DE3817506A1 - Schaltungsanordnung zur hochspannungsversorgung eines elektrostatischen filters - Google Patents

Schaltungsanordnung zur hochspannungsversorgung eines elektrostatischen filters

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    • Y10S55/00—Gas separation
    • Y10S55/30—Exhaust treatment

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Hochspannungsversorgung eines elektrostatischen Filters, insbesondere eines elektrostatischen Rußabscheiders für Dieselbrennkraftmaschinen, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.
Elektrostatische Rußabscheider für Dieselfahrzeuge, auch Rußweichen, Agglomeratoren oder Koagulatoren genannt, sind beispielsweise in der DE 35 00 373 A1 oder DE 34 24 196 A1 beschrieben. Zur Erzeugung der für den Aufbau des elektrostatischen Feldes erforderlichen Hochspannung werden dabei Steuergeräte mit einer Ausgangsleistung bis zu 20 kV, 150 W und 10 mA eingesetzt. Ein solches Steuergerät zur Erzeugung einer Hochspannung ist beispielsweise in der DE 35 31 025 A1 beschrieben. Wegen dieser Steuergeräte besteht bei unsachgemäßen Gebrauch aber auch bei Wartungs­ und Reparaturarbeiten am Fahrzeug oder bei Unfall ein erhebliches Gefährdungspotential für Personen, so daß Vorsorgemaßnahmen zur Vermeidung von Personengefährdungen erforderlich sind.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Hochspannungsversorgung eines elektrostatischen Filters mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß bei Unterbrechung der Masseverbindung zwischen Steuergerät und Filtergehäuse oder Filtergehäuse und Fahrzeugmasse und damit entstehender Verletzungsgefahr für Personen durch freiliegende hochspannungsführende Bauteile die Hochspannungserzeugung abgeschaltet wird.
Die Abschaltung der Hochspannungserzeugung wird dabei in einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung dadurch bewirkt, daß das filtergehäuseferne Ende der Abschirmung des Hochspannungskabels bzw. der dazu parallelen Verbindungsleitung über einen Widerstand oder eine Stromquelle an ein Gleichstrompotential, vorzugsweise Masse, angeschlossen ist und daß der Spannungsabfall an dem Widerstand bzw. der Stromquelle als Abschaltkriterium z.B. für die aktive Abschaltung der Stromversorgung durch ein Schaltrelais ausgewertet wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dient das filtergehäuseferne Ende der Abschirmung bzw. der damit parallelen Verbindungsleitung als Masseanschluß für die Primärseite des Hochspannungserzeugers. Wird die Masseverbindung der Primärseite unterbrochen, so ist automatisch die Stromzufuhr zur Primärseite und damit die Hochspannungserzeugung abgestellt.
Da für die Hochspannungsübertragung zwischen Hochspannungserzeuger und Filter aus Gründen der Funkentstörung ohnehin ein geschirmtes Hochspannungskabel erforderlich ist, ist es von Vorteil, als Masseverbindung zwischen Hochspannungserzeuger und Filter die Abschirmung des Hochspannungskabels zu verwenden. Es kann jedoch auch eine am Hochspannungskabel parallel geführte Verbindungsleitung benutzt werden, die vorteilhaft in das Hochspannungskabel selbst integriert ist und z.B. in dessen Außenhülle verläuft.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Schaltungsanordnung möglich.
Zeichnung
Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:
Fig. 1 und 2 jeweils eine Schaltungsanordnung zur Hoch­ spannungsversorgung eines elektrostatischen Rußabscheiders für ein Dieselfahrzeug gemäß einem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel,
Fig. 3 einen Querschnitt eines Hochspannungskabels in der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 oder 2.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Der in Fig. 1 schematisch dargestellte elektrostatische Rußabscheider 10, Koagulator, Agglomerator oder Rußweiche für ein Dieselfahrzeug als Beispiel eines elektrostatischen Filters ist bekannt. Er besteht aus einem vorzugsweise zylindrischen Gehäuse 11, das einen Stutzen 12 zur Zufuhr und einen Stutzen 13 zur Abfuhr des Abgases aufweist. Im Innern des Gehäuses 11 ist eine Elektrode 14 isoliert eingebaut. An die Elektrode 14 ist eine Hochspannung geführt, während das Gehäuse 11 als Gegenelektrode gepolt ist und an Fahrzeugmasse 27 liegt. Dadurch bildet sich zwischen der Elektrode 14 und dem Gehäuse 11 ein elektrostatisches Feld aus, in welchem die im Abgas enthaltenen Partikel, z.B. Rußteilchen, ionisiert werden. Hierbei heften sich den Partikeln elektrische Ladungen an, so daß die Partikel koagulieren, d. h. sich gegenseitig anziehen und sich zu größeren Agglomeraten zusammenschließen, welche in einem an dem Stutzen 13 angeschlossenen Fliehkraftabscheider, einem sog. Zyklon, mechanisch leichter abgeschieden werden können.
Zur Hochspannungsversorgung des Rußabscheiders 10 ist eine Schaltungsanordnung vorgesehen, die ein an einer Stromversorgung liegendes Steuergerät 16, das einen Hochspannungserzeuger und eine Leistungselektronik (nicht dargestellt) zur Steuerung des Hochspannungserzeugers enthält, und ein geschirmtes Hochspannungskabel 17 mit einer Hochspannungsleitung 18 und einer diese koaxial umschließenden Abschirmung 19 aufweist. Der Hochspannungserzeuger ist als Gleichspannungswandler 20 ausgebildet, wie er beispielsweise in der DE 35 31 025 A1 beschrieben ist. Dieser Gleichspannungswandler 20 ist beispielsweise durch einen Sperrwandler realisiert, dessen Primärseite 21 und Sekundärseite 22 in Fig. 1 und 2 symbolisch allein durch seine Wicklungen dargestellt sind. Dabei ist die Primärseite 21 einerseits mit einer der Stromversorgung dienenden Stromquelle 15 und andererseits mit einer internen Referenzmasse 23 des Steuergeräts 16 verbunden, während die Sekundärseite 22 zwischen dem Hochspannungsausgang 24 und der Referenzmasse 23 liegt.
Das Hochspannungskabel 17 verbindet mit seiner Hochspannungsleitung 18 den Hochspannungsausgang 24 des Steuergeräts 16 mit der Elektrode 14 des Rußabscheiders 10. Die Abschirmung 19 ist steuergerätseitig über einen Widerstand 25 an der Referenzmasse 23 angeschlossen, während sie auf Seiten des Rußabscheiders 10 mit dem Gehäuse 11 verbunden ist. Die Referenzmasse 24 ist ebenso wie das Gehäuse 26 des Steuergeräts 16 und das Gehäuse 11 des Rußabscheiders 10 an der Fahrzeugmasse 27 angeschlossen, an welcher auch der Massepol der Stromversorgung 15 liegt. Zur Verbindung von Hochspannungskabel 17 und Rußabscheider 10 schließt das Hochspannungskabel 17 mit einem Kabelstecker 28 ab, der einerseits eine mit der Hochspannungsleitung 18 verbundene Steckhülse 29 aufweist und auf dem andererseits das Ende der Abschirmung 19 so geführt ist, daß beim Aufsitzen der Steckhülse 29 auf der Elektrode 14 die Abschirmung 19 das Gehäuse 11 des Rußabscheiders 10 kontaktiert. Dem Widerstand 25 ist eine Spannungserkennungsschaltung 30 parallel geschaltet, die so ausgebildet ist, daß sie bei Auftreten einer Spannungsdifferenz an ihrem Eingang 31 ein Abschaltsignal an ihren Ausgang 32 legt. Der Ausgang 32 der Spannungserkennungsschaltung 30 ist - ggf. nach Verstärkung - mit der Erregerwicklung 33 eines Schaltrelais 34 verbunden, dessen Schaltkontakt 35 zwischen der Stromquelle 15 und der Primärseite 21 des Gleichspannungswandlers 20 eingeschaltet ist. Wird die Abschirmung 19 oder die Verbindung zwischen Gehäuse 11 des Rußabscheiders 10 und der Fahrzeugmasse 27 an irgendeiner Stelle unterbrochen, so ergibt sich am Widerstand 25 durch vorhandene Leckströme ein Spannungsabfall. Aufgrund dieses Spannungsabfalls erzeugt die Spannungserkennungsschaltung 30 ein Abschaltsignal, wodurch die Erregerwicklung 33 des Schaltrelais 34 bestromt wird. Das Schaltrelais 34 zieht an und öffnet seinen Schaltkontakt 35, wodurch die Spannungsversorgung 15 von dem Steuergerät 16 abgetrennt ist.
Bei dem in Fig. 2 schematisch gezeigten Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung ist die Stromversorgung für das Steuergerät 16 von dem Bordnetz 36 des Dieselfahrzeugs abgenommen. Dieses Bordnetz 36 umfaßt in bekannter Weise die Fahrzeugbatterie 37, die Lichtmaschine 38 und den Regler 39. Zwischen dem Bordnetz 36 und dem Steuergerät 16, und zwar dem Anschluß der Primärseite 21, ist der Schaltkontakt 40 eines Schaltrelais 41 eingeschaltet, dessen Erregerwicklung 42 unmittelbar mit der Lichtmaschine 38 verbunden ist, wodurch das Schaltrelais 41 nur bei angetriebener Lichtmaschine 38, also laufendem Dieselmotor, erregt wird und den Schaltkontakt 40 schließt. Damit ist sichergestellt, daß die Primärseite 21 des Steuergeräts 16 nur bei laufendem Motor mit Strom versorgt wird.
In Abänderung der Schaltungsanordnung in Fig. 1 ist der andere Anschluß der Primärseite 21 des Gleichspannungswandlers 20 nicht an eine steuergerätinterne Referenzmasse gelegt, sondern an die Abschirmung 19 des zwischen Steuergerät 16 und Rußabscheider 10 verlaufenden Hochspannungskabels 17. Auf der Seite des Rußabscheiders 10 ist die Abschirmung 19 wiederum mit dem an Fahrzeugmasse 27 liegendem Gehäuse 11 des Rußabscheiders 10 verbunden, was hier über eine Kappe 43 erfolgt, die mit der Abschirmung 19 elektrisch leitend verbunden ist. Diese Verbindung ist in Fig. 2 schematisch dargestellt und mit 44 bezeichnet. Die Kappe 43 umgibt mit Abstand einen Stecker 45, der mit der Hochspannungsleitung 18 verbunden ist und auf die Elektrode 14 des Rußabscheiders 10 aufgesteckt wird. Zur Vermeidung der Demontage von Kappe 43 und Stecker 45 für die Auftrennung der elektrischen Verbindung zwischen Steuergerät 16 und Rußabscheider 10 kann im Hochspannungskabel 17 noch ein Zwischenstecker 46 vorgesehen sein.
Bei dieser Schaltungsanordnung führt jede Trennung der Abschirmung 19, z.B. durch Lösen des Zwischensteckers 46, der Demontage der Kappe 43 oder Auszug des Hochspannungskabels 17 aus der Kappe 43 nach Abzug des Steckers 45 von der Elektrode 14, zu einer Unterbrechung der Stromzufuhr für das Steuergerät 16 bzw. für den Gleichspannungswandler 20, so daß ein zuverlässiger Berührungsschutz der hochspannungsführenden Teile selbst bei unsachgemäßem Gebrauch oder bei Bauteilzerstörung infolge Unfalls gegeben ist.
Anstelle der Abschirmung 19 kann zur Herstellung der Masseverbindung zwischen Steuergerät 16 und Rußabscheider 10 auch eine separate Verbindungsleitung 47 (Fig. 3) verwendet werden, die parallel an dem Hochspannungskabel 17 geführt wird. In einer in Fig. 3 dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist diese Verbindungsleitung 47 in dem Hochspannungskabel 17 selbst integriert und verläuft vorzugsweise in der isolierenden Außenhülle 48 des Hochspannungskabels 17. Wie der Querschnitt des Hochspannungskabels 17 in Fig. 3 zeigt, ist in bekannter Weise die mittig verlaufende Hochspannungsleitung 18 von der Abschirmung 19 durch eine Hochspannungsisolierung 49 getrennt, die ihrerseits von der Außenhülle 48 umschlossen ist.
In einer Abwandlung der Schaltungsanordnung in Fig. 1 kann anstelle des Widerstandes 25 auch eine Stromquelle mit der Abschirmung 19 des Hochspannungskabels 17 verbunden werden. Eine Unterbrechung der Abschirmung 19 führt zu einer Änderung der Ausgangsspannung der Stromquelle, was in gleicher Weise von der Spannungserkennungsschaltung 30 detektiert wird.
Das am Widerstand 25 bzw. an der Spannungsquelle angeschlossene Massepotential kann durch ein beliebiges Gleichstrompotential ersetzt werden.

Claims (12)

1. Schaltungsanordnung zur Hochspannungsversorgung eines elektrostatischen Filters, insbesondere eines elektrostatischen Rußabscheiders für Dieselbrennkraftmaschinen, das ein von Abgasen durchströmtes, als Gegenelektrode an Masse liegendes Gehäuse und eine im Gehäuse davon isoliert angeordnete Elektrode aufweist, mit einem mit einer Stromversorgung verbindbaren, insbesondere gesteuerten Hochspannungserzeuger und mit einem geschirmten Hochspannungskabel mit Hochspannungsleitung und Abschirmung, dessen Hochspannungsleitung die Sekundärseite des Hochspannungserzeugers mit der Filterelektrode verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (19) des Hochspannungskabels (17) oder eine am Hochspannungskabel (17) parallel geführte Verbindungsleitung (47) mit ihrem einen Ende an dem Filtergehäuse (11) und mit ihrem anderen Ende an Schaltungsmittel derart angeschlossen ist, daß eine Unterbrechung der Abschirmung (19) bzw. der parallelen Verbindungsleitung (47) zur Generierung eines Fehlersignals und/oder zur Abschaltung des Hochspannungserzeugers (20) führt.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsmittel von einem Widerstand (25) oder einer Stromquelle gebildet sind, über welche das Ende der Abschirmung (19) bzw. der parallelen Verbindungsleitung (47) an einem Gleichstrompotential, vorzugsweise an Masse (23, 27) angeschlossen ist, und daß ein am Widerstand (25) bzw. an der Stromquelle auftretender Spannungsabfall das Fehlersignal bildet und als Abschaltkriterium dient.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Widerstand (25) bzw. der Stromquelle eine Spannungserkennungsschaltung (30) parallel geschaltet ist, die bei Auftreten einer vorgegebenen Spannungsdifferenz an ihrem Eingang (31) an ihrem Ausgang (32) ein Abschaltsignal generiert.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Primärseite des Hochspannungserzeugers (20) und der Stromversorgung (15), vorzugsweise zwischen einer den Hochspannungserzeuger (20) steuernden Leistungselektronik und der Stromversorgung (15), ein Schaltkontakt (35) eines Schaltrelais (34) eingeschaltet ist, dessen Relaiswicklung (33) mit dem Ausgang (32) der Spannungserkennungsschaltung (30) verbunden ist.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß das filtergehäuseseitige Ende der Abschirmung (19) bzw. der parallelen Verbindungsleitung (47) in einem Kabelstecker (28) derart integriert ist, daß beim Anschluß der Filterelektrode (16) an die Hochspannungsleitung (18) zugleich die Masseverbindung zum Filtergehäuse (11) hergestellt ist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsmittel von der Primärseite (21) des Hochspannungserzeugers (20) dadurch gebildet sind, daß deren Masseanschluß mit der Abschirmung (19) bzw. der parallelen Verbindungsleitung (47) verbunden ist.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Hochspannungskabel (17) an seinem filtergehäuseseitigen Ende einen mit der Hochspannungsleitung (18) verbundenen Stecker (45) zum Aufstecken auf die Elektrode (14) trägt und daß eine mit der Abschirmung (19) bzw. der parallelen Verbindungsleitung (47) elektrisch leitend verbundene Kappe (43) den Stecker (45) mit Abstand überdeckt, die bei auf der Elektrode (14) aufsitzendem Stecker (45) mit dem Filtergehäuse (11) elektrisch leitend verbunden ist.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung für den Hochspannungserzeuger (20) aus dem Bordnetz (36) eines Fahrzeugs derart abgeleitet ist, daß erst mit laufendem Fahrzeugmotor die Stromversorgung an der Primärseite (21) des Hochspannungserzeugers (20) ansteht.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärseite (21) des Hochspannungserzeugers (20) der Schaltkontakt (40) eines Schaltrelais (41) vorgeordnet ist, dessen Relaiswicklung (42) an dem Netzgenerator (38) des Fahrzeugs angeschlossen ist.
10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 6-9, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochspannungserzeuger als Gleichspannungswandler (20) mit galvanisch getrennter Primär- und Sekundärseite (21, 22) ausgebildet ist und daß von der Primärseite (21) der eine Anschluß an die Stromversorgung (36) und der andere Anschluß an die Abschirmung (19) bzw. an die parallele Verbindungsleitung (47) gelegt und von der Sekundärseite (22) der eine Anschluß mit der Hochspannungsleitung (18) des Hochspannungskabels (17) und der andere Anschluß mit Masse (27) verbunden ist.
11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß die parallele Verbindungsleitung (47) in dem Hochspannungskabel (17) integriert ist, vorzugsweise in dem Außenmantel (48) des Hochspannungskabels (17) verläuft.
12. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (11) des Steuergeräts (16) mit Masse (27) verbunden ist.
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