DE102006029788A1 - Leistungsschalter für den Niederspannungsbereich und elektrisches Heizelement mit integriertem Leistungsschalter - Google Patents

Leistungsschalter für den Niederspannungsbereich und elektrisches Heizelement mit integriertem Leistungsschalter Download PDF

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Leistungsschalter 10 für den Niederspannungsbereich mit einem Kontaktstift 20 und zumindest zwei Kontaktbuchsen 30, wobei der Kontaktstift 20 eine Längsachse L aufweist und längs eines Verschiebewegs W in Richtung seiner Längsachse L verschieblich angeordnet ist.

Description

  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Leistungsschalter für den Niederspannungsbereich, eine Verwendung eines derartigen Leistungsschalters sowie eine elektrische Heizeinheit mit integriertem Leistungsschalter. Anwendbar sind der Leistungsschalter, die Verwendung des Leistungsschalters sowie die elektrische Heizeinheit insbesondere im Zusammenhang mit einer elektrischen Zusatzheizeinrichtung (PTC) einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich in erster Linie auf diesen Anwendungsfall, der Leistungsschalter sowie die elektrische Heizeinheit sind jedoch auch in anderen technischen Bereichen einsetzbar.
  • Elektrische Zusatzheizelemente, die im Kfz-Bereich eingesetzt werden, insbesondere hier als elektrische Zusatzheizungen von Klimaanlagen, weisen in der Regel eine erhöhte Leistungsaufnahme auf, was im Niederspannungsbordnetz von Kraftfahrzeugen die Verwendung hochstromfester Leitungen und Schaltelemente für die Spannungsversorgung der Heizelemente erforderlich macht. 1 zeigt einen Motorraum eines Kraftfahrzeugs mit einer Klimaanlage 100, die mit einer elektrischen Zusatz-Heizeinrichtung PTC ausgestattet ist, nach dem Stand der Technik. Das verwendete PTC-Modul 40 umfasst drei mechanisch miteinander verbundene Heizelemente 42, die unabhängig voneinander betrieben werden können. Entsprechend weist das PTC-Modul 40 einen gemeinsamen Massean schluss und jeweils einen Anschluss für jedes im PTC-Modul 40 angeordnete Heizelement 42 auf. Je nach Wärmebedarf im Kraftfahrzeuginnenraum werden in der Regel ein bis drei Heizelemente 42 des PTC-Elements 40 angesteuert. Die Heizleistung wird durch Zu- bzw. Abschalten einzelner Heizelemente 42 kontrolliert.
  • Die für das Ein- bzw. Ausschalten der im PTC-Element enthaltenen Heizelemente erforderlichen Schaltelemente sind nach dem Stand der Technik in einer gemeinsamen Schaltbox 300 untergebracht, wobei die enthaltenen Schaltelemente, die hier in der Regel als hochstromfeste Relais ausgestaltet sind, von einem zentralen Motorsteuergerät 200 angesteuert werden.
  • Das Motorsteuergerät 200 wiederum erhält die Information darüber, welcher Wärmebedarf im Kraftfahrzeuginnenraum anliegt, d.h. welche Heizelemente 42 im PTC-Modul 40 angesteuert werden müssen, vom separat ausgebildeten Klimabediengerät 150, welches aus dem Kraftfahrzeuginnenraum bedienbar ist. Das Motorsteuergerät 200 und das Klimabediengerät 150 kommunizieren dabei über ein Kfz-internes Bussystem, beispielsweise über den so genannten CAN-Bus.
  • Die elektrische Beschaltung der im PTC-Modul 40 enthaltene Heizelemente 42 sowie deren Betätigung über drei in der Schaltbox 300 angeordnete hochstromfeste Relais ist in 2 dargestellt. Die im PTC-Modul 40 enthaltenen drei Heizelemente 42 können unabhängig voneinander in einer Parallelschaltung betrieben werden.
  • Nachteilig an der aus dem Stand der Technik vorbekannten Konstruktion, wie sie sich aus den 1 und 2 ergibt, ist dabei einerseits, dass es sich bei den für die Betätigung der Heizelemente erforderlichen hochstromfesten Relais um kostenintensive Bauteile handelt, die die Gesamtkosten der Fahrzeugherstellung erhöhen. Darüber hinaus ist die Lebensdauer derartiger Relais endlich, denn gerade im Hochstrombereich unterliegen die elektrischen Schaltkontakte einer unvermeidbaren Abnutzung. Schließlich wird die zentrale Schaltbox des Kraftfahrzeugs in der Regel nicht unmittelbar am PTC-Modul angeordnet werden können, welches wiederum in oder an der Klimaanlage angeordnet ist. Daher sind in den meisten Anwendungsfällen hochstromtragfähige elektrische Zuleitungen erforderlich, die auf der einen Seite die Batterie mit der Schaltbox und andererseits die Schaltbox mit den im PTC-Modul angeordneten elektrischen Heizelementen verbinden. Um ausreichende Sicherheitsreserven für einen Betrieb des PTC-Moduls auch unter erhöhten Umgebungstemperaturen zu gewährleisten, müssen die Querschnitte dieser Versorgungsleitungen entsprechend groß dimensioniert werden. Damit kann die Leitungsführung im Motorraum bereits problematisch werden. Darüber hinaus verursachen lange Verbindungsleitungen stets unvermeidliche Leistungsverluste.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Leistungsschalter für den Niederspannungsbereich anzugeben, der sich insbesondere für eine Verwendung im Zusammenhang mit einer elektrischen Zusatzheizeinrichtung einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs eignet, sowie eine elektrische Heizeinheit mit integriertem Leistungsschalter insbesondere für eine Verwendung mit einer elektrischen Zusatzheizeinrichtung einer Kfz-Klimaanlage anzugeben, welche die Nachteile der aus dem Stand der Technik vorbekannten Konstruktionen vermeidet.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Leistungsschalter mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch eine Verwendung eines solchen Leistungsschalters gemäß Anspruch 10 sowie durch eine elektrische Heizeinheit mit integriertem Leistungsschalter gemäß Anspruch 12.
  • Ein erfindungsgemäßer Leistungsschalter für den Niederspannungsbereich weist einen Kontaktstift und mindestens zwei Kontaktbuchseen auf. Der Kontaktstift weist eine Längsachse L auf und ist längs eines Verschiebewegs W in Richtung seiner Längsachse L verschieblich angeordnet. Die Kontaktbuchseen sind dazu ausgebildet, den Kontaktstift unter Ausbildung eines hochstromfesten elektrischen Kontakts in sich aufzunehmen. Weiterhin sind die Kontaktbuchseen hintereinander längs des Verschiebeweg W angeordnet.
  • Im erfindungsgemäßen Leistungsschalter wird eine elektrische Verbindung zwischen zwei Kontaktpunkten hergestellt, in dem der Kontaktstift in benachbarte Kontaktbuchsen eingeschoben wird, wodurch diese miteinander verbunden werden.
  • Im Gegensatz zu den sonst weit verbreiteten Drehschaltern wird hier nicht ein elektrischer Kontakt zwischen einer Kontaktfläche und einen mittels eines Drehknopfs betätigen Schleifer hergestellt. Vielmehr wird in der vorliegenden Erfindung ein elektrischer Kontakt zwischen einem Kontaktstift und zwei Kontaktbuchsen hergestellt, welcher aufgrund der Tatsache, dass die Kontaktbuchsen den Kontaktstift allseitig umschließen, mit deutlich höheren Strömen belastet werden kann als der sich im Fall des Drehschalters ausbildende linienhafte elektrische Kontakt zwischen Kontaktfläche und Schleifer.
  • Besondere Vorteile ergeben sich, wenn der Kontaktstift des erfindungsgemäßen Leistungsschalters einen kupferhaltigen Kern aufweist, der an seiner Oberfläche mit einer korrosionsbeständigen abriebfesten Leitbeschichtung versehen ist. Hierzu ist aus dem Stand der Technik eine Vielzahl geeigneter Leitbeschichtungen bekannt, die insbesondere aus metallischen Legierungen bestehen können.
  • Weitere Vorteile ergeben sich, wenn zumindest eine Kontaktbuchse des erfindungsgemäßen Leistungsschalters, vorteilhaft aber alle Kontaktbuchsen, ein inliegendes hyperbolisches Kontaktgitter aufweisen, welches dazu vorgesehen ist, den Kontaktstift unter Ausbildung von einer Mehrzahl von Linienkontakten in sich aufzunehmen. Entsprechende Kontaktbuchseen werden beispielsweise von der deutschen Firma Amphenol-Tuchel Electronics GmbH, D-74080 Heilbronn unter der Marke „Radsok" vertrieben. Die Amphenol-Tuchel Electronics GmbH ist eine Tochtergesellschaft der US-amerikanischen Firma Amphenol-Tuchel, Canton, MI 48187, USA. Aus einer Mehrzahl nationaler und internationaler technischer Schutzrechte ergeben sich Einzelheiten entsprechender Kontaktbuchsen. Beispielhaft hierfür seien die WO 03/032450 A1, die WO 03/044901 sowie die WO 00/70713, genannt aus denen sich Einzelheiten des Aufbaus und der Herstellung von entsprechenden Kontaktbuchseen ergeben. Der Offenbarungsgehalt der in Bezug genommenen Offenlegungsschriften wird hiermit vollumfänglich zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung gemacht.
  • Besondere Vorteile ergeben sich, wenn das vorgenannte innen liegende hyperbolische Kontaktgitter einen Kern aus einer Beryllium-Kupfer-Legierung aufweist.
  • Weitere Vorteile lassen sich realisieren, wenn der Kontaktstift mittels eines motorisch betätigten Antriebs längs des Verschiebewegs verschieblich ist. Der motorisch betätigte mechanische Antrieb wird dabei vorzugsweise von einer in der Motorelektronik oder im Klimabediengerät ausgebildeten Steuereinheit angesteuert. Hierzu weist der motorisch betätigte mechanische Antrieb einen Anschluss für eine Steuerleitung auf. Besondere Vorteile ergeben sich, wenn der motorisch betätigte mechanische Antrieb eine Schnittstelle für ein Kfz-internes Bussystem aufweist. In diesem Fall können das Klimabediengerät, die zentrale Motorsteuerung und die Steuereinheit des motorisch betätigten mechanischen Antriebs des Leistungsschalters über dieses gemeinsame Kfz-interne Bussystem kommunizieren, welches beispielsweise als CAN-Bus ausgestaltet sein kann.
  • Weitere Vorteile ergeben sich, wenn der Leistungsschalter eine Überwachungsschaltung zur Überwachung einer korrekten Schaltfunktion umfasst, um etwaige Fehlfunktionen des Leistungsschalters erkennen und diese der zentralen Motorsteuerung melden zu können. Eine solche Überwachungsschaltung kann beispielsweise auf einen korrekten Betrieb des für den mechanischen Antrieb verwendeten Elektromotors empfindlich sein. Daneben kann z.B. auch der durch das vom erfindungsgemäßen Leistungsschalter betätigte Heizelement fließende Strom von der Überwachungsschaltung überwacht werden. Schließlich kann die Überwachungsschaltung auch eine ungestörte Bewegung des Kontaktstiftes längs seines Verschiebewegs W überwachen.
  • Ist das PTC-Modul der Klimaanlage mehrstufig ausgestaltet, so wird der zur Betätigung des PTC-Moduls verwendete Leistungsschalter vorteilhaft drei oder mehr Kontaktbuchsen aufweisen, die hintereinander längs des Verschiebewegs angeordnet sind. Auf diese Weise kann ein mehrstufiger Leistungsschalter realisiert werden, der selektiv ein oder zumindest zwei elektrische Heizelemente betätigen kann.
  • Besonders bevorzugt ist die Verwendung eines erfindungsgemäßen Leistungsschalters zum Schalten eines elektrischen Heizelements, wobei der Leistungsschalter hier zum Ein- bzw. Ausschalten des elektrischen Heizelements verwendet wird. Insbesondere geeignet ist der Leistungsschalter zum Ein- bzw. Ausschalten elektrischer Heizelemente, die in einem PTC-Modul einer Kfz- Klimaanlage angeordnet sind. Hier ergibt sich der besondere Vorteil, dass pro zu betätigendem Heizelement ein Relais in der zentralen Schaltbox ein Relais und eine Sicherung eingespart werden kann, wodurch kostbarer Bauraum in der Schaltbox eingespart werden kann.
  • Schließlich wird die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst durch eine elektrische Heizeinheit mit einem integrierten erfindungsgemäßen Leistungsschalter und zumindest einem elektrischen Heizelement, wobei der Leistungsschalter und das elektrische Heizelement mechanisch zu einer Baugruppe zusammengefasst sind. Besonders bevorzugt ist dabei, dass der Leistungsschalter in eine elektrische Heizeinheit integriert wird, die ein PTC-Modul umfasst, in welchem mehrere elektrische Heizelemente, insbesondere zwei oder drei Heizelemente, angeordnet sind. Da das PTC-Modul in der Regel unmittelbar an der Klimaanlage angeordnet ist, kann der Leistungsschalter auch im Innenraum der Klimaanlage, insbesondere im Innenraum der HVAC, angeordnet werden. Hierdurch ist eine effektive Kühlung des Leistungsschalters gewährleistet, wodurch der Leistungsschalter für niedrigere Umgebungstemperaturen ausgelegt werden kann, wodurch sich weitere Kostenvorteile ergeben.
  • Weitere Vorteile und Merkmale des erfindungsgemäßen Leistungsschalters, der erfindungsgemäßen Heizeinheit sowie der erfindungsgemäßen Verwendung eines Leistungsschalters ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie dem nun folgenden Ausführungsbeispiel, welches anhand der Zeichnung nachstehend näher erläutert wird. In dieser zeigen:
  • 1: eine schematische Darstellung eines PTC-Elements einer Klimaanlage im Motorraum eines Kraftfahrzeugs nach dem Stand der Technik in Aufsicht,
  • 2: eine elektrische Schaltskizze des PTC-Moduls der Klimaanlage aus 1.
  • 3: eine schematische Darstellung des Motorraums eines Kraftfahrzeugs mit einer Klimaanlage, welche mit einem PTC-Modul mit erfindungsgemäßem Leistungsschalter ausgestattet ist,
  • 4: eine schematische Darstellung des PTC-Moduls der Klimaanlage aus 3, und
  • 5: eine Schaltskizze des PTC-Moduls der Klimaanlage aus 3.
  • 3 zeigt den Motorraum eines Fahrzeugs, in dem eine Klimaanlage 100 mit einer elektrischen Zusatzheizeinrichtung in Form eines PTC-Moduls 40 angeordnet ist. Die Klimaanlage 100 wird vom Innenraum des Kraftfahrzeugs aus über ein Klimabediengerät 150 bedient, welches über das Kfz-interne CAN-Bussystem mit einem zentralen Motorsteuergerät 200 kommuniziert.
  • In das Klimabediengerät 150 ist die Klimaanlagensteuerung integriert, welche über den CAN-Bus vom Motorsteuergerät 200 für die Klimaanlagensteuerung relevante Messparameter übermittelt bekommt, wie beispielsweise die Innenraumtemperatur.
  • Die Klimaanlagensteuerung kommuniziert mit den in der Klimaanlage 100 vorhandenen Stelleinrichtungen ebenfalls über den CAN-Bus und steuert darüber die Klimaanlage 100 gemäß den Vorgaben des Benutzers des Kfz, welcher dieser über das Klimabediengerät 150 eingegeben hat, unter Berücksichtigung der vom Motorsteuergerät 200 empfangenen Messparameter.
  • In die Klimaanlage 100 ist eine elektrische Heizeinheit 1 integriert, welches ein PTC-Modul 40 und einen Leistungsschalter 10 umfasst. In das PTC-Modul 40 sind drei voneinander unabhängig betreibbare elektrische Heizelemente 42.1, 42.2 und 42.3 integriert. Der elektrische Leistungsschalter 10 ist dabei dazu vorgesehen, die elektrischen Heizelemente 42.1 bis 42.3 mit einer elektrischen Versorgungsspannung zu versorgen. Hierzu ist der Leistungsschalter 10 über eine Masselastleitung 50 und eine Versorgungsleitung 60 mit einer externen Spannungsquelle 250 verbunden, die in der Regel von der Kfz-Batterie gebildet wird. Dabei ist im gezeigten Ausführungsbeispiel eine ausreichend dimensionierte elektrische Sicherung 52 in die Masselastleitung 50 integriert.
  • Der Aufbau der in der Klimaanlage 100 angeordneten elektrischen Heizeinheit 1 ergibt sich nun aus 4. In der elektrischen Heizeinheit 1 ist ein PTC-Modul 40, welches drei voneinander unabhängige elektrische Heizelemente 42.1 bis 42.3 umfasst, und ein Leistungsschalter 10 zu einer mechanischen Einheit zusammengefasst. Der elektrische Leistungsschalter 10 umfasst die längs einer Achse Z geraden hintereinander angeordneten vier Kontaktbuchsen 30.0 bis 30.3, die koaxial mit der Achse Z angeordnet sind. In der Versorgungskontaktbuchse 30.0, welche mit der Versorgungsleitung 60 verbunden ist, ist ein zylindrischer Kontaktstift 20 angeordnet, welche eine Längsachse L aufweist. Der Kontaktstift 20 ist dabei in der Versorgungskontaktbuchse 30.0 in Richtung der Achse Z längs eines Verschiebewegs W verschieblich. In seiner ersten Extremposition, die aus 4 ersichtlich ist, greift der Kontaktstift 20 ausschließlich in die Versorgungskontaktbuchse 30.0 ein. Bewegt sich der Kontaktstift 20 längs seines Verschiebeweges 20, so kommt er nacheinander in Eingriff mit den weiteren Kontaktbuchsen 30.1 bis 30.3 und verbindet diese nacheinander mit der Versorgungskontaktbuchse 30.0. Die Kontaktbuchsen 30.1 bis 30.3 sind dabei jeweils mit einem ersten Anschluss der elektrischen Heizelemente 42.1 bis 42.3 verbunden. Deren zweiter elektrischer Anschluss ist dabei jeweils auf Masse gelegt und kontaktiert somit die Masselastleitung 50.
  • Wird der Kontaktstift 20 aus seiner in 4 gezeigten ersten Extremposition längs seines Verschiebewegs W bewegt, so verbindet er nacheinander den ersten Anschluss der elektrischen Heizelemente 42.1 bis 42.3 mit der Versorgungsleitung 60 und beaufschlagt damit die im PTC-Modul 40 enthaltenen elektrischen Heizelemente 42. bis 42.3 nacheinander mit ihrer Versorgungsspannung. Je nach Stellung des Kontaktstifts 20 längs seines Verschiebewegs W wird also entweder kein elektrisches Heizelement 42 des PTC-Moduls 40 betrieben, oder das erste elektrische Heizelement 42.1 alleine, oder das erste und das zweite elektrische Heizelement 42.1 und 42.2 gemeinschaftlich, oder alle drei elektrischen Heizelemente 42.1 bis 42.3 gemeinschaftlich betrieben.
  • Zur Bewegung des Kontaktstifts 20 längs seines Verschiebewegs W ist dabei ein mechanischer Antrieb 22 mit dem Kontaktstift 20 verbunden, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel von einem elektrischen Gleichstrommotor 24 gebildet wird, auf dessen Welle ein Zahnrad 26 angeordnet ist. Dieses greift in eine Zahnstange 28 ein, welche auf dem Kontaktstift 20 angebracht ist. Durch die Kombination von auf der Motorwelle angeordnetem Zahnrad 26 und Zahnstange 28 wird die Drehbewegung des Gleichstromelektromotors 24 in eine Translationsbewegung des Kontaktstifts 20 umgesetzt, so dass dieser mittels des Motors 24 längs seines Verschiebeweges W bewegt werden kann. Dabei ist es sinnvoll, die Bewegung des Kontaktstifts 20 längs seines Verschiebeweges W zu überwachen, beispielsweise um den Motor 24 abschalten zu können, sobald der Kontaktstift 20 seine jeweiligen Extremlagen erreicht hat, um eine Beschädigung des Motors 24 zu vermeiden. Darüber hinaus kann der Motorstrom des Motors 24 überwacht werden, um bei einer etwaigen Blockade des Kontaktstifts 20 eine Beschädigung des dann blockierten Motors 24 durch Überlastung zu vermeiden.
  • Anstelle eines Gleichstrom-Elektromotors kann auch ein elektrischer Schrittmotor oder ein sonstiger motorischer Antrieb verwendet werden, der dazu geeignet ist, eine Linearbewegung des Kontaktstifts 20 zu bewirken.
  • Darüber hinaus ist es sinnvoll, den in den einzelnen elektrischen Heizelementen 42.1 bis 42.3 des PTC-Moduls 40 fließenden elektrischen Strom in Abhängigkeit von der Schaltstellung des Leistungsschalters 10 zu erfassen. Fließt bei einer Stellung des Kontaktstifts 20, in der das erste elektrische Heizelement 42.1 mit der externen Spannungsquelle 250 verbunden sein sollte, kein oder kein ausreichender Strom durch das elektrische Heizelement 42.1, so ist dies ein Hinweis auf eine Fehlfunktion entweder des elektrischen Leistungsschalters 10 oder des elektrischen Heizelements 42.1, was zur Generierung eines Fehlersignals verwendet werden kann.
  • Vorzugsweise ist der Motor 24 des mechanischen Antriebs 22 des Leistungsschalters 10 ebenfalls mit einer Motorelektronik ausgestattet, welche über den Kfz-eigenen CAN-Bus mit der Klimaanlagensteuerung im Klimabediengerät 150 kommuniziert. Die Klimaanlagensteuerung generiert dabei die entsprechenden Stellsignale für die Motorsteuerung des Leistungsschalters 10, so dass der Kontaktstift 20 vom Motor 24 in die erforderliche Position bewegt wird.
  • Weitere Einzelheiten zum Kontaktstift 20 und zu den Kontaktbuchsen 30 ergeben sich aus der korrespondierenden deutschen Patentanmeldung zum Aktenzeichen DE 10 2006 015 502.5 derselben Anmelderin, deren Offenbarungsgehalt durch diese Bezugnahme vollumfänglich zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.
  • 5 zeigt schließlich die elektrische Verschaltung der in der Klimaanlage 100 verbauten elektrischen Heizeinheit 1, welche ein mehrelementiges PTC-Modul 40 und einen Leistungsschalter 10 mit integriertem mechanischen Antrieb 22 umfasst. Die im PTC-Modul 40 angeordneten elektrischen Heizelemente 42.1 bis 42.3 werden von der Bordbatterie als externe Spannungsquelle 250 über eine Masselastleitung 50, in der eine ausreichend dimensionierte Sicherung 52 angeordnet ist (typische Belastbarkeit: 100 Ampere), und über eine Versorgungsleitung 60 mit ihrer Versorgungsspannung versorgt. Die Klimaanlagensteuerung ist im Klimabediengerät 150 integriert, und kommuniziert über den Kfz-internen CAN-Bus 70 sowohl mit dem Motorsteuergerät 200 als auch mit der Motorsteuerung des im Leistungsschalter 10 integrierten Gleichstromelektromotors 24. Alternativ kann die im Klimabediengerät 150 enthaltene Klimaanlagensteuerung auch bereits eine Motorelektronik zur Ansteuerung des Motors 24 des Leistungsschalter 10 umfassen, und über Steuerleitungen mit dem Motor 24 zu dessen direkter Ansteuerung verbunden sein.
  • Ebenso können die in der Klimaanlage 100 enthaltenen Stellelemente über den CAN-Bus 70 mit der Klimaanlagensteuerung im Klimabediengerät 150 kommunizieren. Jedoch ist es genauso möglich, in der Klimaanlagensteuerung entsprechende Endstufen zur Ansteuerung der in der Klimaanlage 100 vorgesehenen Stellelemente auszubilden und diese über einzelne Steuerleitungen anzusprechen.
  • Für den Fachmann ist offensichtlich, dass es keinen Einfluss auf die Erfindung hat, ob die Klimaanlagensteuerung in das Klimabediengerät 150 oder in das Motorsteuergerät 200 integriert ist. Auch spielt es keine Rolle, ob die Klimaanlagensteuerung den mechanischen Antrieb 22 im Leistungsschalter 10 über ein digitales Bussystem anspricht oder über (analoge) Steuerleitungen.
  • Wie aus 5 ersichtlich ist, bietet die Verwendung eines erfindungsgemäßen Leistungsschalters 10 bzw. einer erfindungsgemäßen elektrischen Heizeinheit 1 in einer Klimaanlage 100 eines Kfz den Vorteil, dass entgegen der aus dem Stand der Technik vorbekannten Verschaltung und Betätigung über eine zentrale Schalt- und Sicherungsbox 300 eine Mehrzahl von Versorgungsleitungen 60 entfallen kann. Vorliegend wird nur eine Masselastleitung 50 und eine einzige Versorgungsleitung 60 benötigt, die beide ausreichend dimensioniert werden können. Darüber hinaus kann durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Leistungsschalters 10 eine gegenüber dem Stand der Technik deutlich verbesserte Stromtragfähigkeit des zur Betätigung der elektrischen Heizelemente 42.1 bis 42.3 benötigten elektrischen Schaltelemente erzielt werden, wodurch die Lebensdauer deutlich verbessert und ein störungsfreier Betrieb auch bei höchsten Umgebungstemperaturen sichergestellt werden kann. Schließlich bietet die Verwendung eines erfindungsgemäßen Heizelements 1 in der Klimaanlage 100 den Vorteil eines geräuschfreien Betriebs, wogegen die gemäß dem Stand der Technik in der zentralen Schaltbox vorzusehenden Hochlastrelais deutlich wahrnehmbare Schaltgeräusche verursachen. Hierdurch wird das NVH-Verhalten („Noise, Vibration, Harshness) des Fahrzeugs deutlich verbessert.
  • Die vorliegende Erfindung wurde am Beispiel eines elektrischen Heizelements mit integriertem Leistungsschalter erläutert, welches zur Integration in die Klimaanlage eines Kfz vorgesehen ist. Der erfindungsgemäße Leistungsschalter 10 eignet sich jedoch weiterhin für eine Vielzahl weiterer Anwendungen, die sich dem Fachmann aus seinen Eigenschaften, insbesondere seiner hohen Stromtragfähigkeit bei niedrigen Spannungen, unmittelbar erschließen. Der Schutz aus der vorliegenden Anmeldung soll sich auch auf diese Anwendungsbereiche des erfindungsgemäßen Leistungsschalters erstrecken.
  • 1
    el. Heizeinheit
    10
    Leistungsschalter
    20
    Kontaktstift
    22
    mechanischer Antrieb
    24
    Motor
    26
    Zahnrad
    28
    Zahnstange
    30.x
    Kontaktbuchse
    40
    PTC-Modul
    42.x
    el. Heizelement
    50
    Masselastleitung
    52
    Sicherung
    60
    Versorgungsleitung
    70
    CAN-Bus
    100
    Klimaanlage
    150
    Klimabediengerät
    200
    Motorsteuergerät
    250
    externe Spannungs
    quelle

Claims (13)

  1. Leistungsschalter (10) für den Niederspannungsbereich, mit a. einem Kontaktstift (20), und b. zumindest zwei Kontaktbuchsen (30), wobei c. der Kontaktstift (20) eine Längsachse L aufweist und längs eines Verschiebewegs W in Richtung seiner Längsachse L verschieblich angeordnet ist, und d. die Kontaktbuchsen (30) i. dazu ausgebildet sind, den Kontaktsstift (20) unter Ausbildung eines hochstromfesten elektrischen Kontakts in sich aufzunehmen, und ii. hintereinander längs des Verschiebewegs W angeordnet sind.
  2. Leistungsschalter (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktstift (20) einen Kupferhaltigen Kern aufweist, der an seiner Oberfläche mit einer korrosionsbeständigen abriebfesten Leitbeschichtung versehen ist.
  3. Leistungsschalter (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontaktbuchse (30) ein innen liegendes hyperbolisches Kontaktgitter (32) aufweist, welches dazu vorgesehen ist, den Kontaktstift (20) unter Ausbildung von einer Mehrzahl von Linienkontakten in sich aufzunehmen.
  4. Leistungsschalter (10) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktgitter (32) einen Kern aus einer Beryllium-Kupfer-Legierung aufweist.
  5. Leistungsschalter (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein motorisch betätigter mechanischer Antrieb (22) für den Kontaktstift (20) vorgesehen ist zum Verschieben des Kontaktstifts (20) längs des Wegs W.
  6. Leistungsschalter (10) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der motorisch betätigte mechanische Antrieb (22) einen Anschluss für Steuerleitungen von einer Motorsteuerung oder einem Klimasteuergerät aufweist.
  7. Leistungsschalter (10) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der motorisch betätigte mechanische Antrieb (22) eine Schnittstelle für ein Kfz-internes Bussystem aufweist.
  8. Leistungsschalter (10) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsschalter (10) eine Überwachungsschaltung zur Überwachung einer korrekten Schaltfunktion umfasst.
  9. Leistungsschalter (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass drei oder mehr Kontaktbuchsen (30) vorgesehen sind, die hintereinander längs des Verschiebewegs W angeordnet sind.
  10. Verwendung eines Leistungsschalters gemäß einem der vorstehenden Ansprüche zum Schalten eines elektrischen Heizelements, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsschalter (10) zum Ein- bzw. Ausschalten eines elektrischen Heizelements verwendet wird.
  11. Verwendung eines Leistungsschalters gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem elektrischen Heizelement um einen elektrischen Zusatzheizer einer Kfz-Klimaanlage handelt.
  12. Elektrische Heizeinheit mit integriertem Leistungsschalter mit a. einem Leistungsschalter (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, und b. zumindest einem elektrischen Heizelement (40), wobei c. Leistungsschalter (10) und elektrisches Heizelement (40) zu einer Baugruppe mechanisch zusammengefasst sind.
  13. Elektrische Heizeinheit gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass a. der Leistungsschalter (10) zumindest drei Schaltstufen aufweist, und b. zumindest zwei elektrische Heizelemente (40) vorgesehen sind.
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