CN106104736A - 热安全开关 - Google Patents

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CN106104736A CN201580014753.0A CN201580014753A CN106104736A CN 106104736 A CN106104736 A CN 106104736A CN 201580014753 A CN201580014753 A CN 201580014753A CN 106104736 A CN106104736 A CN 106104736A
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沃尔夫冈·乌勒曼
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迪特马尔·库普斯
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Abstract

本发明涉及一种用于确保车辆电网的消耗器(4)的安全的热触发的安全开关(1)，该安全开关具有在开关壳体(5)中的依赖于温度的切换机构(6)，该切换机构依赖于其温度地建立在两个从开关壳体(5)中引出的外接头(15a、15b)之间的导电连接，其中，外接头(15a、15b)在开关壳体(5)的相对置的壳体侧上引出，并且其中，外接头(15a、15b)被设置和设立成用于与一方面通向要保护的消耗器(4)的以及另一方面通向车载电源电子器件(2)的线缆区段(3a、3b)的线缆接头端部(17a、17b)进行电和机械的接头连接(16a、16b)。

Description

热安全开关
技术领域
本发明涉及一种用于确保消耗器、尤其是也被称为车载电源的车辆电网的消耗器的安全的热触发的安全开关，该安全开关具有在开关壳体中的依赖于温度的切换机构，该切换机构依赖于其温度地建立在两个在相对置的壳体侧上从开关壳体中引出的外接头之间的导电连接。
背景技术
由US 2005/0057336公知了一种用于电组件以防过电流的热触发的安全开关，该安全开关具有开关壳体和布置在其中的依赖于温度的切换机构，该切换机构依赖于其温度地建立在两个从开关壳体中引出的外接头之间的导电连接，这些外接头在相对置的壳体侧上引出。
通常借助保险装置、安全开关或继电器来实现确保具有由其供电的车辆的消耗器的电网的安全，该车辆尤其是乘用车(PKW)或商用车，尤其是载重车(LKW)或公共汽车，保险装置、安全开关或继电器居中地布置在也被称为中央电气设备的车载电源电子器件的带有相应的插接位置的保险装置盒中。这需要将线缆或线路从要保护的消耗器布设或引导到车载电源电子器件，要保护的消耗器在实践中可以布置在车辆内部的任意位置上。以绝缘材料包套的单芯或多芯的芯线复合件下面也被称为线缆，其用于传递能量，特别是向各个消耗器输送的额定电流或负载电流。
对线缆或线路和线缆材料/线路材料本身的布设并非变现为成本因素，而是导致相应增加车辆重量。这尤其在致力于在朝着优化碳足印的方向减少这样的车辆的有害物质排放的方面是不期望的。
迄今为止用于确保电网或车载电源的安全和/或用于消耗器过电流保护的安全开关被插入车载电源电子器件的底座中或车辆控制器中，其中，底座一方面用于(机械)固定安全开关并且另一方面用于与各个线缆的(电)接触。在汽车领域，在使用双金属切换机构结合作为加热元件来在触发情况下保持开关接触部打开的PTC电阻器的情况下，通常使用热触发的、自回调的微型安全开关，如例如由DE 20 2009 010 473U1和WO 2012/037991A1所公知的那样。
为了将安全开关固定在线缆芯线或导体芯线上，优选使弹簧接触部卷边，这些弹簧接触部又被插入底座中并且在那里被锁止。各个安全开关借助它们的插接接头与这些弹簧接触部接触。底座还用于这些连接的电绝缘并且必须单独地紧固，例如压入在线缆或线缆束中。
发明内容
本发明的任务在于，给出特别适合于车辆车载电网的且能以特别适合的方式整合的热触发的安全开关。
根据本发明，该任务通过权利要求1的特征来解决。有利的设计方案、改进方案和变型方案是从属权利要求的主题。
根据本发明，在用于确保车辆电网的消耗器的安全的热触发的安全开关中，该安全开关具有在开关壳体中的依赖于温度的切换机构，该切换机构依赖于其温度地建立在两个从开关壳体引出的外接头之间的导电连接，外接头在开关壳体的相对置的壳体侧上引出并且外接头被设置和设立成用于与各个线缆区段的线缆接头端部进行电和机械的接头连接，在这些线缆区段中，一个线缆区段通向要保护的消耗器，而另一个线缆区段通向车载电源电子器件。能特别有利地与线缆整合的安全开关的开关壳体具有多个壳体区段，其中，中间壳体区段围绕开关专用的切换机构，而在两侧与之联接的壳体区段用于容纳各自的接头连接。
术语“车载电源电子器件”尤其也理解为这样的车辆的车载电源供电部或车辆控制器。此外，术语“线缆”也理解为具有包套着导体芯线的导体绝缘部的单个线路或多个以共同的线缆绝缘部来包套的导体。
在此，本发明从如下考虑出发：尽可能接近各个消耗器地对其进行保护。由于在实践中这样的保护可以位于车辆中的任意部位，例如也可以在不好接近的部位上，因此根据本发明的安全开关是自回调的。
在有利的设计方案中，切换机构具有在自由端部侧承载有运动接触部的双金属元件和优选PTC电阻器形式的加热元件，该加热元件贴靠在双金属元件上并且借助弹簧元件支撑在固定接触臂上。由固定接触臂承载的固定接触部与运动接触部共同形成安全开关的开关接触部位。
与之相关地，根据美国汽车工程师协会(SAE)标准J553，原则上可以述及以下两个器件类型，其中，器件，即安全开关在由于过电流造成的电流中断之后在一定的时间之后自主地闭合(第一类)。在此，在正常情况下，该功能源于双金属件在打开之后的降温，该双金属件随后再次闭合电流回路。第二类器件(安全开关)保持电流回路处于打开状态中，直至(供电)电压被撤除，其中，用于热触发的双金属件在打开过程之后通过加热元件保持在一个温度上，从而热触发的安全开关只有在其关断，例如在撤除电压之后才可以导入闭合过程。
在使用PTC电阻器作为加热元件来保持打开的情况下，根据本发明的安全开关优选是这种第二类的安全开关。在此，尤其是如下情况是有利的，即，一方面温度在过载的情况下保持在可以实现使用由塑料构成的开关壳体的范围中，并且另一方面避免了线缆(线缆束)中的过热，根据本发明，安全开关整合到该线缆中。此外，根据本发明的在装配状态中整合到线缆中、特别是车辆的车载电源线缆中的安全开关是这种微型结构方式或实施方式的安全开关。对此的理解是：开关壳体的壳体尺寸具有大约10mm至25mm的长度，大约5mm至10mm的宽度和大约15mm至25mm的高度。在此，扁平结构形式的具有在沿壳体纵向彼此相对置的窄边上引出的接头的矩形形状的开关壳体是特别适合且特别优选的。
按照适宜方式，安全开关与线缆接头端部或与在线缆接头端部中延伸的线路芯线的接头连接构造为无螺栓的连接。在此，卡夹连接或绝缘刺破式连接是合适的。安全开关的外接头作为绝缘刺破部的实施方案节省了剥去线缆芯线或导体芯线的绝缘皮的装配步骤。在使用双切割部地实施的绝缘刺破部的情况下还存在如下可能性，即，两个切割部用于电接触或者其中一个切割部构造为减轻拉力部。
在安全开关的外接头也可以实施为弹簧接触部或双弹簧接触部的同时，卷边连接是特别有利的。与之相关地，当安全开关的各个外接头直接实施为具有成型的卷边柄的扁平插接套时，可以实现进一步的节省。该卷边柄除了芯线卷边斜边或金属线卷边斜边之外在自由端部侧还具有减轻拉力斜边，其在卷边过程期间围绕线缆绝缘部或导体绝缘部，线缆绝缘部或导体绝缘部在此由于按压过程以通常预定的程度变形。
热触发的安全开关整合到线缆中、特别是车辆的车载电源线缆中的构造方案除了提到的、优选无螺栓的接头变型方案之外还可以将外接头构造为弹簧拉力夹，例如根据所谓的笼式拉力弹簧的类型。这样的弹簧拉力夹的优点一方面是其在剥去绝缘皮的线缆芯线或导体芯线的接头连接的情况下简单的处理，另一方面是其可靠的电接头接触和机械接头接触。尤其在使用弹性拉力弹簧或笼式拉力弹簧作为接头元件时还可以实现以手动方式能简单处理地脱开接头连接。
原则上也能想到的是，安全开关与线缆接头端部或与其导线芯线在安全开关的外接头的区域中例如借助超声波焊接的直接焊接连接。
接头侧的壳体区段按照合适方式由例如半壳状的壳体下部件和将其封闭的、例如同样半壳状的壳体上部件形成。特别适宜的是，在此接头侧的壳体区段的各个壳体上部件与相应的壳体下部件以能枢转运动的方式接驳。在此特别合适的是，薄膜铰链构造在壳体上部件与壳体下部件之间，尤其是，开关壳体或其壳体区段按照适宜方式由特别是在尽可能好的绝缘特性和高耐热性方面合适的塑料，特别是以注射方法来制造。
接头侧的壳体区段直接地，也就是说优选一体式地与开关壳体的中间的壳体区段联接。后续的为了线缆端部与安全开关侧的外接头的接头接触而实现的封闭按照合适方式通过在与铰接连接或薄膜铰链连接相对置的壳体侧上的在壳体上部件与壳体下部件之间的卡锁连接来实现。
附图说明
下面结合附图详细阐述了本发明的实施例。其中：
图1以纵截面示意性示出热触发的安全开关，其具有热触发的切换机构和沿开关纵向正好相反地(diametral)延伸的外接头，该外接头一方面与通向车载电源电子器件的线缆接头端部(线缆端部)接触连接，而在另一方面与延伸通向消耗器的线缆区段的线缆接头端部(线缆端部)接触连接；
图2以俯视图示出扁平和微型结构方式的根据图1的能整合到线缆中的热安全开关，该热安全开关具有其正好相反的外接头；
图3以根据图2的视图示出具有线缆端部的构造为卷边连接的接头连接的安全开关；
图4以截段方式在透视图该示出安全开关的其中一个设计为直接卷边接头的外接头；
图5以根据图4的视图示出作为弹簧接触部的接头设计方案；
图6示出作为笼式拉力弹簧的接头设计方案；
图7示出作为弹簧拉力夹的接头设计方案；
图8示出作为双切割部的绝缘刺破部的接头设计方案；
图9以透视图示出整合到线缆中的安全开关，其具有由三个壳体区段形成的开关壳体；
图10以透视图示出与线缆整合到的安全开关，其具有敞开的接头侧的壳体区段和闭合的中间的壳体区段
图11示出根据图10的具有闭合的接头侧的壳体区段的布置；
图12以截段方式示出根据具有闭合的和敞开的壳体区域的变型方案的接头侧的壳体区段，并且
图13以纵截面示出根据图12的接头侧的壳体构造方案，其具有壳体接头端部的主锁止部以及在闭合的壳体部件中用于减轻拉力的副锁止部。
彼此相应的部件在所有附图中配设有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示意性示出能与线缆整合的热触发的安全开关1，该安全开关与车载电源线缆或线缆束3的通向机动车的车载电源电子器件2的(第一)线缆区段3a并且与车载电源线缆或线缆束3的通向电负载或电消耗器4上第二线缆区段3b处于电接触连接和机械连接中。第一线缆区段3a下面被称为控制或供电侧的线缆区段，而第二线缆区段被称为负载或消耗器侧的线缆区段。
消耗器4例如可以是车辆(PKW、LKW)的电动的调节驱动器或其他常见的电消耗器。
热安全开关，即热触发的安全开关1包括开关壳体5，其按照合适方式以尽可能扁平的结构方式来实施。由此，微型化的安全开关1按照合适方式自回调地实施并且为此在壳体内部包括切换机构6和PTC电阻器形式的加热元件9，该切换机构具有例如带状的双金属元件7和开关接触部位8，该加热元件贴靠在双金属元件7上并且借助弹簧元件10支撑在固定接触臂11上，该固定接触臂在自由端部侧承载有固定接触部8a。双金属件7在自由端部侧承载有运动接触部8b，运动接触部与固定接触部8a一起形成安全开关1的在闭合部位中示出的接触部位8。双金属元件7以其与接触部位8相对置的双金属端部12与运动接触臂13电连接和机械连接。
固定接触臂11和运动接触臂13实施为扁平接触部以及按照合适方式汇流轨状地实施并且为此适宜地实施为冲压弯件。接触臂11和13在端部侧在沿壳体纵向14在相对置的壳体窄边5a或5b从开关壳体5中引出并且在那里形成外接头15a、15b。这些外接头被设置和设立成用于与供电侧的线缆区段3a或负载侧的线缆区段3b的线缆接头端部17a、17b进行电和机械的接头连接16a或16b。接头连接16a、16b按照合适方式位于接头侧的壳体区段51或52中，该壳体区段优选由这些接头连接和尤其作为塑料注塑件的居中的壳体区段53来实施。
热安全开关1的工作方式在实践中相应于由WO 2012/037991A1公知的热触发的安全开关的工作方式，即，在过电流的情况下，过大的电流在接触部位8处于闭合位时流经双金属元件7并且该双金属元件由于其弯曲而沿触发方向18弯曲。由此，运动接触部8b从固定接触部8a上升起并且在此沿运动接触臂13的方向枢转。由此导致的电流中断，也就是通过接触部位8在闭合状态中闭合其接触部8a、8b而产生的电流回路的中断，将导致双金属元件7降温并且因此导致接触部位8再次闭合。为了防止这一情况，按照合适方式设计为高欧姆的加热元件9即使在接触部位8打开时也与汇流轨状的接触臂11、13导电连接并且因此是通电的。由于由此产生的放热防止了双金属元件7的足以使接触部位8再次闭合的降温。弹簧元件10在此基本上用于将实施为PTC电阻器的加热元件9的充足的按压力施加到双金属元件7上。
此外，图2以俯视图示出具有沿开关纵向14正好相反地延伸的外接头15a和15b的安全开关1。安全开关1与线缆3的线缆区段3a或3b或者说与该线缆的线缆接头端部17a、17b(并且与此相关地与该线缆区段的线缆芯线或导体芯线)的接头连接16a、16b按照合适方式无螺栓地实现。为此，在图3至8中说明了适宜的接头连接的多个变型方案。
在根据图3和图4的实施方式中，在安全开关1的外接头15a、15b与线缆接头端部17a或17b之间的接头连接16a、16b实施为卷边连接。在根据图4的实施方式中，相应的卷边套19已经按照合适方式以接触方式直接地装配在安全开关1的相应的外接头15a、15b上。相应的外接头15a、15b也可以实施为这样的卷边套19。
在根据图5的实施方式中，各个接头连接16a、16b实施为具有相应的弹簧接头20的双弹簧接触部，该弹簧接头按照合适方式还借助卷边连接与相应的线缆接头端部3a、3b机械联接和导电联接。
图6和7示出实施为弹簧拉力夹的接头连接16a、16b，其中，在根据图6的实施方式中设置有笼式拉力弹簧21a而在根据图7的实施方式中设置有所谓的推入式弹簧21b。在图6和7中，能比较明显看出线缆区段3a或3b的线缆接头端部17a、17b的剥去绝缘皮的导体芯线。
图8示出具有双切割部的绝缘刺破接触部22的接头连接16a、16b的接头变型方案。在此，绝缘刺破接触部22的两个切割部22a、22b可以用于电接触，或者两个切割部22a、22b中的一个可以用于纯粹的减轻拉力。
图9至11示出热安全开关1的由接头侧的壳体区段51和52以及中间的壳体区段53形成的壳体5。在根据图9的实施方式中，接头侧的壳体区段51、52实施为闭合的壳体部件，在它们中布置有开关侧的外接头15a、15b并且建立了与线缆接头端部17a或17b的接头连接16a、16b。
根据图10和11的实施方式示出在敞开状态或闭合状态中两件式的接头侧的壳体区段51、52，它们具有与开关壳体5的中间的壳体区段53固定连接的壳体下部件51a、52a和在壳体下部件上经由薄膜铰链51c、52c铰接的壳体上部件51b或52b。在示出的实施方式中，接头连接16a、16b根据图5的变型方案实施为双弹簧接触部。
卡锁元件23、24成型到接头侧的壳体区段51、52的壳体上部件51b、52b上，卡锁元件23、24与成型到各个壳体下部件51a、52a上的对应的卡锁元件25或26在形成侧凹部的情况下锁止。
图12和图13以透视图或以纵截面示出在接头区域中分段的接头侧的壳体区段51、52，接头侧的壳体区段具有闭合的壳体区域27和能封闭的壳体区域28，能封闭的壳体区域还具有经由薄膜铰链29铰接的盖部件30。在盖部件30或下侧的壳体区段区域32上的线缆侧的卡锁元件31a、31b又可以实现借助通过盖侧的卡锁元件31a从后面钩住壳体下侧的卡锁元件31b形成的卡锁连接可靠地封闭敞开的壳体区域28。
由图13比较明显看出的是，在该实施例中，接头连接16a、16b还实施为双弹簧接触部。在仍敞开的盖部件30上，通过将相应的弹簧接触部33插入或插装到各个外接头15a、15b上建立了接头连接16a、16b。在此，接头连接16a、16b借助主锁止部34来固定，其方式是：弹簧接触部33的反向于插接方向35撑开的弹簧设备36从后面钩住壳体侧的锁定轮廓37。附加地，设置有用于减轻各个线缆区段3a、3b的拉力的副锁定部38。其通过在该部件(盖侧的壳体部件)30上的相应的锁定轮廓39(图12)形成，该锁定轮廓向内朝向各个接头连接16a、16b指向地在盖内侧成型。
由于热安全开关1的实践中流线型实施的几何形状和相对很小的质量可以实现的是，在无需单独紧固的情况下将该热安全开关以电接触以及机械上可靠地稳定紧固的方式直接地接入线缆束中或车载电源线缆3中，并且因此将该热安全开关特别节省空间地整合到线缆3中。
本发明并不限于上述的实施例。而是在不偏离本发明的主题的前提下，本领域技术人员也可以从中推导出本发明的其他变型方案。此外，在不偏离本发明的主题的前提下，尤其还能以其他方式将所有与这些实施例相结合地描述的单个特征彼此进行组合。
例如，具有热安全开关1的两个外接头15a或15b的接头连接16a、16b可以不同于根据图3至8的变型实施方案的不同的无螺栓的插接连接地实施。也可以是开关壳体5的接头侧的壳体区段51、52中的仅一个能封闭地(图10)或能部分封闭地(图12)实施，而相对置的接头侧的壳体区段52或51可以封闭地实施。此外，供电侧的接头连接16a和/或负载侧的接头连接16b可以实施为焊接连接。
附图标记列表
1 热安全开关
2 车载电源电子器件
3 线缆束
3a 供电侧的线缆区段
3b 消耗器侧的线缆区段
4 消耗器
5 开关壳体
5a、5b 壳体窄边
6 切换机构
7 双金属元件
8 开关/接触部位
8a 固定接触部
8b 运动接触部
9 加热元件
10 弹簧元件
11 固定接触臂
12 双金属端部
13 运动接触臂
14 壳体纵向
15a、15b 外接头
16a、16b 接头连接
17a、17b 线缆接头端部
18 触发方向
19 卷边套
20 弹簧接头
21a 笼式拉力弹簧
21b 推入式弹簧
22 绝缘刺破接触部
22a、22b 切割部
23、24 卡锁元件
25、26 卡锁元件
27 闭合的壳体区域
28 能封闭的壳体区域
29 薄膜铰链
30 盖部件
31a、31b 卡锁元件
32 壳体区段区域
33 弹簧接触部
34 主锁止部
35 插接方向
36 弹簧舌片
37 锁定轮廓
51、52 接头侧的壳体区段
53 中间壳体区段

Claims (10)

1.一种用于确保消耗器(4)的安全的热触发的安全开关(1)，所述安全开关具有在开关壳体(5)中的依赖于温度的切换机构(6)，所述切换机构依赖于其温度地建立在两个在相对置的壳体侧上从所述开关壳体(5)中引出的外接头(15a、15b)之间的导电连接，
-其中，所述开关壳体(5)具有围绕所述切换机构(6)的中间壳体区段(53)，并且在两侧还具有被设置和设立成用于容纳各自的接头连接(16a、16b)的壳体外区段(51、52)，并且
-其中，所述外接头(15a、15b)被设置和设立成用于与通向车辆电网的要保护的消耗器(4)的线缆区段(3b)的以及通向车载电源电子器件(2)的线缆区段(3a)的线缆接头端部(17a、17b)进行电和机械的接头连接(16a、16b)。
2.根据权利要求1所述的热触发的安全开关(1)，
其特征在于，
所述外接头(15a、15b)在沿壳体纵向(14)相对置的壳体窄边上从所述开关壳体(5)引出。
3.根据权利要求1或2所述的热触发的安全开关(1)，
其特征在于，
与所述线缆接头端部(17a、17b)的接头连接(16a、16b)构造为无螺栓的连接。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的热触发的安全开关(1)，
其特征在于，
所述外接头(15a、15b)构造为用于与所述线缆接头端部(17a、17b)的卷边连接的卷边接头。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的热触发的安全开关(1)，
其特征在于，
接头侧的壳体外区段(51、52)或每个接头侧的壳体外区段(51、52)由壳体下部件(51a、52a)和将所述壳体下部件封闭的壳体上部件(51b、52b)形成。
6.根据权利要求5所述的热触发的安全开关(1)，
其特征在于，
相应的壳体外区段(51、52)的壳体上部件(51b、52b)尤其经由薄膜铰链(52c；29)以能枢转运动的方式铰接到所述壳体下部件(51a、52a)上。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的热触发的安全开关(1)，
其特征在于，
接头侧的壳体区段(51、52)或每个接头侧的壳体外区段(51、52)具有用于建立相应的接头连接(16a、16b)的主锁止部(34)的机构(37)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的热触发的安全开关(1)，
其特征在于，
接头侧的壳体区段(51、52)或每个接头侧的壳体区段(51、52)具有用于建立相应的接头连接(16a、16b)的副锁定部(38)的机构(39)，特别是用于减轻相应的线缆区段(3a、3b)的拉力。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的热触发的安全开关(1)，
其特征在于，
所述切换机构(6)具有在自由端部侧承载有运动接触部(8b)的双金属元件(7)、开关接触部位(8)以及PTC电阻器形式的加热元件(9)，所述加热元件贴靠在所述双金属元件(7)上并且借助弹簧元件(10)支撑在固定接触臂上(11)，所述固定接触臂承载与所述运动接触部(8b)共同形成所述开关接触部位(8)的固定接触部(8a)。
10.一种整合到车辆车载电源的车载电源线缆(3)中的根据权利要求1至9中任一项所述的用于确保车辆电网的消耗器(4)的安全的安全开关(1)，其中，外接头(15a、15b)一方面与供电侧或电子器件侧的线路接头端部(17a)电连接和机械连接，并且另一方面与负载侧或消耗器侧的线缆接头端部(17b)电连接和机械连接。
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