DE102015212801A1

DE102015212801A1 - Elektrische Schaltanordnung mit verbesserter linearer Lagerung

Info

Publication number: DE102015212801A1
Application number: DE102015212801.6A
Authority: DE
Inventors: Matthias Kroeker; Peter Sandeck; Udo Gabel; Thomas Haehnel
Original assignee: TE Connectivity Germany GmbH
Current assignee: TE Connectivity Germany GmbH
Priority date: 2015-07-08
Filing date: 2015-07-08
Publication date: 2017-01-12
Also published as: EP3116014A1; CN106340424A; JP6807176B2; US9852865B2; EP3116014B1; CN106340424B; JP2017022102A; US20170011878A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltanordnung (1), mit einem Anker (41), mit einer Spulenanordnung (3), die eine erste Lagerstelle (61) aufweist, und in der der Anker (41) in einer Schaltrichtung (S) beweglich gelagert ist, und mit einem am Anker (41) fixierten, mit diesem mitbeweglichen Ankerschaft (15). Um eine Verkippung und ein daraus resultierendes Klemmen des Ankers (41) bzw. des Ankerschafts (15) zu verhindern, ohne jedoch die Schockfestigkeit herabzusetzen oder eine kostspielige Lagerbeschichtung zu benötigen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Ankerschaft (15) an einer weiteren Lagerstelle (83) in der Spulenanordnung (3) gelagert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltanordnung, mit einem Anker, mit einer Spulenanordnung, die eine erste Lagerstelle aufweist und in der der Anker in einer Schaltrichtung beweglich gelagert ist, und mit einem am Anker fixierten, mit diesem mit beweglichen Ankerschaft.
Elektrische Schaltanordnungen, wie zum Beispiel Relais und Schütze, sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. So zeigen die US-amerikanischen Patente US 6,911,884 B2 und US 8,138,863 B2 jeweils eine solche elektrische Schaltanordnung, welche eine Spulenanordnung, einen beweglichen Anker, einen mit dem beweglichen Anker befestigten Ankerschaft sowie eine Kontaktanordnung und andere Bauteile umfasst. Die Kontaktanordnung befindet sich in einem Schaltkammerbereich, so dass entstehende Abschaltlichtbögen vom elektromagnetischen Antriebssystem abgeschottet werden können. Die Kontaktanordnung ist am Ankerschaft befestigt, welcher eine Abdeckplatte an einer Kontaktkammer-Öffnung durchdringt. Der Ankerschaft ist am Anker befestigt, so dass eine Bewegung des Ankers auch die T-förmige Kontaktanordnung übertragen wird.
Aufgrund mechanischer Toleranzen im Gesamtaufbau und dem Kontaktverschleiß, welcher durch Abbrand der Elektroden aufgrund von Lichtbögen entsteht, berühren die Kontakte der T-förmigen Kontaktanordnung nie ganz gleichzeitig die festen Anschlusskontakte, sondern zeitlich versetzt.
Durch eine derart voreilende, einseitige mechanische Kontaktierung wird die Kontaktkraft exzentrisch zur Achse der Anker-Schubführung eingeleitet, wobei der Abstand zwischen dem schaltkontaktseitigen Ende des Ankerschaftes und des voreilend kontaktierten festen Kontaktes als Hebellänge A wirkt. Diese Hebelwirkung äußert sich in einer Verkippung der Anker-Schubführung.
Da z.B. Schütze zum Schalten großer Lasten verwendet werden, müssen auch die Kontaktkräfte zum Schalten der elektrischen Schaltanordnung entsprechend hoch ausgelegt werden, so dass an der Schubführung des Ankers relativ hohe Radialkräfte übertragen werden können. Dies kann zum Lagerverschleiß oder sogar zum Klemmen der Schubführung führen.
Ein Klemmen der Schubführung kann insbesondere vermieden werden, wenn die Bedingung A: L × 2µ ≤ 1 erfüllt ist, wobei A die Hebellänge, L die Lagerlänge und µ der Reibfaktor ist.
Somit gibt es mehrere Möglichkeiten, ein Klemmen zu verhindern. Eine erste Möglichkeit ist die Vergrößerung der Lagerlänge, was allerdings den Nachteil hat, dass die z.B. im Fahrzeugbau geforderte Schockfestigkeit des Schützes oder Relais schwer eingehalten werden kann, da der Anker maßgeblich die Masse der bewegten Teile bestimmt.
Eine weitere Lösung zur Erhöhung der Lagerlänge ist es, die Kontaktkammer-Öffnung, welche sich in einer Abdeckung außerhalb der Spulenanordnung befindet, als zweite Lagerstelle für den Ankerschaft zu nutzen. Diese Lösung führt allerdings zu einer relativ großen Toleranzkette in radialer Richtung zwischen der ersten Lagerstelle, der Lagerung des Ankers, und der zweiten Lagerstelle, besagte Lagerung in der Kontaktkammer-Öffnung, so dass es zu seitlichem Versatz der beiden Lagerstellen kommen kann, was bei entsprechend eng zu wählenden Lagerspalten zum Klemmen führt.
Die Verkleinerung des Reibfaktors ist nur bedingt möglich. Dies kann z.B. über relativ teure Lagerbeschichtungen wie z.B. Polytetrafluorethylen (PTFE) erreicht werden. Allerdings kann eine derartige Beschichtung über die Lebensdauer der elektrischen Schaltanordnung verschleißen, so dass sich im Lauf der Zeit der Reibfaktor erhöhen kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine elektrische Schaltanordnung mit verbesserter linearer Lagerung zur Verfügung zu stellen, die eine Verkippung und daraus resultierendes Klemmen des Ankers bzw. des Ankerschaftes verhindert, ohne jedoch die Schockfestigkeit herabzusetzen oder eine kostspielige Lagerbeschichtung zu benötigen. Dies wird erfindungsgemäß für eine elektrische Schaltanordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Ankerschaft an einer weiteren Lagerstelle in der Spulenanordnung gelagert ist.
Die weitere Lagerstelle kann axial von der ersten Lagerstelle beabstandet sein. Besagter Abstand zwischen den Lagerstellen kann die Lagerlänge erhöhen, um höhere Kippmomente abstützen zu können.
Der Ankerschaft kann mit dem Anker gleichsinnig mit beweglich sein. Ferner kann sich der Anker und/oder der Ankerschaft in der Kubatur der Spulenanordnung befinden. Ebenso ist es möglich, dass Teile des Ankerschaftes aus der Kubatur der Spulenanordnung herausragen können.
Der Ankerschaft kann aus Stahl wie z.B. Cr.-Ni.-Stahl bestehen, so dass der Ankerschaft nicht durch das Magnetfeld beeinflusst wird.
Der Ankerschaft kann mit der Schaltanordnung vernietet sein. Ferner kann der Ankerschaft eine Rändelung aufweisen, über welche der Anker aufgestülpt und mit dem Ankerschaft verschweißt werden kann. Das Verschweißen kann z.B. durch Laserschweißen geschehen.
Ebenso können andere Schweißverfahren Anwendung finden. Auch sind ebenso andere Materialpaarungen des Anker- und Ankerschaftmaterials denkbar, welche veränderte, speziell angepasste Verfahrensschritte zum Verbinden des Ankers mit dem Ankerschaft nutzen. So kann der Ankerschaft z.B. aus einem anderen, nicht magnetischen Material, wie z.B. Messing bestehen, und die Verbindung des Ankerschaftes mit dem Anker mittels anderer Verfahren wie z.B. Kleben, Presspassen, oder mittels eines Sicherungselementes geschehen.
Der Anker kann in seiner ersten Lagerstelle ein Spiel, z.B. einen Lagerspalt zwischen 2/100 und 2/10, insbesondere um 1/10 mm aufweisen. Dieser Spalt stellt einen benötigten Freiheitsgrad der überbestimmten Lagerung des Ankers dar.
Der Ankerschaft kann eine Längsausdehnung entlang der Schaltrichtung aufweisen, welche seine Querausdehnung deutlich übersteigt.
Der Querschnitt des Ankerschaftes kann rund oder eckig sein, wobei ein runder Ankerschaft eine einfachere und günstigere Herstellung des Ankerschaftes selbst und der den Ankerschaft aufnehmenden Teile erlaubt.
Allerdings führt ein runder Ankerschaft zu einem Freiheitsgrad der Rotation um die parallel zur Schaltrichtung orientierte Längsachse des Ankerschaftes. Die rotatorische Position des Ankerschafts und daran befestigter Elemente kann zum einen mittels der daran befestigten Elemente selbst festgelegt werden, z.B. durch die Kontaktanordnung, oder aber mittels einer Führungsnut erfolgen, welche in bzw. entgegen der Schaltrichtung auf der Außenfläche des Ankerschaftes oder am Anker bzw. Lagerstelle angebracht sein kann. Ebenso ist es denkbar, dass Führungselemente, z.B. in Form von Stiften, am Ankerschaft angebracht sind, wobei besagte Stifte in komplementäre Stiftführungsnuten des oder der Ankerschaft führenden Elementes oder Elemente greift.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der elektrischen Schaltanordnung weist der Ankerschaft ein schaltkontaktseitiges Ende auf und der Anker befindet sich zwischen der Lagerstelle und dem schaltkontaktseitigen Ende.
Der Ankerschaft kann in einer Richtung aus der Kubatur der Spulenanordnung herausragen. Insbesondere kann das schaltkontaktseitige Ende aus der Kubatur der Spulenanordnung herausragen und an diesem kann eine Kontaktanordnung angebracht sein.
Die Öffnung der weiteren Lagerstelle kann komplementär zum Querschnitt des Ankerschaftes ausgestaltet sein. Der Ankerschaft kann durch die weitere Lagerstelle hindurch ragen, über diese hinaus überstehen, oder aber bündig mit ihr abschließen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der elektrischen Schaltanordnung weist die Spulenanordnung eine Kernhülse auf, die eine erste Lagerfläche der ersten Lagerstelle für den Anker ausbildet und an der die weitere Lagerstelle des Ankerschaftes entweder unmittelbar an der Kernhülse oder mittelbar, an einem an der Kernhülse unmittelbar befestigten Lagerelement, ausgebildet ist.
Die Kernhülse kann insbesondere stationär sein und von einer Spule der Spulenanordnung umgeben sein, so dass die Windungen der Spule die Kernhülse umschließen. Da sich der Anker in der Kernhülse befindet, kann auch dieser umschlossen werden. Die Ankerhülse kann aus einem magnetischen Material gefertigt sein. So kann die Ankerhülse aus Reineisen bestehen und mit einem galvanischen Überzug aus Bronze versehen sein. Der Überzug aus Bronze kann hierbei die tribologischen Eigenschaften der Kernhülse verbessern. Die Lagerstellen befinden sich bevorzugt an den zwei sich gegenüberliegenden Enden der Kernhülse.
Ebenso ist es möglich, dass die Kernhülse durch Rollen eines mit Teflon beschichteten Reineisenstückes hergestellt wird. Andere ferromagnetische Materialien sind als Kernhülse ebenso denkbar.
Die magnetische Kernhülse kann somit den Spulenkern oder einen Teil des Spulenkerns darstellen, so dass eine Verstärkung des erzeugten Magnetfeldes möglich ist.
Die Kernhülse kann somit Teil des Magnetsystems sein.
Die Kernhülse kann insbesondere am dem schaltkontaktseitigen Ende gegenüberliegenden Ende eine Fase aufweisen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltanordnung sieht als Lagerelement eine Lagerbuchse vor.
Die Lagerbuchse kann aus einem Kunststoff, z.B. ungefülltem Polyamid (PA) bestehen, welches auch mit Glaskugeln gefüllt sein kann.
Die Lagebuchse kann von der Kontaktanordnung beabstandeten Seite in die Ankerhülse eingesetzt werden.
Die Lagerbuchse kann ferner komplementär zur Kernhülse ausgestaltet sein, das heißt, dass die Außenkontur der Lagerbuchse derart ausgestaltet ist, dass diese formschlüssig in die Innenkontur der Kernhülse eingesetzt werden kann. Die Formschlüssigkeit zwischen der Lagerbuchse und der Kernhülse kann über den gesamten Umfang der Lagerbuchse oder nur partiell gegeben sein.
Da sich der Anker relativ zur Lagerbuchse bewegt, kann die Lagerbuchse mindestens eine Druckausgleichsöffnung aufweisen, welche zum einen die vom Anker verdrängte Luft entweichen lassen kann, und zum anderen zusätzliche Materialersparnis ermöglichen kann.
Die Lagerbuchse kann einen Außendurchmesser ähnlich dem Innendurchmesser der Kernhülse aufweisen, der eine reibschlüssige Halterung in der Kernhülse ermöglicht. Das Lagerelement kann eine Ausdehnung entlang der Schaltrichtung aufweisen, welche kleiner als ihr Durchmesser gemessen senkrecht zur Schaltrichtung, ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltanordnung kann es vorteilhaft sein, dass an der Lagerbuchse eine umlaufende Einführschräge zur vereinfachten Einführung des Ankerschaftes vorgesehen ist.
Die Einführschräge kann zum Beispiel eine Fase im 45°-Winkel sein, deren radiale Breite zwischen einem viertel und einem halben Durchmesser des Ankerschaftes betragen kann. Je nach Bauform sind auch kleinere oder größere Winkel denkbar.
Die Einführschräge vereinfacht das Einführen des Ankerschaftes in die Lagerbuchse. Da der Anker und auch der Ankerschaft Spiel in der Kernhülse haben, kann der Ankerschaft aufgrund einer möglichen Verkippung nicht zentral zur Aufnahmeöffnung der Lagerbuchse ausgerichtet sein. In diesem Fall gleitet das nicht-schaltkontaktseitige Ende des Ankerschaftes beim Einführen in die Lagerbuchse an der umlaufenden Einführschräge entlang und wird von dieser zentriert.
Ferner kann die Einführschräge den gleichen Winkel der Anfasung aufweisen wie eine mögliche Anfasung des nicht-kontaktseitigen Endes des Ankerschaftes.
Die Einführschräge kann es ermöglichen, dass der Ankerschaft nur an einer schmalen Lagerlippe anliegt, d.h. an einem aus der Lagerbuchse nach innen springenden umlaufenden Bereich, so dass die Lagerfläche und folglich auch die Reibung verringert werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der elektrischen Schaltanordnung weist das Lagerelement mindestens einen Flanschabschnitt zur Anbringung an der Spulenanordnung auf. Der Flanschabschnitt kann ringförmig sein und sich quer zur Achse des Ankerschaftes erstrecken.
Der Flanschabschnitt kann als einzelner Abschnitt ausgestaltet sein, oder durch eine Mehrzahl von Flanschabschnitten realisiert sein. Somit kann die Anbringung an der Spulenanordnung komplett umlaufend erfolgen.
Die Anbringung der Lagerhülse mittels des mindestens einen Flanschabschnittes kann am Joch, welches Teil der Spulenanordnung ist, oder der Kernhülse erfolgen. Die Anbringung kann durch eine überlappende Verbindung, eine verschweißte Verbindung oder mittels Verkleben oder Verrasten erfolgen.
Ferner können die Flanschabschnitte derart ausgestaltet sein, dass die Lagerbuchse im Inneren der Kernhülse abgestützt ist und die Flanschabschnitte federnde Auskragungen darstellen, so dass ein steter Druck der Flanschabschnitte in Schaltrichtung auf die Elemente der Spulenanordnung, zum Beispiel das Joch, möglich ist. In einer derartigen Ausgestaltung ist ein hermetischer Verschluss der Kernhülse mit der Lagerbuchse möglich. Der Verschluss kann zum Beispiel mit Hilfe von Dichtelementen zwischen dem Flanschabschnitt und der Spulenanordnung sichergestellt sein.
Ebenso ist es denkbar, dass die Flanschabschnitte hinter die Außenkontur der Kernhülse greifen und/oder in die Kernhülse einhaken.
Die Flanschabschnitte können eine Fase aufweisen, die insbesondere komplementär zu der Fase des nicht-schaltkontaktseitigen Endes der Lagerbuchse sein kann.
Es ist vorteilhaft, wenn in einer weiteren Ausgestaltung der elektrischen Schaltanordnung das Lagerelement an einem Ende der Kernhülse angeordnet ist.
Die Anordnung des Lagerelements an einem Ende der Kernhülse, insbesondere dem nicht-schaltkontaktseitigen Ende, hat den Vorteil, dass die Lagerstellen maximal beabstandet werden können, so dass sich eine große Lagerlänge ergibt.
Es ist vorteilhaft, wenn das Lagerelement einer weiteren Ausgestaltung der elektrischen Schaltanordnung ein Ende der Kernhülse verschließt.
Die Anordnung der Lagerstelle an einem Ende und das Verschließen der Kernhülse haben den Vorteil, dass ein Eindringen von Staub und Flüssigkeiten zumindest erschwert, wenn nicht gar verhindert werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der elektrischen Schaltanordnung weist das Lagerelement wenigstens eine weitere Lagerfläche auf, die von einem vorspringenden ringförmigen Absatz gebildet ist.
Der ringförmige Absatz kann durchgängig umlaufend ausgebildet sein, oder abschnittsweise Lagerflächen darstellen. Mittels des ringförmigen Absatzes kann eine nicht-punktförmige, definierte Führung und Halterung des Ankerschaftes erfolgen, und die Reibung zwischen Lagerelement und Ankerschaft verringert werden.
Die elektrische Schaltanordnung umfasst in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eine Lagerstelle, die in Schaltrichtung eine Länge von höchstens einem halben Durchmesser des Ankerschaftes aufweist.
Eine derartig klein ausgestaltete Lagerstelle hat den Vorteil, dass trotz ausreichender Lagerung die Reibung an der Lagerstelle minimiert werden kann.
Das Lagerelement kann in Schaltrichtung eine Länge aufweisen, welche die ebenfalls in Schaltrichtung gemessene Länge der Lagerstelle übersteigt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltanordnung ist das Lagerelement ein Spritzgussteil.
Das Lagerelement kann mittels eines einstufigen Spritzgussverfahrens hergestellt werden, so dass die Herstellung des Lagerelementes sowohl einfach als auch kostengünstig ist.
Ferner ist die Verwendung verschiedener Kunststoffe denkbar, und so kann zum Beispiel Polyacrylat (PA) oder hochtemperaturfeste bzw. auch reibungsarme Kunststoffe im Spritzgussverfahren verwendet werden, um das Lagerelement herzustellen.
Im Spritzgussverfahren ist es vorteilhaft, wenn Materialanhäufungen beim Spritzgießen vermieden werden, da diese zu Verspannungen des derart hergestellten Bauteils führen können.
Eine Möglichkeit, dies zu gewährleisten, ist es, das Lagerelement als eine Ringscheibe auszugestalten, welche mit zwei konzentrisch orientierten Zylinderabschnitten verschiedener Durchmesser materialschlüssig verbunden ist.
Bei einer derartigen Ausgestaltung ist die Wandungsstärke unterschiedlicher Bereiche des Spritzgussteils ungefähr gleich groß, d.h. es existieren keine Bereiche des Spritzgussteils mit deutlich erhöhter Wandungsstärke.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der elektrischen Schaltanordnung ist die Lagerfläche beabstandet von einem Ende der Kernhülse in diese hinein angeordnet.
Die Lagerfläche kann zentral, d.h. mittig entlang der Schaltrichtung, im Lagerelement angeordnet sein. Ebenso ist es möglich, dass die Lagerfläche am dem Anker zugewandten Ende des Lagerelementes angeordnet ist.
Eine ins Innere der Spulenanordnung versetzt angeordnete Lagefläche hat den Vorteil, dass der Ankerschaft auch dann noch gehaltert und geführt wird, wenn sich dieser beim Schaltvorgang von der Lagerstelle weg in Richtung seines schaltkontaktseitigen Endes bewegt.
Mit Hilfe des besagten Versatzes der Lagefläche kann der Ankerschaft in jedweder Schalterstellung sicher gehaltert werden, ohne dass der Ankerschaft aus der Kubatur der Spulenanordnung hervorragt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der elektrischen Schaltanordnung sieht eine deckelförmige Anordnung vor, die am schaltkontaktseitigen Ende des Ankerschaftes an der Spulenanordnung befestigt ist.
Diese deckelförmige Anordnung kann die Spulenanordnung vom Kontaktbereich trennen und die Spulenanordnung zum Beispiel gegen Lichtbögen, welche im Kontaktbereich auftreten, abschirmen.
Die deckelförmige Anordnung, welche nicht zur Spulenanordnung gehört, kann eine Durchlassöffnung für den Ankerschaft aufweisen, so dass dieser aus der Spulenanordnung heraus und in die Kontaktkammer hineinragen kann.
Die deckelförmige Anordnung kann ein separates Element sein, oder ein Teil der Kontaktkammer darstellen.
Die deckelförmige Anordnung kann ferner das gesamte Joch, welches U-förmig ausgestaltet sein kann, abdecken, so dass die Spulenanordnung bis auf die Kontaktkammer-Öffnung mit der deckelförmigen Anordnung verschlossen ist.
Die elektrische Schaltanordnung kann mindestens eine, das Lagerelement zumindest abschnittsweise abdeckende und die Spulenanordnung zumindest partiell umschließende Abdeckung aufweisen.
Eine derartige Abdeckung kann in Form einer Klammer ausgestaltet sein, welche die Seiten der elektrischen Schaltanordnung zum Beispiel am Joch der Spulenanordnung umklammert und dort nur an einzelnen Punkten anliegen kann, während der untere Bereich, welcher vom schaltkontaktseitigen Ende des Ankerschaftes beabstandet ist, abgedeckt sein kann. Die Abdeckung kann zum Beispiel die Kernhülse komplett verschließen und ebenso eine in die Kernhülse lose eingebrachte Lagerbuchse daran hindern, aus dieser Kernhülse herauszurutschen.
Ferner kann eine derartige Abdeckung das Eindringen von Staub oder Flüssigkeiten in die Kernhülse verhindern und die Stabilität und Integrität der gesamten Anordnung erhöhen.
Zudem kann die Abdeckung auch mittels eines anderen Verfahrens, zum Beispiel Schweißen, Kleben, Schrauben, Nieten oder ähnlichen Verfahren an der elektrischen Schaltanordnung angebracht sein.
Ebenso ist es möglich, dass die Abdeckung die elektrische Schaltanordnung, insbesondere die Spulenanordnung, formschlüssig umschließt.
Die Abdeckung kann mehrere Teile umfassen, welche überlappen, oder gegenseitig auf Stoß positioniert die elektrische Schaltanordnung umschließen können.
Die Abdeckung kann ein Gehäuseteil darstellen und kann ferner mit einem Gegengehäuseteil, welches von der Schaltkontaktseite angebracht werden kann, verbunden sein, so dass die komplette elektrische Schaltanordnung hermetisch verschlossen ist und nur zu schaltende Kontakte und Steuerkontakte aus dem Gehäuse herausragen.
Die beiden Gehäuseteile können mittels eines Gehemmes oder einer Verrastung miteinander befestigt werden.
Ebenso ist es möglich, dass die Abdeckung am Joch der Spulenanordnung befestigt ist und somit die Ankerhülse und die Lagerbuchse sicher mithilfe der Abdeckung gehaltert werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsform mit Bezug auf die Figuren beispielhaft erläutert. Dabei können einzelne, für sich vorteilhafte Merkmale gemäß der obigen Beschreibung der vorteilhaften Ausgestaltungen bei der beschriebenen Ausführungsform hinzugefügt oder weggelassen werden.
Es zeigen:
1 eine perspektivische geschnittene Darstellung einer elektrischen Schaltanordnung;
2 eine perspektivische geschnittene Detailansicht der elektrischen Schaltanordnung;
3 eine perspektivische geschnittene Darstellung einer Lagerbuchse.
In 1 ist eine elektrische Schaltanordnung 1 in perspektivischer und geschnittener Darstellung gezeigt. Die elektrische Schaltanordnung 1 ist in einer Offenstellung O gezeigt.
Die elektrische Schaltanordnung 1 erstreckt sich in einer Breite b, welche entlang einer x-Achse gemessen wird, sowie einer Tiefe t, gemessen entlang einer y-Achse und einer Höhe h, die entlang einer z-Achse gemessen wird.
Die elektrische Schaltanordnung 1 umfasst im Wesentlichen eine Spulenanordnung 3 und eine Kontaktkammer-Anordnung 5. Die Kontaktkammer-Anordnung 5 ist in 1 nicht in Gänze gezeigt und sie umfasst unter anderem ein oberes Gehäuseteil 7 und eine Kontaktkammeröffnung 9, welche sich in der Kontaktkammer-Zwischenplatte 11 befindet.
Teile der Kontaktkammer-Anordnung 5 stellen die deckelförmige Anordnung 6 dar, welche die Spulenanordnung 3 verschließt.
Die Kontaktkammer 13 wird vom oberen Gehäuseteil 7 und der Kontaktkammer-Zwischenplatte 11 umschlossen, wobei die Kontaktkammeröffnung 9 im montierten Zustand der elektrischen Schaltanordnung 1 den einzigen Zugang zur Kontaktkammer 13 darstellt.
In die Kontaktkammer 13 ragt ein Ankerschaft 15 durch die Kontaktkammeröffnung 9 hinein. Der Ankerschaft hat den Durchmesser d und am Ankerschaft 15 ist eine Kontaktanordnung 17 befestigt, welche hier vereinfacht schematisch dargestellt ist.
Die Kontaktanordnung 17 weist zwei Kontaktstellen 19 auf und durch Bewegung des Ankerschaftes 15 in eine Schaltrichtung S können die Kontaktstellen 19 mit elektrischen Kontakten 21 zusammengebracht werden, so dass ein Stromkreis geschlossen wird.
Die Elektrischen Kontakte 21 sind fest mit dem oberen Gehäuseteil 7 verbunden (nicht gezeigt).
Die Spulenanordnung 3 umfasst ein Joch 23, welches mit der Kontaktkammer-Zwischenplatte 11 verbunden ist und als einzige Verbindung zur Kontaktkammer 13 die Kontaktkammeröffnung 9 aufweist.
Das Joch 23 weist, von einer in x- und z-Richtung aufgespannten Ebene geschnitten, eine in z-Richtung geöffnete U-Form auf.
Die seitlichen Wände 25 des Joches 23 schließen die Spule 27 ein. Die Spule 27 ist rotationssymmetrisch zu einer Mittenachse M, die ebenso für den Ankerschaft 15 die Mittenachse M darstellt.
Die Spule 27 umfasst eine Scheibenspule 29, welche rotationssymmetrisch um die Mittenachse M ist. Auf dieser sind die Windungen 31 des Spulendrahtes 33 um die Scheibenspule 29 umlaufend aufgewickelt. Die einzelnen Windungen 31 sind in den Figuren symbolisch in ihrer Gesamtheit und nicht einzeln gezeigt.
Die Scheibenspule 29 liegt in Schaltrichtung S an der Kontaktkammer-Zwischenplatte 11 und entgegen der Schaltrichtung S am Boden 35 des Jochs 23 an.
Das Joch 23 weist eine kreisförmige Bodenöffnung 37 auf.
Die Spule 27 weist einen Spuleninnenraum 39 auf, in welchem ein Anker 41 gänzlich und eine Kernhülse 43 partiell aufgenommen sind.
Die um die Mittenachse M kreissymmetrisch angeordnete Kernhülse 43 schmiegt sich mit ihrer Außenwandung 45 an die Innenwandung 47 der Scheibenspule 29.
Mittels einer Auskragung 49 stützt sich die Kernhülse 43 in z-Richtung gegen die Scheibenspule 29, und entgegen der z-Richtung gegen den Boden 35 des Jochs 23 ab.
Das in der kreisförmigen Bodenöffnung 37 aufgenommene Ende der Kernhülse 43 weist eine zur Mittenachse M geneigte Fase 76a auf.
Da die Scheibenspule 29 mittels des Jochs 23 und der Kontaktkammer-Zwischenplatte 11 gegen eine Bewegung in oder entgegen der z-Richtung gesichert ist, ist auch die Kernhülse 43 gegen eine Bewegung in bzw. entgegen der z-Richtung gesichert.
Während sich die Kernhülse 43 in Schaltrichtung S innerhalb der Spule 27 befindet, liegt das entgegen der Schaltrichtung S zeigende Ende der Kernhülse 43 außerhalb der Spule 27, wobei besagtes Ende der Kernhülse 43 in der Bodenöffnung 37 des Jochs 23 derart mündet, dass die Kernhülse 43 nicht über das Joch hinausragt und sich somit innerhalb der Kubatur der Spulenanordnung 3 befindet.
Der Anker 41 und der Ankerschaft 15 sind in der gezeigten Ausführungsform rotationssymmetrisch um die Mittenachse M ausgestaltet. Der Ankerschaft 15 weist eine Rändelung 51 auf, wobei der mit der Rändelung 51 versehene Abschnitt des Ankerschaftes 15 an einer Befestigungsstelle 53 mit dem Anker 41 verbunden ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Befestigung des Ankers 41 mit dem Ankerschaft 15 mittels Laserschweißen erfolgt, wobei jedoch prinzipiell alle anderen anwendbaren Befestigungsmöglichkeiten nutzbar sind.
Der Ankerschaft 15 befindet sich im Spuleninnenraum 39, durchdringt den Anker 41 an der Befestigungsstelle 53 und ragt durch die Kontaktkammeröffnung 9 aus der Spulenanordnung 3 heraus.
Der Anker 41 umfasst einen zylinderförmigen Ankerkörper 55, der am entgegen der Schaltrichtung S liegenden Ende mit einem Ankerboden 57 verschlossen ist, wobei im Ankerboden 57 die Befestigungsstelle 53 die einzige Öffnung darstellt.
Am in Steckrichtung S zeigenden Ende des Ankerkörpers 55 befindet sich ein Ankerflansch 59, der im gezeigten Ausführungsbeispiel materialschlüssig mit dem Ankerkörper 55 verbunden ist.
Die entgegen der Schaltrichtung S zeigende Seite des Ankerbodens 57 weist eine ringförmig um die Mittenachse M verlaufende Ankerringnut 60 auf. Die in 1 gezeigte Ankerringnut 60 hat ein V-förmiges Profil, kann aber auch als rechteckige oder halbkreisförmige Nut ausgestaltet sein.
Der Ankerkörper 55 wird partiell von der Kernhülse 43 umschlossen und über eine Lagerlänge L gelagert und geführt. Der umlaufende Bereich, in dem der Ankerkörper 55 in der Kernhülse 43 geführt wird, ist die erste Lagerstelle 61, welche die erste Lagerfläche 62 ausbildet.
Der Ankerflansch 59 befindet sich in einem von der Scheibenspule 29 gebildeten Hohlraum 63, der entgegen der Schaltrichtung S von der Scheibenspule und in Schaltrichtung S von der Kontaktkammer-Zwischenplatte 11 begrenzt wird.
Der Hohlraum 63 weist eine Höhe h und der Ankerflansch 59 eine Flanschhöhe h_F auf. Hierbei ist zu beachten, dass die Flanschhöhe h_F in Steckrichtung von der Kontaktstelle des Ankerflansches 59 mit der Scheibenspule 29 bis zum am weitesten in Schaltrichtung S ragenden Abschnitt des Ankers 41 gemessen wird. Ein Hub H der elektrischen Schaltanordnung ergibt sich aus der Differenz der Höhe h und der Flanschhöhe h_F(H = h – h_F).
Der sich vom Ankerboden 57 durch den Hohlraum 63 und aus der Spulenanordnung 3 herausragende Ankerschaft 15 wird von einer Ringfeder 67 derart umschlossen, dass diese Ringfeder 67 in jeder Schaltstellung sowohl den Ankerboden 57 als auch die entgegen der Schaltrichtung S zeigende Seite der Kontaktkammer-Zwischenplatte 11 berührt.
1 zeigt die elektrischen Schaltanordnung in einer Offenstellung O, in welcher die Ringfeder 67 nicht bzw. nur wenig vorgespannt ist.
Am von der Kontaktkammer-Anordnung 5 beabstandeten Ende der Spulenanordnung 3 ist ein Lagerelement 68 in Form einer Lagebuchse 69 in die Kernhülse 43 eingesetzt. Die Lagerbuchse 69 umfasst einen inneren Zylinderabschnitt 71, einen äußeren Zylinderabschnitt 73 und eine Ringscheibe 75, wobei die Zylinderabschnitte 71, 73 und die Ringscheibe 75 die Mittenachse M als Symmetrieachse aufweisen und an der entgegen der Schaltrichtung S zeigenden Seite der Lagebuchse materialschlüssig miteinander verbunden sind.
Aufgrund der Anordnung des inneren und äußeren Zylinderabschnittes 71, 73 und der Ringscheibe 75 ist ein ringförmiger Graben 77 in der Lagerbuchse 69 ausgebildet.
Ferner sieht die Lagerbuchse 69 einen Flanschabschnitt 76 vor, der ein monolithischer Teil der Ringscheibe 75, oder nachträglich an diese angebracht sein kann. Der Flanschabschnitt 76 ragt von der Mittenachse M weg aus dem äußeren Zylinderabschnitt 73 hervor. Der Flanschabschnitt 76 hintergreift das nicht-schaltkontaktseitige Ende der Kernhülse 43 und verhindert ein tieferes Einsetzen der Lagerbuchse 69 in die Kernhülse 43.
Der Flanschabschnitt 76 weist eine Fase 76a auf, welche komplementär zur Fase 76a der Kernhülse 43 ist, so dass sich die zur Mittenachse M geneigte Fase 76a der Kernhülse 43 an die von der Mittenachse M weg geneigte Fase 76a der Lagerbuchse 69 anschmiegt.
Die Lagerbuchse 69 weist eine zylinderförmige Aufnahmeöffnung 79 auf, die sich aufgrund von Einführschrägen 81 verjüngt. Diese Verjüngung stellt einen vom inneren Zylinderabschnitt 71 nach innen zur Mittenachse M vorspringenden, ringförmigen Absatz 82 dar, deren zur Mittenachse M gerichtete umlaufende weitere Lagerfläche 82a eine weitere Lagerstelle 83 ist.
Die weitere Lagerstelle 83 ist in bzw. entgegen der Schaltrichtung S gesehen nicht zentriert in der Lagerbuchse 69 ausgestaltet, sondern in Schaltrichtung S, das heißt ins Innere der Spulenanordnung versetzt in der Lagerbuchse 69 angeordnet.
In der weiteren Lagerstelle 83 wird der Ankerschaft 15 aufgenommen, wobei die weitere Lagerstelle 83 derart ins Innere der Spulenanordnung 3 versetzt angeordnet ist, dass der Ankerschaft 15 stets in der weiteren Lagerstelle 83 gelagert wird und sich aus dieser in keiner Schaltstellung der elektrischen Schaltanordnung heraus bewegen kann.
In 2 ist die elektrische Schaltanordnung 1 in einer Kontaktstellung K gezeigt. In der Kontaktstellung K ist der Anker 41 und der Ankerschaft 15 durch das Magnetfeld der Spule 27 in die Schaltrichtung S bewegt worden.
Die auf die Kontaktanordnung 17 übertragene Bewegung in Richtung der elektrischen Kontakte 21 führte zum Kontakt zwischen dem elektrischen Kontakt 21b und der intakten Kontaktstelle 19b. Der elektrische Kontakt 21a hingegen berührt die defekte Kontaktstelle 19a noch nicht.
Zwischen dem elektrischen Kontakt 21a und der defekten Kontaktstelle 19a ist ein Spalt 85 zu überwinden, bevor der mechanische Kontakt hergestellt ist. Besagter Spalt 85 kann z.B. dadurch entstehen, dass die Kontaktanordnung 17 verkippt ist oder dadurch, dass die ursprünglich intakte Kontaktstelle 19a durch Abbrand, der z.B. durch Lichtbögen entstehen kann, derart in Mitleidenschaft gezogen wurde, dass die nunmehr defekte Kontaktstelle 19a nicht mehr die ursprüngliche Höhe aufweist und sich somit der Spalt 85 ausbildet.
Diese initiale mechanische Berührung der Kontaktanordnung 17 mit einem elektrischen Kontakt 21b führt nun dazu, dass die vom Magnetfeld der Spule 27 auf den Anker 41 und den Ankerschaft 14 übertragene Schubkraft F entlang einer Richtung entgegen der Schaltrichtung S an der intakten Kontaktstelle auf die Kontaktanordnung 17 wirkt.
Diese Schubkraft F wird nunmehr über die Hebellänge A auf den Ankerschaft 15 übertragen, so dass der Anker 41 in der Kernhülse 43, in welcher der Anker beweglich gelagert ist, eine Verkippung aufweisen kann. Diese Verkippung kann durch die Lösung der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltanordnung zwar nicht gänzlich vermieden, allerdings stark minimiert werden.
Die Hebellänge A wird von der Mittenachse M bis zur intakten Kontaktstelle 19b gemessen. Da die intakte Kontaktstelle 19b großflächig am elektrischen Kontakt 21b anliegt, befindet sich ein mechanischer Angriffspunkt 19c in x-Richtung gemessen mittig auf der intakten Kontaktstelle 19b.
Die hier gezeigte Kontaktstellung K zeigt den ersten, mechanischen Kontakt zwischen der Kontaktanordnung 17 und dem/den elektrischen Kontakt/Kontakten 21. Erst in der finalen Schaltstellung (nicht gezeigt) ist der Schaltvorgang beendet.
In 3 ist das als Lagerbuchse 69 ausgestaltete Lagerelement 68 in einer geschnittenen perspektivischen Ansicht gezeigt. Wie oben ausgeführt, umfasst die Lagerbuchse 69 einen inneren Zylinderabschnitt 71, einen äußeren Zylinderabschnitt 73, eine Ringscheibe 75 und einen Flanschabschnitt 76 mit einer von der Mittenachse M weg weisenden Fase 76a.
Ebenso gezeigt sind der ringförmige Graben 77, der sich zwischen dem inneren Zylinderabschnitt 71 und dem äußeren Zylinderabschnitt 73 befindet bzw. von diesen gebildet wird, die Aufnahmeöffnung 79, sowie der in Schaltrichtung S versetzte, nach innen ragende umlaufende ringförmige Absatz 82. Besagter ringförmiger Absatz 82 weist die Einführschrägen 81 sowie die umlaufende weitere Lagerfläche 82a auf, wobei die umlaufende weitere Lagerfläche 82a die weitere Lagerstelle 83 ausbildet.
Die weitere Lagerstelle 83 weist eine Länge 91 auf.
Die Lagerbuchse 69 ist rotationssymmetrisch zur Mittenachse M ausgestaltet.
Bezugszeichenliste

1: elektrische Schaltanordnung
3: Spulenanordnung
5: Kontaktkammer-Anordnung
6: deckelförmige Anordnung
7: oberes Gehäuseteil
9: Kontaktkammeröffnung
11: Kontaktkammer-Zwischenplatte
13: Kontaktkammer
15: Ankerschaft
16: Schaltkontaktseitiges Ende
17: Kontaktanordnung
19: Kontaktstelle
19a: defekte Kontaktstelle
19b: intakte Kontaktstelle
19c: mechanischer Angriffspunkt
21, 21a, 21b: elektrischer Kontakt
23: Joch
25: seitliche Wand
27: Spule
29: Scheibenspule
31: Windung
33: Spulendraht
35: Boden
37: Bodenöffnung
39: Spuleninnenraum
41: Anker
43: Kernhülse
45: Außenwandung
47: Innenwandung
49: Auskragung
51: Rändelung
53: Befestigungsstelle
55: Ankerkörper
57: Ankerboden
59: Ankerflansch
60: Anker-Ringnut
61: erste Lagerstelle
62: erste Lagerfläche
63: Hohlraum
67: Ringfeder
68: Lagerelement
69: Lagerbuchse
71: innerer Zylinderabschnitt
73: äußerer Zylinderabschnitt
75: Ringscheibe
76: Flanschabschnitt
76a: Fase
77: ringförmiger Graben
79: Aufnahmeöffnung
81: Einführschrägen
82: ringförmiger Absatz
82a: weitere Lagerfläche
83: weitere Lagerstelle
85: Spalt
91: Länge der Lagerfläche
A: Hebellänge
b: Breite
F: Schubkraft
h: Höhe
h_F: Flanschhöhe
H: Hub
K: Kontaktstellung
L: Lagerlänge
M: Mittenachse
O: Offenstellung
S: Schaltrichtung
t: Tiefe
x: x-Achse
y: y-Achse
z: z-Achse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6911884 B2 [0002]
US 8138863 B2 [0002]

Claims

Elektrische Schaltanordnung (1), mit einem Anker (41), mit einer Spulenanordnung (3), die eine erste Lagerstelle (61) aufweist und in der der Anker (41) in einer Schaltrichtung (S) beweglich gelagert ist und mit einem am Anker (41) fixierten, mit diesem mit beweglichen Ankerschaft (15), dadurch gekennzeichnet, dass der Ankerschaft (15) an einer weiteren Lagerstelle (83) in der Spulenanordnung (3) gelagert ist.
Elektrische Schaltanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ankerschaft (15) ein schaltkontaktseitiges Ende (16) aufweist und dass sich der Anker (41) zwischen der weiteren Lagerstelle (83) und dem schaltkontaktseitigen Ende (16) befindet.
Elektrische Schaltanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenanordnung (3) eine Kernhülse (43) aufweist, die eine erste Lagerfläche (62) der ersten Lagerstelle (61) für den Anker (41) ausbildet und an der die weitere Lagerstelle (83) des Ankerschaftes (15) entweder unmittelbar an der Kernhülse (43) oder mittelbar, an einem an der Kernhülse (43) unmittelbar befestigten Lagerelement (68), ausgebildet ist.
Elektrische Schaltanordnung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Lagerelement (68) eine Lagerbuchse (69) vorgesehen ist.
Elektrische Schaltanordnung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der Lagerbuchse (69) mindestens eine umlaufende Einführschräge (81) zur vereinfachten Einführung des Ankerschaftes (15) vorgesehen ist.
Elektrische Schaltanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement (68) mindestens einen Flanschabschnitt (76) zur Anbringung an der Spulenanordnung (3) aufweist.
Elektrische Schaltanordnung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement (68) an einem Ende der Kernhülse (43) angeordnet ist.
Elektrische Schaltanordnung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement (68) ein Ende der Kernhülse (43) verschließt.
Elektrische Schaltanordnung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement (68) wenigstens eine weitere Lagerfläche (82a) aufweist, die von einem vorspringenden ringförmigen Absatz (82) gebildet ist.
Elektrische Schaltanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Lagerstelle (83) in Schaltrichtung (S) eine Länge (91) von höchstens einem halben Durchmesser (d) des Ankerschaftes (15) aufweist.
Elektrische Schaltanordnung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement (68) ein Spritzgussteil ist.
Elektrische Schaltanordnung (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Lagerfläche (82a) beabstandet von einem Ende der Kernhülse (43) in diese hinein angeordnet ist.
Elektrische Schaltanordnung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass am schaltkontaktseitigen Ende (16) des Ankerschaftes (15) eine deckelförmige Anordnung (6) an der Spulenanordnung (3) befestigt ist.