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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromkreisunterbrechung, insbesondere zur Unterbrechung einer elektrischen Hochspannung, die dazu geeignet ist, bei Wartungsarbeiten oder dergleichen eine Hochspannung von anderen Bauteilen eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeuges trennen zu können
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Bei elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen werden Akkumulatorzellen, beispielsweise Lithium-Ionen-Zellen, in einer Serienschaltung verwendet. Eine derartige Akkumulatoranordnung kann Spannungen zu etwa 150 V bis etwa 1000 V aufweisen. Dadurch entstehen erhöhte Anforderungen hinsichtlich des Schutzes von Wartungspersonal.
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Heutige Akkumulatoranordnungen mit den zuvor genannten berührungsgefährlichen Spannungen von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen werden in der Regel mittels eines elektrisch angesteuerten Schaltelement von einem Fahrzeugbordnetz getrennt. Im Stand der Technik ist hier zu eine elektrische und/oder elektronische Ansteuerung erforderlich. Dieser Stand der Technik hat den Nachteil, dass die Schaltelemente bei einem Fehlerfall verschweißen können. Somit kann die Akkumulatoranordnung mit der zuvor genannten hohen Spannungen nicht von anderen Bauteilen des elektrisch angetriebenen Fahrzeuges getrennt werden. Zudem ist ein derartiger Fehlerfall für das Wartungspersonal nicht erkennbar.
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Die
DE 921 518 offenbart eine Strahlungskappe, die mittels eines isolierenden Rohres aufgehängt ist. Die Strahlungskappe kann von zwei Isolierschienen geführt werden. Die Strahlungskappe dient zur Vermeidung von Lichtbogeneffekten.
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Die Erfindung stellt sich zur Aufgabe, einen verbesserten Schalter zum sicheren Schalten von hohen Spannungen zu schaffen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Schalter nach Anspruch 1 und einen Akkumulator nach Anspruch 9 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beanspruchen bevorzugte Ausführungsformen.
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Ein erfindungsgemäßer Schalter zum sicheren Schaltern hoher Spannungen umfasst eine erste Zunge, die dazu ausgebildet ist, an einen ersten Pol einer elektrischen Spannung bzw. Stromquelle angeschlossen zu werden, und eine zweite Zunge, die dazu ausgebildet ist, an eine zweite elektrische Spannung, einen Verbraucher bzw. an ein Bordnetz angeschlossen zu werden. Die erste Zunge und die zweite Zunge sind mechanisch zueinander vorgespannt, so dass sich in einem geschlossenen Zustand des Schalters Kontaktflächen der ersten Zunge und der zweiten Zunge berühren. Der Schalter umfasst ein Isolationselement, das in einem offenen Zustand des Schalters zwischen die erste Zunge und die zweite Zunge gebracht werden kann. Der Schalter umfasst ferner einen Betätigungsmechanismus, der dazu ausgebildet ist, das Isolationselement zwischen die erste Zunge und die zweite Zunge zu bringen, wenn sich der Schalter im offenen Zustand befindet, und in einem geschlossenen Zustand des Schalters das Isolationselement in einer von den Kontaktflächen der ersten Zunge und der zweiten Zunge entfernten Stellung zu halten. In der geschlossenen Stellung berühren sich die Kontaktflächen der ersten Zunge und der zweiten Zunge, Die Erfindung schafft einen sicheren Schalter, da ein Isolationselement mechanisch zwischen die Kontaktflächen der ersten Zunge und der zweiten Zunge bewegt wird. Dadurch kann ein Verschweißen der Kontaktfläche vermieden werden. Ferner kann ein Bediener, beispielsweise Wartungspersonal, optisch einfach erkennen, ob der Schalter offen oder geschlossen ist.
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Die erste Zunge und/oder die zweite Zunge können Teil einer Stromschiene und/oder einer Kontaktschiene sein. Stromschienen und Kontaktschiene werden verwendet, um elektrische Verbraucher und/oder eine Stromquelle daran anzuschließen und miteinander zu verbinden.
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Der Betätigungsmechanismus ist dazu ausgebildet, das Isolationselement durch eine translatorische Bewegung und/oder einer rotatorischen Bewegung zwischen die erste Zunge und die zweite Zunge zu bewegen. Der Drehpunkt der rotatorischen Bewegung befindet sich außerhalb des Bereichs zwischen der ersten Zunge und der zweiten Zunge. Dadurch kann sichergestellt werden, dass das Isolationselement in der geschlossenen Stellung des Schalters aus dem Zwischenraum zwischen der ersten Zunge und der zweiten Zunge weg bewegt wird und in der offenen Stellung des Schalters zwischen die erste Zunge und die zweite Zunge bewegt wird. Folglich ist sichergestellt, dass ein Bediener erkennen kann, ob der Schalter geschlossen oder offen ist.
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Das Isolationselement kann eine derartige Rauhigkeit aufweist, dass er die erste Zunge und die zweite Zunge an den Stellen, an denen das Isolationselement die erste und/oder die zweite Zunge berührt, reinigt. Dadurch kann der Übergangswiderstand langfristig reduziert werden. Das Isolationselement weist eine derartige Rauigkeit auf, dass es die Kontaktflächen der ersten und zweiten Zunge reinigen kann. Das Isolationselement weist eine derartige Dicke auf, dass die Vorspannung der ersten Zunge und der zweiten Zunge beim Einführen des Kontaktelementes zwischen die erste Zunge und die zweite Zunge nicht beeinträchtigt wird. Das Isolationselement weist eine derartige Dicke auf, dass das Bewegen des Isolationselementes zwischen die erste Zunge und die zweite Zunge lediglich zu einer elastischen Formänderung führt.
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Der Schalter umfasst ferner ein Koppelelement, das die erste Zunge und die zweite Zunge in einem geschlossenen Zustand des Schalters mechanisch miteinander verbindet, wobei das Betätigungselement das Koppelement so ansteuert, dass im geschlossenen Zustand des Schalters die erste Zunge und die zweite Zunge leitend miteinander verbunden sind. Dadurch wird sichergestellt, dass die Kontaktflächen der ersten Zunge und der zweiten Zunge zumindest mit einem vorbestimmten Druck miteinander verbunden sind. Dadurch wird einerseits der Übergangswiderstand reduziert. Andererseits wird eine Beschädigung der Kontaktflächen, beispielsweise durch Funken oder dergleichen, vermieden. Ferner wird eine homogene Stromdichte über die Kontaktflächen erreicht.
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Das Koppelelement kann ein Klemmelement umfassen, das im geschlossenen Zustand die erste Zunge und die zweite Zunge aneinanderdrückt.
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Das Klemmelement kann U-förmig ausgebildet sein und im geschlossenen Zustand des Schalters um die erste Zunge und um die zweite Zunge angeordnet sein. Das Klemmelement kann gegenüber der ersten Zunge und der zweiten Zunge translatorisch und/oder rotatorisch bewegt werden. im geschlossenen Zustand des Schalters ist das Klemmelement um die erste Zunge und um die zweite Zunge angeordnet. Im offenen Zustand des Schalters ist das Klemmelement entfernt von der ersten Zunge und der zweiten Zunge angeordnet.
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Die Erfindung betrifft auch einen Akkumulator mit dem zuvor beschriebenen Schalter.
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Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Figuren, die eine exemplarische Ausführungsform zeigen, veranschaulichend und nicht beschränkend beschrieben, wobei:
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1 einen schematischen Schnitt durch den Schalter im offenen Zustand zeigt;
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2 eine schematische Draufsicht auf den Schalter im offenen Zustand zeigt;
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3 eine schematische Querschnittsansicht des geschlossenen Schalters zeigt; und
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4 eine schematische Draufsicht auf den Schalter im geschlossenen Zustand zeigt.
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1 zeigt einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Schalter, wobei zwischen einer ersten Zunge 102 und einer zweiten Zunge 104 ein Isolationselement angeordnet ist. Die erste Zunge 102 und/oder die zweite Zunge 104 können Teil einer Stromschiene sein. Die erste Zunge 102 kann an einer Serienschaltung einer Mehrzahl Akkumulatorzellen angeordnet sein. Es wird auf 2 Bezug genommen. Die zweite Zunge 104 kann ein Kontaktelement 105 aufweisen, das außerhalb eines Gehäuses 118 des Akkumulators 150 angeordnet ist, um den Akkumulator 150 mit anderen Bauteilen eines elektrisch angetriebenen Fahrzeuges verbinden zu können. In der Draufsicht von 2 ist zu erkennen, dass das Isolationselement 106 zwischen der ersten Zunge 102 und der zweite Zunge 104 angeordnet ist, wenn sich der Schalter 100 in der offenen Stellung befindet. Ein Klemmelement 110 ist entfernt vom der ersten Zunge 102 und der zweiten Zunge 104 angeordnet. Der Isolator 106 und das Klemmelement 110 werden mittels eines Betätigungselementes 108 bewegt. Das Betätigungselement 108 umfasst ein Bedienelement 112, das sich außerhalb des Gehäuses 118 des Akkumulators 115 befindet, so dass der Bediener visuell erkennen kann, ob sich der Schalter 100 im geschlossenen Zustand oder im offenen Zustand befindet. Dem Fachmann sind geeignete Mechanismen für das Betätigungselement bekannt, um das Isolationselement 106 und/oder das Klemmelement 110 translatorisch und/oder rotatorisch zu bewegen.
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Es wird auf 3 Bezug genommen, die eine Schnittansicht des Schalters 100 im geschlossenen Zustand zeigt. Die erste Zunge 102 und die zweite Zunge 104 berühren sich aufgrund ihrer elastischen mechanischen Vorspannung, so dass ein Stromfluss bei einem niedrigen Übergangswiderstand von der ersten Zunge 102 zur zweiten Zunge 104 gewährleistet ist. Zusätzlich ist ein Klemmelement 100 um die erste Zunge 102 und die zweite Zunge 104 angeordnet. Das Klemmelement 110 umfasst einen ersten Bereich 114, der auf die erste Zunge 102 drückt, und einen zweiten Bereich 116, der auf die zweite Zunge 104 so drückt, dass die erste Zunge 102 und die zweite Zunge 104 durch eine zusätzliche Druckkraft aneinander gedrückt werden. Dadurch kann der Übergangswiderstand reduziert werden. Zusätzlich wird sichergestellt, dass die Kontaktflächen der ersten Zunge 102 und der zweiten Zunge 104 einen niedrigeren Verschleiß, beispielsweise aufgrund von Funkenbildung oder lokaler Hitze, unterliegen.
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Durch die homogene Druckverteilung wird einen homogene Stromverteilung erreicht, was schlussendlich zu einer homogenen Temperaturverteilung führt. 4 zeigt eine Draufsicht auf den Schalter 100 im Akkumulator 150. Das Bedienelement 112 außerhalb des Gehäuses des Akkumulators 150 zeigt an, dass sich der Schalter 100 in der geschlossenen Stellung befindet. Folglich liegt am Kontakt 105 der zweiten Zunge 104 eine hohe Spannung an. Das Isolationselement 106 befindet sich in der geschlossenen Stellung des Schalters 100 entfernt von der ersten Zunge 102 und der zweiten Zunge 104. Das U-förmige Klemmelement 110 ist zumindest teilweise um die erste Zunge 102 und die zweite Zunge 104 angeordnet. Der erste Bereich 114 des U-förmigen Klemmelementes 110 übt einen Druck auf die zweite Zunge 102 aus. Der zweite Bereich 116 des U-förmigen Klemmelementes 110 übt einen Druck auf die zweite Zunge 104 aus. Durch den durch das Klemmelement 110 ausgeübten Druck wird erreicht, dass auf die Kontaktflächen der ersten Zunge 102 und der zweiten Zunge 104 im geschlossenen Zustand ein vorbestimmter und homogener Druck ausgeübt wird.
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Das Isolationselement 106 kann eine Rauhigkeit aufweist, die einen derartigen Wert aufweist, dass durch ein Bewegen des Isolationselementes 106 zwischen die erste Zunge 102 und die zweite Zunge 104 die Kontaktflächen der ersten Zunge 102 und der zweiten Zunge 104 gereinigt werden.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass eine zuverlässige Trennung der Hochspannung einer Serienschaltung von Akkumulatorzellen mit einem externen Kontakt ermöglicht wird. Der Schaltzustand des Schalters 100 ist optisch erkennbar. Hierzu ist kein Diagnosewerkzeug erforderlich. Es müssen keine Teile des Schalters 100 und/oder des Akkumulators 150 mechanisch entfernt oder demontiert werden, um die Hochspannung zu trennen. Der erfindungsgemäße Schalter 100 vermeidet ein Verschweißen der Kontaktflächen der Zungen 102, 104. Das Schalten des Schalters 100 erfolgt mechanisch ohne Hilfsspannung oder ohne Hilfsenergie. Folglich ist der erfindungsgemäße Schalter auch zum Abschalten der Spannung des Akkumulators 150 beim Transport des Akkumulators geeignet.
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Der erfindungsgemäße Akkumulator 150 und der erfindungsgemäße Schalter 100 können von einem Bediener ohne zusätzliche Qualifikation bedient werden. Durch das Klemmelement 110 wird die Kontaktqualität erhöht. Das Klemmelement 110 vermeidet die Entstehung von Zonen mit stark unterschiedlichen Übergangswiderständen. Das Klemmelement 110 stellt einen homogenen Druck an den Kontaktflächen der ersten Zunge 102 und der zweiten Zunge 104 sicher, wodurch der Übergangswiderstand minimiert und homogen verteilt wird. Durch die homogene Stromdichte im Bereich der Kontaktflächen wird die thermische Belastung des Schalters reduziert. Folglich kann der erfindungsgemäße Schalter 100 für einen höheren geschalteten Strom zugelassen werden.
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Der erfindungsgemäße Schalter 100 kann einen Strom von einer solchen Stärke schalten, der von üblichen Kontaktschienen geleitet wird. Aufgrund der Reinigungswirkung des Isolationselementes 106 sind keine aufwändige oder weniger aufwändige Korrosionsschutzmaßnehmen an den Kontaktflächen der ersten Zunge 102 und der zweiten Zunge 104 erforderlich.
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Das Bedienelement 112 kann mittels eines Verriegelungselementes, beispielsweise eines Schlosses, vor unbeabsichtigten oder unbefugten Einschalten des Schalters 100 gesichert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10020354 A1 [0004]
- DE 9210964 T2 [0004]
- DE 10003265 A1 [0004]
- DE 921518 [0005]
