BE1030845B1

BE1030845B1 - Gleichspannungsschaltgerät mit integriertem Unterbrechungsmechanismus

Info

Publication number: BE1030845B1
Application number: BE20225704A
Authority: BE
Inventors: Grote Tobias Dr; Lutz Heuer; Detlev Schürgens
Original assignee: Phoenix Contact Gmbh & Co
Priority date: 2022-09-05
Filing date: 2022-09-05
Publication date: 2024-04-02
Also published as: BE1030845A1; WO2024052213A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gleichspannungsschaltgerät (100) zum Koppeln einer Gleichspannungslast (200) über einen Plusleiter (8) und/oder Minusleiter (10) an eine Gleichspannungsquelle (4), wobei das Gleichspannungsschaltgerät ein Gehäuse besitzt oder von einem Gehäuse wenigstens teilweise umgeben ist. Innerhalb des Gehäuses ist wenigstens ein erstes Schaltelement (101), insbesondere ein halbleiterbasiertes, elektronisch steuerbares Schaltelement umfasst und zum Ankoppeln und Abkoppeln der Gleichspannungslast (200) in den Plusleiter (8) und/oder in den Minusleiter (10) integriert. Das Gleichspannungsgerät zeichnet sich dadurch aus, dass das Gehäuse wenigstens zwei mit einander mechanisch gekoppelte und relativ zueinander bewegbare Gehäuseteile (100-1, 100-2) besitzt, wobei in einer ersten Position dieser zwei relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteile das Gehäuse geschlossen ist und in einer zweiten Position der relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteilen das Gehäuse geöffnet sowie wenigstens einer der Plus- und Minusleiter (8, 10) aufgrund der zweiten Position unterbrochen ist.

Description

Gleichspannungsschaltgerät mit integriertem Unterbrechungsmechanismus

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Gleichspannungsschaltgerät zum Koppeln einer

Gleichspannungslast über einen Plusleiter und/oder Minusleiter an eine

Gleichspannungsquelle.

Zum Koppeln eine Gleichspannungslast, d.h. insbesondere um eine

Gleichspannungslast an eine Gleichspannungsquelle elektrisch anzukoppeln bzw. anzuschließen aber auch zum elektrischen Abkoppeln der Gleichspannungslast, wird üblicherweise ein Gleichspannungsschaltgerät verwendet. Hierbei können sowohl ein

Plusleiter und/oder ein Minusleiter, über welche die Gleichspannungslast an die

Gleichspannungsquelle gekoppelt wird, durch das Gleichspannungsschaltgerät geführt sein. Im Rahmen der Erfindung muss die Gleichspannungslast keine einzelne Last sein, sondern kann sich auch aus einer Gruppe von Gleichspannungslasten zusammensetzen oder als ein Gleichstromnetz ausgebildet sein, mit einer Vielzahl von darüber betriebenen Gleichspannungslasten. In praktischer Ausführung verläuft somit der

Plusleiter und der Minusleiter zweckmäßig jeweils zwischen einem Eingangsanschluss des Gleichspannungsschaltgeräts und einem Ausgangsanschluss des

Gleichspannungsschaltgeräts. Die beiden Leiter werden folglich, insbesondere über die beiden Eingangsanschlüsse des Gleichspannungsschaltgeräts, zunächst zum Anlegen einer externen Gleichspannung mit einer Gleichspannungsquelle, z.B. einem

Gleichspannungsbus, elektrisch verbunden und ferner, insbesondere über die beiden

Ausgangsanschlüsse des Gleichspannungsschaltgeräts mit der an die Gleichspannung anzuschließenden Gleichspannungslast elektrisch verbunden werden. Zum elektrischen

Zu- und Abschalten, also zum An- und Abkoppeln, der Gleichspannungslast umfasst das Gleichspannungsschaltgerät zumindest ein erstes Schaltelement. Häufig kommt hierfür ein steuerbares Halbleiterschaltelement zum Einsatz, welches in dem sich folglich zwischen der Gleichspannungsquelle und der Gleichspannungslast (bzw. in zweckmäßiger Ausführung insbesondere zwischen dem jeweiligen Eingangsanschluss und Ausgangsanschluss des Gleichspannungsschaltgeräts für den Plusleiter) verlaufenden Plusleiter integriert ist und/oder in dem sich folglich gleichermaßen zwischen der Gleichspannungsquelle und der Gleichspannungslast (bzw. in zweckmäßiger Ausführung insbesondere zwischen dem jeweiligen Eingangsanschluss und Ausgangsanschluss des Gleichspannungsschaltgeräts für den Minusleiter) verlaufenden Minusleiter integriert ist. Ferner kann ergänzender, zweckmäßiger

Ausführung zusätzlich wenigstens ein weiteres Schaltelement, insbesondere ein elektromechanisches Schaltelement in dem Plusleiter und/oder in dem Minusleiter vorgesehen sein. Ist das Halbleiterschaltelement leitend geschaltet und befinden sich jedes des ggf. vorhandenen wenigstens einen weiteren, in dem Plusleiter und/oder in dem Minusleiter vorgesehenen Schaltelements in einem geschlossenen Zustand, so erfolgt ein Stromfluss zwischen der Gleichspannungsquelle und der

Gleichspannungslast. Dieser Stromfluss kann insbesondere durch ein Ausschalten bzw.

Öffnen des ersten Schaltelements, also insbesondere des Halbleiterschaltelements hingegen unterbunden bzw. unterbrochen werden.

In praktischer Ausführung weist ein solches, gattungsgemäßes

Gleichspannungsschaltgerät herkömmlicherweise ein Gehäuse auf, in welchem dessen elektronischen und/oder elektrischen Komponenten zumindest teilweise, d.h. zumindest das erste Schaltelement untergebracht ist. Bekanntermaßen bildet ein solches Gehäuse

Schutz vor äußeren Einflüssen, d.h. insbesondere mechanischen und anderweitigen

Umwelteinflüssen, aber auch Schutz für die Umgebung einschl. Personen vor potentiellen, durch diese Komponenten verursachter Beeinträchtigung und Schädigung, z.B. muss das Gehäuse insbesondere Personen vor einem versehentlichen Kontakt mit dem umschlossenen Gerät schützen.

Insbesondere, wenn das Gehäuse wartungsfreundlich ausgebildet sein soll, um beispielsweise einzelne Komponenten auszutauschen, unterliegen diese daher häufig strengen Sicherheitsanforderungen hinsichtlich des Schutzes für die Umgebung einschl.

Personen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein gattungsgemäßes Gleichspannungsschaltgerät bereitzustellen, welches, insbesondere mit für eine Wartung zugängliche Gehäuse und insbesondere auf einfache und kostengünstige Weise, einen nochmals verbesserten, hocheffektiven Schutz für die Umgebung einschl. Personen bietet.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Gleichspannungsschaltgerät mit den

Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Zweckmäßige Ausführungsformen bzw.

Weiterbildungen sind Gegenstand der von Anspruch 1 abhängigen Ansprüche.

Dementsprechend wird bei einem Gleichspannungsschaltgerät, welches zum Koppeln einer Gleichspannungslast über einen Plusleiter und/oder Minusleiter an eine

Gleichspannungsquelle eingerichtet ist, und das ein Gehäuse besitzt oder wenigstens teilweise von einem Gehäuse umgeben ist, innerhalb welchem wenigstens ein erstes

Schaltelement, insbesondere ein halbleiterbasiertes, elektronisch steuerbares

Schaltelement umfasst und zum Ankoppeln und Abkoppeln der Gleichspannungslast in den Plusleiter und/oder in den Minusleiter integriert ist, erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das Gehäuse wenigstens zwei mit einander mechanisch gekoppelte und relativ zueinander bewegbare Gehäuseteile besitzt, wobei in einer ersten Position dieser zwei relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteilen das Gehäuse geschlossen ist und in einer zweiten Position der relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteilen das

Gehäuse geöffnet sowie wenigstens einer der Plus- und Minusleiter aufgrund der zweiten Position unterbrochen ist.

Das Gleichspannungsschaltgerät ist folglich mit einem integrierten

Unterbrechungsmechanismus ausgebildet, welcher funktional derart eingerichtet ist, mittels bzw. aufgrund der relativen Positionen zweier bewegbarer Gehäuseteile entweder zum Bewirken eines geschlossenen Gehäuses oder zum Unterbrechen wenigstens eines der Plus- und Minusleiter beim einem geöffneten Gehäuse.

Mit anderen Worten, ist der integrierte Unterbrechungsmechanismus derart eingerichtet, dass die Möglichkeit eines elektrischen Zuschaltens, also eines Ankoppelns der

Gleichspannungslast auch durch das zumindest erste Schaltelement bei geöffnetem

Gehäuse nicht mehr möglich ist bzw. effektiv unterbunden ist. Bei geöffnetem Gehäuse befindet sich vielmehr die Gleichspannungslast stets im elektrisch abgeschalteten, also abgekoppelten Zustand.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger bevorzugter Ausführungsformen detaillierter beschrieben, und zwar unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.

In den Zeichnungen zeigen:

Figur 1 stark vereinfacht eine erste bevorzugte Ausführungsform eines

Gleichspannungsschaltgerätes nach der Erfindung mit teilweise aufgebrochenem Gehäuse in geschlossenem Zustand,

Figur 2 stark vereinfacht eine Skizze der Ausführungsform nach Fig. 1 mit geöffnetem Gehäuse,

Figur 3: stark vereinfacht eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines

Figur 4 stark vereinfacht eine Skizze der Ausführungsform nach Fig. 3 mit geöffnetem Gehäuse, und

Figur 5: stark vereinfacht ein Schaltbild einer weiteren bevorzugten

Ausführungsform eines Gleichspannungsschaltgerätes nach der Erfindung.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele detaillierter beschrieben.

Die Figuren 1 und 3 zeigen stark vereinfacht eine erste bzw. eine zweite

Ausführungsform eines Gleichspannungsschaltgerätes 100 nach der Erfindung mit teilweise aufgebrochenem Gehäuse in geschlossenem Zustand. Die Figur 5 zeigt stark vereinfacht ein Schaltbild einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines

Gleichspannungsschaltgerätes 100 nach der Erfindung.

Im Einzelnen ist bei den Fign. 1, 3 und 5 jeweils ein Gleichspannungsschaltgerät 100 dargestellt, welches zum Koppeln einer Gleichspannungslast 200 über einen Plusleiter 8 und/oder Minusleiter 10 an eine Gleichspannungsquelle 4 eingerichtet. Der Plusleiter 8 und der Minusleiter 10 sind hierbei zweckmäßig jeweils durch das

Gleichspannungsschaltgerät 100 geführt. Mittels des Gleichspannungsschaltgeräts 100 wird quasi ein Gleichspannungsabzweig 2 zwischen der Gleichspannungsquelle 4 und der Gleichspannungslast 200 eingerichtet. Die Plus- und Minusleiter 8, 10 können hierbei auch auf einer Leiterplatte angeordnet sein, d.h. insbesondere als Leiterbahnen ausgebildet sein.

Wie in den Figuren dargestellt, besitzt das Gleichspannungsschaltgerät 100 ein aus 5 wenigstens zwei Gehäuseteilen 100-1, 100-2, 100-3 aufgebautes Gehäuse oder ist von einem solchen Gehäuse wenigstens teilweise umgeben. Bei der Fig. 1 ist das Gehäuse folglich aus den wenigstens zwei Gehäuseteilen 100-1, 100-2 und bei Fig. 3 beispielsweise aus den drei Gehäuseteilen 100-1, 100-2 und 100-3 aufgebaut. Bei der

Fig. 5 ist mit der Strichlinie S der Übergang bzw. die „Grenze“ zwischen zwei

Gehäuseteilen 100-1 und 100-2 des Gleichspannungsschaltgeräts 100 angedeutet.

Innerhalb des jeweiligen Gehäuses, wie ferner bei den Fign. 1, 3 und 5 gezeigt, ist zumindest ein erstes Schaltelement 101, zweckmäßig halbleiterbasiertes, elektronisch steuerbares Schaltelement, umfasst, d.h. beinhaltet, und zum Ankoppeln und Abkoppeln der Gleichspannungslast 200 in den Plusleiter 8 und/oder in den Minusleiter 10 integriert. Bei Fig. 1 ist lediglich ein erstes Schaltelement 101 in den Plusleiter 8 integriert und bei den Fign. 3 und 5 in den Minusleiter 10.

Ferner kann, wie bei Fig. 1, 3 und 5 dargestellt, in den Plusleiter 8 und/oder in den

Minusleiter 10 zumindest eine Sicherung 103 integriert sein. Eine solche ist insbesondere wenigstens in dem Leiter integriert, in welchem kein erstes Schaltelement 101 integriert ist. Entsprechend ist bei Fig. 1 eine Sicherung 103, insbesondere eine

Schmelzsicherung, in den Minusleiter 10 und bei Fign. 3 und 5 in den Plusleiter 8 integriert, die bei Fig. 5 zusätzlich mit SI markiert ist. Eine solche Sicherung 103 ist zweckmäßig austauschbar und zweckmäßig somit bei geöffnetem Gehäuse von außerhalb des Gehäuses zugänglich angeordnet, sodass. diese folglich insbesondere bei „Zerstörung“ auf einfache Weise ausgetauscht werden kann.

Das Schaltelement 101 wird folglich insbesondere für das betriebliche Schalten des

Gleichspannungsschaltgeräts 100 verwendet, kann jedoch, insbesondere als steuerbares

Halbleiterschaltelement ausgebildet und bei Fig. 5 zusätzlich mit HS markiert, auch für einen Erdschlussschutz für den Leiter, in welchem es integriert ist, eingesetzt werden.

Auch bei einem Erdschluss kann folglich eine Trennung des Fehlerorts vom Rest des

Netzes sehr schnell, zweckmäßig innerhalb weniger us erfolgen, damit der abzuschaltende Strom nicht zu hoch wird. Das erste Schaltelement kann somit den

Leiter, in welchen dieses integriert ist, zweckmäßig in wenigen us abschalten und somit die Gleichspannungsquelle vom Fehlerort trennen bevor der Strom zu groß wird. Als erstes Schaltelement 101 eignet sich zum schnellen Entkoppeln der Gleichspannungslast 200 von der Gleichspannungsquelle 4 folglich in praktischer Umsetzung insbesondere ein halbleiterbasiertes, elektronisch steuerbares, z.B. als MOSFET („metal-oxide- semiconductor field-effect transistor“) oder IGBT („Insulated Gate Bipolar Transistor“) ausgebildetes Schaltelement. Andererseits sind auch Sicherungen mit ausreichender

Kurzschlussfestigkeit verfügbar, sodass auch der Leiter, in welchem eine Sicherung 103 integriert ist, ausreichend schnell getrennt werden. Haben also sowohl der Pluspol als auch der Minuspol eine Spannung gegenüber Erdpotential, die im Erdschlussfall in einen sehr großen Fehlerstrom resultieren würde, besitzt das

Gleichspannungsschaltgerät gemäß Erfindung zweckmäßig sowohl im Pluszweig als auch im Minuszweig eine Möglichkeit auch bei einem solchen Fehler sicher zu trennen.

Die erfindungsgemäßen Gleichspannungsschaltgeräte zeichnen sich dadurch aus, dass das Gehäuse wenigstens zwei mit einander mechanisch gekoppelte und relativ zueinander bewegbare Gehäuseteile besitzt, d.h. gemäß der Ausführungsformen nach

Fign. 1, 3 und 5 wenigstens zwei der Gehäuseteile 100-1, 100-2, 100-3 als mit einander mechanisch gekoppelte und relativ zueinander bewegbare Gehäuseteile ausgebildet sind.

Diese wenigstens zwei der Gehäuseteile 100-1, 100-2, 100-3 sind ferner derart mit einander mechanisch gekoppelt und relativ zueinander bewegbar eingerichtet, dass in einer ersten Position dieser relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteile das Gehäuse geschlossen ist (vgl. z.B. Fign. 1 und 3) und in einer zweiten Position der relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteile das Gehäuse geöffnet sowie wenigstens einer der

Plus- und Minusleiter 8, 10 aufgrund der zweiten Position unterbrochen ist. Eine solche zweite Position ist insbesondere in den Fign. 2 und 4 gezeigt, welche jeweils stark vereinfacht die Ausführungsform nach Fig. 1 bzw. 3 jedoch mit geöffnetem Gehäuse und auch nur skizzenhaft zeigen. Insbesondere sind in diesen Skizzen die vorstehend bereits jeweils in Bezug auf die Fign. 1 und 3 diskutierten elektrischen und elektronischen Komponenten aus Gründen der Übersichtlichkeit weitgehend weggelassen.

Zu erkennen ist jedoch insbesondere, dass eine wie bei Fig. 1 dargestellte ununterbrochene Leitungsführung zwischen der Gleichspannungsquelle 4, beginnend quasi beim Gleichspannungsabzweig 2 bis hin zur Gleichspannungslast 200, d.h. einschließlich des Leiters 8 über die mit 111, 112 bezeichnete Komponente und/oder des Leiters 10 über die Sicherung 103 und die mit 111, 112 bezeichnete Komponente, bei einer wie bei Fig. 2 dargestellten zweiten Position aufgrund dieser zweiten Position unterbrochen und also unmöglich ist. Entsprechend ist eine wie bei Fig. 3 dargestellte ununterbrochene Leitungsführung zwischen der Gleichspannungsquelle 4, beginnend quasi beim Gleichspannungsabzweig 2 bis hin zur Gleichspannungslast 200, d.h. einschließlich des Leiters 10 über die mit 111, 112 bezeichnete Komponente und/oder des Leiters 8 über die Sicherung 103 und die mit 111, 112 bezeichnete Komponente, bei einer wie bei Fig. 4 dargestellten zweiten Position aufgrund dieser zweiten Position unterbrochen und also unmöglich.

Mittels bzw. aufgrund der relativen Positionen der wenigstens zwei bewegbaren

Gehäuseteile 110-1 und 100-2 ist folglich das Gleichspannungsschaltgerät mit einem integrierten Unterbrechungsmechanismus ausgebildet, welcher funktional derart eingerichtet ist, entweder zum Bewirken eines geschlossenen Gehäuses, d.h. in der ersten Position, oder zum Unterbrechen wenigstens eines der Plus- und Minusleiter beim einem geöffneten Gehäuse, d.h. in der zweiten Position.

Dieser integrierte Unterbrechungsmechanismus ist somit derart eingerichtet, dass die

Möglichkeit eines elektrischen Zuschaltens, also eines Ankoppelns der

Gleichspannungslast 200 auch durch das zumindest erste Schaltelement 101 bei geöffnetem Gehäuse in der zweiten Position der relativ zueinander bewegbaren

Gehäuseteile 100-1 und 100-2 nicht mehr möglich ist bzw. effektiv unterbunden ist. Bei geöffnetem Gehäuse befindet sich vielmehr die Gleichspannungslast 200 stets im elektrisch abgeschalteten, also abgekoppelten Zustand. Insbesondere ist in der geöffneten Stellung die Gleichspannungslast 200 von der Gleichspannungsquelle 4 nicht nur elektrisch sondern auch galvanisch entkoppelt, in praktischer Umsetzung zweckmäßig sowohl in Bezug auf den Plusleiter 8 und den Minusleiter 10.

Zweckmäßiger Weise sind hierbei zur Unterbrechung des wenigstens einen der Plus- und Minusleiter zwei komplementär ausgebildete elektrische Kontaktelemente 111 und 112 an den zwei relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteilen 100-1 und 100-2 angeordnet, welche bei geschlossenem Gehäuse in gegenseitigem elektrischen Kontakt sind und bei geöffneten Gehäuse elektrisch und galvanisch getrennt voneinander sind.

Insbesondere umfasst somit die in Fign. 1, 3 und 5 mit 111, 112 bezeichnete

Komponente ein erstes elektrisches Kontaktelement 111, z.B. einen Kontaktstecker, an einem der zwei relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteilen 100-1 und 100-2 und ein zweites, dazu komplementär ausgebildetes elektrisches Kontaktelement 112, z.B. eine

Kontaktbuchse, an dem anderen der zwei relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteilen 100-1 und 100-2, wie insbesondere in den Fig. 2 und 4 schematisch dargestellt zu sehen.

D.h., die in den Fign. 1 bis 5 mit 111, 112 bezeichneten Komponenten umfassen in praktischer Ausführung zweckmäßig zwei komplementär ausgebildete elektrische

Kontaktelemente 111 und 112, an welche jeweils der Plusleiter 8 und der Minusleiter 10 elektrisch angeschlossen sind.

Alternativ oder ergänzend kann hierbei, wie insbesondere auch den Fig. 1 bis 4 schematisch dargestellt zu entnehmen, folglich aber auch zweckmäßig vorgesehen sein, dass jeder bei geöffnetem Gehäuse unterbrochene Leiter der beiden Plus- und

Minusleiter 8, 10 durch das Gehäuse geführt ist und innerhalb eines ersten 100-1 oder 100-2 der zwei relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteile an einem jeweils ersten

Kontaktelement 111 der komplementär ausgebildeten elektrischen Kontaktelemente elektrisch angeschlossen ist und innerhalb des zweiten 100-1 oder 100-2 der zwei relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteile an einem jeweils zweiten Kontaktelement 112 der komplementär ausgebildeten elektrischen Kontaktelemente elektrisch angeschlossen ist, wobei das jeweils erste elektrische Kontaktelement und das jeweils zweite elektrische

Kontaktelement bei geschlossenem Gehäuse in gegenseitigem elektrischen Kontakt sind bei geöffneten Gehäuse elektrisch und galvanisch getrennt voneinander sind.

Ferner ist von Vorteil, wenn zusätzlich wenigstens ein Signalgeber 114 umfasst ist, welcher zum Signalisieren einer Öffnungsbewegung in Reaktion auf das Bewegen der zwei relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteile aus der ersten Position in Richtung der zweiten Position angeordnet und eingerichtet ist.

Wir folglich bereits mit dem Öffnen des Gehäuses, d.h. bevor das Gehäuse vollständig geöffnet ist, der Signalkontakt 114 voreilend vor den Kontaktelementen 111, 112 im

Plus- und/oder Minusleiterpfad 8, 10 geöffnet, kann ein vom Signalkontakt 114 ausgegebenes bzw. erhaltenes Signal, welches somit insbesondere die eine

Öffnungsbewegung signalisiert, verwendet werden, um zunächst insbesondere den das erste Schaltelement 101 zu öffnen. Damit wird sichergestellt, dass beim anschließenden

Öffnen der Kontakte im Leistungspfad Kontaktelementen 111, 112 im Plus- und/oder

Minusleiterpfad 8, 10 kein Lichtbogen entsteht.

Hierzu kann das Gleichspannungsschaltgerät insbesondere eine mit dem Signalgeber 114 und dem ersten Schaltelement 101verbundene Auswertevorrichtung 118 besitzen, die zum Ansteuern zumindest des ersten Schaltelements 101 zum Abkoppeln der

Gleichspannungslast in Reaktion auf eine vom Signalgeber 114 signalisierte

Öffnungsbewegung eingerichtet ist. In den Fign. 1, 3 und 5 sind entsprechend bevorzugte Steuerpfade einer solchen Auswertevorrichtung 118 gestrichelt dargestellt.

Wie in den Fign. 1, 3 und 5 zu sehen, kann optional ferner ein zweites Schaltelement 106, insbesondere ein elektromechanisches Schaltelement, insbesondere ein

Relaiskontakt, zum Ankoppeln und Abkoppeln der Gleichspannungslast 200 beherbergt sein, insbesondere im Gehäuse beherbergt sein, welches in einen der Plus- und

Minusleiter 8, 10 integriert ist. Wie ferner in den Fign. zu sehen ist dann zweckmäßig jedoch auch ein drittes Schaltelement 106, insbesondere ein elektromechanisches

Schaltelement, insbesondere ein Relaiskontakt, zum Ankoppeln und Abkoppeln der

Gleichspannungslast 200 beherbergt, insbesondere im Gehäuse beherbergt, welches in den anderen der Plus- und Minusleiter 8, 10 integriert ist.

Von Vorteil ist ferner, wenn in einem solchen Fall die Auswertevorrichtung 118 auch mit dem zweiten Schaltelement 106 bzw. auch mit dem dritten Schaltelement 106 verbunden ist. Durch das voreilende Öffnen des Signalgebers 114 kann das die

Öffnungsbewegung signalisierende Signal folglich auch verwendet werden, um nicht nur zunächst das erste Schaltelement 101 zu öffnen, sondern ergänzend oder alternativ auch zunächst das zweite und gegebenenfalls auch das dritte Schaltelement 106 zu öffnen. Auch hierdurch kann folglich sichergestellt werden, dass beim anschließenden

Minusleiterpfad 8, 10 kein Lichtbogen entsteht.

Zum Bewegen der zumindest zwei relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteile 100-1, 100-2, 100-3 aus der ersten Position in die zweite Position und umgekehrt, ist folglich ferner zweckmäßig eine Betätigungsmechanik 115a, 115b, 115c umfasst ist, die hierzu entsprechend angeordnet und eingerichtet ist, insbesondere manuell betreibbar ist.

Basierend auf den in den Fign. skizzierten Ausführungsvarianten kann die

Betätigungsmechanik zum manuellen Betreiben somit beispielsweise einen

Handbetätiger 115a aufweisen, der über geeignet eingerichtete Lagerungen 115b mit den zumindest zwei relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteile 100-1, 100-2, 100-3 entsprechend mechanisch gekoppelt ist. Alternativ zur in den Fign. skizzierten

Ausführung eines Handbetätigers, kann ein solcher oder ähnlicher Handbetätiger jedoch auch in anderer Weise mit den zumindest zwei relativ zueinander bewegbaren

Gehäuseteile 100-1, 100-2, 100-3 mechanisch gekoppelt sein oder die

Betätigungsmechanik kann auch insgesamt anders ausgebildet sein, z.B. elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch. Ergänzend können ferner in zweckmäßiger Ausbildung von der Betätigungsmechanik wenigstens zwischen den zumindest zwei relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteile 100-1, 100-2, 100-3 zweckmäßig geeignete

Lagerungen 115c umfasst sein, sodass sich diese zwischen der ersten Position und der der zweiten Position relativ zueinander bewegen können, ohne zum Öffnen des

Gehäuses gänzlich körperlich voneinander getrennt werden zu müssen.

Die Auswertevorrichtung 118 kann ferner zur Auswertung eines erfassten Stromflusses, mit einen Sensor 116, der zweckmäßig zumindest zum Erfassen des Stromflusses des

Leiters, in welchem das erste Schaltelement 101 integriert ist, verbunden sein. In Fig. 5 besitzt ein solcher Sensor 116 gemäß zweckmäßiger Ausbildung ein in Serie mit dem ersten Schaltelement 101 angeordnetes Sensorelement zum Erfassen des Stromflusses dieses Leiters. Das diesen Stromfluss erfassende Sensorelement ist hierbei zusätzlich mit „CS“ markiert. In praktischer Ausführung kann die Auswertevorrichtung 118 somit auch zum Vergleichen des erfassten Stromflusses gegenüber einem Schwellwert und zum Aktivieren des zumindest einen Schaltelements 101 eingerichtet sein. Hierfür kann die Auswertevorrichtung 118 z.B. eine analoge Schaltung, eine diskrete Schaltung oder bevorzugt auch einen uC (Mikrocontroller) besitzen. Überschreitet oder Unterschreitet je nach Ausführung und/oder Anwendungsgebiet der Stromfluss einen insbesondere vorher festgelegten Schwellenwert, so wird zweckmäßig zumindest zunächst das erste

Schaltelement 101 zum Abkoppeln der Last 200 von der Quelle 4 entsprechend aktiviert, d.h. insbesondere abgeschaltet.

Ist folglich zum Ankoppeln und Abkoppeln der Gleichspannungslast 200 ergänzend auch ein zweites und gegebenenfalls ein drittes Schaltelement 106 umfasst, kann hierdurch, insbesondere gleichermaßen mittels der Auswertevorrichtung 118 auch zusätzlich eine galvanische Entkopplung der Last 200 von der Quelle 4 bewirkt werden.

Auch hierzu kann das zweite und dritte Schaltelement 106 folglich zweckmäßig

Relaiskontakte besitzen, bei Fig. 5 zusätzlich mit K1 bzw. K2 markiert. Für ein schnelles Abschalten sind jedoch solche Relaiskontakte eher ungeeignet, da die Zeit bis zur Trennung im ms-Bereich liegt.

Durchschreitet folglich der erfasste und mittels der Auswerteeinrichtung 118 ausgewertete Stromfluss einen vorher festgelegten kritischen Wert, so kann je nach durchschrittenen Wert und spezieller Ausbildung das erste Schaltelement 101 oder ergänzend auch das zweite sowie dritte Schaltelement 106 durch die

Auswertungsvorrichtung 118 abgeschaltet und damit der Gleichspannungsabzweig elektrisch bzw. galvanisch von der Gleichspannungsquelle 4 entkoppelt. Ferner wird durch das Abschalten des zweiten sowie dritten Schaltelements 106 der Stromfluss in beide Richtungen verhindert, wohingegen beim Abschalten nur des ersten

Schaltelements 101 der Stromfluss nur in eine Stromflussrichtung unterbunden wird,.

Durch das zweite sowie dritte Schaltelement 106 erfolgt somit stets eine sichere galvanische Trennung des DC-Ausgangs vom DC-Eingang. Die Auswertevorrichtung 118 ist ferner bevorzugt dazu eingerichtet, zumindest zum Abschalten des ersten

Schaltelements 101 bei Durchschreiten einer durch den Schwellwert vorgegebenen

Stromflussänderungsgeschwindigkeit, Stromamplitude und/oder Stromrichtung zu berücksichtigen. Mit anderen Worten kann alternativ oder ergänzend insbesondere zur

Stromamplitude auch die Stromflussänderungsgeschwindigkeit und/oder die

Stromrichtung mit einem Schwellwert verglichen werden und bei Durchschreiten zum

Abschalten des ersten Schaltelements (101) führen. Zweckmäßig erfolgt bei einer

Auswertung gengenüber einem Schwellwert insbesondere neben einem Vergleich der

Stromamplitude auch ein Vergleich der Stromflussänderungsgeschwindigkeit und/oder der Stromrichtung und führt bei Durchschreiten des Schwellwertes zum Abschalten.

Die Auswertevorrichtung 118 besitzt hierbei ferner in zweckmäßiger Weiterbildung einen Meldeausgang oder eine Kommunikationsschnittstelle, und zwar zum Ausgeben 119 eines Meldesignals, wenn der Schwellwert durchschritten wird und/oder wenn der

Schwellwert zwar nicht durchschritten wird, aber der erfasste Stromfluss einen betragsmäßig größeren Wert aufweist als ein gegenüber dem Schwellwert betragsmäßig kleinerer zweiter Schwellwert. Somit können über den Vergleich mit einem

Schwellwert in äußerst zweckmäßiger Weise z.B. auch tolerierbare Stromänderungen, schwankungen und/oder —verluste beim Betreiben der Gleichspannungslast auf vielfältige und flexible Art und Weise mitberücksichtigt werden. Zweckmäßig ist die

Auswertungsvorrichtung 118 ferner nicht nur ausgebildet und eingerichtet, das

Entkoppeln der Gleichspannungslast 200 bzw. den ganzen Gleichspannungsabzweig 2 elektrisch oder ergänzend auch galvanisch von der Gleichspannungsquelle 4 mittels entsprechenden Aktivierungsbefehlen an das erste Schaltelement 101 oder die weiteren

Schaltelemente 106, d.h. zu dessen bzw. deren Ausschalten, zu bewirken sondern auch das elektrisch und/oder galvanische Ankoppeln der Gleichspannungslast 200 bzw. des ganzen Gleichspannungsabzweiges 2 an die Gleichspannungsquelle 4 mittels entsprechenden Aktivierungsbefehlen an das Schaltelement oder die Schaltelemente, d.h. zu dessen bzw. deren Einschalten, zu bewirken. Insbesondere ein Befehl an die

Auswertungsvorrichtung 118 zum hierauf basierten Bewirken des Einschaltens kann gemäß zweckmäßiger Ausführung von der Auswertungsvorrichtung 118 beispielsweise auch über eine wie vorbeschriebene Kommunikationsschnittstelle oder über eine andere

Eingangsschnittstelle, insbesondere einen digitalen Eingang, entgegengenommen werden.

Mit einem wie vorstehend in diversen Ausführungsvarianten beschriebenen

Gleichspannungsschaltgerät lässt sich folglich ferner insbesondere ein Schaltsystem umsetzen, bei welchem an einem Eingang IN+, IN- des Gleichspannungsschaltgerätes 100 der Plusleiter 8 und der Minusleiter 10 an die Gleichspannungsquelle 4 angeschlossen sind und an einem Ausgang OUT+, OUT- des

Gleichspannungsschaltgerätes 100 über den Plusleiter 8 und den Minusleiter 10 ein

Gleichspannungszweig mit der Gleichspannungslast 200 an- und abkoppelbar ist (vgl.

Fig. 5). In der Regel wird die Gleichspannung der Gleichspannungsquelle 4 üblicherweise aus einem dreiphasigen AC-Netz mit L1, L2, L3 mittels einer

Gleichrichtung GR erzeugt, wobei die Gleichrichtung aktiv mit einer

Leistungselektronischen Schaltung oder passiv mit Dioden erfolgen kann.

Auch wenn in den Fign. nicht dargestellt, kann optional ferner in einer Weiterbildung auch parallel zu dem ersten Schaltelement 101 ein elektromechanisches Schaltelement geschaltet und eingerichtet sein, im ankoppelnden Zustand des ersten Schaltelements 101 einen geschlossenen Zustand einzunehmen. Mittels einer solchen Ausbildung kann durch das weitere, parallel zum ersten Schaltelement 101 angeordnete elektromechanische Schaltelement eine Verlustleistung reduziert werden, wenn sich das erste Schaltelement 101 bei einem Schließen dieses weiteren, parallel angeordneten elektromechanischen Schaltelements in einem elektrisch leitenden Zustand befindet.

Insbesondere können durch das Zuschalten des weiteren elektromechanischen Schalters auch Durchlassverluste des ersten Schaltelements 101, wenn dieses sich in einem elektrisch leitenden Zustand befindet, verringert werden.

Unter Würdigung hiesiger Beschreibung muss die Gleichspannungslast folglich ferner keine einzelne Last sein, sondern kann sich aus einer Gruppe von

Gleichspannungslasten zusammensetzen oder als ein Gleichstromnetz ausgebildet sein, mit einer Vielzahl von darüber betriebenen Gleichspannungslasten.

Zusammenfassend kann somit insbesondere festhalten werden, dass mit der Erfindung eine zusätzliche Trennfunktion bzw. ein zusätzlicher Unterbrechungsmechanismus vorgeschlagen wird. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn z.B. allein durch

Relaiskontakte die normativen Anforderungen an ein Gleichspannungsschaltgerät, d.h.

allg. an einen Trennschalter nicht erfüllt werden. Dabei werden wenigstens zwei Teile eines Gerätegehäuses relativ zueinander beweglich ausgeführt und mit einander mechanisch gekoppelt, so dass es in einer ersten Position eine geschlossene und in einer zweiten Position eine geöffnete Gehäusestellung gibt. Wenigstens zwei dieser beweglichen Gehäuseteile enthalten hierzu jeweils elektrische Kontaktelemente, die komplementär zueinander ausgebildet sind, sodass im geschlossenen Gehäusezustand auch die elektrischen Kontaktelemente geschlossen und ein Stromfluss vom

Geräteeingang zum Geräteausgang grundsätzlich ermöglicht ist. Im geöffneten

Gehäusezustand sind dann auch die elektrischen Kontaktelemente geöffnet und ein

Stromfluss ist folglich in keinem Fall mehr möglich, da der Geräteeingang vom

Geräteausgang durch die geöffneten Kontaktelemente elektrisch und galvanisch getrennt sind. Zusätzlich zu diesen Kontaktelementen im Plus- und/oder Minuszweig ist zweckmäßig mindestens ein weiterer Signalkontakt oder Signalgeber vorhanden, der beim Öffnungsvorgang voreilend zu den elektrischen Kontaktelemente im Plus- und/oder Minuszweig ist. Durch das Öffnen des Signalkontaktes bzw. Signalgebers kann folglich frühzeitig das Absteuem, insbesondere das individuelle und flexible

Absteuern, von im Gleichspannungsgerät enthaltenen Schaltelementen, also insbesondere eines oder mehreren Halbleiterschaltern und/oder Relaiskontakten herbeigeführt werden. Somit wird sichergestellt das beim Öffnungsvorgang die elektrische Abschaltung vor dem Öffnen der elektrischen Kontaktelemente im Plus- und/oder Minuszweig erfolgt und somit ein Lichtbogen vermieden wird.

Bezugszeichenliste 2 Gleichspannungszweig 4 Gleichspannungsquelle 8 Positivleiter 10 Negativleiter 100 Gleichspannungsschaltgerät 100-1, 100-2, 100-3 Gehäuseteile des Gleichspannungsschaltgeräts 101 erstes Schaltelement 103 Sicherung 106 zweites, drittes Schaltelement

111, 112 elektrische Kontaktelemente 114 Signalgeber 1154, 115b, 115c Betätigungsmechanik 116 Sensor 118 Auswertevorrichtung 119 Ausgabe von Meldeausgang oder Kommunikationsschnittstelle 200 Gleichspannungslast

S Übergang bzw. Grenze zwischen zwei Gehäuseteile des

Gleichspannungsschaltgeräts

Claims

Patentansprüche

1. Gleichspannungsschaltgerät (100) zum Koppeln einer Gleichspannungslast (200) über einen Plusleiter (8) und/oder Minusleiter (10) an eine Gleichspannungsquelle (4), wobei das Gleichspannungsschaltgerät ein Gehäuse besitzt oder von einem Gehäuse wenigstens teilweise umgeben ist und wobei innerhalb des Gehäuses - wenigstens ein erstes Schaltelement (101), insbesondere ein halbleiterbasiertes, elektronisch steuerbares Schaltelement umfasst ist und zum Ankoppeln und Abkoppeln der Gleichspannungslast (200) in den Plusleiter (8) und/oder in den Minusleiter (10) integriert ist, - dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse wenigstens zwei mit einander mechanisch gekoppelte und relativ zueinander bewegbare Gehäuseteile (100-1, 100-2) besitzt, wobei in einer ersten Position dieser zwei relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteile das Gehäuse geschlossen ist und in einer zweiten Position der relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteilen das Gehäuse geöffnet sowie wenigstens einer der Plus- und Minusleiter (8, 10) aufgrund der zweiten Position unterbrochen ist.

2. Gleichspannungsschaltgerät nach Anspruch 1, - bei welchem zur Unterbrechung des wenigstens einen der Plus- und Minusleiter komplementär ausgebildete elektrische Kontaktelemente (111, 112) an den zwei relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteilen (100, 100a) angeordnet sind, welche bei geschlossenem Gehäuse in gegenseitigem elektrischen Kontakt sind und bei geöffneten Gehäuse elektrisch und galvanisch getrennt voneinander sind, und/oder - bei welchem jeder bei geöffnetem Gehäuse unterbrochene Leiter der beiden Plus- und Minusleiter (8, 10) durch das Gehäuse (100, 100a) geführt ist und innerhalb eines ersten der zwei relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteile (100-2) an einem jeweils ersten Kontaktelement (111) der komplementär ausgebildete elektrische Kontaktelemente elektrisch angeschlossen ist und innerhalb des zweiten der zwei relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteile (100-1) an einem jeweils zweiten Kontaktelement (112) der komplementär ausgebildete elektrische Kontaktelemente elektrisch angeschlossen ist, wobei das jeweils erste elektrische Kontaktelement und das jeweils zweite elektrische Kontaktelement bei geschlossenem Gehäuse in gegenseitigem elektrischen Kontakt sind bei geöffneten Gehäuse elektrisch und galvanisch getrennt voneinander sind.

3. Gleichspannungsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 2, ferner wenigstens einen Signalgeber (114) umfassend, welcher angeordnet und eingerichtet ist, zum Signalisieren einer Öffnungsbewegung in Reaktion auf das Bewegen der zwei relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteile aus der ersten Position in Richtung der zweiten Position.

4. Gleichspannungsschaltgerät nach Anspruch 3, welches ferner eine mit dem Signalgeber (114) und dem ersten Schaltelement (101) verbundene Auswertevorrichtung (118) besitzt, die eingerichtet ist, zum Ansteuern zumindest des ersten Schaltelements (101) zum Abkoppeln der Gleichspannungslast in Reaktion auf eine vom Signalgeber (114) signalisierte Öffnungsbewegung.

5. Gleichspannungsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein zweites Schaltelement (106), insbesondere ein elektromechanisches Schaltelement, zum Ankoppeln und Abkoppeln der Gleichspannungslast (200) beherbergt, insbesondere im Gehäuse beherbergt ist, wobei das zweite Schaltelement (106) in einen der Plus- und Minusleiter (8, 10) integriert ist.

6. Gleichspannungsschaltgerät nach Anspruch 5, wobei ein drittes Schaltelement (106), insbesondere ein elektromechanisches Schaltelement, zum Ankoppeln und Abkoppeln der Gleichspannungslast (200) beherbergt, insbesondere im Gehäuse beherbergt ist, welches in den anderen der Plus- und Minusleiter (8, 10) integriert ist.

7. Gleichspannungsschaltgerät nach Anspruch 4 und 5, wobei die Auswertevorrichtung (118) auch mit dem zweiten Schaltelement (106) verbunden ist.

8. Gleichspannungsschaltgerät nach Anspruch 4 und 6, wobei die Auswertevorrichtung (118) auch mit dem dritten Schaltelement (106) verbunden ist.

9. Gleichspannungsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei in den Plusleiter (8) und/oder in den Minusleiter (10), insbesondere wenigstens in dem Leiter, in welchem nicht das erste Schaltelement ((101) integriert ist, eine Sicherung (103) integriert ist, die insbesondere innerhalb des Gehäuses integriert und austauschbar und bei geöffnetem Gehäuse von außerhalb des Gehäuses zugänglich angeordnet ist.

10. Gleichspannungsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, - bei welchem eine Betätigungsmechanik (115a, 115b, 115c) umfasst ist, die angeordnet und eingerichtet ist, insbesondere manuell betreibbar ist, zum Bewegen der zwei relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteile (100-1, 100-2) aus der ersten Position in die zweite Position und umgekehrt, und/oder bei welchem parallel zu dem ersten Schaltelement (101) ein elektromechanisches Schaltelement geschaltet und eingerichtet ist, im ankoppelnden Zustand des ersten Schaltelements einen geschlossenen Zustand einzunehmen..