DE2935196A1

DE2935196A1 - Sicherheitseinrichtung fuer elektrische verbraucher in kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE2935196A1
Application number: DE19792935196
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Carsten 7141 Ludwigsburg Bube; Dipl.-Ing. Dr. Ernst Hermann 6100 Darmstadt Düll; Ing.(grad.) Gerd 7000 Stuttgart Thiele; Dipl.-Ing. Hans 7031 Grafenau Zeller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1979-08-31
Filing date: 1979-08-31
Publication date: 1981-03-19
Also published as: US4371910A; DE2935196C2

Description

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17.8.1979 Mü/Kö

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1

Sicherheitseinrichtung für elektrische Verbraucher in Kraftfahrzeugen

Stand der Technik

Prinzipiell sind Sicherungen in Reihe zu elektrischen Verbrauchern schon längst bekannt. Erwähnt seien hier nur Schmelzsicherungen., Biinetallschalter, Sicherungsautomaten usw. Deren Ansprechempfindlichkeit erweist sich jedoch in vielen Anwendungsbereichen als nicht ausreichend. Z.B. werden Glühkerzen bei Brennkraftmaschinen mit Selbstzündung zum schnellen Aufheizen auf so hohe Temperaturen ausgelegt, daß ihre theoretische Endtemperatur über dem "Schmelzpunkt des Glühstiftmantel-Materials liegen kann. Treten dann im Fahrbetrieb Störungen auf, wie z.B. Überspannung, Kurzschluß eines Vorwiderstandes , Ausfall einer oder mehrerer der parallelgeschalteten Glühkerzen, Versagen der Steuereinheit, Kleben der Kontakte, dann können sich Teile von Glühdraht oder Glühstift lösen. Gelangen diese in den Brennraum, was besonders beim Wirbelkammermotor leicht möglich ist, dann kann leicht ein Motorschaden eintreten. Aus diesem Grund ist ■ Sicherungseinrichtungen für derartige elektrische Verbraucher bei Brennkraftmaschinen eine große Bedeutung

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beizumessen. Die genannten herkömmlichen Sicherungseinrichtungen erfüllen diese hohen Anforderungen nicht.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Sicherheitseinrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat sich im Betrieb als äußerst genau und zuverlässig erwiesen. Als besonders vorteilhaft hat sich dabei die elektrische Nachbildung des Temperaturverhaltens des Verbrauchers mit einem RC-Glied erwiesen, was inbesondere bei getakteter Ansteuerung dieses Verbrauchers von Bedeutung ist.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt Figur 1 eine Sicherheitseinrichtung mit einem in Reihe zu Verbraucher und Ein-Aus-Schalter liegendem Sicherungsrelais, Figur 2 eine Sicherheitseinrichtung mit z.B. einer Schmelzsicherung anstelle des Sicherungsrelais und einem Kurzschlußschalter für Verbraucher und Ein-Aus-Schalter, Figur 3 eine Einrichtung zur Überwachung der Glühkerzentemperatur, bei der der temperaturabhängige Innenwiderstand des Verbrauchers als Auslösesignal für das Sicherungsrelais oder den Kurzschlußschalter ausgewertet wird, Figur 4 ein Schaltungsteil zur elektrischen Nachbildung des Temperaturverhaltens des Verbrauchers, Figur 5 eine Realisierungsmöglichkeit der Anordnungen von Figur 2 und 3 und schließlich Figur 6 eine Schaltungsausführung der Gegenstände von Figur 2 und 4.

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Beschreibung der Ausfiihrungsbeispiele

Figur 1 zeigt in grob vereinfachter Darstellung den Stromkreis einer Glühkerze- bei einer Brennkraftmaschine mit Selbstzündung» Dabei ist mit 10 die Glühkerze bezeichnet , welche über einen Schalter 11 und ein Sicherheitsrelais-Kontaktpaar 12 an den Polen einer Batterie 13 angeschlossen ist. Die Betätigung des Schalters 11 -. erfolgt ausgehend vom Fahrschalter und_ist zeit- und/ oder betriebskenngrößenabhängig steuerbar. 14 kennzeichnet schließlich eine Ansteuervorrichtung für das Sicherheitsrelais-Kontaktpaar 12. Wesentlich beim Gegenstand von Figur 1 ist die direkte Ansteuerung eines in Reihe zur Glühkerze 10 und Schalter 11 liegenden Zusatzschalters mit dem Sicherheitsrelais-Kontaktpaar 12. Dieser Zusatzschalter öffnet beim Vorliegen bestimmter Betriebskenngrößen und unterbricht somit unmittelbar den Stromfluß durch die Glühkerze 10.

Beim Gegenstand von Figur 2 hingegen bewirkt ein Zusatzschalter l6 den Kurzschluß entxveder der Glühkerze 10 allein (gestrichelt gezeichnete Linie 17) oder jedoch der Reihenschaltung von Glühkerze 10 und Schalter 11. In diesem Fall spricht dann eine überlastsicherung 18 in Reihe, zur Glühkerze 10 und Schalter 11 an und unterbricht den Stromfluß. Der Schalter 16 wird dabei von einer Abschalteinrichtung 19 gesteuert, die gegebenenfalls von ihrem Aufbau her der Ansteuervorrichtung 14 von Figur 1 entsprechen kann.

Die Ansteuervorrichtung 14 für das Sicherheitsrelais-Kontaktpaar 12 des Gegenstandes von Figur 1 und die Ab-

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schalteinrichtung 19 für den Zusatzschalter 16 von Figur 2 sollen dann ein entsprechendes Ausgangssignal abgeben, wenn die Glühkerze thermisch gefährdet ist. Der Erkennung dieses Zustandes dienen die Gegenstände von Figur 3 oder ¹A₃ mit denen der temperaturabhängige Innenwiderstand der Glühkerze überwacht wird, oder jedoch das Temperaturverhalten einer Glühkerze mit elektrischen Mitteln nachbildbar ist.

Beim Gegenstand von Figur 3 wird der temperaturabhängige Innenwiderstand der Glühkerze 10 mittels einer Widerstandsmeßbrücke abgefragt und ausgewertet. Die Brückenschaltung besteht aus der Glühkerze 10 als einem der Widerstände und drei übrigen Widerständen 20, 21 und 22. In Reihe zu dieser Brückenschaltung liegt entsprechend dem Gegenstand von Figur 1 ein Schalter 11 zur Steuerung des Brückenstromes und das Sicherungsrelais-Kontaktpaar 12. Beide Verbindungspunkte der Widerstände 10. und 20 sowie-21 und 22 sind-zu einem Schwellwertschal- _-■ ter 24 geführt, dessen Ausgang der Betätigung- des Sicherheitsrelais-Kontaktpaares 12 dient.

Beachtenswert beim Gegenstand von Figur 3 ist der Widerstand 20 in Reihe zur Glühkerze 10. Dadurch entsteht zwangsläufig ein Leistungsverlust im auch noch so niederohmigen Widerstand 20. Von Vorteil ist jedoch ausgehend von der Messung des Innenwiderstandes der Glühkerze 10 auch die Steuerungsmöglichkeit für den Schalter H₃ dann nämlich, wenn der Schwellwertschalter 24 auf unterschiedliche Schwellwerte anspricht.

Will man aus Gründen eines möglichst niedrigen Leistungsverbrauches den Widerstand 20 des Gegenstandes von Figur

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einsparen., dann empfiehlt sich insbesondere bei einer „taktxfeisen Stromversorgung der Glühkerze 10 die elektrische Nachbildung ihres Temperaturverhaltens. Dies geschieht zxveckmäßigerweise mit Hilfe eines Zeitgliedes, ZaB. eines RC-Gliedes entsprechend der Anordnung von Figur 4„

Dort ""ist am Verbindungspunkt von Glühkerze 10 und Schalter 11 ein Widerstand 25"angeschlossen, der zu einer Parallelschaltung von Kondensator 26 und Widerstand 27 gegen Masse sowie zu einem ersten Eingang eines Schwellwertschalters 28 führt. An seinem zweiten Eingang liegt der Schwellwerschalter 28 an einem festen Potential, welches mittels eines Spannungsteilers "aus den Widerständen 29 und 30 zwischen einer Plusleitung 31 und einer gemeinsamen Masseleitung 32 liegt. Die Widerstände 25, 27, 29 und 30 können je nach Anforderung an das System auch als nichtlineare Widerstände oder nichtlineare Widerstandsnetzwerke ausgeführt sein. Erhält die Glühkerze 10 aus irgendwelchen Gründen zu viel Energie, was ihre übermäßige Erwärmung bedeutet _a dann wird entsprechend der Kondensator 26 auf einen hohen Spannungswert aufgeladen und der Schwellwertschalter 28 gibt dann ein entsprechendes Ausgangssignal ab, welches wiederumr zur Ansteuerung des nicht näher dargestellten Sicherungsrelais-Kontaktpaares 12 dienen kann. Selbstverständlich kann auch dieser Schwellwertschalter mehrstufig ausgeführt sein, um auch die Steuerung des Schalters 11 damit noch bewerkstelligen zu können. Auch ist die Art der Sicherungsabschaltung,, von der zwei Möglichkeiten in den^Figuren 1 und 2 angedeutet sind, unbeachtlich, denn bei beiden Anordnungen muß ein Zusatzschalter geöffnet bzw. geschlossen werden, um letztlich den Stromfluß zur Glühkerze 10 zu unterbrechen.

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Realisierungsmöglichkeiten der in den Figuren 1 bis k nur angedeuteten Gegenstände zeigen Schaltbilder in den Figuren 5 und 6.

In Figur 5 ist im wesentlichen der Gegenstand von Figur in Verbindung mit der in Figur 3 dargestellten Brückenanordnung dargestellt. Dabei sind übereinstimmende Teile auch mit den bereits verwendeten Bezugszeichen versehen. Man erkennt, daß zwischen der Plusleitung 31 und der Masseleitung 32 eine Reihenschaltung von überlastsicherung 18, Schalter 11, Widerstand 20 sowie Glühkerze 10 angeordnet ist und die Reihenschaltung von Widerstand 20 und Glühkerze 10 mittels zweier Widerstände 21 und 22 zu' einer Brückenschaltung vervollständigt ist. Parallel zur Reihenschaltung von Schalter 11, Widerstand 20 und Glühkerze 10 befindet sich der Zusatzschalter 16.

Ferner befinden sich aus Gründen der Funktionssicherheit ein Widerstand 35 parallel zur Glühkerze 10 und ein Widerstand 36 von der Plusleitung 31 zur Verbindungsstelle der beiden Widerstände 21 und 22. Ausgangsseitig ist der Schwellwertschalter 24 über einen Widerstand 36 und eine Diode 37 an der Basis eines Transistors 38 angeschlossen, wobei parallel zur Basis-Emitter-Strecke ein Widerstand 39 angeordnet ist. Zwischen Kollektor dieses Transistors 38 und der Masseleitung 32 liegen ein Sicherungsrelais HO für den Zusatzschalter 16 sowie parallel dazu eine Freilaufdiode Hl.

Von seiner Wirkungsweise her entspricht der Gegenstand von Figur 5 den bereits skizzierten. Schaltungsanordnungen der Figuren 2 und 3· Wesentlich ist, daß bei einem bestimmten, temperaturbedingten Glühkerzen-Widerstand

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der Schwellwertschalter 24 umschaltet und dann das Sicherungsrelais 40 ansprechen läßt. Dieses Sicherungsrelais 40 schaltet dann den Zusatzschalter 16, der Strom durch die Glühkerzen 10 wird wesentlich verringert und außerdem "spricht aufgrund des hohen Stromflusses durch die überlastsicherung 18 diese an und unterbricht-den Stromfluß zur Glühkerze 10 vollständig. Als Größen einzelner Bauteile seien angegeben: Überlastsicherung 18: 80 A₃ Glühkerzen-Widerstand: 10 bis 500 Milli-Ohm (in der Regel wird die erforderliche Anzahl von Glühkerzen parallelgeschaltet). Widerstand 21: 1 Kilo-Ohm und Widerstand 23: 10 Kilo-Ohm.

Die strichpunktiert in Figur 5 eingezeichnete Linie 45 soll deutlich machen,, welche Teile des Gegenstandes von Figur 5 Teil der Fahrzeugverdrahtung sind und welche im Sicherungssteuergerät liegen.

Figur 6 seigt als Beispiel die Kombination der Gegenstände von Figur 2 und Figur 4. In entsprechender V/eise sind hier wieder gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeiehen versehen.

Bei der Schaltungsanordnung von Figur 6 liegen zwischen der Plusleitung 31 und der Masseleitung 32 die Reihenschaltung von überlastsicherung l8_s Schalter 11 und Glühkerze 10. Überbrückt sind Schalter 11 und Glühkerze 10 durch den .Zusatzschalter 16. Ausgehend von der Verbindungsstelle von Glühschalter 11 und Glühkerze 10 führt eine Leitung 50 sowohl zu einem Widerstand 51 als auch zu einem weiteren Widerstand 52, dem eine zur Masseleitung 32 führende Parallelschaltung zweier Widerstände 53 und 54 folgt. Außerdem "folgt dem Widerstand 52 ein Wider-

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stand 553 der am Emitter eines Transistors 56 angeschlossen ist. Darüber hinaus steht der Emitter über eine Diode 57 mit der Verbindungsstelle der beiden Widerstände 53 und 54 in Verbindung. Die Basis dieses Transistors 56 ist einmal über einen Widerstand 58 mit der Plusleitung 31 und einmal über eine Zenerdiode 59 mit der Minusleitung 32 gekoppelt. Emitterseitig ist der Transistor 56 mit dem anderen Anschluß des Widerstandes 51 verbunden und gleichzeitig führt eine Diode 60 zur Parallelschaltung von Kondensator 26 und Widerstand 27 gegen die Masseleitung 32 sowie zu einem ersten Anschluß eines Schwellwertschalters 6l. Der zweite Eingang dieses Schwellwertschalters 6l steht mit der Plusleitung 31 über einen Widerstand 62 und mit der Minusleitung 32 über eine Zenerdiode 63 in Verbindung. Diesem Schwellwertschalter 6l folgt über einen Widerstand 65 und eine Diode 66 die Basis eines Transistors 67, von der aus ein Widerstand 68 gegen die Plusleitung 31 gelegt ist. Schließlich steht der Kollektor dieses Transistors 67 noch mit dem Sicherungsrelais 40 für den Zusatzschalter 16 sowie mit einer Freilaufdiode 4l in Verbindung.

Wird der Schalter 11 - gegebenenfalls taktweise - betätigt, dann fließt durch die Glühkerze 10 ein entsprechender Strom. Der Spannungsabfall über dieser Glühkerze 10 steuert in entsprechender Weise den Transistor 56, so daß sich ein der Leitungsaufnahme durch die Glühkerze 10 gleichender Strom zum Kondensator 26 ergibt. Da dieser Kondensator 26 integrierend wirkt, ergibt sich eine umso höhere Kondensatorspannung, je größer die mittlere Leistungsaufnahme der Glühkerze 10 ist. über die Erfassung

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der" Kondensatorspannung läßt sich somit indirekt das. Temperaturverhalten der Glühkerze Ip, das ebenfalls integrierenden Charakter hat;, nachbilden und entsprechend der Zusatzschalter 1(5 für eine Notausschaltung steuern.

Mit den vorstehend beschriebenen Einrichtungen ist eine Notausschaltung von Verbrauchern, insbesondere Glühkerzen in Brennkraftmaschinen mit Selbstzündung, Grensstromsonden oder PCT-beheizte Objekte möglich, um diese Ver- _ braucher insbesondere vor thermischer Überlastung zu schützen, sowie, wie im Fall von Glühkerzen als Verbraucher, die Brennkraftmaschinen selbst vor Schäden infolge defekter Glühkerzen zu bewahren. Wesentlich ist der Sondercharakter der Sicherheitseinrichtungen im Sinne einer Notausschaltung, die neben anderen stromabhängigen Steuerungen der Verbraucher Verwendung finden kann.

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Claims

R" 56 a 1 17.8.1979 Mu/Ko ROBERT BOSCH GMBH;, 7OOO Stuttgart 1 Ansprüche

1. Sicherheitseinrichtung für elektrische Verbraucher in Kraftfahrzeugen mit einem Stromfluß-Erfassungsorgan und einer Steuereinrichtung für einen Stromflußunterbrecher, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromfluß durch den Verbraucher (10) mittels Meßwiderstand (20 bis 22) und/oder RC-Glied (26, 27) erfaßt wird und die Steuereinrichtung (14₅ 19) einen Schwellwertschalter (24,. 28, 6l) umfaßt, dessen Ausgangssignal einen Stromunterbrecherschalter (12) oder bei Vorhandensein einer auf die Stromstärke ansprechenden Sicherung (18) in Reihe zum Verbraucher (10) einen wenigstens diesem parallel liegenden Kurzschlußschalter (l6) steuert.

2. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

insbesondere

zeichnet, daß der elektrische Verbraucher (10)/eine Glühkerze einer Brennkraftmaschine mit Selbstzündung, eine Grenzstromsonde oder ein PTC-beheiztes Objekt ist.

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3· Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromfluß durch den Verbraucher (.16) mittels einer Meßbrücke bei temperaturabhängigen Verbraucher-Widerständen erfaßbar ist.

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