DE3907017C2 - Pressure operated electrical switch, in particular brake light switch - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen druckbetätigten, elek trischen Schalter, insbesondere einen pneumatisch/elektrischen und/oder hydraulisch/elektrischen Bremslichtschalter für Kraft fahrzeuge, bestehend aus einem Gehäuse mit einer Druckmittel kammer und einer Schaltkammer sowie einer diese Kammern dicht voneinander trennenden, elastischen Membran, wobei in die Druck mittelkammer ein Druckmitteleinlaß mündet, innerhalb der Schalt kammer eine Schalteinrichtung mit mindestens einem mit elektri schen Anschlußelementen verbundenen Halbleiter-Schaltelement an geordnet ist, und wobei die Membran ein zum Ansteuern des Halb leiter-Schaltelementes mit der Schalteinrichtung zusammenwir kendes Schaltteil trägt.The present invention relates to a pressure operated, elec trical switch, especially a pneumatic / electrical and / or hydraulic / electric brake light switch for power vehicles, consisting of a housing with a pressure medium chamber and a switching chamber and one of these chambers tight separating, elastic membrane, being in the pressure middle chamber opens a pressure medium inlet, within the switching chamber a switching device with at least one with electri rule connected connecting elements semiconductor switching element is ordered, and wherein the membrane for driving the half conductor switching element cooperates with the switching device kendes switching part carries.
Bekannte Bremslichtschalter weisen an einer durch Druckänderun gen beweglichen Membran ein metallisches Kontaktteil auf, wel ches mit ortsfesten Gegenkontakten zum Schließen und Öffnen eines Stromkreises zusammenwirkt. Bei hohen Strömen tritt dabei jedoch nachteiligerweise ein hoher Verschleiß der Kontaktteile durch lichtbogenbedingten Kontaktabbrand auf, wodurch der Schal ter nur eine kurze Lebensdauer besitzt. Zudem ist das Auftreten von Schalt-Lichtbögen bzw. Funken insbesondere in Kraftfahrzeu gen auch insofern von Nachteil, als hierdurch Störungen des Rundfunkempfangs hervorgerufen werden. Known brake light switches have a pressure change against moving membrane a metallic contact part, wel ches with fixed counter contacts for closing and opening of a circuit interacts. This occurs at high currents however disadvantageously a high wear of the contact parts due to contact erosion due to arcing, causing the scarf ter has only a short lifespan. In addition, the appearance of switching arcs or sparks, especially in motor vehicles gene also disadvantageous in that it disturbs the Radio reception can be caused.
Aus der DE-OS 29 32 482 ist der eingangs beschriebene, gattungs gemäße Schalter bekannt, bei dem der eigentliche Stromkreis kontaktlos durch ein Halbleiter-Schaltelement geschaltet wird. Allerdings ist hier zum Ansteuern des Halbleiter-Schaltelementes nach wie vor eine mechanische Kontaktgabe notwendig, wozu an der Membran als Schaltteil ein elektrisches Widerstandselement befe stigt ist, welches bei Druckbeaufschlagung derart zur Anlage an zwei ortsfeste Kontakte gebracht wird, daß es die Kontakte lei tend miteinander verbindet. Dadurch, daß der Widerstandswert des Widerstandselementes bei steigendem Druck abnimmt, soll ein harmonisches Durchschalten des Halbleiter-Schaltelementes er reicht werden. Die mechanische Kontaktgabe führt jedoch auch hier - wenn auch in etwas geringerem Maße - zu den oben be schriebenen Nachteilen hinsichtlich der Lebensdauer und der auftretenden Störungen des Funkempfanges. Außerdem weist der bekannte Schalter noch weitere unvorteilhafte Eigenschaften auf. Die mechanische Kontaktgabe führt aufgrund der Funkenbildung nicht nur zu einer Verkürzung der Lebensdauer des Schalters und zur Störung des Funkempfangs, sondern auch zu erhöhten thermi schen Verlusten bei Betrieb des Schalters. Thermische Verluste entstehen außerdem durch den als Halbleiter-Schaltelement ver wendeten Leistungstransistor. Derartige Transistoren zeichnen sich durch einen kleinen thermischen Widerstand und eine große zulässige Verlustleistung aus. Um die durch die thermische Ver lustleistung des Leistungstransistors und durch die Funkenbil dung entstehende Wärme abzuleiten, benötigt der Schalter eine große Kühlfläche. Daher weist er eine Vielzahl von Kühlrippen auf. Diese Kühlrippen vergrößern die Abmaße des Schalters und zeigen so ein ungünstiges Masse-Leistungs-Verhältnis des Schal ters an.From DE-OS 29 32 482 is the type described above appropriate switch known, in which the actual circuit is switched contactless by a semiconductor switching element. However, this is for driving the semiconductor switching element Mechanical contact is still necessary, which is why at the Membrane as a switching part BEFE an electrical resistance element Stigt is, which when pressurized to the system two fixed contacts is brought that it lei the contacts tend to connect with each other. The fact that the resistance value of the Resistance element decreases with increasing pressure, should harmonic switching of the semiconductor switching element he be enough. However, mechanical contacting also leads here - albeit to a somewhat lesser extent - to the above be written disadvantages in terms of life and the Interference with radio reception. In addition, the known switches on other disadvantageous properties. The mechanical contact leads due to sparking not only to shorten the life of the switch and for interference with radio reception, but also for increased thermi losses when operating the switch. Thermal losses also arise from the ver as a semiconductor switching element turned power transistor. Draw such transistors by a small thermal resistance and a large one permissible power loss. To the through the thermal Ver pleasure power of the power transistor and through the spark to dissipate heat, the switch needs one large cooling surface. It therefore has a large number of cooling fins on. These cooling fins increase the size of the switch and thus show an unfavorable mass-performance ratio of the scarf ters on.
Aus der DE 38 14 582 A1 ist ein Kollisionssensor bekannt, der zum Schutz vor Kollisionszerstörungen für räumlich sich bewe gende Verfahreinheiten, z. B. mobile Roboter und Führungsgetrie be der Roboter, im voraussichtlichen Gefahrenbereich an bewegli chen Einheiten oder stationären Hindernissen befestigt wird. An der Grundplatte eines Gehäuses in Form eines Zylinders mit einem nach oben offen auslaufenden geraden Kreiskegelstumpf ist bei diesem Sensor ein Hallelement mittig isoliert befestigt. Ein vorzugsweise biegeelastischer Fühler ist mit einem zylindrischen Stabmagneten durch eine Buchse fest verbunden. Eine mit der Buchse mittels Gewinde verbundene zylindrische Hülse weist einen Anschlag auf, mit dem sie auf dem Rand des Kreiskegelstumpfes des Gehäuses sitzt, wobei der Magnet solchen Abstand vom Hall element hat, daß bei Auslenkung des Magneten aus der Mittelachse durch das Hallelement eine Schaltfunktion ausgeführt wird. Die Hülse ist mittels einer das Gehäuse und die Hülse fest umschlie ßenden Spiralfeder, deren Enden am zylindrischen Teil des Gehäu ses und der Hülse befestigt sind, am Gehäuse elastisch fixiert. Eine Eignung dieses Kollisionssensors für pneumatisch/elektri sche und/oder hydraulisch/elektrische Schalter ist der DE 38 14 582 A1 nicht zu entnehmen.A collision sensor is known from DE 38 14 582 A1 to protect yourself from collision damage moving units, z. B. mobile robots and guide gear be the robot, in the expected danger area on moveable Chen units or stationary obstacles. On the base plate of a housing in the form of a cylinder with a straight circular truncated cone is open at the top attached to this sensor a Hall element isolated in the center. A preferably flexible elastic sensor is with a cylindrical Bar magnets firmly connected by a socket. One with the The cylindrical sleeve, which is connected by a thread, has a Stop with it on the edge of the circular truncated cone of the housing sits, the magnet being such a distance from the Hall element has that when the magnet is deflected from the central axis a switching function is carried out by the Hall element. The The sleeve is firmly enclosed in the housing and the sleeve eating spiral spring, the ends of which are on the cylindrical part of the housing ses and the sleeve are fixed, elastically fixed to the housing. A suitability of this collision sensor for pneumatic / electri cal and / or hydraulic / electrical switch is DE 38 14 582 A1 not to be removed.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend vom bekannten Stand der Technik einen Schalter der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, daß ein Auftreten von Licht bögen bzw. Funken ausgeschlossen ist. Darüber hinaus soll auch eine Verbesserung des Masse-Leistungs-Verhältnisses bzw. der spezifischen (auf das Bauvolumen bezogenen) Leistung des Schal ters, speziell durch die Minimierung seiner Leistungsverluste erreicht werden. Solche Leistungsverluste treten sowohl durch Funkenentladung als auch durch die Wärmewirkung des elektrischen Stroms auf.The present invention is based on the object a switch of the known prior art to improve the type described so that an occurrence of light arcs or sparks is excluded. Beyond that too an improvement in the mass-performance ratio or specific (related to the volume) performance of the scarf ters, especially by minimizing its performance losses can be achieved. Such losses in performance occur both Spark discharge as well as by the thermal effect of the electrical Current on.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Schalteinrichtung ein berührungslos mit dem Schaltteil zusammen wirkendes Sensorelement aufweist und das Halbleiter-Schaltele ment mindestens einen als TEMP-FET ausgebildeten Leistungstran sistor aufweist, der an einem in dem Gehäuse gehalterten Kühl blech befestigt ist und dessen Gate-Anschluß mit dem Ausgang eines Multivibrators verbunden ist.According to the invention this object is achieved in that the Switching device together with the switching part without contact has acting sensor element and the semiconductor Schaltele ment at least one power train designed as a TEMP-FET has sistor on a cooler held in the housing sheet metal is attached and its gate connection with the output a multivibrator is connected.
Durch die Erfindung kann somit gänzlich auf eine mechanische Kontaktgabe verzichtet werden, so daß eine Funken- oder Licht bogenbildung absolut ausgeschlossen ist. Außerdem ist mit der erfindungsgemäßen Ausbildung des Schalters die Möglichkeit einer überraschend hohen Leistungssteigerung und Baugrößenreduzierung verbunden. Diese Verbesserung des Masse-Leistungs-Verhältnisses sowie des Wirkungsgrades des Schalters und die Verringerung seiner Leistungsaufnahme drücken sich durch die erheblich redu zierte notwendige Kühlfläche aus, die gleichzeitig auch montage technische Vorteile mit sich bringt.The invention can thus be based entirely on a mechanical Contacting can be dispensed with, so that a spark or light arcing is absolutely excluded. In addition, with the training the switch according to the invention the possibility of a surprisingly high performance increase and size reduction connected. This improvement in mass-to-performance ratio as well as the efficiency of the switch and the reduction its power consumption is expressed by the significantly reduced adorned necessary cooling surface, which also assembly brings technical advantages.
Bei einem erfindungsgemäßen Schalter ist es besonders vorteil haft, wenn das Sensorelement ein Hall-Element, und zwar vorzugs weise ein digitalschaltender Hall-Sensor, und das Schaltteil ein Permanentmagnet ist.With a switch according to the invention, it is particularly advantageous liable if the sensor element is a Hall element, and preferred assign a digital switching Hall sensor, and the switching part Is permanent magnet.
Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den Unter ansprüchen sowie der folgenden Beschreibung enthalten.Further advantageous features of the invention are in the sub claims and the following description included.
Anhand der beiliegenden Zeichnungen soll im folgenden die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden. Dabei zeigen:Based on the accompanying drawings, the Invention are explained in more detail by way of example. Here demonstrate:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Schalter, Fig. 1 shows a longitudinal section through an inventive switch,
Fig. 2 eine Explosivdarstellung des Schalters nach Fig. 1, Fig. 2 is an exploded view of the switch according to Fig. 1,
Fig. 3 einen Teilschnitt längs der Linie III-III in Fig. 1 und Fig. 3 is a partial section along the line III-III in Fig. 1 and
Fig. 4 eine Schaltungsdarstellung der Schalteinrichtung des erfindungsgemäßen Schalters. Fig. 4 is a circuit diagram of the switching device of the switch according to the invention.
Der in Fig. 1 und 2 dargestellte, beispielhaft als Brems lichtschalter 2 ausgebildete, erfindungsgemäße Schalter besteht aus einem vorzugsweise metallischen Gehäuse 4 mit einer Druckmittelkammer 6 und einer Schaltkammer 8. Diese beiden Kammern 6, 8 sind durch eine in dem Gehäuse 4 ange ordnete, elastische Membran 10 druckdicht voneinander getrennt. In die Druckmittelkammer 6 mündet ein Druckmit teleinlaß 12, der über einen Anschlußstutzen 14 mit einer nicht dargestellten Leitung eines Drucksystems, z. B. eines Bremssystems, verbindbar ist. Innerhalb der Schaltkammer 8 ist eine Schalteinrichtung 16 angeordnet, die mindestens ein Halbleiter-Schaltelement 18 (Fig. 3 und 4) aufweist, welches elektrisch mit stiftförmigen, nach außen führenden Anschlußelementen 20 verbunden ist. Die Membran 10 trägt in ihrem mittigen Bereich, der durch in der Druckmittelkam mer 6 auftretende Druckänderungen in Richtung der Gehäuse- Längsmittelachse 22 elastisch beweglich ist, ein Schaltteil 24, welches zum Ansteuern des Halbleiter-Schaltelementes 18 mit der Schalteinrichtung 16 zusammenwirkt.The switch according to the invention shown in FIGS. 1 and 2, for example designed as a brake light switch 2 , consists of a preferably metallic housing 4 with a pressure medium chamber 6 and a switching chamber 8 . These two chambers 6 , 8 are separated from one another in a pressure-tight manner by an elastic membrane 10 arranged in the housing 4 . In the pressure medium chamber 6 opens a Druckmit teleinlaß 12 , the connection pipe 14 with a line, not shown, of a pressure system, for. B. a braking system is connectable. Arranged inside the switching chamber 8 is a switching device 16 which has at least one semiconductor switching element 18 ( FIGS. 3 and 4) which is electrically connected to pin-shaped connecting elements 20 leading to the outside. The membrane 10 carries in its central region, which is elastically movable in the direction of the longitudinal axis 22 of the housing by pressure changes occurring in the pressure medium chamber 6 , a switching part 24 which cooperates with the switching device 16 to control the semiconductor switching element 18 .
Erfindungsgemäß besitzt die Schalteinrichtung 16 ein mit dem Schaltteil 24 berührungslos zusammenwirkendes Sensorelement 26, welches im dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ein digitalschaltender Hall-Sensor 28 ist. Das an der Membran 10 angeordnete Schaltteil 24 ist in diesem Fall ein Permanentmagnet 30. Dabei ist der Hall-Sensor 28 inner halb der Schaltkammer 8 derart angeordnet, daß der Perma nentmagnet 30 bei druckloser Druckmittelkammer 6 von dem Hall-Sensor 28 beabstandet ist und bei druckbeaufschlagter Druckmittelkammer 6 durch die sich hierdurch bewegende Membran 10 mit geringem Abstand dem Hall-Sensor 28 gegen überliegt, wodurch dieser seine digitale Ausgangsgröße ändert. Die weitere Wirkungsweise der Schalteinrichtung 16 wird im folgenden noch näher erläutert. According to the invention, the switching device 16 has a sensor element 26 which interacts without contact with the switching part 24 , which is a digitally switching Hall sensor 28 in the exemplary embodiment of the invention shown. In this case, the switching part 24 arranged on the membrane 10 is a permanent magnet 30 . In this case, the Hall sensor 28 of the switching chamber 8 is disposed within half such that the Perma nentmagnet spaced 30 at unpressurized pressure medium chamber 6 from the Hall sensor 28 and pressurized fluid chamber 6 by the moving thereby the diaphragm 10 at a small distance the Hall Sensor 28 is opposite, whereby this changes its digital output size. The further operation of the switching device 16 is explained in more detail below.
Erfindungsgemäß ist die Membran 10 einstückig mit einem innerhalb des Gehäuses 4 gekammert angeordneten Dichtring 32 verbunden. Dieser Dichtring 32 erstreckt sich vom Außen umfang der Membran 10 aus axial in eine ringförmige Kammer 34, die - wie insbesondere in Fig. 2 zu erkennen ist - von einer Gehäuse-Umfangswandung 36, einer sich an diese anschließenden Gehäuse-Stirnwandung 38, einem sich von der Stirnwandung 38 etwa parallel zu der Umfangswandung 36 erstreckenden Ringsteg 40 sowie einer Stirnfläche 42 eines in der Schaltkammer 8 angeordneten Einsatzteils 44 gebildet ist. Dabei sind der Ringsteg 40 und die Stirnfläche 42 des Einsatzteiles 44 in axialer Richtung etwa um die Material dicke der Membran 10, die sie in ihrem sich an den Dichtring 32 radial nach innen anschließenden Bereich besitzt, voneinander beabstandet (s. hierzu Fig. 1).According to the invention, the membrane 10 is connected in one piece to a sealing ring 32 arranged inside the housing 4 . This sealing ring 32 extends from the outer circumference of the membrane 10 axially into an annular chamber 34 , which - as can be seen in particular in FIG. 2 - from a housing peripheral wall 36 , an adjoining this housing end wall 38 , one is formed by the end wall 38 approximately parallel to the peripheral wall 36 annular web 40 and an end face 42 of an insert part 44 arranged in the switching chamber 8 . The annular web 40 and the end face 42 of the insert part 44 are spaced apart in the axial direction approximately by the material thickness of the membrane 10 , which it has in its area which adjoins the sealing ring 32 radially inwards (see FIG. 1). .
Die Membran 10 ist im wesentlichen kreisscheibenförmig sowie topfartig gewölbt ausgebildet und weist in ihrem mittigen Bereich einen in die Schaltkammer 8 ragenden Ansatz 46 auf, in dessen Endbereich der Permanentmagnet 30 angeordnet ist. Aufgrund der Wölbung der Membran 10 wird ihr mittiger Bereich mit dem Permanentmagneten 30 bei Druckbeaufschlagung der Druckmittelkammer 6 in Pfeilrichtung 48 (Fig. 2) axial elastisch ausgewölbt, so daß der Permanentmagnet 30 in die unmittelbare Nähe des Hall-Sensors 28 gelangt. Der Permanentmagnet 30 ist erfindungsgemäß entweder an dem Ansatz 46 lösbar befestigt, z. B. eingeklipst, oder aber in das Material der Membran 10 bzw. des Ansatzes 46 unlösbar eingeformt, z. B. einvulkanisiert.The membrane 10 is essentially circular-disk-shaped and cup-shaped and has in its central region an extension 46 projecting into the switching chamber 8 , in the end region of which the permanent magnet 30 is arranged. Due to the curvature of the membrane 10 , its central region is arched axially elastically with the permanent magnet 30 when the pressure medium chamber 6 is pressurized in the direction of the arrow 48 ( FIG. 2), so that the permanent magnet 30 comes into the immediate vicinity of the Hall sensor 28 . The permanent magnet 30 is either detachably attached to the neck 46 , z. B. clipped, or molded non-detachably into the material of the membrane 10 or the approach 46 , z. B. vulcanized.
Im dargestellten Beispiel ist der Ansatz 46 der Membran 10 im Querschnitt rechteckig ausgebildet, wobei der Permanent magnet 30 im Bereich einer Seitenfläche des Ansatzes 46 angeordnet ist. Dabei ist die Membran 10 vorteilhafter weise derart verdrehfest in dem Gehäuse 4 gehalten, daß der Permanentmagnet 30 stets in einer definierten, radialen Richtung ausgerichtet ist. Hierzu weist die Membran 10 in ihrem äußeren Umfangsbereich einen axialen, stiftförmigen Positionierungsansatz 50 auf, der formschlüssig in eine Aufnahmevertiefung 52 des Einsatzteiles 44 eingreift.In the example shown, the extension 46 of the membrane 10 is rectangular in cross section, the permanent magnet 30 being arranged in the region of a side surface of the extension 46 . The membrane 10 is advantageously held in the housing 4 in such a manner that it cannot rotate, that the permanent magnet 30 is always aligned in a defined, radial direction. For this purpose, the membrane 10 has in its outer circumferential area an axial, pin-shaped positioning projection 50 which engages in a form-fitting manner in a receiving recess 52 of the insert part 44 .
Das Einsatzteil 44 besteht erfindungsgemäß aus einem der Membran 10 zugekehrten Ringkörper 54 mit einer zentrischen Durchgangsöffnung 56 für den Ansatz 46 der Membran 10 so wie aus zwei an den Ringkörper 54 auf dessen der Membran 10 abgekehrten Seite angeformten, sich in axialer Richtung parallel zueinander und einander diametral gegenüber liegend erstreckenden Haltearmen 58. Zwischen diesen Haltearmen 58 ist eine die Schalteinrichtung 16 tragende Schaltungsplatine 60 befestigt. Zweckmäßigerweise sitzt die Schaltungsplatine 60 mit ihren Randbereichen in Längsnuten der Haltearme 58. In ihrem dem Ringkörper 54 zugekehrten Bereich trägt die Schaltungsplatine 60 den Hall-Sensor 28. Aufgrund der zentrischen Anordnung des Ansatzes 46 der Membran 10 ist die Schaltungsplatine 60 erfindungsgemäß derart zu der Gehäuse-Längsmittelachse 22 parallel versetzt angeordnet, daß der Permanentmagnet 30 bei druckbeauf schlagter Membran 10 den Hall-Sensor 28 in axialer Richtung überdeckt, wobei der Hall-Sensor 28 in einer Ausnehmung 62 der Schaltungsplatine 60 in der Platinenebene liegend angeordnet ist.The insert part 44 according to the invention consists of an annular body 54 facing the membrane 10 with a central through-opening 56 for the shoulder 46 of the membrane 10, as well as two molded onto the annular body 54 on its side facing away from the membrane 10 , in the axial direction parallel to one another and to one another holding arms 58 extending diametrically opposite one another. A circuit board 60 carrying the switching device 16 is fastened between these holding arms 58 . The circuit board 60 expediently sits with its edge regions in longitudinal grooves of the holding arms 58 . In its area facing the ring body 54 , the circuit board 60 carries the Hall sensor 28 . Due to the central arrangement of the projection 46 of the membrane 10 , the circuit board 60 is arranged according to the invention offset parallel to the longitudinal longitudinal axis 22 of the housing in such a way that the permanent magnet 30 covers the Hall sensor 28 in the axial direction when the membrane 10 is pressurized, the Hall sensor 28 is arranged lying in a recess 62 of the circuit board 60 in the plane of the board.
Gemäß Fig. 3 und 4 sind erfindungsgemäß zwei als Leistungs transistoren 64 ausgebildete Halbleiter-Schaltelemente 18 vorgesehen. Diese Leistungstransistoren 64 sind parallel geschaltet (Fig. 4) und an einem in dem Gehäuse 4 gehalter ten Kühlblech 66 befestigt und über Anschlußdrähte 68 mit der Schalteinrichtung 16 verbunden (Fig. 3). Als Leistungs transistoren 64 eignen sich insbesondere sog. TEMP-FET. Gemäß Fig. 2 und 3 besteht das Kühlblech 66 zweckmäßiger weise aus einem die Schaltungsplatine 60 umschließenden, zu der Längsmittelachse 22 konzentrischen Ringscheibenteil 70 und einer sich vom Innenumfang des Ringscheibenteils 70 aus im wesentlichen parallel zu der Schaltungsplatine 60 erstreckenden Haltelasche 72. Auf beiden Oberflächen der Haltelasche 72 ist einer der Leistungstransistoren 64 voll flächig aufliegend, gegebenenfalls unter Zwischenlage einer Glimmerschicht, befestigt. Der Ringscheibenteil 70 des Kühlblechs 66 ist zwischen einer Ringstufe 74 des Gehäuses 4 und einer ringförmigen Stirnfläche 76 eines kappenförmigen Gehäuse-Verschlußteils 78 gehalten (Fig. 1 und 2). Das Verschlußteil 78 ist über einen Dichtring 80 gegen das Gehäuse 4 abgedichtet. Da erfindungsgemäß die elektrischen Anschlußelemente 20 an dem Verschlußteil 78 gehalten und über Anschlußdrähte 82 mit der Schaltungsplatine 60 verbunden sind, ist es zweckmäßig, wenn das Verschlußteil 78 aus einem Isoliermaterial, z. B. einem geeigneten Kunststoff, besteht.According to Fig. 3 and 4 are according to the invention as two power transistors 64 formed semiconductor switching elements 18 are provided. These power transistors 64 are connected in parallel ( FIG. 4) and attached to a cooling plate 66 held in the housing 4 and connected via connecting wires 68 to the switching device 16 ( FIG. 3). So-called TEMP-FETs are particularly suitable as power transistors 64 . According to Fig. 2 and 3, the heat sink 66 suitably made of a, the circuit board 60 surrounding, concentric to the longitudinal center axis 22 of the annular disc member 70 and from the inner periphery of the annular disc member 70 of substantially extending parallel to the circuit board 60 holding tab 72. One of the power transistors 64 is fastened on both surfaces of the holding tab 72 , lying over the entire surface, optionally with the interposition of a mica layer. The annular disk part 70 of the cooling plate 66 is held between an annular step 74 of the housing 4 and an annular end face 76 of a cap-shaped housing closure part 78 ( FIGS. 1 and 2). The closure part 78 is sealed against the housing 4 by a sealing ring 80 . Since, according to the invention, the electrical connection elements 20 are held on the closure part 78 and are connected to the circuit board 60 via connection wires 82 , it is expedient if the closure part 78 is made of an insulating material, e.g. B. a suitable plastic.
Die Leistungstransistoren 64 werden über das Kühlblech 66, das Gehäuse 4 sowie an diesem vorgesehene Kühlrippen 84 ausgezeichnet gekühlt. Sollte dennoch eine unzulässig hohe Erwärmung auftreten, so besitzen die verwendeten TEMP-FET integrierte Temperatursensoren zur automatischen Abschal tung bei Übertemperaturen. Dies wird im folgenden noch näher erläutert. The power transistors 64 are excellently cooled via the cooling plate 66 , the housing 4 and cooling fins 84 provided on the latter. Should an inadmissibly high heating nevertheless occur, the TEMP-FET used have integrated temperature sensors for automatic shutdown in the event of overtemperature. This is explained in more detail below.
Das Verschlußteil 78 weist in an sich bekannter Weise ein Außengewinde 86 zum Befestigen eines elektrischen Steck verbinderteils auf.The closure part 78 has, in a manner known per se, an external thread 86 for fastening an electrical plug connector part.
Im folgenden soll unter Bezug auf die Fig. 4 die erfindungs gemäße Schalteinrichtung 16 beschrieben werden. Die als TEMP-FET ausgebildeten Halbleiter-Schaltelemente 18 bzw. Leistungstransistoren 64 weisen jeweils die Anschlüsse Gate G, Drain D und Source S auf. Drain D jedes Leistungstransi stors 64 ist mit dem einen Anschlußelement 20 und Source S mit dem anderen Anschlußelement 20 verbunden, so daß ein Durchschalten der Leistungstransistoren 64 durch Ansteuern des Gate G eine leitende Verbindung zwischen den Anschlu ßelementen 20 zur Folge hat, wodurch eine oder mehrere Glühlampen 88 (Bremslichtbirnen) eingeschaltet werden.The switching device 16 according to the invention will be described below with reference to FIG. 4. The semiconductor switching elements 18 or power transistors 64 designed as a TEMP-FET each have the connections Gate G, Drain D and Source S. Drain D of each power transistor 64 is connected to one connection element 20 and source S to the other connection element 20 , so that switching through the power transistors 64 by driving the gate G results in a conductive connection between the connection elements 20 , whereby one or more Incandescent lamps 88 (brake light bulbs) are switched on.
Erfindungsgemäß ist der Hall-Sensor 28 ausgangsseitig mit der Basis eines Transistors 92 verbunden, über dessen Emitter-Kollektor-Strecke ein Einschaltsignal über eine Leitung 94 sowie vorzugsweise über Dioden 96, 98, 100 und einen Widerstand 102 auf die Gate-Anschlüsse G der Leistungstransistoren 64 gegeben wird, wodurch die Leistungstransistoren 64 durchschalten, d. h. über ihre Drain-Source-Strecke DS die Lampen 88 einschalten.According to the invention, the Hall sensor 28 is connected on the output side to the base of a transistor 92 , via whose emitter-collector path a switch-on signal via a line 94 and preferably via diodes 96 , 98 , 100 and a resistor 102 to the gate connections G of the power transistors 64 is given, whereby the power transistors 64 turn on, ie turn on the lamps 88 via their drain-source path DS.
Da im Falle von sieben parallel geschalteten Glühlampen 88 mit je 21 W im Einschaltmoment aber nur ein äußerst geringer Kaltwiderstand von nur 0,2 Ω im Verbraucherstrom kreis vorhanden ist, tritt ein sehr hoher Einschaltstrom und damit verbunden auch eine sehr hohe Einschaltleistung auf. Ist beispielsweise die Stromleitungsfähigkeit der Leistungstransistoren 64 durch die Gate-Spannung auf ca. 25 A begrenzt, was notwendig ist, um bis zu 30 V eine Kurzschlußfestigkeit zu erzielen, beträgt der Spannungs abfall an den sieben Glühlampen 88 0,2 Ω × 25 A = 5 V. Die restliche Spannung von 30 V - 5 V = 25 V liegt an den Transistoren 64 an, was eine Verlustleistung von 25 V × 25 A = 625 W ergibt. Daraus folgt, daß sich die Lampen 88 kaum erwärmen, während die Transistoren 64 schon nach einer sehr kurzen Zeit im ms-Bereich infolge ihrer integrierten Temperatursicherung abschalten. Die Abschaltung erfolgt um so schneller, je höher die Umgebungstemperatur und damit auch die Gehäusetemperatur der Transistoren ist.Since in the case of seven incandescent lamps 88 connected in parallel, each with 21 W at switch-on torque, there is only an extremely low cold resistance of only 0.2 Ω in the consumer circuit, a very high switch-on current occurs and, as a result, a very high switch-on power. For example, if the current conductivity of the power transistors 64 is limited to approximately 25 A by the gate voltage, which is necessary in order to achieve short-circuit strength up to 30 V, the voltage drop across the seven incandescent lamps 88 is 0.2 Ω × 25 A = 5 V. The remaining voltage of 30 V - 5 V = 25 V is present at the transistors 64 , which results in a power loss of 25 V × 25 A = 625 W. It follows from this that the lamps 88 hardly heat up, while the transistors 64 switch off after a very short time in the ms range due to their integrated temperature fuse. The higher the ambient temperature and thus the housing temperature of the transistors, the faster the switch-off.
Da die in die Leistungstransistoren 64 integrierten Tempe ratursensoren 64a eine gewisse Thyristor-Charakteristik besitzen, lassen sich die Transistoren 64 nach einem temperaturbedingten bzw. überstrombedingten Abschalten erst wieder durchschalten, wenn ihr Gate G zuvor zurückgesetzt worden ist. Daher ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß über den von dem Hall-Sensor 28 angesteuerten Transistor 92 und eine Leitung 104 auch ein vorzugsweise aus IC-Gliedern mit externer R-C-Beschaltung gebildeter Multivibrator 106 aktiviert wird, der den Gate-Anschlüssen G der Leistungs transistoren 64 über die Dioden 98 und 100 sowie den Wider stand 102 dem Einschaltsignal überlagerte Impulse mit einer bestimmten Frequenz zuführt, die die Leistungstransistoren 64 einerseits zurücksetzen und nachfolgend wieder durch schalten. Das Durchschalten bewirkt wieder ein Einschalten der Lampen 88, deren Widerstand sich bisher nur unwesent lich erhöht hat, weshalb wiederum aufgrund des noch unzu lässig hohen Einschaltstromes die integrierten Temperatur sensoren 64a die Leistungstransistoren 64 abschalten. Dieser beschriebene Vorgang wiederholt sich nun so lange, bis aufgrund des hierdurch bewirkten, impulsartigen Lampen stromes sich der Lampen-Widerstand soweit erhöht hat, daß der Strom die Abschaltgrenze der Leistungstransistoren 64 bzw. der Temperatursensoren 64a nicht mehr überschreitet. In diesem Fall ist der Betriebszustand erreicht, und die Lampen 88 leuchten solange, bis durch Loslassen des Bremspedals der Druck innerhalb der Druckmittelkammer 6 des erfindungsgemäßen Bremslichtschalters 2 absinkt und hierdurch der Hall-Sensor 28 sein Ausgangssignal ändert, was auch zum Abschalten des Transistors 92, der Leistungs transistoren 64 sowie der Lampen 88 führt.Since the built-in power transistors 64 Tempe ratursensoren 64 a a certain thyristor characteristic possess the transistors blank 64 for a temperature-induced or over-current induced shutdown only through switch again when its gate G has been previously reset. It is therefore provided according to the invention that a multivibrator 106 , preferably formed from IC elements with external RC circuitry, is activated via the transistor 92 and a line 104 controlled by the Hall sensor 28 and transistors 64 via the gate terminals G of the power transistors 64 the diodes 98 and 100 as well as the opponent stood 102 the switch-on signal superimposed pulses with a certain frequency, which reset the power transistors 64 on the one hand and then switch through again. The firing caused another turn on the lamps 88, whose resistance has so far increased only insignificantly, so again because of the still inadmissible high inrush current, the integrated temperature sensors 64 a, the power transistors 64 turn off. This described process is repeated until the lamp resistance caused by the pulse-like lamp current caused thereby has increased so much that the current no longer exceeds the switch-off limit of the power transistors 64 or the temperature sensors 64 a. In this case, the operating state has been reached and the lamps 88 remain on until the pressure within the pressure medium chamber 6 of the brake light switch 2 according to the invention drops when the brake pedal is released and the Hall sensor 28 thereby changes its output signal, which also means that the transistor 92 is switched off . the power transistors 64 and lamps 88 leads.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß innerhalb einer bestimmten Einschaltzeit von z. B. 2 ms die Gate-Anschlüsse G der Leistungstransi storen 64 mit einer erhöhten Spannung angesteuert werden, wodurch die Temperatursensoren dahingehend beeinflußt werden, erst bei einem höheren Strom abzuschalten, d. h. je höher das Gate-Signal desto höher auch der Abschaltstrom und umgekehrt. Beträgt z. B. das Gate-Signal 6,8 V, so schalten die Leistungstransistoren 64 aufgrund der Tempera tursensoren 64a z. B. bei 10 A ab. Wird die Gate-Spannung aber auf z. B. 4,8 V reduziert, so erfolgt die Abschaltung z. B. schon bei 6 A. Hierzu ist den Gate-Anschlüssen G erfindungsgemäß eine Zener-Diode 108 mit einer Zener- Spannung von z. B. 6,8 V vorgeschaltet, die somit die Gate- Spannung auf 6,8 V und damit den D-S-Abschaltstrom auf z. B. 10 A festlegt. Über ein aus einem Widerstand 110 und einem Kondensator 112 bestehendes Zeitglied wird nach einer bestimmten, durch entsprechende Auswahl der R-C-Kombination festlegbaren Zeitdauer von z. B. 2 ms vorzugsweise über IC- Glieder 114, 116 sowie vorzugsweise über zwei in Reihe geschaltete Transistoren 118, 120 eine zweite Zener-Diode 122 parallel zu der ersten Zener-Diode 108 geschaltet, wo bei die zweite Zener-Diode 122 mit z. B. 4,8 V eine geringere Zener-Spannung als die erste Zener-Diode 108 aufweist. Die zweite Zener-Diode 122 reduziert somit die Gate-Spannung der Leistungstransistoren 64 auf z. B. 4,8 V und legt damit den Betriebszustand der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung 16 fest, indem der Abschaltstrom der Leistungstransistoren 64 z. B. 6 A beträgt. Der an sich zu hohe Abschaltstrom im Einschaltmoment ist deshalb zulässig, weil die Transistoren 64 im Einschaltmoment noch kalt sind. Durch die beschrie benen, erfindungsgemäßen Maßnahmen wird der Abschaltstrom reduziert, wenn sich die Transistoren 64 erwärmt haben. Diese Maßnahme ist insofern von besonderem Vorteil, als sich durch den erhöhten Strom im Einschaltmoment auch die Lampen 88 schneller erwärmen, wodurch sie schneller auf ihre Betriebstemperatur gebracht werden, in der ihr höherer Widerstand den Betriebsstrom definiert.In an advantageous development of the invention it is provided that within a certain on-time of z. B. 2 ms, the gate connections G of the power transistors 64 are controlled with an increased voltage, which affects the temperature sensors to switch off only at a higher current, ie the higher the gate signal, the higher the switch-off current and vice versa. For example, B. the gate signal 6 , 8 V, the power transistors 64 switch due to the temperature sensors 64 a z. B. at 10 A. But if the gate voltage on z. B. 4.8 V reduced, the shutdown z. B. already at 6 A. For this purpose, the gate terminals G according to the invention a Zener diode 108 with a Zener voltage of z. B. 6.8 V upstream, which thus the gate voltage to 6.8 V and thus the DS cut-off current to z. B. 10 A specifies. About a timer consisting of a resistor 110 and a capacitor 112 is after a certain period of time that can be determined by appropriate selection of the RC combination of z. B. 2 ms preferably via IC elements 114 , 116 and preferably via two transistors 118 , 120 connected in series, a second Zener diode 122 connected in parallel to the first Zener diode 108 , where the second Zener diode 122 with z. B. 4.8 V has a lower Zener voltage than the first Zener diode 108 . The second zener diode 122 thus reduces the gate voltage of the power transistors 64 to z. B. 4.8 V and thus defines the operating state of the switching device 16 according to the invention by the cut-off current of the power transistors 64 z. B. 6 A. The turn-off current which is too high at the moment of switch-on is permissible because the transistors 64 are still cold at the moment of switch-on. By the described measures according to the invention, the cut-off current is reduced when the transistors 64 have warmed up. This measure is particularly advantageous in that the lamps 88 also heat up more quickly as a result of the increased current when the switch is turned on, as a result of which they are brought to their operating temperature more quickly, in which their higher resistance defines the operating current.
Die erfindungsgemäße Schalteinrichtung 16 ist vorteilhaf terweise auch absolut unempfindlich gegen Kurzschlüsse im Lampenstromkreis. Hierzu ist erfindungsgemäß mit dem zu den Lampen 88 führenden Anschlußelement 20 über eine Leitung 124 und vorzugsweise über einen Widerstand 126 der Eingang eines invertierenden IC-Gliedes 128 verbunden. Der Ausgang dieses IC-Gliedes ist über einen Basiswiderstand 130 mit der Basis eines Transistors 132 verbunden, dessen Emitter an Masse liegt, und dessen Kollektor über eine Leitung 134 unmittelbar mit den Gate-Anschlüssen G der Leistungstransi storen 64 verbunden ist. Da die Lampen 88 an Masse liegen, wird durch einen im Lampenstromkreis auftretenden Kurzschluß die Masse auch über die Leitung 124 dem IC-Glied 128 zugeführt, das hierdurch den Transistor 132 durchschaltet. Der Transistor 132 schaltet hierdurch über seine Emitter- Kollektor-Strecke unmittelbar Masse über die Leitung 134 auf die Gate-Anschlüsse G der Leistungstransistoren 64, wodurch diese abschalten. Ein unzulässig hoher Kurzschlußstrom über die Leistungstransistoren 64 ist durch die Erfindung folglich absolut ausgeschlossen.The switching device 16 according to the invention is advantageously also absolutely insensitive to short circuits in the lamp circuit. For this purpose, according to the invention, the input of an inverting IC element 128 is connected to the connection element 20 leading to the lamps 88 via a line 124 and preferably via a resistor 126 . The output of this IC element is connected via a base resistor 130 to the base of a transistor 132 , the emitter of which is connected to ground, and the collector of which is connected via a line 134 directly to the gate terminals G of the power transistors 64 . Since the lamps 88 are grounded, the ground is also supplied to the IC element 128 via the line 124 due to a short circuit in the lamp circuit, which thereby turns on the transistor 132 . In this way, the transistor 132 directly connects ground via its line 134 to the gate connections G of the power transistors 64 , as a result of which they switch off. An inadmissibly high short-circuit current through the power transistors 64 is consequently absolutely ruled out by the invention.
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