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Die Erfindung betrifft ein Hochvoltrelais für einen Antriebs- und/oder Ladestromkreis eines Elektrofahrzeugs.
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In Elektrofahrzeugen werden für die Antriebs- und die Ladekomponenten in der Regel hohe elektrische Spannungen genutzt. Während des Ladevorgangs und im Betrieb eines batterieelektrischen Fahrzeugs können zudem hohe Stromstärken auftreten. Ladestationen mit Spannungen von 400 V und 800 V sind bereits verbreitet. Höhere Spannungen sind in Zukunft denkbar. Im Betrieb können kurzzeitig Stromstärken von mehr als 15 kA auftreten. Folglich müssen die Antriebs- und die Ladekomponenten von Elektrofahrzeugen in der Lage sein, diese Ströme, ohne dass durch die abstoßende Wirkung der hohen Ströme die Kontakte unter hohem Leistungsumsatz öffnen, kurzzeitig führen können.
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Des Weiteren muss wegen der hohen Spannungen und Ströme das unbeabsichtigte Öffnen oder Schließen eines Stromkreises wirksam verhindert werden. Dies gilt insbesondere bei starken Vibrationen oder Erschütterungen, wie sie während der Fahrt eines Elektrofahrzeugs oder bei einem Unfall auftreten können.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Hochvoltrelais für einen Antriebs- und/oder Ladestromkreis eines Elektrofahrzeugs bereitzustellen, welches den sicheren Betrieb eines Elektrofahrzeugs auch bei hohen elektrischen Spannungen und hohen Stromstärken ermöglicht sowie ein unbeabsichtigtes Öffnen oder Schließen durch die Einwirkung einer großen Beschleunigung (a > 50 g) des mit dem Hochvoltrelais verbundenen Stromkreises verhindert.
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Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Hochvoltrelais eine magnetische Antriebsanordnung mit zwei voneinander beabstandeten Jochen und einen durch die magnetische Antriebseinheit antreibbaren Anker umfasst, wobei der Anker als eine zwischen einer Offenstellung und einer Schaltstellung kippbare und an einem ersten der zwei Joche gelagerte Wippe mit zwei sich von dem ersten Joch weg erstreckenden Auslegern ausgeführt ist, wobei ein erster der zwei Ausleger mit einer Schaltkontaktanordnung versehen ist und wobei in der Schaltstellung ein die zwei Joche umfassender Magnetkreis vom zweiten Ausleger geschlossen ist.
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Das erfindungsgemäße Hochvoltrelais löst die oben genannte Aufgabe auf einfache Weise. Durch die Ausführung als Wippe können beide Ausleger im Falle einer äußeren Störung, beispielsweise eines Stoßes, gleichermaßen beschleunigt werden. Die Kräfte auf beide Ausleger können sich dabei gegenseitig aufheben. Hierdurch kann das unbeabsichtigte Schalten in die Schaltstellung oder in die Offenstellung verhindert werden. Das Relais ist also stoßfest.
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Dadurch, dass beide Ausleger unterschiedliche Aufgaben erfüllen, kann zudem die Sicherheit erhöht werden, denn der zweite Ausleger kann ausschließlich dem Schließen des Magnetkreises zugeordnet sein, während der erste Ausleger für das Schalten der Schaltkontakte des Hochvoltrelais zuständig ist. Durch die Ausführung als Wippe kann hierbei eine räumliche Trennung erfolgen. Da die Wippe an, insbesondere auf, dem ersten der zwei Joche gelagert ist, kann sie bei geschlossenem Magnetkreis mit ihrer Kippachse zum ersten Joch gezogen und darauf abgestützt werden. Gleichzeitig schließt der zweite Ausleger den Magnetkreis durch eine Anlage am zweiten Joch. Durch diese Anordnung ist eine hohe mechanische Stabilität des Hochvoltrelais erreicht. Das erfindungsgemäße Hochvoltrelais kann für die gängigen Ladespannungen von < 1000 V und darüber hinaus verwendet werden. Zudem kann es kurzfristig Stromstärken bis zu 15 kA führen, wobei kurzfristig eine Zeitspanne von weniger als 2 ms bedeutet.
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Die erfindungsgemäße Lösung kann durch verschiedene, jeweils für sich vorteilhafte und beliebig miteinander kombinierbare Ausgestaltungen weiter verbessert werden. Auf diese Ausgestaltungen und die mit ihnen verbundenen Vorteile ist im Folgenden eingegangen.
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Die beiden Ausleger erstrecken sich vorzugsweise nicht nur vom ersten Joch, sondern auch voneinander weg.
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Die magnetische Antriebseinheit weist vorzugsweise einen Kern auf. Darüber hinaus kann die magnetische Antriebseinheit einen den Kern zumindest teilweise umgebenden Spulenkörper mit wenigstens einer Spulenwicklung umfassen.
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Die zwei Joche sind bevorzugt durch den Kern miteinander verbunden und durch diesen voneinander beabstandet. Die beiden Joche erstrecken sich bevorzugt im Wesentlichen quer zu einer Längsachse des Kerns. Der Kern kann Teil des Magnetkreises sein.
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In der Schaltstellung umfasst der Magnetkreis bevorzugt den zweiten Ausleger, die beiden Joche und den Kern.
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Die Wippe kann V-förmig ausgeführt werden. Dabei können gedachte Verlängerungen beider Ausleger spitze Winkel mit einer Längsachse des Kerns einschließen. Der in der Schaltstellung den Magnetkreis schließende zweite Ausleger liegt in der Schaltstellung vorzugsweise parallel zur Längsachse des Kerns auf den beiden Jochen. Der zweite Ausleger ist bevorzugt frei von einer Schaltkontaktanordnung.
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Um die Schaltkontaktanordnung vom Magnetkreis zu beabstanden, kragt der erste Ausleger vorzugsweise über die magnetische Antriebseinheit vor. Mit anderen Worten kragt sich der erste Ausleger jenseits des zweiten Joches über das erste Joch aus.
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Das Hochvoltrelais kann insbesondere ausgestaltet sein, die jeweilige Schaltstellung auch bei Stößen bis zu 90 g zu halten, ohne ungewollt umzuschalten. Dabei steht „g“ für die Fallbeschleunigung in Höhe von 9,81 m/s2. Die Stoßfestigkeit kann insbesondere durch den als Wippe ausgeführten Anker erreicht werden.
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Um eine gute Balance der Wippe zu erreichen und das Relais noch stoßfester zu gestalten, sind die Trägheitsmomente beider Ausleger in Bezug auf eine Kippachse der Wippe vorzugsweise gleich. Der Begriff „gleich“ bedeutet dabei, dass eine Abweichung höchstens 10 % beträgt. Ein Schwerpunkt der Wippe liegt bevorzugt entlang der Längsachse des Kerns gesehen auf Höhe der Kippachse. Die Kippachse befindet sich, entlang einer Längsachse des Kerns gesehen, vorzugsweise auf Höhe des ersten Jochs.
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Der Anker ist bevorzugt ausgestaltet, an, insbesondere auf, dem ersten Joch von der Offenstellung in die Schaltstellung zu rollen. Durch die Rollbewegung kann ein gleichmäßiger und sanfter Übergang von der Offenstellung in die Schaltstellung erreicht werden. Darüber hinaus kann eine externe Stütze oder Tragestruktur überflüssig sein, die den Anker gegen das starke Magnetfeld des Kerns abstützt. Stattdessen stützt sich der Anker beim Rollen selbst auf dem ersten Joch ab. Der Anker kann zum erleichterten Abrollen ein Halbrundprofil an der zum ersten Joch weisenden Seite aufweisen. Das Halbrundprofil liegt bevorzugt auf Höhe der Kippachse.
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Alternativ zum Halbrundprofil am Anker kann ein Halbrundprofil an Joch vorhanden sein, auf dem der Anker abrollen kann.
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Wenigstens in der Offenstellung kann sich zwischen dem Anker und dem ersten Joch ein Luftspalt befinden. Dies kann vorteilhaft sein, um eine Remanenzmagnetisierung des Ankers zu verhindern. Anstelle eines Luftspalts kann sich zwischen dem Anker und dem ersten Joch ein Schmiermittel befinden. Hierdurch kann der Abrieb vom Anker und oder vom ersten Joch im Betrieb und dadurch der Verschleiß des Hochvoltrelais verringert oder vermieden werden.
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Die Schaltkontaktanordnung kann wenigstens einen Schaltkontakt und wenigstens ein Isolierelement, durch das der Schaltkontakt zumindest vom zweiten Ausleger isoliert ist, aufweisen. Bevorzugt befindet sich das Isolierelement zwischen einem metallischen Teil des ersten Auslegers und dem Schaltkontakt. Der wenigstens eine Schaltkontakt ist dadurch vom übrigen Anker isoliert. Das Isolierelement besteht vorzugsweise zumindest abschnittsweise aus einem Kunststoff.
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Der wenigstens eine Schaltkontakt ist bevorzugt dauerhaft elektrisch leitend mit einem Lastanschluss des Hochvoltrelais verbunden. Hierzu kann der wenigstens eine Schaltkontakt beispielsweise über einen flexiblen elektrischen Leiter mit dem Lastanschluss des Hochvoltrelais verbunden sein. Der flexible elektrische Leiter kann beispielsweise eine Litze, ein Litzenkabel, ein geflochtenes Kabel oder ein Paket aus dünnen Kupferblättern, wie es von der Kontaktierung von beweglichen Schweißköpfen bekannt ist, sein. Alternativ dazu kann der flexible Leiter durch einen federelastisch auslenkbaren Leiter gebildet sein.
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Insbesondere um hohe Ströme leiten zu können, weist die Schaltkontaktanordnung bevorzugt zwei Schaltkontakte auf, die jeweils dauerhaft mit demselben Lastanschluss des Hochvoltrelais verbunden sind. Vorzugsweise sind dabei beide Schaltkontakte mit jeweils einem eigenen flexiblen Leiter mit einem gemeinsamen Lastanschluss verbunden. Durch die Aufteilung auf zwei Schaltkontakte kann die Stromstärke je Kontakt halbiert werden. Eine Halbierung der Stromstärke je Kontakt hat wiederum den Vorteil, dass die elektromagnetische Abstoßung der Schaltkontakte von ihren Gegenkontakten bei hohen Strömen verringert wird. Dadurch ist wiederum eine geringere magnetische Anziehung der magnetischen Antriebsanordnung zum Halten des Ankers in der Schaltstellung notwendig. Dies wiederum kann zu einem geringeren Bedarf für den Spulenstrom im Spulenkörper führen.
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Das Hochvoltrelais kann eine Sperrvorrichtung umfassen, wobei der Anker durch die Sperrvorrichtung an einer Bewegung weg vom ersten Joch, zumindest über ein vorbestimmtes Maß hinaus, gehindert ist. Mit anderen Worten kann der Anker zwischen der Sperrvorrichtung und dem ersten Joch angeordnet sein. Die Sperrvorrichtung kann verhindern, dass sich der Anker bei einer Erschütterung oder bei Vibrationen von der übrigen magnetischen Antriebsanordnung wegbewegt.
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Eine besonders einfach aufgebaute Sperrvorrichtung kann dadurch erhalten werden, dass das Hochvoltrelais ferner ein Gehäuse umfasst und die Sperrvorrichtung wenigstens einen Vorsprung am Anker, insbesondere entlang der Kippachse, und eine zur Anlage des Vorsprungs ausgestaltete Barriere am Gehäuse umfasst. Alternativ dazu kann das Gehäuse wenigstens einen zur Anlage am Anker ausgestalteten Vorsprung aufweisen.
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Im Folgenden ist die Erfindung beispielhaft anhand einer vorteilhaften Ausführungsform mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Die bei der Ausführungsform beispielhaft dargestellte Merkmalskombination kann nach Maßgabe der obigen Ausführungen entsprechend den für einen bestimmten Anwendungsfall notwendigen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Hochvoltrelais durch weitere Merkmale ergänzt werden. Auch können, ebenfalls nach Maßgabe der obigen Ausführungen, einzelne Merkmale bei der beschriebenen Ausführungsform weggelassen werden, wenn es auf die Wirkung dieses Merkmals in einem konkreten Anwendungsfall nicht ankommt. In den Zeichnungen werden für Elemente gleicher Funktion und/oder gleichen Aufbaus stets dieselben Bezugszeichen verwendet.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Hochvoltrelais in der Schaltstellung;
- 2 eine schematische Darstellung des Hochvoltrelais aus 1 in der Offenstellung;
- 3 eine vorteilhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hochvoltrelais in einer Aufsicht;
- 4 eine perspektivische Darstellung des Hochvoltrelais aus 3 in einer perspektivischen Ansicht;
- 5 die Schaltkontaktanordnung des Hochvoltrelais aus 3 in einer perspektivischen Ansicht;
- 6 die Schaltkontaktanordnung aus 5 in einem Längsschnitt;
- 7 der Anker des Hochvoltrelais aus 3 in einer perspektivischen Ansicht; und
- 8 ein Gehäuseunterteil des Hochvoltrelais aus 3 in einer perspektivischen Ansicht.
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Im Folgenden ist zunächst auf den prinzipiellen Aufbau und die Funktion eines erfindungsgemäßen Hochvoltrelais 1 mit Bezug auf die 1 und 2 eingegangen.
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Das Hochvoltrelais 1 besitzt eine magnetische Antriebsanordnung 3. Die magnetische Antriebsanordnung 3 weist einen Kern 9 und zwei Joche, nämlich ein erstes Joch 5 und ein zweites Joch 7 auf.
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Darüber hinaus kann die magnetische Antriebsanordnung einen Spulenkörper 11 mit wenigstens einer Spulenwindung 13 aufweisen, welcher sich zwischen den beiden Jochen 5 und 7 und um den Kern 9 herum erstreckt.
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Der Spulenkörper 11 dient der Erzeugung eines Magnetfeldes im Kern 9. Da Spulenkörper bekannt sind, wird an dieser Stelle nicht weiter auf den Spulenkörper 11 eingegangen.
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Die beiden Joche 5 und 7 und der Kern 9 sind bevorzugt aus einem metallischen Material, insbesondere aus einem ferromagnetischen Material, gefertigt.
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Die beiden Joche 5 und 7 sind mit dem Kern 9 verbunden und durch diesen voneinander beabstandet. Jedes der beiden Joche 5 und 7 erstreckt sich bevorzugt im Wesentlichen quer zu einer Längsachse 15 des Kerns 9.
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Die magnetische Antriebsanordnung 3 dient zum Antrieb eines Ankers 17 des Hochvoltrelais 1. Der Anker 17 ist als Wippe 19 ausgeführt und weist zwei sich voneinanderweg erstreckende Ausleger, nämlich einen ersten Ausleger 21 und einen zweiten Ausleger 23, auf.
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Der als Wippe 19 ausgeführte Anker 17 ist am ersten Joch 5 kippbar gelagert. Dabei lässt sich der Anker 17 zwischen einer Schaltstellung 25 und einer Offenstellung 27 hin und her kippen. In der Schaltstellung 25 kann ein Laststromkreis durch das Hochvoltrelais 1 geschlossen und in der Offenstellung 27 geöffnet sein. Hierauf ist weiter unten eingegangen.
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In der Schaltstellung 25 kann ein Magnetkreis 29 vom zweiten Ausleger geschlossen sein. Der Magnetkreis 29 ist in 1 gestrichelt angedeutet. Der Magnetkreis 29 erstreckt sich bevorzugt durch den zweiten Ausleger 23, die beiden Joche 5 und 7 und den Kern 9.
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Bei geschlossenem Magnetkreis 29 liegt der zweite Ausleger 23 fest an beiden Jochen 5 und 7 an. Die Schaltstellung 25 kann durch Anlegen eines Spulenstroms im Spulenkörper 11 erreicht werden. Ein im Kern 9 erzeugtes Magnetfeld erstreckt sich dann auch durch die beiden Joche 5 und 7 und zieht den zweiten Ausleger 23 zu den Jochen 5 und 7.
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In der Schaltstellung 25 kann der zweite Ausleger 23 parallel zur Längsachse 15 des Kerns 9 angeordnet sein. Der zweite Ausleger 23 weist bevorzugt keine Schaltkontakte auf.
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Der erste Ausleger 21 kragt vorzugsweise über die magnetische Antriebseinheit 3 vor. Dabei kragt der erste Ausleger 21 bevorzugt über den Spulenkörper 11 der magnetischen Antriebsanordnung 3 vor. Der erste Ausleger 21 kragt sich dabei bevorzugt jenseits des zweiten Joches 7 über das erste Joch 5 aus. In der Offenstellung 27 kann sich der erste Ausleger 21 im Wesentlichen parallel zur Längsachse 15 des Kerns 9 erstrecken.
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Der Anker 17 ist bevorzugt ausgestaltet, zumindest bei einer Bewegung aus der Offenstellung 27 in die Schaltstellung 25 auf dem ersten Joch 5 abzurollen. Alternativ dazu kann der Anker 17 auch an einer Aufhängung, insbesondere einem Scharnier oder einer entsprechend gestalteten Rückstellfeder, gelagert sein, um die Kippbewegung ausführen zu können. Das erste Joch 5 kann mit einer Auflage 31 für den Anker 17 versehen sein, an der der Querschnitt des ersten Jochs 5 vergrößert ist. So kann eine ausreichend große Anlagefläche für den Anker 17 vorhanden sein.
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In der Offenstellung 27 befindet sich bevorzugt ein Luftspalt 33 zwischen dem Anker 17 und dem ersten Joch 5. Anstelle eines Luftspalts 33 kann sich zwischen dem Anker 17 und dem ersten Joch 5 auch eine Schicht eines Schmierstoffs befinden. Dadurch, dass der Anker 17 in der Offenstellung 27 nicht direkt am ersten Joch 5 anliegt, kann eine magnetische Remanenz im Anker 17 vermieden werden.
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Um das Abrollen des Ankers auf dem ersten Joch 5 zu erleichtern, kann der Anker an seiner dem ersten Joch 5 zugewandten Seite, insbesondere im Bereich einer Kippachse 35 des Ankers 17, mit einer abgerundeten Form, insbesondere mit einem Halbrundprofil versehen sein. Alternativ dazu kann das erste Joch 5 mit einem entsprechenden Profil versehen sein, durch das die Bewegung des Ankers 17 auf dem ersten Joch 5 erleichtert wird.
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Um den Anker 17 bei abgeschaltetem Spulenstrom im Spulenkörper 11 automatisch von der Schaltstellung 25 in die Offenstellung 27 zu bewegen, kann der Anker 17 mit einem Federelement 37 verbunden sein, welches eine Federkraft in Richtung der Offenstellung 27 erzeugt. Um den Anker 17 bei eingeschaltetem Spulenstrom sicher in die Schaltstellung 25 bewegen zu können, ist die Federkraft des Federelement 37 ausreichend gering, dass sie den Anker 17 nicht blockiert.
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Der erste Ausleger 21 ist mit einer Schaltkontaktanordnung 39 versehen. Die Schaltkontaktanordnung 39 dient zum Schließen eines Laststromkreises 41, zumindest eines sich im Hochvoltrelais 1 befindlichen Abschnitts eines Laststromkreises 41. Ein solcher ist in 1 angedeutet. Der Laststromkreis 41 kann insbesondere ein Antriebs- und/oder Ladestromkreis 41 eines Elektrofahrzeugs sein.
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Das Hochvoltrelais 1 kann zwei Lastanschlüsse 43 und 45 aufweisen. An die Lastanschlüsse 43 und 45 können elektrische Leitungen des zu schließenden Laststromkreises 41 angeschlossen sein. Diese sind jedoch nicht Teil des Hochvoltrelais 1.
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Lediglich beispielhaft ist der Lastanschluss 45 mit einem damit verbundenen Schaltkontakt 47 dargestellt. Ein zweiter Schaltkontakt 49 ist Teil der Schaltkontaktanordnung 39 des Hochvoltrelais 1.
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Der Schaltkontakt 49 der Schaltkontaktanordnung 39 ist dauerhaft elektrisch leitend mit dem Lastanschluss 43 verbunden. Die dauerhafte elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Lastanschluss 43 und dem Schaltkontakt 49 ist bevorzugt über einen flexiblen elektrischen Leiter 51 hergestellt. Der flexible elektrische Leiter 51 kann beispielsweise eine Litze oder ein geflochtenes Kabel sein.
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In der Schaltstellung 25 liegen die beiden Schaltkontakte 47 und 49 aneinander an, sodass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den beiden Lastanschlüssen 43 und 45 über den elektrischen Leiter 51 und die beiden Schaltkontakte 47 und 49 hergestellt ist.
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In der Offenstellung 27 sind die beiden Schaltkontakte 47 und 49 dagegen voneinander getrennt, sodass kein Stromfluss mehr stattfinden kann. Die Schaltkontaktanordnung 39 weist ein Isolierelement 53 auf, durch den der Schaltkontakt 49 der Schaltkontaktanordnung 39 elektrisch vom übrigen Anker 17, insbesondere vom zweiten Ausleger 23, getrennt ist. Die Schaltkontaktanordnung 39 kann darüber hinaus wenigstens eine Kontaktfeder (hier nicht dargestellt) aufweisen, durch die der Anpressdruck des Schaltkontakts 49 gegen den Schaltkontakt 47 in der Schaltstellung 25 gewährleistet wird.
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Um zu verhindern, dass das Hochvoltrelais 1 unbeabsichtigt den Laststromkreis 41 schließt, bzw. um eine ungewollte Bewegung des Ankers 17 aus der Offenstellung 27 in die Schaltstellung 25 zu verhindern, sind die Trägheitsmomente der beiden Ausleger 21 und 23 bevorzugt im Wesentlichen gleich. Im Wesentlichen gleich soll hier bedeuten, dass eine Abweichung der Trägheitsmomente bevorzugt höchstens 10 % beträgt.
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Da der erste Ausleger 21 mit der Schaltkontaktanordnung 39 versehen ist, kann an anderer Stelle des Auslegers 21 Material vom Ausleger 21 weggenommen sein, um das Trägheitsmoment des ersten Auslegers 21 an das des zweiten Auslegers 23 anzupassen. Alternativ dazu kann der zweite Ausleger 23 mit zusätzlicher Masse beaufschlagt sein, um das Trägheitsmoment des zweiten Auslegers 23 an das des ersten Auslegers 21 anzupassen.
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Die gleichen Trägheitsmomente der Ausleger 21 und 23 können dazu führen, dass Vibrationen oder Stöße beide Ausleger 21 und 23 gleichermaßen beschleunigen, sodass kein ungewolltes Umschalten von einer Stellung in die andere erfolgt.
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Das Hochvoltrelais 1 kann eine oder mehrere Sperrvorrichtungen 55 umfassen, die ausgestaltet sind, den Anker 17 an einer Bewegung weg vom ersten Joch 5 über ein vorbestimmtes Maß zu hindern. Das vorbestimmte Maß kann so bemessen sein, dass der Anker 17 sich ausreichend weit vom ersten Joch 5 wegbewegen kann, um den Luftspalt 33 zu bilden.
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Die Sperrvorrichtung 55, die in den 1 und 2 lediglich als Kästchen angedeutet ist, kann verhindern, dass im Falle eines starken Stoßes der gesamte Anker 17 von der magnetischen Antriebsanordnung 3 weg beschleunigt wird.
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Im einfachsten Fall besteht die Sperrvorrichtung 55 aus wenigstens einer Barriere 57, welche oberhalb des Ankers 17 angeordnet ist und eine Bewegung weg von der magnetischen Antriebsanordnung 3 verhindert.
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Im Folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hochvoltrelais 1 mit Bezug auf die 3 bis 8 beschrieben.
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Der grundlegende Aufbau des Hochvoltrelais 1 entspricht dem mit Bezug auf die 1 und 2 beschriebenen Hochvoltrelais 1. Der Kürze halber werden im Folgenden nur Abweichungen von dem zuvor beschriebenen Hochvoltrelais 1 oder Details, welche noch nicht genannt wurden, beschrieben.
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Das Hochvoltrelais 1 weist ein Federelement 37 auf, welches am ersten Joch 5 und an einer Oberseite des zweiten Auslegers 23 befestigt ist. Das Federelement 37 weist zwei entlang der Kippachse 35 des Ankers 17 voneinander beabstandete Ausleger 59 auf, welche jeweils am ersten Joch 5 befestigt sind.
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Eine Gesamtbreite entlang der Kippachse 35 des Federelements 37 entspricht im Wesentlichen der Breite des Ankers 17 in derselben Richtung. Um die Oberseite des Ankers 17 zu erreichen, ist der Anker daher mit zwei Ausnehmungen 61 versehen, welche sich entlang der Kippachse 35 gegenüber liegen und sich von außen in das Material des Ankers 17 hinein erstrecken. Durch diese Ausnehmungen 61 können sich die Ausleger 59 des Federelements 37 zwischen der Oberseite des Ankers 17 und dem ersten Joch 5 erstrecken.
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Der erste Ausleger 21 ist mit einer besonders vorteilhaften Ausführungsform einer Schaltkontaktanordnung 39 versehen. Auf diese ist im Folgenden mit Bezug auf die 3 bis 6 eingegangen.
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Die Schaltkontaktanordnung 39 weist ein Isolierelement 53 auf, welches vorzugsweise aus einem Kunststoff gefertigt ist. Das Isolierelement 53 ist am ersten Ausleger 21 befestigbar ausgestaltet. Es weist eine Grundplatte 63, welche im montierten Zustand parallel zum ersten Ausleger 21 verläuft, auf.
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An einer im montierten Zustand dem ersten Ausleger 21 zugewandten Unterseite 65 der Grundplatte 63 erstreckt sich ein Steg 67. Im montierten Zustand verläuft der Steg 67 bevorzugt parallel zu einer Längserstreckung des ersten Auslegers 21.
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Der Steg 67 ist in einer komplementär dazu gebildeten Klemmaufnahme 69 im ersten Ausleger 21 aufnehmbar. Die Klemmaufnahme 69 erstreckt sich von einem dem zweiten Ausleger 23 gegenüberliegenden Ende des ersten Auslegers 21 in Richtung auf den zweiten Ausleger 23 in das Material des Ankers 17 hinein.
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Der Steg 67 kann in die Klemmaufnahme 69 hineingeschoben werden. Durch eine Haltestruktur 71 an der die Klemmaufnahme 69 begrenzenden Innenwandung 73 im Anker 17 kann der Steg 67 reib- und/oder formschlüssig am ersten Ausleger 21 gehalten sein.
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An einem der Grundplatte 63 gegenüberliegenden Ende des Stegs 67 erstreckt sich eine Sperrplatte 75, die parallel zur Grundplatte 63 verläuft. Die Sperrplatte 75 kann an einer Unterseite des ersten Auslegers 21 anliegen, sodass die Schaltkontaktanordnung 39 auch in einer quer zur Kippachse 35 und quer zur Längserstreckung des ersten Auslegers 21 verlaufenden Richtung formschlüssig am ersten Ausleger 21 gehalten ist.
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An einer Seite der Schaltkontaktanordnung 39, die im am Anker 17 montierten Zustand näher an der Kippachse 35 liegt, ist eine Federhaltestruktur 77 angeordnet. Die Federhaltestruktur 77 ist bevorzugt monolithisch mit der Grundplatte 63 gebildet.
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In der Federhaltestruktur 77 sind zwei Kontaktfedern 79 gehalten. Jede Kontaktfeder 79 trägt einen Schaltkontakt 49. Die Kontaktfedern 79 haben eine insgesamt flache Form und erstrecken sich, zumindest in der Offenstellung 27, parallel zur Grundplatte 63. Die Kontaktfedern 79 sind von der Grundplatte 63 beabstandet.
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Die Kontaktfedern 79 sind in der Federhaltestruktur 77 aufgenommen. Ein Halteteil 81, beispielsweise je ein Halteteil 81 für jede Kontaktfeder 79, erstreckt sich durch eine Durchgangsöffnung 83 in der Kontaktfeder 79 in eine Aufnahme 85 in der Federhaltestruktur 77 hinein. Das Halteteil 81 kann in der Aufnahme 85 verklemmt sein. Dadurch sind die Kontaktfedern 79 sicher an der übrigen Schaltkontaktanordnung 39 gehalten.
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Bevorzugt ist jede Kontaktfeder 79 mehrteilig aufgebaut. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist jede Federhaltestruktur eine obere Federplatte 87 und eine untere Federplatte 89 auf. Die beiden Federplatten 87 und 89 sind bevorzugt aus Federstahl gebildet. Die oberen Federplatten 87 und die unteren Federplatten 89 der beiden Kontaktfedern 79 können alternativ jeweils monolithisch gebildet sein. Das heißt, ein oberes Federblech, insbesondere ein U-förmiges Federblech, bildet die beiden oberen Federplatten 87. Entsprechend kann ein unteres Federblech, insbesondere ein U-förmiges Federblech, die beiden unteren Federplatten bilden. Zur Befestigung der beiden Federbleche an der Federhaltestruktur 77 kann dann ein einzelnes Halteteil 81 ausreichen.
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Da die Kontaktfedern 79 federelastisch entlang einer Kontaktierungsrichtung 91 beweglich sein sollen, sind die beiden Federplatten 87 und 89 bevorzugt nicht entlang ihrer vollen Länge fest miteinander verbunden. Stattdessen sind sie zumindest an ihrem der Federhaltestruktur 77 gegenüberliegenden Ende 93 relativ zueinander verschieblich gehalten. Die Kontaktierungsrichtung 91 erstreckt sich senkrecht zu den durch die Federplatten 87 und 89 aufgespannten Plattenebenen.
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Die obere Federplatte 87 ist an ihrer Oberseite mit einer Kontaktplatte 95 versehen, sodass die obere Federplatte 87 zwischen der Kontaktplatte 95 und der unteren Federplatte 89 angeordnet ist. Die Kontaktplatte 95 kann fest mit der oberen Federplatte 87 verbunden sein. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich.
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Die Kontaktplatte 95 ist bevorzugt aus einem Material gefertigt, welches im Hinblick auf eine gute elektrische Leitfähigkeit ausgewählt ist, beispielsweise einer kupferhaltigen oder einer aluminiumhaltigen Legierung.
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Jede der beiden Kontaktplatten 95 ist mit je einem der beiden flexiblen elektrischen Leiter 51 elektrisch leitend verbunden. Beispielsweise kann jeder Leiter 51 mit der dazugehörigen Kontaktplatte 95 verschweißt, verlötet oder vernietet sein.
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Jeder Schaltkontakt 49 einer Kontaktfeder 79 ist mit der Kontaktplatte 95 dieser Kontaktfeder 79 elektrisch leitend verbunden. Mit anderen Worten stellt jede Kontaktplatte 95 die elektrische Verbindung zwischen einem elektrischen Leiter 51 und einem Schaltkontakt 49 her.
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Ein Schaltkontakt 49 erstreckt sich durch die Kontaktplatte 95 und die beiden Federplatten 87 und 89 seiner Kontaktfeder 79. Damit der Schaltkontakt 49 die Verschieblichkeit der Federplatten 87 und 89 gegeneinander nicht behindert, ist die untere Federplatte 89 mit einer Aufnahme 97 für den Schaltkontakt 49 versehen, deren lichte Weite größer ist als der Durchmesser des Schaltkontakts 49 im Bereich der unteren Federplatte 89. Hierdurch ist eine Beweglichkeit des Schaltkontakt 49 gegenüber der unteren Federplatte 89 gegeben. Mit der oberen Federplatte 87 ist der Schaltkontakt 49 dagegen bevorzugt formschlüssig verbunden.
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In der Schaltstellung 25 wird die Schaltkontaktanordnung 39 bevorzugt so weit vom zweiten Ausleger 21 in Richtung der Schaltkontakte 47 bewegt, dass die Schaltkontakte 49 der Schaltkontaktanordnung 39 bereits vor Erreichen der endgültigen Schaltstellung 25 an den Schaltkontakten 47 des Lastanschlusses 45 anliegen.
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In der endgültigen Schaltstellung 25 ist der erste Ausleger 21 mit der Schaltkontaktanordnung 39 so weit in Richtung der Schaltkontakte 47 bewegt, dass die Kontaktfedern 79 nach unten, also in Richtung zur Grundplatte 63 hin ausgelenkt werden. Dadurch kann ein gleichbleibend hoher Anpressdruck der Schaltkontakte 49 auf die Schaltkontakte 47 gewährleistet sein. Durch den starken Anpressdruck kann auch vermieden werden, dass sehr hohe Ströme zu einer elektromagnetischen Abstoßung der Schaltkontakte 49 von den Schaltkontakten 47 führen.
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Der Anker ist mit zwei sich entlang der Kippachse 35 gegenüberliegenden Vorsprüngen 99 versehen, welche Teil der Sperrvorrichtung 55 sind. Ein Gehäuse 101 des Hochvoltrelais 1 ist mit je einer Aufnahme 103 für jeden der Vorsprünge 99 versehen. In 8 ist nur eine Gehäuseunterseite 105 des Gehäuses 101 mit einer Aufnahme 103 für einen Vorsprung 99 dargestellt.
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Die Aufnahme 103 wird durch eine Barriere 57 begrenzt, die Teil der Sperrvorrichtung 55 ist. Ebenfalls Teil der Sperrvorrichtung 55 ist eine Barriere 57, die den zweiten Ausleger 23 an einer Bewegung weg von der magnetischen Antriebseinheit 3 hindert. In diesem Fall kann der zweite Ausleger 23 als Vorsprung des Ankers 17 betrachtet werden, der von der Barriere 57 an einer ungewollten Bewegung gehindert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hochvoltrelais
- 3
- magnetische Antriebsanordnung
- 5
- erstes Joch
- 7
- zweites Joch
- 9
- Kern
- 11
- Spulenkörper
- 13
- Spulenwindung
- 15
- Längsachse
- 17
- Anker
- 19
- Wippe
- 21
- erster Ausleger
- 23
- zweiter Ausleger
- 25
- Schaltstellung
- 27
- Offenstellung
- 29
- Magnetkreis
- 31
- Auflage
- 33
- Luftspalt
- 35
- Kippachse
- 37
- Federelement
- 39
- Schaltkontaktanordnung
- 41
- Laststromkreis
- 43
- Lastanschluss
- 45
- Lastanschluss
- 47
- Schaltkontakt
- 49
- Schaltkontakt
- 51
- elektrischer Leiter
- 53
- Isolierelement
- 55
- Sperrvorrichtung
- 57
- Barriere
- 59
- Ausleger
- 61
- Ausnehmungen
- 63
- Grundplatte
- 65
- Unterseite
- 67
- Steg
- 69
- Klemmaufnahme
- 71
- Haltestruktur
- 73
- Innenwandung
- 75
- Sperrplatte
- 77
- Federhaltestruktur
- 79
- Kontaktfedern
- 81
- Halteteil
- 83
- Durchgangsöffnung
- 85
- Aufnahme
- 87
- obere Federplatte
- 89
- untere Federplatte
- 91
- Kontaktierungsrichtung
- 93
- Ende
- 95
- Kontaktplatte
- 97
- Aufnahme
- 99
- Vorsprünge
- 101
- Gehäuse
- 103
- Aufnahme
- 105
- Gehäuseunterseite
