DE102012106242A1 - Switching device for use in circuit breaker for e.g. opening load circuit in electric car, has switching contact surfaces aligned inclined to closing direction under contact angle ranging between specific values - Google Patents

Switching device for use in circuit breaker for e.g. opening load circuit in electric car, has switching contact surfaces aligned inclined to closing direction under contact angle ranging between specific values Download PDF

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Thomas Hähnel
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Abstract

The device (1) has switching contact surfaces (21a, 21b) transferrable from an open position (O) into a closing position in a closing direction (S). The switching contact surfaces are held at a distance from counter contact surfaces (31a, 31b) of a switching contact arrangement (2) in the open position, and electrically conductively lie at the counter contact surfaces in the closing position. The switching contact surfaces are aligned inclined to the closing direction under a contact angle (alpha) ranging between 40 degrees and 50 degrees, preferably 45 degrees. An independent claim is also included for a method for switching a load circuit in an electric vehicle.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung zum Öffnen und Schließen eines Laststromkreises, insbesondere in einem Elektrofahrzeug, mit wenigstens einer in einer Schließrichtung von einer Offenstellung in einer Schließstellung überführbaren Schaltkontaktfläche, die in der Offenstellung von einer Gegenkontaktfläche der Schaltvorrichtung beabstandet gehalten ist und in Schließstellung elektrisch leitend an der Gegenkontaktfläche anliegt. The present invention relates to a switching device for opening and closing a load circuit, in particular in an electric vehicle, having at least one switchable in a closing direction from an open position in a closed switching contact surface, which is held in the open position spaced from a mating contact surface of the switching device and electrically conductive in the closed position abuts against the mating contact surface.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Schalten eines Laststromkreises, insbesondere in einem Elektrofahrzeug, wobei wenigstens eine Schaltkontaktfläche in einer Schaltrichtung von einer Offenstellung in eine Schließstellung überführt und elektrisch leitend in Kontakt mit einer Gegenkontaktfläche gebracht wird. Furthermore, the invention relates to a method for switching a load circuit, in particular in an electric vehicle, wherein at least one switching contact surface is transferred in a switching direction from an open position to a closed position and brought into electrical contact with a mating contact surface.

Schaltvorrichtungen und Verfahren der vorbenannten Art zum Schalten von Laststromkreisen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie werden beispielsweise in Elektrofahrzeugen dazu verwendet, um eine Batterie bzw. einen Akkumulator eines Elektrofahrzeuges bei Nichtgebrauch von den Verbrauchern zu trennen bzw. den Laststromkreis zu öffnen und damit das Bordnetz von der Batterie bzw. dem Akkumulator zu trennen. Die Schaltvorrichtungen sind Teil von Leistungsschaltern, bei denen es sich im Regelfall um Schütze handelt. Switching devices and methods of the aforementioned type for switching load circuits are known from the prior art. They are used for example in electric vehicles to disconnect a battery or a rechargeable battery of an electric vehicle when not in use by the consumers or to open the load circuit and thus to disconnect the electrical system from the battery or the accumulator. The switching devices are part of circuit breakers, which are usually Sagittarius.

Insbesondere in Elektroautomobilen können aufgrund eines relativ geringen Innenwiderstandes der Batterien bzw. Akkumulatoren sehr hohe Kurzschlussströme im Fehlerfall eines Bauteils auftreten. So kann ein regulärer maximaler Laststrom beispielsweise um die 200 A betragen, wohingegen ein Kurzschlussstrom 5000–9000 A betragen kann. Ströme in dieser Größenordnung erfordern in einem konventionellen Aufbau der eingangs genannten Schaltvorrichtung bzw. in konventionellen Verfahren zum Schalten von Laststromkreisen sehr große Zuhaltekräfte. Especially in electric vehicles can occur due to a relatively low internal resistance of the batteries or accumulators very high short-circuit currents in case of failure of a component. For example, a regular maximum load current can be around 200 A, whereas a short-circuit current can be 5000-9000 A. Currents of this magnitude require in a conventional structure of the switching device mentioned above or in conventional methods for switching load circuits very large locking forces.

Die großen Zuhaltekräfte sind bei Hochstromanwendungen wegen der dabei auftretenden Kontaktabstoßung erforderlich. Die Kontaktabstoßung resultiert daraus, dass die zur Berührstelle eines Schaltkontaktes mit einem Gegenkontakt zulaufenden Strompfade sich an die aus der Berührstelle entfernenden Strompfade des Gegenkontaktes koppeln. Eine daraus resultierende repulsive Kraft ist in quadratischer Ordnung abhängig vom geführten Strom und lässt sich nach folgender Formel berechnen: FR = 4,45·10–7·I2[N/A2]. The large locking forces are required for high current applications because of the contact rejection that occurs. The contact rejection results from the fact that the current paths to the contact point of a switching contact with a mating contact are coupled to the current paths of the mating contact which are removed from the contact point. A resulting repulsive force is in quadratic order depending on the guided current and can be calculated according to the following formula: F R = 4.45 x 10 -7 x I 2 [N / A 2 ].

Die repulsive Kraft FR vervielfacht sich entsprechend der Anzahl der verwendeten Schließkontakte. Es ist beispielsweise für gedoppelte Kontaktanordnungen eine doppelte repulsive Kraft zu berücksichtigen. The repulsive force F R multiplies according to the number of contacts used. For example, for dual contact arrangements, a double repulsive force has to be considered.

Zusätzlich zur repulsiven Kraft können weitere strominduzierte Kräfte auftreten. So können beispielsweise die Anschlüsse einer zwei symmetrisch zueinander angeordnete Schaltkontakte aufweisenden Kontaktbrücke eine nahezu geschlossene Leiterschleife bilden, die durch den Stromfluss auseinandergetrieben wird. Aus dieser Leiterschleife können sogenannte Brückenkräfte FB resultieren. In addition to the repulsive force, other current-induced forces can occur. Thus, for example, the terminals of a contact bridge having two symmetrically arranged switching contacts can form a virtually closed conductor loop, which is driven apart by the current flow. From this conductor loop so-called bridge forces F B can result.

Folglich ergibt sich beispielsweise für eine Brücke mit zwei symmetrischen Schaltkontakten mit sich senkrecht zur Schließrichtung erstreckenden Kontaktflächen eine gesamte Abstoßungskraft FR,Gesamt aus der folgenden Formel: FR,Gesamt = 2·FR + FB. →FR,Gesamt ≈ I2·1,4·10–6[N/A2]. Consequently, for example, for a bridge with two symmetrical switch contacts with contact surfaces extending perpendicularly to the closing direction, a total repulsive force F R, overall, results from the following formula: F R , total = 2 * F R + F B. → F R, total ≈ I 2 · 1.4 · 10 -6 [N / A 2 ].

Bei einem maximalen Strom von 9000 A ergibt sich aus der oben genannten Formel zur Näherung der gesamten repulsiven Kraft beispielsweise eine notwendige minimale Schließkraft von ca. 113,4 N. Derart hohe Schließkräfte können beispielsweise im Fall von Schaltvorrichtungen mit kleiner bis mittlerer Dauerstromtragfähigkeit für Elektrofahrzeuge derzeit nicht ökonomisch bereitgestellt werden. At a maximum current of 9000 A, the above-mentioned formula for approximating the total repulsive force results, for example, in a necessary minimum closing force of approximately 113.4 N. Such high closing forces can currently be achieved, for example in the case of switching devices with low to medium continuous current carrying capacity for electric vehicles not be provided economically.

Der vorliegenden Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, insbesondere bei Schaltvorrichtungen zum Schließen von Laststromkreisen in Hochstromanwendungen, wie beispielsweise in Elektrofahrzeugen, die Schließkräfte zu verringern. The present invention is therefore based on the object, in particular in switching devices for closing load circuits in high-current applications, such as in electric vehicles, to reduce the closing forces.

Diese Aufgabe wird für die eingangs genannte Schaltvorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die wenigstens eine Kontaktfläche unter einem Kontaktwinkel schräg zur Schließrichtung ausgerichtet ist. This object is achieved according to the invention for the switching device mentioned above in that the at least one contact surface is aligned obliquely to the closing direction at a contact angle.

In einem eingangs genannten Verfahren wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die wenigstens eine Schaltkontaktfläche unter einem Kontaktwinkel schräg zur Schaltrichtung in Kontakt mit der Gegenkontaktfläche gebracht wird. In a method mentioned above, the object is achieved in that the at least one switching contact surface is brought at a contact angle obliquely to the switching direction in contact with the mating contact surface.

Durch diese überraschend einfache Lösung kann die Richtung der repulsiven Kraft von der im Wesentlichen parallel zur Schließrichtung wirkenden Schließkraft zum Zusammenführen bzw. Zusammenhalten von wenigstens einem Schaltkontakt und Gegenkontakt entkoppelt werden. Dazu kann beispielsweise ein die wenigstens eine Kontaktfläche tragender Kontaktträger abgeknickt werden. Die neue Schließkraft pro Kontakt ist somit um den Faktor des Kosinus vom Kontaktwinkel verringert: FS,neu = FS·cos(α), wobei FS,Neu gleich die erfindungsgemäß geminderte Schließkraft, FS gleich die minimal notwendige Schließkraft zum Kompensieren der repulsiven Kraft und wobei α den Kontaktwinkel darstellt. As a result of this surprisingly simple solution, the direction of the repulsive force can be decoupled from the closing force acting essentially parallel to the closing direction for bringing together or holding together at least one switching contact and mating contact. For this purpose, for example, a contact carrier carrying at least one contact surface can be bent. The new closing force per contact is thus reduced by the factor of the cosine from the contact angle: F s, new = F s · cos (α), where F S, New equal to the inventively reduced closing force, F S equal to the minimum necessary closing force to compensate for the repulsive force and where α represents the contact angle.

Als weiteren Vorteil vermindert die erfindungsgemäße Lösung das sogenannte Einschaltprellen, das auftreten kann, wenn die wenigstens eine Schaltkontaktfläche beim Schließen auf der Gegenkontaktfläche auftrifft und von dieser zurückgeworfen wird. Somit führt eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung zu einer Verminderung von Schaltgeräuschen und Beschädigungen der Schaltkontakte aufgrund des Einschaltprellens gegenüber bislang gängigen bzw. aus dem Stand der Technik bekannten Schaltvorrichtungen. As a further advantage, the solution according to the invention reduces the so-called switch-on bounce, which can occur when the at least one switch contact surface strikes the countercontact surface during closing and is reflected by it. Thus, a switching device according to the invention leads to a reduction of switching noise and damage to the switching contacts due to the Einschaltprellens compared to previously known or known from the prior art switching devices.

Die erfindungsgemäße Lösung kann durch die folgenden weiteren, jeweils für sich vorteilhaften Ausführungsformen beliebig ergänzt und weiter verbessert werden:
Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltkontaktanordnung kann der Kontaktwinkel zwischen 40° und 50° betragen. In diesem Bereich des Kontaktwinkels kann ein Kompromiss zwischen erfindungsgemäßer Minderung der Schaltkräfte und durch den Kontaktwinkel hervorgerufenen Reibungskräften, die beim translatorischen und/oder rotatorischen Öffnen und Schließen zwischen Schaltkontaktfläche und Gegenkontaktfläche auftreten können, gefunden werden. Der Kontaktwinkel kann im Wesentlichen 45° betragen.
The solution according to the invention can be optionally supplemented and further improved by the following further, respectively advantageous embodiments:
According to a first advantageous embodiment of a switching contact arrangement according to the invention, the contact angle can be between 40 ° and 50 °. In this range of the contact angle, a compromise between inventive reduction of the switching forces and caused by the contact angle friction forces that can occur during translational and / or rotational opening and closing between the switch contact surface and mating contact surface can be found. The contact angle can be substantially 45 °.

Wenigstens eine weitere Schaltkontaktfläche kann spiegelsymmetrisch zur wenigstens einen Schaltkontaktfläche angeordnet sein. In anderen Worten können wenigstens zwei Kontaktflächen zumindest in einer Projektion quer zur Schaltrichtung sich bezüglich einer im Wesentlichen parallel zur Schaltrichtung verlaufenden Mittelachse der Schaltkontaktanordnung spiegelsymmetrisch gegenüberliegend angeordnet sein. So können durch die schräge Anordnung der wenigstens einen Schaltkontaktfläche auftretende Querkräfte, die quer zur Schaltrichtung verlaufen, kompensiert werden. At least one further switching contact surface can be arranged mirror-symmetrically to the at least one switching contact surface. In other words, at least two contact surfaces, at least in a projection transversely to the switching direction, can be arranged mirror-symmetrically opposite one another with respect to a central axis of the switching contact arrangement extending essentially parallel to the switching direction. Thus, due to the oblique arrangement of the at least one switching contact surface occurring transverse forces that extend transversely to the switching direction can be compensated.

Die wenigstens eine Schaltkontaktfläche kann von der im Wesentlichen parallel zur Schaltrichtung verlaufenden Mittelachse der Schaltvorrichtung weg weisen. Somit kann die Gegenkontaktfläche in Richtung der Mittelachse weisen. Insbesondere bei einer Vielzahl von Schaltkontakt- und Gegenkontaktflächen können so auf einen Schaltkontaktträger wirkende Kräfte bzw. Biegemomente im Bereich der Mittelachse kompensiert werden. The at least one switching contact surface can point away from the central axis of the switching device extending substantially parallel to the switching direction. Thus, the mating contact surface can point in the direction of the central axis. In particular, in the case of a large number of switching contact and mating contact surfaces, forces or bending moments acting on a switching contact carrier in the region of the central axis can thus be compensated.

Die Schaltkontaktfläche kann an einem Schaltkontakt ausgeformt sein, der in Schaltrichtung von einem den Schaltkontakt tragenden Schaltkontaktträger vorspringt. Somit kann der wenigstens eine Schaltkontakt zumindest abschnittsweise als Lichtbogenfußpunktfalle fungieren, durch die der Fußpunkt eines Schaltlichtbogens fixiert wird, so dass unabhängig von der übrigen Gestaltung der Schaltkontaktanordnung ein Auswandern des Schaltlichtbogens verhindert wird. Der Schaltlichtbogen kann somit ruhiger brennen. Eine derartige Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Schaltkontaktanordnung kann schon bei zu schaltenden Spannungen von ca. 12 V von Vorteil sein, ab denen ein Schaltlichtbogen zwischen Schaltkontakt und Gegenkontakt auftreten kann. The switching contact surface may be formed on a switching contact, which protrudes in the switching direction of a contact carrier carrying the switching contact. Thus, the at least one switching contact at least partially function as Lichtbogenfußpunktfalle, by which the base of a switching arc is fixed, so that regardless of the rest of the design of the switching contact arrangement, an emigration of the switching arc is prevented. The switching arc can burn more quietly. Such a configuration of a switching contact arrangement according to the invention can be advantageous even at voltages of about 12 V to be switched, from which a switching arc between the switching contact and the mating contact can occur.

Ein Randbereich der Schaltkontaktfläche kann eine Lichtbogenfußpunktfalle zum Fixieren eines Lichtbogenfußpunktes ausbilden. So kann der Randbereich von einer Ecke, Kante und/oder einem Vorsprung des Schaltkontaktes ausgebildet sein. So wird beispielsweise der Schaltlichtbogenfußpunkt an spitzen Strukturen stabiler fixiert als auf gekrümmten bzw. stumpfen Vorsprüngen. An edge region of the switch contact surface may form an arc base trap for fixing an arc root. Thus, the edge region of a corner, edge and / or a projection of the switching contact may be formed. Thus, for example, the switching arc root is fixed more stable on sharp structures than on curved or blunt projections.

Ein Laststrompfad kann zumindest in der Schließstellung ein Haltemagnetfeld erzeugen, das eine zumindest parallel zur Schaltrichtung verlaufende Haltekraft ausübt, die zumindest in der Schließstellung eine Schließkraft erhöht, welche die wenigstens eine Schaltkontaktfläche an die Gegenkontaktfläche drückt. Somit lassen sich Schließkräfte weiter reduzieren, indem die vom Haltemagnetfeld erzeugten Haltekraft die wenigstens eine Schaltkontaktfläche an die Gegenkontaktfläche zieht und damit die von einem Antrieb für die Schaltkontaktanordnung aufzubringenden Kräfte zur Erreichung und Aufrechterhaltung der notwendigen Schließkraft vermindert werden. At least in the closed position, a load current path can generate a holding magnetic field which exerts a holding force extending at least parallel to the switching direction, which increases a closing force, which presses the at least one switching contact surface against the mating contact surface, at least in the closed position. Thus, closing forces can be further reduced by the holding force generated by the holding magnetic field pulls the at least one switching contact surface against the mating contact surface and thus the forces to be applied by a drive for the switching contact arrangement to achieve and maintain the necessary closing force can be reduced.

Analog lässt sich das eingangs genannte Verfahren dadurch weiter verbessern, dass zumindest in der Schließstellung die wenigstens eine Schaltkontaktfläche zumindest teilweise durch ein von einem Laststrompfad erzeugtes Haltemagnetfeld an die Gegenkontaktfläche gedrückt wird. Der Laststrompfad kann Teil eines vom wenigstens einen Schaltkontakt geschlossenen Laststromkreis sein. Similarly, the method mentioned at the outset can be further improved in that, at least in the closed position, the at least one switching contact surface is pressed against the mating contact surface at least partially by a holding magnetic field generated by a load current path. The load current path may be part of a load circuit closed by the at least one switching contact.

Die obigen Ausführungen zu erfindungsgemäßen Schaltvorrichtungen begründen einzeln und in Kombination jeweils Verfahrensschritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schalten eines Laststromkreises bzw. zum Schließen und Zusammenhalten von Schaltkontakt und Gegenkontakt. Ein Fachmann wird also erkennen, dass bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Schalten und Zusammenhalten von Schaltkontakt und Gegenkontakt die oben genannten Vorrichtungsmerkmale einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung jeweils in Form von Verfahrensschritten zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet bzw. umformuliert werden können. The above statements on switching devices according to the invention justify, individually and in combination, respective method steps of a method according to the invention for switching a load circuit or for closing and holding together switching contact and mating contact. A person skilled in the art will therefore recognize that in a method according to the invention for switching and holding together switching contact and mating contact, the abovementioned device features of a switching device according to the invention are each in the form of method steps for executing a inventive method can be used or reformulated.

Im Folgenden ist die Erfindung anhand einer Ausführungsform mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Die Ausführungsform stellt lediglich eine mögliche Ausgestaltung dar, bei der einzelne Merkmale, wie oben beschrieben ist, unabhängig voneinander realisiert und weggelassen werden können. In der Beschreibung der Ausführungsform sind der Einfachheit halber gleiche Merkmale und Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen. In the following the invention with reference to an embodiment with reference to the accompanying drawings is explained in more detail by way of example. The embodiment represents only one possible embodiment, in which individual features, as described above, can be implemented and omitted independently of each other. In the description of the embodiment, the same features and elements are provided with the same reference numerals for the sake of simplicity.

Es zeigen: Show it:

1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung in einer Schließstellung; und 1 a schematic side view of a switching device according to the invention in a closed position; and

2 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung in einer Offenstellung. 2 a schematic side view of a switching device according to the invention in an open position.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung 1 in einem Schließzustand C. Die Schaltvorrichtung 1 umfasst eine Schaltkontaktanordnung 2, eine Gegenkontaktanordnung 3, einen Schaltkontaktträger 4 und eine Antriebseinheit 5. 1 shows a switching device according to the invention 1 in a closed state C. The switching device 1 includes a switch contact arrangement 2 , a mating contact arrangement 3 , a switch contact carrier 4 and a drive unit 5 ,

Die Schaltkontaktanordnung 2 umfasst einen ersten Schaltkontakt 20a und einen zweiten Schaltkontakt 20b. Der erste Schaltkontakt 20a und der weitere Schaltkontakt 20b bilden jeweils eine im Wesentlichen planare erste Schaltkontaktfläche 21a bzw. eine weitere Schaltkontaktfläche 21b aus. Die Schaltkontaktflächen 21a, 21b liegen im Wesentlichen bündig an von Gegenkontakten 30a bzw. 30b der Gegenkontaktanordnung 3 ausgebildeten Gegenkontaktflächen 31a bzw. 31b an. The switch contact arrangement 2 includes a first switching contact 20a and a second switching contact 20b , The first switching contact 20a and the other switching contact 20b each form a substantially planar first switching contact surface 21a or another switching contact surface 21b out. The switching contact surfaces 21a . 21b are essentially flush with mating contacts 30a respectively. 30b the mating contact arrangement 3 trained mating contact surfaces 31a respectively. 31b at.

Die Gegenkontakte 30a, 30b sind von jeweiligen Gegenkontaktträgern 32a, 32b im Wesentlichen bewegungsstarr, also wenigstens relativ zur Antriebseinheit 5 ortsfest gehalten. Der erste Gegenkontaktträger 32a und der weitere Gegenkontaktträger 32b umfassen einen ersten Halteabschnitt 33a bzw. einen weiteren Halteabschnitt 33b, die zur elektrischen Anbindung der Gegenkontaktanordnung 3 mit außerhalb der Schaltvorrichtung 1 angeordneten elektrischen Verbindungsmitteln (nicht gezeigt) dienen. An den ersten Halteabschnitt 33a und den weiteren Halteabschnitt 33b schließt sich ein erster Gegenkontaktbefestigungsabschnitt 43a bzw. ein weiterer Gegenkontaktbefestigungsabschnitt 34b an. Der erste und der weitere Gegenkontaktbefestigungsabschnitt 34a, 34b sind vom ersten bzw. weiteren Halteabschnitt 33a, 33b unter einem Knickwinkel β (siehe 2) abgeknickt, der im Wesentlichen 90° abzüglich eines Kontaktwinkels α (siehe 2) beträgt. The mating contacts 30a . 30b are from respective mating contact carriers 32a . 32b essentially rigid, ie at least relative to the drive unit 5 kept stationary. The first mating contact carrier 32a and the other mating contact carrier 32b comprise a first holding section 33a or another holding section 33b , for electrical connection of the mating contact arrangement 3 with outside the switching device 1 arranged electrical connection means (not shown) are used. To the first holding section 33a and the other holding section 33b closes a first mating contact attachment section 43a or another Gegenkontaktbefestigungsabschnitt 34b at. The first and the further mating contact attachment section 34a . 34b are from the first or further holding section 33a . 33b at a bending angle β (see 2 ), which is substantially 90 ° less a contact angle α (see 2 ) is.

Der Schaltkontaktträger 4 umfasst einen ersten Brückenabschnitt 40a und einen weiteren Brückenabschnitt 40b, die einen ersten Schaltkontaktbefestigungsabschnitt 41a bzw. einen weiteren Schaltkontaktbefestigungsabschnitt 41b tragen. Der erste Schaltkontaktbefestigungsabschnitt 41a und der weitere Schaltkontaktbefestigungsabschnitt 41b sind gegenüber dem ersten Brückenabschnitt 40a bzw. dem weiteren Brückenabschnitt 40b jeweils um den Knickwinkel β angewinkelt, so dass die erste Schaltkontaktfläche 21a und die weitere Schaltkontaktfläche 21b jeweils unter dem Kontaktwinkel α zur Schließrichtung S ausgerichtet sind. Ein Schaft 42 des Schaltkontaktträgers 4 stützt den ersten Brückenabschnitt 40a sowie den weiteren Brückenabschnitt 40b und ist parallel zur Schließrichtung S beweglich in der Antriebseinheit 5 aufgenommen. The switch contact carrier 4 includes a first bridge section 40a and another bridge section 40b comprising a first switch contact attachment portion 41a or another switching contact attachment section 41b wear. The first switch contact fixing portion 41a and the other switch contact attachment portion 41b are opposite the first bridge section 40a or the further bridge section 40b each bent by the bending angle β, so that the first switching contact surface 21a and the other switching contact surface 21b are each aligned at the contact angle α to the closing direction S. A shaft 42 of the switch contact carrier 4 supports the first bridge section 40a and the other bridge section 40b and is movable parallel to the closing direction S in the drive unit 5 added.

Die Antriebseinheit 5 ist dazu ausgestaltet, eine in Schaltrichtung S wirkende Schließkraft FS auf den Schaft 42 auszuüben, um den Schaltkontaktträger 4 samt der Schaltkontaktanordnung 2 auf die Gegenkontaktanordnung 3 zu zu bewegen und die Schaltkontaktflächen 21a, 21b mit den Gegenkontaktflächen 31a, 31b zusammenzuführen. Die Antriebseinheit 5 kann einen hydraulischen, pneumatischen und/oder elektromagnetischen Antrieb beinhalten, der dazu geeignet ist, die Schließkraft FS aufzubringen. The drive unit 5 is designed to a acting in the switching direction S closing force F S on the shaft 42 exercise the switch contact carrier 4 including the switch contact arrangement 2 on the mating contact arrangement 3 to move and the switch contact surfaces 21a . 21b with the mating contact surfaces 31a . 31b merge. The drive unit 5 may include a hydraulic, pneumatic and / or electromagnetic drive, which is adapted to apply the closing force F S.

Die Schaltvorrichtung 1 ist im Wesentlichen spiegelsymmetrisch zu einer längs durch den Schaft 42 hindurch verlaufenden Mittelachse M der Schaltvorrichtung 1 aufgebaut. Das heißt, der erste Schaltkontakt 20a mit der ersten Schaltkontaktfläche 21a, der erste Gegenkontakt 30a mit der ersten Gegenkontaktfläche 31a, der erste Gegenkontaktträger 32a, der erste Halteabschnitt 33a, der erste Gegenkontaktbefestigungsabschnitt 34a, der erste Brückenabschnitt 40a und der erste Schaltkontaktbefestigungsabschnitt 41a sind bezüglich der Mittelachse M wenigstens in einer Projektion quer zur Schaltrichtung S im Wesentlich bezüglich der Mittelachse M spiegelsymmetrisch zum weiteren Schaltkontakt 20b mit der weiteren Schaltkontaktfläche 21b, zum weiteren Gegenkontakt 30b mit der weiteren Gegenkontaktfläche 31b, zum weiteren Gegenkontaktträger 32b, weiteren Halteabschnitt 33b, weiteren Gegenkontaktbefestigungsabschnitt 34b, weiteren Brückenabschnitt 40b bzw. weiteren Schaltkontaktbefestigungsabschnitt 41b aufgebaut. Die Mittelachse M verläuft im Wesentlichen parallel zu einer in Schaltrichtung S weisenden Höhenrichtung Y der Schaltkontaktanordnung 1 sowie quer zu einer Seitrichtung X der Schaltkontaktanordnung 1. Die Schaltrichtung S sowie die Schließkraft FS verlaufen im Wesentlichen in Höhenrichtung Y. Die Brückenkraft FB verläuft im Wesentlichen entgegen der Höhenrichtung Y. The switching device 1 is essentially mirror-symmetrical to a longitudinally through the shaft 42 passing through the center axis M of the switching device 1 built up. That is, the first switching contact 20a with the first switching contact surface 21a , the first counter contact 30a with the first mating contact surface 31a , the first mating contact carrier 32a , the first holding section 33a , the first mating contact fixing portion 34a , the first bridge section 40a and the first switch contact fixing portion 41a with respect to the central axis M at least in a projection transversely to the switching direction S substantially with respect to the central axis M mirror symmetry to the other switching contact 20b with the further switching contact surface 21b , to the other counter contact 30b with the further mating contact surface 31b , to the other mating contact carrier 32b , another holding section 33b , another mating contact attachment section 34b , further bridge section 40b or further switching contact attachment section 41b built up. The central axis M runs essentially parallel to a height direction Y of the switching contact arrangement facing in the switching direction S. 1 and transverse to a side direction X of the switch contact arrangement 1 , The switching direction S and the closing force F S extend essentially in the vertical direction Y. The bridge force F B runs substantially counter to the height direction Y.

In der in 1 gezeigten Schließstellung C fließt ein erster Strom Ia zwischen dem ersten Schaltkontakt 20a und dem ersten Gegenkontakt 30a sowie ein weiterer Strom Ib zwischen dem weiteren Schaltkontakt 20b und dem weiteren Gegenkontakt 30b. Beispielsweise kann der erste Strom Ia in die Schaltvorrichtung 1 hinein – und der weitere Strom Ib aus dieser herausfließen. Somit können der erste und der weitere Strom Ia, Ib jeweils einem die Schaltvorrichtung 1 durchfließenden Gesamtstrom I entsprechen. Der erste Strom Ia und der weitere Strom Ib verursachen eine erste repulsive Kraft FR,a bzw. eine weitere repulsive Kraft FR,b, die jeweils senkrecht von der ersten und weiteren Schaltkontaktfläche 21a, 21b bzw. ersten und weiteren Gegenkontaktfläche 31a, 31b weg gerichtet und damit zumindest mit ihren jeweiligen entgegen der Schaltrichtung S gerichteten Kraftvektoranteilen bestrebt sind, die Schaltkontaktanordnung 2 entgegen der Schaltrichtung S von der Gegenkontaktanordnung 3 weg zu drücken. Folglich muss über den ersten Brückenabschnitt 40a eine erste Schließkraft FS,a und über den weiteren Brückenabschnitt 40b eine weitere Schließkraft FS,b aufgebracht werden, um die jeweiligen entgegen der Schließrichtung S gerichteten Anteile der repulsiven Kräfte FR,a bzw. FR,b zu kompensieren. In the in 1 shown closed position C flows a first current Ia between the first switching contact 20a and the first mating contact 30a and another current Ib between the other switching contact 20b and the other mating contact 30b , For example, the first current Ia in the switching device 1 into it - and the further current Ib flow out of this. Thus, the first and the further current Ia, Ib each one the switching device 1 corresponding total current I correspond. The first current Ia and the further current Ib cause a first repulsive force F R, a or a further repulsive force F R, b , each perpendicular to the first and further switching contact surface 21a . 21b or first and further mating contact surface 31a . 31b directed away and thus endeavored at least with their respective counter to the switching direction S directed force vector components, the switching contact arrangement 2 against the switching direction S of the mating contact arrangement 3 to push away. Consequently, over the first bridge section 40a a first closing force F S, a and over the other bridge section 40b a further closing force F S, b are applied to compensate for the respective counter to the closing direction S directed portions of the repulsive forces F R, a and F R, b .

Ferner kann ein Laststrompfad 100 so angeordnet sein, dass ein von ihm ausgeübtes Haltemagnetfeld 101 mit Magnetfeldlinien 101a und 101b derart bezüglich der Gegenkontaktanordnung 3 und der Schaltkontaktanordnung angeordnet ist, dass die Magnetfeldlinien 101a und 101b obere magnetische Zuhaltekräfte F101,a bzw. untere magnetische Zuhaltekräfte F101,b ausüben, welche die Gegenkontaktanordnung 3 entgegen bzw. die Schaltkontaktanordnung 2 in Schaltrichtung S zueinander ziehen bzw. aneinander drücken und somit helfen können, die Schließkraft FS zumindest im stromdurchflossenen Zustand des Laststrompfades 100, beispielsweise wenn die Schaltvorrichtung 1 in der Schließstellung C Strom führt, zu mindern. Furthermore, a load current path 100 be arranged so that a holding magnetic field exerted by him 101 with magnetic field lines 101 and 101b such with respect to the mating contact arrangement 3 and the switch contact arrangement is arranged such that the magnetic field lines 101 and 101b upper magnetic locking forces F 101, a and lower magnetic clamping forces F 101, b exercise, which the mating contact arrangement 3 against or the switch contact arrangement 2 in the switching direction S pull each other or press each other and thus can help, the closing force F S at least in the current-carrying state of the load current path 100 For example, when the switching device 1 in the closed position C current leads to decrease.

2 zeigt die Schaltvorrichtung 1 in einer Offenstellung O, in der die Schaltkontaktanordnung 2 von der Gegenkontaktanordnung 3 beabstandet angeordnet ist. Zur Trennung der Schaltkontaktanordnung von der Gegenkontaktanordnung 3 ist der Schaltkontaktträger 4 entgegen der Schaltrichtung S bewegt worden, indem er beispielsweise von der Antriebseinheit 5 entgegen der Schaltrichtung S angetrieben wurde. 2 shows the switching device 1 in an open position O, in which the switch contact arrangement 2 from the mating contact arrangement 3 spaced apart. For the separation of the switching contact arrangement of the mating contact arrangement 3 is the switch contact carrier 4 against the switching direction S has been moved, for example, by the drive unit 5 was driven against the switching direction S.

Zwischen der Schaltkontaktanordnung 2 und der Gegenkontaktanordnung 3 ist ein Schaltlichtbogen 6 bzw. im Speziellen ein Schaltlichtbogen 60b zwischen dem weiteren Schaltkontakt 20b und dem weiteren Gegenkontakt 30b gebildet. Der Schaltlichtbogen 60b hat einen unteren Lichtbogenfußpunkt 61b am weiteren Schaltkontakt 20b und einen oberen Lichtbogenfußpunkt 62b am weiteren Gegenkontakt 30b. Zwischen dem unteren Lichtbogenfußpunkt 61b und dem oberen Lichtbogenfußpunkt 62b erstreckt sich ein Lichtbogenabschnitt 63b. Between the switch contact arrangement 2 and the mating contact arrangement 3 is a switching arc 6 or in particular a switching arc 60b between the other switching contact 20b and the other mating contact 30b educated. The switching arc 60b has a lower arc root 61b at the other switching contact 20b and an upper arc root 62b at the other counter contact 30b , Between the lower arc base 61b and the upper arc root 62b extends an arc section 63b ,

In Schaltrichtung S von der Schaltvorrichtung 2 vorspringende Ecken bzw. Kanten der Schaltkontakte 20a, 20b bilden eine schaltkontaktseitige erste Lichtbogenfußpunktfalle 22a bzw. eine schaltkontaktseitige weitere Lichtbogenfußpunktfalle 22b aus. Entgegen der Schaltrichtung S von der Gegenkontaktanordnung 3 vorspringende Ecken oder Kanten der Gegenkontakte 30a, 30b bilden eine gegenkontaktseitige erste Lichtbogenfußpunktfalle 35a bzw. eine gegenkontaktseitige weitere Lichtbogenfußpunktfalle 35b aus. Durch die in bzw. entgegen der Schaltrichtung S prominente Stellung der schaltkontaktseitigen Lichtbogenfußpunktfallen 22a, 22b bzw. gegenkontaktseitigen Lichtbogenfußpunktfallen 35a, 35b wandern der untere Lichtbogenfußpunkt 61b bzw. der obere Lichtbogenfußpunkt 62b an vordefinierte Stellen, nämlich die jeweiligen Lichtbogenfußpunktfallen 22a, 22b bzw. 35a, 35b und werden somit daran gehindert unkontrolliert zwischen der Schaltkontaktanordnung 2 auf der einen Seite und der Gegenkontaktanordnung 3 sowie dem Schaltkontaktträger 4 auf der anderen Seite zu wandern. Somit kann der Schaltlichtbogen 60b daran gehindert werden, nicht zur Strom- bzw. Lichtbogenübertragung vorgesehene Abschnitte der Schaltkontaktanordnung 2, der Gegenkontaktanordnung 3 sowie des Schaltkontaktträgers 4 zu beschädigen. In the switching direction S of the switching device 2 projecting corners or edges of the switching contacts 20a . 20b form a switch contact side first arc base trap 22a or a switching contact side further arc base trap 22b out. Contrary to the switching direction S of the mating contact arrangement 3 projecting corners or edges of the mating contacts 30a . 30b form a gegenkontaktseitige first Lichtbogenfußpunktfalle 35a or a gegenkontaktseitige further arc base trap 35b out. By in or against the switching direction S prominent position of the switching contact side Lichtbogenfußpunktfallen 22a . 22b or contact-side arc base point traps 35a . 35b wander the lower arc base 61b or the upper arc root 62b at predefined places, namely the respective arc base point traps 22a . 22b respectively. 35a . 35b and are thus prevented uncontrolled between the switch contact arrangement 2 on the one hand and the mating contact arrangement 3 as well as the switch contact carrier 4 to wander on the other side. Thus, the switching arc 60b be prevented from not intended for current or arc transfer sections of the switch contact arrangement 2 , the mating contact arrangement 3 and the switch contact carrier 4 to damage.

Innerhalb des Erfindungsgedankens sind Abweichungen von der oben beschriebenen Ausführungsform möglich. So kann eine Schaltvorrichtung mit einer beliebigen Anzahl von Schaltkontaktanordnungen 2 und Gegenkontaktanordnungen 3 versehen sein, die über Schaltkontaktträger beweglich ausgestaltet und mit Antriebseinheiten 5 versehen sein können. Within the inventive concept deviations from the embodiment described above are possible. Thus, a switching device with any number of switching contact arrangements 2 and mating contact arrangements 3 be provided, which is designed to be movable via switch contact carrier and drive units 5 can be provided.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1
Schaltvorrichtung switching device
2 2
Schaltkontaktanordnung Switching contact arrangement
3 3
Gegenkontaktanordnung Against contact arrangement
4 4
Schaltkontaktträger Switching contact carrier
5 5
Antriebseinheit drive unit
6 6
Schaltlichtbogen Switching arc
20a 20a
erster Schaltkontakt first switching contact
20b 20b
weiterer Schaltkontakt another switching contact
21a 21a
erste Schaltkontaktfläche first switching contact surface
21b 21b
weitere Schaltkontaktfläche further switching contact surface
22a 22a
schaltkontaktseitige erste Lichtbogenfußpunktfalle switch contact side first arc base trap
22b 22b
schaltkontaktseitige weitere Lichtbogenfußpunktfalle Switch contact-side further arc base trap
30a 30a
erster Gegenkontakt first counter contact
30b 30b
weiterer Gegenkontakt another counter contact
31a 31a
erste Gegenkontaktfläche first mating contact surface
31b 31b
weitere Gegenkontaktfläche further counter contact surface
32a 32a
erster Gegenkontaktträger first mating contact carrier
32b 32b
weiterer Gegenkontaktträger another mating contact carrier
33a 33a
erster Halteabschnitt first holding section
33b 33b
weiterer Halteabschnitt another holding section
35a 35a
gegenkontaktseitige erste Lichtbogenfußpunktfalle contact-side first arc base trap
35b 35b
gegenkontaktseitige weitere Lichtbogenfußpunktfalle against contact side further arc base trap
40a 40a
erster Brückenabschnitt first bridge section
40b 40b
weiterer Brückenabschnitt further bridge section
41a 41a
erster Schaltkontaktbefestigungsabschnitt first switch contact attachment portion
41b 41b
weiterer Schaltkontaktbefestigungsabschnitt another switching contact attachment section
42 42
Schaft shaft
43a 43a
erster Gegenkontaktbefestigungsabschnitt first mating contact attachment portion
43b 43b
weiterer Gegenkontaktbefestigungsabschnitt another mating contact attachment section
60b 60b
Schaltlichtbogen Switching arc
61b 61b
unterer Lichtbogenfußpunkt lower arc base
62b 62b
oberer Lichtbogenfußpunkt upper arc base
63b 63b
Lichtbogenabschnitt Arc section
100 100
Laststrompfad Load current path
101 101
Haltemagnetfeld holding magnetic field
101a, 101b 101a, 101b
Magnetfeldlinien magnetic field lines
C C
Schließstellung closed position
F101a F 101a
obere magnetische Zuhaltekräfte upper magnetic clamping forces
F101b F 101b
untere magnetische Zuhaltekräfte lower magnetic clamping forces
FB F B
Brückenkraft bridge power
FR,a, FR,b F R, a , F R, b
repulsive Kraft repulsive force
FS F S
Schließkraft closing force
FS,a F S, a
erste Schließkraft first closing force
FS,b F S, b
weitere Schließkraft further closing force
I I
Gesamtstrom total current
Ia Ia
erster Strom first stream
Ib ib
weiterer Strom another stream
M M
Mittelachse central axis
O O
Offenstellung open position
S S
Schaltrichtung switching direction
X X
Seitrichtung Seitrichtung
Y Y
Höhenrichtung height direction
α α
Kontaktwinkel contact angle
β β
Knickwinkel bending angle

Claims (10)

Schaltvorrichtung (1) zum Öffnen und Schließen eines Laststromkreises, insbesondere in einem Elektrofahrzeug, mit wenigstens einer in einer Schließrichtung (S) von einer Offenstellung (O) in eine Schließstellung (C) überführbaren Schaltkontaktfläche (21a, 21b), die in der Offenstellung (O) von einer Gegenkontaktfläche (31a, 31b) der Schaltkontaktanordnung (2) beabstandet gehalten ist und in der Schließstellung (C) elektrisch leitend an der Gegenkontaktfläche (31a, 31b) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Schaltkontaktfläche (21a, 21b) unter einem Kontaktwinkel (α) schräg zur Schließrichtung (S) ausgerichtet ist. Switching device ( 1 ) for opening and closing a load circuit, in particular in an electric vehicle, with at least one switch contact surface (in a closing direction (S) from an open position (O) into a closed position (C)) ( 21a . 21b ), which in the open position (O) of a mating contact surface ( 31a . 31b ) of the switch contact arrangement ( 2 ) is held spaced and in the closed position (C) electrically conductive on the mating contact surface ( 31a . 31b ) is applied, characterized in that the at least one switch contact surface ( 21a . 21b ) is aligned at a contact angle (α) obliquely to the closing direction (S). Schaltvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktwinkel (α) zwischen 40° und 50° beträgt. Switching device ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the contact angle (α) is between 40 ° and 50 °. Schaltvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktwinkel (α) im Wesentlichen 45° beträgt. Switching device ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the contact angle (α) is substantially 45 °. Schaltvorrichtung (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine weitere Schaltkontaktfläche (21a, 21b) spiegelsymmetrisch zur wenigstens einen Schaltkontaktfläche (21a, 21b) angeordnet ist. Switching device ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that at least one further switching contact surface ( 21a . 21b ) mirror-symmetrical to at least one switch contact surface ( 21a . 21b ) is arranged. Schaltvorrichtung (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Schaltkontaktfläche (21a, 21b) von einer im Wesentlichen parallel zur Schaltrichtung (S) verlaufenden Mittelachse (M) weg weist. Switching device ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the at least one switch contact surface ( 21a . 21b ) points away from a substantially parallel to the switching direction (S) extending central axis (M) away. Schaltvorrichtung (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Schaltkontaktfläche (21a, 21b) an einem Schaltkontakt (20a, 20b) ausgeformt ist, der in Schaltrichtung (S) von einem den Schaltkontakt (20a, 20b) tragenden Schaltkontaktträger (4) vorspringt. Switching device ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the at least one switching contact surface ( 21a . 21b ) at a switching contact ( 20a . 20b ) is formed in the switching direction (S) of a the switching contact ( 20a . 20b ) carrying switch contact carrier ( 4 ). Schaltvorrichtung (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Randbereich der wenigstens einen Schaltkontaktfläche (21a, 21b) eine Lichtbogenfußpunktfalle (22a, 22b) zum Fixieren eines Lichtbogenfußpunktes (61a, 61b) ausbildet. Switching device ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that an edge region of the at least one switching contact surface ( 21a . 21b ) an arc base trap ( 22a . 22b ) for fixing an arc root ( 61a . 61b ) trains. Schaltvorrichtung (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Laststrompfad (100) zumindest in der Schließstellung (C) ein Haltemagnetfeld (101) erzeugt, das eine zumindest parallel zur Schaltrichtung (S) verlaufende Haltekraft (F101,a, F101,b) ausübt, die zumindest in der Schließstellung (S) eine Schließkraft (FS) erhöht, welche die wenigstens eine Schaltkontaktfläche (21a, 21b) an die Gegenkontaktfläche (31a, 31b) drückt. Switching device ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that a load current path ( 100 ) at least in the closed position (C) a holding magnetic field ( 101 ), which has an at least parallel to the switching direction (S) extending holding force (F 101, a , F 101, b ) exerts, at least in the closed position (S) increases a closing force (F S ), which at least one switching contact surface ( 21a . 21b ) to the mating contact surface ( 31a . 31b ) presses. Verfahren zum Schalten eines Laststromkreises, insbesondere in einem Elektrofahrzeug, wobei wenigstens eine Schaltkontaktfläche (21a, 21b) in einer Schaltrichtung (S) von einer Offenstellung (O) in eine Schließstellung (C) überführt und elektrisch leitend in Kontakt mit einer Gegenkontaktfläche (31a, 31b) gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Schaltkontaktfläche (21a, 21b) unter einem Kontaktwinkel (α) schräg zur Schaltrichtung (S) in Kontakt mit der Gegenkontaktfläche (31a, 31b) gebracht wird. Method for switching a load circuit, in particular in an electric vehicle, wherein at least one switching contact surface ( 21a . 21b ) in a switching direction (S) from an open position (O) in a closed position (C) and electrically conductively in contact with a mating contact surface ( 31a . 31b ), characterized in that the at least one switch contact surface ( 21a . 21b ) at a contact angle (α) obliquely to Switching direction (S) in contact with the mating contact surface ( 31a . 31b ) is brought. Verfahren nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in der Schließstellung (S) die wenigstens eine Schaltkontaktfläche (21a, 21b) zumindest teilweise durch ein von einem Laststrompfad (100) erzeugtes Haltemagnetfeld (101) an die Gegenkontaktfläche (31a, 31b) gedrückt wird. A method according to claim 9, characterized in that at least in the closed position (S), the at least one switching contact surface ( 21a . 21b ) at least partially by one of a load current path ( 100 ) generated holding magnetic field ( 101 ) to the mating contact surface ( 31a . 31b ) is pressed.
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