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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft eine Relaiseinheit die zum Schließen oder
Unterbrechen eines Spannungsversorgungskreises verwendet wird. Im
Einzelnen bezieht sich diese Erfindung auf eine Relaiseinheit und
eine Gehäuseeinheit,
welche eine Anzahl von Relaisschaltern in einem einzelnen Gehäuse kombiniert,
in welchem eine Anzahl von Relaisschaltern in einem einzelnen Gehäuse kombiniert
sind, und das in der Relaiseinheit zur Unterbringung verwendete Gehäuse.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Bei
vielen Elektroautos wird der Motor, mit dem das Auto fährt, durch
eine Spannungsversorgung betrieben, die aus einer eingebauten Batterie besteht.
Ein Spannungsversorgungskreis wird durch einen Relaisschalter betätigt, der
die Spannungsversorgung ein- und ausschaltet.
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Eine
solche Spannungsversorgungsschaltung ist in 11 gezeigt.
Die Gleichspannung der Batterie E wird durch einen Inverter IN in
eine Wechselspannung umgewandelt, mit der der Motor M betrieben
wird. Vor dem Inverter IN befinden sich ein Kondensator C und Widerstand
R, die eine Ladeschaltung bilden. Der Relaisschalter X1 schaltet
die positive Elektrode ein und aus. Der Relaisschalter X2 schaltet
die positive Elektrode der Ladeschaltung CR ein und aus. Der Relaisschalter
X3 schaltet die negative Elektrode ein und aus. (Da sowohl die positive als
auch die negative Seite der Spannungsversorgung ein- und ausgeschaltet
werden kann, würde
es möglich
sein, beide Seiten oder nur die positive Seite zu schalten. Wenn
nur die positive Seite geschaltet wird, kann der dritte Relaisschalter
X3 weggelassen werden.)
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Zum
Betreiben des Motors M werden die Relaisschalter X2 und X3 eingeschaltet,
um die Ladeschaltung CR zu laden. Wenn der Kondensator C voll oder
nahezu voll geladen ist, wird der Motor M durch Einschalten des
Relaisschalters X1 und Ausschalten des Relaisschalters X2 betätigt.
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Wenn
die Relaisschalter X1, X2 und X3 alle verwendet werden, ist jeder
gesondert in einem Anbringungsteil, wie einer Relaismontageplattform,
angebracht. Das Anbringen von zwei oder drei Relaisschaltern einzeln
ist jedoch eine schwierige Aufgabe und die Verdrahtung kann extrem
mühsam
sein.
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Wenn
zwei oder drei Relaisschalter nebeneinander anzubringen sind, befinden
sich alle Verbinderanschlüsse
auf der gleichen Höhe,
da die gleiche Art von Schalter für alle drei verwendet wird.
Wenn ihre Verdrahtung durch eine angeschraubte Sammelschiene verbunden
wird, kann ein unbeabsichtigter Schlag die Schiene drehen und bewirken,
dass benachbarte Verbindungen kurzgeschlossen werden.
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US-A-2
312 902 beschreibt eine Relaiseinheit und ein Gehäuse für das Umschließen der
Relaiseinheit gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 und 6.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Relaiseinheit und ein Gehäuse für die Relaiseinheit
zu schaffen, welches zu verwenden ist, wenn eine Anzahl von Relaisschaltern
nebeneinander installiert sind, um eine Spannungsversorgungsschaltung
ein- und auszuschalten. Eine solche Relaiseinheit würde einfach zu
installieren und zu verdrahten sein und zufällige Kurzschlüsse verhindern.
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Diese
Erfindung ist eine Relaiseinheit zum Schalten einer Spannungsversorgungsschaltung, welche
Folgendes aufweist. Eine Anzahl von Abteilen ist in einem Gehäuse mit
offener Oberseite so vorgesehen, dass ein Relais in ein Abteil passt.
Die Relais sind in diesen Abteilen angeordnet und eine Abdeckung
ist auf die offene Oberseite des Gehäuses aufgesetzt. Schlitze sind
längs des
oberen Randes des Gehäuses
und/oder in der Abdeckung vorgesehen, durch welche die an den Anschlüssen der
einzelnen Relais angebrachten Verbinder treten können. Die Abdeckung ist oben
auf das Gehäuse
aufgesetzt, wobei die an den Anschlüssen der einzelnen Relais angebrachten
Verbinder durch die einzelnen Schlitze verlaufen. An den Seiten
des Äußeren der Gehäuseanbringung
sind Schlitze vorgesehen, über welche
das Gehäuse
an seinem Montageort befestigt werden kann.
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Die
Relais sind Relaisschalter. Sie können vom gesiegelten oder offenen
Typ sein. Eine Anzahl von Schlitzen, die durch ein Ausschnittabschnitt
gebildet sind, ist für
die Ausleitung der Verbinder vorgesehen. Diese Schlitze können längs des
oberen Randes des Gehäuses,
in der Abdeckung oder sich vom Gehäuse zur Abdeckung erstreckend
angeordnet sein, oder es können
sich einige im Gehäuse
und andere in der Abdeckung befinden.
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Dieser
Aufbau dient zu einer Verbesserung der Isolation, indem sichergestellt
wird, dass die Ränder
benachbarter Verbinder durch einen gegebenen Abstand getrennt sind.
Da die Verbinder durch die Schlitze nach außen geführt sind, lassen sie sich nicht
drehen. Dieser Aufbau verhindert also einen Kurzschluss zwischen
benachbarten Verbindern, wenn das Relais einen ungewollten Schlag
von außen
erfährt.
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Das
Anordnen eines der Montageschlitze am Boden des Gehäuses erlaubt
eine vertikale Montage des Relais; Anordnen eines der Schlitze an
der Seite des Gehäuses
erlaubt eine seitliche Montage. Ein seitliches Anbringen des Relais
kann ein wirkungsvoller Weg sein, einen Raum, der eine Komponente mit
geringer Höhe
erfordert, auszunutzen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung kann der gemeinsame Verbinderanschluss für die Relais
im Gehäuse
innerhalb der Einheit verdrahtet sein. Dies vereinfacht die Verdrahtung,
die vor Ort vorgenommen werden muss.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung kann das Innere der Einheit mit einem isolierenden
Harz gefüllt
sein. Neben einer Verbesserung der Isolation gestattet dies, dass
durch die Relais erzeugte Wärme
auf das Gehäuse
und die Abdeckung übertragen
wird, von wo sie wirkungsvoll über die
große
Oberfläche
abgestrahlt werden kann.
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Das
Gehäuse
gemäß der Erfindung
unterscheidet sich durch Folgendes. Es umschließt eine Relaiseinheit zum Schalten
einer Spannungsversorgungsschaltung. Es weist einen Kasten mit offener Oberseite,
welcher mit einer Anzahl von Abteilen zum Umschließen einer
Anzahl von Relais versehen ist, und eine auf die offene Oberseite
des Kastens aufzusetzende Abdeckung auf. Eine Anzahl von Ausschnittabschnitten
ist an wenigstens einem oberen Rand des Kastens und unteren Rand
der Abdeckung vorgesehen. Durch die Ausschnittabschnitte hindurch
ist eine Anzahl von Verbindern mit Anschlüssen auf in den Abteilen umschlossenen
Relais zur Ausleitung aus dem Kasten verbunden, wenn der Kasten
durch die Abdeckung eingeschlossen ist. Es weist auch einen Montagelappen
auf, der an einer Außenfläche des
Kastens zur Befestigung der Relaiseinheit vorgesehen ist.
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Dieser
Aufbau bringt ein Relaiseinheit-Gehäuse hervor, dessen Isolation
durch die Tatsache verbessert ist, dass die Ränder benachbarter Verbinder
durch einen gegebenen Abstand getrennt sind. Da die Verbinder durch
die Schlitze nach außen
geführt
sind, kommt es zu keinem Kurzschluss benachbarter Verbinder, wenn
das Relais einen ungewollten Schlag von außen erfährt.
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Gemäß der Erfindung
ist eine Anzahl von Relaisschaltern in ein einzelnes Gehäuse gepackt, wodurch
die Relais leichter handhabbar werden. Das Gehäuse macht es einfacher, vielfach
vorhandene Relaisschalter zu montieren und zu verdrahten. Da die
Orte der Verbinder durch die Schlitze im Gehäuse festgelegt sind, können die
Verbinder sich nicht drehen, wenn sie einen ungewollten Schlag erhalten. Dies
verhindert zufällige
Kurzschlüsse.
Das Gehäuse und
die Abdeckung schützen
die Kontakte der Relaisverbinder vor Wasser.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine perspektivische Ansicht einer Relaiseinheit gemäß einer
ersten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung.
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2 ist
eine perspektivische Ansicht einer Relaiseinheit, wenn die Abdeckung
vom Kasten entfernt ist.
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3 ist
eine Draufsicht des Kastens.
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4 ist
eine perspektivische Ansicht des Kastens.
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5 ist
eine perspektivische Ansicht der Innenseite der Abdeckung.
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6(a) ist eine Draufsicht der Relaiseinheit einer
zweiten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, und 6(b) ist eine Teilseitenansicht
derselben.
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7(a) ist eine Draufsicht der Relaiseinheit gemäß einer
dritten bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung, und 7(b) ist eine Teilseitenansicht derselben.
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8 ist
eine perspektivische Ansicht der Relaiseinheit gemäß einer
vierten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung.
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9 ist
eine perspektivische Ansicht der in 8 gezeigten
Relaiseinheit, wenn die Abdeckung vom Kasten entfernt ist.
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10 ist
eine perspektivische Ansicht der Relaiseinheit gemäß einer
fünften
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung.
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11 ist
ein Schaltungsdiagramm der Relaiseinheit.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Mehrere
bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung werden unter Bezug auf die Zeichnungen erläutert.
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Die
Zeichnungen offenbaren eine in 11 gezeigte
Relaiseinheit zum Schalten eines oben erwähnten Spannungsversorgungskreises.
In den 1 bis 5 besteht die Relaiseinheit 10 aus
einem Kasten 11 mit einer Basis aus einer speziellen Harzzusammensetzung
und einer offenen Oberseite; drei Relaisschaltern X1, X2 und X3
(nachfolgend einfach „die
Relais" genannt),
die in das Gehäuse
passen; und einer Abdeckung 12, ausgebildet aus einer speziellen
Harzzusammensetzung, welche die Oberseite des Kastens 11 umschließt. Kasten 11 und
Abdeckung 12 bilden ein Gehäuse für diese Relaiseinheit. Die
Relaiseinheit besteht also aus einem vertikalen Gehäuse (da
der Kasten 11 vertikal zu installieren ist). Es wäre auch
möglich,
die Trennwände 13 von
den entsprechenden Orten auf der Innenseite der Abdeckung 12 sich
nach unten erstrecken zu lassen.
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Wie
aus 4 ersichtlich, sind zwei Trennwände 13 innerhalb
des Kastens 11 vorhanden, die die gleiche Höhe wie der
Rand des Kastens haben. Die Trennwände 13 erzeugen drei
Abteile 14, in welchen Relais X1 bis X3 umschlossen werden.
An einem Ende der Oberseite einer jeden der Trennwände 13 befindet
sich eine Öffnung 15.
Die Leitungsdrähte der
Relais X2 und X3 (nicht abgebildet) werden durch diese Öffnung hindurch
ausgeleitet. Eine entsprechende Öffnung 16 befindet
sich im Kasten 11, welche mit den Öffnungen 15 in einer
Linie liegt. Die mit den Spulen der Relais X1 bis X3 verbundenen
Leitungsdrähte
werden durch die Öffnungen 15 und 16 ausgeleitet.
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Am
oberen Rand des Kastens 11 befindet sich ein zurückgesetztes
Niveau, welches eine Oberfläche
bildet, gegen welche sich die Abde ckung 12 satt anfügt. Montagelappen 19 ragen
von beiden Enden des Kastens 11 an seiner Basis ab. Jeder
Lappen 18 enthält
ein Montageloch 19, durch welches eine geeignete Montageschraube
zum Befestigen des Gehäuses
an einem Montageort, wie etwa einer (nicht abgebildeten) Montageplattform,
eingesetzt werden kann.
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Schalteranschlüsse (bzw.
Verbinderanschlüsse)
a und b der Relais X1 bis X3, die in den Abteilen 14 des
Kastens 11 angeordnet sind, befinden sich an der Oberseite
der Relais. Die Verdrahtung ist an ihnen mittels (nicht abgebildeter)
Schrauben angebracht.
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Der
Schalteranschluss a der Relais X1 und X2 ist ein gemeinsamer Anschluss.
Eine L-förmige Sammelschiene
(oder Verbinder) 20a ist angeschraubt, um die unbenutzten
Abschnitte der Anschlüsse
nach außen
zu führen.
Der Schalteranschluss b am anderen Ende des Relais X1 wird ohne Verbindung
zu den Anschlüssen
verwendet.
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Ein
Anschluss von I-förmigen
Sammelschienen (Verbindern) 20b und 20c ist mit
den Schalteranschlüssen
b und a am entgegengesetzten Ende der Relais X2 und X3 verschraubt,
um die unbenutzten Abschnitte der Verbinder nach außen zu führen.
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Ein
Ende einer gebogenen Sammelschiene (oder Verbinders) 20d ist
mit dem Schalteranschluss b am anderen Ende des Relais X3 verbunden,
um ihren unbenutzten Abschnitt nach außen zu leiten. Der unbenutzte
untere gebogene Abschnitt der vorgenannten Sammelschiene 20d ragt
durch einen Ausschnittsabschnitt 21 am oberen Rand des
Kastens 11 nach außen.
Der Abschnitt der Sammelschiene 20b, der stufenförmig gebogen
ist, hat einen Montageort auf anderem Niveau als die benachbarte
Sammelschiene 20b. Dies geschieht, um den Abstand zwischen
ihren Oberflächen
größer zu machen,
als es der Fall wäre,
wenn sie sich auf gleichem Niveau befänden, um so die Isolation zu
verbessern.
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Es
ist ein Montageloch 22 zum Anschließen der Verdrahtung an dem
unbenutzten Ende einer jeden der Sammelschiene 20 (a, b,
c und d) vorhanden. Der Anschluss an der Seite, welche verdrahtet ist,
ist durch eine Schraube angebracht. Der Teil, in welchen das Montageloch 22 gebohrt
ist, erstreckt sich horizontal, es wäre aber gleichermaßen annehmbar,
dass dieser Teil vertikal abgebogen ist. Alle Sammelschienen 20 (a,
b, c und d) bestehen aus einem leitfähigen Material (d. h., sie
sind Verbinder).
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Die
Abdeckung 12 ist in 5 gezeigt.
Sie weist eine Leiste längs
ihres Innenrands auf, welche als Passstück 23, als der Abschnitt
der Abdeckung, welcher das Passstück 17 des Kastens 11 erfasst, dient.
Wie aus 2 ersichtlich, besteht der Abschnitt
der Oberseite der Abdeckung, welcher dem Schalteranschluss b auf
der anderen Seite des Relais X1 entspricht, aus einer Einsenkung 24.
An dem Ort, der dem Schalteranschluss b entspricht, befindet sich
ein Durchgangsloch 25, das so groß ist, dass der Anschluss b
hindurch passt. Die Oberseite des Schalteranschlusses b wird so
koplanar mit der Oberfläche
der Abdeckung. Durch Schaffen von zwei unterschiedlichen Niveaus über die
Einsenkung 24 und durch das direkte Freiliegen des Schalteranschlusses
b erhöhen
wir den Isolationsabstand zwischen dem Schalteranschluss b und den
Rändern
benachbarter Sammelschienen 20a und 20b, womit
der Isolationsgrad erhöht
wird.
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Zurückkehrend
zu 5, sind zwei Trennwände 26 an der Innenseite
der Abdeckung 12 vorgesehen, die den Orten der Trennwände 13 im
Kasten 11 entsprechen. Außerdem befindet sich eine Isolationswand 27 zwischen
den Schalteranschlüssen
a und b der Relais X1 bis X3.
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Drei
Ausschnitte 28 sind an Orten vorgesehen, die den Sammelschienen 20a, 20b und 20c entsprechen.
Durch die drei Ausschnitte 28 können sich diese Sammelschienen
aus dem Kasten heraus erstrecken.
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Als
nächstes
erläutern
wir, wie eine Relaiseinheit 10 mit dem oben beschriebenen
Aufbau zusammengebaut würde.
Die Relais X1, X2 und X3 werden in die Abteile 14 des in 4 gezeigten
leeren Kastens 11 gesetzt. Die geeignete Sammelschiene 20 (a,
b, c oder d) wird mit den Schalteranschlüssen a und b der Relais X1
bis X3 verschraubt und die Abdeckung 12 wird oben auf den
Kasten 11 aufgesetzt. Dabei werden Flächen 17 des Kastens
und Fläche 23 der
Abdeckung mit einem Klebstoff beschichtet und zusammengeklebt.
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Wenn
die Relaiseinheit 10 auf diese Weise montiert ist, ist
sie einsatzbereit; die Isolation im Gehäuse kann jedoch verbessert
werden, wenn die Abteile 14 innerhalb des Gehäuses mit
einem isolierenden Harz, wie Epoxidharz (nicht abgebildet) gefüllt werden,
welches mehr Isolation schaffen kann. Die Öffnung, durch welche das Isolationsharz
eingespritzt werden kann, ist in den Zeichnungen nicht gezeigt.
Sie kann an einem zweckmäßigen Ort
am Boden des Kastens 11 oder der Oberseite der Abdeckung 12 angeordnet
sein.
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Wenn
das Gehäuse
mit Isolationsharz gefüllt ist,
wird das Harz an den Innenflächen
des Kastens 11 und der Abdeckung 12 anhaften,
so dass keine Notwendigkeit besteht, einen Klebstoff zu benutzen, um
die Flächen 17 und 23 des
Kastens 11 und der Abdeckung 12 zusammenzukleben.
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Wenn
ein Relais 10 mit dem oben beschriebenen Aufbau benutzt
werden soll, werden Montagelappen 18 an der Basis der Einheit
auf Montageplattformen oder irgendeiner anderen Art von Montagestufen
angeordnet und durch Einführen
von Schrauben durch Montagelöcher 19 festgeschraubt.
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Bei
dieser Relaiseinheit 10 wird das Relais X2, welches die
Ladeschaltung CR (siehe 11) betätigt, nur
dazu verwendet, die Spannungsversorgung einzuschalten. Mit dieser
verhältnismäßig seltenen
Benutzung wird das Relais X2 nicht viel Wärme erzeugen. Die beiden anderen
Relais, X1, X3, welche den Motor M betätigen, haben jedoch eine hohe
Einsatzhäufigkeit
und erzeugen viel Wärme.
Die Anordnung des Relais X2 zwischen den Relais X1 und X3 erlaubt
es also, dass es als Abstrahlkörper
dient, da es in der Lage ist, die von den beiden Relais X1 und X3,
die zu seinen beiden Seiten angeordnet sind, erzeugte Wärme abzustrahlen.
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6a und 6b zeigen
eine zweite bevorzugte Ausführungsform
von Aufbauten zur Verstärkung des
oben erwähnten
Abstrahlungseffekts. Sie weist einen Abstrahlungsaufbau 30 an
Vorder- und Rückseite
des Kastens 11 auf. Diese Flächen sind unregelmäßig gemacht,
um ihre Oberfläche
zu vergrößern. Da
alle anderen Komponenten des Kastens 11 identisch zu denjenigen
sind, die in der in den 1 bis 5 abgebildeten
ersten Ausführungsform
gezeigt sind, geben wir hier keine ausführliche Beschreibung derselben.
Das Vorsehen von Abstrahlungselementen 30 an den Seiten
des Kastens verstärkt
einfach den Abstrahlungseffekt.
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7a und b zeigen eine dritte bevorzugte Ausführungsform
zur Verstärkung
des oben erwähnten
Abstrahlungseffekts. Ein Widerstand R mit einem Abstrahlungselement 30,
bestehend aus einer unregelmäßigen Oberfläche mit
großem
Oberflächenbereich,
ist an der Vorderseite des Kastens 11 angebracht. Da alle
anderen Komponenten des Kastens 11 identisch mit denjenigen
sind, die in der in den 1 bis 5 abgebildeten
ersten Ausführungsform
gezeigt sind, geben wir hier keine ausführliche Beschreibung derselben.
Der Widerstand R ist der Widerstand R der in 11 gezeigten
Ladeschaltung CR. Da der Widerstand R zusammen mit dem Relais X2
nicht häufig
verwendet wird, erzeugt er wenig Wärme. Der Widerstand R kann
daher anstelle eines Abstrahlfelds verwendet werden, um den Abstrahlungseffekt
zu vergrößern.
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Die 8 und 9 zeigen
eine Relaiseinheit 10 vom horizontalen Typ (d. h., eine
Einheit, die mit einem horizontal orientierten Kasten 11 verwendet
wird) gemäß einer
vierten Ausführungsform
der Erfindung. Montagelappen 18 erstrecken sich in der vertikalen
Ebene von entgegengesetzten Enden einer einzelnen vertikalen Fläche des
Kastens 11.
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Da
alle weiteren baulichen Elemente des Kastens 11 identisch
zu denjenigen sind, die in der in den 1 bis 5 gezeigten
ersten Ausführungsform
gezeigt sind, geben wir hier keine ausführliche Beschreibung derselben.
In diesem Beispiel ist jedoch die Sammelschiene 20e mit
dem anderen Schalteranschluss b des Relais X1 verschraubt. Dieses
Horizontalrelais ist für
Orte nützlich,
die eine Komponente mit niedrigem Profil erfordern.
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Bei
allen oben diskutierten Ausführungsformen
werden drei Relais X1, X2 und X3 verwendet. Für eine einpolige schaltende
Spannungsversorgung würde
Relais X3 jedoch entfernt werden und Relais X2 an seiner Stelle
in dem Abteil angeordnet werden. Das Mittelabteil 14 würde leer
bleiben oder mit Isolationsharz gefüllt werden.
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10 zeigt
eine Relaiseinheit 10, bei welcher eine Ladeschaltung in
dem Spannungsversorgungskreis vorgesehen ist, und der Spannungsversorgungskreis
einen einzelnen Pol aufweist. Hier gibt es nur zwei Abteile 14.
Da alle weiteren baulichen Elemente des Kastens 11 mit
denjenigen der in den 1 bis 5 abgebildeten
Relaiseinheiten 10 identisch sind, geben wir hier keine
ausführliche
Beschreibung derselben.
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Wenn
nur zwei Relais, X1 und X2, verwendet werden, werden nur zwei Abteile 14 benötigt. Es
ist natürlich
annehmbar, dass Vorder- und Rückseite des
Kastens 11 mit Abstrahlungselementen 30, wie in 6 gezeigt, versehen sind, oder dass ein
Widerstand R mit einem daran angebrachten Abstrahlungselement 30,
wie in 7 gezeigt, vorhanden ist. Der
in 8 gezeigte Horizontalaufbau wäre ebenfalls eine mögliche Anpassung.