DE19911128C1

DE19911128C1 - Elektromechanischer Batterietrennschalter, insbesondere für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE19911128C1
Application number: DE1999111128
Authority: DE
Inventors: Thomas Haehnel; Bernd Saffian
Original assignee: Tyco Electronics Logistics AG
Current assignee: TE Connectivity Solutions GmbH
Priority date: 1999-03-12
Filing date: 1999-03-12
Publication date: 2000-12-28
Anticipated expiration: 2019-03-13

Abstract

Der Batterietrennschalter besitzt zwei Anschlüsse, der eine ist mit der Batterie zu verbinden, der andere mit dem Lastkreis. Der Schalter ist im Normalzustand geschlossen und wird durch ein elektrisches Antriebssystem, das beispielsweise durch einen Kurzschlußsensor oder einen Crashsensor angesteuert wird, geöffnet. Zum Wiedereinschalten wird die Kontaktfeder (5) manuell oder mit einem Elektromotor (31) über einen Schieber (33) gespannt, wobei ein Betätigungselement, das zum Einschalten verwendet wird, und die Kontaktfeder (5) fest verbunden sind. Die Konstruktion des Schalters wird somit sehr einfach.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Batte rietrennschhalter, der unmittelbar im Bereich eines Batterie pols oder an beliebiger anderer Stelle im Batteriestromkreis angeordnet werden kann und der im Gefahrenfall eine automati sche Auftrennung des Batteriestromkreises bewirkt.

In Kraftfahrzeugen sind normalerweise die Einzelstromkreise des Bordnetzes zu den verschiedenen Verbrauchern, wie Lampen oder Aktoren, mit Einzelsicherungen abgesichert, während die Generator/Anlasser-Leitung zur Batterie in der Regel nicht abgesichert ist. In kritischen Situationen, z. B. im Crashfall, bei einem Kurzschluß im Generator/Anlasser-Kabel oder im Bordnetz, das normalerweise nur über träge reagieren den Einzelsicherungen abgetrennt wird, besteht deshalb erhöh te Brandgefahr, die bisher lediglich durch manuelles Abklem men der Batterie beseitigt werden kann. Es besteht deshalb die Forderung, bei bestimmten Gefahrenfällen den Genera tor/Anlasser-Stromkreis wie auch das Bordnetz durch einen Trennschalter automatisch und schnell zu unterbrechen. Auf grund seiner Konstruktion kann der Trennschalter auch an an derer Stelle Lastkreis angeordnet werden.

Aus der DE 197 01 933 C1 ist bereits ein Lasttrennschalter für den Laststromkreis einer Fahrzeugbatterie bekannt, bei dem eine Kontaktanordnung zwischen eine Polklemme und einen Laststromkreis geschaltet ist. Beim Auftreten eines Störungs zustandes wird über ein Elektromagnetsystem die Kontaktanord nung entriegelt und der Stromkreis unterbrochen. Dieser be kannte Lasttrennschalter besitzt eine Anordnung mit einer Kontaktwippe mit verhältnismäßig vielen Einzelteilen, die ei nen entsprechenden Aufwand in der Herstellung und im Volumen benötigt.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektromechani schen Batterietrennschalter zu schaffen, der eine gesonderte Abtrennung des Generator/Anlasser-Stromkreises von der Batte rie mit einem einfachen und kompakten Schaltsystem ermög licht, wobei das übrige Bordnetz an die Batterie angeschaltet oder Zusammen mit dem Generator/Anlasser-Stromkreis abge schaltet werden kann.

Erfindungsgemäß wird dieses Ziel mit einem elektromechani schen Batterietrennschalter erreicht, der die folgenden Merk male aufweist:

- ein Gehäuse,
- einen aus dem Gehäuse herausführenden ersten Anschlußlei ter, der mit einem im Gehäuseinnern liegenden Abschnitt gleichzeitig einen feststehenden Kontakt bildet, und einen aus dem Gehäuse herausführenden zweiten Anschlußleiter, wo bei einer der beiden Anschlußleiter mit einem Pol einer Spannungsquelle und der andere Anschlußleiter mit einem Lastkreis verbindbar ist,
- eine am zweiten Anschlußleiter befestigte Kontaktfeder, die an einem Kontaktfederschenkel einen mit dem feststehenden Kontakt zusammenwirkenden beweglichen Kontakt trägt, wobei die Kontaktfeder in eine Öffnungsposition vorgespannt ist,
- ein elektrisches Antriebssystem mit einem schwenkbaren He bel und einer mit dem Hebel verbundenen Verriegelungsklin ke, welche in einem Normalbetriebszustand die Kontaktfeder entgegen ihrer Vorspannung in einer Schließstellung verrie gelt und sie bei Ansprechen des Antriebssystems freigibt,
- ein Betätigungselement, das mit der Kontaktfeder fest ver bunden ist und das für ein Rückstellorgan zugänglich ist.

Der erfindungsgemäße Batterietrennschalter ist mit seinem Kontaktpaar in den Generator/Anlasser-Stromkreis eingeschal tet, so daß er beim Ansprechen des Antriebssystems über ein Steuersignal, beispielsweise von einem Kurzschlußsensor, von einem Crashsensor oder dergleichen, gezielt diesen Stromkreis von der Batterie abtrennt, während das sonstige Bordnetz in Betrieb bleibt. Wird das Bordnetz ebenfalls an den abschalt baren Ausgang des Trennschalters gelegt, so wird dieses auch abgetrennt. Mit dem Betätigungselement zum Spannen und Ver riegeln der Kontaktfeder kann der Generator/Anlasser- Stromkreis bzw. auch das Bordnetz wieder in Betrieb genommen werden, wenn die Gefahrensituation beseitigt, beispielsweise ein Kurzschluß behoben ist. Vorzugsweise ist der zweite An schlußleiter über eine Flachlitze großen Querschnitts unmit telbar mit dem beweglichen Kontakt verbunden, um die hohen Generator- bzw. Anlasserströme zu führen. Die Kontaktfeder selbst kann in diesem Fall aus einem weniger gut leitenden Material, wie Federstahl, bestehen.

Ein besonders einfacher Aufbau des Batterietrennschalters er gibt sich, wenn die Kontaktfeder gleichzeitig das Betäti gungselement zum Wiedereinschalten bildet, das beispielsweise mit einem Schraubenzieher als Zusatzwerkzeug betätigt werden kann.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich dann, wenn die beiden An schlußleiter parallel zum Gehäuseboden angeordnet sind und so einen verhältnismäßig großen Querschnitt ermöglichen. Zusam men mit der den beweglichen Kontakt unmittelbar mit dem zwei ten Anschlußleiter verbindenden Flachlitze ergibt sich ein niederohmiger Strompfad. Damit wird sichergestellt, daß die hohen Generator- und Anlasserströme nur eine geringe Erwär mung des Batterietrennschalters verursachen. Durch eine wan nenförmige Ausgestaltung des zweiten Anschlußleiters im Ge häuseinnern ergibt sich ein sehr stabiler Aufbau des Batte rietrennschalters.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Batterietrennschalter im Längsschnitt im Ruhe zustand (Schalter geschlossen),

Fig. 2 den Batterietrennschalter von Fig. 1 in Explosions darstellung mit einer Sockelbaugruppe (A), einer Kon taktfederbaugruppe (B) und einer Magnetbaugruppe (C),

Fig. 3 die Sockelbaugruppe von Fig. 2,

Fig. 4 den Batterietrennschalter von Fig. 1 angeflanscht an einen Batteriepol mit einem geeigneten Anschlußlei ter,

Fig. 5 den Batterietrennschalter von Fig. 1 integriert in einen Kabelstrang mit entsprechend angepaßten An schlußleitern,

Fig. 6 die Kontaktfederbaugruppe des Batterietrennschalters von Fig. 2,

Fig. 7 das Anschlagen eines Spannelements an einen Kontakt federschenkel,

Fig. 8 eine Verriegelungsvariante mit einer Rast als Abwand lung des Batterietrennschalters von Fig. 1,

Fig. 9 eine Detailvergrößerung IX aus Fig. 8,

Fig. 10a bis 10c die Verriegelungsanordnung von Fig. 8 in drei Funktionsphasen,

Fig. 11 den Batterietrennschalter von Fig. 1 oder 8 mit einem Motor zum Spannen der Kontaktfeder,

Fig. 12 eine Seitenansicht XII der Betätigungsnocke von Fig. 11.

Der in Fig. 1 gezeigte Batterietrennschalter kann in mehrere Baugruppen unterteilt werden, wie Fig. 2 zeigt. Ein Gehäuse boden 1 sowie ein erster und ein zweiter Anschlußleiter 3, 4 und deren Verbindung miteinander bilden eine Sockelbaugruppe A, dargestellt in Fig. 3. Im Innern eines Gehäuses 50, das durch den Gehäuseboden 1 und eine Gehäusekappe 2 gebildet wird, ist der zweite Anschlußleiter 4 wannenförmig ausge führt, wobei eine Stirnseite offen bleibt. Von dieser Seite her wird der erste Anschlußleiter 3 mit etwas Abstand über dem zweiten angeordnet. Die Seitenwände 36 und eine Stirnwand 37 werden von abgebogenen Teilen des zweiten Anschlußleiters 4 gebildet. Durch die Umspritzung mit Kunststoffmaterial er hält man eine sehr stabile Bauform.

Der im Inneren des Gehäuses 50 liegende Abschnitt des ersten Anschlußleiters 3 bildet einen feststehenden Kontakt 11; der Bereich, der einem beweglichen Kontakt 7 gegenüberliegt, eine Kontaktfläche 11a. An der Stelle, an der sich die Kontaktflä che 11a des feststehenden Kontakts 11 befindet, ist das Kunststoffmaterial der Umspritzung ausgespart. Je nach Anzahl der vorgesehenen Schaltspiele genügt die Oberfläche des fest stehenden Kontakts 11, die aus Silber besteht, als Kontakt fläche, oder die Kontaktfläche 11a muß als Bandplattierung, als Schweißkontakt oder als Kontaktniet realisiert werden.

Die geometrische Gestaltung der außerhalb des Gehäuses 50 liegenden Teile der Anschlußleiter 3 und 4 kann an die jewei ligen Anforderungen angepaßt werden, während der innere Auf bau gleich bleibt. Die einfachste Lösung ist hierbei die in den Fig. 2 und 3 gezeigte Flanschausführung mit einem Durchgangsloch zur Verschraubung. Beispielsweise kann auch einer der Anschlußleiter 3 und 4, im Ausführungsbeispiel von Fig. 4 der zweite Anschlußleiter 4, als Polklemme 46 ausge führt werden, so daß der Batterietrennschalter direkt an ei nen Batteriepol 28 angeflanscht werden kann (Fig. 4), oder die Anschlüsse sind beispielsweise direkt an den Kabelstrang angeschlagen, so daß der Batterietrennschalter an beliebiger Stelle in einem Lastkreis angeordnet werden kann (Fig. 5).

An dem zweiten Anschlußleiter 4 ist eine Kontaktfeder 5 befe stigt. Diese bildet zusammen mit einer Flachlitze 19 eine Kontaktfederbaugruppe B. Die Kontaktfeder 5 besteht, wie in Fig. 6 gezeigt, aus zwei Anschweißlappen 29, mit denen sie an dem zweiten Anschlußleiter 4 befestigt ist, zwei Aufreiß federschenkeln 20, einem U-förmigen Spannelement 14 mit Z- förmiger Kröpfung am Quersteg 14a, einem über zwei Torsions stege 15 mit der restlichen Kontaktfeder verbundenem Kontakt federschenkel 6, einer als Sperrstück dienenden Verklinkungs fläche 21 zur Verriegelung der gespannten Kontaktfeder 5 und einem Spannlappen 12, der ein Betätigungselement darstellt, mit einer Anlagekante 12a zum manuellen Spannen der Kontakt feder. Der Kontaktfederschenkel 6 trägt den beweglichen Kon takt 7 und drückt diesen aufgrund der eigenen Vorspannkraft gegen den feststehenden Kontakt 11. Die elektrische Verbin dung zwischen dem zweiten Anschlußleiter 4 und dem bewegli chen Kontakt 7 wird durch die Flachlitze 19 hergestellt. Da durch ist das Material der Kontaktfeder 5 für die elektri schen Eigenschaften des Schalters unwichtig.

In den Ausführungsbeispielen ist zur Auslösung des Batte rietrennschalters ein Elektromagnetsystem 8 mit einem Joch 23, einem Kern 24, einer Spule 25 und einem Anker 9, der den Hebel darstellt, vorgesehen. Das Elektromagnetsystem 8 wird über eine nicht gezeigte Steuerleitung erregt, wobei ein Steuersignal beispielsweise von einem Kurzschlußsensor oder einem Crashsensor kommen kann. Ein Kurzschlußsensor könnte beispielsweise auch in dem Gehäuse 1 und 2 angeordnet sein, ist aber im vorliegenden Beispiel nicht gezeigt. Die Auswer tung von Sensorsignalen kann über eine elektronische Steuer schaltung im Gehäuse 50 erfolgen.

Der Anker 9, der durch eine Rückstellfeder 13 in eine Öff nungsposition vorgespannt ist, ist fest mit einer Verriege lungsklinke 10 verbunden und bildet mit dieser eine Wippe, wobei die Massen annähernd symmetrisch zur Lagerachse 45 des Ankers 9 verteilt sind. Durch diese mittige Lagerung ist das System wenig stoßempfindlich.

Bei Erregung des Magnetsystems 8 wird der Anker 7 an eine Polfläche 26 des Kerns 24 angezogen. Dadurch gibt die Verrie gelungsklinke 10 die mit Überhub gespannte Kontaktfeder 5 frei, und die Kontakte 7 und 11 werden geöffnet. Auf diese Weise wird der Generator/Anlasser-Stromkreis unterbrochen. Die Anordnung mit dem Magnetsystem 8, dem Anker 9, dem Joch 23, dem Kern 26 und der Ankerrückstellfeder 13 wird als Ma gnetbaugruppe C bezeichnet. Nachdem die Verriegelungsklinke 10 das Spannelement 14 freigegeben hat, schlägt dieses, wie in Fig. 7 vergrößert gezeigt, aufgrund der gekröpften Aus führung in seiner Bewegung gegen den Kontaktfederschenkel 6. Der übertragene mechanische Impuls unterstützt das Auseinan derreißen der Kontakte 7 und 11.

Anhand der Position des Spannlappens 12, der zum Spannen der Kontaktfeder 5 verwendet wird, ist der Schaltzustand des Bat terietrennschalters in einem Öffnungsschlitz 16 erkennbar. Zusätzlich kann der Schaltzustand zur besseren Erkennung durch eine Leuchtdiode oder andere lichtemitierende Bauele mente angezeigt werden. Diese Leuchtdiode kann ebenfalls zur Beleuchtung des Öffnungsschlitzes herangezogen werden.

Zum manuellen Wiedereinschalten des Batterietrennschalters muß die Kontaktfeder 5 über den Spannlappen 12 gespannt wer den. Dazu dient ein Zusatzwerkzeug, beispielsweise ein Schraubenzieher, oder ein Schieber 27, der senkrecht zur Bo denfläche in der Gehäusekappe 2 geführt ist und mit einem Mitnehmer 35 an der Anlagekante 12a des Spannlappens 12 an greift. Wenn die Kontaktfeder 5 in einer Schließposition ist, verriegelt sie sich automatisch, indem die Verriegelungsklin ke 10 durch die Ankerrückstellkraft in eine Sperrposition ge drückt wird. Der Öffnungsschlitz 16 wird mit einer Kappe 17 abgedichtet.

Die Fig. 8 und 9 zeigen eine Variante der Kontaktfederver riegelung. Eine Verklinkungsfläche 48 ist mit einer Rast 40 versehen, die in Fig. 9 vergrößert dargestellt ist. In eine Ausnehmung 41 in der Verklinkungsfläche 48 greift eine Rastnase 42 ein. Eine Verriegelungsklinke 30 federt mit Vor spannung in Richtung des ersten Anschlußleiters 3 gegen einen Raststeg 43 am Sperrstück der Kontaktfeder 5.

Verschiedene Funktionsphasen der Verriegelungsanordnung von Fig. 8 sind in den Fig. 10a bis 10c gezeigt. Wenn der An ker 9 anzieht, wird die Verriegelungsklinke 30 gespannt, bis die Federkraft so groß ist, daß die Rastnase 42 den Raststeg 43 überwindet (Fig. 10b). Danach ist die Kontaktfeder 5 freigegeben und kann aufreißen. Vorteilhaft ist hierbei, daß sich die Verriegelungsklinke 30 aufgrund der Verrastung bei Schwing- und Stoßbelastungen nicht nach und nach aus der Ver riegelung "herausrütteln" kann.

Zum Wiedereinschalten muß erst die Kontaktfeder 5 gespannt und dann die Verriegelungsklinke 30 in die Rast 40 gedrückt werden. Das kann z. B. durch den Mitnehmer 35 eines zusätzli chen Schiebers 27 geschehen, wie Fig. 10c zeigt. Wird der Schieber 27 in Richtung des Gehäusebodens 1 bewegt, so spannt der angeformte Mitnehmer 35 erst die Kontaktfeder 5. Darauf hin wird mit dem Resthub des Schiebers 27 die Verriegelungs klinke 30 über einen um 90° abgebogenen Lappen 38 samt Anker 9 so angelenkt, daß die Verriegelungsklinke 30 wieder verra stet und die Kontaktfeder 5 in der gespannten Lage gehalten wird.

Das Spannen der Kontaktfeder 5 kann auch mittels eines elek trischen Antriebes geschehen. Zu diesem Zweck kann im Gehäuse 50 ein Elektromotor 31 vorgesehen werden, der über ein Unter setzungsgetriebe 32 auf eine mit einem Schieber 33 verbundene Betätigungsnocke 34 wirkt, wie in den Fig. 11 und 12 darge stellt. Nach dem Verriegeln muß der Schieber 33 die Kontakt feder 5 wieder freigeben, damit diese nicht blockiert bleibt, indem zum Beispiel der federnd gelagerte Schieber 33 nach Überwinden des exzentrischen Totpunktes an der Betätigungs nocke 34 nach oben springt. Dieser Motorantrieb kann an der dem Gehäuseboden 1 gegenüberliegenden Seite des Gehäuseinnen raumes angeordnet werden, so daß sich lediglich die Bauhöhe vergrößert und die ferneinschaltbare Lösung als Variante bei ansonst gleichem Grundaufbau realisiert werden kann. Dieser Motor 31 zum Schließen des Batterietrennschalters kann über eine Steuerleitung beispielsweise mit einem Schalter im Fahr zeuginneren betätigt werden. Falls die Betätigung des Batte rietrennschalters, wie beschrieben, mit einem Elektromotor 31 vorgenommen werden soll, muß natürlich sichergestellt werden, daß auch bei Öffnung der Kontakte 7 und 11 die Stromversor gung des Elektromotors 31 von der Batterie her über eine ei gene Leitung aufrecht erhalten wird.

Claims

1. Elektromechanischer Batterietrennschalter, insbesondere für Kraftfahrzeuge, der folgende Merkmale aufweist:

- ein Gehäuse (50),
- einen aus dem Gehäuse (50) herausführenden ersten Anschluß leiter (3), der mit einem im Gehäuseinnern liegenden Ab schnitt gleichzeitig einen feststehenden Kontakt (11) bil det, und einen aus dem Gehäuse (50) herausführenden zweiten Anschlußleiter (4), wobei einer der beiden Anschlußleiter (3, 4) mit einem Pol einer Spannungsquelle und der andere Anschlußleiter mit einem Lastkreis verbindbar ist,
- eine am zweiten Anschlußleiter (4) befestigte Kontaktfeder (5), die an einem Kontaktfederschenkel (6) einen mit dem feststehenden Kontakt (11) zusammenwirkenden beweglichen Kontakt (7) trägt, wobei die Kontaktfeder (5) in eine Öff nungsposition vorgespannt ist,
- ein elektrisches Antriebssystem (8) mit einem um eine La gerachse (45) schwenkbaren Hebel (9) und einer mit dem He bel (9) verbundenen Verriegelungsklinke (10; 30), welche in einem Normalbetriebszustand die Kontaktfeder (5) entgegen ihrer Vorspannung in einer Schließstellung verriegelt und sie bei Ansprechen des Antriebssystems (8) freigibt,
- ein Betätigungselement (12), das mit der Kontaktfeder (5) fest verbunden ist und das für ein Rückstellorgan (27, 35; 33) zugänglich ist.

2. Batterietrennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebssystem ein Elektromagnetsystem (8) ist.

3. Batterietrennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement ein Kontaktfederlappen (12) ist.

4. Batterietrennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anhand der Position des Betätigungselements (8) durch ein Fenster (16) der Schaltzu stand des Batterietrennschalters erkennbar ist.

5. Batterietrennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltzustand durch ein lichtemitierendes Bauteil erkennbar ist.

6. Batterietrennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußleiter (3, 4) parallel zum Gehäuseboden (1) angeordnet sind.

7. Batterietrennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Kontakt (7) als Doppelkontakt ausgeführt ist.

8. Batterietrennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem zweiten Anschlußleiter (4) und dem beweglichem Kontakt (7) durch eine Flachlitze (19) erfolgt.

9. Batterietrennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Kontaktfeder (5) ein Spannelement (14) angeformt ist, das sich mit dem Kon taktfederschenkel (6) überlappt.

10. Batterietrennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannelement (14) und der Kontaktfederschenkel (6) über Torsionsstege (15) mit einander verbunden sind.

11. Batterietrennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfeder (5) und die Verriegelungsklinke (10; 30) ineinandergreifende Ra stelemente bilden, so daß die Verriegelungsklinke (10; 30) bei geschlossenem Schalter arretiert ist.

12. Batterietrennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückstellorgan ein Schieber (27; 33) ist.

13. Batterietrennschalter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (33) mit einem Elektromotor (31) mit Untersetzungsgetriebe (32) und Betätigungsnocken (34) bewegbar ist.

14. Batterietrennschalter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (31) von einem entfernt, insbesondere in einem Fahrzeuginnenraum, angeordneten Handschalter ansteuerbar ist.

15. Batterietrennschalter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (31) an der dem Gehäuseboden (1) gegenüberliegenden Seite des Ge häuseinnenraumes angeordnet ist.

16. Batterietrennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse der Anordnung aus dem Hebel (9) und der Verriegelungsklinke (10; 30) annä hernd symmetrisch zur Lagerachse des Hebels (9) angeordnet ist.

17. Batterietrennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückstellorgan ein von Hand betätigbares Zusatzwerkzeug ist.

18. Batterietrennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußleiter (3, 4) außerhalb des Gehäuses als Flansch zum Verschrauben, als Polklemme (46) oder als Crimpverbindung (47) ausgeführt sind.

19. Batterietrennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Anschlußlei ter (4) im Gehäuseinnern wannenförmig gebogen ist.

20. Batterietrennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Anschlußleiter (3, 4) überlappen und mit dem Material des Gehäuses voneinan der isoliert umspritzt sind.