WO2006082127A2 - Vorrichtung zur ansteuerung eines heizelements in einem kraftfahrzeug - Google Patents

Vorrichtung zur ansteuerung eines heizelements in einem kraftfahrzeug Download PDF

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Wolfgang Dippon
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    • F02P19/02—Incandescent ignition, e.g. during starting of internal combustion engines; Combination of incandescent and spark ignition electric, e.g. layout of circuits of apparatus having glowing plugs
    • F02P19/027—Safety devices, e.g. for diagnosing the glow plugs or the related circuits
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H01H37/761—Contact member actuated by melting of fusible material, actuated due to burning of combustible material or due to explosion of explosive material with a fusible element forming part of the switched circuit
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    • H01H37/761—Contact member actuated by melting of fusible material, actuated due to burning of combustible material or due to explosion of explosive material with a fusible element forming part of the switched circuit
    • H01H2037/762—Contact member actuated by melting of fusible material, actuated due to burning of combustible material or due to explosion of explosive material with a fusible element forming part of the switched circuit using a spring for opening the circuit when the fusible element melts

Definitions

  • the invention relates to a device for controlling a heating element in one
  • control devices which essentially comprise a switching element and a controller.
  • switching means preferably transistors are used.
  • transistors are used.
  • Such heating elements very large currents.
  • the power can be switched off very difficult with great effort. A destroyed power transistor leads to a strong heating of the control unit.
  • a connecting means is at least partially designed as a built-in mechanical stress element, and the element is connected at least at a first contacting such that it dissolves when a threshold temperature is exceeded, such overheating can be safely avoided.
  • a thermal fuse is completely independent of the electronics.
  • FIG. 1 essentially shows elements of a control device for controlling a heating element in a motor vehicle.
  • a heating element is designated 100. This is connected via a first connection 101 to a ground connection 105 in the motor vehicle.
  • a second terminal 102 of the heating element 100 is connected to a first plug contact 110 of a control device 200 in connection.
  • the control unit 200 is in turn connected to a second plug contact 120 with a supply voltage connection 130 of the motor vehicle.
  • the controller 200 includes, among other things, at least one controller 230, which includes a
  • Switching means 240 controls.
  • a first terminal 241 of the switching means 240 is connected to the plug contact 120 via a first connection means 260.
  • a second terminal 242 of the switching means is connected via a second connection means 250 with the first plug contact 110 of the control device 200 in connection.
  • the switching means and the controller 230 are shown, with which the heating element 100 is driven.
  • the control unit may comprise other components in addition to the illustrated elements. It can be provided, inter alia, that between the second terminal 242 and the first plug contact 110, a means for detecting the current flow through the switching means or the heating element is provided.
  • the controller 230 controls the switching means 240 such that a desired current flows through the heating element 100 or that the heating element reaches a certain temperature.
  • the heating element 100 is preferably a glow plug of a diesel internal combustion engine.
  • corresponding control devices are also used for other heating elements, for example a heating element for heating a probe, for example a lambda probe.
  • such heating elements can also be used for heating other elements such as a rear window heater or an auxiliary heater can be used.
  • the switching means 240 is preferably designed as a corresponding transistor, in particular as a high-power field effect transistor.
  • the first connection means 260 and the second connection means 250 are formed by more or less solid conductors.
  • suitable sheets or other tracks are used for this purpose.
  • FIG. 2 shows two advantageous embodiments of a connection means according to the invention.
  • the connecting means shown in FIG. 2a is the first connecting means 260, which connects the plug 120 to the first terminal 241 of the switching means 240.
  • a first part of the connection means is designated 300.
  • This first part of the connection means 300 is preferably connected to the first connection 241.
  • the second part of the connection means is designated 310.
  • This is preferably connected to the plug contact 120 of the control unit, preferably, it may also be the plug contact 120 in the second part of the connecting means 310.
  • it can be the connection pin of the switching means 240. But it is also possible that corresponding metal parts are provided, which form the first and the second connecting means.
  • the first part of the connection means 300 is connected to an element 320 via a first contact 305 and that the second part of the connection means 310 is connected via a second contact 315.
  • Erf ⁇ ndungs- according to the element 320 is installed so that it is under mechanical stress. This means that element 320 is only in the contacted state in the position shown. Once one of the two contacts is released, the element 320 assumes a position such that the electrical connection between the first part of the connection means and the second part of the connection means is prevented.
  • the element 320 is formed as a spring, which is contacted under tension. Is one of the contacts solved, Due to the voltage, the element separates from the other contact and the current flow is interrupted.
  • the first contact 305 is formed so that it dissolves when a limit temperature is exceeded. This is achieved, for example, by carrying out the first contact by soldering with a solder having a relatively low melting point.
  • the second contact is carried out by means of a weld, which is only solved at very high temperatures.
  • this element 320 is released from the first part 300 of the connecting means due to the mechanical stress and interrupts the electrical connection between the switching means and the plug 120.
  • the component which emits the most heat loss is mounted on the resilient element.
  • This is preferably the switching means. This has the consequence that, when the switching means overheat, this leads to a temperature increase of the resilient element and thus the contact. This means that at an excessive temperature of the switching means, the first contact dissolves and the current flow is automatically interrupted.
  • the element 320 can occupy two positions. In a first position, the element 320 is not under mechanical tension. In this first position no current flow is possible. In a second position, the element is under mechanical tension. In this second position, electricity flows. The element is installed in the second position and held by the two contacts. At an inadmissible warming dissolves at least one of the contacts. Due to the mechanical see voltage passes the element 320 without further action in the second position and the current flow is interrupted.
  • the energized element can be realized differently.
  • a resilient element is used that under
  • an external force acts on the element, which breaks the connection when releasing the contacting.
  • external force is to be considered in particular gravity, d. H. the element is arranged below the connection means of the second part of the connection means. Dissolves the contact due to the elevated temperature, so the element moves downwards due to gravity and dissolves the connection.
  • FIG. 2b differs from the embodiment according to FIG. 2a only in that the elements are arranged with reference to an acting force.
  • the direction of the force effect is indicated by an arrow.
  • the force can be caused by gravity. But it can also be provided that, for example, an electromagnetic
  • both contacts are formed such that they dissolve when a limit temperature is exceeded. This has the consequence that when the limit temperature is exceeded, both contacts solve and the
  • the procedure according to the invention is not limited to the fact that the first connection means is designed accordingly. It can also be provided that, alternatively or additionally, the second connection means 250, which connects the first connector 110 and the second connection 242 of the switching means 240, is designed accordingly. Furthermore, it may be provided that only the connecting means are partially formed correspondingly as shown in Figure 2. This is particularly useful if additional components are provided between the plugs of the controller and the terminals of the switching means. Furthermore, it can be provided that the Bond between control unit 200 and heating element 100 and between heating element 100 and ground terminal 105 and between supply voltage terminal 130 and plug contact 120 are formed accordingly.
  • a plurality of heating elements are connected to a control device.
  • thermal fuse is completely independent of the electronics or an external impact. Only by the mechanical bias or by a force acting from outside such as the

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Heizelements in einem Kraftfahrzeug beschrieben. Wenigstens eine Verbindung ist zumindest teilweise als ein Element ausgebildet ist, dass unter mechanischer Spannung eingebaut ist. Das Element ist wenigstens an einer ersten Kontaktierung derart verbunden ist, dass sich diese bei Überschreiten einer Temperatur löst.

Description

Vorrichtung zur Ansteuerung eines Heizelements in einem Kraftfahrzeug
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Heizelements in einem
Kraftfahrzeug.
Zur Ansteuerung von Heizelementen in Kraftfahrzeugen werden üblicher Weise Steuergeräte eingesetzt, die im wesentlichen ein Schaltelement sowie eine Steuerung umfassen. Als Schaltmittel werden vorzugsweise Transistoren eingesetzt. Üblicher Weise treten bei solchen Heizelementen sehr große Ströme auf. Bei einem Fehler schaltet sich eine solche Vorrichtung selbstständig ab bzw. der Stromfluss wird durch eine geeignete Sicherung unterbrochen. Tritt jedoch ein Fehler in der Ansteuerung der Transistoren auf oder sind die Transistoren selbst defekt d. h. insbesondere durchlegiert, kann der Strom nur sehr schwierig mit hohem Aufwand abgeschaltet werden. Ein zerstörter Leistungstransistor führt zu einer starken Erwärmung des Steuergeräts.
Dadurch, dass ein Verbindungsmittel zumindestens teilweise als unter mechanischer Spannung eingebautes Element ausgebildet ist, und das Element wenigstens an einer ers- ten Kontaktierung derart verbunden ist, dass sich dieses bei Überschreiten einer Grenztemperatur löst, kann eine solche Überhitzung sicher vermieden werden. Eine solche Thermosicherung wirkt völlig unabhängig von der Elektronik.
Durch das Lösen wird insbesondere die elektrische Verbindung unterbrochen. Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigt die Figur 1 die wesentlichen Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung und die Figur 2 des mechanischer Spannung eingebauten Elements.
In Figur 1 sind im wesentlichen Elemente eines Steuergeräts zur Ansteuerung eines Heizelements in einem Kraftfahrzeug dargestellt. Ein Heizelement ist mit 100 bezeichnet. Dieses steht über einen ersten Anschluss 101 mit einem Masseanschluss 105 im Kraft- fahrzeug in Verbindung. Ein zweiter Anschluss 102 des Heizelements 100 steht mit einem ersten Steckerkontakt 110 eines Steuergeräts 200 in Verbindung. Das Steuergerät 200 steht wiederum mit einem zweiten Steckerkontakt 120 mit einem Versorgungsspan- nungsanschluss 130 des Kraftfahrzeugs in Verbindung.
Das Steuergerät 200 umfasst unter anderem wenigstens eine Steuerung 230, die ein
Schaltmittel 240 ansteuert. Ein erste Anschluss 241 des Schaltmittels 240 steht über ein erstes Verbindungsmittel 260 mit dem Steckerkontakt 120 in Verbindung. Ein zweiter Anschluss 242 des Schaltmittels steht über ein zweites Verbindungsmittel 250 mit dem ersten Steckerkontakt 110 des Steuergeräts 200 in Verbindung.
In der Figur 1 sind nur die wesentlichen Elemente, d. h. das Schaltmittel und die Steuerung 230 dargestellt, mit denen das Heizelement 100 angesteuert wird. Das Steuergerät kann neben den dargestellten Elementen noch weitere Bauelemente umfassen. Dabei kann unter anderem vorgesehen sein, dass zwischen dem zweiten Anschluss 242 und dem ersten Steckerkontakt 110 ein Mittel zur Erfassung des Stromflusses durch das Schaltmittel bzw. das Heizelement vorgesehen ist.
Üblicher Weise steuert die Steuerung 230 das Schaltmittel 240 derart an, dass ein gewünschter Strom durch das Heizelement 100 fließt bzw. dass das Heizelement eine be- stimmte Temperatur erreicht.
Bei dem Heizelement 100 handelt es sich bevorzugt um eine Glühkerze einer Dieselbrennkraftmaschine. Entsprechendes Steuergeräte werden aber auch für andere Heizelemente, wie beispielsweise ein Heizelement zur Beheizung einer Sonde, beispielsweise ei- ner Lambdasonde, eingesetzt. Ferner können solche Heizelemente auch zur Beheizung anderer Elemente wie beispielsweise einer Heckscheibenheizung oder eines Zusatzheizers verwendet werden.
Das Schaltmittel 240 ist vorzugsweise als entsprechender Transistor insbesondere als Hochleistungsfeldeffekttransistor ausgebildet. Üblicher Weise ist das erste Verbindungsmittel 260 und das zweite Verbindungsmittel 250 durch mehr oder weniger massive Leiter ausgebildet. Vorzugsweise werden hierzu geeignete Bleche oder andere Leiterbahnen verwendet.
In der Figur 2 sind zweivorteilhafte Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Verbindungsmittels dargestellt. Bei dem in Figur 2a dargestellten Verbindungsmittel handelt es sich um das erste Verbindungsmittel 260, dass den Stecker 120 mit dem ersten An- schluss 241 des Schaltmittels 240 verbindet. Ein erster Teil des Verbindungsmittels ist mit 300 bezeichnet. Dieser erste Teil des Verbindungsmittels 300 ist vorzugsweise mit dem ersten Anschluss 241 verbunden. Der zweite Teil des Verbindungsmittels ist mit 310 bezeichnet. Dieser ist vorzugsweise mit dem Steckerkontakt 120 des Steuergeräts verbunden, vorzugsweise kann es sich bei dem zweiten Teil des Verbindungsmittels 310 auch um den Steckerkontakt 120 handeln. Entsprechendes gilt für den ersten Teil des Verbindungsmittels 300. Auch hier kann es sich um den Anschlusspin des Schaltmittels 240 handeln. Es ist aber auch möglich, dass entsprechende Metallteile vorgesehen sind, die das erste und das zweite Verbindungsmittel bilden.
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass der erste Teil des Verbindungsmittels 300 ü- ber eine erste Kontaktierung 305 und das der zweite Teil des Verbindungsmittels 310 ü- ber eine zweite Kontaktierung 315 mit einem Element 320 verbunden sind. Erfϊndungs- gemäß ist das Element 320 derart eingebaut, dass es unter mechanischer Spannung steht. Dies bedeutet, dass Element 320 befindet sich lediglich im kontaktierten Zustand in der dargestellten Position. Sobald eine der beiden Kontaktierungen gelöst wird, nimmt das Element 320 eine derartige Position ein, dass die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Teil des Verbindungsmittels und dem zweiten Teil des Verbindungsmittels unterbunden ist.
Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass das Element 320 als Feder ausgebildet wird, die unter Spannung kontaktiert wird. Ist eine der Kontaktierungen gelöst, so trennt sich aufgrund der Spannung das Element von der anderen Kontaktierung und der Stromfluss wird unterbrochen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die erste Kontaktierung 305 so ausgebildet ist, dass sich diese bei Überschreiten einer Grenztemperatur löst. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass die erste Kontaktierung durch eine Lötung mit einem Lötzinn, dass einen relativ niederen Schmelzpunkt hat, durchgeführt wird. Die zweite Kontaktierung dagegen wird mittels einer Schweißung durchgeführt, die erst bei sehr hohen Temperaturen gelöst wird.
Alternativ zu einer Schweißung können auch andere dauerhafte Kontaktierungen, beispielsweise eine Verschraubung oder eine Nietung vorgesehen sein. Anstelle der Lötung kann auch eine Klebung mit einem leitenden Kleber der sich bei einer erhöhten Temperatur wieder löst, vorgesehen sein.
Wesentlich ist, dass die erste Kontaktierung derart erfolgt, dass sie bei einer Grenztemperatur sich löst. Aufgrund des unter Spannung eingebauten Elements löst sich dieses Element 320 auf Grund der mechanischen Spannung von dem ersten Teil 300 des Verbindungsmittels und unterbricht die elektrische Verbindung zwischen dem Schaltmittel und dem Stecker 120.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Bauelement das am meisten Verlustwärme abgibt auf dem federnden Element montiert ist. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um das Schaltmittel. Dies hat zur Folge, dass bei einer Überhitzung des Schaltmittels dies zu ei- ner Temperaturerhöhung des federnden Elements und damit der Kontaktierung führt. Das heißt bei einer überhöhten Temperatur des Schaltmittels löst sich die erste Kontaktierung und der Stromfluss wird automatisch unterbrochen.
Erfindungsgemäß kann das Element 320 zwei Positionen einnehmen. In einer ersten Posi- tion steht das Element 320 nicht unter mechanischer Spannung. In dieser ersten Position ist kein Stromfluss möglich. In einer zweiten Position steht das Element unter mechanischer Spannung. In dieser zweiten Position fließt Strom. Das Element wird in der zweiten Position eingebaut und mittels der beiden Kontaktierungen gehalten. Bei einer unzulässigen Erwärmung löst sich wenigstens eine der Kontaktierungen. Auf Grund der mechani- sehen Spannung geht das Element 320 ohne weitere Einwirkung in die zweite Position über und der Stromfluss ist unterbrochen.
Das unter Spannung stehenden Element kann unterschiedlich realisiert werden. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass ein federndes Element verwendet wird, dass unter
Spannung kontaktiert wird. Löst sich einer der Kontakte, so geht das federnde Element in seine ursprüngliche Position zurück und unterbricht die Verbindung.
Des weiteren kann vorgesehen sein, dass auf das Element eine äußere Kraft einwirkt, die beim Lösen der Kontaktierung die Verbindung unterbricht. Als solche äußere Kraft ist insbesondere die Schwerkraft anzusehen, d. h. das Element ist unterhalb des Verbindungsmittels des zweiten Teil des Verbindungsmittels angeordnet. Löst sich die Kontaktierung aufgrund der erhöhten Temperatur, so bewegt sich das Element aufgrund der Schwerkraft nach unten und löst die Verbindung.
Eine entsprechende Ausgestaltung ist in Figur 2b dargestellt. Die Figur 2b unterscheidet sich von der Ausgestaltung gemäß Figur 2a lediglich darin, dass die Element mit einem Bezug einer wirkenden Kraft angeordnet sind. Die Richtung der Kraftwirkung ist mit einem Pfeil gekennzeichnet. Die Kraft kann zum einen durch die Schwerkraft verursacht sein. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass beispielsweise eine elektromagnetische
Kraft einwirkt.
In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft, wenn beide Kontaktierungen derart ausgebildet sind, dass sie sich bei Überschreiten einer Grenztemperatur lösen. Dies hat zur Folge, dass bei Überschreiten der Grenztemperatur sich beide Kontaktierungen lösen und das
Element aufgrund der Schwerkraft herunterfällt und die Verbindung unterbricht.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist dabei nicht darauf beschränkt, dass das erste Verbindungsmittel entsprechend ausgestaltet wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass al- ternativ oder ergänzend das zweite Verbindungsmittel 250, dass den ersten Stecker 110 und den zweiten Anschluss 242 des Schaltmittels 240 verbindet, entsprechend ausgestaltet ist. Des weiteren kann vorgesehen sein, dass nur die Verbindungsmittel teilweise entsprechend wie in Figur 2 dargestellt ausgebildet sind. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn zwischen den Steckern des Steuergeräts und den Anschlüssen des Schaltmittels weitere Bauelemente vorgesehen sind. Des weiteren kann vorgesehen sein, dass die Ver- bindung zwischen Steuergerät 200 und Heizelement 100 bzw. zwischen Heizelement 100 und Masseanschluss 105 bzw. zwischen Versorgungsspannungsanschluss 130 und Steckerkontakt 120 entsprechend ausgebildet sind.
Des weiteren kann vorgesehen sein, dass mit einem Steuergerät auch mehrere Heizelemente verbunden sind.
Vorteil dieser Vorgehensweise ist, dass diese Thermosicherung völlig unabhängig von der Elektronik oder einer Einwirkung von außen ist. Lediglich durch die mechanische Vorspannung bzw. durch eine von außen einwirkende Kraft wie beispielsweise die
Schwerkraft, wird bei Überschreiten einer Grenztemperatur die elektrische Verbindung gelöst. Durch Verwenden geeigneter Kontaktierungen wie beispielsweise geeigneter Lötmittel oder leitfähiger Kleber ist eine beliebige Einstellung des Temperaturbereichs, bei dem die Verbindung gelöst wird, gegeben.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zur Ansteuerung eines Heizelements in einem Kraftfahrzeug, wobei wenigstens eine Verbindung zumindest teilweise als ein Element ausgebildet ist, dass unter mechanischer Spannung eingebaut ist, wobei das Element wenigstens an einer ers- ten Kontaktierung derart verbunden ist, dass sich diese bei Überschreiten einer Grenztemperatur löst.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung ein Schaltmittel mit einer Versorgungsspannung, mit einem Heizelement oder mit einem Masseanschluss verbindet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens erste Kontaktierung durch eine Lötstelle gebildet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens erste
Kontaktierung durch eine leitende Klebung gebildet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Kontaktierung durch eine dauerhafte Verbindung erfolgt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kontaktierung durch eine Verschweißung, eine Nietung oder eine Verschraubung erfolgt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Heiz- element um wenigstens eine Glühkerze einer Dieselbrennkraftmaschine handelt.
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