DE202011051972U1 - Circuit arrangement for driving a switching device - Google Patents

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Abstract

Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines Schaltgerätes, welches eine erste Schaltstellung und eine zweite Schaltstellung aufweist und zwischen der ersten Schaltstellung und der zweiten Schaltstellung schaltbar ist, – mit zumindest einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung zum Erzeugen einer Stellkraft zum Schalten des Schaltgeräts zwischen der ersten Schaltstellung und der zweiten Schaltstellung und – einer Ansteuerschaltung zum Ansteuern der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet dass die Ansteuerschaltung (3) einen Wandler (W), einen mit dem Wandler (W) verbundenen Zwischenkreis (ZK) und eine mit der Betätigungseinrichtung (ZM1, ZM2) verbundene Schaltstufe (SS) aufweist, wobei der Wandler (W) dazu ausgebildet ist, aus einer an dem Wandler (W) anliegenden Steuerspannung (UDauer) an dem Zwischenkreis (ZK) eine Zwischenkreisspannung (UZK) zu er Weise der Betätigungseinrichtung (ZM1, ZM2) zum Erzeugen der Stellkraft (F) zugeführt wird.Circuit arrangement for controlling a switching device, which has a first switching position and a second switching position and can be switched between the first switching position and the second switching position, - with at least one electromagnetic actuating device for generating an actuating force for switching the switching device between the first switching position and the second switching position and - A control circuit for controlling the electromagnetic actuating device, characterized in that the control circuit (3) has a converter (W), an intermediate circuit (ZK) connected to the converter (W) and a switching stage (SS) connected to the actuating device (ZM1, ZM2). The converter (W) is designed to convert an intermediate circuit voltage (UZK) from a control voltage (U duration) applied to the converter (W) to the intermediate circuit (ZK) to generate the actuating force (ZM1, ZM2) (F) is supplied.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines Schaltgerätes.The invention relates to a circuit arrangement for driving a switching device.

Eine derartige Schaltungsanordnung dient zum Ansteuern eines Schaltgerätes, das eine erste Schaltstellung, in der die Kontakte des Schaltgeräts nicht geschlossen sind und das Schaltgerät somit geöffnet ist, und eine zweite Schaltstellung, in der die Kontakte des Schaltgeräts miteinander in Verbindung stehen und das Schaltgerät somit eingeschaltet ist, aufweist und zwischen der ersten Schaltstellung und der zweiten Schaltstellung geschaltet werden kann. Die Schaltungsanordnung umfasst eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung zum Erzeugen einer Stellkraft zum Schalten des Schaltgeräts und eine Ansteuerschaltung zum Ansteuern der Betätigungseinrichtung. Die Betätigungseinrichtung dient zum Schalten des Schaltgeräts zwischen der ersten Schaltstellung und der zweiten Schaltstellung und erzeugt dazu, angesteuert durch die Ansteuerschaltung, die erforderliche Stellkraft.Such a circuit arrangement is used to control a switching device having a first switching position in which the contacts of the switching device are not closed and the switching device is thus opened, and a second switching position in which the contacts of the switching device are connected to each other and the switching device thus turned on is, and can be switched between the first switching position and the second switching position. The circuit arrangement comprises an electromagnetic actuating device for generating a setting force for switching the switching device and a drive circuit for actuating the actuating device. The actuating device is used for switching the switching device between the first switching position and the second switching position and generates, driven by the drive circuit, the required actuating force.

Eine derartige Schaltungsanordnung kann beispielsweise als Batterieschutzschalter zum Verbinden einer Batterie mit einem Bordnetz eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Schienenfahrzeugs, zum Einsatz kommen. Bei solchen Batterieschutzschaltern werden herkömmlich Schaltgeräte mit einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung z. B. in Form eines Zugmagneten verwendet, die über stabile Schaltstellungen (Ein/Aus) verfügen und damit in bistabiler Weise zwischen den zwei Schaltstellungen geschaltet werden können. Solche Schaltgeräte benötigen nur im Anzugs- und Ausschaltmoment (elektrische) Energie, um in der jeweils gerade eingestellten Schaltstellung zu verbleiben, im Gegensatz zu monostabilen Schaltgeräten, die nach Unterbrechung der Energiezufuhr automatisch aus einer ausgelenkten Stellung in die Ausgangsstellung zurückschalten.Such a circuit arrangement can be used, for example, as a battery protection switch for connecting a battery to a vehicle electrical system of a vehicle, for example a rail vehicle. In such battery circuit breakers conventional switching devices with an electromagnetic actuator z. B. used in the form of a pull magnet, which have stable switching positions (on / off) and thus can be switched in a bistable manner between the two switching positions. Such switching devices need only in the tightening and breaking moment (electrical) energy to remain in the currently set switching position, in contrast to monostable switching devices that automatically switch back from a deflected position to the starting position after interrupting the power supply.

Batterieschutzschalter dieser Art dienen dazu, eine Batterie mit einem Bordnetz zu verbinden oder bei Bedarf von dem Bordnetz zu trennen. Insofern erfüllen solche Batterieschutzschalter eine Sicherungs- und Schalterfunktion zum Schutz eines Batteriekreises bzw. einer Batterie.Battery circuit breakers of this type are used to connect a battery to a vehicle electrical system or to disconnect from the electrical system when needed. In this respect, such battery protection switches fulfill a fuse and switch function for protecting a battery circuit or a battery.

Zum Schalten des Schaltgeräts mittels der Betätigungseinrichtung wird herkömmlich über die Ansteuerschaltung eine Steuerspannung, beispielsweise die Batteriespannung, auf die beispielsweise als Zugmagnet ausgebildete Betätigungseinrichtung geschaltet, um auf diese Weise die Betätigungseinrichtung zum Erzeugen der Stellkraft direkt zu erregen und mittels der Stellkraft das Schaltgerät zu schalten. Über die Betätigungseinrichtung wird dann das Schaltgerät geschaltet, wobei die Betätigungseinrichtung und/oder das Schaltgerät in der Regel mechanische Anker oder Hebel aufweisen, die ein Schließen oder Öffnen der Schaltkontakte des Schaltgerätes bewirken. Um eine Stromaufnahme des Schaltgeräts zum Halten in der gerade eingenommenen Schaltstellung zu vermeiden, sind die Schaltstellungen des Schaltgeräts mechanisch fixiert sind.For switching the switching device by means of the actuating device, a control voltage, for example the battery voltage, is conventionally switched to the actuating device designed as a pull magnet, for example, in order to directly excite the actuating device for generating the actuating force and to switch the switching device by means of the actuating force. The switching device is then switched via the actuating device, the actuating device and / or the switching device generally having mechanical armatures or levers which bring about a closing or opening of the switching contacts of the switching device. In order to avoid a current consumption of the switching device for holding in the currently occupied switching position, the switching positions of the switching device are mechanically fixed.

Weil bei einem solchen Schaltgerät die zur Verfügung stehende Steuerspannung direkt auf die Betätigungseinrichtung, z. B. einen Zugmagneten, geschaltet wird, ist die über die Betätigungseinrichtung erzeugte Stellkraft in der Regel nicht der Kraft-Weg-Charakteristik des Schaltgerätes, also dem Verlauf der erforderlichen Stellkraft über den Stellweg, angepasst.Because in such a switching device, the available control voltage directly to the actuator, for. As a pull magnet is switched, the force generated by the actuating force is usually not the force-displacement characteristics of the switching device, so the course of the required force on the travel adjusted.

Zudem können Probleme dadurch entstehen, dass beispielsweise bei Schienenfahrzeugen der Spannungsbereich der an einer Batterie zur Verfügung stehenden Spannung im Betrieb groß sein kann (z. B. 75 V bis 150 V). Dies kann dazu führen, dass in einem unteren Spannungsbereich der Batterie die Steuerspannung nicht ausreicht, um ein Schalten des Schaltgeräts zu gewährleisten. Gleichzeitig kann in einem oberen Spannungsbereich der Batterie die Steuerspannung so hoch sein, so dass eine zu große Stellkraft zur Verfügung gestellt wird, die zu einem Prellen des Schaltgeräts bei Erreichen einer Schaltstellung führt und somit die gewünschte Schaltstellung nicht sicher eingenommen wird.In addition, problems may arise because, for example, in the case of rail vehicles, the voltage range of the voltage available at a battery during operation may be great (eg 75 V to 150 V). This can result in that in a lower voltage range of the battery, the control voltage is insufficient to ensure switching of the switching device. At the same time, the control voltage can be so high in an upper voltage range of the battery, so that too great a force is provided which leads to a bouncing of the switching device when reaching a switching position and thus the desired switching position is not taken safely.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zum schaltbaren Verbinden einer Batterie mit einem Bordnetz eines Fahrzeugs zur Verfügung zu stellen, die einen sicheren und mechanisch schonenden Betrieb des Schaltgeräts über einen großen Bereich einer zur Verfügung stehenden Steuerspannung ermöglicht.The object of the present invention is to provide a circuit arrangement for the switchable connection of a battery to a vehicle electrical system of a vehicle, which enables a safe and mechanically gentle operation of the switching device over a large range of an available control voltage.

Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by an article having the features of claim 1.

Demnach ist vorgesehen, dass die Ansteuerschaltung einen Wandler, einen mit dem Wandler verbundenen Zwischenkreis und eine mit der Betätigungseinrichtung verbundene Schaltstufe aufweist, wobei der Wandler dazu ausgebildet ist, aus einer an dem Wandler anliegenden Steuerspannung an dem Zwischenkreis eine Zwischenkreisspannung zu erzeugen, die über die Schaltstufe in gepulster Weise der Betätigungseinrichtung zum Erzeugen der Stellkraft zugeführt wird.Accordingly, it is provided that the drive circuit has a converter, an intermediate circuit connected to the converter and a switching stage connected to the actuating device, wherein the converter is designed to generate from a voltage applied to the converter control voltage to the intermediate circuit an intermediate circuit voltage, via the Switching stage is supplied in pulsed manner to the actuating device for generating the actuating force.

Die über den Wandler bereitgestellte Zwischenkreisspannung kann vorteilhafterweise in etwa konstant sein. Die über die Schaltstufe in gepulster Weise der Betätigungseinrichtung zugeführte Steuerspannung kann dann an der Betätigungseinrichtung eine Stellkraft erzeugen, die über den Stellweg der Betätigungseinrichtung variabel ist und einer vorbestimmten Kraft-Weg-Charakteristik entspricht.The intermediate circuit voltage provided via the converter can advantageously be approximately constant. The control voltage supplied via the switching stage in a pulsed manner to the actuating device can then generate a setting force on the actuating device, which can be transmitted via the actuating path of the actuator Actuator is variable and corresponds to a predetermined force-displacement characteristic.

Gedanke der vorliegenden Erfindung ist es, über die Ansteuerschaltung die Steuerspannung nicht direkt der Betätigungseinrichtung zuzuführen, sondern die Steuerspannung über einen Wandler zunächst in eine (konstante) Zwischenkreis-(gleich-)spannung zu wandeln und über eine Schaltstufe dann in gepulster Weise der Betätigungseinrichtung zuzuführen. Über den Wandler wird damit erreicht, dass unabhängig von der konkret verfügbaren Steuerspannung eine immer gleiche Zwischenkreisspannung erzeugt wird. Unabhängig davon, ob die Steuerspannung sich aktuell in einem unteren Spannungsbereich oder einem oberen Spannungsbereich befindet, ist die Zwischenkreisspannung (in etwa) konstant. Die Zwischenkreisspannung wird dann in gepulster Weise nach Art einer Pulsweitenmodulation zum Erzeugen einer über den Stellweg variablen Stellkraft der Betätigungseinrichtung zugeführt, so dass der Mittelwert der Spannung an der Betätigungseinrichtung über den Stellweg variabel, somit die Stromaufnahme der Betätigungseinrichtung ebenfalls variabel und die Stellkraft einer gewünschten Kraft-Weg-Charakteristik angepasst ist.The idea of the present invention is not to feed the control voltage directly to the actuating device via the drive circuit, but first to convert the control voltage into a (constant) DC link voltage via a converter and then to supply it to the actuating device via a switching stage in a pulsed manner , About the converter is achieved so that regardless of the actual available control voltage always the same DC link voltage is generated. Regardless of whether the control voltage is currently in a lower voltage range or an upper voltage range, the DC link voltage is (approximately) constant. The DC link voltage is then supplied in a pulsed manner in the manner of a pulse width modulation for generating a variable over the travel variable actuating force of the actuator, so that the mean value of the voltage across the actuating variable variable via the travel, thus the current consumption of the actuator also variable and the force of a desired force Path characteristic is adjusted.

Dadurch, dass durch die gepulste Ansteuerung der Betätigungseinrichtung die Stellkraft über den Stellweg variabel eingestellt werden kann, kann die Stellkraft der Kraft-Weg-Charakteristik des Schaltgeräts angepasst werden. Dies gewährleistet einen mechanisch schonenden Betrieb des Schaltgeräts mit mechanisch geringer Belastung der zu bewegenden Bauteile.Characterized in that the actuating force can be variably adjusted by the pulsed control of the actuator, the force of the force-displacement characteristic of the switching device can be adjusted. This ensures a mechanically gentle operation of the switching device with a mechanically low load of the components to be moved.

Zudem kann durch das Wandeln der Steuerspannung auf die Zwischenkreisspannung und die gepulste Ansteuerung der Betätigungseinrichtung beim Zuführen der Zwischenkreisspannung auf die Betätigungseinrichtung ein sicherer Betrieb in einem weiten Spannungsbereich der Steuerspannung gewährleistet werden. Sowohl bei einer niedrigen Steuerspannung (im unteren Spannungsbereich) als auch bei einer hohen Steuerspannung (im oberen Spannungsbereich) erfolgt zuverlässig ein Schalten zwischen den Schaltstellungen.In addition, by converting the control voltage to the intermediate circuit voltage and the pulsed control of the actuating device when supplying the intermediate circuit voltage to the actuator safe operation in a wide voltage range of the control voltage can be ensured. Both at a low control voltage (in the lower voltage range) and at a high control voltage (in the upper voltage range), switching between the switch positions takes place reliably.

Die erste Schaltstellung entspricht vorteilhafterweise einer Ausschaltlage des Schaltgeräts, also einer Stellung des Schaltgeräts, bei der die Schaltkontakte des Schaltgeräts nicht in Verbindung stehen und das Schaltgerät somit geöffnet ist. Die zweite Schaltstellung entspricht im Gegensatz hierzu einer Einschaltlage des Schaltgeräts, in der die Kontakte des Schaltgeräts aneinander anliegen und das Schaltgerät somit zum Verbinden einer Batterie mit einem Bordnetz geschlossen ist. Die Kraft-Weg-Charakteristik kann hierbei derart beschaffen sein, dass die Stellkraft zu Beginn des Stellwegs aus der ersten Schaltstellung einer Anfangskraft entspricht. Zum Überführen des Schaltgeräts von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung wird dann die Betätigungseinrichtung derart angesteuert, dass ab einem Druckpunkt die Stellkraft mit dem Stellweg bis hin zu einer Maximalkraft ansteigt, wobei die Maximalkraft an einem Maximalpunkt auf dem Stellweg erreicht wird. Hinter diesem Maximalpunkt fällt die Stellkraft mit dem Stellweg ab und entspricht in der zweiten Schaltstellung einer Endkraft, die kleiner als die Maximalkraft und größer als die Anfangskraft ist. Es ergibt sich eine über den Stellweg variable Stellkraft, die in vorteilhafter Weise der Kraft-Weg-Charakteristik des Einschaltmechanismus eines Batterieschutzschalters angepasst ist, so dass an jedem Orte auf dem Stellweg gerade die Stellkraft zur Verfügung gestellt wird, die zum Schalten des Schaltgeräts erforderlich ist. Eine übermäßige mechanische Belastung aufgrund einer erhöhten Stellkraft wird auf diese Weise vermieden.The first switching position advantageously corresponds to a switch-off position of the switching device, ie a position of the switching device in which the switching contacts of the switching device are not in communication and the switching device is thus opened. In contrast, the second switching position corresponds to a switch-on of the switching device in which the contacts of the switching device abut each other and the switching device is thus closed to connect a battery to a vehicle electrical system. The force-displacement characteristic can in this case be such that the actuating force at the beginning of the travel from the first switching position corresponds to an initial force. To transfer the switching device from the first switching position to the second switching position, the actuating device is then controlled such that from a pressure point, the actuating force increases with the travel up to a maximum force, wherein the maximum force is reached at a maximum point on the travel. Behind this maximum point, the actuating force drops with the travel and, in the second shift position, corresponds to an end force that is less than the maximum force and greater than the initial force. This results in a variable over the travel force, which is adapted to the force-travel characteristics of the Einschaltmechanismus a battery circuit breaker advantageously, so that at each location on the travel just the force is provided, which is required for switching the switching device , An excessive mechanical load due to an increased force is avoided in this way.

Die Ansteuerschaltung kann beispielsweise ein Zeitrelais und ein Leistungsrelais aufweisen, wobei das triggerbare Zeitrelais ausgebildet ist, das Leistungsrelais so anzusteuern, dass unabhängig von der Dauer eines an das Zeitrelais angelegten Triggerimpulses das Leistungsrelais die Steuerspannung für eine vorbestimmte Einschaltzeit auf den Wandler schaltet. Die vorbestimmte Einschaltzeit ist hierbei größer gewählt als die (maximale) Schaltzeit zum Überführen des Schaltgeräts von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung, so dass unabhängig von den gerade herrschenden Umgebungsbedingungen über das Zeitrelais eine zeitlich hinreichend lange Ansteuerung der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung erfolgt.The drive circuit may comprise, for example, a time relay and a power relay, wherein the triggerable time relay is designed to control the power relay so that regardless of the duration of a trigger applied to the timing relay, the power relay switches the control voltage for a predetermined on-time to the converter. The predetermined switch-on time is in this case selected to be greater than the (maximum) switching time for transferring the switching device from the first switch position to the second switch position, so that independent of the prevailing ambient conditions via the time relay takes place a sufficiently long time control of the electromagnetic actuator.

Hintergrund ist hierbei, dass die elektromagnetische Betätigungseinrichtung einerseits mindestens so lange angesteuert werden muss, bis z. B. der Anker eines Zugmagneten sich in der Endlage befindet. Andererseits soll eine zu lange Ansteuerung der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung unterbleiben, um eine (thermische) Überlastung der Betätigungseinrichtung zu vermeiden. Dies wird dadurch sichergestellt, dass das Zeitrelais das Leistungsrelais immer nur für eine vorbestimmte Einschaltzeit ansteuert, um über das Leistungsrelais für diese vorbestimmte Einschaltzeit die Steuerspannung auf den Wandler zu schalten. Der Wandler wandelt dann die Steuerspannung in die Zwischenkreisspannung, und nach einem zeitlichen Versatz nach Betätigung des Zeitrelais steuert die Schaltstufe die Betätigungseinrichtung in gepulster Weise an.The background here is that the electromagnetic actuator on the one hand must be controlled at least as long until z. B. the armature of a pull magnet is in the end position. On the other hand, too long a control of the electromagnetic actuator should be omitted in order to avoid a (thermal) overload of the actuator. This is ensured by the fact that the time relay always drives the power relay only for a predetermined switch-on time in order to switch the control voltage to the converter via the power relay for this predetermined switch-on time. The converter then converts the control voltage into the intermediate circuit voltage, and after a time delay after actuation of the time relay, the switching stage controls the actuator in a pulsed manner.

Das Zeitrelais kann beispielsweise manuell über einen Taster oder auch in ferngesteuerter Weise betätigt werden.The time relay can be operated manually, for example via a button or in a remote-controlled manner.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Wandler als Hochsetzsteller mit einer Hochsetzstellerdrossel, einem Pulsweitenmodulator und einem ersten Halbleiterschalter ausgebildet. Die Hochsetzstellerdrossel ist einerseits mit der Steuerspannung und andererseits über den ersten Halbleiterschalter mit einem Masseanschluss und über eine Diode mit dem Zwischenkreis verbunden. Der Pulsweitenmodulator ist in diesem Fall ausgebildet, den ersten Halbleiterschalter in gepulster Weise zum Erzeugen der Zwischenkreisspannung an dem Zwischenkreis zu schalten und über den ersten Halbleiterschalter die Hochsetzstellerdrossel damit in gepulster Weise mit dem Masseanschluss zu verbinden. Der erste Halbleiterschalter wird hierbei derart angesteuert, dass über die Diode in gewünschter Weise ein Strom in den Zwischenkreis eingespeist und dadurch die gewünschte Zwischenkreisspannung an dem Zwischenkreis eingestellt wird. In an advantageous embodiment, the converter is designed as a boost converter with a boost converter inductor, a pulse width modulator and a first semiconductor switch. The boost converter inductor is connected on the one hand to the control voltage and on the other hand via the first semiconductor switch to a ground terminal and via a diode to the DC link. In this case, the pulse width modulator is designed to switch the first semiconductor switch in a pulsed manner to generate the intermediate circuit voltage at the intermediate circuit and, via the first semiconductor switch, to connect the boost converter choke to the ground terminal in a pulsed manner. The first semiconductor switch is in this case driven in such a way that a current is fed via the diode in the desired manner into the intermediate circuit and thereby the desired intermediate circuit voltage is set at the intermediate circuit.

Der Zwischenkreis enthält in an sich bekannter Weise einen Zwischenkreiskondensator, der über den Wandler gespeist wird und über die Schaltstufe mit der Betätigungseinrichtung verbunden ist. Über die Schaltstufe wird hierbei die Zwischenkreisspannung in gepulster Weise auf die Betätigungseinrichtung geschaltet, so dass sich an der Betätigungseinrichtung ein zeitlich variabler Mittelwert der Spannung und dementsprechend ein zeitlich variabler Strom zum Erzeugen einer über den Stellweg variablen Stellkraft einstellt.The intermediate circuit contains in known manner a link capacitor, which is fed via the converter and is connected via the switching stage with the actuating device. In this case, the intermediate circuit voltage is switched to the actuating device in a pulsed manner via the switching stage, so that a time-variable mean value of the voltage and, accordingly, a temporally variable current for generating a variable actuating force via the actuating path are set on the actuating device.

Die Schaltstufe kann beispielsweise eine Impulsfolgeschaltung und einen zweiten Halbleiterschalter aufweisen. Die Impulsfolgeschaltung ist hierbei ausgebildet, eine Impulsfolge zum Schalten des zweiten Halbleiterschalters zu erzeugen, um durch gepulste Ansteuerung des Halbleiterschalters den Zwischenkreis in gepulster Weise auf die Betätigungseinrichtung zu schalten und damit einen zeitlich variablen Strom an der Betätigungseinrichtung einzustellen.The switching stage may, for example, have a pulse sequence circuit and a second semiconductor switch. The pulse sequence circuit is in this case designed to generate a pulse train for switching the second semiconductor switch to switch by pulsed driving the semiconductor switch the DC link in a pulsed manner to the actuator and thus set a time-variable current to the actuator.

Der Pulsweitenmodulator und/oder die Impulsfolgeschaltung können als gesonderte elektronische Bausteine oder auch durch einen Mikrocontroller, der in geeigneter Weise den (ersten) Halbleiterschalter des Wandlers und/oder den (zweiten) Halbleiterschalter der Schaltstufe ansteuert, verwirklicht sein.The pulse width modulator and / or the pulse sequence can be implemented as separate electronic components or by a microcontroller, which controls in a suitable manner the (first) semiconductor switch of the converter and / or the (second) semiconductor switch of the switching stage.

Wie bereits angedeutet, ist die Betätigungseinrichtung vorteilhafterweise durch einen Zugmagneten ausgebildet, bei dem infolge eines Stromflusses ein Anker auf elektromagnetische Weise bewegt oder ein Hebel verstellt wird. Grundsätzlich sind jedoch auch andere Ausgestaltungen von Betätigungseinrichtungen zum Erzeugen einer Stellkraft denkbar.As already indicated, the actuating device is advantageously formed by a pull magnet in which, as a result of a current flow, an armature is moved in an electromagnetic manner or a lever is adjusted. In principle, however, other embodiments of actuators for generating a force are conceivable.

In einfacher Ausgestaltung ist die Ansteuerschaltung mit einem Wandler und einer Schaltstufe ausgebildet, um eine Betätigungseinrichtung anzusteuern. Denkbar ist aber auch, die Ansteuerschaltung zum Ansteuern von zwei oder mehr Betätigungseinrichtungen mit zwei oder mehr Wandlern und zwei oder mehr Schaltstufen auszurüsten, so dass über eine einzige Ansteuerschaltung mehrere Schaltgeräte betrieben werden können.In a simple embodiment, the drive circuit is formed with a converter and a switching stage to control an actuator. It is also conceivable to equip the drive circuit for driving two or more actuators with two or more transducers and two or more switching stages, so that a plurality of switching devices can be operated via a single drive circuit.

Durch zeitlich beschränkte Ansteuerung der Betätigungseinrichtung mittels des erläuterten Zeitrelais kann vorliegend sichergestellt werden, dass die Betätigungseinrichtung, insbesondere bei Ausbildung als Zugmagnet, nicht über eine zu lange Betriebszeit betrieben wird. Um eine zusätzliche Sicherung gegen eine Überlastung bereitzustellen, kann zusätzlich eine Schmelzsicherung als Bestandteil der Ansteuerschaltung bereitgestellt werden, die einen Stromfluss durch die Betätigungseinrichtung unterbricht, wenn eine Überlastung der Betätigungseinrichtung erkannt wird. Die Schmelzsicherung kann beispielsweise bei einem erhöhten Stromfluss auslösen. Möglich ist auch, dass die Schmelzsicherung thermisch mit einem (Leistungs-)Widerstand gekoppelt ist, um eine thermische Überlastung aufzunehmen und infolge einer thermischen Überlastung einen Stromfluss zu unterbrechen.By temporally limited activation of the actuating device by means of the described time relay can be ensured in the present case that the actuating device, in particular when trained as a pull magnet, is not operated for too long an operating time. In addition, to provide additional protection against overload, a fuse may be provided as part of the drive circuit which interrupts current flow through the actuator when overload of the actuator is detected. The fuse can trigger, for example, at an increased current flow. It is also possible that the fuse is thermally coupled to a (power) resistor to absorb a thermal overload and to interrupt a current flow as a result of thermal overload.

Der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke soll nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:The idea underlying the invention will be explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in the figures. Show it:

1 eine schematische Ansicht einer Schaltungsanordnung zum schaltbaren Verbinden einer Batterie mit einem Bordnetz eines Fahrzeugs; 1 a schematic view of a circuit arrangement for switchably connecting a battery to a vehicle electrical system of a vehicle;

2 ein Schaltdiagramm einer Ansteuerschaltung der Schaltungsanordnung; und 2 a circuit diagram of a drive circuit of the circuit arrangement; and

3 eine diagrammatische Darstellung einer Kraft-Weg-Charakteristik eines Schaltgeräts der Schaltungsanordnung. 3 a diagrammatic representation of a force-displacement characteristic of a switching device of the circuit arrangement.

1 zeigt in einem schematischen Schaltdiagramm eine Schaltungsanordnung mit einem Schaltgerät 2 und einer Ansteuerschaltung 3, die dazu dient, eine Batterie 1 schaltbar mit einem Bordnetz B zu verbinden. 1 shows a schematic circuit diagram of a circuit arrangement with a switching device 2 and a drive circuit 3 that serves a battery 1 switchable to an electrical system B to connect.

Das Schaltgerät 2 ist hierzu mit dem Pluspotential (+) der Batterie 1 und mit dem Bordnetz B verbunden. Das Bordnetz B ist mit dem Minuspotential MB (auch als „Minus Batterie” bezeichnet) verbunden. Die Ansteuerschaltung 3 ist mit dem Pluspotential der Batterie 1, die eine Steuerspannung UDauer für die Ansteuerschaltung 3 bereitstellt, über einen Schalter S mit einer Einschaltspannung UEin und mit dem Minuspotential MB der Batterie 1 verbunden.The switching device 2 is this with the positive potential (+) of the battery 1 and connected to the electrical system B. The electrical system B is connected to the negative potential MB (also referred to as "negative battery"). The drive circuit 3 is with the positive potential of the battery 1 which has a control voltage U duration for the drive circuit 3 providing, via a switch S having a turn-on voltage U A and the minus potential of the battery MB 1 connected.

Eine Schaltungsanordnung der hier geschilderten Art kann beispielsweise in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Schienenfahrzeug zum Einsatz kommen. Das Schaltgerät 2 dient in diesem Zusammenhang zur Bereitstellung einer Sicherheitsfunktion und einer Schaltfunktion, um die Batterie 1 wahlweise mit dem Bordnetz B zu verbinden oder vom Bordnetz B zu trennen und auf diese Weise gegebenenfalls den Batteriekreis mit der darin enthaltenen Batterie 1 zu schützen. Solche Schaltungsanordnungen werden entsprechend auch als Batterieschutzschalter bezeichnet. A circuit arrangement of the type described here can be used, for example, in a vehicle, in particular in a rail vehicle. The switching device 2 serves in this context to provide a safety function and a switching function to the battery 1 optionally to connect to the electrical system B or separate from the electrical system B and in this way, if necessary, the battery circuit with the battery contained therein 1 to protect. Such circuits are also referred to as battery protection switch accordingly.

Das Schaltgerät 2 ist bistabil ausgebildet und weist entsprechend zwei stabile Schaltstellungen auf, entsprechend einer geöffneten Stellung, in der die Batterie 1 vom Bordnetz B getrennt ist, und einer geschlossenen Stellung, in der die Batterie 1 mit dem Bordnetz B verbunden ist.The switching device 2 is bistable and accordingly has two stable switching positions, corresponding to an open position in which the battery 1 disconnected from the electrical system B, and a closed position in which the battery 1 connected to the electrical system B is connected.

Weil das Schaltgerät 2 stabile Schaltstellungen aufweist und somit die Schaltstellungen beispielsweise durch mechanische Mittel gesichert sind, ist keine (elektrische) Energie erforderlich, um das Schaltgerät 2 in der einen oder der anderen Schaltstellung zu halten. Wird das Schaltgerät 2 beispielsweise in die geschlossene Stellung geschaltet, so verbleibt das Schaltgerät 2 in dieser Schaltstellung, auch wenn die Energiezufuhr anschließend unterbrochen wird. Dies hat den Vorteil, dass das Schaltgerät 2 und eine Betätigungseinrichtung der Ansteuerschaltung 3 nach dem Schalten keinen Strom aufnimmt und damit eine ständige Energiezufuhr zum Halten des Schaltgeräts 2 in der gerade eingenommenen Schaltstellung nicht erforderlich ist, so dass auch bei einem längerfristigen Stillsetzen des Fahrzeugs es zu keinem Entladen einer das Schaltgerät 2 speisenden Batterie kommt.Because the switching device 2 Having stable switching positions and thus the switching positions are secured, for example, by mechanical means, no (electrical) energy is required to the switching device 2 to keep in one or the other switching position. Will the switching device 2 For example, switched to the closed position, the switching device remains 2 in this switching position, even if the power supply is subsequently interrupted. This has the advantage that the switching device 2 and an actuator of the drive circuit 3 after switching no current absorbs and thus a constant power supply to hold the switching device 2 is not required in the currently occupied switching position, so that even with a longer-term shutdown of the vehicle there is no unloading of the switching device 2 feeding battery comes.

Das Schaltgerät 2 wird über die Ansteuerschaltung 3 angesteuert. Bei einer in 2 in einem Schaltdiagramm schematisch dargestellten Ansteuerschaltung 3 werden zwei Betätigungseinrichtungen in Form von Zugmagneten ZM1, ZM2 über zwei (getrennte) Ansteuerstufen angesteuert. Die Zugmagneten ZM1, ZM2 mit einer Leistungsaufnahme von z. B. jeweils 300 W stehen jeweils mit einem Schaltgerät 2 in Verbindung und wirken auf das jeweils zugeordnete Schaltgerät 2 zum Schalten zwischen den Schaltstellungen ein. Die Ansteuerstufen der Ansteuerschaltung 3 zum Ansteuern der Zugmagnete ZM1, ZM2 sind hierbei funktionsgleich, so dass nachfolgend die Funktionsweise der Ansteuerschaltung 3 mit Blick auf lediglich eine dieser Ansteuerstufen beschrieben werden soll.The switching device 2 is via the drive circuit 3 driven. At an in 2 in a circuit diagram schematically illustrated drive circuit 3 two actuators in the form of traction magnets ZM1, ZM2 are controlled by two (separate) control stages. The pull magnets ZM1, ZM2 with a power consumption of z. B. each 300 W are each with a switching device 2 in conjunction and act on the respective associated switching device 2 for switching between the switching positions. The control stages of the drive circuit 3 for driving the tension magnets ZM1, ZM2 are functionally identical, so that below the operation of the drive circuit 3 to be described with regard to only one of these Ansteuerstufen.

Die Ansteuerschaltung 3 weist ein Zeitrelais ZR, ein Leistungsrelais K und in jeder einem Zugmagneten ZM1, ZM2 zugeordneten Ansteuerstufe einen Wandler W, einen Zwischenkreis ZK und eine Schaltstufe SS auf, über die jeweils ein Zugmagnet ZM1, ZM2 angesteuert werden kann. Das Zeitrelais ZR dient hierbei dazu, das Leistungsrelais K über eine vorbestimmte Einschaltzeit t anzusteuern, indem ein Taster S (manuell, ferngesteuert oder auch im Bedarfsfall automatisch ausgelöst) betätigt, darüber eine Triggerspannung UEin auf das Zeitrelais ZR geschaltet und dadurch das Leistungsrelais K für die vorbestimmte Einschaltzeit t zum Schalten einer Steuerspannung UDauer auf den Wandler W angesteuert wird.The drive circuit 3 has a timing relay ZR, a power relay K and in each one Zerm1, ZM2 ZM2 drive stage associated with a converter W, a DC link ZK and a switching circuit SS, via which in each case a pull magnet ZM1, ZM2 can be controlled. The time relay ZR serves here to control the power relay K over a predetermined switch-on time t by a push button S (manually, remotely controlled or automatically triggered if necessary), connected via a trigger voltage U Ein to the timing relay ZR and thereby the power relay K for the predetermined switch-on time t for switching a control voltage U duration to the converter W is controlled.

Das Zeitrelais ZR ist als monostabiler Zeitschalter ausgebildet und schaltet nach der vorbestimmten Einschaltzeit t in seine Ausgangsstellung zurück, in der das Leistungsrelais K abschaltet und damit die Steuerspannung UDauer nicht auf den Wandler W gelangt.The timing relay ZR is designed as a monostable time switch and switches back to the predetermined switch-on time t in its initial position in which the power relay K switches off and thus the control voltage U duration does not reach the transducer W.

Ist das Leistungsrelais K (für die vorbestimmte Einschaltzeit t) geschaltet, so wird die Steuerspannung UDauer über einen Eingangsfilter 31 dem Wandler W zugeführt. Der Wandler W ist als Hochsetzsteller (auch bezeichnet als Aufwärtswandler) ausgebildet und weist eine Hochsetzstellerdrossel 32, einen Pulsweitenmodulator 33, einen Treiber 34 und einen Halbleiterschalter 35 auf. Die Hochsetzstellerdrossel 32 ist über den Halbleiterschalter 35 mit einem Masseanschluss GRD verbunden und zudem über eine Diode D1 mit dem Zwischenkreis ZK gekoppelt. Der Pulsweitenmodulator 33 dient zum Erzeugen eines Pulsweitensignals zum Ansteuern des Halbleiterschalters 35 und wirkt hierzu auf den Treiber 34 ein, der entsprechend den einen Leistungsschalter verwirklichenden Halbleiterschalter 35 ansteuert.If the power relay K (for the predetermined switch-on time t) is switched, then the control voltage U duration via an input filter 31 the converter W supplied. The transducer W is designed as a boost converter (also referred to as up-converter) and has a boost converter inductor 32 , a pulse width modulator 33 , a driver 34 and a semiconductor switch 35 on. The boost converter choke 32 is over the semiconductor switch 35 connected to a ground terminal GRD and also coupled via a diode D1 to the DC link ZK. The pulse width modulator 33 serves to generate a pulse width signal for driving the semiconductor switch 35 and acts on the driver 34 a, according to a circuit breaker realizing semiconductor switch 35 controls.

Durch Ansteuerung des Halbleiterschalters 35 über den Pulsweitenmodulator 33 wird die Hochsetzstellerdrossel 32 in gepulster Weise mit dem Masseanschluss GRD verbunden. Durch geeignete Ansteuerung wird hierbei aus der über das Leistungsrelais K und den Eingangsfilter 31 an die Hochsetzstellerdrossel 32 angelegten Steuerspannung UDauer eine (konstante) Zwischenkreisspannung UZK an einem Zwischenkreiskondensator 36 des Zwischenkreises ZK gebildet, wobei diese Zwischenkreisspannung UZK im Wesentlichen konstant ist und größer sein kann als die Steuerspannung UDauer.By driving the semiconductor switch 35 over the pulse width modulator 33 becomes the boost converter choke 32 connected in a pulsed manner to the ground terminal GRD. By suitable control is in this case from the on the power relay K and the input filter 31 to the boost converter choke 32 applied control voltage U duration a (constant) DC link voltage U ZK to a DC link capacitor 36 the intermediate circuit ZK formed, this intermediate circuit voltage U ZK is substantially constant and may be greater than the control voltage U duration .

Auf diese Weise erzeugt der Wandler W an dem Zwischenkreiskondensator 36 des Zwischenkreises ZK aus der Steuerspannung UDauer eine Zwischenkreisspannung UZK an dem Zwischenkreiskondensator 36, die im Wesentlichen unabhängig von dem konkreten Wert der Steuerspannung UDauer ist. Die Steuerspannung UDauer kann beispielsweise über die Batterie 1 zur Verfügung gestellt werden und sich in einem Spannungsbereich zwischen 75 V und 150 V bewegen. Die Zwischenkreisspannung UZK kann beispielsweise einen konstanten Wert von 127 V aufweisen.In this way, the transducer W generates at the DC link capacitor 36 the intermediate circuit voltage U ZK from the control period an intermediate circuit voltage U ZK in the intermediate circuit capacitor 36 which is substantially independent of the actual value of the control voltage U duration . The control voltage U duration can be, for example, via the battery 1 be made available and in a voltage range between 75 V and 150 V move. The intermediate circuit voltage U ZK can for example, have a constant value of 127V.

Über die Schaltstufe SS wird die Zwischenkreisspannung UZK in gepulster Weise der Betätigungseinrichtung in Form des Zugmagneten ZM1, ZM2 zugeführt. Der Zugmagnet ZM1, ZM2 ist hierzu einerseits mit dem Zwischenkreisspannungspotential und andererseits über einen Halbleiterschalter 39 der Schaltstufe SS mit dem Masseanschluss GRD verbunden. Die Schaltstufe SS weist eine Impulsfolgeschaltung 37 zum Erzeugen einer Impulsfolge, einen Treiber 38 und den Halbleiterschalter 39 auf, wobei die Impulsfolgeschaltung 37 eine Impulsfolge an den Treiber 38 abgibt und darüber den Halbleiterschalter 39 zum gepulsten Ansteuern des Zugmagneten ZM1, ZM2 ansteuert.Via the switching stage SS, the intermediate circuit voltage U ZK is supplied in a pulsed manner to the actuating device in the form of the traction magnet ZM1, ZM2. The pull magnet ZM1, ZM2 is this on the one hand with the DC link voltage potential and on the other hand via a semiconductor switch 39 the switching stage SS connected to the ground terminal GRD. The switching stage SS has a pulse sequence 37 for generating a pulse train, a driver 38 and the semiconductor switch 39 on, wherein the pulse sequence circuit 37 a pulse train to the driver 38 and above the semiconductor switch 39 for pulsed driving of the pull magnet ZM1, ZM2 drives.

Die Halbleiterschalter 35, 39 können beispielsweise durch eine MOSFET-Transistorschaltung verwirklicht sein.The semiconductor switches 35 . 39 may be realized, for example, by a MOSFET transistor circuit.

Über den Halbleiterschalter 39 wird der Zugmagnet ZM1, ZM2 in gepulster Weise angesteuert und dadurch die Zwischenkreisspannung UZK in gepulster Weise dem Zugmagneten ZM1, ZM2 zugeführt. Auf diese Weise kann an dem Zugmagneten ZM1, ZM2 ein zeitlich variabler Spannungsmittelwert und entsprechend ein zeitlich variabler Strom eingestellt werden, der sich aus dem Mittelwert der gepulsten Zwischenkreisspannung UZK ergibt.About the semiconductor switch 39 the pull magnet ZM1, ZM2 is driven in a pulsed manner, thereby supplying the intermediate circuit voltage U ZK in a pulsed manner to the pull magnet ZM1, ZM2. In this way, a time-variable voltage mean value and correspondingly a time-variable current can be set on the tension magnet ZM1, ZM2, which results from the mean value of the pulsed intermediate circuit voltage U ZK .

Die von der Impulsfolgeschaltung 37 erzeugte Impulsfolge ist dabei derart, dass über die Einschaltzeit t des Zeitrelais ZR ein Strom durch den Zugmagneten ZM1, ZM2 eingestellt wird, der an dem Zugmagneten ZM1, ZM2 eine Stellkraft F (siehe 3) erzeugt, die einer Kraft-Weg-Charakteristik des Schaltgeräts 2 angepasst ist.The from the pulse sequence 37 generated pulse sequence is such that over the turn-on time t of the timing relay ZR, a current through the pull magnet ZM1, ZM2 is set to the pull magnet ZM1, ZM2 a force F (see 3 ) generates the force-displacement characteristic of the switching device 2 is adjusted.

Wie aus 3 ersichtlich, ist die Kraft-Weg-Charakteristik derart, dass beim überführen des Schaltgeräts 2 von einer der geöffneten Stellung entsprechenden ersten Schaltstellung s0 in eine der geschlossenen Stellung entsprechende zweite Schaltstellung sEnd über den Stellweg s zunächst eine vergleichsweise niedrige Anfangskraft FAnf erforderlich ist, die ab einem Druckpunkt s1 bis hin zu einem Maximalpunkt s2 auf eine Maximalkraft Fmax anwächst und nach dem Maximalpunkt s2 bis in die zweite Schaltstellung sEnd auf eine Endkraft FEnd abfällt. Entsprechend der Kurve dieser Kraft-Weg-Charakteristik wird die Stellkraft F an dem Zugmagneten ZM1, ZM2 erzeugt, so dass die Stellkraft F der Kraft-Weg-Charakteristik des Schaltgeräts 2 angepasst ist.How out 3 can be seen, the force-displacement characteristic is such that when transferring the switching device 2 from a position corresponding to the first open position s 0 in a closed position corresponding second switching position s End on the travel s first a comparatively low initial force F Anf is required, from a pressure point s 1 to a maximum point s 2 to a maximum force F max increases and decreases after the maximum point of s 2 to the second shift position to a final force F s End End. According to the curve of this force-displacement characteristic, the actuating force F is generated on the tension magnet ZM1, ZM2, so that the force F of the force-displacement characteristic of the switching device 2 is adjusted.

Durch Anpassen der Stellkraft F an die Kraft-Weg-Charakteristik des Schaltgeräts 2 wird ein mechanisch schonender Betrieb des Schaltgeräts 2 gewährleistet. Insbesondere wird eine überhöhte Stellkraft F vermieden, die bei einem Anschlagen von mechanisch betätigten Bauteilen zu einer Abnutzung oder gar Beschädigung des Schaltgerätes 2 führen könnte.By adjusting the force F to the force-displacement characteristics of the switching device 2 becomes a mechanically gentle operation of the switching device 2 guaranteed. In particular, an excessive force F is avoided, which in a striking of mechanically actuated components to wear or even damage to the switching device 2 could lead.

Zudem wird durch Anpassen der Stellkraft F an die Kraft-Weg-Charakteristik des Schaltgerätes 2 gewährleistet, dass unabhängig von der konkret zur Verfügung stehenden Steuerspannung UDauer ein zuverlässiges Schalten des Schaltgerätes 2 erfolgt. Insbesondere wird durch das Wandeln der Steuerspannung UDauer in die Zwischenkreisspannung UZK und das Anpassen der Stellkraft F an die Kraft-Weg-Charakteristik des Schaltgeräts 2 über den gesamten Spannungsbereich der Steuerspannung UDauer gewährleistet, dass genügend Energie zum Schalten des Schaltgeräts 2 vorhanden ist und zudem ein Prellen von mechanisch betätigten Bauteilen des Schaltgeräts 2 ausgeschlossen ist.In addition, by adjusting the force F to the force-displacement characteristics of the switching device 2 ensures that regardless of the actual available control voltage U duration reliable switching of the switching device 2 he follows. In particular, by the conversion of the control voltage U duration in the intermediate circuit voltage U ZK and the adjustment of the force F to the force-displacement characteristic of the switching device 2 over the entire voltage range of the control voltage U duration ensures that enough energy to switch the switching device 2 is present and also a bouncing of mechanically operated components of the switching device 2 is excluded.

Für den konkreten Betrieb der Ansteuerschaltung 3 kann vorgesehen sein, dass zunächst über den Wandler W bei Betätigung des Zeitrelais ZR die Zwischenkreisspannung UZK auf den gewünschten konstanten Wert von z. B. 127 V aufgebaut wird. Ist die Zwischenkreisspannung UZK in gewünschter Weise eingestellt, so kann, mit einem zeitlichen Versatz, der Halbleiterschalter 39 über eine geeignete Impulsfolge mittels der Impulsfolgeschaltung 37 angesteuert werden, um eine Stellkraft mit gewünschtem Verlauf an dem Zugmagneten ZM1, ZM2 zu erzeugen.For the specific operation of the drive circuit 3 It can be provided that initially via the converter W upon actuation of the timing relay ZR the intermediate circuit voltage U ZK to the desired constant value of z. B. 127 V is built. If the intermediate circuit voltage U ZK is set in the desired manner, the semiconductor switch can, with a time offset 39 via a suitable pulse sequence by means of the pulse sequence circuit 37 be driven to produce a force with a desired curve on the pull magnet ZM1, ZM2.

Für die Bildung der Impulsfolge kann die Impulsfolgeschaltung 37 beispielsweise ein impulsweitenmoduliertes Signal mit einer konstanten Grundfrequenz von 1 kHz erzeugen.For the formation of the pulse train, the pulse sequence can 37 For example, generate a pulse width modulated signal with a constant fundamental frequency of 1 kHz.

Die Zugmagnete ZM1, ZM2, die als Betätigungseinrichtungen zum Ansteuern von Schaltgeräten 2 dienen, sind für einen Kurzzeitbetrieb ausgelegt und werden entsprechend über das Zeitrelais ZR der Ansteuerschaltung 3 nur über eine kurze, vorbestimmte Einschaltzeit t angesteuert. Die Einschaltzeit t des Zeitrelais ZR ist dabei so zu bemessen, dass auch bei wechselnden Umgebungsbedingungen die Einschaltzeit t größer ist als die Schaltzeit, die zum Schalten des Schaltgeräts 2, also zum Überführen des Schaltgeräts 2 von der einen Schaltstellung in die andere Schaltstellung, erforderlich ist.The pull magnets ZM1, ZM2, which are used as actuators for the control of switchgear 2 serve, are designed for a short-time operation and are correspondingly on the timing relay ZR of the drive circuit 3 only controlled by a short, predetermined switch-on time t. The switch-on time t of the time relay ZR is to be dimensioned so that even with changing environmental conditions, the switch-on time t is greater than the switching time required to switch the switching device 2 , ie for transferring the switching device 2 from the one switching position to the other switching position, is required.

Die Ansteuerschaltung 3 weist Schmelzsicherungen F1, F2 auf, die dem Eingangsfilter 31 vorgeschaltet sind. Diese Schmelzsicherungen F1, F2 dienen dazu, bei (thermischer) Überlastung der Ansteuerschaltung 3 und des Zugmagneten ZM1, ZM2 einen Stromfluss zu unterbrechen und auf diese Weise insbesondere den Zugmagneten ZM1, ZM2 zu schützen.The drive circuit 3 has fuses F1, F2, which are the input filter 31 upstream. These fuses F1, F2 serve in (thermal) overload of the drive circuit 3 and the pull magnet ZM1, ZM2 to interrupt a current flow and in this way in particular to protect the pull magnet ZM1, ZM2.

Die Schmelzsicherung F1 ist hierbei als Thermoschmelzsicherung ausgebildet und dazu mit einem Leistungswiderstand R1 thermisch gekoppelt, so dass über den Leistungswiderstand R1 eine thermische Überlast erkannt und entsprechend ein Stromfluss unterbrochen werden kann. Die Baugröße des Leistungswiderstands R1 der Thermoschmelzsicherung F1 ist vorteilhafterweise so zu wählen, dass der Leistungswiderstand R1 ein dem zugeordneten Zugmagneten ZM1, ZM2 thermisch äquivalentes Verhalten aufweist.The fuse F1 is formed here as a thermal fuse and thermally coupled to a power resistor R1, so that detected via the power resistor R1, a thermal overload and correspondingly a current flow can be interrupted. The size of the power resistor R1 of the thermal fuse F1 is advantageously to be selected such that the power resistor R1 has a thermally equivalent behavior to the associated tension magnet ZM1, ZM2.

Die Schmelzsicherung F2 unterbricht den Stromfluss, wenn ein Überstrom beispielsweise infolge eines Kurzschlusses auftritt.The fuse F2 interrupts the flow of current when an overcurrent occurs, for example due to a short circuit.

Sollte im Fehlerfall die zulässige Betriebszeit des Zugmagneten ZM1, ZM2 überschritten werden, so löst zumindest eine der Schmelzsicherungen F1, F2 aus und verhindert auf diese Weise eine (thermische) Überlast der Zugmagneten ZM1, ZM2.If, in the event of a fault, the permissible operating time of the traction magnet ZM1, ZM2 is exceeded, at least one of the fuses F1, F2 triggers and in this way prevents a (thermal) overload of the traction magnets ZM1, ZM2.

Die Dioden D2 der Ansteuerstufen sind als Verpolschutz vorgesehen. Die Dioden D4 sollen eine interne Steuerspannung stabilisieren.The diodes D2 of the control stages are provided as polarity reversal protection. The diodes D4 are intended to stabilize an internal control voltage.

Der Pulsweitenmodulator 33 des Wandlers D und die Impulsfolgeschaltung 37 der Schaltstufe SS können beispielsweise durch einen Mikrocontroller verwirklicht sein, der zur Steuerung und Bildung der gewünschten Impulsfolgen über die Treiber 34, 38 die zugeordneten Halbleiterschalter 35, 39 ansteuert.The pulse width modulator 33 of the converter D and the pulse sequence circuit 37 The switching circuit SS can be realized for example by a microcontroller, which is used to control and form the desired pulse sequences via the driver 34 . 38 the associated semiconductor switches 35 . 39 controls.

Mit dem Einsatz eines Mikrocontrollers ist eine Weiterbildung denkbar, eine Erfassung der Schaltvorgänge für Lebensdauerprognose zum Erfassen eines eventuellen Wartungsbedarfs zu erzeugen. So können mittels des Mikrocontrollers die Schaltvorgänge gezählt werden, um nach einer vorbestimmten Anzahl von Schaltvorgängen (z. B. nach 20.000 Schaltvorgängen) ein Signal zu erzeugen, das anzeigt, dass eine Wartung des Schaltgeräts 2 und/oder der Ansteuerschaltung 3 vorgenommen werden sollte.With the use of a microcontroller, a further development is conceivable to generate a detection of the switching operations for lifetime prognosis for detecting a possible maintenance requirement. Thus, by means of the microcontroller, the switching operations can be counted to produce a signal indicating a maintenance of the switching device after a predetermined number of switching operations (eg, after 20,000 switching operations) 2 and / or the drive circuit 3 should be made.

Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke ist nicht auf die vorangehend geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern lässt sich auch in gänzlich anders gearteten Ausführungsformen verwirklichen. Insbesondere ist eine Schaltungsanordnung der hier geschilderten Art nicht beschränkt auf einen Einsatz in Schienenfahrzeugen, sondern kann darüber hinaus auch in Kraftfahrzeugen und grundsätzlich auch in anderem Zusammenhang außerhalb von Fahrzeugen als Schutzschalter Verwendung finden.The idea underlying the invention is not limited to the above-described embodiments, but can also be realized in completely different types of embodiments. In particular, a circuit arrangement of the type described here is not limited to use in rail vehicles, but can also be found in motor vehicles and in principle in other contexts outside of vehicles as a circuit breaker use.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Batteriebattery
22
Schaltgerätswitchgear
33
Ansteuerschaltungdrive circuit
3131
Eingangsfilterinput filter
3232
HochsetzstellerdrosselUp converter inductor
3333
PulsweitenmodulatorPulse width modulator
3434
Treiber für HalbleiterschalterDriver for semiconductor switches
3535
HalbleiterschalterSemiconductor switches
3636
ZwischenkreiskondensatorLink capacitor
3737
ImpulsfolgeschaltungPulse train circuit
3838
Treiber für HalbleiterschalterDriver for semiconductor switches
3939
HalbleiterschalterSemiconductor switches
+/–+/-
Batterieanschlussbattery terminal
BB
Bordnetzboard network
FF
Stellkraftforce
FAnf F Anf
Anfangskraftinitial force
FEnd F End
Endkraftfinal force
Fmax F max
Maximalkraftmaximum strength
F1F1
ThermoschmelzsicherungThermal fuse
F2F2
Schmelzsicherungfuse
KK
Leistungsrelaispower relay
MBMB
Minuspotentialnegative potential
R1R1
Widerstandresistance
ss
StellwegTravel Range
s0 s 0
Erste SchaltstellungFirst shift position
s1 s 1
Druckpunktpressure point
s2 s 2
Maximalpunktmaximum point
sEnd s end
Zweite SchaltstellungSecond switch position
SS
Sastersaster
SSSS
Schaltstufeswitching stage
tt
Einschaltzeiton time
UDauer U duration
Steuerspannungcontrol voltage
UEin U A
Triggerspannungtrigger voltage
UZK U ZK
ZwischenkreisspannungIntermediate circuit voltage
WW
Wandlerconverter
ZKZK
ZwischenkreisDC
ZM1, ZM2ZM1, ZM2
Zugmagnetpull magnet
ZRZR
Zeitrelaistime Relays

Claims (14)

Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines Schaltgerätes, welches eine erste Schaltstellung und eine zweite Schaltstellung aufweist und zwischen der ersten Schaltstellung und der zweiten Schaltstellung schaltbar ist, – mit zumindest einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung zum Erzeugen einer Stellkraft zum Schalten des Schaltgeräts zwischen der ersten Schaltstellung und der zweiten Schaltstellung und – einer Ansteuerschaltung zum Ansteuern der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet dass die Ansteuerschaltung (3) einen Wandler (W), einen mit dem Wandler (W) verbundenen Zwischenkreis (ZK) und eine mit der Betätigungseinrichtung (ZM1, ZM2) verbundene Schaltstufe (SS) aufweist, wobei der Wandler (W) dazu ausgebildet ist, aus einer an dem Wandler (W) anliegenden Steuerspannung (UDauer) an dem Zwischenkreis (ZK) eine Zwischenkreisspannung (UZK) zu erzeugen, die über die Schaltstufe (SS) in gepulster Weise der Betätigungseinrichtung (ZM1, ZM2) zum Erzeugen der Stellkraft (F) zugeführt wird.Circuit arrangement for driving a switching device having a first switching position and a second switching position and is switchable between the first switching position and the second switching position, - with at least one electromagnetic actuator for generating a force for switching the switching device between the first switching position and the second switching position and - A drive circuit for driving the electromagnetic actuator, characterized in that the drive circuit ( 3 ) comprises a transducer (W), an intermediate circuit (ZK) connected to the transducer (W), and a switching circuit (SS) connected to the actuator (ZM1, ZM2), the transducer (W) being designed to turn off a control voltage (U duration ) applied to the converter (W) generates an intermediate circuit voltage (U ZK) on the intermediate circuit ( ZK ) which is pulsed via the switching stage (SS) to the actuating device (ZM1, ZM2) for generating the actuating force (Z) F) is supplied. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenkreisspannung (UZK) in etwa konstant ist.Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the intermediate circuit voltage (U ZK ) is approximately constant. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellkraft (F) über einen Stellweg (s) der Betätigungseinrichtung (ZM1, ZM2) variabel ist und einer vorbestimmten Kraft-Weg-Charakteristik entspricht.Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the actuating force (F) via a travel (s) of the actuating device (ZM1, ZM2) is variable and corresponds to a predetermined force-displacement characteristic. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schaltstellung (s0) einer Ausschaltlage des Schaltgeräts (2) und die zweite Schaltstellung (sEnd) einer Einschaltlage des Schaltgeräts (2) entspricht und die Kraft-Weg-Charakteristik derart beschaffen ist, dass die Stellkraft (F) – zu Beginn des Stellwegs (s) in der ersten Schaltstellung (s0) einer Anfangskraft (FAnf) entspricht, – ab einem Druckpunkt (s1) mit dem Stellweg (s) bis auf eine Maximalkraft (Fmax) an einem Maximalpunkt (s2) ansteigt, – hinter dem Maximalpunkt (s2) mit dem Stellweg (s) abfällt und – in der zweiten Schaltstellung (sEnd) einer Endkraft (FEnd) entspricht, die kleiner als die Maximalkraft (Fmax) und größer als die Anfangskraft (FAnf) ist.Circuit arrangement according to Claim 3, characterized in that the first switching position (s 0 ) of a switch-off position of the switching device ( 2 ) and the second switching position (s end ) of a switch-on position of the switching device ( 2 ) and the force-displacement characteristic is such that the actuating force (F) - at the beginning of the travel (s) in the first switching position (s 0 ) corresponds to an initial force (F Anf ), - from a pressure point (s 1 ) with the travel (s) to a maximum force (F max ) at a maximum point (s 2 ) increases, - behind the maximum point (s 2 ) with the travel (s) drops and - in the second switching position (s End ) one End force (F End ), which is smaller than the maximum force (F max ) and greater than the initial force (F Anf ). Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerschaltung (3) ein Zeitrelais (ZR) und ein Leistungsrelais (K) aufweist, wobei das Zeitrelais (ZR) ausgebildet ist, bei Betätigung das Leistungsrelais (K) für eine vorbestimmte Einschaltzeit (t) derart anzusteuern, dass das Leistungsrelais (K) die Steuerspannung (UDauer) für die vorbestimmte Einschaltzeit (t) auf den Wandler (W) schaltet.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the drive circuit ( 3 ) has a time relay (ZR) and a power relay (K), wherein the timing relay (ZR) is designed to control the power relay (K) for a predetermined switch-on time (t) when actuated such that the power relay (K) controls the control voltage (U Duration ) for the predetermined switch-on time (t) to the converter (W) switches. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Einschaltzeit (t) größer ist als die Schaltzeit zum Überführen des Schaltgeräts (2) von der ersten Schaltstellung (s0) in die zweite Schaltstellung (sEnd).Circuit arrangement according to claim 5, characterized in that the predetermined switch-on time (t) is greater than the switching time for transferring the switchgear ( 2 ) from the first switching position (s 0 ) to the second switching position (s end ). Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerschaltung (3) ausgebildet ist, nach Betätigung des Zeitrelais (ZR) zunächst über den Wandler (W) die Zwischenkreisspannung (UZK) aufzubauen und nach einem zeitlichen Versatz über die Schaltstufe (SS) die Betätigungseinrichtung (ZM1, ZM2) in gepulster Weise anzusteuern.Circuit arrangement according to Claim 5 or 6, characterized in that the drive circuit ( 3 ) is formed, after actuation of the timing relay (ZR) first via the converter (W) to build the DC link voltage (U ZK ) and to control the actuator (ZM1, ZM2) in a pulsed manner after a time offset via the switching stage (SS). Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler (W) als Hochsetzsteller mit einer Hochsetzstellerdrossel (32), einem Pulsweitenmodulator (33) und einem ersten Halbleiterschalter (35) ausgebildet ist, wobei die Hochsetzstellerdrossel (32) einerseits mit der Steuerspannung (UDauer) und andererseits über den ersten Halbleiterschalter (35) mit Masse (GRD) und über eine Diode (D1) mit dem Zwischenkreis (ZK) verbunden ist und der Pulsweitenmodulator (33) ausgebildet ist, den ersten Halbleiterschalter (35) in gepulster Weise zum Erzeugen der Zwischenkreisspannung (UZK) an dem Zwischenkreis (ZK) zu schalten.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the converter (W) as a boost converter with a boost converter choke ( 32 ), a pulse width modulator ( 33 ) and a first semiconductor switch ( 35 ), wherein the boost converter throttle ( 32 ) on the one hand with the control voltage (U duration ) and on the other hand via the first semiconductor switch ( 35 ) is connected to ground (GRD) and via a diode (D1) to the intermediate circuit (ZK) and the pulse width modulator ( 33 ), the first semiconductor switch ( 35 ) in a pulsed manner for generating the intermediate circuit voltage (U ZK ) at the intermediate circuit (ZK) to switch. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenkreis (ZK) einen mit der Betätigungseinrichtung (ZM1, ZM2) verbundenen Zwischenkreiskondensator (36) aufweist.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the intermediate circuit (ZK) has a link circuit capacitor (ZM1, ZM2) connected to the actuating device (ZM1). 36 ) having. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltstufe (SS) eine Impulsfolgeschaltung (37) und einen zweiten Halbleiterschalter (39) aufweist, wobei die Impulsfolgeschaltung (37) ausgebildet ist, eine Impulsfolge zum Schalten des zweiten Halbleiterschalters (39) zum Erzeugen eines Stromflusses durch die Betätigungseinrichtung (ZM1, ZM2) bereitzustellen.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the switching stage (SS) comprises a pulse sequence circuit ( 37 ) and a second semiconductor switch ( 39 ), wherein the pulse sequence circuit ( 37 ) is formed, a pulse train for switching the second semiconductor switch ( 39 ) for generating a current flow through the actuator (ZM1, ZM2). Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Betätigungseinrichtung durch einen Zugmagneten (ZM1, ZM2) gebildet ist.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the electromagnetic actuating device is formed by a tension magnet (ZM1, ZM2). Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerschaltung (3) zwei Wandler (W) und zwei Schaltstufen (SS) zum Ansteuern von zwei Betätigungseinrichtung (ZM1, ZM2) aufweist.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the drive circuit ( 3 ) has two transducers (W) and two switching stages (SS) for driving two actuating means (ZM1, ZM2). Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerschaltung (3) eine Schmelzsicherung (F1, F2) zum Unterbrechen eines Stromflusses durch die Betätigungseinrichtung (ZM1, ZM2) bei thermischer Überlastung aufweist.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the drive circuit ( 3 ) has a fuse (F1, F2) for interrupting a current flow through the actuator (ZM1, ZM2) in case of thermal overload. Schaltgerät mit einer Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellkraft (F) einer Kraft-Weg-Charakteristik des Schaltgeräts (2) angepasst ist.Switching device with a circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the actuating force (F) of a force-displacement characteristic of the switching device ( 2 ) is adjusted.
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