CN114830461B - 用于防止直流连接断开时产生电弧的插式接触装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于熄灭电弧的插式接触装置包括主触点和辅助触点，所述主触点和所述辅助触点各自包括能够可分离地插合在一起的第一触点半部HA1或HI1和第二触点半部HA2或HI1。所述主触点在插合状态T0下将所述HA1和所述HA2连接起来，而所述辅助触点在T0下将所述HI1与所述HI2分离。在释放状态T3下，所述HA1与所述HA2分离，所述HI1与所述HI2也分离。在T0与T3之间的第一中间状态T1下，所述HA1与所述HA2连接，所述HI1与所述HI2也连接。在T1与T3之间的第二中间状态T2下，所述HA1与所述HA2分离，而所述HA2与所述HI2连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于在直流连接断开或闭合时防止产生电弧或熄灭电弧的插式接触装置。
背景技术
与交流应用(AC应用)不同，断开或闭合直流连接(DC连接)时，必须越来越多地考虑到电弧。这对插式连接器来说是一个特别的挑战。一方面，电弧会对插式连接器造成损害，包括壳体部件和触点。另一方面，电弧也会给操作者带来危险。
有各种用机械辅助手段熄灭电弧的方案，例如牺牲区，或者借助所谓的灭弧磁体(基于作用于电弧的等离子体的洛伦兹力)或基于触点分离速度。
另一种替代方案是电子灭弧。这种方案是用电子元件抑制电弧。其原理类似于电子开关。与机械开关一样，电路被中断。然而由于没有断开物理触点，其间也不会产生电弧。电路是借助电子元件被中断的。诸如绝缘栅双极晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或压敏电阻器等半导体器件将分断能力转移到电子组件上，触点因此得到保护。例如EP 2 742 565 B1、US 2018/0006447 A1、DE000010253749A1和DE10 2007 043512 A1等公开案描述了此类技术。
其中，在正常运行期间，电流要么持续流经电子器件，这会不断地产生功率损耗，要么在切换过程中，电流短暂地流经电子器件并被切断，这在能效方面明显更好。在此情况下，需要设置附加的辅助触点，该辅助触点与其中一个负载触点平行，且能使电流流经电子器件。这些例如在公开案EP 2 742 565 B1和US 2018/0006447 A1中有所描述的变体既可整合在插式连接器壳体中，又可安置在插接板或开关柜中。后一种将电子器件集中放置在插接板或开关柜中的做法，其优点是可以用一个模块操作任意数量的插式连接器。例如，如文献EP 2 742 565 B1中所述，必须在每个辅助触点的进线中安装相应的二极管，以便数个插式连接器的不同支路(Strang)之间不会发生短路，并且只有当前切换的支路(或者说待断开或待连接的插式连接器)的电流流经电子器件。
文献EP 2 742 565 B1中所描述的二极管允许用单独一个电子模块为数个插式连接器并行供电，但这只适用于单向网络。DC网络的一个特点是，能量流动可以是双向的，例如在蓄电池(二次电池)中就是这样，蓄电池既可以是直流电的来源，也可以是直流电的消耗者。同样，电机可以作为直流电的消耗者进行工作，但也可以在制动时以发电机模式反馈能量。在双向应用的情况下，例如在电动机模式与发电机模式之间切换时，上述二极管电路不起作用。此时将不得不以大量的额外投入来实现每一单个辅助触点的更复杂的电路。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于在直流连接断开或闭合时防止产生电弧或熄灭电弧的插式接触装置，这种插式接触装置在单向网络和双向网络中都可运行。
这个目的通过本发明的特征而达成。
下面将部分参照附图对本发明的实施例进行说明。
根据一个方面，提供一种用于在直流连接断开或闭合时防止产生电弧或熄灭电弧的插式接触装置。该插式接触装置包括至少一个各自具有主触点(HA)和辅助触点(HI)的插式连接器。HA包括能够可分离地插合在一起的第一触点半部(HA1)和第二触点半部(HA2)。HA被设计为在相关插式连接器的插合状态(T0)下将HA1和HA2导电连接。此外，HA被设计为在相关插式连接器的释放状态(T3)下将HA1和HA2电隔离。此外，HA被设计为在相关插式连接器的介于插合状态(T0)与释放状态(T3)之间的第一中间状态(T1)下，将HA1和HA2导电连接，并且在相关插式连接器的介于第一中间状态(T1)与释放状态(T3)之间的第二中间状态(T2)下，将HA1和HA2电隔离。辅助触点(HI)包括能够可分离地插合在一起的第一触点半部(HI1)和第二触点半部(HI2)。HI被设计为在相关插式连接器的插合状态(T0)下将HI1和HI2电隔离。此外，HI被设计为在相关插式连接器的释放状态(T3)下将HI1和HI2电隔离。此外，HI被设计为在相关插式连接器的第一中间状态(T1)下将HI1和HI2导电连接，并且在相关插式连接器的第二中间状态(T2)下将HI1和HI2导电连接。HA2和HI2(优选在四种状态中的任一种状态下均)导电连接。所述插式接触装置进一步包括电子开关单元，该电子开关单元的第一接头与HA1导电连接，且该电子开关单元的第二接头(优选在四种状态中的任一种状态下均)与HI1导电连接。电子开关单元被设计为响应从插合状态(T0)到第一中间状态(T1)的过渡而将第一接头和第二接头导电连接或减小第一接头与第二接头之间的阻抗，以及响应从第一中间状态(T1)到第二中间状态(T2)的过渡和/或从第二中间状态(T2)到释放状态(T3)的过渡而将第一接头和第二接头电性分离或增大第一接头与第二接头之间的阻抗。
在插式接触装置的一个实施例中，HA可以在插合状态下将HA1和HA2导电连接，而HI可以在插合状态下将HI1和HI2电隔离。在释放状态下，HA1和HA2以及HI1和HI2均可分别电隔离。在T0与T3之间的第一中间状态下，HA1和HA2以及HI1和HI2均可分别导电连接。在T1与T3之间的第二中间状态下，HA1和HA2可以电隔离，而HA2和HI2可以导电连接。
实施例可以实现一种不必在辅助触点上设置二极管的插式接触装置。为了能够省去二极管，如下设置：辅助触点(HI)的触点半部(HI1和HI2)在插合状态下电隔离，例如，通过将部分绝缘的插针触点作为HI1或HI2。
HI例如采用如下设计：在插合状态(例如完全插接状态)下，HI1与HI2(例如插针触点与插座触点)之间不存在导电连接。只有当直流连接断开(即朝释放状态方向过渡)时，电路才会通过电子开关单元(简称电子器件)闭合，优选在过渡到第一中间状态时。这优选发生在在前的主触点(HA，又称负载触点)上产生电弧之前或者在没有HI的情况下产生电弧之前，例如过渡到第二中间状态时。此时电弧会触发电子开关单元(简称电子器件)，例如基于第一与第二接头之间的电压下降，电流继而会通过辅助触点(HI)和电子器件传导。然后，电子器件直接中断电路(例如在比从第二中间状态过渡到释放状态的典型时间跨度更短的时间跨度之后)，从而实现无负载断开电气连接(和/或无负载断开HI)而不产生电弧。该电子器件的一种示例性作用方式记载于公开案EP 2 742 565 B 1中。
在具有数个插式连接器(又称支路)的插式接触装置中，插式接触装置的实施例可以通过插式接触装置的辅助触点(HI)在插合状态下的电性分离(优选是物理分离或电隔离)来完成各支路的相互分离。
在此，电隔离状态也可称为开放状态。导电连接状态也可称为闭合状态。
除了主触点(HA)和又可称为控制触点的辅助触点(HI)之外，所述至少一个插式连接器还可包括又可称为第二主触点的对极触点(GE)和/或接地触点(PE，“物理地”)。GE和/或PE可各自包括第一触点半部和第二触点半部。
主触点(HA)可以连接或可连接到直流电源的正极。对极触点(GE)可以连接或可连接到直流电源的负极。GE和/或PE可以在插合状态(T0)、第一中间状态(T1)和第二中间状态(T2)下导电连接，可以在释放状态(T3)下电隔离。
电子开关单元可包括至少一个半导体开关。电子开关单元可与至少一个插式连接器的HI串联连接。HI可借助电子开关单元选择性地与HA并联连接。电子开关单元也可称为灭弧电子器件。
电子开关单元可进一步被设计为响应从释放状态(T3)到第二中间状态(T2)的过渡和/或从第二中间状态(T2)到第一中间状态(T1)的过渡而将第一接头和第二接头导电连接或减小第一接头与第二接头之间的阻抗，以及响应从第一中间状态(T1)到插合状态(T0)的过渡而将第一接头和第二接头电性分离或增大第一接头与第二接头之间的阻抗。
电子开关单元可被设计为将第一接头和第二接头导电连接，以实现双向电流流动或两个电流方向。通过整流器可以确保双向电流流动。
所述至少一个插式连接器可各自包括第一插式连接器半部和第二插式连接器半部。第一插式连接器半部可包括HA1和HI1。第一插式连接器半部可进一步包括GE的第一触点半部GE1并且可选地包括PE的第一触点半部PE1。第二插式连接器半部可包括HA2和HI2。第二插式连接器半部可进一步包括GE的第二触点半部GE2并且可选地包括PE的第二触点半部PE2。第一插式连接器半部也可被称为插座。第二插式连接器半部也可被称为电源插头。
插式连接器的第一插式连接器半部和第二插式连接器半部可以在插合状态下机械连接。插式连接器的第一插式连接器半部和第二插式连接器半部可以在释放状态下空间分离。
每个插式连接器半部均可包括壳体。
直流连接的直流电源的一极，优选是直流电源的正极，可以与主触点的HA1和/或电子开关单元的第一接头导电连接或可导电连接，其中用电设备的一极，优选是用电设备的正极，与主触点的HA2和/或辅助触点的HI2导电连接或可导电连接。作为替代方案或补充方案，直流连接的直流电源的一极，优选是直流电源的正极，可以与主触点的HA2和/或辅助触点的HI2导电连接或可导电连接，其中用电设备的一极，优选是用电设备的正极，与主触点的HA1和/或电子开关单元的第一接头导电连接或可导电连接。
例如，直流电源可以包括可充电的电能存储器(优选是二次电池)，用电设备可以包括电机(E-Maschine)。电机可(优选暂时地)以发电机模式运行，其中通过插式接触装置使直流电的电流方向反转(优选用于回收)。
HA1可包括插针触点，而HA2可包括插座触点。作为替代方案，HA2可包括插针触点，而HA1可包括插座触点。作为替代方案或补充方案，HI1可包括插针触点，而HI2可包括插座触点。在HA的另一个替代方案或补充方案中，HI2可包括插针触点，而HI1可包括插座触点。对极触点(GE)的第一触点半部(GE1)可包括插针触点，GE的第二触点半部(GE2)可包括插座触点。作为替代方案，GE2可包括插针触点，GE1可包括插座触点。接地触点(PE或“物理地”)的第一触点半部(PE1)可包括插针触点，PE的第二触点半部(PE2)可包括插座触点。作为替代方案，PE2可包括插针触点，PE1可包括插座触点。
插式连接器的HA的插针触点的外轮廓和/或插座触点的内轮廓和/或HI的插针触点的外轮廓和/或插座触点的内轮廓可具有圆形、椭圆形或多边形的截面。作为替代方案或补充方案，插式连接器的HA和HI可以是单一型的(hermaphroditisch)。
HA和HI可各自具有纵轴。HA1和HA2以及HI1和HI2可分别沿其纵轴插合和分离。HA的纵轴和HI的纵轴可以相互平行。作为替代方案或补充方案，HA1和HA2和/或HI1和HI2可分别沿横轴插合和分离，该横轴横向于或垂直于所述纵轴。
HI的(负载侧)HI2或(直流电源侧)HI1相对于(直流电源侧)HI1或(负载侧)HI2的对应于相关HI的(负载侧)HI2或(直流电源侧)HI1的接触点而言的延伸可以长于HA的(负载侧)HA2或(直流电源侧)HA1相对于(直流电源侧)HA1或(负载侧)HA2的对应于相关HA的(负载侧)HA2或(直流电源侧)HA1的接触点而言的延伸。可以在插合状态下确定沿纵轴在插合方向上的延伸。负载侧的触点半部可以通过HA2和HI2的导电连接来确定。直流电源侧的触点半部可以通过HI1与电子开关单元的串联连接以及电子开关单元与HA1的导电连接来确定。例如，负载侧的HA2和HI2可各自包括插针触点。插针触点的延伸可以从相关插座触点HA1或HI1的接触点(例如作为零点)开始，包括相关插针触点在插合状态下沿(直流侧)插接方向的长度。HA的插针触点可以比HI的插针触点短。
所述至少一个插式连接器的HI的HI2或HI1可以包括隔离部。该隔离部可在相关插式连接器的插合状态(T0)下产生与HI1或HI2的对应于HI的HI2或HI1的接触点的电隔离效果。
HI2或HI1的隔离部的延伸可以包括沿着HI2或HI1的部分延伸环绕分布的绝缘部。相对于HA1或HA2的对应于相关HA的HA2或HA1的接触点而言，HI2或HI1的部分延伸可以短于HA的HA2或HA1的延伸。可以在插合状态下沿插合方向确定沿纵轴的延伸。例如，HI2可以包括以环绕式绝缘部为隔离部的插针触点。隔离部(从插合方向看)可以包括插针触点的外部部分长度。
HA的HA1或HA2可以沿纵轴仅具有一个接触点。作为替代方案或补充方案，HI的HI1或HI2可以沿纵轴仅具有一个接触点。
电子开关单元可包括至少一个半导体开关，该半导体开关适于在第一接头与第二接头之间被施加电压时，减小第一接头与第二接头之间的阻抗，或者将第一接头和第二接头导电连接。
电子开关单元可被设计成适于使电流在第一接头与第二接头之间双向流动。电子开关单元优选可包括整流桥以实现双向电流流动。电子开关单元可以包括与至少一个半导体开关链接的整流桥。例如，整流桥与一个或数个半导体开关链接，这些半导体开关将第一接头和第二接头选择性地导电连接和分离，或选择性地增大和减小第一接头与第二接头之间的阻抗。整流桥的两个相对接头可以包括电子开关单元的第一接头和第二接头。整流桥的另外两个相对接头可以通过半导体开关和/或RC元件和/或电容器和/或压敏电阻器和/或热敏电阻器相互连接或可相互连接。
电子开关单元可进一步包括两个以相反方向相互串联连接的半导体开关，这些半导体开关各自在阻断方向上与一个二极管并联连接。并联的二极管可在半导体开关的阻断方向上起旁路作用。可选地，电子开关单元可进一步包括触发电路，该触发电路适于在第一接头与第二接头之间被施加电压时使半导体开关闭合。进一步可选地，触发电路可以包括整流桥。
作为替代方案或补充方案，电子开关单元可包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和/或绝缘栅双极晶体管(IGBT)和/或具有电容器和可变电阻(例如压敏电阻器和/或热敏电阻器)的RC元件。
插式接触装置可以包括至少两个各自具有HA和HI的插式连接器以及电子开关单元。电子开关单元的第一接头可与每个HA的HA1导电连接。电子开关单元的第二接头可与每个HI的HI1导电连接。至少两个插式连接器各自的第一插式连接器半部可连接到同一个直流电源和/或并联连接。
所述至少一个插式连接器可进一步包括具有第一触点半部(GE1)和第二触点半部(GE2)的对极触点(GE)，用于直流连接相对于HA而言的对极，优选地，其中GE被设计为在相关插式连接器的插合状态(T0)、相关插式连接器的第一中间状态(T1)和相关插式连接器的第二中间状态(T2)下将GE1和GE2导电连接。触点半部GE1或GE2可以比HA的触点半部HA1或HA2长。特别是，GE的触点半部GE1或GE2可与HI的触点半部HI1或HI2具有相同长度。
附图说明
下面将参照附图对本发明进一步的特征和优点进行说明。其中：
图1为现有技术中已知的复式插接系统；
图2为具有主触点和辅助触点的插式接触装置的实施例，所述辅助触点具有电子开关单元；
图3为具有主触点和辅助触点的插式接触装置的第二实施例，所述辅助触点具有电子开关单元；
图4A至图4C为插式接触装置的一个实施例的示例性断开过程；
图5为插式接触装置作为示例性复式插接系统的第三实施例；以及
图6A和图6B为双向电子开关单元的两个实施例。
具体实施方式
图1示意性地示出文献EP 2 742 565 B1所揭示的一种机电一体化复式插接系统。该复式插接系统包括至少两个插式连接器S1、S2...，这些插式连接器各自具有包括主插式触点和主配合触点的主触点8以及包括辅助插式触点和辅助配合触点的辅助触点9，实施拔出操作时，辅助触点落后于主触点8。此外，为了熄灭在拔出操作过程中所产生的电弧，文献EP 2 742 565 B1的复式插接系统还包括单独一个为插式连接器S1、S2...所共用的半导体电子器件10，该半导体电子器件通过二极管17与每个插式连接器S1、S2...的辅助触点9串联连接，以便在一个或数个单独的插式连接器(例如S1)的拔出操作过程中例如防止插式连接器S2和S3发生短路，其中半导体电子器件10具有两个串联的半导体开关以及与这些半导体开关连接的储能器，为了充电，该储能器对拔出操作过程中产生于半导体开关之间的电弧电压进行分接。
图2示出用于在直流连接断开或闭合时防止产生电弧或熄灭电弧的插式接触装置的一个实施例，该插式接触装置一般以附图标记100标示。插式接触装置100包括一般以附图标记110标示的、具有主触点(HA)112的插式连接器，该主触点具有设计为插座触点的第一触点半部(HA1)112-1和设计为插针触点的第二触点半部(HA2)112-2。此外，插式连接器110还包括辅助触点(HI)114，该辅助触点具有设计为插座触点的第一触点半部(HI1)114-1和设计为插针触点的第二触点半部(HI2)114-2。HA2 112-2和HI2 114-2导电连接。电子开关单元120通过第一接头122与插座触点(HA1)112-1并联连接。HI 114通过第二接头124与电子开关单元120串联连接。插式接触装置100在图2中呈现为插合状态T0，其中插针触点(HA2)112-2通过接触点113与插座触点(HA1)112-1导电连接。在图2所示的插合状态T0中，插针触点(HI2)114-2通过包括环绕式绝缘部的隔离部117与插座触点(HI1)114-1的接触点115电隔离。
图2中的电子开关单元120包括RC元件(“电阻电容”)。该RC元件可被设计为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或绝缘栅双极晶体管(IGBT)。作为替代方案或补充方案，也可以将数个RC元件(例如一个IGBT和一个MOSFET)串联起来。可选地，电子开关单元进一步包括能使电流在直流系统中双向流动的整流桥(未图示)。举例而言，通过反转电流方向，可以回收以发电机模式运行的电机的制动能。
图3示出用于在直流连接断开或闭合时防止产生电弧或熄灭电弧的插式接触装置的第二实施例，该插式接触装置一般以附图标记100标示，在图中处于插合状态T0。该插式接触装置的与图2中相同的元件用相同的附图标记标示。在图3中一般以附图标记110标示的插式连接器中，插针触点和插座触点与HA和HI的第一和第二触点半部的对应关系与图2相反。
在第三实施例中(无图)，一般以附图标记110标示的插式连接器采用单一型设计。在单一型插式连接器110的第一变体中，HA1112-1包括如图2所示的插座触点，HI1 114-1包括如图3所示的插针触点。在单一型插式连接器110的第二变体中，HA1 112-1包括如图3所示的插针触点，HI1 114-1包括如图2所示的插座触点。
图4A至图4C分别示出一个插式接触装置100，其插式连接器110包括HA 112、HI114、对极触点(GE)116和接地触点(PE)118。HI 112如图2所示那样与电子开关单元120串联连接。HA 112的第一触点半部HA1和HI 114的第一触点半部HI1连接或可连接到直流电源130的一极，优选是正极，其中HI 114与电子开关单元120串联连接，该电子开关单元与HA112导电连接。对极触点(GE)116的第一触点半部GE1 116-1连接或可连接到直流电源130的第二极，优选是负极。此外，图4A至图4C中的插式连接器110包括具有第一触点半部(PE1)118-1和第二触点半部(PE2)118-2的接地触点(PE)118。第二触点半部HA2 112-2、HI2 114-2和GE2 116-2与负载140连接。
图4A示出处于插合状态T0的插式接触装置100。触点HA 112、GE 116和PE 118导电连接。触点HI 114借助于隔离部117被电隔离，该隔离部例如是环绕式绝缘部。图4A中的插式接触装置100的正极侧与图2中的正极侧相一致。
图4B示出处于第一中间状态T1的插式接触装置100，例如当直流连接被断开时，其中插式连接器110不再完全插合。HA2 112-2仍然通过接触点113与HA1 112-1导电连接。HI2114-2此时通过接触点115与HI1 114-1导电连接。电子开关单元120在第一中间状态T1下是无源的。特别是，电子开关单元120的RC元件的电阻在第一中间状态T1下可以是高阻的。
图4C示出处于第二中间状态T2的插式接触装置100，其中插式连接器110尚未完全断开。HA 112此时被电隔离，因为HA2 112-2在空间上与接触点113分离。在HA2 112-2与HA1112-1的接触点113之间产生电弧。电子开关单元120通过第一接头122被激活。激活导致电子开关单元120(或其RC元件)变成导电的。特别是，RC元件在第二中间状态T2下可以是低阻的。HI 114进一步通过接触点115导电连接。直流电此时从直流电源130出发流经电子开关单元120和HI 114。电子开关单元120优选包括计时元件，该计时元件使得流经HI 114的电流在预定的时间跨度后被中断。电流的中断在时间上可先于HI 114、GE 116和PE 118的电隔离发生。
在可选的第三中间状态(未图示)下，触点HA 112、HI 114和GE 116被电隔离，而接地触点PE 118仍是导电连接。在(未图示的)释放状态T3下，所有触点HA 112、HI 114、GE116和PE 118均被电隔离。在释放状态T3下，插式连接器110的两个触点半部110-1和110-2可以在空间上分开。
图5示出具有三个插式连接器110的插式接触装置100。每个插式连接器110在结构上均与根据图4A的插式连接器110相同，并呈现为插合状态T0。每个HI 114在插合状态T0下均被隔离部117电隔离。在直流电源130一侧，所有插式连接器110的HI 114均在点126处并联连接，使得所有HI 114均通过第二接头124仅与一个(共用)电子开关单元120导电连接。(共用)电子开关单元120与所有插式连接器110的在点127处并联连接的HA 112导电连接。所有插式连接器110的GE 118均在点128处并联连接。
当插式连接器110中的第一插式连接器断开时，如参照图4A至图4C所述，相关的HI114转入导电的第一和第二中间状态T1和T2，并与电子开关单元120建立连接。其他(插合)支路中的插式连接器110不受第一插式连接器110的断开和相关HA 112中由此产生的电弧以及相关HI 114中的电流影响，因为这些插式连接器各自的HI 114仍与(共用)电子开关单元120电隔离。亦即，在正常运行期间，不同支路之间不会发生短路。与ETA的专利一样，只有在一个以上的插式连接器110有可能同时断开的情况下，才会仍然存在类似于专利说明书EP2 742 565 B1中所描述的问题。如果两个(或更多个)插式连接器110同时断开，这两个(或更多个)支路之间就有可能发生短路。
在图4A至图4C和图5的实施例中，HA1 112-1、HI1 114-1、GE1 116-1和PE1 118-1为插座触点，HA2 112-2、HI 112-2、GE2 116-2和PE2 118-2为插针触点。在其他(未图示的)实施例中，插针触点和插座触点像图3所示那样互换。此外，各插式连接器半部可进行任意的单一型组合(hermaphroditische Kombination)。
通过插式接触装置100，特别是通过辅助触点HI 114的隔离部117，可以免除在第一触点半部HI1 114-1中或上设置其他元件(特别是二极管)的必要性。
(例如图5的实施例中所示出的)复式插接系统可以扩展到建筑安装层面。相应地，电子开关单元(例如开关单元120)将不整合在复式插接系统中，而是例如集中整合在一个房间或一个楼层的二次配电系统中。因此，前述辅助触点(例如HI 114)必须通过附加的导线连接到电子开关单元(例如开关单元120)。由于不涉及控制线或信号线，因此这一连接也可被称为X导体。
图6A和图6B示出包括整流桥的双向电子开关单元120的两个实施例。整流桥可通过第一接头122与HA1 112-1连接，并且可通过第二接头124、224与HI1 114-1连接。
在图6A所示的实施例中，整流桥的另外两个(内部)接头通过由半导体开关和具有可变电阻的RC元件所组成的并联线路相互连接，其中可以借助(以虚线绘制的)控制信号来改变半导体开关的阻抗。通过整流桥的二极管，在(另外两个)内部接头上确保了特定的极性，而不受外部施加(于第一和第二接头)的极性影响，并且使电流能够双向流经HA 112和HI 114。
在图6B所示的实施例中，电子开关单元120包括极性反接保护手段，该极性反接保护手段包括两个以相反方向相互串联连接的半导体开关和各一个在阻断方向上并联连接的二极管(图6B中的左侧)。并联连接的二极管在半导体开关的阻断方向上起旁路作用。此外，图6B中的电子开关单元120包括触发电路，该触发电路将整流桥的另外两个(内部)接头(图6B中的右侧)连接起来。触发电路根据外部施加的极性借助(呈现为虚线的)控制信号改变(例如减小)两个串联半导体开关中的一个或两个半导体开关的阻抗。作为替代方案，也可以使用单极性半导体开关。
将电子开关单元(例如开关单元120)的进线延长，这对于有技术背景的人来说可能仍然是显而易见的做法，其本身并不构成技术革新。然而在现有技术中，例如在专利说明书EP 2 742 565 B1中，每个(例如由直流电源侧的插座单元4和负载侧的插头单元5组成的)插式连接器均须配备二极管7，该二极管要么设置在插式连接器中，要么至少设置在(被设计成控制线的)辅助线中的某处。在本发明的插式接触装置100中，这些二极管被辅助触点(例如HI 114)中的安全电隔离所取代。为此，辅助触点(例如HI 114)具有(绝缘)隔离部117，该隔离部在插合状态下将插针触点和插座触点的金属接触配合件彼此分开。圆形插针和圆形插座的设计只是示范性的。这样的隔离件也可用于单一型触点或扁平触点。由于在插合状态下，所有插式连接器(例如插式连接器110)的辅助触点(例如HI 114)在这些辅助触点各自的(绝缘)隔离部117上处于不工作位置，因此不同的插式连接器之间不会发生短路。在对插式连接器实施断开操作时，才会建立与电子开关单元(例如开关单元120)的导电连接。
以上参照示范性实施例对本发明进行了描述，但对于本领域技术人员来说，显然可以进行各种修改，也可以使用对等物来替换。此外，可以进行大量修改以使特定情况或特定材料适应本发明的教示。因此，本发明并不限于所披露的实施例，而是包括落入所附权利要求书范围的所有实施例。
附图标记说明
2 DC电源
3 负载
4 插座单元
5 插头单元
6 进线
7 回线
8 主触点
9 辅助触点
10 电子器件
11、12 旁路/旁路线
13 第三触点
14、15、16 线
17 二极管
100 插式接触装置
110 插式连接器
110-1 第一插式连接器半部
110-2 第二插式连接器半部
112 主触点
112-1 主触点的第一触点半部
112-2 主触点的第二触点半部
113 主触点的接触点
114 辅助触点
114-1 辅助触点的第一触点半部
114-2 辅助触点的第二触点半部
115 辅助触点的接触点
116 对极触点
116-1 对极触点的第一触点半部
116-2 对极触点的第二触点半部
117 隔离部
118 接地触点
118-1 接地触点的第一触点半部
118-2 接地触点的第二触点半部
120 电子开关单元
122 第一接头
124 第二接头
126 辅助触点的并联线路
127 主触点的并联线路
128 对极触点的并联线路
130 直流电源
140 负载
T0 插合状态
T1 第一中间状态
T2 第二中间状态
Claims (22)
1.一种用于在直流连接断开或闭合时防止产生电弧或熄灭电弧的插式接触装置(100)，包括：
至少一个各自具有主触点(112)和辅助触点(114)的插式连接器(110)，
其中所述主触点(112)包括能够可分离地插合在一起的第一触点半部HA1(112-1)和第二触点半部HA2(112-2)，其中所述主触点(112)被设计为：
-在各个插式连接器(110)的插合状态(T0)下将所述HA1(112-1)和所述HA2(112-2)导电连接，
-在各个插式连接器(110)的释放状态下将所述HA1(112-1)和所述HA2(112-2)电隔离，
-在各个插式连接器(110)的介于所述插合状态(T0)与所述释放状态之间的第一中间状态(T1)下，将所述HA1(112-1)和所述HA2(112-2)导电连接，并且
-在各个插式连接器(110)的介于所述第一中间状态(T1)与所述释放状态之间的第二中间状态(T2)下，将所述HA1(112-1)和所述HA2(112-2)电隔离，
其中所述辅助触点(114)包括能够可分离地插合在一起的第一触点半部HI1(114-1)和第二触点半部HI2(114-2)，其中所述辅助触点(114)被设计为：
-在各个插式连接器的所述插合状态(T0)下将所述HI1(114-1)和所述HI2(114-2)电隔离，
-在各个插式连接器的所述释放状态下将所述HI1(114-1)和所述HI2(114-2)电隔离，
-在各个插式连接器的所述第一中间状态(T1)下将所述HI1(114-1)和所述HI2(114-2)导电连接，并且
-在各个插式连接器的所述第二中间状态(T2)下将所述HI1(114-1)和所述HI2(114-2)导电连接，
且其中所述HA2(112-2)和所述HI2(114-2)导电连接；以及
电子开关单元(120)，其第一接头(122)与所述HA1(112-1)导电连接，且其第二接头(124)与所述HI1(114-1)导电连接，其中所述电子开关单元(120)被设计为响应从所述插合状态(T0)到所述第一中间状态(T1)的过渡而将所述第一接头(122)和所述第二接头(124)导电连接或减小所述第一接头(122)与所述第二接头(124)之间的阻抗，以及响应从所述第一中间状态(T1)到所述第二中间状态(T2)的过渡和/或从所述第二中间状态(T2)到所述释放状态的过渡而将所述第一接头(122)和所述第二接头(124)电性分离或增大所述第一接头(122)与所述第二接头(124)之间的阻抗。
2.根据权利要求1所述的插式接触装置(100)，其中所述电子开关单元(120)进一步被设计为响应从所述释放状态到所述第二中间状态(T2)的过渡和/或从所述第二中间状态(T2)到所述第一中间状态(T1)的过渡而将所述第一接头(122)和所述第二接头(124)导电连接或减小所述第一接头(122)与所述第二接头(124)之间的阻抗，以及响应从所述第一中间状态(T1)到所述插合状态(T0)的过渡而将所述第一接头(122)和所述第二接头(124)电性分离或增大所述第一接头(122)与所述第二接头(124)之间的阻抗。
3.根据权利要求1或2所述的插式接触装置(100)，其中所述至少一个插式连接器(110)各自包括第一插式连接器半部(110-1)和第二插式连接器半部(110-2)，且其中所述第一插式连接器半部(110-1)包括所述HA1(112-1)和所述HI1(114-1)，并且所述第二插式连接器半部(110-2)包括所述HA2(112-2)和所述HI2(114-2)。
4.根据权利要求1所述的插式接触装置(100)，其中所述直流连接的直流电源(130)的一极与所述主触点(112)的所述HA1(112-1)和/或所述电子开关单元(120)的所述第一接头(122)导电连接，且其中用电设备的一极与所述主触点(112)的所述HA2(112-2)和/或所述辅助触点(114)的所述HI2(114-2)导电连接；并且/或者，其中所述直流连接的直流电源(130)的一极与所述主触点(112)的所述HA2(112-2)和/或所述辅助触点(114)的所述HI2(114-2)导电连接，且其中用电设备的一极与所述主触点(112)的所述HA1(112-1)和/或所述电子开关单元(120)的所述第一接头(122)导电连接。
5.根据权利要求4所述的插式接触装置(100)，其中所述直流连接的直流电源(130)的一极是所述直流电源(130)的正极。
6.根据权利要求4所述的插式接触装置(100)，其中用电设备的一极是所述用电设备的正极。
7.根据权利要求1所述的插式接触装置(100)，其中所述HA1(112-1)包括插针触点，而所述HA2(112-2)包括插座触点，或其中所述HA2(112-2)包括插针触点，而所述HA1(112-1)包括插座触点；并且/或者，其中所述HI1(114-1)包括插针触点，而所述HI2(114-2)包括插座触点，或其中所述HI2(114-2)包括插针触点，而所述HI1(114-1)包括插座触点。
8.根据权利要求7所述的插式接触装置，其中所述插式连接器(110)的所述主触点(112)的所述插针触点的外轮廓和/或所述插座触点的内轮廓和/或所述辅助触点(114)的所述插针触点的外轮廓和/或所述插座触点的内轮廓具有圆形、椭圆形或多边形的截面，并且/或者，其中所述插式连接器(110)的所述主触点(112)和所述辅助触点(114)是单一型的。
9.根据权利要求1所述的插式接触装置(100)，其中所述主触点(112)和所述辅助触点(114)各自具有纵轴，且其中所述HA1(112-1)和所述HA2(112-2)以及所述HI1(114-1)和所述HI2(114-2)可分别沿其纵轴插合和分离，或者，其中所述HA1(112-1)和所述HA2(112-2)和/或所述HI1(114-1)和所述HI2(114-2)可分别沿横轴插合和分离，所述横轴垂直于所述纵轴。
10.根据权利要求9所述的插式接触装置(100)，其中所述辅助触点(114)的所述HI2(114-2)或所述HI1(114-1)相对于所述HI1(114-1)或所述HI2(114-2)的对应于相关辅助触点(114)的所述HI2(114-2)或所述HI1(114-1)的接触点(115)而言的延伸长于所述主触点(112)的所述HA2(112-2)或所述HA1(112-1)相对于所述HA1(112-1)或所述HA2(112-2)的对应于相关主触点(112)的所述HA2(112-2)或所述HA1(112-1)的接触点(113)而言的延伸，其中在所述插合状态下确定沿所述纵轴在插合方向上的延伸。
11.根据权利要求9或10所述的插式接触装置(100)，其中所述至少一个插式连接器(110)的所述辅助触点(114)的所述HI2(114-2)或所述HI1(114-1)包括隔离部(117)，且其中所述隔离部(117)在各个插式连接器(110)的所述插合状态(T0)下，产生与所述HI1(114-1)或所述HI2(114-2)的对应于所述辅助触点(114)的所述HI2(114-2)或所述HI1(114-1)的接触点的电隔离效果。
12.根据权利要求11所述的插式接触装置(100)，其中所述HI2(114-2)或所述HI1(114-1)的所述隔离部(117)的延伸包括沿着所述HI2(114-2)或所述HI1(114-1)的部分延伸环绕分布的绝缘部，并且相对于所述HA1(112-1)或所述HA2(112-2)的对应于相关主触点(112)的所述HA2(112-2)或所述HA1(112-1)的接触点(113)而言，所述HI2(114-2)或所述HI1(114-1)的部分延伸短于所述主触点(112)的所述HA2(112-2)或所述HA1(112-1)的延伸，其中在所述插合状态下确定沿所述纵轴在插合方向上的延伸。
13.根据权利要求9所述的插式接触装置(100)，其中所述主触点(112)的所述HA1(112-1)或所述HA2(112-1)沿所述纵轴仅具有一个接触点(113)，并且/或者，所述辅助触点(114)的所述HI1(114-1)或所述HI2(114-2)沿所述纵轴仅具有一个接触点(115)。
14.根据权利要求1所述的插式接触装置(100)，其中所述电子开关单元(120)适于使电流在所述第一接头(122)与所述第二接头(124)之间双向流动。
15.根据权利要求1所述的插式接触装置(100)，其中所述电子开关单元(120)包括至少一个半导体开关，所述半导体开关适于在所述第一接头(122)与所述第二接头(124)之间被施加电压时，减小所述第一接头(122)与所述第二接头(124)之间的阻抗，或者将所述第一接头(122)和所述第二接头(124)导电连接。
16.根据权利要求13所述的插式接触装置(100)，其中所述电子开关单元(120)包括与所述至少一个半导体开关链接的整流桥。
17.根据权利要求14所述的插式接触装置(100)，其中所述电子开关单元(120)包括两个以相反方向相互串联连接的半导体开关，所述半导体开关各自在阻断方向上与一个二极管并联连接。
18.根据权利要求17所述的插式接触装置(100)，其中所述电子开关单元(120)进一步包括触发电路，所述触发电路适于在所述第一接头(122)与所述第二接头(124)之间被施加电压时使半导体开关闭合。
19.根据权利要求18所述的插式接触装置(100)，其中所述触发电路包括整流桥。
20.根据权利要求1所述的插式接触装置(100)，其中所述插式接触装置(100)包括至少两个各自具有主触点(112)和辅助触点(114)的插式连接器(110)以及电子开关单元(120)，且其中所述电子开关单元(120)的所述第一接头(122)与每个主触点(112)的所述HA1(112-1)导电连接，并且所述电子开关单元(120)的所述第二接头(124)与每个辅助触点(114)的所述HI1(114-1)导电连接。
21.根据权利要求1所述的插式接触装置(100)，其中所述至少一个插式连接器(110)进一步包括具有第一触点半部GE1(116-1)和第二触点半部GE2(116-2)的对极触点(116)，用于所述直流连接相对于所述主触点(112)而言的对极。
22.根据权利要求21所述的插式接触装置(100)，其中所述对极触点(116)被设计为在各个插式连接器的所述插合状态(T0)、各个插式连接器的所述第一中间状态(T1)和各个插式连接器的所述第二中间状态(T2)下将所述GE1(116-1)和所述GE2(116-2)导电连接。
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Inventor after: Marco Clipper Inventor after: Philip Jurgensmail Inventor after: Frederick Brand Inventor after: Krome Karsten Inventor after: Ludig Mayer Inventor after: Reina Dulter Inventor after: Marcus Hanzes Inventor after: Martin schaeffers Inventor after: Ralph Beckman Inventor after: Sebastian Locke Inventor before: Marco Clipper Inventor before: Philip Jurgensmail Inventor before: Frank brand Inventor before: Krome Karsten Inventor before: Ludig Mayer Inventor before: Reina Dulter Inventor before: Marcus Hanzes Inventor before: Martin schaeffers Inventor before: Ralph Beckman Inventor before: Sebastian Locke |
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