teuren Linearmotor, verwenden muß.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den elektrischen Sicherheitsschalter der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die Batterieanschlüsse mit einfacheren und preisgünstigeren Bauteilen kurzgeschlossen werden können und auch nicht Treibsätze mit brisanten Ladungen verwendet werden müssen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß als Kurzschluß-Betätigungsein­ richtung ein handelsübliches, kleines Standard-Relais mit einer Betriebsspannung von weniger als 12 Volt und mit einem Betriebsstrom von 30-70 A verwendet wird und der Sicherungseinsatz für zu übertragende Dauerströme von 100-300 A ausgelegt ist. Standard-Relais der vorstehend beschriebenen Art sind preiswert im Handel erhältlich und gut für den Einbau in einem Kraftfahrzeug geeignet. Im Gegensatz zu einem Leistungsschütz ist das erfindungsgemäß verwendete Standard-Relais wenig raumaufwendig und hat ein nur geringes Gewicht. Gerade wenn man eine Kombination mit einem Leistungsschütz versuchen würde, was erfindungsgemäß vermieden wird, müßte man relativ große Verlustleistungen, Verschweißungsgefahr und die Erschütterungsanfälligkeit eines Leistungsschützes in Kauf nehmen. Bei der Verwendung eines Standard-Relais der beschriebenen Art wird durch den Unfall ein Informations- oder Signalgeber aktiviert, welcher kurz das Relais ansteuert, so daß dieses die mobilen Kontaktteile zum Schließen bringt und damit eine Kurzschlußbrücke erzeugt. Der Sicherungseinsatz ist zwischen dem Pluspol der Batterie und dieser Kurzschlußbrücke eingeschaltet und brennt im Unfallmoment in gewünschter Weise so durch, daß das gesamte Bordnetz von der Stromversorgung abgetrennt ist. Fahrzeugbrände können dadurch mit Vorteil weitgehend vermieden werden. Außerdem ist der Schaden eines solchen Sicherheitsschalters selbst nach einer Notabschaltung gering. Es braucht nämlich nur der Sicherungseinsatz einerseits und das preiswerte Standard-Relais andererseits ausgewechselt zu werden, um den Sicherheitsschalter wieder in reversibler Weise funktionsfähig zu machen. Ein anderer Sekundärschaden entsteht mit dem erfindungsgemäßen Sicherheits­ schalter nicht. Mit Sicherheit bleibt die Leitung zur Versorgung des Bordnetzes geschützt.

Gemäß der Erfindung ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die mobilen Kontaktteile des Relais zum Erreichen eines großen Wärmeintegrals groß und breit ausgestaltet sind. Es gibt Anwendungsfälle, bei denen ein handelsübliches Standard-Relais nicht als einwandfrei funktionierende Kurzschluß- Betätigungseinrichtung verwendet werden könnte. Wenn nämlich die mobilen Kontaktteile sehr fein und klein ausgestaltet sind, ergibt sich für das Relais nur ein kleines Wärmeintegral (l²dt) mit der Folge, daß im Falle einer Notabschaltung die erwähnten Kontaktteile des Relais eher schmelzen als der Schmelzleiter des Sicherungseinsatzes. Dann würde das Bordnetz weiterhin von der Batterie mit Energie versorgtwerden, d. h. das Kurzschließen der Batterieanschlüsse wäre mißlungen. Achtet man aber nach der Lehre der Erfindung darauf, daß man zum Beispiel die Kontaktzunge und den flexiblen Anschluß groß und breit genug ausgestaltet, so daß das Schmelzintegral der mobilen Kontaktteile des Relais größer ist als das Schmelzintegral des Sicherungseinsatzes, dann können große Ströme über die Kontaktzunge fließen, und der Kurzschluß ist mit Sicherheit in dem erfindungsgemäßen Sinne gewährleistet. Ein Versagen des Relais läßt sich auf diese Weise mit Sicherheit ausschalten.

Die Schaltung gemäß der Erfindung ist außerdem so ausgelegt, daß Signalgeber geringer Leistung das Relais vollständig ansteuern können. Selbstverständlich bleibt auch bei der erfindungsgemäßen Lösung nicht ausgeschlossen, daß man die Explosion eines Airbags abfühlen und daraus eine Meßgeberspannung erzeugen kann, mit welcher das Relais angesteuert wird. Vorteilhaft ist es aber, daß auch andere Signal- bzw. Informationsgeber, zum Beispiel auch Neigungsfühler, für die Ansteuerung des Relais verwendet werden können.

Erfindungsgemäß ist es ferner günstig, wenn der erste Kontakt des Relais mit der Masseklemme des Fahrzeuges verbunden und der zweite Kontakt des Relais an den Informationsgeber angeschlossen ist. Bei dieser Ausführungsform treffen die vorstehend genannten Vorteile besonders deutlich zu. Das Bordnetz ist von der Betätigung des Relais unabhängig, und der Informationsgeber braucht nur wenig Leistung, um im Unfallmoment dafür zu sorgen, daß ein Kurzschlußstrom vom Pluspol der Batterie durch den Sicherungseinsatz zur Masse hin fließt. Dadurch wird der Sicherungseinsatz zum Abschmelzen gebracht, so daß die Verbindung zwischen der Batterie und dem Bordnetz von da an getrennt ist. Weil man diese Trennstelle recht nahe an den Pluspol der Fahrzeugbatterie sitzt, ist das Auslösen eines Fahrzeugbrandes im Unfallmoment mit Vorteil sehr unwahrscheinlich. Darüberhinaus funktioniert der Sicherungseinsatz nach wie vor autark, wenn der Schmelzleiter durch Auftreten von Über- oder Kurzschlußströmen im Bordnetz abschmilzt.

Tritt ein Notfall der hier ins Auge gefaßten Art ein, d. h. löst das Relais den bewußten Kurzschluß­ strom zum Abschmelzen des Schmelzleiters im Sicherungseinsatz aus, dann sind nur zwei preiswerte, kleine Aggregate zerstört, nämlich der Sicherungseinsatz und das Relais. Der gesamte Kabelsatz bleibt unbeschädigt und braucht nicht ausgewechselt zu werden. Dadurch kann man unter Verwendung des Sicherheitsschalters gemäß der Erfindung Kosten sparen.

Weiterhin ist ein Notbetrieb möglich, weil man nämlich nach einem Unfall und Auslösen des Kurzschlußstromes später nur das Relais aus dem Stecker zu ziehen und die Sicherung zu entfernen braucht, um dann den Anschluß für die Versorgung des Bordnetzes direkt an die Batterie zu legen.

Außerdem kann man auf der kurzen Leitungsstrecke zwischen dem Pluspol der Batterie und dem Sicherungseinsatz eine weitere Leitung abzweigen für spezielle Verbraucher, die mit Hilfe des Sicherheitsschalters nicht abgeschaltet werden sollen. Es handelt sich dabei unter anderem um die Innenbeleuchtung, die mobile Telefonanlage, die Warnblinkanlage, das Bremslicht, Zentralverriegelung und dergleichen.

Eine weitere vorteilhafte Alternative des erfindungsgemäßen Sicherheitsschalters ist dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kontakt des Relais über einen Schalter mit der Masseklemme des Fahrzeuges verbunden ist, der zweite Kontakt des Relais zwischen dem Pluspol der Batterie und dem Sicherungseinsatz liegt und daß der an der Masseklemme liegende Schalter von dem Informationsgeber bewegbar ist. Während bei der erstgenannten Ausführungsform der Informationsgeber einen eigenen Energiespeicher haben muß, da er während der Auslösung keine elektrische Energie mehr von der Batterie beziehen kann, ist dies bei der zuletzt beschriebenen Alternative nicht erforderlich. Der Informations- oder Signalgeber braucht außerdem nur den erwähnten Schalter zu betätigen, mit welchem der erste Kontakt des Relais mit der Masseklemme verbindbar ist. Mit Vorteil ist bei dieser Ausführungsform der Informationsgeber ferner potentialfrei. Schon wenn die sogenannte Signalleitung, die von dem ersten Kontakt des Relais über den erwähnten Schalter zu der Masseklemme des Fahrzeuges führt, durch eine Kollision beschädigt oder anderweitig abgequetscht wird, erfolgt das Auslösen des Relais, als würde der Schalter von dem Informationsgeber betätigt. Durch den letztgenannten Vorteil ist die hier beschriebene Alternative günstiger als die zuerst beschriebene Ausführungsform, denn die zuerst beschriebene Ausführungsform versagt bei einem Masseschluß der Signalleitung.

Durch den Sicherheitsschalter gemäß der Erfindung ist ein kostengünstiges, gewichts- und raumsparendes Abschaltkonzept geschaffen, welches auf Standardbauteilen der Automobil­ industrie basiert. Das Standard-Relais kann ein 7,5 Volt-Relais, zum Beispiel ein Abblendlicht- Relais sein.

Als Informationsgeber kommen diverse Bauelemente oder Baugruppen in Frage, zum Beispiel ein Crash-Sensor, eine Wegfahrsperre, eine Diebstahlwarnanlage, ein Übertemperaturauslöser oder dergleichen.

Der Crash-Sensor (oder auch Beschleunigungssensor) löst im Unfallmoment zum Beispiel einen Airbag und/oder ein Rückhaltesystem aus. Verzögert zu dieser Aktivität kann mit dieser Information auch das elektrische Bordnetz getrennt werden. In diesem Falle wäre es unmöglich, durch vorhandene Kurzschlüsse austretenden Treibstoff oder ähnliches zu entzünden. Auch direkte Kabelbrände würden vermieden.

Über die Wegfahrsperre oder auch die Diebstahlwarnanlage könnte ebenfalls ein Impuls an das Relais gesendet werden. Dieser könnte im Falle eines Versuches, diese Einrichtungen zu überbrücken, oder im Falle eines Diebstahls das Bordnetz abschalten und somit das Fahrzeug betriebsuntüchtig machen.

Eine Auslösung des Relais könnte auch über den erwähnten Übertemperaturauslöser kommen. Dieser sollte bei Temperaturen ansprechen, die für einen Motorbrand typisch sind.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beiden anliegenden Zeichnungen. In diesen zeigen:

Fig. 1 schematisch einen elektrischen Sicherheitsschalter einer ersten Ausführungsform und

Fig. 2 in vergleichbarer Darstellung wie Fig. 1 ebenfalls einen elektrischen Sicherheitsschalter, der aber nach der zweiten beschriebenen Ausführungsform aufgebaut ist.

Bei beiden Ausführungsformen des elektrischen Sicherheitsschalters sowohl nach Fig. 1 als auch nach Fig. 2 liegt der Minuspol 1 der Batterie 2 an der meistens mit einer genormten Klemmenbe­ zeichnung versehenen Masseklemme 3. Der Pluspol 4 der Batterie 2 ist über einen Sicherungs­ einsatz 5 mit der Versorgungsleitung 6 zu dem nicht näher dargestellten Bordnetz verbunden. Die allgemein übliche Funktion des Sicherungseinsatzes 5 erfolgt bei einem Kurzschluß im Bordnetz, weil dann die zu große durch den Sicherungseinsatz 5 fließende Stromstärke ein Abschmelzen und damit Trennen des Bordnetzes 5 vom Pluspol 4 der Batterie 2 verursacht.

Der elektrische Sicherheitsschalter sowohl der Ausführungsform nach Fig. 1 als auch der nach der Ausführungsform der Fig. 2 weist darüberhinaus eine Kurzschluß-Betätigungseinrichtung auf, die allgemein mit 7 bezeichnet ist und hier insbesondere ein kleines (zum Beispiel 7,5 Volt), handelsübliches Standard-Relais 8 mit seinem Schließerkontakt 9 ist.

Bei beiden Ausführungsformen wird der an der Versorgungsleitung 6 zum Bordnetz liegende Anschluß 10 des Sicherungseinsatzes 5 über den Schließerkontakt 9 des Relais 8 zur Masse 3' hin kurzgeschlossen.

Bei beiden Ausführungsformen wird außerdem das Relais 8 von einem Informationsgeber 11 angesteuert.

Bei der Ausführungsform des Sicherheitsschalters nach Fig. 1 ist der erste Kontakt 12 des Relais 8 mit der Masseklemmen 3' des Fahrzeuges verbunden, und der zweite Kontakt, nämlich der Steueranschluß 13 des Relais 8, ist an den Informationsgeber 11 angeschlossen.

Im Unfallmoment und auch wenn das Bordnetz weder Überströme noch Kurzschlußströme zieht, löst der Informationsgeber 11 das Relais 8 derart aus, daß dessen Schließerkontakt 9 den Anschluß 10 an der Versorgungsleitung 6 mit der Masse 3' verbindet. Durch die große und breite Ausgestaltung der mobilen Kontaktteile 9 des Relais 8 schmilzt mit Sicherheit zuerst der Schmelzleiter des Sicherungseinsatzes 5, wenn der Pluspol 4 der Batterie 2 auf diese Weise kurzgeschlossen ist. Damit ist der Anschluß 10 der Versorgungsleitung 6 von der Batterie 2 getrennt.

Zur Wiederherstellung des ursprünglichen Zustandes brauchen nur der Sicherungseinsatz 5 und das Relais 8 mit seinem Schließerkontakt 9 ausgewechselt und durch neue ersetzt zu werden.

Eine Notschaltung gelingt durch Kurzschließen des Anschlusses 10 der Versorgungsleitung 6 mit dem Pluspol 4 der Batterie 2 über eine hier nicht gezeigte Leitung.

Während der Informationsgeber 11 bei der Ausführungsform der Fig. 1 einen gewissen Energiespeicher benötigt, um auch beim Ausfall des allgemeinen Bordnetzes Energie für das Auslösen des Relais 8 zur Verfügung zu haben, ist dies bei der Ausführungsform nach Fig. 2 nicht erforderlich.

In Fig. 2 ist der erste Kontakt 12 des Relais 8 über einen Schalter 14 mit der Masseklemme 3'' des Fahrzeuges verbunden. Der zweite Kontakt, d. h. der Steueranschluß 13 der Kurzschluß- Betätigungseinrichtung 7 und damit des Relais 8 liegt zwischen dem Pluspol 4 der Batterie 2 und dem Sicherungseinsatz 5.

Im Crashfall braucht der Informationsgeber 11 bei der Ausführungsform der Fig. 2 nur den an der Masseklemme 3'' liegenden Schalter 14 zu schließen, wodurch das Relais 8 vom Pluspol 4 der Batterie 2 her zur Masse 3'' hin durchgeschaltet wird. Dadurch erfolgt die Auslösung des Schließerkontaktes 9 und der ganzen gewünschten Betriebsfunktion des Sicherheitsschalters.

Die anderen Vorteile der Schaltung nach Fig. 2 sind vorstehend schon erwähnt. Selbst wenn die mit 15 bezeichnete Signalleitung vom Relais 8 her zum Schalter 14 hin im Crashfall abgeklemmt oder durch eine andere Funktion unbewußt mit Masse verbunden ist) erfolgt das Auslösen des Relais 8 und der Sicherheitsfunktion der Ausführungsform der Fig. 2.

Claims (4)

1. Elektrischer Sicherheitsschalter für Kraftfahrzeuge, bei welchem der Pluspol (4) der Fahrzeugbatterie (2) über einen Sicherungseinsatz (5) mit dem Bordnetz (über die Versorgungsleitung 6) verbunden ist und der Minuspol (1) über eine Kurzschluß-Betätigungs­ einrichtung (7) mit dem an der Versorgungsleitung (6) zum Bordnetz liegenden Anschluß (10) des Sicherungseinsatzes (5) verbunden ist, wobei die Kurzschluß-Betätigungseinrichtung (7) bei einem Unfall des Fahrzeuges mittels eines am Steueranschluß (13) der Kurzschluß- Betätigungseinrichtung (7) angeschlossenen Informationsgebers (11) das Kurzschließen der Batterieanschlüsse (1, 4) verursacht, dadurch gekennzeichnet, daß als Kurzschluß- Betätigungseinrichtung (7) ein handelsübliches, kleines Standard-Relais (8) mit einer Betriebsspannung von weniger als 12 Volt und mit einem Betriebsstrom von 30 bis 70 A verwendet wird und der Sicherungseinsatz (5) für zu übertragende Dauerströme von 100 bis 300 A ausgelegt ist.

2. Sicherheitsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mobilen Kontaktteile (9) des Relais (8) zum Erreichen eines großes Wärmeintegrals (l²dt) groß und breit ausgestaltet sind.

3. Sicherheitsschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kontakt (12) des Relais (8) mit der Masseklemme (3)) des Fahrzeuges verbunden und der zweite Kontakt (Steueranschluß 13) des Relais (8) an den Informationsgeber (11) angeschlossen ist (Fig. 1).

4. Sicherheitsschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kontakt (12) des Relais (8) über einen Schalter (14) mit der Masseklemme (3'') des Fahrzeuges verbunden ist, der zweite Kontakt (Steueranschluß 13) des Relais (8) zwischen dem Pluspol (4) der Batterie (2) und dem Sicherungseinsatz (5) liegt und daß der an der Masseklemme (3'') liegende Schalter (14) von dem Informationsgeber (11) bewegbar ist (Fig. 2).