DE19947051C1

DE19947051C1 - Elektromechanischer Trennschalter, insbesondere für das Bordnetz eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE19947051C1
Application number: DE1999147051
Authority: DE
Inventors: Josef Kern
Original assignee: Tyco Electronics Logistics AG
Current assignee: TE Connectivity Solutions GmbH
Priority date: 1999-09-30
Filing date: 1999-09-30
Publication date: 2001-03-15
Anticipated expiration: 2019-10-01

Abstract

Der Trennschalter kann an beliebiger Stelle im Lastkreis eines Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Der Schalter ist im Normalzustand geschlossen. Bei Ansprechen eines Auslösesystems, das beispielsweise von einem Crashsensor angesteuert wird, wird der Schalter geöffnet und kann mit einer Schließvorrichtung wieder geschlossen werden. Die Schaltkontakte sind direkt auf den in das Gehäuse hineinführenden, als Kontaktträger ausgebildeten Leiterenden aufgebracht. Somit ergibt sich eine einfache Konstruktion, die mit wenigen Teilen auskommt, sowie ein besonders niederohmiger elektrischer Widerstand.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Trennschal ter, der an beliebiger Stelle im Lastkreis eines Kraftfahr zeugs angeordnet werden kann und der insbesondere im Gefah renfall elektrische Lasten von der Batterie trennt.

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 DE 197 01 933 C1 ist bereits ein Lasttrennschalter für den Laststromkreis einer Fahrzeugbatterie bekannt, bei dem eine Kontaktanordnung zwischen eine Polklemme und einem 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.

Des weiteren sind im Kabel integrierte Trennschalter mit gasangetriebener Trennung bekannt, die jedoch bauartbedingt nicht sofort wieder einschaltbereit sind, da ein Austausch von mindestens einem Verschleißteil erforderlich ist.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektromechani schen Trennschalter zu schaffen, der eine gesonderte Abtren nung von Lastkreisen von der Batterie ermöglicht. Das Problem des Platzbedarfs soll dadurch gelöst werden, daß der elektro mechanische Trennschalter an beliebiger Stelle im Kabel un tergebracht werden kann. Außerdem soll der elektromechanische Trennschalter aus möglichst wenigen Teilen bestehen, um ihn bezüglich Gewicht, Platzbedarf und Kosten zu optimieren, und einen besonders niederohmigen elektrischen Widerstand besit zen.

Erfindungsgemäß wird dieses Ziel mit einem elektromechani schen Trennschalter erreicht, der die folgenden Merkmale auf weist:

- ein Gehäuse,
- mindestens einen aus dem Gehäuse herausführenden ersten Leiter, der mit einem im Gehäuseinneren liegenden, als Kontaktträger ausgebildeten Abschnitt einen feststehenden Kontakt trägt, und mindestens einen aus dem Gehäuse her ausführenden zweiten Leiter, der mit einem im Gehäuseinne ren liegenden, als Kontaktträger ausgebildeten Abschnitt einen beweglichen Kontakt trägt,
- eine Rückstellfeder, die den beweglichen Kontakt bezüglich des feststehenden Kontakts in eine Öffnungsposition vor spannt,
- eine Verriegelungsvorrichtung, die in einem Normalzustand die Kontakte entgegen der Vorspannung der Rückstellfeder in einer Schließstellung verriegelt,
- ein Auslösesystem, das mit der Verriegelungsvorrichtung gekoppelt ist und bei Ansprechen die Verriegelungsvorrich tung im Sinne einer Kontaktöffnung betätigt,
- eine Schließvorrichtung, die bei Betätigung die Kontakte schließt und eine Verriegelung durch die Verriegelungsvor richtung bewirkt.

Der erfindungsgemäße Lasttrennschalter kann an beliebiger Stelle im Lastkreis eingebaut werden. Bei Ansprechen des Aus lösesystems, beispielsweise bei einem Unfall, werden die im Normalzustand geschlossenen Kontakte geöffnet und somit ge zielt ein Teil des Bordnetzes freigeschaltet. Durch die Aus nutzung der Enden der Kupferleitung des Lastkreises als Trä ger für die Schaltkontakte ergibt sich ein sehr einfacher und kompakter Aufbau des erfindungsgemäßen Lasttrennschalters. Eine zusätzliche vorteilhafte Wirkung des Aufbaus ergibt sich durch den besonders niederohmigen elektrischen Widerstand des Lasttrennschalters, da auf der Lastseite keine weiteren stromführenden Teile erforderlich sind. Mit der Schließvor richtung kann nach einem Ende der Gefahrensituation der Schalter wieder geschlossen werden, ohne daß ein Austausch von Verschleißteilen erforderlich ist.

Ein besonders einfacher und kompakter Aufbau ergibt sich dann, wenn ein elektromechanisches Auslösesystem Verwendung findet und der Anker mit der Rückstellfeder gleichzeitig die Verriegelungsvorrichtung bildet.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich, wenn das Auslösesystem zusätzlich mit einem Handschal ter zum Ansprechen gebracht werden kann, beispielsweise bei einem längeren Stillstand des Fahrzeugs.

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 Trennschalter mit Gehäuse,

Fig. 2 den Trennschalter von Fig. 1 ohne Gehäuse,

Fig. 3 einen Längsschnitt des Trennschalter von Fig. 1 mit einem elektromagnetischen Auslösesystem,

Fig. 4 einen Längsschnitt des Trennschalters von Fig. 1 im geschlossenen Zustand.

Der in Fig. 1 gezeigte Trennschalter besitzt ein aus einem Gehäuseunterteil 1 und einem Gehäuseoberteil 2 bestehendes Gehäuse.

Am Gehäuseunterteil 1, das vorzugsweise aus einem thermopla stischen Kunststoff besteht, ist ein Kabelhalter 3 fest ange bracht. Dieser kann als Stanzbiegeteil aus einem kostengün stigen Material, beispielsweise Stahl-Tiefziehblech herge stellt werden. Am Kabelhalter 3 ist ein abisoliertes Ende des Lastkabels 5 durch eine Crimpverbindung befestigt. Das Kabel ende 5a ist als feststehender Kontaktträger ausgeführt. Die freiliegenden Kupferlitzen sind am Ende entweder durch eine Schweißung verdichtet oder von einem rohrförmigen, elektrisch hochleitfähigen Material 6 umhüllt. Schließlich ist das Ka belende 5a flachgeprägt und als Träger für eine Edelmetall- Kontaktschicht 7 oder Kontaktstücke gestaltet.

Das länger abisolierte Kabelende 5b trägt den beweglichen Kontakt 7a. Es ist ebenfalls mit einem Kabelhalter 4 an dem Gehäuseunterteil 1 befestigt. Das Kabelende 5b ist entweder durch eine Schweißung verdichtet oder von einem elektrisch hochleitfähigen Rohr 6a, beispielsweise Kupfer, umgeben. Das Kabelende 5b ist ebenfalls flachgeprägt und zur Kontaktbil dung mit Edelmetall beschichtet oder es trägt Kontaktstücke, die vorzugsweise geteilt sind, um eine Doppelkontaktgabe zu erreichen.

Am Kabelhalter 4 ist eine Rückstellfeder 8, hier als Blattfe der ausgeführt, befestigt, die so vorgespannt ist, daß das flexible Kabelende 5b mit dem beweglichen Kontakt 7a vom feststehenden Kontakt 7 beispielsweise über zwei abgebogene Federlappen 8a, 8b abgehoben wird. Diese Ausführungsform der Rückstellfeder kann der Fig. 4 entnommen werden.

Das überstehende Federende 8c dient zur Vorspannung der Blattfeder 8 und somit zur Aufbringung der Kontaktkraft beim Betätigen der Schließvorrichtung 9.

Fig. 3 zeigt weiterhin im oberen Gehäuseteil 2 das Auslöse system, welches vorzugsweise als elektromagnetisches Auslöse system ausgeführt ist. Dieses elektromagnetische Auslösesy stem besteht aus einem Spulenkörper 10 mit Spule 11, einem Joch 12 und einem Kern 13 zur Flußführung und einem bewegli chen Anker 14 mit einer Ankerfeder 15. Für die elektrische Ansteuerung der Spule des Auslösesystems ist ein Kabel 16 oder sind Steckverbindungsstifte aus der oberen Gehäusehälfte 2 herausgeführt.

Die Verriegelungsvorrichtung, die in einem Normalzustand die Kontakte 7, 7a geschlossen hält, wird im Ausführungsbeispiel von der Ankerfeder 15 und der Blattfeder 8 gebildet. Bei ei nem Ansprechen des Auslösesystems, beispielsweise durch ein Signal von einem Crash-Sensor, wird der Anker 14, der in sei ner Ruhelage von der Ankerfeder 15 gehalten wird, von der Spule 11 im Bereich der Kernpolfläche 13a angezogen, und die Klinke 15a, die an der Ankerfeder 15 angeformt ist, gibt die vorgespannte Blattfeder 8 frei. Hierzu befindet sich in der Blattfeder 8 ein Durchbruch 8d, in den die Ankerfeder 15a eintaucht.

Um die Dynamik der bewegten Ankermasse auszunutzen und die Auslösespule 11 klein zu halten, besitzt der Anker 14 einen Haken 14a, der erst kurz vor dem Aufschlag des Ankers auf die Polfläche 13a die an der Ankerfeder 15 angeformte Klinke 15a in Richtung der Ausnehmung 8d der Blattfeder 8 schlägt, und somit erfolgt ein Öffnen der Kontakte 7, 7a.

Zum Wiedereinschalten des Trennschalters dient die Schließ vorrichtung 9. Diese ist im Ausführungsbeispiel als Druckstö ßel 9, der mit einer Rückholfeder 17 versehen ist, ausge führt. Die Schließvorrichtung ist durch eine flexible Gehäu seabdeckung 18 betätigbar, die vorzugsweise im Zwei- Komponenten-Spritzgießverfahren hergestellt ist.

Die Trennebene 19 zwischen Gehäuseunterteil 1 und Gehäuse oberteil 2 wird abgedichtet mit einer Vergußmasse oder einem Kleber, einer thermischen Verbindung der Gehäuseteile, oder einer gegenseitigen mechanischen Formschlußverrastung mit da zwischenliegender Dichtung bzw. mit im Zwei- Komponentenverfahren angespritztem Elastomer.

Durch die Auftrennung des Gehäuses mit dem Lastkreis in der unteren Gehäusehälfte und dem Auslösesystem in der oberen Ge häusehälfte kann auch ein anderes als das dargestellte elek tromechanische Auslösesystem eingesetzt werden. Sinnvoll sind beispielsweise ein manuell betätigbarer mechanischer oder ein mechanisch-dynamischer Trägheitsauslöser für den Crash-Fall.

Claims

1. Elektromechanischer Trennschalter, insbesondere für das Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, der folgende Merkmale auf weist:

- ein Gehäuse (1, 2),
- mindestens einen aus dem Gehäuse herausführenden ersten Leiter, der mit einem im Gehäuseinneren liegenden, als Kontaktträger ausgebildeten Abschnitt (5a) einen festste henden Kontakt (7) trägt, und mindestens einen aus dem Ge häuse (1, 2) herausführenden zweiten Leiter, der mit einem im Gehäuseinneren liegenden, als Kontaktträger ausgebilde ten Abschnitt (5b) einen beweglichen Kontakt trägt,
- eine Rückstellfeder (8), die den beweglichen Kontakt (7a) bezüglich des feststehenden Kontakts (7) in eine Öffnungs position vorspannt,
- eine Verriegelungsvorrichtung, die in einem Normalzustand die Kontakte (7, 7a) entgegen der Vorspannung der Rück stellfeder (8) in einer Schließstellung verriegelt,
- ein Auslösesystem, das mit der Verriegelungsvorrichtung gekoppelt ist und bei Ansprechen die Verriegelungsvorrich tung im Sinne einer Kontaktöffnung betätigt,
- eine Schließvorrichtung (9), die bei Betätigung die Kon takte (7, 7) schließt und eine Verriegelung durch die Ver riegelungsvorrichtung bewirkt.

2. Elektromechanischer Trennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der aus dem Gehäuse herausführenden Leiter (5) an einem Pol einer Batterie, und ein zweiter an einem Lastkreis angeschlossen ist.

3. Elektromechanischer Trennschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die als Kontaktträger ausgebildeten Leiterabschnitte (5a, 5b) durch Schweißung verdichtet und flachgeprägt sind.

4. Elektromechanischer Trennschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die als Kontaktträger ausgebildeten Leiterabschnitte (5a, 5b) mit einem elektrisch hochleitfähigen Rohr (6, 6a) umgeben und flachgeprägt sind.

5. Elektromechanischer Trennschalter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Edelmetall-Kontaktschicht (7, 7a) auf die flachge prägten Kontaktträger aufgebracht ist.

6. Elektromechanischer Trennschalter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß Kontaktstücke (7, 7a) auf die flachgeprägten Kontaktträ ger aufgebracht sind.

7. Elektromechanischer Trennschalter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Kontakte (7, 7a) als Doppelkontakt ausgeführt ist.

8. Elektromechanischer Trennschalter nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder (8) eine Blattfeder ist.

9. Elektromechanischer Trennschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungsvorrichtung aus einer Verriegelungsklin ke (15a) und der Blattfeder (8) gebildet wird.

10. Elektromechanischer Trennschalter nach einem oder mehre ren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslösesystem ein elektromagnetisches Auslösesystem (11) ist, und zu dessen Ansteuerung mindestens eine Ansteuer leitung (16) oder Steckverbindungsstifte aus dem Gehäuse her ausgeführt sind.

11. Elektromechanischer Trennschalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungsklinke (15a) an einer Ankerfeder (15) des elektromagnetischen Auslösesystems angeformt ist.

12. Elektromechanischer Trennschalter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerfeder (15) am elektromagnetischen Auslösesystem (11) fest angebracht ist und einen mit ihr verbundenen Anker (14) aufgrund ihrer Vorspannung in einer Ruhelage hält.

13. Elektromechanischer Trennschalter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (14) bei Ansprechen des Auslösesystems die Ver riegelungsklinke (15a) in eine Ausnehmung (8d) der Blattfeder (8) zieht und dort arretiert.

14. Elektromechanischer Trennschalter nach einem oder mehre ren der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromechanische Auslösesystem mit einem Crash- Sensor gekoppelt ist.

15. Elektromechanischer Trennschalter nach einem oder mehre ren der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromechanische Auslösesystem mit einem Kurz schluß-Sensor gekoppelt ist.

16. Elektromechanischer Trennschalter nach einem oder mehre ren der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromechanische Auslösesystem mit einem manuellen Tastenschalter gekoppelt ist.

17. Elektromechanischer Trennschalter nach einem oder mehre ren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslösesystem ein manuell betätigbarer, mechanischer Auslöser ist.

18. Elektromechanischer Trennschalter nach einem oder mehre ren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslösesystem ein Trägheitsauslöser ist.

19. Elektromechanischer Trennschalter nach einem oder mehre ren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließvorrichtung (9) ein mit einer Rückholfeder (17) versehener Drucktaster ist.

20. Elektromechanischer Trennschalter nach Anspruch 13 und 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucktaster (9) auf eine Verlängerung (8c) der Blatt feder (8) wirkt.

21. Elektromechanischer Trennschalter nach einem oder mehre ren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse zweiteilig ist und aus einem Unterteil (1) und einem Oberteil (2) besteht.

22. Elektromechanischer Trennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (5) mittels Kabelhalter (3, 4) fest mit dem Gehäuse verbunden sind.

23. Elektromechanischer Trennschalter nach einem der Ansprü che 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß am Anker (14) ein Haken (14a) angebracht ist, der bei An sprechen des Auslösesystems die an der Ankerfeder (15) ange formte Verriegelungsklinke (15a) erst kurz vor dem Aufschla gen des Ankers auf eine Polfläche (13a) in Richtung der Aus nehmung (8d) der Blattfeder (8) schlägt.