DE19912257C1 - Elektromechanischer Batterietrennschalter, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit elektromechanischer Spannvorrichtung - Google Patents

Abstract

Der Batterietrennschalter wird mit einer Kontaktanordnung (12, 13) zwischen eine Spannungsquelle und einen Hauptstromkreis geschaltet. Der Batterietrennschalter besitzt ein Schrittschaltwerk (5), das in Verbindung mit einer Kurvenscheibe (15) eine elektromechanische Spannvorrichtung darstellt. Durch mehrmaliges Betätigen des Elektromagnetsystems (3) wird durch die Ankerbewegung die Kurvenscheibe (15) so weit gedreht, daß die Kontaktfeder (11) in eine Öffnungsposition überführt wird. Durch ein weiteres Betätigen des Elektromagnetsystems (3) wird die Kontaktfeder (11) freigegeben, kann sich in eine Öffnungsposition bewegen und dabei die Kontakte (12, 13) öffnen. DOLLAR A Mit diesem Batterietrennschalter kann das Bordnetz eines Fahrzeuges bei einem Unfall oder einem Kurzschluß schnell stromlos geschaltet werden, um die Brandgefahr zu verringern oder bei einem sonstigen Störungszustand eine Entladung der Batterie zu verhindern. Das Wiedereinschalten des Batterietrennschalters ist elektromechanisch möglich, wobei im Batterietrennschalter kein zusätzliches Antriebssystem vorgesehen werden muß.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Batte­ rietrennschalter, der unmittelbar im Bereich eines Batterie­ pols angeordnet ist und der im Gefahrenfall eine automatische Auftrennung des Batteriestromkreises bewirkt, wobei der Bat­ terietrennschalter elektromechanisch gespannt werden kann.

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, zum Beispiel im Crashfall, bei einem Kurzschluß im Generator/Anlasser-Kabel oder im Bordnetz, das normalerweise nur über träge reagieren­ de Einzelsicherungen abgetrennt wird, besteht deshalb erhöhte Brandgefahr, die bisher lediglich durch manuelles Abklemmen 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.

Aus der EP 0 725 412 A2 ist eine Sicherungsvorrichtung für eine Stromleitung in Fahrzeugen bekannt, bei der ein Strom­ stärkesensor ein nachgeschaltetes Trennmittel steuert, das bei Überstrom die Stromleitung unterbricht. Im einzelnen sind dort Trennmittel mit einer Sprengkapsel genannt, wobei bei Auslösung des Trennmittels ein Kabel durchschnitten oder ein Stecker aus dem Gehäuse gedrückt wird. Nach dem Auslösen der­ artiger Trennmittel ist auch nach Beseitigung der Störung ein Wiedereinschalten nicht ohne weiteres möglich; vielmehr muß das Sicherungselement ausgetauscht werden.

Ferner ist aus der DE 197 01 933 C1 bereits ein Trennschalter 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. Zudem muß der Lasttrennschalter gut zugänglich mon­ tiert sein, da das Wiedereinschalten von Hand geschieht. Durch das Wiedereinschalten von Hand ist die Bedienung des Lasttrennschalters relativ umständlich.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektromechani­ schen Batterietrennschalter zu schaffen, der ein elektrome­ chanisches Wiedereinschalten des Batterietrennschalters er­ möglicht. Der Batterietrennschalter soll so kompakt sein, daß er in der Aussparung am Batteriepol einer handelsüblichen Fahrzeugbatterie Platz findet, aber trotzdem einen einfachen Aufbau aufweisen.

Erfindungsgemäß wird dieses Ziel mit einem elektromechani­ schen Batterietrennschalter mit folgenden Merkmalen erreicht:

• - einem Grundkörper,
• - einem Elektromagnetsystem,
• - einem Anker, der durch eine Ankerrückstellfeder in eine Ruheposition vorgespannt ist,
• - einer Kurvenscheibe, die über ein Schrittschaltwerk mit­ tels einer Ankerbewegung verdrehbar ist,
• - einer Kontaktfeder, die mindestens einen Schaltkontakt trägt, der mit einem Festkontakt zusammenwirkt, und mit einem einen Verlängerungsabschnitt bildenden Abschnitt, der ein freies Ende der Kontaktfeder darstellt, gegen die Kurvenscheibe federt, so daß die Kontaktfeder eine der Stellung der Kurvenscheibe entsprechende Position ein­ nimmt, wobei die extremen Positionen der Kontaktfeder eine Schließposition und eine Öffnungsposition sind,
• - einer Vorrichtung zum Verhindern des Zurückdrehens der Kurvenscheibe, so daß eine Drehung der Kurvenscheibe nur in einer Richtung möglich ist.

Der erfindungsgemäße Batterietrennschalter ist mit seinem Kontaktpaar in einen Lastkreis eingeschaltet und kann diesen durch ein Signal, beispielsweise von einem Kurzschlußsensor, von einem Crashsensor oder einem von Hand ausgelösten Schal­ ter, gezielt auftrennen.

Der erfindungsgemäße Batterietrennschalter kann elektromecha­ nisch wieder eingeschaltet werden, indem die Kurvenscheibe um einen definierten Winkel gedreht wird. Durch die Schnecken­ form, die das Kurvenrad vorzugsweise aufweist, wird das am Kurvenrad anliegende freie Kontaktfederende derart bewegt, daß die Kontakte sich schließen und dann die Kontaktfeder zu­ sätzlich gespannt wird. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Batterietrennschalters ist deshalb besonders vorteilhaft, weil das Verdrehen der Kurvenscheibe durch mehrmaliges Erre­ gen des Elektromagnetsystems und die dadurch erfolgende An­ kerbewegung geschieht, so daß kein zusätzliches Antriebssy­ stems erforderlich ist.

In einer einfachen Ausführungsform ist der Anker mit einem Schöpfschenkel gekoppelt, der in die Zahnung eines Schöpfra­ des eingreift, das wiederum die Kurvenscheibe trägt. In vor­ teilhafter Weise verhindert eine Sperrklinke, die gegen das Schöpfrad federt, ein Zurückdrehen der Kurvenscheibe.

In einer besonders günstigen Ausführung ist einer der An­ schlüsse des Batterietrennschalters als Polklemme ausgeführt, die in das Gehäuse integriert sein kann, so daß der Batte­ rietrennschalter in der Aussparung am Pol einer Fahrzeugbat­ terie Platz findet. Vor allem bei einer solchen Ausführungs­ variante erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Batte­ rietrennschalter neben dem geschalteten Anschluß einen unge­ schalteten Anschluß besitzt, so daß bestimmte Teile des Bord­ netzsystems, beispielsweise sicherheitsrelevante Einrichtun­ gen wie die Warnblinkanlage oder ein Mobiltelefon, auch bei geöffnetem Schalter an die Batterie angeschaltet bleiben kön­ nen.

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 die Draufsicht eines erfindungsgemäßen Batterietrenn­ schalters mit in das Gehäuse integrierter Polklemme in zwei Funktionsphasen,

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt des Batterietrennschal­ ters von Fig. 1.

Die Fig. 1 und 2 stellen einen erfindungsgemäßen Batte­ rietrennschalter dar, wobei ein Grundkörper durch ein Gehäuse 1 gebildet ist. Neben einer Polklemme 2, einem Elektromagnet­ system 3, einem Schrittschaltwerk 4 mit einer Kurvenscheibe 15, einem Kontaktsystem 5 und zwei Anschlußleitern 6 und 7 weist der im Ausführungsbeispiel gezeigte Batterietrennschal­ ter eine Platine mit einer elektronischen Steuereinheit 8, die in den Figuren aber nicht detaillierter dargestellt ist, auf. Das Elektromagnetsystem 3 ist ein konventionelles Klap­ pankersystem mit einem Anker 9 und einer Ankerrückstellfeder 10. Das Kontaktsystem 5 besteht aus einer Kontaktfeder 11, die einen mit einem Festkontakt 12 zusammenwirkenden Schalt­ kontakt 13 trägt. Die Kontaktfeder 11 ist in eine Öffnungspo­ sition vorgespannt. Um hohe Ströme führen zu können, ist der Schaltkontakt 13 durch eine Flachlitze 14 hoher elektrischer Leitfähigkeit mit dem ersten Anschlußleiter 6 verbunden.

Das Schrittschaltwerk besteht aus einem Schöpfrad 16, mit dem die Kurvenscheiben 15 so verbunden ist, daß sie gemeinsam um dieselbe Achse drehbar sind, und einer Schöpffeder 17, die aus einer Verlängerung der Ankerrückstellfeder 10 gebildet und so mit dem Anker 9 verbunden ist. Die Schöpffeder 17 weist eine im wesentlichen U-förmige Gestalt auf, wobei das freie Ende der Feder einen Schöpfschenkel 18 bildet, dessen freies Ende 19 in die Bewegungsrichtung des Ankers 9 bei ei­ nem Schließvorgang zeigt. Bei Öffnung des Ankers 9 reibt der Schöpfschenkel 18 an dem Schöpfrad 16. Daher muß die Schöpf­ feder 17 in Öffnungsrichtung des Ankers 19 ein weiches Ver­ halten aufweisen, damit ein sicheres Öffnen durch die Kraft der Ankerrückstellfeder 10 gewährleistet ist. In einem mitt­ leren Bereich 20 ist die Schöpffeder 17 deshalb durch ein an den Anker 9 angeformtes Abstützelement 21 in ihrer Verformung derart eingeschränkt, daß die Schöpffeder 17 in Richtung der Schließposition des Ankers 9 ein steifes Verhalten aufweist, während sie in Öffnungsrichtung des Ankers 9 ein weiches Ver­ halten zeigt.

Das freie Ende 19 des Schöpfschenkels 18 greift in die Zah­ nung des Schöpfrades 16 ein. Dadurch wird bei jedem Anker­ schließvorgang das Schöpfrad 16 und somit die Kurvenscheibe 15 um einen definierten Winkel gedreht. Bei n Zähnen des Schöpfrades 16 vollzieht das Schöpfrad 16 bei n-maliger Erre­ gung des Elektromagnetsystems 3 eine ganze Umdrehung. Eine federnd ausgeführte Sperrklinke 22 liegt so an dem Schöpfrad 16 an, daß eine Rückwärtsdrehung des Schöpfrades 16 verhin­ dert ist.

Die Kontaktfeder 11 ist an einem Befestigungsende eingespannt und dadurch mit dem Gehäuse 1 verbunden. In einem mittleren Abschnitt trägt sie den Schaltkontakt 13; das freie Ende der Kontaktfeder 11 federt aufgrund der Vorspannkraft gegen die Kurvenscheibe 15. In der Öffnungsposition sind die beiden Kontakte 12 und 13 getrennt. Durch wiederholtes Erregen des Elektromagnetsystems 3 wird die Kurvenscheibe jedes Mal um eine Teilung, d. h. um einen durch die Anzahl der Zähne des Schöpfrades 16 bestimmten Winkel, gedreht. Durch die schnec­ kenförmige Ausgestaltung der Kurvenscheibe 15 verlagert sich der Berührungspunkt zwischen der Kurvenscheibe 15 und der Kontaktfeder 11 derart, daß sich der Abstand zwischen dem Festkontakt 12 und dem Schaltkontakt 13 erst verringert und dann, nachdem sich die Kontakte 12 und 13 berühren, eine zu­ sätzliche Kontaktkraft aufgebaut wird. Dieser Spannvorgang ist abgeschlossen, wenn das Elektromagnetsystem 3 n - 1 mal er­ regt wurde, so daß eine weitere Erregung das Schrittschalt­ werk 4 mit der Kurvenscheibe 15 und dadurch auch die Kontakt­ feder 4 in ihre Ausgangsposition zurückbringen würde.

Der durch diesen Spannvorgang erreichte Zustand ist der Nor­ malbetriebszustand. Erhält das Elektromagnetsystem 3 einen weiteren Impuls, so dreht sich durch das Schrittschaltwerk 4 die Kurvenscheibe um eine Teilung, weiter. Somit kann sich die Kontaktfeder 11 aus ihrer Schließposition lösen und sich in Richtung der Öffnungsposition bewegen. Dabei reißt sie die Kontakte 11 und 12 auseinander. Der Bewegungsimpuls des Ver­ längerungsabschnitts 23 der Kontaktfeder 11 unterstützt bei diesem Vorgang das sichere Trennen der Kontakte 12 und 13.

Das Elektromagnetsystem 3 muß zum Spannen also mit n - 1 und zum Auslösen mit einem Impuls angesteuert werden. Diese Steuerung übernimmt eine elektronische Steuereinheit, die im Ausführungsbeispiel auf einer Platine 8 im Inneren des Gehäu­ ses angeordnet ist. Diese Steuereinheit 8 kann nun wiederum mit einem Schalter im Fahrzeuginnenraum oder mit hinzuzufü­ genden Sensoren verbunden sein.

Um ein elektromechanisches Wiedereinschalten zu ermöglichen, muß natürlich ein Teil des Bordnetzes an die Batterie ange­ schaltet bleiben. Zu diesem Zweck besitzt der erfindungsgemä­ ße Batterietrennschalter im Ausführungsbeispiel neben dem ge­ schalteten Anschluß 6 auch einen ungeschalteten Anschluß 7, der direkt mit der Batteriepolklemme 2 verbunden ist.

Claims (12)

1. Batterietrennschalter, vorzugsweise zum Einsatz in Kraft­ fahrzeugen, mit folgenden Merkmalen:

• - einem Grundkörper (1),
• - einem Elektromagnetsystem (3),
• - einem Anker (9), der durch eine Ankerrückstellfeder (10) in eine Ruheposition vorgespannt ist,
• - einer Kurvenscheibe (15), die über ein Schrittschaltwerk (4) mittels einer Ankerbewegung verdrehbar ist,
• - einer Kontaktfeder (11), die mindestens einen Schaltkon­ takt (13) trägt, der mit einem Festkontakt (12) zusammen­ wirkt, und mit einem einen Verlängerungsabschnitt bilden­ den Abschnitt (23), der ein freies Ende der Kontaktfeder (11) darstellt, gegen die Kurvenscheibe (15) federt, so daß die Kontaktfeder (11) eine der Stellung der Kurven­ scheibe (15) entsprechende Position einnimmt, wobei die extremen Positionen der Kontaktfeder (11) eine Schließpo­ sition und eine Öffnungsposition sind,
• - einer Vorrichtung (22) zum Verhindern des Zurückdrehens der Kurvenscheibe (15), so daß eine Drehung der Kurven­ scheibe nur in einer Richtung möglich ist.

2. Batterietrennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kur­ venscheibe (15) schneckenförmig gestaltet ist.

3. Batterietrennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vor­ richtung zum Verhindern des Zurückdrehens der Kurvenscheibe (15) eine Sperrklinke (22) ist.

4. Batterietrennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein An­ schluß des Batterietrennschalters als Polklemme (2) ausge­ führt ist, die in das Gehäuse (1) integriert ist.

5. Batterietrennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schrittschaltwerk (4) zum Drehen der Kurvenscheibe (15) aus einem Schöpfrad (16) und einer mit dem Anker (9) verbundenen Schöpffeder (17) besteht.

6. Batterietrennschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schöpffeder (17) im wesentlichen U-förmig ist, wobei der an dem Anker befestigte Schenkel des U ungefähr senkrecht zu der Längserstreckung des Ankers (9) steht.

7. Batterietrennschalter nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein an den Anker (9) angeformtes Abstützelement (21) die Schöpffeder (17) in einem mittleren Bereich (20) abstützt.

8. Batterietrennschalter nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anker­ rückstellfeder (10) und die Schöpffeder (17) ein Teil bilden.

9. Batterietrennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elek­ tromagnetsystem (3) mit einer elektrischen Steuereinheit (8) zusammenwirkt.

10. Batterietrennschalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die elek­ trische Steuereinheit (8) vom Fahrzeuginnenraum aus, bei­ spielsweise mit einem Handschalter, betätigbar ist.

11. Batterietrennschalter nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die elek­ tronische Steuereinheit (8) im Gehäuse (1) des Batterietrenn­ schalters angeordnet ist.

12. Batterietrennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Batte­ rietrennschalter einen nicht schaltbaren Anschluß (7) be­ sitzt.