DE4021667C2 - Einrichtung zum Schutz eines Kraftfahrzeug-Bordnetzes vor Überspannungen mit Fehleranzeige - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zum Schutz eines Kraft­ fahrzeug-Bordnetzes vor Überspannungen mit einer Fehleranzeige, nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Einrichtungen zum Schutz von Kraftfahrzeug-Bordnetzen vor Überspan­ nungen mit Anzeigemöglichkeiten, die das Auftreten einiger Fehler anzeigen, sind bereits bekannt. So ist beispielsweise aus der DE-OS 30 06 109 ein Kraftfahrzeug-Bordnetz bekannt, bei dem die zu speisende elektrische Batterie durch einen, eine Erregerwicklung und ein Gleichrichtersystem aufweisenden Wechselstromgenerator versorgt wird, wobei ein Spannungsregler die Generatorausgangsspannung durch Regelung des Erregerstromes konstant hält. Über eine Ladekontroll­ einrichtung wird angezeigt, wenn die Generatorspannung einen fehler­ haften Wert aufweist. Durch diese Anzeige wird der Benutzer recht­ zeitig gewarnt und kann Folgeschäden wie beispielsweise ein Ausko­ chen der Batterie oder einen Ausfall der kompletten elektrischen An­ lage des Kraftfahrzeugs vermeiden.

Die Funktionsfähigkeit der Einrichtung zur Fehleranzeige wird jedoch nicht überprüft, es wird daher auch nicht erkannt, wenn die Fehler­ anzeige nicht funktioniert.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung zum Schutz eines Kraftfahr­ zeug-Bordnetzes vor Übespannungen mit Fehleranzeige, mit den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, hat demgegenüber den Vor­ teil, daß sich die Schutzeinrichtung bei jedem Anlaßvorgang selbst auf Funktionsfähigkeit überprüft und bereits zu diesem Zeitpunkt an­ zeigt, wenn eine Fehlfunktion vorliegt.

Weiterhin wird bereits beim Anlaß angezeigt, wenn Überspannungen das Kraftfahrzeug-Bordnetz gefährden.

Sowohl bei einer Fehlfunktion der Schutzeinrichtung als auch beim Auftreten von Überspannungen wird eine Erregung des Generators ver­ hindert, bzw. bei bereits erfolgter Erregung wird diese beendet.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung zum Schutz eines Kraftfahrzeug-Bordnetzes vor Überspannungen mit Fehleranzeige möglich.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge­ stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 das gesamte Kraftfahrzeug-Bordnetz, Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung Fig. 3 zeigt einen detaillierten Schaltplan der Schutzeinrichtung und in Fig. 4 ist ein Flußdiagramm angegeben.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

In Fig. 1 ist ein Generator 10, üblicherweise ein Drehstrom-Genera­ tor, dargestellt, mit Ständerwicklungen 11, die über Hauptstromdio­ den 12 mit der Generatorklemme B+ und Masse verbunden sind, zwischen B+ und Masse liegen eine Batterie 50 sowie die Verbraucher 51. Über die Erregerdioden 13 sind die Ständerwicklungen 11 mit der Genera­ torklemme D+ verbunden, die ihrerseits an die Klemme D+ einer Schutzeinrichtung 14 angeschlossen ist.

Die Klemme DF1 der Schutzeinrichtung 14 ist über die entsprechende Klemme DF1 des Spannungsreglers 15 mit der Erregerwicklung 16 des Generators 10 verbunden, wobei in üblicherweise eine Rückstromdiode 17 parallel zur Erregerwicklung 16 liegt.

Die Schutzeinrichtung 14 weist eine Einrichtung zur Ansteuerung 18 für ein Relais 19 auf, wobei die Einrichtung zur Ansteuerung 18 über eine Diode 20 mit einem Spannungsteiler 21, 22 verbunden ist, dem ein Thyristor 23 nach Fig. 3 bzw. TH1 nach Fig. 1 zugeordnet ist, wobei Thyristor TH1 (23) und Spannungsteiler 21, 22 über eine wei­ tere Diode 24 mit dem Relais 19 verbunden sind. Die Zündelektrode des Thyristors TH1 (23) ist mit dem Verbindungspunkt des Spannungs­ teilers 21, 22 und der Einrichtung zur Ansteuerung 18 verbunden.

Über die Klemmen KL15 und LK ist die Schutzeinrichtung 14 mit einer Ladekontrollampe 25 verbunden, es kann auch eine andere Anzeigemög­ lichkeit, z. B. eine Leuchtdiode vorgesehen werden.

In Fig. 2 ist ein Blockschaltbild der Schutzeinrichtung 14 darge­ stellt. Daraus ist zu erkennen, daß die Schutzeinrichtung 14 grund­ sätzlich unterteilt ist in eine Diagnoseeinrichtung 26 und das eigentliche Schutzgerät 27.

Die Diagnoseeinrichtung 26 enthält eine Einrichtung zur Stromversor­ gung 28, die gleichzeitig eine erste Schutzeinrichtung aufweist, weiterhin eine Anzeigeschaltung 29, eine Halteschaltung 30, einen Feldstromschalter 31, eine Logik 32, einen Speicher 33, einen elek­ tronischen Startschalter 34 und ein Prüfschaltungsschutzgerät 35. Die genannten Anordnungen 28 bis 35 sind untereinander teilweise verbunden. Die Diagnoseeinrichtung 26 weist darüber hinaus Klemmen KL15, LK, DF1, D+ und D- auf, die mit den entsprechenden Genera­ tor- bzw. Bordnetzklemmen verbunden sind.

Die Klemmenbezeichnung am Generator, Regler oder Schutzeinrichtung 14, die untereinander verbunden sein sollen, weisen dieselbe Be­ zeichnung auf.

Das Schutzgerät 27 enthält eine Einrichtung zur Erkennung der Über­ spannung 36, die über ein Zeitglied 37 mit der Endstufe mit Thyri­ stor 38 verbunden ist.

Die Verbindung des Schutzgeräts 27 mit der Diagnoseeinrichtung 26 erfolgt über mehrere Leitungen, die genauen Anschlüsse dieser Lei­ tungen können den detaillierten Schaltplan entsprechend Fig. 3 ent­ nommen werden.

In Fig. 3 ist ein detaillierter Schaltplan der erfindungsgemäßen Einrichtung angegeben. Zur besseren Darstellung wurde Fig. 3 in Fig. 3a und 3b unterteilt, wobei die Leitungen in den Punkten I, II, III, IV entsprechend verbunden sein sollen. Dabei ist in übli­ cher Weise Klemme KL15 über die Ladekontrollampe 25 und eine Siche­ rung 39 mit der Klemme DF1 des Reglers 15 verbunden. Vom Regler 15 selbst ist lediglich die Endstufe 15 dargestellt, die über die Er­ regerwicklung 16 sowie die dazu parallel liegende Rückstromdiode 17 zwischen der Klemme DF1 und Masse liegt.

An Klemme Kl15 ist weiterhin die Diagnoseeinrichtung 26 angeschlos­ sen, die wie bereits aus Fig. 2 bekannt, die einzelnen Elemente 28 bis 33 umfaßt.

Der Aufbau sowie die Verschaltung der Elemente 28 bis 33 ist wie folgt:

Die Stromversorgung 28 enthält einen ersten Widerstand R1, der einerseits an Klemme KL15 angeschlossen ist und andererseits über eine Zenerdiode D1 und einen zur Zenerdiode D1 parallel geschalteten Kondensator C1 mit Masse verbunden ist. Parallel zum Kondensator C1 liegt die Reihenschaltung eines Widerstandes R2 und einer Zenerdiode D2, der wiederum ein Kondensator C2 parallel geschaltet ist. Über den Verbindungspunkt zwischen den Bauelementen C2, D2, R2 ist die Stromversorgung an die Anzeigeschaltung 29 angeschlossen, über die Leitung 40 sind die Baugruppen 29 und 31 bis 38 an die Stromversor­ gung 28 angeschlossen.

Die Anzeigeschaltung 29 enthält einen integrierten Schaltkreis IC1 mit insgesamt acht Eingängen. Die Beschaltung des IC1 ist wie folgt:

Eingang 4 ist an die Stromversorgungseinrichtung 28 angeschlossen, Eingang 5 ist über einen Kondensator 3 und Eingang 1 direkt an Masse angeschlossen. Zwischen dem Eingang 8, der direkt mit dem Eingang 4 verbunden ist, und Eingang 2 liegt eine Serienschaltung dreier Wi­ derstände R3, R4 und R5, die Verbindungspunkte zwischen den Wider­ ständen sind mit den Eingängen 7 und 6 des integrierten Schaltkrei­ ses IC1 verbunden, wobei Eingang 6 zusätzlich über einen Kondensator 4 mit Masse verbunden ist.

Eingang 3 des integrierten Schaltkreises IC1 führt über einen Wi­ derstand R6 auf die Basis eines Transistors T2, dessen Emitter mit Masse und dessen Kollektor über einen Widerstand R8 mit Eingang 8 des IC1 verbunden ist und außerdem an die Stromversorgung 28 ange­ schlossen ist. Zwischen dem Kollektor des Transistors T2 und Masse liegt die Serienschaltung eines Kondensators C5 und eines Wider­ standes R7, wobei der Verbindungspunkt zwischen C5, R6 und R7 mit der Basis des Transistors T2 verbunden ist.

Vom Kollektor des Transistors T2 führt eine weitere Verbindung zur Basis eines Transistors T3, dessen Emitter auf Masse legt. Parallel zur Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T3 liegt eine Zener­ diode D3, wobei die Anode der Zenerdiode D3 auf Masse liegt. Der Kollektor des Transistors T3 ist über einen Widerstand R10 und eine Zenerdiode D4 mit der Basis eines Transistors T4 verbunden, wobei der Emitter des Transistors T4 über einen Widerstand R9 mit dem Kol­ lektor des Transistors T3 verbunden ist. Zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors T4 liegt ein weiterer Widerstand R11.

Vom Kollektor des Transistors T4 führt eine weitere Verbindung über einen Widerstand R12 auf die Basis des Transistors T1, der Kollektor dieses Transistors T1 führt zum Eingang 2 des IC1 und der Emitter des Transistors T1 liegt auf Masse. Zusätzlich ist die Basis des Transistors T1 über eine Parallelschaltung des Widerstandes R13 und des Kondensators C6 mit Masse verbunden.

Über eine Diode D5 ist der Emitter des Transoistors T4 mit der Si­ cherung 39, der Spannungsreglerklemme DF1 und der Halteschaltung 30 verbunden. Die Halteschaltung 30, die über den Feldstromschalter 31 mit der Leitung 40 verbunden ist, enthält einen Transistor T5, des­ sen Emitter über den Widerstand R14 auf Masse liegt und dessen Kollektor mit dem Relais 19 sowie einer dazu parallel geschalteten Diode D6 des Feldstromschalters 31 verbunden ist. Die Basis des Transistors T5 liegt über eine Serienschaltung zweier Dioden D7, D8 sowie einem dazu parallel geschalteten Widerstand R15 auf Masse, über einen weiteren Widerstand R16 besteht eine Verbindung zur Logik 32 und über die Diode D9, die Zenerdiode D10 und den Widerstand R17 besteht eine Verbindung mit der Leitung 41, die ihrerseits auf die Reglerklemme DF1 führt. Zwischen der Kathode der Zenerdiode D10 und Masse liegt ein Kondensator C7.

Leitung 41 ist über einen innerhalb der Halteschaltung liegenden Kontakt des Relais 19 entweder über eine Diode D16 mit. Masse oder, nach Umschalten des Relais 19 sowohl mit dem Speicher 33 als auch mit der Klemme D+ verbunden.

Der Speicher 33 besteht aus folgenden Bauelementen: Einem Transistor T9, dessen Basis über eine Diode D13 und einen Widerstand R25 mit Masse verbunden ist, wobei zwischen der Kathode der Diode D13 und dem Widerstand R25 die Serienschaltung einer Zenerdiode D14 und einer Diode D15 so angeschlossen ist, daß die Kathode der Zenerdiode D14 und der Diode D15 miteinander verbunden sind und die Anode der Diode D15 mit einem Anschluß des Schalters Schi verbunden ist.

Der Kollektor des Transistors T9 ist über den Widerstand R23 sowie den zu R23 parallel geschalteten Widerstand R22 und Kondensator C8 mit einem Thyristor TH1 verbunden. Die gegenseitige Elektrode des Thyristors TH1 liegt auf Masse, die Steuerelektrode ist über einen Widerstand R26 ebenfalls mit Masse verbunden und über einen Wider­ stand R27 mit dem elektronischen Startschalter 34 verbunden.

Angesteuert wird der Speicher 33 durch die Logik 32, wobei die Ver­ bindung zwischen dem Speicher 33 und der Logik 32 ausgehend vom Emitter des Transistors 9 erfolgt, der mit dem Emitter eines wei­ teren Transistors T6 der Logik 32 verbunden ist. Eine weitere Verbindung zwischen 32 und 33 ist ausgehend vom Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R23 und dem Kondensator C8 über die Wider­ stände R21 und R19 gegeben.

Die Logikschaltung 32 ist ausgehend vom Rollektor des Transistors T6 über Leitung 40 mit der Stromversorgung 28 verbunden. Ein Widerstand R18 liegt zwischen dem Kollektor des Transistors T6 und der Basis des Transistors T6, die Basis von T6 ist außerdem an die Kathode der Zenerdiode D11, deren Anode auf Masse liegt, angeschlossen. Vom Emitter des Transistors T6 führt eine weitere Verbindung zum Emitter eines Transistors T7, der Kollektor von T7 ist mit dem Emitter eines Transistors T8 verbunden, der Kollektor von T8 über die Diode D12 mit dem Widerstand R16 der Halteschaltung 30.

Die Basis des Transistors T7 ist wie bereits erwähnt, über den Widerstand R21 mit dem Speicher 33 verbunden, zwischen Basis und Emitter des Transistors T7 liegt ein Widerstand R19. Ein weiterer Widerstand R20 verbindet die Basis des Transistors T8 mit den Emit­ tern der beiden Transistoren T6 und T9 und außerdem mit dem elektro­ nischen Startschalter 34.

Der elektronische Startschalter 34 enthält zwei Transistoren T10 und T11, deren Emitter über die Leitung 40 an die Stromversorgung 28 an­ geschlossen sind. Die Basis des Transistors T11 und der Rollektor des Transistors T10 sind miteinander verbunden und über einen Wider­ stand R29 an Masse gelegt. Zwischen dem Emitter und der Basis des Transistors 10 liegt ein Widerstand R28 und ein Kondensator C9.

Vom Rollektor des Transistors T11 führt eine Verbindung über den Widerstand R31 zur Prüfschaltung 35 und über eine Diode D19 zum Speicher 33. Der Verbindungspunkt zwischen den Widerstand R31 und der Diode D19 ist über eine weitere Diode D21 und einen Widerstand R33 an Masse gelegt, der andere Anschluß des Widerstandes R31 ist über eine Reihenschaltung einer Diode D20, eines Widerstandes R32 und eines Kondensators C10 ebenfalls mit Masse verbunden. Dabei führt eine weitere Verbindung von der Kathode der Diode D20 über eine Diode D18 zur Basis des Transistors T8 der Logik 32. Zwischen dem Verbindungspunkt der Kathoden der Dioden D20 und D18 und Masse liegt ein weiterer Widerstand R30.

Eine Zenerdiode D17, deren Kathode mit der Basis des Transistors T10 und deren Anode mit der Kathode der Diode D21 verbunden ist, dient zur Spannungsbegrenzung.

Die Prüfschaltung 35 besteht aus einem Transistor T12, dessen Emit­ ter mit dem Widerstand R31 des elektronischen Startschalters 34 ver­ bunden ist. Zwischen dem Emitter des Transistors T12 und der Basis des Transistors T12 liegt ein Widerstand R34, über einen weiteren Widerstand R35 ist die Basis des Transistors T12 mit Masse verbunden.

An den Kollektor des Transistors T12 schließt sich die Reihenschal­ tung eines Widerstandes R36, eines Widerstandes R37, einer Diode D23 und einer Zenerdiode D22 an, wobei die Diode D23 und die Zenerdiode D22 mit ihren Kathoden untereinander verbunden sind und weiterhin an den Kollektor eines Transistors T13 angeschlossen sind. Der Emitter dieses Transistors T13 liegt auf Masse, seine Basis steht über den Widerstand R38 ebenfalls mit Masse in Verbindung und ist weiterhin mit dem Kollektor eines Transistors T14 verbunden, dessen Basis mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R37 und der Diode D23 verbunden ist und dessen Emitter mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R36 und dem Widerstand R37 verbunden ist. Ein Konden­ sator C11 liegt zwischen dem Emitter und der Basis des Transistors T14.

Die Prüfschaltung 35 ist mit der Einrichtung zur Überspannungser­ kennung 36 derart verbunden, daß der Emitter des Transistors T12 über die Diode D24 und den temperaturabhängigen Widerstand R40 eine Rückführung über einen Widerstand R39 zum Rollektor des Transistors T14 besteht.

Eine Zenerdiode D25 und eine Diode D26, die mit ihren Kathoden ver­ bunden sind, liegen zwischen dem Widerstand R39 und der Basis eines Transistors T15. Der Emitter dieses Transistors T15 liegt an Klemme D+, der Kollektor ist über Widerstand R43 mit Masse verbunden. Im Basis-Emitter-Kreis des Transistors T15 liegt ein Widerstand R42 und ein Kondensator C12.

Der temperaturabhängige Widerstand R40 bildet zusammen mit einem weiteren Widerstand R41 den Eingangswiderstand der Überspannungser­ kennung 36.

Mit 37 ist ein Zeitglied bezeichnet, das einen variablen Widerstand R44 und eine Zenerdiode D27 aufweist, wobei der Verbindungspunkt zwischen R44 und D27 an einen Kondensator C13 angeschlossen ist, dessen andere Elektrode auf Masse liegt. Die Anode der Zenerdiode D27 ist über den Widerstand R45 mit Masse verbunden.

Die Endstufe 38 ist über die Leitung 40 der Stromversorgung 28 so verbunden, daß der Emitter eines Transistors T17 und eine Seite eines Widerstandes R46 direkt mit 40 verbunden sind, wobei die Basis des Transistors T17 über den Widerstand R47 mit R46 verbunden ist und gleichzeitig mit dem Rollektor eines Transistors T16, dessen Emitter auf Masse liegt und dessen Basis an die Anode der Diode D27 des Zeitgliedes 37 angeschlossen ist.

Der Kollektor des Transistors T17 ist über einen Widerstand R48 an die Steuerelektrode eines Thyristors TH2, der zwischen der Klemme D+ und Masse liegt, angeschlossen. Weiterhin ist die Steuerelektrode des Thyristors TH2 über den Widerstand R50 an eine Klemme N ange­ schlossen, zwischen der Steuerelektrode und Masse liegt ein Wider­ stand R49 und ein Kondensator C14.

Die Funktionsweise der Schaltungsanordnung soll nun anhand eines in Fig. 4 dargestellten Flußdiagrammes erläutert werden.

Nach Schließen des nicht dargestellten Zündschlosses läuft zunächst eine Diagnose ab, an deren Ende entweder erkannt wird, daß die An­ lage in Ordnung ist oder erkannt und angezeigt wird, daß ein Fehler aufgetreten ist. Beim Einschalten des Fahrzeugs wird nach Schließ des Zündschlosses die Diagnose gestartet, dazu wird von Klemme KL15 eine Prüfspannung an den Spannungsteiler 21, 22 nach Fig. 1 des Überspannungsschutzgerätes 27 gelegt. Im Flußdiagramm ist dies dar­ gestellt durch die Schritte S1 bis S3. Dabei wird in dem Schritt S3 die Prüfspannung erzeugt und in einem Schritt S4 wird die Prüfspan­ nung an den Spannungsteiler gelegt.

S5 stellt einen Entscheidungsschritt dar, wird erkannt, daß der Spannungsteiler nicht in Ordnung ist, wird mit nein entschieden und eine Fehleranzeige F ausgelöst. Die Zuführung des Signales zur Fehleranzeige erfolgt über einen Summationspunkt S. Ist der Span­ nungsteiler in Ordnung wird mit ja entschieden und es erfolgt die Zündung des Thyristors 23. Im Flußdiagramm ist dies mit dem Schritt S6 bezeichnet. Nach Zündung des Thyristors geht die Prüfspannung gegen 0 Volt. In Schritt S7 wird die Klemme D+ kurzgeschlossen und im Entscheidungsschritt S8 wird überprüft, ob die Spannung UD+ gegen Null geht. Geht UD+ nicht gegen Null, wird eine Fehleranzeige F aus­ gelöst, dies kann beispielsweise die Ladekontrollampe sein.

Wird im Schritt S8 dagegen erkannt, daß die Spannung UD+ gegen Null geht, wird im Schritt S9 entschieden, den Kurzschluß an D+ aufzuhe­ ben, dies entspricht einen Schritt S10 und gleichzeitig in einem Schritt S11 das Feldstromrelais 19 einzuschalten. Dazu wird zunächst die Prüfspannung ausgeschaltet, so daß der Thyristor 23 löscht und dadurch das Feldstromrelais einschaltet. Wird keine Feldunterbre­ chung erkannt, wird der Generator im Schritt S12 erregt. Wird dage­ gen erkannt, daß das Feld unterbrochen ist, erfolgt eine Fehleran­ zeige.

Wird beim soeben beschriebenen Diagnoseablauf ein Fehler erkannt, so erfolgt also entsprechend dem Flußdiagramm ausgehend von den Schrit­ ten S5, S8, S12 eine Fehleranzeige. Ergibt jedoch die Diagnose bis Schritt S12, daß die Anlage in Ordnung ist, wird der normale Genera­ torbetrieb durchgeführt.

Funktionsablauf im Schutzgerät 27:

Nach Erregung des Generators mißt das Überspannungsschutzgerät in einem Schritt S13 die Spannung an der Klemme D+. Ist im Schritt S14 die Bedingung UD+ = URegel erfüllt, wird dies in einem weiteren Schritt S15 registriert, es erfolgt schließlich die Ausgabe, daß die Anlage in Ordnung ist (S16). Gleichzeitig bleibt von S15 der Schritt S11 aktiviert.

Wird im Schritt S14 dagegen erkannt, daß UD+ größer als URegel ist, wird im Schritt S17 der Überspannungsschutz aktiviert. Nach einer Ansprechverzögerungszeit, dargestellt durch den Schritt S18, wird der Generator an D+/D- durch den Thyristor 23 kurzgeschlossen und das Feldstromrelais 19 ausgeschaltet, es erfolgt eine Fehleranzeige und die Ladekontrollampe 25 leuchtet. Im Flußdiagramm ist dieser Sachverhalt durch die Schritte S19, der einen Entscheidungsschritt darstellt, S20, der den Kurzschluß von D+ bezeichnet und S21, der den Schritt "Feldstromrelais ausschalten" darstellt, wiedergegeben.

Der exakte Funktionsablauf soll nun anhand der in Fig. 3 darge­ stellten Gesamtschaltung erläutert werden. Dazu wird angegeben, was in den Blöcken 29 bis 38 gerade abläuft.

1. Diagnose

Über Klemme KL15 wird vor dem Start die Diagnose eingeschaltet.

Block

34: T11 leitet über Basiswiderstand R29. Vom Kollektor des Tran­ sistors T11 wird über eine Entkoppeldiode D20 an die Diode D18 positives Potential geführt. Transistor T10 sperrt.

32: Transistor T8 sperrt.

34: Über den Widerstand R31 werden die Blöcke 35, 36, 37 und 38 eingeschaltet.

35: Die Diode D24 entkoppelt die Diagnoseschaltung von der Klem­ me D+_Gen.

32: Widerstand R18, Diode D11 und Transistor T6 stabilisieren die Spannung für die Blöcke 32 und 33. Dadurch ist sicherge­ stellt, daß Spannungseinbrüche an Klemme Kl. 15, beispiels­ weise beim Anlaßvorgang nicht zum ungewollten Löschen des Thyristors TH1 führen oder zum Ausschalten der Logik und damit zum Unterbrechen des Feldstromes durch das Relais 19 in Block C führen.

33: Transistor T9 leitet über die Diode D13 und den Widerstand R25.

32: Nach dem Zünden von Thyristors TH1 leitet der Transistor T7 über den Widerstand R21.

35: Gleichzeitig werden über den Widerstand R31 des Blocks 34 die Transistoren T12, T13 und T14 leitend. Transistor T13 legt den Widerstand R39 parallel zum Widerstand R41 und si­ muliert damit eine Überspannung in Block 36. Der Transistor 15 wird daher leitend und lädt über den im Zeitglied 37 an­ geordneten Widerstand R44 den ebenfalls in 37 angeordneten Kondensator C13 auf. Erreicht die Spannung am Kondensator C13 den Wert der Summe der Spannungen UD27 + UBE T16,

38: dann leiten die Transistoren T16 und T17, wodurch der Thyri­ stor TH2 zündet.

35: Nach dem Zünden des Thyristors TH2 sinkt die Spannung an der Anode der Diode D24 auf den Wert UD24 + UTH2 ab.

34: Über die Dioden D21 und D17 wird der Transistor T10 leitend, Transistor T11 sperrt daraufhin und der Haltestrom des Thyristors TH2 des Blocks 38 wird unterschritten.

38: Ist der Haltestrom des Thyristors TH2 unterschritten, sperrt der Thyristor TH2. Dadurch sperren auch die Transistoren T16 und T17, da am Transistor T15 keine Spannung mehr ansteht. Transistor T11 in Block 34 sperrt ebenfalls. Die Transi­ storen T16 und T17 liegen daraufhin an Klemme KL15, da bei Generatorstillstand an Klemme D+ keine Spannung ansteht.

35: Die Transistoren T12, T13 und T14 sperren. Die Parallel­ schaltung der Widerstände R39 und R41 wird daher aufgehoben.

32: Sperrt der Transistor T11 in Block 34, wird Transistor T8 über die Diode D18 und den Widerstand R30 leitend.

34: Der Widerstand R32 und der Kondensator C10 dienen zur Glät­ tung von Spannungseinbrüchen an Klemme KL15. Dies wird als Prellen des Zündschalters bezeichnet.

32: Sind die Transistoren T7 und T8 aufgrund des bis jetzt be­ schriebenen Diagnoseablaufs in leitendem Zustand, wird der Feldstromschalter 31 der Transistor T5 über die Diode D12 und den Widerstand R16 angesteuert.

31: Das Relais zieht an und verbindet die Lampe mit der Klemme D+. Vorerregerstrom kann daher fließen und der Generator wird erregt. Die Bauelemente T5, R14, D7, D8 und R15 bilden einen Stromkonstanter. Dadurch kann ein 12 Volt-Relais ver­ wendet werden, dessen Haltespannung unter 6 Volt liegt. Da­ durch wird sichergestellt, daß Spannungseinbrüche an Klemme KL15 bis zu einer Spannungshöhe von 6 Volt nicht zum Abfall des Relais 19 führen.

1. Generatorerregung

Wird die Spannung an der Klemme D+ größer als der Spannungsabfall an den Dioden D14 und D15, dann sperrt Transistor 9 in Block 33 und der Haltestrom von Thyristor TH1 wird unterschritten, dies führt dazu, daß der Thyristor TH1 sperrt. Das Relais in Block 31 wird über den Widerstand R17, die Diode D9 und die Diode D10 gehalten. Über den Widerstand R21 in Block 32 wird der Transistor T7 gesperrt. Der Thyristor TH1 und die Logik T7, T8 sind ausgeschaltet.

Generatorstillstand

Bei Generatorstillstand wird die Zenerspannung der Zenerdiode D10 in Block 31 unterschritten, dadurch fällt das Relais 19 ab, Strom fließt über die Diode D16 und die Anzeigelampe 25 leuchtet auf.

Fehler beim Diagnoseablauf

Tritt in den Blöcken 31 bis 38 an den Bauteilen eine Unterbrechung auf, wird entweder der Thyristor TH1 in Block 33 nicht gezündet oder die Transistoren T7 bzw. T8 in Block 32 werden nicht leitend. Da­ durch kann das Relais REL1 in Block 31 nicht anziehen und da der Strompfad über die Diode D16 niederohmiger ist als der Strompfad über die Erregerwicklung und den Regler, ist sichergestellt, daß sich der Generator nicht erregt.

Verpolschutz

Werden die Anschlüsse KL15 und der Lampenanschluß LA vertauscht, wird der Lampenstrom durch die Sicherung 39 unterbrochen, dies ent­ spricht einer indirekten Fehleranzeige.

2. Überspannungsschutzgerät

Tritt an der Klemme D+ Überspannung auf, wird folgender Ablauf aus­ gelöst:

Block

36: Daß an D+ Überspannung herrscht, wird über den Spannungs­ teiler R40 und R41 erkannt. Wird die Spannung UD25 + UD26 + UBET15 erreicht, wird Transistor 15 leitend.

37: Über den Widerstand R44 wird der Kondensator C13 bis zu einer Spannung UD27 + UBET16 aufgeladen.

38: Die Transistoren T16 und T17 leiten, der Thyristor TH2 wird gezündet und schließt den Generator an den Klemmen D+ und D- kurz. Der Gitterstrom kommt wegen der Diagnoseschaltung von der Klemme KL15.

30: Über die Halterschaltung R17, D10, D9 wird das Relais REL1 nicht mehr angesteuert, es fällt ab und schließt die Klemme DF1 über den Ruhekontakt und die Diode D16 kurz. Die Diode D16 erzeugt dann im kurzgeschlossenen Feldkreis einen Span­ nungsabfall. Dadurch verkleinert sich der Remanenz-(Kurz­ schluß-)Strom im Erregerkreis. Der statische Kurzschlußstrom durch den Thyristor TH2 und somit die entstehende Verlust­ leistung wird dadurch erheblich verringert. Nach einem Gene­ ratorstillstand ist die Anlage wieder betriebsbereit.

3. Anzeigeschaltung (Erregungsunterbrechung) Block

29: Eine astabile Kippstufe mit einem integrierten Schaltkreis IC1 schwingt mit einer Frequenz von 1 Hz. Der Widerstand R9 wird über die Transistoren T2 und T3 sowie die Diode D5 zwi­ schen die Klemmen DF1 und D- geschaltet. Dabei sind folgende Diagnosefälle möglich:

Fall 1: Positive Diagnose, Generatorstillstand

Über den Relaiskontakt von Block 31 ist die Klemme DF1 bzw. die Klemme LA mit D+ verbunden. Ein Vorerregerstrom fließt durch die Feldwicklung 16. Widerstand R9 wird mit der Oszil­ latorfrequenz des IC1 parallel zu DF1 geschaltet. Dadurch wird eine Verschlechterung der Angehdrehzahl verhindert, die Anlage ist betriebsbereit.

Fall 2: Positive Diagnose nach dem Anlaßvorgang

Der Erregerstrom wird von Klemme D+ über den Relaiskontakt des Relais 19 nach Klemme DF1 geführt. Die Halteschaltung in Block 31 ist aktiviert. Widerstand R9 wird, vom IC1 gesteu­ ert, an die Generatorklemme D+ Gen geschaltet. Durch den Spannungsabfall am Widerstand R9 wird der Transistor T4 lei­ tend, Transistor T1 leitet ebenfalls und bewirkt im IC1 einen Reset. Dadurch wird der Transistor T3 gesperrt und die Verlustleistung am Widerstand R9 wesentlich verringert.

Fall 3: Unterbrechung im Erregerkreis, Generatorstillstand

Zunächst läuft die Diagnose ab, das Relais 19 in Block 30 zieht an. Über den Lampenkontakt LA, den Arbeitskontakt des Relais REL1 und die Dioden D15 und 14 sperrt der Transistor T9 in Block 33.

33: Da Transistor T9 sperrt sperrt auch Thyristor TH1. Die Logik T7, T8 in Block 32 wird dadurch gelöscht.

31: Das Relais 19 bleibt über den Widerstand R17 und die Dioden D10 und D9 zunächst in angezogenem Zustand.

29: Durch den Widerstand R9 wird dieser Zweig belastet, an Tran­ sistor T5 wird Basisstrom abgezogen, Transistor T5 sperrt daher.

31: Das Relais 19 fällt ab, die Anzeigelampe 25 erhält Strom über die Diode D16 und leuchtet auf.

Fall 4: Erregungsunterbrechung während des Fahrbetriebs

Tritt eine Unterbrechung im Erregerkreis während des Fahrbe­ triebes auf, wird in:

Block

31: Die Halteschaltung nicht mehr von Klemme D+ aus versorgt.

29: Aufgrund der impulsförmigen Belastung mit dem Widerstand R9, wird dem Transistor T5 Basisstrom entzogen, dadurch sperrt Transistor T5 und das Relais 19 fällt ab. Der Kontrollampe 25 wird daher über die Diode D16 Strom zugeführt und die Lampe leuchtet auf.

28: Die Zenerdiode D1 sowie die Widerstände R1 und R2 schützen den Diagnoseteil vor Spannungsspitzen.

Für den Fall einer Notausschaltung kann der Thyristor TH2 in Block 38 über den Widerstand R50 auch extern gezündet werden. An dieser Stelle kann beispielsweise ein Eingang für Sicherheitseinrichtungen des Fahrzeuges vorgesehen werden, so daß durch diese weiteren Si­ cherheitseinrichtungen eine Notabschaltung ausgelöst werden.

Nach erfolgreicher Überprüfung der Diagnoseeinrichtung bleibt die Schutz- und Fehlererkennung auch im normalen Betrieb des Generators aktiv, so daß Fehler im Bordnetz angezeigt werden, ein Schutz vor Überspannungen erhalten bleibt und der Generator gegebenenfalls bei Auftreten eines bestimmten Fehlers, entregt wird.

Um den Schaltungsaufwand zu begrenzen, ist die vorliegende Schaltung für den Fehlerfall "Unerbrechung von Bauteilen und auch der Leiter­ bahnen" ausgelegt. Wird die Schaltung in integrierter Schaltungs­ technik (IC-Technik) aufgebaut, kann neben Unterbrechungen auch ein Kurzschluß in den jeweiligen Schaltungsteilen erkannt werden.

Claims (8)

1. Einrichtung zum Schutz eines Kraftfahrzeug-Bordnetzes vor Über­ spannungen, mit einem Generator mit einer Erregerwicklung und zuge­ hörigem Gleichrichtersystem und einem Spannungsregler, der den Strom durch die Erregerwicklung beeinflußt, mit einer Batterie und Ver­ brauchern, sowie mit Mitteln zur Fehlererkennung und Anzeige, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schutzeinrichtung Mittel zur Diagnose (26) enthält, die vor jedem Anlaßvorgang die Funktionsfähigkeit der Schutzeinrichtung überprüfen und bei Erkennung eines Funktionsfeh­ lers der Schutzeinrichtung und/oder bei Erkennung einer Überspannung eine Anzeige auslöst und die Erregung des Generators verhindert oder beendet.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Schutzeinrichtung automatisch erfolgt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlererkennung über die Ladekontrollampe (25) oder eine zusätz­ liche Anzeigevorrichtung erfolgt.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schutzeinrichtung Mittel zur Diagnose (26) und davon getrennt ein Schutzgerät (27) aufweist, wobei die Mittel zur Diagnose (26) und das Schutzgerät (27) über mehrere Verbindungslei­ tungen miteinander verbunden sind.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schaltungen (26 und 27) weitestgehend als inte­ grierte Schaltungen aufgebaut sind.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Anzeige erfolgt, wenn bei Vollerregung ein Kurzschluß des Generators erfolgt oder wenn eine Unterbrechung des Erregerkreises auftritt.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei Betrieb ohne Batterie nach Auftreten einer un­ zulässigen Überspannung ein Kurzschluß des Generators erfolgt.

8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Erkennung der Funktionsfähigkeit der Schutzeinrichtung bei erregtem Generator, eine Erkennung und Anzeige von im Bordnetz auftretenden Fehlern stattfindet.