DE3345218C2 - Anzeigeeinrichtung für Isolationsdefekte - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung für einen Anlasserstromkreis. Anlasserkabel, die über gegeneinander bewegliche Fahrzeugteile, beispielsweise den Gelenkbereich eines Gelenkfahrzeugs hinwegzuführen sind, sind besonderer mechanischer Beanspruchung ausgesetzt und die Gefahr einer Berührung der Leiterbahnen des Anlasserkabels mit der Fahrzeugmasse ist bei beschädigter Isolierung besonders groß. Wegen hoher Strombelastung und fehlender Batterie-Leistungsreserve beim Starten sind Sicherungen im Anlasserstromkreis nicht verwendbar. Der beanspruchte Abschnitt des Anlasserkabels wird mit einem Schutzleiter umgeben, der seinerseits wiederum mit einer elektrischen Isolierung umgeben ist. Der Schutzleiter ist also sowohl gegen Kontakt mit der Fahrzeugmasse als auch mit dem Leiter des Anlasserkabels isoliert. Durch eine elektrische Überwachungsschaltung ist überprüfbar, ob aufgrund einer Beschädigung der Isolierungen über den Schutzleiter und eine elektrische Signaleinrichtung ein Stromfluß möglich ist. Bei Ansprechen der Signaleinrichtung können bei sofortigem Austausch des Anlasserkabelabschnitts Kurzschlüsse mit schwerwiegenden Folgen vermieden werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anzeigeeinrichtung für Isolationsdefekte, wie sie beispielsweise aus der DE-AS 40 221 als bekannt hervorgeht.

Anlasserkabel in einem Fahrzeug sind so verlegt, daß sie möglichst keiner mechanischen Beanspruchung ausgesetzt sind. Denn dann kann es nicht vorkommen, daß durch scheuernde Bewegungen die elektrisch isolierende Ummantelung des Anlasserkabels beschädigt wird. Ebensowenig kann es vorkommen, daß beispielsweise durch Biegebeanspruchung Leiterbahnen des Anlasserkabels brechen könnten und dadurch der stromführende Leiterquerschnitt verkleinert wird. Da das Anlasserkabel beim Anlaßvorgang sehr hohe Ströme führt, und deshalb herkömmliche Sicherungen nicht verwendbar sind, ist im Falle einer der genannten Beschädigungen des Anlasserkabels und daraus resultierendem Massekontakt der Leiterbahnen die Gefahr eines Fahrzeugbrandes sehr groß. Bei Fahrzeugen, die aus mehreren gegeneinander beweglichen Wagenteilen, wie beispielsweise Gelenkfahrzeuge, aufgebaut sind, sind deshalb Motor mit Anlasser und die Stromquelle, also die Batterien, in einem gemeinsamen Fahrzeugteil untergebracht. Da in neuerer?Zeit die Entwicklung von Hybridfahrzeugen, also Fahrzeugen mit gemischten Antriebsarten, die beispielsweise sowohl eine Brennkraftmaschine als auch einen Elektromotor enthalten, vorangetrieben wird, ergeben sich auch neue Problemstellungen. Die Motoren sind vorzugsweise einer gemeinsamen Antriebsachse zuzuordnen, liegen also beispielsweise bei Gelenkbussen beide im hinteren Wagenteil. Deshalb ist der entsprechende vVagenteil auch zusätzlich mit dem Gewicht des zweiten Antriebs belastet. Aus Gewichtsverleitungsgründen sollen die bisher in einem Wagenteil mit dem Antriebsaggregat angeordneten Batterien nunmehr vom Antriebsaggregat getrennt in ein anderes Wagenteil verlegt werden. Da die beiden Wagenteile, beispielsweise eines Gelenkbusses, jedoch gegeneinander beweglich sind, ist der im Gelenkbereich verlegte, mechanisch beanspruchte Anlasserkabelabschnilt besonders auf Masseschluß und Beschädigungen gefährdet.

In der DD-PS 1 39 469 ist ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur elektrischen Prüfung der Iso-'ierung von Starkstromkabeln aufgezeigt. Der konzentrisch um die Leiterbahnen liegende und in die Isolierung des Kabels eingebettete Schutzleiter ist über eine Strommeßeinrichtung oder dgl. mit Erde verbindbar. Bei defekter Isolierung zwischen Leiterbahnen und Schutzleiter wird ein entsprechender Stromfluß gemessen. Die um den Schutzleiter außen herumliegende Isolierschicht wird nicht überprüft. Die Prüfanordnung ist nicht für eine ständige Überwachung vorgesehen.
In der eingangs erwähnten und als gattungsbildender Stand der Technik zugrunde gelegten DE-AS 22 40 221 ist eine ähnliche, aber die Isolierung s'ändig überwachende Einrichtung dargestellt Sie besteht in einer über einen hochohmigen Widerstand und eine Signaleinrichtung mit Erde verbundener, elektrisch leitenden Elektrode, die in der Isolierung des elektrischen Leiters eingebettet liegt Bei Defekten des zwischen Elektrode und elektrischen Leiter befindlichen Isoliermaterials fließt Strom zur Erde ab, der durch die Signaleinrichtung angezeigt wird. Eine Beschädigung der äußeren Isolierung bzw. Freiliegen der Elektrode, wird jedoch nicht überwacht

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, nicht nur die Isolierung zwischen einem .Schutzleiter und einem stromführenden Leiter ständig zu uLvwachen, sondern auch die den Schutzleiter außen umschließende Isolierschicht auf Defekte ständig zu überwachen.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der sowohl gegenüber den Leiterbahnen des Anlasserkabels als auch gegenüber der Fahrzeugmasse isolierte Schutzleiter wird daraufhin überwacht, ob über ihn und einen Verbraucher Strom zur Masse abfließen kann, also eine der Isolierungen beschädigt ist und deshalb der Schutzleiter mittelbar gleichzeitig mit der Stromquelle und der Fahrzeugmasse in Verbindung steht. Durch einen ersten Stromkreis ist feststellbar, ob die äußere Isolierungsschicht des Schutzleiters mit Masse in Kontakt sieht Dazu ist der Pluspol der Stromquelle mit dem Schutzleiter permanent verbunden. Im Schadensfall wird eine zwischengeschaltete, als Verbraucher dienende Signaleinrichtung, beispielsweise eine Lampe betrieben, die ein Signal abgibt. In einem weiteren Stromkreis wird überwacht, ob die Isolierung zwischen den Leiterbahnen der Starlerleitung und dem Schutzleiter defekt ist. Es ist. dazu der Schutzleiter über einen signalgebenden "Verbraucher mit Masse verbunden. Strom fließt über den Verbraucher, wenn am Schutzleiter Spannung anliegt und sich die Leiterbahnen und der Schutzleiter berühren. Es muß beachtet werden, daß beim Anschluß beider Stromkreise ohne geeignet geschaltete Zenerdioden oder dgl. über den Schutzleiter ein Kurzschlußstrom fließen würde. Die Sperrspannung der in Reihe

geschalteten Zenerdioden ist größer als die maximale Spannung der Stromquelle.

In einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Signaleinrichtung durch eine einfache Schaltung auf ihre Funktion geprüft werden.

Durch die Überwachungseinrichtung kann nicht nur eine Beschädigung der Isolierung erkannt werden. Es sind auch Kurzschlüsse ausgeschlossen, bei denen der volle Anlasserstrom über die Masse abfließt, da sichergestellt ist, datü der Strom nur über den Schutzleiter und einen Verbraucher abfließen kann.

Vorteilhaft ist auch, daß die Leiterstränge des Anlasserkabels durch den mehrschichtigen Aufbau der Isolierung mit einer metaJIischen Zwischenschicht von vornherein ein besserer mechanischer Schutz gegen Beschädigungen erzielt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben; es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf einen schematisch dargestellten Gelenkbus, wobei die Batterien im Vorderwagen und zwei Motoren mit Anlasser im Hinterwegen angeordnet sind,

Fig.2 ein prinzipieller elektrischer Schakplan vom Anlasserkabel mit einem in einem Schnitt vergrößert dargestellten Teilstück des mehrschichtigen isolierten Abschnitts im Gelenkbereich, sowie einem Schaltplan der elektrischen Überwachungseinrichtung, durch welche Massekontakt des Schutzleiters infolge eines Defekts der äußersten Isolierschicht feststellbar ist,

Fig.3 ein der Fig.2 entsprechender elektrischer Schaltplan, jedoch mit einer elektrischen Überwachungseinrichtung, durch weiche feststellbar ist, ob infolge eines Defekts der an der Schutzleiterinnenseite liegenden Isolierschicht die Leiterbahnen des Anlasserkabcls mit dem Schutzleiter in Berührung stehen,

F i g. 4 ein den F i g. 2 und 3 entsprechender elektrischer Schaltplan, wobei die Überwachungsfunktionen der Stromkreise nach F i g. 2 und 3 beide gleichzeitig in einer Überwachungseinrichtung enthalten sind, und auch ein elektrischer Stromkreis angeschlossen ist, der der Überprüfung der Funktionstüchtigkeit einer gemeinsamen Signaleinrichtung dient

In Fig. 1 ist schematisch in der Draufsicht ein Gelenkfahrzeug 1 dargestellt. Es ist der Gelenkbereich 2 zwischen ^vorder- (3) und Hinterv igen 4 erkennbar. Ferner ist auch, strichliert angedeutet, die Lage zweier Motoren 5, 6 im Hinterwagen 4, beispielsweise eines Fahrzeuges mit Hybridantrieb, sowie Batterien 7 im Vorderwagen 3 erkennbar. Von den Batterien 7 zum Anlasser am Motor 5 führt über den Gelenkbereich 2 hinweg dar Anlasserkabel 3. Beispielsweise bei Kurvenfahri muß das Anlasserkabel 8 im Gelenkbereich 2 flexibel in Hoch- und Querrichtung ausweichbar gehaltert sein.

Den Fig.2 bis 4 gemeinsam ist ein schematischer, vereinfachter prinzipieller elektrischer Schaltplan des Anlasserkabels 8. Vom Pluspol einer Stromquelle, beispielsweise den Batterien 7, über den Hauptschütz 10 erstreckt sich das Anlasserkabel 8 zum Anlasser 11 hin. Ein kurzer Abschnitt des Anlasserkabels 8 im Geienkbereich 2 ist vergrößert und aufgeschnitten dargestellt, so daß der schichtweise Aufbau der Ummantelung des Anlasserkabels 8 erkennbar ist. Die Leiterstränge des Anlasserkabels 8 sind von einer inneren elektrischen isolierung 13 umgeben, die ihrerseits im Innern eines beispielsweise als MelaiJ-Gewebeschlauch ausgebildeten Schulzlciicrs 14 eingebettet sind. Der Schutzleiter 14 wiederum ist von einer elektrischen Isolierung r5 umgeben. Der Schutzleiter 14 ist also sowohl zu seiner Außen- pls auch zu seiner Innenseite hm elektrisch isoliert. Den Fig.2 bis 4 gemeinsam sind ferner zusätzliehe, jedoch unterschiedliche elektrische Schutzschaltungen, die alle dem Zweck dienen, das Anlasserkabel 8 daraufhin zu überwachen, ob über eine Signaleinrichtung 16 des Stromkreises der Überwachungsschaltung und über den Schutzleiter 14 infolge einer beschädigten

to Isolierung 13 oder 15 bei geschlossenem Hauptschütz 10, also im Fahrbetrieb, ein Strom fließen kann. Dadurch kann ein Kurzschluß der Leiterbahnen mit der Fahrzeugmasse verhindert werden. Voraussetzung ist natürlich daß ein schadhaftes Anlasserkabel erneuert wird.

Durch die Überwachungseinrichtung nach F i g. 2 kann der Zustand der Isolierung 15, die um die Außenwand des Schutzleiters 14 herumliegt, beurteilt werden. Ist die Isolierung 15 beschädigt, also beispielsweise durchgescheuert oder durch sonstweiche mechanische Art beschädigt, so kann der Schutzleiter 14 mit Masse in Verbindung treten, was durch eL· unterbrochen gezeichnetes Leitungsstück zwischen Schjtzleiter 14 und Fahrzeugmasse dargestellt ist. Ist diese Verbindung unerwünschterweise hergestellt, so kann über eine ' .eitung 17, die im Fahrbetrieb permanent mit dem Pluspol der Stromquelle verbunden ist, ein Stromfluß zur Masse stattfinden. Ein in die Leitung 17 eingebrachter Verbraucher, eine Signaleinrichtung, hier im Ausführungsbeispiel eine Anzeigelampe, die beispielsweise im Ar- maturenbrett des Fahrzeugs angebracht ist, leuchtet dann auf, was ein Zeichen dafür ist, daß das Anlasserkabel 8 in seinem Abschnitt im Gelenkbereich 2 reparaturbedürftig ist und ausgetauscht werden muß. Denn falls auch die um die Leiterbahnen des Anlasserkabels 8 herumliegende Isolierung 13 defekt würde, könnte über den Schutzleiter Strom zur Masse hin ohne Umweg über den Verbraucher abfließen. Ergänzend sei an dieser Stelle bemerkt, daß der Anlasser durch ein zusätzliches Schütz 12, das üblicherweise im Anlasser ιί integriert ist, betätigt wird. In den Zeichnungen ist dieses Schütz 12 jedoch vom Anlasser 11 getrennt gezeichnet, um offensichtlich werden zu lassen, daß im normalen Fahrbetrieb Strom nicht über den Anlasser 11 zur Masse abfließen kann.

Durch die elektrische Überwachungseinrichtung nach F i g. 3 kann der Zustand der inneren Isolierung 13 beurteilt werden. Wenn nämlich die Isolierung 13 derart beschädigt ist, daß die Leiterbahnen des Anlasserkabels 8 mit dem Schutzleiter 14 in Kontakt stehen, — dies wird in der Zeichnung durch einen unterbrochen gezeichneten Leitungsabschnitt dargestellt —, könnte während des Fahrbetriebs, also bei geschlossenen Hauptschütz 10, über eine Masseverbindung des Schuizleiters und eine Signaleinrichtung 16, hier eine Anzeigelampe, Strom zur Masse hin abfließen. In diesem Falle würde die Signallampe aufleuchten. Das Anlasserkabel 14 muß dann zumindest im Geienkbereich 2 ausgetauscht werden, denn sollte auch die äußere Isolierung 15 defekt werden, könnte ein Kurzschluß auftreten.

Eine der beiden vorausgehend geschilderten einfachen Überwachungsschaltungen kann ste'^s dann eingesetzt werden, wenn aufgrund praktischer Erfahrungen vorausgesagt werden kann, daß aufgrund der mechanisehen Belastung de.» Anlasserkabels 14 im Geienkbereich 2 die Lebensdauer der einen Isolierschicht wesentlich höher ist als die der anderen. Beispielsweise ist die äußerste Isolierschicht höheren Biegespannungen als

die innere und außerdem zusätzlich scheuernden Bewegungen ausgesetzt, so daß davon auszugehen ist, daß sie früher beschädigt wird als etwa die innere Isolierung.

Die innere Isolierung kann beispielsweise dann einen Defekt erleiden, wenn aufgrund von Biegebewegungen ein Teil der Leiterbahnen des Anlasserkabels gebrochen ist und durch die starke Erwärmung der Leiterbahnen bei Stromdurchfluß die Isolierung schmilzt.

Während die beiden oben geschilderten Überwachungseinrichtungen die Möglichkeit eines Kurzschlusses zwar herabsetzen können, wird diese mit einer Kombination beider Schaltungen völlig ausgeschlossen. Es muß also gleichzeitig überwacht werden, ob die innere und die äußere Isolierung 13 und 15 Defekte aufweisen, die dazu führen, daß die Leiterbahnen des Anlasserkabels 8 im Gelenkbereich 2 wenigstens mittelbar mit der Fahrzeugmasse in Berührung treten können. Der elektrische Schaltplan einer derartigen Überwachungseinrichtung ist in Fig.4 dargestellt. Die möglichen Kontaktstellen zwischen den Leiterbahnen des Anlasserkabels 8 sowie dem Schutzleiter 14 oder dem Schutzleiter 14 mit der Fahrzeugmasse sind jeweils wieder durch unterbrochen gezeichnete Leitungsstücke symbolisch dargestellt. In einem beiden Überwachungsstromkreisen gemeinsamen Leitungsabschnitt 20, das am Schutzleiter 14 liegt, liegt auch die Signaleinrichtung 16, in diesem Fall wiederum eine Anzeigelampe. Hinter der als Verbraucher dienenden Signaleinrichtung 16 verzweigt sich die Leitung in Leitungsabschnitte 21 und 22. Der eine Leitungsabschnitt 21 führt zur Masse. Der andere Leitungsabschnitt 22 ist mit dem Pluspol der Batterien 7 verbunden. In den Leitungsabschnitten 21 und 22 liegt jeweils eine Zenerdiode. Zenerdioden werden bekanntlich in Sperrichtung betrieben. Vom gemeinsamen Leitungsstück 20 führt zwischen Schutzleiter 14 und Signaleinrichtung 16 ein Leitungsstück 23 weg, das durch einen .jCitaitcr \%j mit iviSssc vcrL/in*jL*ar is*.

Im Fahrbetrieb, also bei geschlossenem Hauptschütz 10. fließt bei Kontakt des Schutzleiters 14 mit der Fabrzeugmasse. also bei defekter äußerer Isolierung 15 Strom von den Batterien 7 über die Signaleinrichtung 16 zur Fdhrzeugmasse. Damit der Strom, anstatt über die Signaleinrichtung 16 zu fließen, nicht direkt zur Masse über Leitungsabschnitt 21 abfließt, sind die Zenerdioden 24 angeordnet. Für einen Stromfluß über den Leitungsabschnitt 21 direkt zur Masse sind die Zenerdioden 24 in Reihe geschaltet. Damit also kein Strom fließen kann, muß die gesamte Sperrspannung größer als die maximale Batteriespannung sein. Da es sich vorzugsweise um Zenerdioden gleicher Bauart handelt, ist die Sperrspannung einer Zenerdiode in einem Ausführungsbeispiel auf 16VoIt festgelegt, wobei die Batteriespannung 24 Volt beträgt

Ist die innere Isolierung 13 defekt so daß die Leiterbahnen des Anlasserkabels 8 in Kontakt mit dem Schutzleiter 14 stehen, fließt bei geschlossenem Hauptschütz 10 durch das Anlasserkabel 8 und die unterbrochen gezeichnete Kontaktstelle am Schutzleiter 14 Strom über die Signaleinrichtung 16 und eine Zenerdiode 14 zur Masse. Die Betriebsspannung der Anzeigelampe beträgt im übrigen ca. 6 Volt

Bei Aufleuchten der Lampe ist entweder die innere oder die äußere Isolierung 13 oder 15 defekt und das Anlasserkabel im Gelenkbereich 2 ist auszutauschen. Nur in einem Falle, der jedoch praktisch völlig ausgeschlossen ist könnte ein Kurzschluß entstehen, nämlich dann, wenn genau zum selben Zeitpunkt innere und äußere Isolierung des Schutzleiters 14 defekt gehen und der Schutzleiter 14 sowohl mit den Leiterbahnen als auch mit der Fahrzeugmasse in Kontakt treten würde.

Um festzustellen, ob die Signaleinrichtung 16 funktionstüchtig ist, muß sie von Zeit zu Zeit überprüft werden. Dies geschieht einfach durch Schließen des Schalters 18, beispielsweise einer zentralen Störanzeige, die wahlweise oder automatisch in bestimmten Zeitabsländen gemeinsam mit anderen Funktionsprüfungen durchgeführt wird.

ίο ' Entsprechend der Überwachungseinrichtung nach Fig.4 sind auch andere jedoch aufwendigere Schaltkreise denkbar, um die Unversehrtheit der inneren und äußeren Isolation gleichzeitig zu überwachen. Beispielsweise könnten die Schaltungen nach Fig.2 und 3 gleichzeitig am Schutzleiter 14 angeschlossen werden. Damit bei intakten Isolierungen kein Strom über die zwei Schutzleiteranschlüsse direkt zur Masse abfließen kann, sind jedoch ähnliche Zenerdiodenanordnungen wie nach F i g. 4 erforderlich, jedoch ist es nicht sinnvoll, zwei Signaleinrichtungen zu verwenden.

Zenerdioden, sowie ein Leitungsabschnitt 21 als Masseverbindung könnten entfallen, wenn beispielsweise der im Anlasser integrierte Schalter 18 zwischen dem Hauptschütz 10 und vor dem besonders isolierten Abschnitt des Anlasscrkabels angeordnet würde. Bei einem Defekt der inneren Isolierung könnte dann über den Anlasser zur Masse Strom abfließen. Diese Lösung ware jedoch impraktikabel, da ein entsprechender Schütz im Anlasserkabel sehr aufwendig und teuer wäre.

Hierzu TBlatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Anzeigeeinrichtung für Isolationsdefekte einer einen stromführenden Leiter umgebenden elektrisch isolierenden Ummantelung, mit einer in der Isolierung angeordneten elektrisch leitenden Elektrode, die über eine Signaleinrichtung ständig mit Masse verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Elektrode als Schutzleiter (14) konzentrisch zu den Leitersträngen des stromführenden Leiters eines den Gelenkbereich eines Gelenkfahrzeugs überbrückenden Anlasserkabels (8) liegt

und daß die Signaleinrichtung (16) derart in einem weiteren, hinter ihr abzweigenden, zu dem Pluspol der Spannungsquelle des Fahrzeugs führenden Stromkreis liegt, daß zwischen dem Pluspol der Spannungsquelle und dem Verzweigungspunkt und zwischen diesem und Masse je eine direkten Stromfluß zur Masse verhindernde Zenerdiode (24) liegt, deren Sperrspannung jeweils kleiner als die Bordspannung ist (F i g. 4).

2. Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzleiter (14) über einen Prüfschalter (18) mit einem weiteren Masseanschluß verbindbar ist.

3. Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signaleinrichtung (16) eine im Armaturenbrett des Fahrzeugs untergebrachte Anzeigelampe ist.

4. Anzeigcinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zenerdioden (24) gleich bemessen sind und ihre Sperrspannung mehr als die Hälfte der maximalen Soannung der Spannungsquelle beträgt.