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
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:
Das Schaltgerät
Eine Schaltungsanordnung der hier geschilderten Art kann beispielsweise in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Schienenfahrzeug zum Einsatz kommen. Das Schaltgerät
Das Schaltgerät
Weil das Schaltgerät
Das Schaltgerät
Die Ansteuerschaltung
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
Durch Ansteuerung des Halbleiterschalters
Auf diese Weise erzeugt der Wandler W an dem Zwischenkreiskondensator
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
Die Halbleiterschalter
Über den Halbleiterschalter
Die von der Impulsfolgeschaltung
Wie aus
Durch Anpassen der Stellkraft F an die Kraft-Weg-Charakteristik des Schaltgeräts
Zudem wird durch Anpassen der Stellkraft F an die Kraft-Weg-Charakteristik des Schaltgerätes
Für den konkreten Betrieb der Ansteuerschaltung
Für die Bildung der Impulsfolge kann die Impulsfolgeschaltung
Die Zugmagnete ZM1, ZM2, die als Betätigungseinrichtungen zum Ansteuern von Schaltgeräten
Die Ansteuerschaltung
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
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
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
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-
2011
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Legal Events
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R071 | Expiry of right |