DE102011113955A1 - Electrical switch mounted in e.g. motor car, has crank rod that is connected at ends of electric contacts respectively according to actuation of actuator unit such that both electric contacts are electrically interconnected with each other - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter, insbesondere einen elektrischen Schalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an electrical switch, in particular an electrical switch according to the preamble of claim 1.
Dieser Schalter kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug mit Elektroantrieb, insbesondere in einem Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug, als Sicherheitsschalter verwendet werden, um bei Bedarf, beispielsweise bei einem Unfall die elektrische Energiequelle durch Kurzschluss zu entladen. Als elektrische Energiequelle kommen üblicherweise Akkumulatoren, Brennstoffzellen, Generatoren und Kondensatoren sowie Kombinationen hieraus zum Einsatz. Um die Leistung, die Spannung und den Strom, die für den Elektroantrieb erforderlich sind, liefern zu können, werden beispielsweise mehrere Brennstoffzellen zu einem Brennstoffzellenstack zusammengeschaltet. Ein derartiger Brennstoffzellenstack kann beispielsweise mit 250 Brennstoffzellen eine Betriebsspannung von 167 V und einen Betriebsstrom von 540 A und beispielsweise mit 286 Brennstoffzellen einer Betriebsspannung von 191 V und einen Betriebsstrom von 470 A liefern. Der Entladestrom bei Kurzschluss ist zu Beginn sehr hoch, beispielsweise 2 kA bis 10 kA, und sinkt nach kurzer Zeit auf einen deutlich niedrigeren, aber immer noch hohen Wert, beispielsweise nach 200 ms auf ca. 600 A. Der Schalter muss also einen sehr hohen Schaltstrom aushalten und anschließend eine niederohmige Verbindung dauerhaft gewährleisten.This switch can be used, for example, in a motor vehicle with electric drive, in particular in an electric vehicle or hybrid vehicle, as a safety switch to discharge when needed, for example in an accident, the electrical energy source by short circuit. Batteries, fuel cells, generators and capacitors and combinations thereof are usually used as the source of electrical energy. In order to provide the power, the voltage and the current that are required for the electric drive, for example, several fuel cells are connected together to form a fuel cell stack. Such a fuel cell stack can provide for example with 250 fuel cells an operating voltage of 167 V and an operating current of 540 A and, for example, with 286 fuel cells of an operating voltage of 191 V and an operating current of 470 A. The discharge current at short circuit is very high at the beginning, for example, 2 kA to 10 kA, and decreases after a short time to a much lower, but still high value, for example, after 200 ms to about 600 A. The switch must therefore a very high Withstand switching current and then ensure a low-resistance connection permanently.
Die Druckschrift
Der zur Ladung nächstbenachbarte erste Stromleiterabschnitt weist ein im Gehäuse liegendes erstes Ende auf, das mit einer ersten Durchgangsbohrung versehen ist, die mit der Sacklochbohrung fluchtet und im Durchmesser gleich der Sacklochbohrung ist. Zwischen dem ersten Ende und der Ladung befindet sich das Stoßelement. Der zweite Stromleiterabschnitt ist dem ersten Stromleiterabschnitt benachbart angeordnet und weist ein in das Gehäuse eingetauchtes zweites Ende und darin eine zweite Durchgangsbohrung auf, die mit der ersten Durchgangsbohrung und damit mit der Sacklochbohrung fluchtet. Der dritte Stromleiterabschnitt ist auf der dem ersten Stromleiterabschnitt abgewandten Seite des zweiten Stromleiterabschnitts angeordnet und weist ein im Gehäuse befindliches drittes Ende mit einer dritten Durchgangsbohrung auf, die mit der ersten und der zweiten Durchgangsbohrung fluchtet und im Durchmesser gleich der Sacklochbohrung ist.The next adjacent to the charge first conductor section has a lying in the housing first end, which is provided with a first through hole, which is aligned with the blind hole and equal in diameter to the blind hole. Between the first end and the charge is the shock element. The second conductor portion is disposed adjacent the first conductor portion and has a second end immersed in the housing and a second through-bore therein that is aligned with the first through-hole and thus with the blind bore. The third conductor section is arranged on the side of the second conductor section facing away from the first conductor section and has a third end located in the housing with a third through-bore which is aligned with the first and the second through-hole and equal in diameter to the blind hole.
Das Überbrückungselement befindet sich zwischen dem ersten und dem zweiten Stromleiterabschnitt, ist in die erste und die zweite Durchgangsbohrung eingetaucht. Es gewährleistet also die elektrische Verbindung des ersten Stromleiterabschnitts mit dem zweiten Stromleiterabschnitt.The bridging member is located between the first and second conductor portions, is immersed in the first and second through holes. It thus ensures the electrical connection of the first conductor section with the second conductor section.
Bei Zündung der pyrotechnischen Ladung wird durch den Druck der entstehenden Verbrennungsgase eine Kraft auf das Stoßelement ausgeübt. Infolge davon bewegt das Stoßelement das Überbrückungselement aus der ersten Durchgangsbohrung heraus und durch die zweite Durchgangsbohrung hindurch, bis das zuvor in der zweiten Durchgangsbohrung befindliche Ende des Überbrückungselements in die dritte Durchgangsbohrung eingetaucht ist. In dieser Situation nach Zündung der Ladung ist nun der zweite Stromleiterabschnitt über das Überbrückungselement mit dem dritten Stromleiterabschnitt elektrisch verbunden. Das Stoßelement befindet sich nach Zündung zwischen dem ersten und dem zweiten Stromleiterabschnitt, ohne jedoch in die zweite Durchgangsbohrung eingetaucht zu sein. In dieser zweiten Durchgangsbohrung befindet sich vielmehr dasjenige stirnseitige Ende des Überbrückungselements, das vor Zündung in der ersten Durchgangsbohrung eingetaucht war.Upon ignition of the pyrotechnic charge, a force is exerted on the shock element by the pressure of the resulting combustion gases. As a result, the pushing member moves the lock-up member out of the first through-hole and through the second through-hole until the end of the lock-up member previously in the second through-hole is immersed in the third through-hole. In this situation after ignition of the charge, the second current conductor section is now electrically connected via the bridging element to the third current conductor section. The shock element is located after ignition between the first and the second conductor section, but without being immersed in the second through-hole. In this second through hole is rather that end face of the bridging element, which was immersed before ignition in the first through hole.
Dieses bekannte Schaltelement ist sehr aufwendig konstruiert und nur schlecht als Kurzschlussschalter geeignet, da das Überbrückungselement vor Zündung mit dem zweiten Stromleiterabschnitt elektrisch verbunden ist. Dadurch kann, beispielsweise durch Korrosion, mit der Zeit eine unbeabsichtigte feste Verbindung des Überbrückungselements mit dem zweiten Stromleiterabschnitt entstehen, die bei Zündung die Bewegung des Überbrückungselements verzögert oder gar verhindert.This known switching element is constructed very expensive and poorly suited as a short-circuit switch, since the bridging element is electrically connected to the second conductor section prior to ignition. As a result, for example, by corrosion, over time, an unintentional fixed connection of the bridging element with the second conductor section, which delays or even prevents the movement of the bridging element upon ignition.
Die Ausgabe der Erfindung besteht darin, einen elektrischen Schalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, der konstruktiv einfacher aufgebaut und besser als Kurzschlussschalter geeignet ist.The output of the invention is to provide an electrical switch according to the preamble of claim 1, which is constructed structurally simpler and better suited as a short-circuit switch.
Diese Aufgabe wird durch einen elektrischen Schalter gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.This object is achieved by an electrical switch according to claim 1. Further embodiments are described in the subclaims.
Die Erfindung schlägt einen elektrischen Schalter vor, umfassend
- – einen ersten elektrischen Kontakt, der eine erste Öffnung aufweist;
- – einen zweiten elektrischen Kontakt, der eine zweite Öffnung aufweist und mit Abstand zu dem ersten Kontakt angeordnet ist;
- – einen Schaltbolzen, der eine Ausgangsposition, in der er mit dem zweiten Kontakt nicht elektrisch leitend verbunden ist, und eine Endposition einnehmen kann, in der er in beiden Öffnungen sitzt und beide Kontakte elektrisch miteinander verbindet;
- – eine ansteuerbare Betätigungseinheit für den Schaltbolzen; wobei
- – der Schaltbolzen vor Ansteuern der Betätigungseinheit die Ausgangsposition und nach Ansteuern der Betätigungseinheit die Endposition einnimmt; wobei
- – der Schaltbolzen in der Ausgangsposition mit dem ersten Kontakt nicht elektrisch leitend verbunden ist.
- A first electrical contact having a first opening;
- A second electrical contact having a second opening and spaced from the first contact;
- - A switching pin, which can assume a starting position in which it is not electrically conductively connected to the second contact, and an end position in which it sits in both openings and electrically connects both contacts with each other;
- - A controllable actuator unit for the shift pin; in which
- - The switching pin before driving the actuator unit assumes the starting position and after driving the actuator unit, the end position; in which
- - The switching pin is not electrically connected in the initial position with the first contact.
Da der vorgeschlagene Schalter lediglich zwei Kontakte umfassen kann, ist der konstruktive Aufwand sehr gering. Außerdem ist der vorgeschlagene Schalter besonders gut als Kurzschlussschalter, beispielsweise für die elektrischen Energiequellen in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug, geeignet, da der Schaltbolzen in der Ausgangsposition sowohl mit dem zweiten als auch mit dem ersten Kontakt nicht elektrisch leitend verbunden ist. Dadurch wird das Entstehen einer unbeabsichtigten festen Verbindung des Schaltbolzens mit dem ersten oder zweiten Kontakt, beispielsweise durch Korrosion, vermieden.Since the proposed switch can only comprise two contacts, the design effort is very low. In addition, the proposed switch is particularly well suited as a short-circuit switch, for example, for the electrical energy sources in an electric or hybrid vehicle, since the switching pin is not electrically connected in the starting position with both the second and with the first contact. As a result, the emergence of an unintentional fixed connection of the switching pin with the first or second contact, for example by corrosion, is avoided.
Der Schaltbolzen kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise ein elektrisch leitendes Material, wie beispielsweise Kupfer, aufweisen, das einen Kern aus einem elektrisch nicht leitenden Material, wie beispielsweise Kunststoff, umgibt und so eine elektrisch leitende Oberfläche des Schaltbolzens bildet. Vorteilhafterweise besteht der Schaltbolzen aus einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise Kupfer.The switching pin may be formed as desired in any manner and, for example, an electrically conductive material, such as copper, which surrounds a core of an electrically non-conductive material, such as plastic, and thus forms an electrically conductive surface of the switching pin. Advantageously, the switching pin consists of an electrically conductive material, for example copper.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Hemmelement an dem ersten Kontakt und/oder zweiten Kontakt angebracht ist, das ein Lösen des Schaltbolzens aus der Endposition erschwert.In a preferred embodiment it is provided that an inhibiting element is attached to the first contact and / or second contact, which makes it difficult to release the switching pin from the end position.
Dieses Hemmelement bewirkt eine Selbsthemmung des vorgeschlagenen Schalters in der Endposition, da ein unbeabsichtigtes Lösen des Schaltbolzens von dem ersten und/oder dem zweiten Kontakt verhindert wird.This inhibiting element causes a self-locking of the proposed switch in the end position, since unintentional release of the switching pin is prevented by the first and / or the second contact.
Eine derartige Selbsthemmung kann auch durch dünnwandige, leitfähige Metalllamellen eines schichtartig aufgebauten ersten und/oder zweiten Kontakts erreicht werden.Such self-locking can also be achieved by thin-walled, conductive metal lamellae of a layered first and / or second contact.
Insbesondere können bei einem schichtweisen Aufbau des ersten und/oder zweiten Kontakts die Bohrungen der einzelnen Schichten einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen, so dass bei einem Durchschuss zumindest die Schicht mit dem kleinsten Durchmesser in Schussrichtung aufgestemmt wird und zu einer zusätzlichen Selbsthemmung führt.In particular, in the case of a layered construction of the first and / or second contact, the bores of the individual layers may have a different diameter, so that at least the layer with the smallest diameter in the weft direction is pierced during a penetration and leads to an additional self-locking.
Dieses Hemmelement ist vorzugsweise ein Ring oder Teilring, der an dem ersten Kontakt befestigt ist und radial einwärts in die erste Öffnung ragt.This retarder is preferably a ring or split ring secured to the first contact and projecting radially inwardly into the first opening.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass
- – der Schaltbolzen in der Ausgangsposition mit beiden Öffnungen fluchtet. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die beiden Öffnungen kreisrund sind;
- – der Durchmesser der ersten Öffnung größer als der Durchmesser der zweiten Öffnung ist;
- – der Schaltbolzen ein Kegel oder Kegelstumpf ist und sich in Richtung von der ersten Öffnung zur zweiten Öffnung verjüngt.
- - The switching pin in the starting position is aligned with both openings. In a further preferred embodiment it is provided that the two openings are circular;
- - The diameter of the first opening is greater than the diameter of the second opening;
- - The shift pin is a cone or truncated cone and tapers in the direction from the first opening to the second opening.
Dadurch kann ein selbstzentrierendes Kontaktsystem realisiert werden. Außerdem kann sich der Schaltbolzen gut in den beiden Öffnungen verteilen, wodurch ein unbeabsichtigtes Lösen erschwert wird.As a result, a self-centering contact system can be realized. In addition, the shift pin can be well distributed in the two openings, whereby unintentional loosening is difficult.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Betätigungseinheit eine elektrisch zündbare Treibladung aufweist.In a preferred embodiment, it is provided that the actuating unit has an electrically ignitable propellant charge.
Diese Treibladung bewirkt ein zuverlässiges, schnelles und kräftiges Schließen des Schalters.This propellant causes a reliable, fast and powerful closing of the switch.
Dabei kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass
- – der Schaltbolzen in seiner von der zweiten Öffnung abgewandten Stirnseite eine Sackbohrung aufweist;
- – die Treibladung vor Ansteuern der Betätigungseinheit in die Sackbohrung ragt.
- - The switching pin has a blind bore in its facing away from the second opening end face;
- - The propellant charge before driving the actuator unit projects into the blind hole.
Da hierdurch auf ein Stoßelement, wie es bei dem aus der Druckschrift
Bevorzugt ist durch geeignete Maßnahmen sichergestellt, dass keine unerwünschte elektrisch leitende Verbindung zwischen NV (Niedervolt-Bereich) und HV (Hochvolt-Bereich) vorhanden ist.It is preferably ensured by suitable measures that no unwanted electrically conductive connection between NV (low-voltage range) and HV (high-voltage range) is present.
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Die daraus hervorgehenden einzelnen Merkmale sind jedoch nicht auf die einzelnen Ausführungsformen beschränkt, sondern können mit weiter oben beschriebenen einzelnen Merkmalen und/oder mit einzelnen Merkmalen anderer Ausführungsformen verbunden werden. Die Einzelheiten zu den Zeichnungen sind nur erläuternd, nicht aber beschränkend auszulegen. Die in den Ansprüchen enthaltenen Bezugszeichen sollen den Schutzbereich der Erfindung in keiner Weise beschränken, sondern verweisen lediglich auf die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen. Die Zeichnungen zeigen in: Exemplary embodiments of the invention will be explained in more detail below with reference to the attached drawings. However, the individual features resulting therefrom are not limited to the individual embodiments, but can be combined with individual features described above and / or with individual features of other embodiments. The details of the drawings are to be interpreted as illustrative, but not restrictive. The reference signs contained in the claims are not intended to limit the scope of the invention in any way, but merely refer to the embodiments shown in the drawings. The drawings show in:
In den
Bei dieser ersten Ausführungsform sind die beiden Öffnungen
Bei dieser ersten Ausführungsform weist der Schaltbolzen
In einer nicht dargestellten Ausführungsform weist der elektrische Schalter
In der
In der
Durch Ansteuern der Betätigungseinheit
In den
Bei dieser zweiten Ausführungsform ist ein Hemmelement
Wenn der Schaltbolzen
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- elektrischer Schalterelectrical switch
- 1111
- erster Kontaktfirst contact
- 1212
- erste Öffnungfirst opening
- 1313
- zweiter Kontaktsecond contact
- 1414
- zweite Öffnungsecond opening
- 1515
- Schaltbolzenswitching pin
- 1616
- Betätigungseinheitoperating unit
- 1717
- erste Stirnseitefirst end face
- 1818
- zweite Stirnseitesecond end face
- 1919
- Sackbohrungblind hole
- 2020
- Treibladungpropellant
- 2121
- Hemmelement (optional)Inhibiting element (optional)
- D1, D2D1, D2
- Durchmesserdiameter
- d1, d2d1, d2
- Durchmesserdiameter
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 19712387 B4 [0003, 0023] DE 19712387 B4 [0003, 0023]
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Legal Events
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|
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