WO2022188984A1 - Kontaktbrückenvorrichtung für einen schalter eines hochvoltschützes oder hochvoltrelais - Google Patents

Kontaktbrückenvorrichtung für einen schalter eines hochvoltschützes oder hochvoltrelais Download PDF

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WO2022188984A1
WO2022188984A1 PCT/EP2021/056216 EP2021056216W WO2022188984A1 WO 2022188984 A1 WO2022188984 A1 WO 2022188984A1 EP 2021056216 W EP2021056216 W EP 2021056216W WO 2022188984 A1 WO2022188984 A1 WO 2022188984A1
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WO
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contact bridge
switch
voltage
webs
bridge device
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PCT/EP2021/056216
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French (fr)
Inventor
Thomas Grünhagen
Daniel Fuhrmann
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Pierburg Gmbh
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    • H01H1/20—Bridging contacts
    • H01H1/2025—Bridging contacts comprising two-parallel bridges

Definitions

  • the invention relates to a contact bridge device for a switch of a high-voltage contactor or high-voltage relay with an axially movable contact bridge with a first end on which at least one contact is formed and a second end that is radially opposite to the first end, viewed in the direction of current flow of the contact bridge, on which at least one contact is formed is, and an actuator via which the contact bridge is axially displaceable in the direction of mating contacts of the switch.
  • Such contact bridge devices are used in particular in high-voltage contactors that are switched electromagnetically and are used, for example, in motor vehicles in order to be able to safely switch the battery on and off.
  • Such a contact bridge arrangement is known, for example, from DE 10 2015 212 817 A1.
  • This has an actuating member in the form of a rod on which a stop is formed, against which a leaf spring rests, which is pushed against a spacer element at least when the contact bridge arrangement is actuated, on which the contact bridge body rests.
  • this has a contact which, when actuated, is pushed against a corresponding mating contact of the contactor.
  • a levitation force occurs at the contact points Repulsion of the contact bridge from the mating contacts, which must be overcome by the actuating force of the actuator in order to keep the contact in the closed state.
  • the levitation force increases approximately quadratically with the flowing current, which is not a problem for today's vehicles with contactors with a maximum current carrying capacity of up to 6000 A in the event of a short circuit, since the levitation force of approx. 50 N is relatively low and is correspondingly due to the holding force of the magnetic actuator can be compensated.
  • the task therefore arises of creating a contact bridge device with which the effective levitation force can be reduced in order to be able to use smaller magnetic actuators and thus save installation space and costs.
  • the contact bridge device for a switch of a high-voltage contactor or high-voltage relay has an axially movable contact bridge with a first end viewed in the direction of current flow, on which at least one contact is formed.
  • Under current flow direction is understood to mean a direction along which the current flows between the radially opposite contacts when the switch is closed and which in the present case corresponds to a longitudinal direction or main extension direction of the contact bridge.
  • At least one further contact is correspondingly formed at the second end, which is radially opposite, viewed in the direction of current flow.
  • This contact bridge can be displaced axially via an actuating element in the direction of mating contacts of the switch, the axial direction being arranged perpendicularly to the radially directed current flow direction of the contact bridge.
  • the contact bridge has at least three webs which extend parallel to one another in the direction of current flow and at both ends of which a contact is formed and which can be tilted about a tilting axis which is arranged perpendicular to the axis of movement and perpendicular to the direction of current flow of the webs.
  • the webs Due to the possible tilting and mutual twisting of the webs in relation to one another, they can align themselves with the mating contacts in order to produce the largest possible contact surfaces at both ends on the one hand and to increase the number of contact points through the number of webs and thus the existing contacts on the other. If the current is distributed evenly over these total of at least six contacts or three contacts per end, the effective levitation force is theoretically reduced by a factor of 3 when the contacts are in contact with the mating contacts. The number of parallel contact bars can vary between three and seven. Thus, the current causing the levitation force is distributed over a number of contact points and correspondingly reduced per contact area, which also reduces the levitation force. The required holding force for the electromagnet decreases accordingly.
  • the tilting axis is preferably arranged in a plane of symmetry of the webs, which extends perpendicular to the direction of current flow.
  • the contact bridge is prestressed in the direction of the mating contacts by means of a leaf spring element, as a result of which a contact pressure force always acts between the contacts and the mating contact. This leads to a larger contact area.
  • each web is prestressed in the direction of the mating contacts via a spring tongue of the leaf spring element, so that a correspondingly firm contact is made for each of the contacts with the mating contact.
  • Each individual bar can thus be optimally guided as a whole against the mating contact and aligned with the mating contact so that contact is ensured on both sides.
  • the leaf spring element and the webs of the contact bridge are coupled to the actuating member via a coupling element. This simplifies assembly.
  • coupling is to be understood as meaning that, on the one hand, the contact bridge moves when the actuating element is moved, but to a certain extent there can also be a relative movement of the contact bridge or the webs to the actuating element.
  • the leaf spring element has a first end with a number of spring tongues corresponding to the number of webs and a second end with a number of spring tongues corresponding to the number of webs, each against one end of a web of Contact bridge are biased.
  • each web is pressed with its end viewed in the direction of current flow in the direction of the counter-contact and the contact is improved accordingly.
  • a bulge is formed on an end region of the side of the webs facing the spring tongues, with which the webs rest on the spring tongues. In this way, sufficient contact pressure is ensured for both web ends
  • the contact bridge is arranged between the leaf spring element and a limiting element, which rests on the webs with a projection extending along the tilting axis.
  • the limiting element can prevent a displacement of the webs relative to one another or to the actuating element and at the same time fix the tilting axis of the webs.
  • the projection preferably protrudes into a central recess of the webs.
  • the recess always serves as a support for the contact bridge, so that the tilting movement around the support surface also takes place between the projection and the recess. Furthermore, a movement of the webs in the direction of current flow relative to the actuating element is prevented.
  • Direction of movement X is prevented in that side walls extend axially on the delimiting element and are arranged on both sides of the contact bridge when viewed in the direction of the tilting axis. Furthermore, it is advantageous if the coupling element has a bearing surface on which the leaf spring element rests and from which arms extend axially parallel to the side walls of the delimiting element, at the ends of which flakes are formed with which the arms in Direction of current flow of the contact bridge viewed resting centrally on the limiting element. A simple clip fastening of the contact bridge, the leaf spring element and the limiting element to the actuating element is thus produced, with the webs being able to be tilted towards the actuating element.
  • the side walls of the delimiting element are preferably arranged on both sides of the arms of the coupling element, viewed in the direction of current flow, as a result of which a displacement of the delimiting element in the direction of current flow relative to the actuating element can be ruled out.
  • the leaf spring element is slotted in the central area so that spring tongues are formed in the central area, one of the webs of the contact bridge resting prestressed with a central area viewed in the current flow direction on each spring tongue.
  • the pre-tensioning force is introduced centrally. This creates an approximately equal contact force at both ends.
  • each web is loaded individually with its contacts in the direction of the counter-contacts, so that more contact surfaces are created to reduce the levitation force.
  • the webs each have a projection in the central region viewed in the direction of current flow, with which the webs rest on the spring tongues of the leaf spring element and have an opening through which a pin protrudes, which forms the tilting axis.
  • the central support can be produced in a simple manner by means of the projection.
  • the pin forms a fixed, clearly defined axis of rotation around which each bar can be rotated individually and thus aligned with the mating contacts. A displacement in the current flow direction of the webs or of the webs relative to one another can thus be reliably avoided.
  • the opening is designed as a slot extending in the direction of actuation.
  • the coupling element preferably has a bearing surface on which the non-slotted ends of the leaf spring element rest and from which arms extend axially at the two ends of the contact bridge viewed in the direction of the tilting axis, with a bore being formed in each of the arms through which the pin protrudes and in which the pin is fixed.
  • it can have heads at its ends, for example, the diameter of which is larger than the diameter of the bores.
  • the non-slotted ends of the leaf spring element are bent by 180° towards the central region of the leaf spring element.
  • the leaf spring element can rest on a straight plane and still generate a prestressing force on the projections of the webs.
  • a radial projection, on which the coupling element rests, is preferably formed on a rod of the actuating element.
  • the rod can be attached directly to the armature of an electromagnetic actuator, while the projection forms the contact surface for transmitting the actuating force to the contact bridge.
  • the threshold above which a contact detachment occurs in a high-voltage contactor due to the levitation force is shifted towards larger contact bridge currents.
  • the safe operating range of the contactor can be expanded to include larger contact bridge currents, so that it can also be used in purely electrically operated vehicles with high short-circuit currents. This is done by dividing it into different contact points, whose attachment to the mating contacts is ensured by various measures. Accordingly, a contactor with such a contact bridge device can be manufactured inexpensively and requires little installation space.
  • FIG. 1 shows a sectional side view of a high-voltage contactor with a contact bridge device according to the invention.
  • FIG. 2 shows a perspective representation of a contact bridge device according to the invention corresponding to FIG. 1.
  • FIG. 3 shows a side view of the device according to the invention
  • FIG. 4 shows a perspective representation of an alternative contact bridge device according to the invention.
  • the high-voltage contactor 10 shown in FIG present embodiment is arranged between the armature 14 and a switch 20 which can be switched by a movement of the armature 14 .
  • a rod 22 is attached to armature 14 and extends through an opening in core 18 .
  • the rod 22 is part of an actuating member 24, which acts on the switch 20 in that, when the coil 16 is energized, it presses a contact bridge device 26 with its contact bridge 28, at the ends 30, 32 of which contacts 34 are formed, viewed in the longitudinal direction, against counter-contacts 36.
  • the direction of longitudinal extent thus corresponds to a direction of current flow Y in the contact bridge 28. If the coil 16 is not energized, the actuating element 24 and the armature 14 are loaded by a spring 38 in the opposite direction, so that the contact bridge 28 is lifted off the counter-contacts 36 and the circuit is interrupted.
  • the contact bridge device 26 has the contact bridge 28, which according to the invention from side by side arranged webs 40 composed, at the two ends 30, 32 each of the contacts 34 are formed.
  • the webs 40 are arranged individually and independently of one another so as to be rotatable or tiltable about a tilting axis 42 .
  • the tilting axis 42 extends perpendicularly to the axial movement axis of the electromagnetic actuator 12 and to the current flow direction Y or the longitudinal direction of the contact bridge 28 and is arranged in a plane of symmetry of the webs 40 .
  • the webs 40 each have bulges 44 in their end regions, with which they rest on a leaf spring element 46 .
  • the delimiting element 52 extends with a plate 54 at a small distance along a surface of a central region of the webs 40 that faces away from the leaf spring element 46 and has a total of four side walls 56, two of which are located on the two outer webs 40 along axially in the direction of the leaf spring element 46 and thus limit the contact bridge 28 in the transverse direction Z.
  • Two hooks 58 of a coupling element 60 rest on the plate 54, which has a bearing surface 62 on which the leaf spring element 46 rests and from which two arms 64 extend axially between the side walls 56 of the delimiting element 52, at the axial ends of which the hooks 58 resting on the limiting element 52 are formed.
  • the coupling element 60 in turn lies axially with its bearing surface 62 opposite side on a radial projection 65 of the rod 22 and is fixed to the rod 22.
  • the axial distance between the contact surface 62 and the hooks 58 is selected to be slightly smaller than the axial distance between the hooks 58 and the bulges 44 of the webs 40, so that the leaf spring element 46, which is essentially flat, is prestressed against the ends of the webs 40 .
  • the leaf spring element 46 has a number of spring tongues 68 at both ends 66, 67 that corresponds to the number of webs 40, so that each web 40 is prestressed in the direction of the mating contacts 36 via its own spring tongue 68.
  • the webs 40 then align themselves individually with the counter-contacts 36 due to the preload, in that they are individually tilted around the projection 50 in such a way that both ends and thus the two contacts 34 at the ends are pressed against the counter-contacts 36 . Unevenness and dimensional deviations, in particular non-parallelism, are thus compensated and correspondingly ten contact surfaces are created in the case of the five webs 40 arranged next to one another, which leads to lower levitation forces, since the current per contact surface falls.
  • FIG. 3 shows an alternative contact bridge device 26 according to the invention, the same reference numbers being used for the same components.
  • This contact bridging device 26 has webs 40 with a central region 70 viewed in the direction of current flow Y, which is designed as a projection 72 with which the webs 40 rest on the leaf spring element 46 .
  • this central area 70 there is an opening 74 designed as an axially extending elongated hole formed through which engages a pin 76 which is fixed at both ends in a bore 78 in the arms 64 of the coupling element 60 by the pin 76 having at its ends heads 80 which are larger than the bores 78 so that the pin 76 cannot be displaced in the transverse direction Z through the two bores 78 or in the elongated holes of the webs 40 .
  • this pin 76 forms the axis of rotation or tilting 42 about which the webs 40 can be rotated or tilted.
  • the leaf spring element 46 has a central slotted area 82 which forms individual spring tongues 68 and on which the projection 72 of the webs 40 rests, so that here too each web 40 is prestressed centrally by its own spring tongue 68 .
  • Non-slotted outer ends 84 of the leaf spring element 46 are bent through 180° to the slotted area 82 and rest on the bearing surface 62 of the coupling element 60 .
  • the number of tongues, spring tongues and webs can be between three and seven.
  • individual coil springs acting on both sides could also be used instead of the leaf spring elements, with the use of the leaf spring elements being significantly more cost-effective.

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Abstract

Es sind Kontaktbrückenvorrichtungen (26) für Schalter (20) von Hochvoltschützen (10) oder Hochvoltrelais mit einer axial bewegbaren Kontaktbrücke (28) mit einem ersten Ende (30), an dem zumindest ein Kontakt (34) ausgebildet ist und einem in Stromflussrichtung (Y) der Kontaktbrücke (28) betrachtet zum ersten Ende (30) radial gegenüberliegenden zweiten Ende (32), an dem zumindest ein Kontakt (34) ausgebildet ist und einem Betätigungsglied (24), über welches die Kontaktbrücke (28) axial in Richtung von Gegenkontakten (36) des Schalters (20) verschiebbar ist. Um die Levitationskraft zu senken und somit kleinere Aktoren verwenden zu können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Kontaktbrücke (28) mindestens drei sich in Stromflussrichtung (Y) erstreckende, parallel nebeneinander angeordnete Stege (40) aufweist, an deren beiden Enden (30, 32) jeweils ein Kontakt (34) ausgebildet ist und die um eine Kippachse (42) kippbar sind, welche senkrecht zur Bewegungsachse (X) und senkrecht zur Stromflussrichtung (Y) der Stege (40) angeordnet ist.

Description

B E S C H R E I B U N G Kontaktbrückenvorrichtung für einen Schalter eines
Hochvoltschützes oder Hochvoltrelais
Die Erfindung betrifft eine Kontaktbrückenvorrichtung für einen Schalter eines Hochvoltschützes oder Hochvoltrelais mit einer axial bewegbaren Kontaktbrücke mit einem ersten Ende, an dem zumindest ein Kontakt ausgebildet ist und einem in Stromflussrichtung der Kontaktbrücke betrachtet zum ersten Ende radial gegenüberliegenden zweiten Ende, an dem zumindest ein Kontakt ausgebildet ist, und einem Betätigungsglied, über welches die Kontaktbrücke axial in Richtung von Gegenkontakten des Schalters verschiebbar ist.
Solche Kontaktbrückenvorrichtungen werden insbesondere in Hochvoltschützen verwendet, die elektromagnetisch geschaltet werden und beispielsweise in Kraftfahrzeugen verwendet werden, um die Batterie sicher zu- und abschalten zu können.
Eine solche Kontaktbrückenanordnung ist beispielsweise aus der DE 10 2015 212 817 Al bekannt. Diese weist ein Betätigungsglied in Form einer Stange auf, an der ein Anschlag ausgebildet ist, gegen den eine Blattfeder anliegt, die zumindest bei Betätigung der Kontaktbrückenanordnung gegen ein Abstandselement geschoben wird, auf dem der Kontaktbrückenkörper aufliegt. Dieser weist an seinen in Längsrichtung betrachtet entgegengesetzten Enden jeweils einen Kontakt auf, der bei Betätigung gegen einen entsprechenden Gegenkontakt des Schützes geschoben wird.
An den Kontaktstellen kommt es aufgrund der mikroskopisch nur punktuellen Berührungen zu einer als Levitationskraft bezeichneten Abstoßung der Kontaktbrücke von den Gegenkontakten, die mittels der Betätigungskraft des Aktors überwunden werden muss, um den Kontakt im geschlossenen Zustand zu halten. Die Levitationskraft steigt jedoch ungefähr quadratisch mit dem fließenden Strom, was bei heutigen Fahrzeugen mit Schützen, mit einer maximalen Stromtragfähigkeit von bis zu 6000 A im Kurzschlussfall unproblematisch ist, da die Levitationskraft mit ca. 50 N relativ gering ist und entsprechend durch die Haltekraft des Magnetaktors kompensiert werden kann. Bei zukünftigen Hybrid-, Elektro- und Brennstoffzellen-Fahrzeugen sowie in Bordladesystemen sind hingegen Kurzschlussströme von bis zu 20000 A am Schütz der Traktionsbatterie zu erwarten. Die Levitationskraft würde dann auf ein Vielfaches ansteigen, was nur mit einem extrem großen Magnetaktuator, kompensiert werden könnte. Das Hochvoltschütz darf jedoch auch bei diesen hohen Strömen den Stromfluss zwischen den Kontakten nicht unterbrechen, da ein sicheres und erfolgreiches Trennen des Kurzschlussstromes durch ein konventionelles Hochvoltschütz nicht mehr sichergestellt werden kann, und aus diesem Grund beispielsweise Schmelzsicherungen diesen Trennvorgang übernehmen.
Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Kontaktbrückenvorrichtung zu schaffen, mit der die effektive Levitationskraft reduziert werden kann, um kleinere Magnetaktoren verwenden zu können und so Bauraum und Kosten einsparen zu können.
Diese Aufgabe wird durch eine Kontaktbrückenvorrichtung für einen Schalter eines Hochvoltschützes oder Hochvoltrelais mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Kontaktbrückenvorrichtung für einen Schalter eines Hochvoltschützes oder Hochvoltrelais weist eine axial bewegbare Kontaktbrücke mit einem in Stromflussrichtung betrachtet ersten Ende, an dem mindestens ein Kontakt ausgebildet ist, auf. Unter Stromflussrichtung wird eine Richtung verstanden, entlang deren der Strom bei geschlossenem Schalter zwischen den radial gegenüberliegenden Kontakten fließt und welche im vorliegenden Fall einer Längsrichtung oder Haupterstreckungsrichtung der Kontaktbrücke entspricht. Am in Stromflussrichtung betrachtet radial gegenüberliegenden zweiten Ende ist entsprechend mindestens ein weiterer Kontakt ausgebildet. Diese Kontaktbrücke ist über ein Betätigungsglied axial in Richtung von Gegenkontakten des Schalters verschiebbar, wobei die axiale Richtung zur radial gerichteten Stromflussrichtung der Kontaktbrücke senkrecht angeordnet ist. Die Kontaktbrücke weist erfindungsgemäß mindestens drei sich in Stromflussrichtung parallel nebeneinander erstreckende Stege auf, an deren beiden Enden jeweils ein Kontakt ausgebildet ist und die um eine Kippachse kippbar sind, welche senkrecht zur Bewegungsachse und senkrecht zur Stromflussrichtung der Stege angeordnet ist. Durch das mögliche Kippen und gegenseitige Verdrehen der Stege zueinander, können diese sich zu den Gegenkontakten ausrichten, um einerseits möglichst große Kontaktflächen an beiden Enden herzustellen und andererseits die Anzahl der Kontaktstellen durch die Anzahl der Stege und damit der vorhandenen Kontakte zu erhöhen. Bei gleichmäßiger Stromaufteilung auf diese insgesamt mindestens sechs Kontakte oder drei Kontakte je Ende reduziert sich die wirkende Levitationskraft bei Anlage der Kontakte an den Gegenkontakten theoretisch um den Faktor 3. Die Anzahl der parallelen Kontaktstege kann dabei sinnvollerweise zwischen drei und sieben variieren. Somit wird der für die Levitationskraft ursächliche Strom auf mehrere Kontaktstellen verteilt und entsprechend pro Kontaktfläche reduziert, wodurch sich auch die Levitationskraft reduziert. Die benötigte Haltekraft für den Elektromagneten sinkt entsprechend. Dadurch wird es möglich, kleinere Magnetantriebe mit einer entsprechend reduzierten Haltekraft zu verwenden. Des Weiteren kann ein solcher Schütz günstiger hergestellt werden, da mit größeren Toleranzen gefertigt und montiert werden kann, da keine vollständige Parallelität der Kontakte zueinander mehr erforderlich ist, sondern geringe Abweichungen ausgeglichen werden. Vorzugsweise ist die Kippachse in einer Symmetrieebene der Stege angeordnet, welche sich senkrecht zur Stromflussrichtung erstreckt. Beim Anpressen an die gegenüberliegenden Gegenkontakte wird auf diese Weise eine etwa gleiche Anpresskraft an beiden Enden der Kontaktbrücke erreicht und somit eine beidseitige Herstellung eines Kontaktes an allen Stegen sichergestellt und entsprechend die Levitationskraft verringert.
Vorteilhafterweise ist die Kontaktbrücke mittels eines Blattfederelementes in Richtung der Gegenkontakte vorgespannt, wodurch immer eine Anpresskraft zwischen den Kontakten und dem Gegenkontakt wirkt. Dies führt zu einer größeren Anlagefläche.
In einer weiterführenden Ausführung ist jeder Steg über eine Federzunge des Blattfederelementes in Richtung der Gegenkontakte vorgespannt, so dass eine entsprechend feste Anlage für jeden der Kontakte zum Gegenkontakt hergestellt wird. Jeder einzelne Steg kann so als Ganzes optimal gegen den Gegenkontakt geführt werden und am Gegenkontakt ausgerichtet werden, so dass die beidseitige Auflage sichergestellt wird. Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn das Blattfederelement und die Stege der Kontaktbrücke über ein Koppelelement mit dem Betätigungsglied gekoppelt sind. Dies vereinfacht die Montage. Unter Koppeln ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass einerseits zwar eine Bewegung der Kontaktbrücke erfolgt, wenn das Betätigungsglied bewegt wird, jedoch in einem gewissen Maß auch eine Relativbewegung der Kontaktbrücke beziehungsweise der Stege zum Betätigungsglied stattfinden kann. Es handelt sich somit um eine Befestigung, bei der nicht alle Freiheitsgrade der Bewegung eingeschränkt werden. Vorzugsweise weist das Blattfederelement ein erstes Ende mit einer zur Anzahl der Stege korrespondierenden Anzahl an Federzungen und ein zweites Ende mit einer zur Anzahl der Stege korrespondierenden Anzahl an Federzungen auf, die jeweils gegen ein Ende eines Steges der Kontaktbrücke vorgespannt sind. Somit wird jeder Steg mit seinem in Stromflussrichtung gesehenen Ende in Richtung zum Gegenkontakt gedrückt und entsprechend die Kontaktierung verbessert. Um diese Vorspannkraft mit einem flachen Blattfederelement zu erhöhen, ist an einem Endbereich der zu den Federzungen gewandten Seite der Stege eine Ausbuchtung ausgebildet, mit der die Stege auf den Federzungen aufliegen. Auf diese Weise wird für beide Stegenden eine ausreichende Anpresskraft sichergestellt
In einer weiterführenden Ausführungsform ist die Kontaktbrücke zwischen dem Blattfederelement und einem Begrenzungselement angeordnet, welches mit einem sich entlang der Kippachse erstreckenden Vorsprung auf den Stegen aufliegt. Entsprechend kann das Begrenzungselement ein Verschieben der Stege zueinander oder zum Betätigungsglied verhindern und gleichzeitig die Kippachse der Stege festlegen.
Dabei ragt vorzugsweise der Vorsprung in eine zentrale Ausnehmung der Stege. Die Ausnehmung dient immer als Auflage für die Kontaktbrücke, so dass auch die Kippbewegung um die Auflagefläche zwischen dem Vorsprung und der Ausnehmung erfolgt. Des Weiteren wird eine Bewegung der Stege in Stromflussrichtung relativ zum Betätigungsglied unterbunden.
Eine Bewegung der Kontaktbrücke relativ zum Betätigungsglied in einer Richtung senkrecht zur Stromflussrichtung und zur axialen
Bewegungsrichtung X wird dadurch verhindert, dass sich am Begrenzungselement Seitenwände axial erstrecken, die in Richtung der Kippachse betrachtet, beidseits der Kontaktbrücke angeordnet sind. Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn das Koppelelement eine Auflagefläche aufweist, auf der das Blattfederelement aufliegt und von der aus sich Arme axial parallel zu den Seitenwänden des Begrenzungselementes erstrecken, an deren Enden Flaken ausgebildet sind, mit denen die Arme in Stromflussrichtung der Kontaktbrücke betrachtet zentral auf dem Begrenzungselement aufliegen. So wird eine einfache Clipsbefestigung der Kontaktbrücke, des Blattfederelementes und des Begrenzungselementes am Betätigungsglied hergestellt, wobei die Stege zum Betätigungsglied gekippt werden können.
Die Seitenwände des Begrenzungselementes sind vorzugsweise in Stromflussrichtung betrachtet beidseits der Arme des Koppelelementes angeordnet, wodurch ein Verschieben des Begrenzungselementes in Stromflussrichtung relativ zum Betätigungsglied ausgeschlossen werden kann.
In einer vorteilhaften alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist das Blattfederelement im zentralen Bereich geschlitzt ausgeführt, so dass im zentralen Bereich Federzungen ausgebildet sind, wobei auf jeder Federzunge einer der Stege der Kontaktbrücke vorgespannt mit einem in Stromflussrichtung betrachtet zentralen Bereich aufliegt. Die Vorspannkraft wird bei dieser Ausführung entsprechend zentral eingeleitet. So wird eine etwa gleiche Kontaktkraft an beiden Enden erzeugt. Des Weiteren wird jeder Steg einzeln mit seinen Kontakten in Richtung der Gegenkontakte belastet, so dass mehr Kontaktflächen zur Verringerung der Levitationskraft geschaffen werden.
Auch ist es vorteilhaft, wenn bei dieser Ausführung die Stege im in Stromflussrichtung betrachtet zentralen Bereich jeweils einen Vorsprung aufweisen, mit dem die Stege auf den Federzungen des Blattfederelementes aufliegen und eine Öffnung aufweisen, durch welche ein Stift ragt, der die Kippachse bildet. Durch den Vorsprung kann auf einfache Weise die zentrale Auflage hergestellt werden. Der Stift bildet eine feste eindeutig definierte Drehachse, um die jeder Steg einzeln gedreht werden kann und sich so zu den Gegenkontakten ausrichten kann. Ein Verschieben in Stromflussrichtung der Stege oder der Stege zueinander kann so zuverlässig vermieden werden. In einer hierzu weiterführenden Ausführung ist die Öffnung als sich in Betätigungsrichtung erstreckendes Langloch ausgebildet. So können die Stege als Ganzes geringfügig unterschiedlich weit axial verschoben werden, so dass eine nicht vollständige Parallelität der Gegenkontakte zur Kontaktbrücke auch in einer Richtung Quer zur Stromflussrichtung ausgeglichen werden kann.
Vorzugsweise weist das Koppelelement eine Auflagefläche auf, auf der das Blattfederelement mit seinen nicht geschlitzten Enden aufliegt und von der aus sich Arme an den in Richtung der Kippachse betrachtet beiden Enden der Kontaktbrücke axial erstrecken, wobei in den Armen jeweils eine Bohrung ausgebildet ist, durch die der Stift ragt und in denen der Stift befestigt ist. Hierzu kann dieser beispielsweise an seinen Enden Köpfe aufweisen, deren Durchmesser größer ist als der Durchmesser der Bohrungen. So wird auf einfache Weise die Drehachse zum Betätigungsglied festgelegt und damit auch die Position der Kontaktbrücke zum Betätigungsglied mit geringen Freiheitsgraden zum Ausgleich von Fertigungs- und Montagetoleranzen festgelegt. Das Koppelelement dient entsprechend als eine Art Lagerbock für die Stege der Kontaktbrücke.
In einer weiterführenden Ausführungsform sind die nicht geschlitzten Enden des Blattfederelementes zum zentralen Bereich des Blattfederelementes um 180° gebogen ausgebildet. So kann das Blattfederelement auf einer geraden Ebene aufliegen und dennoch eine Vorspannkraft an den Vorsprüngen der Stege erzeugen.
Vorzugsweise ist an einer Stange des Betätigungsgliedes ein radialer Vorsprung ausgebildet, auf dem das Koppelelement aufliegt. Die Stange kann dabei direkt am Anker eines elektromagnetischen Aktors befestigt sein, während der Vorsprung die Auflagefläche zur Übertragung der Betätigungskraft auf die Kontaktbrücke bildet. Durch die Erfindung wird die Schwelle, ab der es bei einem Hochvoltschütz levitationskraftbedingt zu einer Kontaktabhebung kommt, zu größeren Kontaktbrückenströmen hin verschoben. Bei sonst gleichem Magnetaktor kann damit der sichere Betriebsbereich des Schützes zu größeren Kontaktbrückenströmen hin erweitert werden, so dass eine Verwendung auch bei rein elektrisch betriebenen Fahrzeugen mit hohen Kurzschlussströmen möglich wird. Dies erfolgt durch die Aufteilung auf verschiedene Kontaktstellen, deren Anlage zu den Gegenkontakten durch verschiedene Maßnahmen sichergestellt wird. Entsprechend kann ein Schütz mit einer solchen Kontaktbrückenvorrichtung kostengünstig hergestellt werden und weist einen geringen Bauraumbedarf auf.
Zwei Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen
Kontaktbrückenvorrichtungen für Schalter eines Hochvoltschützes oder Hochvoltrelais, sind in den Figuren dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.
Die Figur 1 zeigt eine Seitenansicht eines Hochvoltschützes mit einer erfindungsgemäßen Kontaktbrückenvorrichtung in geschnittener Darstellung.
Die Figur 2 zeigt eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kontaktbrückenvorrichtung entsprechend der Figur 1. Die Figur 3 zeigt eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen
Kontaktbrückenvorrichtung aus Figur 2.
Die Figur 4 zeigt eine perspektivische Darstellung einer alternativen erfindungsgemäßen Kontaktbrückenvorrichtung.
Das in Figur 1 dargestellte Hochvoltschütz 10 besteht aus einem elektromagnetischen Aktor 12 mit einem Anker 14, der bei Bestromung einer Spule 16 in Richtung eines Kerns 18 gezogen wird, der in vorliegendem Ausführungsbeispiel zwischen dem Anker 14 und einem Schalter 20 angeordnet ist, welcher durch eine Bewegung des Ankers 14 schaltbar ist. Am Anker 14 ist eine Stange 22 befestigt, die durch eine Öffnung im Kern 18 ragt. Die Stange 22 ist Teil eines Betätigungsgliedes 24, welches auf den Schalter 20 wirkt, indem es bei Bestromung der Spule 16 eine Kontaktbrückenvorrichtung 26 mit ihrer Kontaktbrücke 28, an deren in Längserstreckungsrichtung betrachteten Enden 30, 32 Kontakte 34 ausgebildet sind, gegen Gegenkontakte 36 drückt, die an den Enden von Leiterbahnen 37 des Hochvoltschützes 10 ausgebildet sind, welche entsprechend durch die Kontaktbrücke 28 miteinander verbunden werden, um einen Stromkreis zu schließen und so beispielsweise die Verbraucher, wie Antriebsmotoren mit einer Traktionsbatterie zu verbinden. Die Längserstreckungsrichtung entspricht somit einer Stromflussrichtung Y in der Kontaktbrücke 28. Wird die Spule 16 nicht bestromt, wird das Betätigungsglied 24 und der Anker 14 durch eine Feder 38 in entgegengesetzter Richtung belastet, so dass die Kontaktbrücke 28 von den Gegenkontakten 36 abgehoben wird und der Stromkreis unterbrochen wird.
Zwischen den Kontakten 34 und den Gegenkontakten 36 entsteht bei großen Stromflüssen eine Levitationskraft oder Holmsche Engekräfte, da die Kontakte 34 nicht vollflächig an den Gegenkontakten 36 anliegen, sondern lediglich verschiedene Punktkontakte entstehen. Diese Kraft wirkt entgegen der Kraft des elektromagnetischen Aktors 12 und steigt proportional zum Quadrat des fließenden Stroms, so dass mit steigenden Strömen, wie sie beispielsweise in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen notwendig sind, dazu führt, dass sehr große Elektromagneten verwendet werden müssen.
Dies wird durch Kontaktbrückenvorrichtungen 26 verhindert, wie sie in den Figuren 2 bis 4 dargestellt sind.
Die Kontaktbrückenvorrichtung 26 gemäß der Figuren 2 und 3 weist die Kontaktbrücke 28 auf, welche sich erfindungsgemäß aus nebeneinander angeordneten Stegen 40 zusammensetzt, an deren beiden Enden 30, 32 jeweils die Kontakte 34 ausgebildet sind. Die Stege 40 sind einzeln und unabhängig voneinander um eine Kippachse 42 drehbar beziehungsweise kippbeweglich angeordnet. Die Kippachse 42 erstreckt sich senkrecht zur axialen Bewegungsachse des elektromagnetischen Aktors 12 und zur Stromflussrichtung Y beziehungsweise Längserstreckungsrichtung der Kontaktbrücke 28 und ist in einer Symmetrieebene der Stege 40 angeordnet. Die Stege 40 weisen, in Stromflussrichtung Y betrachtet, jeweils in ihren Endbereichen Ausbuchtungen 44 auf, mit denen sie auf einem Blattfederelement 46 aufliegen. Im zentralen Bereich weisen sie an der zu den Ausbuchtungen 44 axial gegenüberliegenden Seite jeweils eine Ausnehmung 48 im Bereich ihrer Symmetrieebene auf. In diese Ausnehmungen 48 der Stege 40 greift ein Vorsprung 50 eines Begrenzungselementes 52, der auf den Ausnehmungen 48 aufliegt, so dass die Stege 40 an diesem Vorsprung 50 kippbeweglich gelagert sind.
Das Begrenzungselement 52 erstreckt sich mit einer Platte 54 im Übrigen mit geringem Abstand entlang einer vom Blattfederelement 46 abgewandten Oberfläche eines mittleren Bereiches der Stege 40 und weist insgesamt vier Seitenwände 56 auf, von denen sich jeweils zwei an den beiden in Querrichtung Z gesehen äußeren Stegen 40 entlang axial in Richtung des Blattfederelementes 46 erstrecken und somit die Kontaktbrücke 28 in Querrichtung Z begrenzen.
Auf der Platte 54 liegen zwei Haken 58 eines Koppelelementes 60 auf, welches eine Auflagefläche 62 aufweist, auf der das Blattfederelement 46 aufliegt, und von der aus sich zwei Arme 64 zwischen den Seitenwänden 56 des Begrenzungselementes 52 axial erstrecken, an deren axialen Enden die auf dem Begrenzungselement 52 aufliegenden Haken 58 ausgebildet sind. Das Koppelelement 60 liegt wiederum mit seiner zur Auflagefläche 62 axial gegenüberliegenden Seite auf einem radialen Vorsprung 65 der Stange 22 auf und ist an der Stange 22 befestigt.
Der axiale Abstand der Auflagefläche 62 zu den Haken 58 ist geringfügig kleiner gewählt als der axiale Abstand der Haken 58 zu den Ausbuchtungen 44 der Stege 40, so dass das Blattfederelement 46, welches im Wesentlichen flach ausgeführt ist, gegen die Enden der Stege 40 vorgespannt ist. Das Blattfederelement 46 weist in Stromflussrichtung Y betrachtet an beiden Enden 66, 67 eine zu der Anzahl der Stege 40 korrespondierende Anzahl an Federzungen 68 auf, so dass jeder Steg 40 über eine eigene Federzunge 68 in Richtung der Gegenkontakte 36 vorgespannt wird. Dies hat zur Folge, dass bei Bestromung der Spule 16 der Anker 14 mit dem Betätigungsglied 24 und dem Koppelelement 60 in Richtung zu den Gegenkontakten bewegt wird. Die Stege 40 richten sich dann einzeln durch die Vorspannung zu den Gegenkontakten 36 aus, indem sie einzeln so um den Vorsprung 50 gekippt werden, dass beide Enden und somit die beiden Kontakte 34 an den Enden gegen die Gegenkontakte 36 angedrückt werden. Unebenheiten und Maßabweichungen insbesondere Nichtparallelitäten werden so ausgeglichen und entsprechend bei den dargestellten fünf nebeneinander angeordneten Stegen 40 zehn Kontaktflächen geschaffen, was zu geringeren Levitationskräften führt, da der Strom pro Kontaktfläche sinkt.
In der Figur 3 ist eine alternative erfindungsgemäße Kontaktbrückenvorrichtung 26 dargestellt, wobei gleiche Bezugszeichen für gleiche Bauteile verwendet werden. Diese Kontaktbrückenvorrichtung 26 weist Stege 40 mit einem in Stromflussrichtung Y betrachtet zentralen Bereich 70 auf, der als Vorsprung 72 ausgebildet ist, mit dem die Stege 40 auf dem Blattfederelement 46 aufliegen. In diesem zentralen Bereich 70 ist eine als sich axial erstreckendes Langloch ausgeführte Öffnung 74 ausgebildet, durch welche ein Stift 76 greift, der an beiden Enden in einer Bohrung 78 in den Armen 64 des Koppelelementes 60 befestigt ist, indem der Stift 76 an seinen Enden Köpfe 80 aufweist, die größer als die Bohrungen 78 sind, so dass der Stift 76 nicht durch die beiden Bohrungen 78 oder in den Langlöchern der Stege 40 in Querrichtung Z verschiebbar ist. Entsprechend bildet dieser Stift 76 die Dreh- beziehungsweise Kippachse 42, um welche die Stege 40 drehbar beziehungsweise kippbar sind. Das Blattfederelement 46 weist einen zentralen geschlitzten Bereich 82 auf, der einzelne Federzungen 68 bildet und auf dem der Vorsprung 72 der Stege 40 aufliegt, so dass auch hier jeder Steg 40 durch seine eigene Federzunge 68 jedoch zentral vorgespannt wird. Nicht geschlitzte äußere Enden 84 des Blattfederelementes 46 sind um 180° gebogen zum geschlitzten Bereich 82 ausgeführt und liegen auf der Auflagefläche 62 des Koppelelementes 60 auf. Dadurch, dass der Abstand der Auflagefläche 62 des Koppelelementes 60 axial einen geringeren Abstand zum Stift 76 aufweist als der axiale Abstand der nicht geschlitzten Enden 84 des Blattfederelementes 46 zum geschlitzten Bereich 82 bei nicht belastetem Blattfederelement 46, wird der zentrale geschlitzte Bereich 82 des Blattfederelementes 46 bei der Montage so verformt, dass die Stege 40 gegen den Stift 76 gedrückt werden.
Dies hat zur Folge, dass die Stege 40 sich auch bei dieser Ausführungsform einzeln durch die Vorspannung zu den Gegenkontakten 36 ausrichten, indem sie einzeln so um den Stift 76 gedreht werden, dass beide Enden und somit die beiden Kontakte 34 an den Enden gegen die Gegenkontakte 36 angedrückt werden. Unebenheiten und Maßabweichungen insbesondere Nichtparallelitäten werden so auch hier ausgeglichen. Es werden somit Kontaktbrückenvorrichtungen 26 geschaffen, mit denen die Anzahl der Kontaktstellen zur Verringerung der wirkenden Levitationskraft erhöht wird, wodurch der elektromagnetische Aktor mit einer geringeren Haltekraft ausgeführt, und somit kleiner und kostengünstiger gebaut werden kann.
Es sollte deutlich sein, dass im Vergleich zu den beschriebenen Ausführungsbeispielen verschiedene Modifikationen möglich sind. So kann insbesondere die Anzahl der Zungen, Federzungen und Stege insbesondere zwischen drei und sieben betragen. Auch könnten prinzipiell beidseitig wirkende einzelne Schraubenfedern statt der Blattfederelemente verwendet werden, wobei die Verwendung der Blattfederelemente deutlich kostengünstiger ist.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E 1. Kontaktbrückenvorrichtung (26) für einen Schalter (20) eines Hochvoltschützes (10) oder Hochvoltrelais mit einer axial bewegbaren Kontaktbrücke (28) mit einem ersten Ende (30), an dem zumindest ein Kontakt (34) ausgebildet ist und einem in Stromflussrichtung (Y) der Kontaktbrücke (28) betrachtet zum ersten Ende (30) radial gegenüberliegenden zweiten Ende (32), an dem zumindest ein Kontakt (34) ausgebildet ist, einem Betätigungsglied (24), über welches die Kontaktbrücke (28) axial in Richtung von Gegenkontakten (36) des Schalters (20) verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbrücke (28) mindestens drei sich in Stromflussrichtung (Y) erstreckende, parallel nebeneinander angeordnete Stege (40) aufweist, an deren beiden Enden (30, 32) jeweils ein Kontakt (34) ausgebildet ist und die um eine Kippachse (42) kippbar sind, welche senkrecht zur Bewegungsachse (X) und senkrecht zur
Stromflussrichtung (Y) der Stege (40) angeordnet ist.
2. Kontaktbrückenvorrichtung für einen Schalter eines Hochvoltschützes oder Hochvoltrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kippachse (42) in einer Symmetrieebene der Stege (40) angeordnet ist, welche sich senkrecht zur Stromflussrichtung (Y) erstreckt.
3. Kontaktbrückenvorrichtung für einen Schalter eines Hochvoltschützes oder Hochvoltrelais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbrücke (28) mittels eines Blattfederelementes (46) in Richtung der Gegenkontakte (36) vorgespannt ist.
4. Kontaktbrückenvorrichtung für einen Schalter eines Hochvoltschützes oder Hochvoltrelais nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Steg (40) über eine Federzunge (68) des Blattfederelementes (46) in Richtung der Gegenkontakte (36) vorgespannt ist.
5. Kontaktbrückenvorrichtung für einen Schalter eines Hochvoltschützes oder Hochvoltrelais nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blattfederelement (46) und die Stege (40) der Kontaktbrücke (28) über ein Koppelelement (60) mit dem Betätigungsglied (24) gekoppelt sind.
6. Kontaktbrückenvorrichtung für einen Schalter eines Hochvoltschützes oder Hochvoltrelais nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Blattfederelement (46) ein erstes Ende (66) mit einer zur Anzahl der Stege (40) korrespondierenden Anzahl an Federzungen (68) und ein zweites Ende (67) mit einer zur Anzahl der Stege (40) korrespondierenden Anzahl an Federzungen (68) aufweist, die jeweils gegen ein Ende (30, 32) eines Steges (40) der Kontaktbrücke (28) vorgespannt sind.
7. Kontaktbrückenvorrichtung für einen Schalter eines Hochvoltschützes oder Hochvoltrelais nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Stromflussrichtung (Y) betrachtet in den Bereichen der Enden (30,
32) der zu den Federzungen (68) gewandten Seite der Stege (40) eine Ausbuchtung (44) ausgebildet ist, mit der die Stege (40) auf den Federzungen (68) aufliegen.
8. Kontaktbrückenvorrichtung für einen Schalter eines Hochvoltschützes oder Hochvoltrelais nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbrücke (28) zwischen dem Blattfederelement (46) und einem Begrenzungselement (52) angeordnet ist, welches mit einem sich entlang der Kippachse (42) erstreckenden Vorsprung (50) auf den Stegen (40) aufliegt.
9. Kontaktbrückenvorrichtung für einen Schalter eines Hochvoltschützes oder Hochvoltrelais nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (50) in eine zentrale Ausnehmung (48) der Stege (40) ragt.
10. Kontaktbrückenvorrichtung für einen Schalter eines Hochvoltschützes oder Hochvoltrelais nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich am Begrenzungselement (52) Seitenwände (56) axial erstrecken, die in Richtung der Kippachse (42) betrachtet, beidseits der Kontaktbrücke (28) angeordnet sind.
11. Kontaktbrückenvorrichtung für einen Schalter eines Hochvoltschützes oder Hochvoltrelais nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (60) eine Auflagefläche (62) aufweist, auf der das Blattfederelement (46) aufliegt und von der aus sich Arme (64) axial parallel zu den Seitenwänden (56) des Begrenzungselementes (52) erstrecken, an deren Enden Haken (58) ausgebildet sind, mit denen die Arme (64) in Stromflussrichtung (Y) der Kontaktbrücke (28) betrachtet zentral auf dem Begrenzungselement (52) aufliegen.
12. Kontaktbrückenvorrichtung für einen Schalter eines Hochvoltschützes oder Hochvoltrelais nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (56) des Begrenzungselementes (52) in Stromflussrichtung (Y) betrachtet beidseits der Arme (64) des Koppelelementes (60) angeordnet sind.
13. Kontaktbrückenvorrichtung für einen Schalter eines Hochvoltschützes oder Hochvoltrelais nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Blattfederelement (46) in einem zentralen Bereich (82) geschlitzt ausgeführt ist, so dass im zentralen Bereich (82) die Federzungen (68) ausgebildet sind, wobei auf jeder Federzunge (68) einer der Stege (40) der Kontaktbrücke (28) vorgespannt mit einem in Stromflussrichtung (Y) betrachtet zentralen Bereich (70) aufliegt.
14. Kontaktbrückenvorrichtung für einen Schalter eines Hochvoltschützes oder Hochvoltrelais nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (40) im in Stromflussrichtung (Y) betrachtet zentralen Bereich (70) jeweils einen Vorsprung (72) aufweisen, mit dem die Stege (40) auf den Federzungen (68) des Blattfederelementes (46) aufliegen und eine Öffnung (74) aufweisen, durch welche ein Stift (76) ragt, der die Kippachse (42) bildet.
15. Kontaktbrückenvorrichtung für einen Schalter eines Hochvoltschützes oder Hochvoltrelais nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (74) als sich in Betätigungsrichtung (X) erstreckendes Langloch ausgebildet ist.
16. Kontaktbrückenvorrichtung für einen Schalter eines Hochvoltschützes oder Hochvoltrelais nach Anspruch 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (60) eine Auflagefläche (62) aufweist, auf der das Blattfederelement (46) mit seinen nicht geschlitzten Enden (84) aufliegt und von der aus sich Arme (64) an den in Richtung der Kippachse (42) betrachtet beiden Enden der Kontaktbrücke (28) axial erstrecken, wobei in den Armen (64) jeweils eine Bohrung (78) ausgebildet ist, durch die der Stift (76) ragt.
17. Kontaktbrückenvorrichtung für einen Schalter eines Hochvoltschützes oder Hochvoltrelais nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht geschlitzten Enden (84) des Blattfederelementes (46) zum zentralen Bereich (82) des Blattfederelementes (46) um 180° gebogen ausgebildet sind.
18. Kontaktbrückenvorrichtung für einen Schalter eines Hochvoltschützes oder Hochvoltrelais nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Stange (22) des Betätigungsgliedes (24) ein radialer Vorsprung (65) ausgebildet ist, auf dem das Koppelelement (60) aufliegt.
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