EP4690266A1 - Schaltvorrichtung - Google Patents

Schaltvorrichtung

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Publication number
EP4690266A1
EP4690266A1 EP24717158.0A EP24717158A EP4690266A1 EP 4690266 A1 EP4690266 A1 EP 4690266A1 EP 24717158 A EP24717158 A EP 24717158A EP 4690266 A1 EP4690266 A1 EP 4690266A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
contact
switching
contacts
switching device
spring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24717158.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Robert Hoffmann
Robert MINKWITZ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TDK Electronics AG
Original Assignee
TDK Electronics AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TDK Electronics AG filed Critical TDK Electronics AG
Publication of EP4690266A1 publication Critical patent/EP4690266A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/30—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H9/44—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts using blow-out magnet
    • H01H9/443—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts using blow-out magnet using permanent magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/54—Contact arrangements
    • H01H50/541—Auxiliary contact devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/54—Contact arrangements
    • H01H50/546—Contact arrangements for contactors having bridging contacts

Definitions

  • a switching device is specified.
  • the switching device is designed in particular as an electromagnetically acting, remotely operated switch that can be operated by electrically conductive current.
  • the switching device can be activated via a control circuit and can switch a load circuit.
  • the switching device can be designed as a relay or as a contactor, in particular as a power contactor.
  • the switching device can particularly preferably be designed as a gas-filled power contactor.
  • switching devices in particular power contactors
  • battery circuits for example in motor vehicles such as electrically or partially electrically powered vehicles or in applications in the field of renewable energies.
  • a contactor In its function as a safety component, a contactor, for example, is normally additionally monitored, whereby contactor monitoring is regulated in the IEC 60947-5-1 standard.
  • Contactor monitoring is intended to detect the most common fault in contactors, relays and switches, namely sticking or welding of the main contacts.
  • Such a fault also known as contactor sticking, can be caused, for example, by arcs that form between the contacts during switching operations under load and thus cause high Temperatures at the contact surfaces can cause the contact surfaces to be welded together. It is also advantageous if other error states can be detected, for example if a contact is mechanically blocked in an open position or in an intermediate state.
  • Typical contactors are designed as so-called overtravel systems. This means that after the main contacts have been connected to one another by the switching bridge and thus electrically closed, the movement of the closing system continues, whereby a pressure of the switching bridge on the main contacts, usually spring-loaded, increases. In the case of a contactor adhesive, this overtravel is reduced again, but the switching bridge remains stuck to at least one main contact. The mechanical system is thus stuck in an intermediate state and is neither open nor properly closed.
  • Monitoring or contactor adhesive detection can be carried out, for example, by means of a voltage measurement across the main contacts of the contactor. If there is a voltage between the main contacts, it follows that the contactor is open. If there is no voltage, it follows that the contactor is short-circuited and therefore closed. Although this method is very safe, it is also expensive to use, as cables that carry high-voltage potential have to be laid and appropriately insulated.
  • Monitoring is usually carried out by a higher-level system, such as an AD converter controlled by a microcontroller. For example, it is also known to use a microswitch in the switching chamber of the contactor, which is operated by a small cantilever on the switching bridge. The cantilever actuates the switch shortly before the switching bridge is pressed against the main contacts.
  • the switch can be designed as a make contact (closed when pressed) or as a break contact (open when pressed).
  • the signal from the microswitch can therefore also be designed to be inverted compared to the switching state of the contactor.
  • a disadvantage of this solution is that the microswitch has to be installed close to the main contacts within the switching chamber. This can sometimes affect arc extinguishing or have insulation disadvantages.
  • the monitoring contact formed by the cantilever and microswitch has to be designed to be leading. This means that the monitoring contact changes its state before the main contact closes. This is because the microswitch must still indicate the status "closed" when the overtravel is already used up during bonding. Intermediate states or blockages cannot therefore be detected.
  • a further disadvantage is the service life of conventional microswitches, which, depending on the design, can only be a few 100,000 switching cycles. Furthermore, supply lines must be laid to the switch, which restricts the use of completely hermetically sealed, ceramic discharge chambers.
  • auxiliary switch which is operated via a boom on the switching bridge, whereby, for example, two overlapping contacts can be pressed against each other.
  • the solution is simple, inexpensive and almost wear-free.
  • the overlapping contacts are placed between the main contacts, which can lead to insulation problems.
  • supply lines must be laid to the auxiliary switch, which limits or makes impossible the use of completely hermetically sealed, ceramic discharge chambers. The switching behavior is still the same as that of the microswitch.
  • IEC 60947-5-1 which requires a detection that closes a monitoring contact or indicates a closed monitoring contact only when the contactor is in the rest position ("normally closed").
  • At least one object of certain embodiments is to provide a switching device.
  • Switching device at least one fixed contact and at least one movable contact.
  • the at least one The fixed contact and the at least one movable contact are intended and set up to switch a load circuit that can be connected to the switching device on and off.
  • the switching device particularly preferably has at least two fixed contacts that, together with the movable contact, are set up and provided to switch a load circuit that can be connected to the switching device and in particular to the at least two fixed contacts on and off.
  • the switching device is usually described with at least one fixed contact or with two fixed contacts.
  • the number of fixed contacts can differ from the specifically mentioned numbers in the following embodiments and in relation to the features described below.
  • the movable contact can be moved in the switching device between a non-switching state and a switching state of the switching device in such a way that the movable contact is spaced apart from the fixed contacts in the non-switching state of the switching device and is thus galvanically separated, and in the switching state has a mechanical contact with the at least two fixed contacts and is thus galvanically connected to them.
  • the fixed contacts are thus arranged separately from one another in the switching device and, depending on the state of the movable contact, can be electrically connected to one another by the movable contact or electrically separated from one another.
  • the movable contact In the switching state, the movable contact thus touches at least one contact surface of at least one fixed contact with at least one contact surface.
  • the contact surface of the at least one fixed contact in the non-switching and thus separated state is also referred to here and below as the switching gap and indicates the maximum range of motion and thus the maximum achievable distance between the contacts and in particular their contact surfaces.
  • the switching gap indicates the maximum range of motion and thus the maximum achievable distance between the contacts and in particular their contact surfaces.
  • the switching device has a switching chamber in which the movable contact and the fixed contacts are arranged.
  • the movable contact can in particular be arranged completely in the switching chamber.
  • the fact that a fixed contact is arranged in the switching chamber can in particular mean that at least one contact area of the fixed contact, which is in mechanical contact with the movable contact in the switched-through state, is arranged within the switching chamber.
  • a fixed contact arranged in the switching chamber can be electrically contactable from the outside, i.e. from outside the switching chamber.
  • a fixed contact arranged in the switching chamber can protrude with a part from the switching chamber and have a connection option for a supply line outside the switching chamber.
  • the switching chamber therefore preferably has openings through which the fixed contacts protrude into the switching chamber.
  • the fixed contacts are, for example, soldered into the openings of the switching chamber and protrude both into the interior of the switching chamber as well as out of the switching chamber.
  • the switching device has at least two auxiliary contacts which are arranged in the switching chamber.
  • the fact that an auxiliary contact is arranged in the switching chamber can in particular mean that at least one contact area of the auxiliary contact is arranged within the switching chamber.
  • an auxiliary contact arranged in the switching chamber can be electrically contactable from the outside, i.e. from outside the switching chamber.
  • an auxiliary contact arranged in the switching chamber can protrude with a part from the switching chamber and have a connection option for a supply line outside the switching chamber.
  • the switching chamber therefore preferably has openings through which the auxiliary contacts protrude into the switching chamber.
  • the auxiliary contacts are, for example, soldered into the openings of the switching chamber and protrude both into the interior of the switching chamber and out of the switching chamber.
  • the auxiliary contacts can thus be introduced into the switching chamber using a hermetically sealed and, for example, brazed connection, comparable to the introduction of the fixed contacts, which can preferably be carried out in a common manufacturing step and thus in a common work process.
  • the switching device has at least two spring contacts which are arranged in the switching chamber. Furthermore, the switching device has a contact plate which is arranged in the switching chamber. In particular, the spring contacts and the contact plate are completely in the Switching chamber arranged.
  • Each of the spring contacts has at least a first and a second contact area. With the first contact area, each of the spring contacts can contact one of the auxiliary contacts. In particular, each of the spring contacts can contact one of the auxiliary contacts with its first contact area during normal operation permanently and independently of the switching states of the switching device.
  • the first contact area of a spring contact can in particular be in direct and thus mechanical contact with an auxiliary contact.
  • the contact plate is movable together with the movable contact.
  • the contact plate and the movable contact can be moved together with the same mechanical drive, which is described further below.
  • the contact plate in a first switching state of the switching device, contacts the second contact areas of the spring contacts and in a second switching state is arranged at a distance from the second contact areas of the spring contacts.
  • the auxiliary contacts are thus short-circuited via the spring contacts and the contact plate, while in the second switching state the auxiliary contacts are electrically separated from one another.
  • the first switching state can, for example, be the non-switching switching state of the switching device described above, which can correspond to a rest state of the switching device, while the second Switching state can be the above-described through-switching state.
  • the contact plate can contact the second contact areas of the spring contacts when the movable contact is spaced from the at least one fixed contact, while the contact plate is spaced from the second contact areas of the spring contacts when the movable contact of the switching device contacts the at least one fixed contact.
  • the auxiliary contacts with the spring contacts and the contact plate can have a "normally closed" characteristic that is opposite to the switching state of the switching device.
  • the first switching state may also be the through-connecting switching state, while the second switching state is the non-through-connecting state.
  • the functionality of the detection of a state of the switching device made possible by the auxiliary contacts is reversed with a "normally open” characteristic, so that in this case the contact plate contacts the second contact areas of the spring contacts when the movable contact contacts the at least one fixed contact, while the contact plate is spaced apart from the second contact areas of the spring contacts when the movable contact of the switching device is spaced apart from the at least one fixed contact.
  • the switching device has a housing in which the movable contact, the fixed contacts as well as the auxiliary contacts, the spring contacts and the contact plate are arranged.
  • a fixed contact is arranged in the housing can in particular, this means that at least one contact area of the fixed contact, which is in mechanical contact with the movable contact in the switched-through state, is arranged inside the housing.
  • a fixed contact arranged inside the housing can be electrically contactable from the outside, i.e. from outside the housing.
  • a fixed contact arranged inside the housing can have a part protruding from the housing and can have a connection option for a supply line outside the housing.
  • the movable contact can in particular be arranged entirely in the housing.
  • the auxiliary contacts can preferably also be arranged entirely in the housing.
  • the auxiliary contacts can be contacted from the outside via supply lines within the housing, which are, for example, electrically connected to external electrical connections on the housing.
  • an electrical component such as a microcontroller can be present in the housing, which is connected to the auxiliary contacts via electrical supply lines.
  • the microcontroller can in turn be contacted from the outside via suitable connections on the housing.
  • the contacts are arranged in a gas atmosphere in the housing.
  • a gas atmosphere in the housing.
  • the switching device can accordingly particularly preferably be a gas-filled switching device such as a gas-filled contactor.
  • the gas atmosphere can in particular promote the extinguishing of arcs that can arise during the switching processes.
  • the gas of the gas atmosphere can, for example, comprise or be a hydrogen- and/or nitrogen-containing gas, in particular under high pressure.
  • the gas can preferably have a proportion of at least 50% H 2 .
  • the gas can comprise an inert gas, particularly preferably N 2 and/or one or more noble gases.
  • the switching chamber is located inside the housing. Furthermore, the gas, i.e. at least a part of the gas atmosphere, can be located in the switching chamber.
  • the movable contact and the contact plate are movable by means of a mechanical drive.
  • the mechanical drive has in particular a magnet armature.
  • the magnet armature can have an axis which is connected at one end to the movable contact and the contact plate in such a way that the movable contact and the contact plate can be moved by means of the axis, i.e. are also moved by the axis when the axis moves.
  • the axis can in particular protrude into the switching chamber through an opening in the switching chamber.
  • the switching chamber can have a switching chamber base which has an opening through which the axis protrudes.
  • the magnet armature can be movable by a magnetic circuit in order to bring about the switching processes described above.
  • the magnetic circuit can have a yoke which has an opening through which the protrudes through the axis of the magnet armature.
  • the magnet armature in particular a magnetic core of the magnet armature, can be drawn towards the yoke.
  • the movable contact and the contact plate are arranged on an electrically insulating contact holder.
  • the contact holder can particularly preferably be arranged and fastened to the axis of the magnet armature and electrically insulate the movable contact and the contact plate from the axis.
  • the movable contact and the contact plate can be mounted so as to be electrically insulated from the components of the mechanical drive, in particular from the components of the magnet armature.
  • the contact holder can have or be made of an electrically insulating material.
  • the electrically insulating material can be selected from polymers and ceramic materials, for example selected from polyoxymethylene (POM), in particular with the structure (CH 2 O) n , polybutylene terephthalate (PBT), glass fiber-filled PBT and electrically insulating metal oxides such as Al 2 O 3 .
  • POM polyoxymethylene
  • PBT polybutylene terephthalate
  • Al 2 O 3 electrically insulating metal oxides
  • the contact plate is fixed to the contact holder.
  • the fixing can be achieved, for example, by means of a clamp.
  • the contact plate is particularly preferably partially formed from the material of the contact holder.
  • the contact plate can be cast or molded with the material of the contact holder, for example.
  • contact areas of the contact plate can protrude from the contact holder.
  • the magnet armature, the axis, the movable contact and the contact plate preferably move in a linear movement in the form of a lifting movement or lowering movement along the axis.
  • the spring force of the second contact areas on the contact plate and thus the counterpressure on the magnet armature and in particular on the contact holder can be lower than the return spring force that a return spring of the mechanical drive has and by means of which the magnet armature can be moved from the switching state to the non-switching state.
  • the spring force of the second contact areas on the contact plate can be less than or equal to 20% of the return spring force.
  • the direction of movement of the movable contact which corresponds to the main extension direction of the axis, i.e. the direction of the lifting movement and lowering movement of the movable contact, can also be referred to here and below as the vertical direction.
  • the fixed contacts are arranged next to one another along a longitudinal direction, wherein the longitudinal direction lies in a horizontal plane perpendicular to the vertical direction.
  • the movable contact can, for example, be plate-shaped and have a main extension plane parallel to the horizontal plane.
  • a transverse direction is defined perpendicular to the vertical and longitudinal directions, so that the horizontal plane is spanned by the longitudinal and transverse directions.
  • each of the spring contacts has a connection region between the first and second contact region, which runs along a longitudinal side wall part of the switching chamber wall.
  • the first and second contact region of each of the spring contacts can preferably extend from the respective longitudinal side wall part at least along a transverse direction into the interior of the switching chamber.
  • the connection region of each of the spring contacts can be arranged behind a side wall part of the switching chamber base, viewed in the transverse direction from the movable contact, so that for each spring contact a side wall part of the switching chamber base is arranged between the movable contact and the connection region of the spring contact.
  • the connection region of each of the spring contacts can thus preferably be arranged in the transverse direction between a side wall part of the switching chamber wall and a side wall part of the switching chamber base.
  • the switching chamber wall has at least two webs, each of which is arranged in the longitudinal direction between the at least two fixed contacts and of which each of at least one longitudinal side wall part extends in the transverse direction into the switching chamber.
  • the webs are spaced apart from one another in the longitudinal direction.
  • both webs can extend in the transverse direction over the movable contact in the interior of the switching chamber from one of the longitudinal side wall parts to the other of the longitudinal side wall parts.
  • the at least two webs can each have a recess in which the movable contact can move during the switching processes.
  • the webs can directly adjoin a cover part of the switching chamber.
  • the webs can run along and directly adjacent to a cover part of the switching chamber wall.
  • the webs can particularly preferably be formed integrally with the side wall parts and/or a cover part of the switching chamber wall.
  • the at least two webs can form one or more spaces in the interior of the switching chamber between the fixed contacts, which is or are at least partially separated from the fixed contacts and thus electrically insulated.
  • the auxiliary contacts and the spring contacts in particular can be arranged.
  • the auxiliary contacts can be arranged between the two webs symmetrically to the movable contact, i.e. symmetrically to a plane of symmetry that is spanned by the longitudinal and vertical directions.
  • the spring contacts can be arranged between the two webs symmetrically to the movable contact.
  • the auxiliary contacts and the spring contacts can be at least partially insulated from the fixed contacts.
  • the insertion areas of the switching chamber base and thus also the permanent magnets can be arranged between the two webs.
  • further additional components can be arranged in the insulated space formed in this way, such as a gas filling nozzle for filling in the previously described gas to form the gas atmosphere in the switching chamber.
  • the insertion areas of the switching chamber base have wall parts which, viewed in the longitudinal direction, are arranged between the webs of the switching chamber wall and between which the permanent magnets are arranged.
  • the wall parts of the insertion areas can be arranged inserted between the webs and form an intermediate space in which the permanent magnets are arranged.
  • the contact areas of the contact plate can be arranged in this intermediate space and move within the intermediate space when changing from the first to the second switching process and vice versa.
  • the at least one insulated space described above can be formed together with the webs by the wall parts of the switching chamber base.
  • the auxiliary contacts and/or the spring contacts and/or the contact plate comprise a material with copper or a copper alloy.
  • the material can particularly preferably be selected from CuBe, CuSn 4 , CuSn 6. Such a material can provide good electrical
  • auxiliary contacts for example, can be made of the same material as the fixed contacts.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a switching device
  • FIGS. 2A to 2D show schematic representations of parts of a switching device according to an embodiment
  • FIGS. 2E and 2F show schematic representations of a contact plate and a spring contact of the switching device according to further embodiments
  • FIGS. 2G to 21 show schematic representations of the switching chamber wall of the switching device according to a further embodiment
  • FIGS. 2 J to 2M show schematic representations of a switching chamber bottom of the switching device according to a further embodiment
  • Figures 3A and 3B show schematic representations of parts of a switching device according to a further embodiment.
  • Figure 1 shows an example of a switching device 100 which can be used, for example, to switch strong electrical currents and/or high electrical voltages and which can be a relay or contactor, in particular a power contactor.
  • Figure 1 shows a three-dimensional sectional view with a vertical cutting plane. The geometries shown are only examples and are not to be understood as limiting and can also be designed in alternative ways.
  • the exemplary switching device 100 has two fixed contacts 2, 3 and one movable contact 4 in a housing 1.
  • the movable contact 4 is designed as a contact plate.
  • the fixed contacts 2, 3 together with the movable contact 4 form the switching contacts.
  • the housing 1 serves primarily as contact protection for the components arranged inside and has a plastic or is made of it, for example PBT or glass fiber-filled PBT.
  • the fixed contacts 2, 3 and/or the movable contact 4 can be made, for example, with or from Cu, a Cu alloy, one or more high-melting metals such as Wo, Ni and/or Gr, or a mixture of the materials mentioned. for example, copper with at least one other
  • Metal for example Wo, Ni and/or Cr.
  • the switching device 100 is shown in a resting state in which the movable contact 4 is spaced apart from the fixed contacts 2, 3, so that the switching contacts 2, 3, 4 are galvanically separated from one another.
  • the design of the switching contacts shown and in particular their geometry are purely exemplary and not to be understood as limiting. Alternatively, the switching contacts can also be designed differently.
  • the switching device 100 has a mechanical drive with a movable magnet armature 5, which essentially carries out the switching movement.
  • the magnet armature 5 has a magnetic core 6, for example with or made of a ferromagnetic material.
  • the magnet armature 5 also has an axis 7, which is guided through the magnetic core 6 and is firmly connected to the magnetic core 6 at one end of the axis.
  • the magnet armature 5 has the movable contact 4, which is mounted via a contact spring 40 and is also connected to the axis 7.
  • the axis 7 can preferably be made with or from stainless steel.
  • an electrically insulating contact holder 47 which can also be referred to as a bridge insulator, can be arranged between them.
  • the magnetic core 6 is surrounded by a coil 8.
  • a current flow in the coil 8 that can be switched on from the outside by a control circuit generates a movement of the magnetic core 6 and thus of the entire magnet armature 5 in the axial direction, until the movable contact 4 contacts the fixed contacts 2, 3.
  • the magnet armature moves upwards.
  • the magnet armature 5 thus moves from a first position, which corresponds to the resting state shown and at the same time the isolating, i.e. non-switching and thus switched off switching state, to a second position, which corresponds to the active, i.e. switching and thus switched on switching state.
  • the contacts 2, 3, 4 are galvanically connected to one another.
  • the switching device 100 also has a yoke 9, which can comprise or be made of pure iron or a lightly doped iron alloy and which forms part of the magnetic circuit.
  • the yoke 9 has an opening in which the axis 7 is guided.
  • a sleeve or bushing for example made of a plastic material, can be arranged in the opening of the yoke 9 to guide the axis 7. If the current flow in the coil 8 is interrupted, the magnet armature 5 is moved back to the first position by one or more springs 10, which can also be referred to as return springs. In the illustration shown, the magnet armature 5 thus moves downwards again. The switching device 100 is then again in the rest state in which the contacts 2, 3, 4 are open.
  • the direction of movement of the magnet armature 5 and thus of the movable contact 4 is also referred to below as the vertical direction 91 .
  • terms such as “top” or “bottom” refer to the vertical direction 91 .
  • the arrangement direction of the fixed contacts 2 , 3 which is perpendicular to the vertical direction 91 , is referred to below as the longitudinal direction 92 .
  • the direction perpendicular to the vertical direction 91 and perpendicular to the longitudinal direction 92 is referred to below as the transverse direction 93 .
  • the directions 91 , 92 and 93 which also apply independently of the switching movement described, are indicated in the figures to facilitate orientation.
  • the switching device 100 when opening the contacts 2, 3, 4, at least one arc can occur which can damage the contact surfaces of the contacts 2, 3, 4. This can result in the risk that the contacts 2, 3, 4 will "stick” to one another due to welding caused by the arc and will no longer be able to be separated from one another.
  • the switching device 100 is then still in the switched-on state, although the current in the coil 8 is switched off and the load circuit should therefore be disconnected.
  • the contacts 2, 3, 4 are arranged in a gas atmosphere, so that the switching device 100 is designed as a gas-filled relay or gas-filled contactor.
  • the contacts 2, 3, 4 are arranged within a switching chamber 11, formed by a switching chamber wall 12 and a switching chamber base 13, in a gas-tight area 14 formed by a hermetically sealed part, wherein the switching chamber 11 can be part of the gas-tight area 14.
  • the gas-tight area 14 is in the Essentially formed by parts of the switching chamber 11, the yoke 9 and additional walls.
  • the gas-tight area 14 surrounds the magnet armature 5 and the contacts 2, 3, 4, except for parts of the fixed contacts 2, 3 intended for external connection are completely filled with a gas.
  • the gas which can be filled into the gas-tight region 14 through a gas filling nozzle during the manufacture of the switching device 100, can particularly preferably contain hydrogen, for example with 20% or more H 2 in an inert gas or even with 100% H 2 , since gas containing hydrogen can promote the extinguishing of arcs.
  • the switching chamber base 13 is arranged above a flange 16 in which the yoke 9 is arranged and which forms part of the magnetic circuit.
  • the flange 16 can be made of iron or steel.
  • blowout magnets 17 which are provided and designed to deflect the arcs, can also be present outside the switching chamber 11.
  • the blowout magnets cause an extension of the arc path and can thus improve the extinguishing of the arcs.
  • the switching chamber wall 12 and the switching chamber base 13 can be made, for example, with or from a metal oxide such as Al 2 O 2 .
  • plastics with a sufficiently high temperature resistance are also suitable, for example a PEEK, a PE and/or a glass fiber-filled PBT.
  • the switching chamber 11 can also at least partially comprise a POM, in particular with the structure (CH 2 O) n .
  • Such a plastic can be characterized by a comparatively low carbon content and a very low tendency to graphite formation. the same proportions of carbon and oxygen, particularly in (CH 2 O) n, can produce predominantly gaseous CO and H 2 during heat-induced and especially arc-induced decomposition. The additional hydrogen can enhance arc quenching.
  • Figures 2A and 2B show sections of the switching device 100 using a three-dimensional sectional view and a two-dimensional sectional view, in which sections the gas-tight region 14 and the region of the switching chamber 11 are essentially shown.
  • the sectional planes of the views in Figures 2A and 2B are each perpendicular to the longitudinal direction 92.
  • Figure 20 shows a view corresponding to the view in Figure 2A, with the switching device 100 in a different switching state in Figure 20.
  • Figure 2D shows a three-dimensional external view of the gas-tight region 14.
  • Figures 2E and 2F show the contact plate 31 and a spring contact 30.
  • Figures 2G to 2M show various views of the switching chamber wall 12 and the switching chamber base 13. The following description refers equally to Figures 2A to 2M.
  • the switching device 100 according to Figures 2A to 2M has two
  • a further opening 126 is formed between the auxiliary contacts 25, which are arranged along the transverse direction 93, in which a gas filling nozzle 26 is arranged.
  • the gas filling nozzle 26 can be used to fill the gas of the gas atmosphere into the gas-tight area and can be closed after filling, for example by squeezing.
  • the auxiliary contacts 25 and also the gas filling nozzle 26 are preferably soldered into the openings 125, 126 of the switching chamber 11, so that the auxiliary contacts 25 and also the gas filling nozzle 26 are introduced into the switching chamber 11 with a hermetically sealed and, for example, hard-soldered connection, comparable to the introduction of the fixed contacts 2, 3.
  • the assembly of the contacts 2, 3 and the auxiliary contacts 25 as well as the gas filling nozzle 26 can preferably be carried out in a common operation.
  • the auxiliary contacts 25 are preferably arranged completely in the housing.
  • the auxiliary contacts 25 can be contacted from the outside via supply lines (not shown) within the housing, which are, for example, electrically connected to external electrical connections on the housing.
  • the auxiliary contacts 25 can be arranged like the fixed contacts 2, 3 protrude from the housing and can be contacted from outside the housing.
  • the switching device 100 has two spring contacts 30 and a contact plate 31, which are arranged in the switching chamber 11.
  • the spring contacts 30 and the contact plate 31 are arranged completely in the interior 15 of the switching chamber 11.
  • Each of the spring contacts 30 extends from one of the auxiliary contacts 25 to the contact plate 31 and has, as shown for example in Figure 2F, a first contact region 301 and a second contact region 302, which are connected to one another via a connection region 303.
  • first contact region 301 each of the spring contacts 30 contacts one of the auxiliary contacts 25.
  • each of the spring contacts 30 can contact one of the auxiliary contacts 25 with its first contact region 301 during normal operation permanently and independently of the switching states of the switching device 100.
  • the first contact areas 301 of the spring contacts 30 are directly and thus mechanically connected to the auxiliary contacts 25.
  • the contact plate 31 is movable together with the movable contact 4.
  • the contact plate 31 and the movable contact 4 are connected together with the mechanical drive described above in connection with Figure 1.
  • the contact plate 31 is spaced from the second contact areas 302 of the spring contacts 30.
  • the Contact plate 31 with the second contact areas 302 in mechanical contact is shown in Figure 2C.
  • the contact plate 31 has contact areas 312, as shown for example in Figure 2E.
  • the switching state of the switching device 100 according to Figure 2C is a first switching state of the switching device 100, while the non-switching switching state of the switching device 100 according to Figures 2A and 2B is a second switching state.
  • the second switching state there is therefore a switching gap between the movable contact 4 and the fixed contacts 2, 3.
  • the second contact areas 302 of the spring contacts 30 are in mechanical and thus galvanic contact with the contact areas 312 of the contact plate 31, so that the spring contacts 30 and thus also the auxiliary contacts 25 are electrically conductively connected to one another by the contact plate 31. This makes it possible to distinguish between the first and second switching states, for example by measuring the resistance at the auxiliary contacts 25.
  • the movable contact 4 and the contact plate 31 are arranged on an electrically insulating contact holder 47.
  • the contact holder 47 has an opening into which the axis 7 is inserted and is fastened to the axis 7 of the magnet armature 5 and thus of the mechanical drive of the switching device 100.
  • the contact holder 47 can be designed in one or more pieces.
  • the movable contact 4 and the contact plate 31 are electrically insulated from the axis 7 by the contact holder 47.
  • the movable contact 4 and the contact plate 31 are electrically insulated from the components of the mechanical drive, in particular from the components of the Magnet armature 5, mounted.
  • the contact holder has or is made of an electrically insulating material, which is selected, for example, from polymers and ceramic materials such as polyoxymethylene (POM), in particular with the structure (CH 2 O) n , polybutylene terephthalate (PBT), glass fiber-filled PBT and electrically insulating metal oxides such as Al2O3.
  • polymers and ceramic materials such as polyoxymethylene (POM), in particular with the structure (CH 2 O) n , polybutylene terephthalate (PBT), glass fiber-filled PBT and electrically insulating metal oxides such as Al2O3.
  • the contact plate 31 is fixed to the contact holder 47.
  • the fixing can be carried out, for example, by means of a clamp or, as shown, particularly preferably by a deformation.
  • the contact plate 31 is partially formed from the material of the contact holder 47, for example cast or molded.
  • the contact areas 312 of the contact plate 31 protrude from the contact holder 47 in the transverse direction 93.
  • the contact plate 31 is designed, for example, like a disk and has a central opening 313 through which the axis 7 protrudes in the assembled state. Furthermore, the contact plate 31 can have anchoring holes 314 as shown, through which the material of the contact holder 47 can reach, whereby the contact plate 31 can be fixed to the contact holder 47 and secured against twisting, for example.
  • the contact holder 47 further comprises a lower stop 471 and an upper stop 472.
  • the contact plate 31 is arranged in the lower stop 471, which is in the second
  • Switching state can rest on the switching chamber floor 13.
  • the movable contact 4 In the second switching state, the movable contact 4 is in contact with the upper stop 472. Between the movable contact 4 The contact spring 40 described in Figure 1 is arranged between the lower stop 471 and the movable contact 4 against the upper stop 472 and thus in the direction of the fixed contacts 2 , 3 .
  • the magnet armature 5 with the movable contact 4 is an overtravel system in which the movable contact 4 is arranged so as to be displaceable on the contact holder 47.
  • the contact spring 40 can compress and the magnet armature 5 can continue to move until, for example, the magnetic core 6 rests on the yoke 9.
  • the magnet armature can move upwards in the vertical direction 91 by a distance of less than or equal to 1 mm and particularly preferably of approximately 0.5 mm further than the movable contact 4.
  • the switching chamber wall 12 has, as can be seen in particular in Figures 2G to 21, in a horizontal sectional view a rectangular cross-sectional shape or at least a cross-sectional shape approximating a rectangle, which can have, for example, rounded corners as shown.
  • the switching chamber wall 12 has opposing transverse side wall parts 121 and opposing longitudinal side wall parts 122, which result in the at least approximately rectangular shape.
  • the transverse side wall parts 121, the longitudinal side wall parts 122 and a cover part 119 with openings 120 for the fixed contacts 2, 3 as well as with the openings 125, 126 for the auxiliary contacts 25 and the gas filler neck 26 are formed in one piece as indicated in the embodiment shown and form the switching chamber wall 12.
  • the switching chamber wall 12 is particularly preferably formed from an aforementioned ceramic material.
  • each of the spring contacts 30 has a connecting region 303 between the first and second contact regions 301, 302, which, as can be seen in Figures 2A to 2C, runs along a longitudinal side wall part 122.
  • the first and second contact regions 301, 302 of each of the spring contacts 30 can preferably extend from the respective longitudinal side wall part 122 at least along the transverse direction 93 into the interior 15 of the switching chamber 11.
  • the spring contacts 30 and/or the contact plate 31 preferably comprise a material with copper or a copper alloy.
  • the material can particularly preferably be selected from CuBe, CuSn 4 , CuSn 6. Such a material can have a good electrical conductivity and a low tendency to weld.
  • the auxiliary contacts 25 can be formed from a material described above for the fixed contacts 2, 3 or from a material described for the spring contacts 30 and/or contact plate 31.
  • the spring contacts 30 are preferably designed in the form of a strip, in particular as metal strips, as shown. At least one of the contact areas 301, 302 of each of the spring contacts 30 can be designed to be resilient. For example, the first contact area 301 of each spring contact 30 can be designed to be resilient and exert a spring force on an auxiliary contact 25. Thus, the first contact area 301 can press against an auxiliary contact 25 in the mounted state and thus exert the spring force.
  • the second spring regions 302 are preferably designed to be resilient.
  • the second contact regions 302 exert a spring force on the contact plate 31 and in particular on the contact regions 312 thereof in the first switching state.
  • the resilient effect of the second contact regions 302 can make the mechanical contact between the contact plate 31 and the second contact regions 302 of the spring contacts 30 more insensitive to vibrations and mechanical shocks.
  • the spring force of the second contact regions 302 on the contact plate 31 and thus the counterpressure on the magnet armature and in particular the contact holder 47 can be less than the return spring force of the return spring 10 of the mechanical drive, which moves the magnet armature from the switching state to the non-switching state.
  • the spring force of the second contact regions 302 on the contact plate 31 can be less than or equal to 20% of the return spring force.
  • the contact plate 31 can lose mechanical contact with the second contact areas 302 of the spring contacts 30 after traveling a distance that is greater than the overstroke. In other words, the second contact areas 302 remain in mechanical contact with the contact areas 312 of the contact plate 31 as long as the overstroke is not reduced.
  • the switching device 100 of the embodiment shown in Figures 2A to 2M thus enables reliable detection of the "safely closed” state and combines this with a simple mechanism for detecting and outputting the signal from a hermetically sealed switching chamber.
  • the switching chamber wall 12 further comprises at least two webs 123, each of which is arranged in the longitudinal direction 92 between the at least two fixed contacts 2, 3 and each of which extends from at least one longitudinal side wall part 122 in the transverse direction 93 into the switching chamber 11.
  • the webs 123 are spaced apart from one another in the longitudinal direction 92.
  • the webs 123 extend in the transverse direction 93 over the movable contact 4 in the Interior 15 of the switching chamber 11 from one of the longitudinal side wall parts 122 to the other of the longitudinal side wall parts 122.
  • the webs 123 each have a recess 124 in which the movable contact 4 can move during the switching operations.
  • the webs 123 can preferably directly adjoin the cover part 119 of the switching chamber wall 12.
  • the webs 123 can run along and directly adjacent to the cover part 119 of the switching chamber 11.
  • the webs 123 are particularly preferably formed in one piece with the side wall parts 122 and the cover part 119 of the switching chamber wall 12.
  • the webs 123 form an area in the interior 15 between the fixed contacts 2, 3, which is at least partially separated from the fixed contacts 2, 3 and is thus electrically insulated.
  • the auxiliary contacts 25, the spring contacts 30 and also the gas filling nozzle 26 are arranged in the insulated space 127 thus formed.
  • the auxiliary contacts 25 are arranged between the two webs 123 symmetrically to the movable contact 4.
  • the spring contacts 30 are also arranged between the two webs 123 symmetrically to the movable contact 4. Because at least one of the webs 123 is formed between each of the auxiliary contacts 25 and the fixed contacts 2, 3 and between each of the spring contacts 30 and the fixed contacts 2, 3, the auxiliary contacts 25 and the spring contacts 30 are at least partially insulated from the fixed contacts 2, 3.
  • the side wall parts 132, 133 of the switching chamber base 13 can be surrounded in the assembled switching chamber 11 by the side wall parts 121, 122 of the switching chamber wall 12, so that the side wall parts 32, 133 of the switching chamber base 13 can form an insert in the switching chamber wall 12. At least part of the side wall parts 132, 133 of the switching chamber base can be spaced apart from side wall parts of the switching chamber wall.
  • the base plate 130 can serve as a counter stop for the lower stop 471 of the contact holder 47, at least in some areas around the opening 131.
  • the base plate 130 can have, for example, intersecting webs, as shown.
  • the spring contacts 30 are arranged on side wall parts 132 of the switching chamber base 13, which are opposite one another in the transverse direction 93 and which are arranged at a distance from the longitudinal side wall parts 122 of the switching chamber wall 12.
  • the connection area 303 of each of the spring contacts 30 is arranged behind a side wall part 132 in the transverse direction 93 from the movable contact 4, so that for each spring contact 30 a side wall part 132 of the switching chamber base 13 is arranged between the movable contact 4 and the connection area 303. is arranged.
  • the connection region 303 of each of the spring contacts 30 is thus arranged in the transverse direction 93 between a side wall part 122 of the switching chamber wall 12 and a side wall part 132 of the switching chamber base 13.
  • the switching chamber base 13 has an opening 134 for each spring contact 30 in the respective side wall part 132, through which the second contact region 302 of the spring contact 30 protrudes through the side wall 132 of the switching chamber base.
  • the second contact region 302 of each spring contact 30 can protrude along the transverse direction 93 towards the movable contact 4.
  • a further opening 134 can be provided in each of the side wall parts 132, which is arranged at a different height.
  • the further openings 134 are provided in the region of the base plate 130.
  • each of the spring contacts 30 has at least one opening 304 in the connection area 303, through which a fastening element 135 of the respective side wall part 132 of the switching chamber base 13 protrudes.
  • the fastening elements are particularly preferably formed in one piece with the respective side wall part and serve to fasten the respective spring contact.
  • the spring contacts 30 each have two openings 304 and are provided with two fastening elements 135. attached to the side wall parts 132.
  • the fastening elements 135 can be designed in the form of pins as shown and enable a rivet-like fastening.
  • the switching chamber base 13 can thus particularly preferably have two insertion areas 139, between which, viewed in the transverse direction 93, the movable contact 4 is arranged.
  • the movable contact 4 can preferably move in the vertical direction 91 along the insertion areas 139 during the transition from the first to the second switching state and vice versa.
  • Further wall parts 136' of the insertion areas 139 can connect the wall parts 136 to one another and can be arranged between the permanent magnets 17 and the movable contact 4. Below the further wall parts 136' between the wall parts 136, openings are provided into which the contact areas 312 of the contact plate 31 can move.
  • a clamp element 32 can be attached to the other wall parts 136' of the insertion areas 139, which can be made of the same material as the switching chamber base 13.
  • the clamp element 32 which can be kept away from the cover part 119 by spacers 321, which can be designed in the shape of knobs, can, for example, shield the gas filling nozzle 26 from the contacts 2, 3, 4, so that no arcs can arise in the area of the gas filling nozzle 26.
  • FIGS 3A and 3B sections of the switching device 100 are shown in Figures 3A and 3B, corresponding to the views in Figures 2A and 2M, in which the spring contacts 30 are longer so that the second contact regions 302 of the spring contacts 30 pass through the previously described lower openings 134 in the side wall parts 132.
  • the switching device 100 is in the first switching state, in which the contact plate 31 makes mechanical contact with the spring contacts 30, in the non-switching switching state, i.e. in the resting state, as can be seen in Figure 3A.
  • the switching device 100 is in the switching switching state.
  • the idle state of the switching device 100 can be detected by the auxiliary contacts 25 being short-circuited by the spring contacts 30 and the contact plate 31.
  • the embodiment shown in Figures 3A and 3B has a reversed switching state detection characteristic compared to the embodiment of Figures 2A to 2M, which can only be made possible by using other spring contacts 30.
  • the switching device 100 can be easily adapted to any application without any other structural changes. according to customer requirements with the desired
  • the second contact areas 302 of the spring contacts 30 are preferably designed such that when the switching device 100 changes from the first to the second switching state, the contact plate 31 loses mechanical contact with the second contact areas 302 of the spring contacts 30 after traveling a distance that is less than or equal to 20% of the switching gap. This makes it possible to ensure that the distance that the magnet armature 5 has to travel on its way from the first to the second switching state before the contact between the contact plate 31 and the spring contacts 30 breaks off is very small.
  • the second contact areas 302 of the spring contacts 30 are particularly preferably designed and, for example, slightly bent upwards, such that when they come into contact with the contact areas 312 of the contact plate 31 when the magnet armature 5 and thus also the contact plate 31 are moved down to the lower stop of the magnet armature 5 they are pressed down by approximately 0.5 mm and accordingly when the magnet armature 5 and thus also the contact plate 31 are moved up they lose contact with the contact plate 31 after the corresponding distance.
  • the contact plate 31 remains spaced apart from the second contact areas 302 of the spring contacts 30, so that the first switching state is not read from the auxiliary contacts 25.
  • This is also possible taking into account the overstroke, since the magnet armature 5 with the contact plate 31 falling a certain distance downwards in the direction of the switching chamber floor 13 compared to the movable contact 4, the distance between the contact plate 31 and the second contact areas 302 of the spring contacts 30 is still large enough to clearly not produce an electrically conductive connection between the auxiliary contacts 25.
  • Mechanical influences caused by shocks follow the properties of the mechanical drive and the movable contact 4.
  • the switching device 100 of the embodiment shown in Figures 3A and 3B thus enables reliable detection of the "safely open” state and combines this with a simple mechanism for detecting and outputting the signal from a hermetically sealed switching chamber.
  • the design based on the standard IEC 60947-5-1 also enables the detection of the state "switching device cannot close", i.e. the state in which the moving system is blocked in the open position. Even if the upper part of the switching device is destroyed, it is still possible to detect whether the switching device has been put into the non-switching state.
  • An advantage of the switching device 100 described here is that it is very cost-effective to manufacture, since no wiring and no integrated circuits are necessary. Furthermore, there is no magnetic influence on the Detection is possible. Furthermore, the detection of the switching state in both versions takes place sufficiently far away from the main contacts, i.e. sufficiently far away from the fixed contacts and the moving contact, so that no problems arise with regard to insulation or with regard to the risk of destruction by switching arcs.

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Abstract

Es wird eine Schaltvorrichtung (100) angegeben, die zumindest zwei feststehende Kontakte (2, 3) und einen beweglichen Kontakt (4) in einer Schaltkammer (11) sowie zumindest zwei Hilfskontakte (25), zwei Federkontakte (30) und eine Kontaktplatte (31) in der Schaltkammer aufweist, wobei jeder der Federkontakte mit einem ersten Kontaktbereich (301) einen der Hilfskontakte kontaktiert und einen zweiten Kontaktbereich (302) aufweist, die Kontaktplatte zusammen mit dem beweglichen Kontakt bewegbar ist und die Kontaktplatte in einem ersten Schaltzustand der Schaltvorrichtung die zweiten Kontaktbereiche der Federkontakte kontaktiert und in einem zweiten Schaltzustand beabstandet von den zweiten Kontaktbereichen der Federkontakte angeordnet ist.

Description

Beschreibung
Schalt Vorrichtung
Es wird eine Schaltvorrichtung angegeben .
Die Schaltvorrichtung ist insbesondere als ein durch elektrisch leitenden Strom betreibbarer, elektromagnetisch wirkender, fernbetätigter Schalter ausgebildet . Die Schaltvorrichtung kann über einen Steuerstromkreis aktiviert werden und kann einen Laststromkreis schalten . Insbesondere kann die Schaltvorrichtung als Relais oder als Schütz , insbesondere als Leistungsschütz , ausgebildet sein . Besonders bevorzugt kann die Schaltvorrichtung als gasgefülltes Leistungsschütz ausgebildet sein .
Eine mögliche Anwendung von derartigen Schaltvorrichtungen, insbesondere von Leistungsschützen, ist das Öf fnen und Trennen von Batteriestromkreisen, beispielsweise in Kraftfahrzeugen wie etwa elektrisch oder teilelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen oder in Anwendungen auf dem Gebiet der erneuerbaren Energien .
In seiner Funktion als Sicherheitskomponente wird beispielsweise ein Schütz normalerweise zusätzlich überwacht , wobei die Schützüberwachung in der Norm IEC 60947-5- 1 geregelt ist . Die Schützüberwachung soll beispielsweise dazu dienen, den häufigsten Fehler von Schützen, Relais und Schaltern zu entdecken, nämlich ein Verkleben beziehungsweise Verschweißen der Hauptkontakte . Ein solcher Fehler, auch als Schützkleber bekannt , kann beispielsweise durch Lichtbögen hervorgerufen werden, die sich während der Schaltvorgänge unter Last zwischen den Kontakten bilden und so hohe Temperaturen an den Kontakt flächen hervorrufen können, dass die Kontakt flächen miteinander verschweißt werden . Weiterhin ist es von Vorteil , wenn weitere Fehlerzustände erkannt werden können, beispielsweise wenn ein Kontakt in einer geöf fneten Stellung oder in einem Zwischenzustand mechanisch blockiert ist .
Typische Schütze sind als sogenannte Überhubsysteme ausgebildet . Das bedeutet , dass , nachdem die Hauptkontakte durch die Schaltbrücke miteinander verschaltet und somit elektrisch geschlossen wurden, die Bewegung des schließenden Systems weitergeführt wird, wobei ein üblicherweise federbelasteter Druck der Schaltbrücke auf die Hauptkontakte steigt . Im Fall eines Schützklebers wird dieser Überhub zwar wieder abgebaut , die Schaltbrücke aber bleibt an zumindest einem Hauptkontakt haften . Das mechanische System hängt somit in einem Zwischenzustand und ist weder of fen noch richtig geschlossen .
Die Überwachung beziehungsweise Schützklebererkennung kann beispielsweise mittels einer Spannungsmessung über die Hauptkontakte des Schützes erfolgen . Liegt zwischen den Hauptkontakten eine Spannung an, folgt , dass das Schütz geöf fnet ist . Liegt keine Spannung an, folgt daraus , dass das Schütz kurzgeschlossen und somit geschlossen ist . Diese Methode ist zwar sehr sicher, aber auch teuer in der Anwendung, da Leitungen verlegt und entsprechend isoliert werden müssen, die Hochvoltpotential tragen . Die Überwachung wird in der Regel von einem übergeordneten System durchgeführt , etwa von einem Mikrocontroller gesteuerten AD- Wandler . Es ist beispielsweise auch bekannt , einen Mikroschalter in der Schaltkammer des Schützes zu verwenden, der durch einen kleinen Ausleger an der Schaltbrücke bedient wird . Der Ausleger betätigt den Schalter, kurz bevor die Schaltbrücke an die Hauptkontakte gedrückt wird . Dabei kann der Schalter als Schließer ( geschlossen, wenn gedrückt ) oder als Öf fner ( of fen, wenn gedrückt ) ausgebildet sein . Das Signal des Mikroschalters kann dadurch auch invertiert im Vergleich zum Schalt zustand des Schützes ausgelegt werden . Ein Nachteil dieser Lösung liegt darin, dass der Mikroschalter nahe an den Hauptkontakten innerhalb der Schaltkammer angebracht werden muss . Dies kann mitunter die Bogenlöschung beeinflussen oder I solationsnachteile mit sich bringen . Weiterhin muss der durch den Ausleger und Mikroschalter gebildete Überwachungskontakt voreilend ausgebildet sein . Das bedeutet , dass der Überwachungskontakt seinen Zustand ändert , bevor der Hauptkontakt schließt . Dies liegt daran, dass der Mikroschalter noch den Status „zu" anzeigen muss , wenn der Überhub bei einer Verklebung schon auf gebraucht ist . Zwischenzustände oder Blockierungen können dadurch nicht erkannt werden . Ein weiterer Nachteil liegt in der Lebensdauer von üblichen Mikroschaltern, die j e nach Aus führung nur wenige 100000 Schaltspiele betragen kann . Weiterhin müssen Zuleitungen zum Schalter gelegt werden, was die Verwendung von vollständig hermetisch versiegelten, keramischen Entladungsräumen einschränkt .
Weiterhin ist beispielsweise aus der Druckschri ft WO 2008 / 033349 A2 ein Hil fsschalter bekannt , der über einen Ausleger an der Schaltbrücke bedient wird, wobei beispielsweise zwei überlappende Kontakte aufeinander gedrückt werden können . Die Lösung ist zwar einfach, kostengünstig und nahezu verschleiß frei . Sie birgt j edoch den Nachteil , dass die überlappenden Kontakte zwischen den Hauptkontakten angebracht werden und es dadurch zu I solationsproblemen kommen kann . Weiterhin müssen Zuleitungen zum Hil fsschalter gelegt werden, was die Verwendung von vollständig hermetisch versiegelten, keramischen Entladungsräumen einschränkt oder unmöglich macht . Das Schaltverhalten gleicht weiterhin dem des Mikroschalters .
Um die beschriebenen Nachteile zu umgehen, ist es auch bekannt , am unteren Teil des beweglichen Systems und insbesondere außerhalb der Schaltkammer einen Magneten anzubringen, der einen Reed-Schalter öf fnen und schließen kann, wie beispielsweise in der Druckschri ft JP 2013- 008621 A beschrieben ist . Dadurch erfolgt die Detektion weit entfernt von den Hauptkontakten und die Detektion kann auch durch nicht-magnetische Materialien hindurch erfolgen kann . Außerdem ist diese Lösung einfach in Verbindung mit hermetisch versiegelten, keramischen Entladungsräumen einsetzbar . Das Schaltverhalten ist analog zu den beiden vorher beschriebenen Systemen, j edoch ergibt sich die Schwierigkeit eines richtig einzustellenden Uberlappbereiches , da die Indikation magnetisch erfolgt und auch Hystereseef fekte zu berücksichtigen sind . Ein weiterer Nachteil liegt in der Empfindlichkeit des Reed-Schalters gegenüber magnetischen Störfeldern und mechanischen Stößen .
Als Verbesserung hiervon ist es bekannt , einen Hall-Sensor anstelle des Reed-Schalters zu verwenden, so dass die magnetische Detektion nicht durch einen mechanischen Schalter erfolgt , sondern durch ein Halbleiterbauelement ermöglicht wird . Dadurch spielen magnetische Störfelder keine Rolle mehr und es gibt auch keine Vibrationsabhängigkeit mehr . Das Schaltverhalten ist j edoch dem des Reed-Schalters ähnlich . Alle vier Überwachungsschalter-Lösungen weisen eine sogenannte „normally open"-Charakteristik auf , d . h . der Überwachungsschalter spiegelt den Zustand der Hauptkontakte weitgehend wieder . Eine Invertierung des Signals erzeugt j edoch kein „normally closed" , sondern lediglich ein „not normally open" . Allen vier Prinzipien ist vor allem gemein, dass keine dieser Lösungen zuverlässig signalisieren kann, dass das überwachte Schütz sicher und vollständig geöf fnet ist . Eine solche Forderung ist j edoch in der Norm
IEC 60947-5- 1 formuliert , die eine Detektion fordert , die nur in der Ruhelage des Schützes einen Überwachungskontakt schließt beziehungsweise einen geschlossenen Überwachungskontakt auf zeigt ( „normally closed" ) .
Weiterhin können die bekannten Lösungen meist gar nicht oder nur mit erheblichem konstruktionstechnischem Aufwand von einer „normally open"-Charakteristik auf eine „normally closed"-Charakteristik und umgekehrt umgestellt werden .
Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Aus führungs formen ist es , eine Schaltvorrichtung anzugeben .
Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst . Vorteilhafte
Aus führungs formen und Weiterbildungen des Gegenstands sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist eine
Schaltvorrichtung zumindest einen feststehenden Kontakt und zumindest einen beweglichen Kontakt auf . Der zumindest eine feststehende Kontakt und der zumindest eine bewegliche Kontakt sind dazu vorgesehen und eingerichtet , einen an die Schaltvorrichtung anschließbaren Laststromkreis ein- und aus zuschalten . Besonders bevorzugt weist die Schaltvorrichtung zumindest zwei feststehende Kontakte auf , die zusammen mit dem beweglichen Kontakt dazu eingerichtet und vorgesehen sind, einen an die Schaltvorrichtung und insbesondere an die zumindest zwei feststehenden Kontakte anschließbaren Laststromkreis ein- und aus zuschalten . Im Folgenden wird die Schaltvorrichtung zumeist mit zumindest einem feststehenden Kontakt oder mit zwei feststehenden Kontakten beschrieben . Die Anzahl der feststehenden Kontakte kann aber in den folgenden Aus führungs formen und in Bezug auf die im Folgenden beschriebenen Merkmale von den konkret erwähnten Anzahlen abweichen .
Der bewegliche Kontakt ist in der Schaltvorrichtung derart zwischen einem nicht-durchschaltenden Zustand und einem durchschaltenden Zustand der Schaltvorrichtung bewegbar, dass der bewegliche Kontakt im nicht-durchschaltenden Zustand der Schaltvorrichtung von den feststehenden Kontakten beabstandet und damit galvanisch getrennt ist und im durchschaltenden Zustand einen mechanischen Kontakt zu den zumindest zwei feststehenden Kontakten aufweist und damit galvanisch mit diesen verbunden ist . Die feststehenden Kontakte sind somit voneinander getrennt in der Schaltvorrichtung angeordnet und können j e nach Zustand des beweglichen Kontakts durch den beweglichen Kontakt elektrisch leitend miteinander verbunden oder elektrisch voneinander getrennt sein . Im durchschaltenden Zustand berührt der bewegliche Kontakt somit mit zumindest einer Kontakt fläche zumindest eine Kontakt fläche zumindest eines feststehenden Kontakts . Der Abstand des beweglichen Kontakts , insbesondere der besagten Kontakt fläche des beweglichen Kontakts , vom zumindest einen feststehenden Kontakt , insbesondere der besagten
Kontakt fläche des zumindest einen feststehenden Kontakts , im nicht-durchschaltenden und damit getrennten Zustand wird hier und im Folgenden auch als Schaltspalt bezeichnet und gibt den maximalen Bewegungsspielraum und damit den maximal erreichbaren Abstand der Kontakte und insbesondere ihrer Kontakt flächen zueinander an . Im Fall von beispielsweise zwei feststehenden Kontakten gilt die vorherige Beschreibung entsprechend .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist die Schaltvorrichtung eine Schaltkammer auf , in dem der bewegliche Kontakt und die feststehenden Kontakte angeordnet sind . Der bewegliche Kontakt kann insbesondere vollständig in der Schaltkammer angeordnet sein . Dass ein feststehender Kontakt in der Schaltkammer angeordnet ist , kann insbesondere bedeuten, dass zumindest ein Kontaktbereich des feststehenden Kontakts , der im durchschaltenden Zustand in mechanischem Kontakt zum beweglichen Kontakt steht , innerhalb der Schaltkammer angeordnet ist . Zum Anschluss einer Zuleitung eines durch die Schaltvorrichtung zu schaltenden Stromkreises kann ein in der Schaltkammer angeordneter feststehender Kontakt von außen, also von außerhalb der Schaltkammer , elektrisch kontaktierbar sein . Hierzu kann ein in der Schaltkammer angeordneter feststehender Kontakt mit einem Teil aus der Schaltkammer herausragen und außerhalb der Schaltkammer eine Anschlussmöglichkeit für eine Zuleitung aufweisen . Die Schaltkammer weist somit bevorzugt Öf fnungen auf , durch die die feststehenden Kontakte in die Schaltkammer hineinragen . Die feststehenden Kontakte sind beispielsweise in den Öf fnungen der Schaltkammer eingelötet und ragen sowohl in den Innenraum der Schaltkammer hinein als auch aus der Schaltkammer heraus .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist die Schaltvorrichtung zumindest zwei Hil fskontakte auf , die in der Schaltkammer angeordnet sind . Dass ein Hil fskontakt in der Schaltkammer angeordnet ist , kann insbesondere bedeuten, dass zumindest ein Kontaktbereich des Hil fskontakts innerhalb der Schaltkammer angeordnet ist . Zum Anschluss einer Zuleitung kann ein in der Schaltkammer angeordneter Hil fskontakt von außen, also von außerhalb der Schaltkammer , elektrisch kontaktierbar sein . Hierzu kann ein in der Schaltkammer angeordneter Hil fskontakt mit einem Teil aus der Schaltkammer herausragen und außerhalb der Schaltkammer eine Anschlussmöglichkeit für eine Zuleitung aufweisen . Die Schaltkammer weist somit bevorzugt Öf fnungen auf , durch die die Hil fskontakte in die Schaltkammer hineinragen . Die Hil fskontakte sind beispielsweise in den Öf fnungen der Schaltkammer eingelötet und ragen sowohl in den Innenraum der Schaltkammer hinein als auch aus der Schaltkammer heraus . Die Durchführung der Hil fskontakte in die Schaltkammer kann somit mit einer hermetisch dichten und beispielsweise hartgelöteten Verbindung vergleichbar mit der Durchführung der feststehenden Kontakte erfolgen, die bevorzugt in einem gemeinsamen Herstellungsschritt und damit in einem gemeinsamen Arbeitsgang erledigt werden kann .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist die Schaltvorrichtung zumindest zwei Federkontakte auf , die in der Schaltkammer angeordnet sind . Weiterhin weist die Schaltvorrichtung eine Kontaktplatte auf , die in der Schaltkammer angeordnet ist . Insbesondere sind die Federkontakte und die Kontaktplatte vollständig in der Schaltkammer angeordnet . Jeder der Federkontakte weist zumindest einen ersten und einen zweiten Kontaktbereich auf . Mit dem ersten Kontaktbereich kann j eder der Federkontakte einen der Hil fskontakte kontaktieren . Insbesondere kann j eder der Federkontakte mit seinem ersten Kontaktbereich einen der Hil fskontakte im Normalbetrieb dauerhaft und unabhängig von den Schalt zuständen der Schaltvorrichtung kontaktieren . Der erste Kontaktbereich eines Federkontakts kann insbesondere unmittelbar und damit mechanisch an einem Hil fskontakt anliegen .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form ist die Kontaktplatte zusammen mit dem beweglichen Kontakt bewegbar . Besonders bevorzugt können die Kontaktplatte und der bewegliche Kontakt gemeinsam mit einem gleichen mechanischen Antrieb, der weiter unten beschrieben ist , bewegt werden . Beispielsweise kontaktiert die Kontaktplatte in einem ersten Schalt zustand der Schaltvorrichtung die zweiten Kontaktbereiche der Federkontakte und ist in einem zweiten Schalt zustand beabstandet von den zweiten Kontaktbereichen der Federkontakte angeordnet . Im ersten Schalt zustand werden somit die Hil fskontakte über die Federkontakte und die Kontaktplatte kurzgeschlossen, während die Hil fskontakte im zweiten Schalt zustand elektrisch voneinander getrennt sind . Beispielsweise durch eine Detektion des elektrischen Widerstands zwischen den Hil fskontakten kann festgestellt werden, ob sich die Schaltvorrichtung im ersten oder zweiten Schalt zustand befindet .
Der erste Schalt zustand kann beispielsweise der oben beschriebene nicht-durchschaltende Schalt zustand der Schaltvorrichtung sein, der einem Ruhezustand der Schaltvorrichtung entsprechen kann, während der zweite Schalt zustand der oben beschriebene durchschaltende Schalt zustand sein kann . Mit anderen Worten kann die Kontaktplatte die zweiten Kontaktbereiche der Federkontakte dann kontaktieren, wenn der bewegliche Kontakt beabstandet vom zumindest einen feststehenden Kontakt ist , während die Kontaktplatte von den zweiten Kontaktbereichen der Federkontakte beabstandet ist , wenn der bewegliche Kontakt der Schaltvorrichtung den zumindest einen feststehenden Kontakt kontaktiert . In diesem Fall können die Hil fskontakte mit den Federkontakten und der Kontaktplatte eine „normally closed"-Charakteristik aufweisen, die entgegengesetzt zum Schalt zustand der Schaltvorrichtung ist .
Weiterhin kann es auch möglich sein, dass der erste Schalt zustand der durchschaltende Schalt zustand sein, während der zweite Schalt zustand der nicht-durchschaltende Zustand ist . In diesem Fall ist die Funktionsweise der durch die Hil fskontakte möglichen Detektion eines Zustands der Schaltvorrichtung umgekehrt mit einer „normally open"- Charakteristik ausgebildet , so dass in diesem Fall die Kontaktplatte die zweiten Kontaktbereiche der Federkontakte dann kontaktiert , wenn der bewegliche Kontakt den zumindest einen feststehenden Kontakt kontaktiert , während die Kontaktplatte von den zweiten Kontaktbereichen der Federkontakte beabstandet ist , wenn der bewegliche Kontakt der Schaltvorrichtung beabstandet vom zumindest einen feststehenden Kontakt ist .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist die Schaltvorrichtung ein Gehäuse auf , in dem der bewegliche Kontakt , die feststehenden Kontakte sowie die Hil fskontakte , die Federkontakte und die Kontaktplatte angeordnet sind . Dass ein feststehender Kontakt im Gehäuse angeordnet ist , kann insbesondere bedeuten, dass zumindest ein Kontaktbereich des feststehenden Kontakts , der im durchschaltenden Zustand in mechanischem Kontakt zum beweglichen Kontakt steht , innerhalb des Gehäuses angeordnet ist . Zum Anschluss einer Zuleitung eines durch die Schaltvorrichtung zu schaltenden Stromkreises kann ein im Gehäuse angeordneter feststehender Kontakt von außen, also von außerhalb des Gehäuses , elektrisch kontaktierbar sein . Hierzu kann ein im Gehäuse angeordneter feststehender Kontakt mit einem Teil aus dem Gehäuse herausragen und außerhalb des Gehäuses eine Anschlussmöglichkeit für eine Zuleitung aufweisen .
Insbesondere kann dies für j eden feststehenden Schaltkontakt gelten . Der bewegliche Kontakt kann insbesondere vollständig im Gehäuse angeordnet sein . Weiterhin können bevorzugt auch die Hil fskontakte vollständig im Gehäuse angeordnet sein . Über Zuleitungen innerhalb des Gehäuses , die beispielsweise mit äußeren elektrischen Anschlüssen am Gehäuse elektrisch leitend verbunden sind, können die Hil fskontakte von außen kontaktierbar sein . Alternativ kann im Gehäuse eine elektrische Komponente wie etwa ein Mikrocontroller vorhanden sein, der mit den Hil fskontakten über elektrische Zuleitungen verbunden ist . Der Mikrocontroller kann wiederum durch geeignete Anschlüsse am Gehäuse von außen kontaktierbar sein .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form sind die Kontakte in einer Gasatmosphäre im Gehäuse angeordnet . Das kann insbesondere bedeuten, dass der bewegliche Kontakt , die Federkontakte und die Kontaktplatte vollständig in der Gasatmosphäre im Gehäuse angeordnet ist und dass weiterhin zumindest Teile der feststehenden Kontakte , etwa die Kontaktbereiche der feststehenden Kontakte , sowie zumindest Teile der Hil fskontakte , etwa Kontaktbereiche der Hil fskontakte , in der Gasatmosphäre im Gehäuse angeordnet sind . Die Schaltvorrichtung kann entsprechend besonders bevorzugt eine gasgefüllte Schaltvorrichtung wie etwa ein gasgefülltes Schütz sein . Die Gasatmosphäre kann insbesondere eine Löschung von Lichtbögen, die während der Schaltvorgänge entstehen können, fördern . Das Gas der Gasatmosphäre kann beispielsweise ein Wasserstof f- und/oder Stickstof f-haltiges Gas , insbesondere unter hohem Druck, aufweisen oder sein . Bevorzugt kann das Gas einen Anteil von zumindest 50% H2 aufweisen . Zusätzlich zum Wasserstof f kann das Gas ein inertes Gas aufweisen, besonders bevorzugt N2 und/oder eines oder mehrere Edelgase .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form befindet sich die Schaltkammer innerhalb des Gehäuses . Weiterhin kann sich insbesondere das Gas , also zumindest ein Teil der Gasatmosphäre , in der Schaltkammer befinden .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form sind der bewegliche Kontakt und die Kontaktplatte mittels eines mechanischen Antriebs bewegbar . Der mechanische Antrieb weist insbesondere einen Magnetanker auf . Der Magnetanker kann eine Achse aufweisen, die an einem Ende mit dem beweglichen Kontakt und der Kontaktplatte derart verbunden ist , dass der bewegliche Kontakt und die Kontaktplatte vermittels der Achse bewegbar sind, also bei einer Bewegung der Achse durch diese ebenfalls bewegt werden . Die Achse kann insbesondere durch eine Öf fnung in der Schaltkammer in die Schaltkammer hineinragen . Insbesondere kann die Schaltkammer einen Schaltkammerboden aufweisen, der eine Öf fnung aufweist , durch die die Achse hindurchragt . Der Magnetanker kann durch einen magnetischen Kreis bewegbar sein, um die vorab beschriebenen Schaltvorgänge zu bewirken . Hierzu kann der magnetische Kreis ein Joch aufweisen, das eine Öf fnung aufweist , durch die die Achse des Magnetankers hindurch ragt . Bei eingeschaltetem magnetischem Kreis kann der Magnetanker, insbesondere ein magnetischer Kern des Magnetankers , zum Joch gezogen werden .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form sind der bewegliche Kontakt und die Kontaktplatte an einem elektrisch isolierenden Kontakthalter angeordnet . Der Kontakthalter kann besonders bevorzugt an der Achse des Magnetankers angeordnet und befestigt sein und den beweglichen Kontakt und die Kontaktplatte von der Achse elektrisch isolieren . Dadurch können der bewegliche Kontakt und die Kontaktplatte elektrisch isoliert von den Komponenten des mechanischen Antriebs , also insbesondere von den Komponenten des Magnetankers , gelagert sein . Der Kontakthalter kann hierzu ein elektrisch isolierendes Material aufweisen oder daraus sein . Das elektrisch isolierende Material kann ausgewählt sein aus Polymeren und Keramikmaterialien, beispielsweise ausgewählt aus Polyoxymethylen ( POM) , insbesondere mit der Struktur ( CH2O) n, Polybutylenterephthalat ( PBT ) , Glas fasergefülltem PBT und elektrisch isolierenden Metalloxiden wie etwa A12O3.
Gemäß einer weiteren Aus führungs form ist die Kontaktplatte am Kontakthalter fixiert . Die Fixierung kann beispielsweise mittels einer Klemmung erfolgen . Besonders bevorzugt ist die Kontaktplatte vom Material des Kontakthalters teilweise umformt . Die Kontaktplatte kann hierzu mit dem Material des Kontakthalters beispielsweise umgossen oder umspritzt sein . Zur Kontaktierung der zweiten Kontaktbereiche der Federkontakte können Kontaktbereiche der Kontaktplatte aus dem Kontakthalter herausragen . Während eines Schaltvorgangs bewegen sich der Magnetanker, die Achse sowie der bewegliche Kontakt und die Kontaktplatte bevorzugt in einer linearen Bewegung in Form einer Hubbewegung oder Senkbewegung entlang der Achse . Bevorzugt weisen die Achse und beispielsweise ein magnetischer Kern des Magnetankers in vertikaler Richtung einen Bewegungsspielraum für die Hubbewegung auf , die größer als der weiter oben beschriebene Schaltspalt ist . Dies kann beispielsweise dadurch ermöglicht sein, dass im ausgeschalteten Zustand ein Spalt zwischen dem magnetischen Kern und dem Joch, der auch als Bewegungsspalt bezeichnet werden kann, größer als der Schaltspalt ist . Somit kann es sich bei dem Magnetanker mit dem beweglichen Kontakt um ein Überhubsystem handeln, bei dem der bewegliche Kontakt verschiebbar am Kontakthalter angeordnet ist . Weiterhin kann am Kontakthalter eine Kontaktfeder angeordnet sein, die auf den beweglichen Kontakt eine Federkraft in Richtung der feststehenden Kontakte ausübt . Beim Anschlägen des beweglichen Kontakts an den feststehenden Kontakten und damit beim vollständigen Schließen des Schaltspalts kann die Kontaktfeder einfedern und der Magnetanker kann sich weiter bewegen, bis beispielsweise der magnetische Kern am Joch anliegt .
Beispielsweise kann der Bewegungsspalt um kleiner oder gleich 1 mm und besonders bevorzugt um etwa 0 , 5 mm größer als der Schaltspalt sein . Der Unterschied zwischen dem Bewegungsspalt und dem Schaltspalt kann als Uberhub bezeichnet werden . Durch das Einfedern der Kontaktfeder durch den Uberhub kann der Anpressdruck des beweglichen Kontakts an den feststehenden Kontakten erhöht werden und es kann eine gewisse Unempfindlichkeit gegenüber Vibrationen und mechanischen Stößen erreicht werden . Durch die beschriebene Ausbildung des mechanischen Antriebs und der Schaltkammer kann erreicht werden, dass die Hil fskontakte , die Federkontakte und die Kontaktplatte elektrisch isoliert von den feststehenden Kontakten, dem beweglichen Kontakt und dem mechanischen Antrieb angeordnet sind . Insbesondere kann eine dauerhafte I solation erreicht werden, also eine durchgehend gewährleistete I solation im Normalbetrieb der Schaltvorrichtung und somit während des ersten und zweiten Schalt zustands sowie auch während der Übergänge zwischen diesen .
Zumindest einer der Kontaktbereiche j edes der Federkontakte kann federnd ausgebildet sein . Beispielsweise kann der erste Kontaktbereich j edes Federkontakts federnd ausgebildet sein und eine Federkraft auf einen Hil fskontakt ausüben . Mit anderen Worten kann ein erster Kontaktbereich im eingebauten Zustand gegen einen Hil fskontakt drücken und so die Federkraft ausüben . Alternativ oder bevorzugt zusätzlich können die zweiten Federbereiche federnd ausgebildet sein . Besonders bevorzugt können die zweiten Kontaktbereiche im ersten Schalt zustand eine Federkraft auf die Kontaktplatte ausüben . Dabei kann die Federkraft der zweiten Kontaktbereiche geringer sein als die Federkraft der Kontakt feder . Durch die federnde Wirkung der zweiten Kontaktbereiche kann eine gegenüber Vibrationen und mechanischen Stößen erhöhte Unempfindlichkeit des mechanischen Kontakts zwischen der Kontaktplatte und den zweiten Kontaktbereichen der Federkontakte erreicht werden . Beispielsweise kann die Federkraft der zweiten Kontaktbereiche auf die Kontaktplatte und damit der Gegendruck auf den Magnetanker und insbesondere auf den Kontakthalter geringer sein als die Rückstell federkraft , die eine Rückstell feder des mechanischen Antriebs aufweist und durch die der Magnetanker vom durchschaltenden Schalt zustand in den nicht-durchschaltenden Schalt zustand bewegt werden kann . Besonders bevorzugt kann die Federkraft der zweiten Kontaktbereiche auf die Kontaktplatte kleiner oder gleich 20% der Rückstell federkraft sein .
Die Kontaktplatte kann bei einem Übergang der Schaltvorrichtung vom ersten zum zweiten Schalt zustand einen mechanischen Kontakt zu den zweiten Kontaktbereichen der Federkontakte nach dem Zurücklegen eines Weges verlieren, der kleiner als oder gleich 20% und bevorzugt kleiner als oder gleich 10% des Schaltspalts ist . Dadurch kann erreicht werden, dass der Weg, den der Magnetanker zurücklegt , bevor der Kontakt zwischen der Kontaktplatte und den Federkontakten abreißt , sehr klein ist . Wie oben beschrieben kann der bewegliche Kontakt beispielsweise im ersten Schalt zustand von den feststehenden Kontakten durch den Schaltspalt getrennt sein, während die Kontaktplatte die zweiten Kontaktbereiche der Federkontakte mechanisch kontaktiert . Der erste Schalt zustand kann somit ein Ruhezustand der Schaltvorrichtung und somit also ein nicht-durchschaltender Zustand sein . Durch den vorab beschriebenen kurzen Weg kann erreicht werden, dass ein Nichtvorliegen des Ruhezustands sehr zuverlässig an den Hil fskontakten detektiert werden kann . Weiterhin kann, wie oben beschrieben ist , der bewegliche Kontakt im ersten Schalt zustand mit dem zumindest einen feststehenden Kontakt in mechanischem Kontakt stehen . Der erste Schalt zustand kann somit ein durchschaltender Zustand der Schaltvorrichtung sein . Die Kontaktplatte kann bei einem Übergang der Schaltvorrichtung vom ersten zum zweiten Schalt zustand einen mechanischen Kontakt zu den zweiten Kontaktbereichen der Federkontakte nach dem Zurücklegen eines Weges verlieren, der größer als der Überhub ist . Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Kontaktplatte auch dann noch mit den Federkontakten in mechanischem Kontakt steht , wenn der bewegliche Kontakt mit zumindest einem feststehenden Kontakt beispielsweise durch eine ungewollte Verschweißung weiterhin in mechanischen Kontakt steht , auch wenn der bewegliche Kontakt und damit die Schaltvorrichtung eigentlich in den Ruhezustand übergehen sollte . In diesem Fall würde durch die Verschweißung nur der Überhub abgebaut werden und der bewegliche Kontakt würde im durchschaltenden Zustand verbleiben, was an den durch die Kontaktplatte noch kurzgeschlossenen Hil fskontakten an diesen detektiert werden könnte .
Die Bewegungsrichtung des beweglichen Kontakts , die der Haupterstreckungsrichtung der Achse entspricht , also die Richtung der Hubbewegung und Senkbewegung des beweglichen Kontakts , kann hier und im Folgenden auch als vertikale Richtung bezeichnet werden . Die feststehenden Kontakte sind entlang einer longitudinalen Richtung nebeneinander angeordnet , wobei die longitudinale Richtung in einer zur vertikalen Richtung senkrecht stehenden hori zontalen Ebene liegt . Der bewegliche Kontakt kann beispielsweise plattenförmig ausgebildet sein und eine Haupterstreckungsebene parallel zur hori zontalen Ebene aufweisen . Senkrecht zur vertikalen und longitudinalen Richtung ist eine transversale Richtung definiert , so dass die hori zontale Ebene durch die longitudinale und transversale Richtung aufgespannt wird . Die Hil fskontakte sind bevorzugt entlang der transversalen Richtung angeordnet , wobei der bewegliche Kontakt insbesondere entlang der transversalen Richtung zwischen den Hil fskontakten angeordnet sein kann . Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist die Schaltkammer eine Schaltkammerwand auf . Die Schaltkammerwand kann in einer hori zontalen Schnittansicht , also in einer Schnittansicht mit einer senkrecht zur vertikalen Richtung stehenden Schnittebene , bevorzugt eine rechteckige Querschnitts form oder zumindest eine an ein Rechteck angenäherte Querschnitts form aufweisen . Insbesondere kann die Schaltkammerwand sich gegenüberliegende longitudinale Seitenwandteile und sich gegenüberliegende transversale Seitenwandteile aufweisen, die in einer hori zontalen Schnittansicht im Hinblick auf ihre Außenkonturen und/oder Innenkonturen die Rechteckform ergeben . Mit anderen Worten kann sich ein longitudinales Seitenwandteil im Wesentlichen in vertikaler und longitudinaler Richtung erstrecken, während sich ein transversales Seitenteil im Wesentlichen in vertikaler und transversaler Richtung erstrecken kann . Hierbei können bevorzugt die longitudinalen Seitenwandteile , die transversalen Seitenwandteile sowie ein Deckelteil mit Öf fnungen für die feststehenden Kontakte und Öf fnungen für die Hil fskontakte einstückig ausgebildet sein und die Schaltkammerwand bilden .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist die Schaltkammer einen Schaltkammerboden auf , der zusammen mit der Schaltkammerwand die Schaltkammer bildet . Der Schaltkammerboden kann eine Bodenplatte und Seitenwandteile aufweisen, wobei die Seitenwandteile des Schaltkammerbodens mit der Bodenplatte des Schaltkammerbodens einstückig ausgebildet sein können . Die Seitenwandteile des Schaltkammerbodens können in der zusammengesetzten Schaltkammer von den Seitenwandteilen der Schaltkammerwand umgeben sein, so dass die Seitenwandteile des Schaltkammerbodens einen Einschub in die Schaltkammerwand bilden können . Zumindest ein Teil der Seitenwandteile des Schaltkammerbodens kann beabstandet von Seitenwandteilen der Schaltkammerwand sein .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist j eder der Federkontakte zwischen dem ersten und zweiten Kontaktbereich einen Verbindungsbereich auf , der entlang eines longitudinalen Seitenwandteils der Schaltkammerwand verläuft . Der erste und zweite Kontaktbereich j edes der Federkontakte können sich bevorzugt vom j eweiligen longitudinalen Seitenwandteil zumindest entlang einer transversalen Richtung in den Innenraum der Schaltkammer hinein erstrecken . Insbesondere kann der Verbindungsbereich j edes der Federkontakte vom beweglichen Kontakt aus in transversaler Richtung gesehen hinter einem Seitenwandteil des Schaltkammerbodens angeordnet sein, so dass für j eden Federkontakt ein Seitenwandteil des Schaltkammerbodens zwischen dem beweglichen Kontakt und dem Verbindungsbereich des Federkontakts angeordnet ist . Der Verbindungsbereich j edes der Federkontakte kann somit bevorzugt in transversaler Richtung zwischen einem Seitenwandteil der Schaltkammerwand und einem Seitenwandteil des Schaltkammerbodens angeordnet sein .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist der Schaltkammerboden für j eden Federkontakt im Seitenwandteil eine Öf fnung auf , durch die der zweite Kontaktbereich des Federkontakts durch das Seitenwandteil des Schaltkammerbodens hindurchragen kann . Insbesondere kann für j eden Federkontakt der zweite Kontaktbereich entlang der transversalen Richtung durch eine Öf fnung in einem Seitenwandteil zum beweglichen Kontakt und insbesondere zur Kontaktplatte hin ragen . Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist j eder der Federkontakte im Verbindungsbereich zumindest eine Öf fnung auf , durch die ein Befestigungselement des j eweiligen Seitenwandteils des Schaltkammerbodens ragt . Die Befestigungselemente sind besonders bevorzugt einstückig mit dem j eweiligen Seitenwandteil ausgebildet und dienen zur Befestigung des j eweiligen Federkontakts . Beispielsweise können die Befestigungselemente in Form von Zapfen ausgebildet sein und eine nietenartige Befestigung ermöglichen .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist der Schaltkammerboden in transversaler Richtung zwischen dem beweglichen Kontakt und j edem der Federkontakte einen Einschubbereich auf , in dem ein Permanentmagnet , insbesondere ein sogenannter Blasmagnet , angeordnet ist . Ein Teil des Einschubbereichs kann bevorzugt durch zumindest einen Teil eines Seitenwandteils des Schaltkammerbodens gebildet werden . Insbesondere kann der Seitenwandteil derj enige sein, an dem der j eweilige Federkontakt befestigt ist . Insbesondere kann j eder der Permanentmagnete durch einen Schnappmechanismus im Einschubbereich befestigt sein . Der Schaltkammerboden kann somit besonders bevorzugt zwei Einschubbereiche aufweisen, zwischen denen in transversaler Richtung der bewegliche Kontakt angeordnet ist . Der bewegliche Kontakt kann sich bevorzugt beim Übergang vom ersten zum zweiten Schalt zustand und umgekehrt in vertikaler Richtung entlang der Einschubbereiche bewegen .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist die Schaltkammerwand zumindest zwei Stege auf , von denen j eder in longitudinaler Richtung zwischen den zumindest zwei feststehenden Kontakten angeordnet ist und von denen sich j eder von zumindest einem longitudinalen Seitenwandteil in transversaler Richtung in die Schaltkammer hinein erstreckt . Die Stege sind hierbei in longitudinaler Richtung voneinander beabstandet . Insbesondere können sich beide Stege in transversaler Richtung über den beweglichen Kontakt hinweg im Innenraum der Schaltkammer von einem der longitudinalen Seitenwandteile zum anderen der longitudinalen Seitenwandteile erstrecken . Hierbei können die zumindest zwei Stege j eweils eine Aussparung aufweisen, in der sich der bewegliche Kontakt während der Schaltvorgänge bewegen kann . Weiterhin können die Stege unmittelbar an ein Deckelteil der Schaltkammer anschließen . Insbesondere können die Stege entlang und unmittelbar angrenzend an ein Deckelteil der Schaltkammerwand verlaufen . Die Stege können besonders bevorzugt einstückig mit den Seitenwandteilen und/oder einem Deckelteil der Schaltkammerwand ausgebildet sein .
Durch die zumindest zwei Stege können zwischen den feststehenden Kontakten ein oder mehrere Räume im Innenraum der Schaltkammer gebildet werden, der oder die von den feststehenden Kontakten zumindest teilweise abgetrennt und damit elektrisch isoliert ist beziehungsweise sind . In dem so gebildeten zumindest einen isolierten Raum und somit in longitudinaler Richtung zwischen den zwei Stegen können insbesondere die Hil fskontakte und die Federkontakte angeordnet sein . Besonders bevorzugt können die Hil fskontakte zwischen den zwei Stegen symmetrisch zum beweglichen Kontakt , also symmetrisch zu einer Symmetrieebene , die durch die longitudinale und die vertikale Richtung aufgespannt wird, angeordnet sein . Weiterhin können die Federkontakte zwischen den zwei Stegen symmetrisch zum beweglichen Kontakt angeordnet sein . Dadurch, dass zwischen j edem der
Hil fskontakte und den feststehenden Kontakten sowie zwischen j edem der Federkontakte und den feststehenden Kontakten zumindest einer der Stege ausgebildet ist , können die Hil fskontakte und die Federkontakte von den feststehenden Kontakten zumindest teilweise isoliert sein . Darüber hinaus können zwischen den zwei Stegen die Einschubbereiche des Schaltkammerbodens und somit auch die Permanentmagnete angeordnet sein . Weiterhin können im so gebildeten isolierten Raum weitere Zusatzbauteile angeordnet sein wie beispielsweise ein Gas füllstutzen zum Einfüllen des vorab beschriebenen Gases zur Bildung der Gasatmosphäre in der Schaltkammer .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form weisen die Einschubbereiche des Schaltkammerbodens Wandteile auf , die in longitudinaler Richtung gesehen zwischen den Stegen der Schaltkammerwand angeordnet sind und zwischen denen die Permanentmagnete angeordnet sind . Insbesondere können die Wandteile der Einschubbereiche zwischen die Stege eingeschoben angeordnet sein und einen Zwischenraum formen, in dem die Permanentmagnete angeordnet sind . Weiterhin können die Kontaktbereiche der Kontaktplatte in diesem Zwischenraum angeordnet sein und sich beim Wechseln vom ersten zum zweiten Schaltvorgang und umgekehrt innerhalb des Zwischenraums bewegen . Durch die Wandteile des Schaltkammerbodens kann der vorab beschriebene zumindest eine isolierte Raum zusammen mit den Stegen gebildet werden .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form weisen die Hil fskontakte und/oder die Federkontakte und/oder die Kontaktplatte ein Material mit Kupfer oder einer Kupferlegierung auf . Besonders bevorzugt kann das Material ausgewählt sein aus CuBe , CuSn4 , CuSn6. Ein derartiges Material kann einen guten elektrischen
Leitwert und eine geringe Verschweißneigung aufweisen . Weiterhin können beispielsweise die Hil fskontakte dasselbe Material wie die feststehenden Kontakte aufweisen .
Weitere Vorteile , vorteilhafte Aus führungs formen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Aus führungsbeispielen .
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Schalt Vorrichtung,
Figuren 2A bis 2D zeigen schematische Darstellungen von Teilen einer Schaltvorrichtung gemäß einem Aus führungsbeispiel ,
Figur 2E und 2 F zeigen schematische Darstellungen einer Kontaktplatte und eines Federkontakts der Schaltvorrichtung gemäß weiteren Aus führungsbeispielen,
Figuren 2G bis 21 zeigen schematische Darstellungen der Schaltkammerwand der Schaltvorrichtung gemäß einem weiteren Aus führungsbeispiel ,
Figur 2 J bis 2M zeigen schematische Darstellungen eines Schaltkammerbodens der Schaltvorrichtung gemäß einem weiteren Aus führungsbeispiel und
Figuren 3A und 3B zeigen schematische Darstellungen von Teilen einer Schaltvorrichtung gemäß einem weiteren Aus führungsbeispiel .
In den Aus führungsbeispielen und Figuren können gleiche , gleichartige oder gleich wirkende Elemente j eweils mit denselben Bezugs zeichen versehen sein . Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente , wie zum Beispiel Schichten, Bauteile , Bauelemente und Bereiche , zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein .
In Figur 1 ist ein Beispiel für eine Schaltvorrichtung 100 gezeigt , die beispielsweise zum Schalten starker elektrischer Ströme und/oder hoher elektrischer Spannungen eingesetzt werden kann und die ein Relais oder Schütz , insbesondere ein Leistungsschütz , sein kann . In Figur 1 ist eine dreidimensionale Schnittdarstellung mit einer vertikalen Schnittebene gezeigt . Die gezeigten Geometrien sind nur exemplarisch und nicht beschränkend zu verstehen und können auch alternativ ausgebildet sein .
Die exemplarische Schaltvorrichtung 100 weist in einem Gehäuse 1 zwei feststehende Kontakte 2 , 3 und einen beweglichen Kontakt 4 auf . Der bewegliche Kontakt 4 ist als Kontaktplatte ausgebildet . Die feststehenden Kontakte 2 , 3 bilden zusammen mit dem beweglichen Kontakt 4 die Schaltkontakte . Alternativ zur gezeigten Kontaktanzahl können auch andere Anzahlen von feststehenden und/oder beweglichen Kontakten möglich sein . Das Gehäuse 1 dient vornehmlich als Berührschutz für die im Inneren angeordneten Komponenten und weist einen Kunststof f auf oder ist daraus , beispielsweise PBT oder Glas faser-gefülltes PBT . Die feststehenden Kontakte 2 , 3 und/oder der bewegliche Kontakt 4 können beispielsweise mit oder aus Cu, einer Cu-Legierung, einem oder mehreren hochschmel zenden Metallen wie beispielsweise Wo , Ni und/oder Gr, oder einer Mischung von genannten Materialien, beispielsweise von Kupfer mit zumindest einem weiteren
Metall , beispielsweise Wo , Ni und/oder Cr, sein .
In Figur 1 ist die Schaltvorrichtung 100 in einem Ruhezustand gezeigt , in dem der bewegliche Kontakt 4 von den feststehenden Kontakten 2 , 3 beabstandet ist , so dass die Schaltkontakte 2 , 3 , 4 galvanisch voneinander getrennt sind . Die gezeigte Aus führung der Schaltkontakte und insbesondere deren Geometrie sind rein beispielhaft und nicht beschränkend zu verstehen . Alternativ können die Schaltkontakte auch anders ausgebildet sein .
Die Schaltvorrichtung 100 weist einen mechanischen Antrieb mit einem beweglichen Magnetanker 5 auf , der im Wesentlichen die Schaltbewegung voll zieht . Der Magnetanker 5 weist einen magnetischen Kern 6 auf , beispielsweise mit oder aus einem ferromagnetischen Material . Weiterhin weist der Magnetanker 5 eine Achse 7 auf , die durch den magnetischen Kern 6 geführt ist und an einem Achsenende fest mit dem magnetischen Kern 6 verbunden ist . Am anderen, dem magnetischen Kern 6 gegenüber liegenden Achsenende weist der Magnetanker 5 den beweglichen Kontakt 4 auf , der über eine Kontaktfeder 40 gelagert und ebenfalls mit der Achse 7 verbunden ist . Die Achse 7 kann bevorzugt mit oder aus Edelstahl gefertigt sein . Zur elektrischen I solierung des beweglichen Kontakts 4 von der Achse 7 kann ein elektrisch isolierender Kontakthalter 47 , der auch als Brückenisolator bezeichnet werden kann, zwischen diesen angeordnet sein .
Der magnetische Kern 6 ist von einer Spule 8 umgeben . Ein von außen durch einen Steuerstromkreis auf schaltbarer Stromfluss in der Spule 8 erzeugt eine Bewegung des magnetischen Kerns 6 und damit des gesamten Magnetankers 5 in axialer Richtung, bis der bewegliche Kontakt 4 die feststehenden Kontakte 2 , 3 kontaktiert . In der gezeigten Darstellung bewegt sich der Magnetanker nach oben . Der Magnetanker 5 bewegt sich somit von einer ersten Position, die dem gezeigten Ruhezustand und gleichzeitig dem trennenden, also nicht-durchschaltenden und somit ausgeschalteten Schalt zustand entspricht , in eine zweite Position, die dem aktiven, also durchschaltenden und somit eingeschalteten Schalt zustand entspricht . Im aktiven Zustand sind die Kontakte 2 , 3 , 4 galvanisch miteinander verbunden .
Zur Führung der Achse 7 und damit des Magnetankers 5 und zur Bildung eines magnetischen Kreises mit dem magnetischen Kern 6 und der Spule 8 weist die Schaltvorrichtung 100 weiterhin ein Joch 9 auf , das Reineisen oder eine niedrig dotierte Eisenlegierung aufweisen oder daraus sein kann und das einen Teil des magnetischen Kreises bildet . Das Joch 9 weist eine Öf fnung auf , in der die Achse 7 geführt wird . Weiterhin kann in der Öf fnung des Jochs 9 beispielsweise zusätzlich eine Hülse oder Buchse , beispielsweise aus einem Kunststof fmaterial , zur Führung der Achse 7 angeordnet sein . Wird der Stromfluss in der Spule 8 unterbrochen, wird der Magnetanker 5 durch eine oder mehrere Federn 10 , die auch als Rückstell federn bezeichnet werden können, wieder in die erste Position bewegt . In der gezeigten Darstellung bewegt sich der Magnetanker 5 somit wieder nach unten . Die Schaltvorrichtung 100 befindet sich dann wieder im Ruhezustand, in dem die Kontakte 2 , 3 , 4 geöf fnet sind .
Die Bewegungsrichtung des Magnetankers 5 und damit des beweglichen Kontakts 4 wird im Folgenden auch als vertikale Richtung 91 bezeichnet . Bezeichnungen wie „oben" oder „unten" beziehen sich, sofern nicht anders angegeben, auf die vertikale Richtung 91 . Die Anordnungsrichtung der feststehenden Kontakte 2 , 3 , die senkrecht auf der vertikalen Richtung 91 steht , wird im Folgenden als longitudinale Richtung 92 bezeichnet . Die senkrecht zur vertikalen Richtung 91 und senkrecht zur longitudinalen Richtung 92 stehende Richtung wird im Folgenden als transversale Richtung 93 bezeichnet . Die Richtungen 91 , 92 und 93 , die auch unabhängig von der beschriebenen Schaltbewegung gelten, sind in den Figuren zur Erleichterung der Orientierung angedeutet .
Beispielsweise beim Öf fnen der Kontakte 2 , 3 , 4 kann zumindest ein Lichtbogen entstehen, der die Kontakt flächen der Kontakte 2 , 3 , 4 beschädigen kann . Dadurch kann die Gefahr bestehen, dass die Kontakte 2 , 3 , 4 durch eine durch den Lichtbogen hervorgerufene Verschweißung aneinander „kleben" bleiben und nicht mehr voneinander getrennt werden . Die Schaltvorrichtung 100 befindet sich dann somit weiter im eingeschalteten Zustand, obwohl der Strom in der Spule 8 abgeschaltet ist und somit der Laststromkreis getrennt sein müsste . Um die Entstehung derartiger Lichtbögen zu verhindern oder um wenigstens die Löschung von auftretenden Lichtbögen zu unterstützen, sind die Kontakte 2 , 3 , 4 in einer Gasatmosphäre angeordnet , so dass die Schaltvorrichtung 100 als gasgefülltes Relais oder gasgefüllter Schütz ausgebildet ist . Hierzu sind die Kontakte 2 , 3 , 4 innerhalb einer Schaltkammer 11 , gebildet durch eine Schaltkammerwand 12 und einen Schaltkammerboden 13 , in einem durch einen hermetisch abgeschlossenen Teil gebildeten gasdichten Bereich 14 angeordnet , wobei die Schaltkammer 11 Teil des gasdichten Bereichs 14 sein kann . Der gasdichte Bereich 14 wird im Wesentlichen durch Teile der Schaltkammer 11 , des Jochs 9 und zusätzliche Wandungen gebildet . Der gasdichte Bereich 14 umgibt den Magnetanker 5 und die Kontakte 2 , 3 , 4 , bis auf zum externen Anschluss vorgesehene Teile der feststehenden Kontakte 2 , 3 , vollständig . Der gasdichte Bereich 14 und damit auch der Innenraum 15 der Schaltkammer 11 sind mit einem Gas gefüllt . Das Gas , das durch einen Gas füllstutzen im Rahmen der Herstellung der Schaltvorrichtung 100 in den gasdichten Bereich 14 eingefüllt werden kann, kann besonders bevorzugt Wasserstof f-haltig sein, beispielsweise mit 20% oder mehr H2 in einem inerten Gas oder sogar mit 100% H2 , da Wasserstof f-haltiges Gas die Löschung von Lichtbögen fördern kann .
Der Schaltkammerboden 13 ist über einem Flansch 16 angeordnet , in dem das Joch 9 angeordnet ist und der einen Teil des magnetischen Kreises bildet . Der Flansch 16 kann mit oder aus Eisen oder Stahl sein .
Außerhalb der Schaltkammer 11 können zusätzlich Permanentmagnete 17 , sogenannte Blasmagnete , vorhanden sein, die zur Ablenkung der Lichtbögen vorgesehen und eingerichtet sind . Insbesondere bewirken die Blasmagnete eine Verlängerung der Lichtbogenstrecke und können somit das Löschen der Lichtbögen verbessern .
Die Schaltkammerwand 12 und der Schaltkammerboden 13 können beispielsweise mit oder aus einem Metalloxid wie etwa A12O2 gefertigt sein . Weiterhin eignen sich auch Kunststof fe mit einer ausreichend hohen Temperaturfestigkeit , beispielsweise ein PEEK, ein PE und/oder ein Glas faser-gefülltes PBT . Alternativ oder zusätzlich kann die Schaltkammer 11 zumindest teilweise auch ein POM, insbesondere mit der Struktur ( CH2O) n, aufweisen . Ein solcher Kunststof f kann sich durch einen vergleichsweise geringen Kohlenstof f anteil und eine sehr geringe Neigung zur Graphitbildung aus zeichnen . Durch die gleichen Anteile von Kohlenstof f und Sauerstof f insbesondere bei ( CH2O) n können bei einer Wärme- und insbesondere einer Lichtbogen-induzierten Zersetzung überwiegend gas förmiges CO und H2 entstehen . Der zusätzliche Wasserstof f kann die Bogenlöschung verstärken .
In Verbindung mit den nachfolgenden Figuren werden Aus führungsbeispiele der Schaltvorrichtung 100 sowie von Komponenten dieser beschrieben, die eine Detektion der Schalt zustände erlauben, wobei die Schaltvorrichtung 100 gemäß der nachfolgenden Beschreibung bis auf die im Folgenden beschriebenen Merkmale wie die in Verbindung mit der Figur 1 beschriebene Schaltvorrichtung 100 ausgebildet sein kann . Zur leichteren Erkennbarkeit der Orientierungen und von Schnittebenen sind auch in den nachfolgenden Figuren die Richtungen 91 , 92 , 93 angedeutet .
In den Figuren 2A und 2B sind anhand einer dreidimensionalen Schnittdarstellung und einer zweidimensionalen Schnittdarstellung Ausschnitte der Schaltvorrichtung 100 gezeigt , in denen im Wesentlichen der gasdichte Bereich 14 und der Bereich der Schaltkammer 11 dargestellt sind . Die Schnittebenen der Darstellungen der Figuren 2A und 2B stehen j eweils senkrecht zur longitudinalen Richtung 92 . In Figur 20 ist eine Ansicht entsprechend der Ansicht der Figur 2A gezeigt , wobei in Figur 20 die Schaltvorrichtung 100 in einem anderen Schalt zustand ist . In Figur 2D ist eine dreidimensionale Außenansicht des gasdichten Bereichs 14 gezeigt . In den Figuren 2E und 2 F sind die Kontaktplatte 31 und ein Federkontakt 30 gezeigt . In den Figuren 2G bis 2M sind verschiedene Ansichten der Schaltkammerwand 12 und des Schaltkammerbodens 13 gezeigt . Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich gleichermaßen auf die Figuren 2A bis 2M . Im Vergleich zur Schaltvorrichtung der Figur 1 weist die Schaltvorrichtung 100 gemäß den Figuren 2A bis 2M zwei
Hilfskontakte 25 auf, die in Öffnungen 125 der
Schaltkammerwand 12 angeordnet sind und die wie die feststehenden Kontakte 2, 3 in den Innenraum 15 der Schaltkammer 11 hineinragen.
Zwischen den Hilfskontakten 25, die entlang der transversalen Richtung 93 angeordnet sind, ist im gezeigten Ausführungsbeispiel eine weitere Öffnung 126 ausgebildet, in der ein Gasfüllstutzen 26 angeordnet ist. Der Gasfüllstutzen 26 kann zum Einfüllen des Gases der Gasatmosphäre in den gasdichten Bereich verwendet werden und nach dem Einfüllen beispielsweise durch Abquetschen verschlossen werden.
Die Hilfskontakte 25 sowie auch der Gasfüllstutzen 26 sind vorzugsweise in den Öffnungen 125, 126 der Schaltkammer 11 eingelötet, so dass die Durchführung der Hilfskontakte 25 und auch des Gasfüllstutzens 26 in die Schaltkammer 11 mit einer hermetisch dichten und beispielsweise hartgelöteten Verbindung vergleichbar mit der Durchführung der feststehenden Kontakte 2, 3 erfolgt. Die Montage der Kontakte 2, 3 und der Hilfskontakte 25 sowie auch des Gasfüllstutzens 26 können bevorzugt in einem gemeinsamen Arbeitsgang erledigt werden kann.
Die Hilfskontakte 25 sind bevorzugt vollständig im Gehäuse angeordnet. Über Zuleitungen (nicht gezeigt) innerhalb des Gehäuses, die beispielsweise mit äußeren elektrischen Anschlüssen am Gehäuse elektrisch leitend verbunden sind, können die Hilfskontakte 25 von außen kontaktierbar sein. Alternativ dazu können die Hilfskontakte 25 wie die feststehenden Kontakte 2 , 3 aus dem Gehäuse herausragen und von außerhalb des Gehäuses kontaktierbar sein .
Weiterhin weist die Schaltvorrichtung 100 zwei Federkontakte 30 und eine Kontaktplatte 31 auf , die in der Schaltkammer 11 angeordnet sind . Insbesondere sind die Federkontakte 30 und die Kontaktplatte 31 vollständig im Innenraum 15 der Schaltkammer 11 angeordnet . Jeder der Federkontakte 30 erstreckt sich von einem der Hil fskontakte 25 zur Kontaktplatte 31 und weist , wie beispielsweise in Figur 2 F gezeigt ist , einen ersten Kontaktbereich 301 und einen zweiten Kontaktbereich 302 auf , die über einen Verbindungsbereich 303 miteinander verbunden sind . Mit dem ersten Kontaktbereich 301 kontaktiert j eder der Federkontakte 30 einen der Hil fskontakte 25 . Insbesondere kann j eder der Federkontakte 30 mit seinem ersten Kontaktbereich 301 einen der Hil fskontakte 25 im Normalbetrieb dauerhaft und unabhängig von den Schalt zuständen der Schaltvorrichtung 100 kontaktieren . Die ersten Kontaktbereiche 301 der Federkontakte 30 liegen, wie zu erkennen ist , unmittelbar und damit mechanisch an den Hil fskontakten 25 an .
Die Kontaktplatte 31 ist zusammen mit dem beweglichen Kontakt 4 bewegbar . Hierzu sind die Kontaktplatte 31 und der bewegliche Kontakt 4 gemeinsam mit dem oben in Verbindung mit der Figur 1 beschriebenen mechanischen Antrieb verbunden . Die Kontaktplatte 31 ist in einem nicht-durchschaltenden Schalt zustand der Schaltvorrichtung 100 , also dem Ruhezustand, der in den Figuren 2A und 2B gezeigt ist , von den zweiten Kontaktbereichen 302 der Federkontakte 30 beabstandet . In einem durchschaltenden Schalt zustand, in dem die feststehenden Kontakte 2 , 3 mit dem beweglichen Kontakt 4 in Kontakt stehen und der in Figur 2C gezeigt ist , steht die Kontaktplatte 31 mit den zweiten Kontaktbereichen 302 in mechanischem Kontakt . Hierzu weist die Kontaktplatte 31 Kontaktbereiche 312 auf , wie beispielsweise in Figur 2E gezeigt ist . Der durchschaltende Zustand der Schaltvorrichtung 100 gemäß Figur 2C ist ein erster Schalt zustand der Schaltvorrichtung 100 , während der nichtdurchschaltende Schalt zustand der Schaltvorrichtung 100 gemäß der Figuren 2A und 2B ein zweiter Schalt zustand ist . Im zweiten Schalt zustand ist somit ein Schaltspalt zwischen dem beweglichen Kontakt 4 und den feststehenden Kontakten 2 , 3 vorhanden . Im ersten Schalt zustand stehen die zweiten Kontaktbereiche 302 der Federkontakte 30 in mechanischem und damit galvanischem Kontakt mit den Kontaktbereichen 312 der Kontaktplatte 31 , so dass die Federkontakte 30 und damit auch die Hil fskontakte 25 durch die Kontaktplatte 31 elektrisch leitend miteinander verbunden sind . Dadurch können, beispielsweise durch eine Widerstandsmessung an den Hil fskontakten 25 , der erste und zweite Schalt zustand unterschieden werden .
Der bewegliche Kontakt 4 und die Kontaktplatte 31 sind an einem elektrisch isolierenden Kontakthalter 47 angeordnet . Der Kontakthalter 47 weist eine Öf fnung auf , in die die Achse 7 gesteckt ist , und ist an der Achse 7 des Magnetankers 5 und damit des mechanischen Antriebs der Schaltvorrichtung 100 befestigt . Der Kontakthalter 47 kann ein- oder mehrstückig ausgebildet sein .
Der bewegliche Kontakt 4 und die Kontaktplatte 31 sind durch den Kontakthalter 47 von der Achse 7 elektrisch isoliert . Dadurch sind der bewegliche Kontakt 4 und die Kontaktplatte 31 elektrisch isoliert von den Komponenten des mechanischen Antriebs , also insbesondere von den Komponenten des Magnetankers 5 , gelagert . Der Kontakthalter weist hierzu ein elektrisch isolierendes Material auf oder ist daraus , das beispielsweise ausgewählt ist aus Polymeren und Keramikmaterialien wie beispielsweise Polyoxymethylen ( POM) , insbesondere mit der Struktur ( CH2O) n, Polybutylenterephthalat ( PBT ) , Glas faser-gefülltem PBT und elektrisch isolierenden Metalloxiden wie etwa AI2O3.
Die Kontaktplatte 31 ist am Kontakthalter 47 fixiert . Die Fixierung kann beispielsweise mittels einer Klemmung oder, wie gezeigt , besonders bevorzugt durch eine Umformung erfolgen . Hierzu ist die Kontaktplatte 31 vom Material des Kontakthalters 47 teilweise umformt , beispielsweise umgossen oder umspritzt . Zur Kontaktierung der zweiten Kontaktbereiche 302 der Federkontakte 30 ragen die Kontaktbereiche 312 der Kontaktplatte 31 in transversaler Richtung 93 aus dem Kontakthalter 47 heraus .
Wie in Figur 2E gezeigt ist , ist die Kontaktplatte 31 beispielsweise scheibenartig ausgebildet und weist eine zentrale Öf fnung 313 auf , durch die im montierten Zustand die Achse 7 hindurchragt . Weiterhin kann die Kontaktplatte 31 wie gezeigt Verankerungslöcher 314 aufweisen, durch die das Material des Kontakthalters 47 hindurchgrei fen kann, wodurch die Kontaktplatte 31 am Kontakthalter 47 fixiert und beispielsweise vor Verdrehung gesichert werden kann .
Der Kontakthalter 47 weist weiterhin einen unteren Anschlag 471 und einen oberen Anschlag 472 auf . Die Kontaktplatte 31 ist im unteren Anschlag 471 angeordnet , der im zweiten
Schalt zustand auf dem Schaltkammerboden 13 aufliegen kann .
Der bewegliche Kontakt 4 liegt im zweiten Schalt zustand am oberen Anschlag 472 an . Zwischen dem beweglichen Kontakt 4 und dem unteren Anschlag 471 ist die in Figur 1 beschriebene Kontaktfeder 40 angeordnet , die den beweglichen Kontakt 4 gegen den oberen Anschlag 472 und damit in Richtung der feststehenden Kontakte 2 , 3 drückt .
Bei dem Magnetanker 5 mit dem beweglichen Kontakt 4 handelt es sich um ein Überhubsystem, bei dem der bewegliche Kontakt 4 verschiebbar am Kontakthalter 47 angeordnet ist . Beim Anschlägen des beweglichen Kontakts 4 an den feststehenden Kontakten 2 , 3 und damit beim vollständigen Schließen des Schaltspalts im ersten Schalt zustand kann die Kontaktfeder 40 einfedern und der Magnetanker 5 kann sich weiter bewegen, bis beispielsweise der magnetische Kern 6 am Joch 9 anliegt . Beispielsweise kann sich der Magnetanker um eine Strecke von kleiner oder gleich 1 mm und besonders bevorzugt von etwa 0 , 5 mm weiter als der bewegliche Kontakt 4 in vertikaler Richtung 91 nach oben bewegen . Durch das Einfedern der Kontaktfeder 40 aufgrund des Überhubs kann der Anpressdruck des beweglichen Kontakts 4 an den feststehenden Kontakten 2 , 3 erhöht werden und es kann eine gewisse Unempfindlichkeit gegenüber Vibrationen und mechanischen Stößen erreicht werden .
Die Schaltkammerwand 12 weist , wie insbesondere in den Figuren 2G bis 21 zu erkennen ist , in einer hori zontalen Schnittansicht eine rechteckige Querschnitts form oder zumindest eine an ein Rechteck angenäherte Querschnitts form auf , die wie gezeigt beispielsweise abgerundete Ecken haben kann . Die Schaltkammerwand 12 weist sich gegenüberliegende transversale Seitenwandteile 121 und sich gegenüberliegende longitudinale Seitenwandteile 122 auf , die die zumindest angenäherte Rechteckform ergeben . Die transversalen Seitenwandteile 121 , die longitudinalen Seitenwandteile 122 und ein Deckelteil 119 mit Öf fnungen 120 für die feststehenden Kontakte 2 , 3 sowie mit den Öf fnungen 125 , 126 für die Hil fskontakte 25 und den Gaseinfüllstutzen 26 sind wie im gezeigten Aus führungsbeispiel angedeutet einstückig ausgebildet und bilden die Schaltkammerwand 12 . Besonders bevorzugt ist die Schaltkammerwand 12 aus einem vorgenannten Keramikmaterial gebildet .
Wie vorab beschrieben weist j eder der Federkontakte 30 zwischen dem ersten und zweiten Kontaktbereich 301 , 302 einen Verbindungsbereich 303 auf , der, wie in den Figuren 2A bis 2C zu erkennen ist , entlang eines longitudinalen Seitenwandteils 122 verläuft . Der erste und zweite Kontaktbereich 301 , 302 j edes der Federkontakte 30 können sich bevorzugt vom j eweiligen longitudinalen Seitenwandteil 122 zumindest entlang der transversalen Richtung 93 in den Innenraum 15 der Schaltkammer 11 hinein erstrecken .
Die Federkontakte 30 und/oder die Kontaktplatte 31 weisen bevorzugt ein Material mit Kupfer oder einer Kupferlegierung auf . Besonders bevorzugt kann das Material ausgewählt sein aus CuBe , CuSn4 , CuSn6. Ein derartiges Material kann einen guten elektrischen Leitwert und eine geringe Verschweißneigung aufweisen . Die Hil fskontakte 25 können aus einem oben für die feststehenden Kontakte 2 , 3 beschriebenen Material oder aus einem für die Federkontakte 30 und/oder Kontaktplatte 31 beschriebenen Material gebildet sein .
Die Federkontakte 30 sind bevorzugt wie gezeigt bandförmig, insbesondere als Metallbänder, ausgebildet . Zumindest einer der Kontaktbereiche 301 , 302 j edes der Federkontakte 30 kann federnd ausgebildet sein . Beispielsweise kann der erste Kontaktbereich 301 j edes Federkontakts 30 federnd ausgebildet sein und eine Federkraft auf einen Hil fskontakt 25 ausüben . Somit kann der erste Kontaktbereich 301 im montierten Zustand gegen einen Hil fskontakt 25 drücken und so die Federkraft ausüben .
Weiterhin sind alternativ oder zusätzlich bevorzugt die zweiten Federbereiche 302 federnd ausgebildet . Besonders bevorzugt üben die zweiten Kontaktbereiche 302 im ersten Schalt zustand eine Federkraft auf die Kontaktplatte 31 und insbesondere auf die Kontaktbereiche 312 dieser aus . Durch die federnde Wirkung der zweiten Kontaktbereiche 302 kann eine gegenüber Vibrationen und mechanischen Stößen erhöhte Unempfindlichkeit des mechanischen Kontakts zwischen der Kontaktplatte 31 und den zweiten Kontaktbereichen 302 der Federkontakte 30 erreicht werden . Besonders bevorzugt können die Federkraft der zweiten Kontaktbereiche 302 auf die Kontaktplatte 31 und damit der Gegendruck auf den Magnetanker und insbesondere den Kontakthalter 47 geringer sein als die Rückstell federkraft der Rückstell feder 10 des mechanischen Antriebs , die den Magnetanker vom durchschaltenden Schalt zustand in den nicht-durchschaltenden Schalt zustand bewegt . Besonders bevorzugt kann die Federkraft der zweiten Kontaktbereiche 302 auf die Kontaktplatte 31 kleiner oder gleich 20% der Rückstell federkraft sein . Die Kontaktplatte 31 kann bei einem Übergang der Schaltvorrichtung 100 vom ersten zum zweiten Schalt zustand einen mechanischen Kontakt zu den zweiten Kontaktbereichen 302 der Federkontakte 30 nach dem Zurücklegen eines Weges verlieren, der größer als der Uberhub ist . Mit anderen Worten bleiben die zweiten Kontaktbereiche 302 solange in mechanischem Kontakt mit den Kontaktbereichen 312 der Kontaktplatte 31 , solange der Uberhub nicht abgebaut ist . Erst nachdem der Uberhub abgebaut ist und sich der Magnetanker 5 und insbesondere der Kontakthalter 47 mit der daran befestigten Kontaktplatte 31 soweit nach unten bewegt haben, dass der bewegliche Kontakt 4 durch den Magnetanker 5 von den feststehenden Kontakten 2 , 3 wegbewegt worden ist , verlieren die zweiten Kontaktbereiche 302 den mechanischen Kontakt zur Kontaktplatte 31 . Damit kann sichergestellt werden, dass die Kontaktplatte 31 auch dann noch mit den Federkontakten 30 in mechanischem Kontakt steht , wenn der bewegliche Kontakt 4 mit zumindest einem feststehenden Kontakt 2 , 3 beispielsweise durch eine ungewollte Verschweißung in mechanischen Kontakt steht . In diesem Fall würde nämlich nur der Überhub abgebaut werden und der bewegliche Kontakt 4 würde im durchschaltenden Zustand verbleiben, was an den immer noch durch die Kontaktplatte kurzgeschlossenen Hil fskontakten detektiert werden könnte , auch wenn der mechanische Antrieb der Schaltvorrichtung 100 bereits ausgeschaltet ist .
Die Schaltvorrichtung 100 des in den Figuren 2A bis 2M gezeigten Aus führungsbeispiels ermöglicht somit eine zuverlässige Erkennung des Zustandes „sicher geschlossen" und verbindet diese mit einer einfachen Mechanik zur Detektion und zum Heraus führen des Signals aus einer hermetisch versiegelten Schaltkammer .
Wie insbesondere in den Figuren 2H und 21 zu erkennen ist , weist die Schaltkammerwand 12 weiterhin zumindest zwei Stege 123 auf , von denen j eder in longitudinaler Richtung 92 zwischen den zumindest zwei feststehenden Kontakten 2 , 3 angeordnet ist und von denen sich j eder von zumindest einem longitudinalen Seitenwandteil 122 in transversaler Richtung 93 in die Schaltkammer 11 hinein erstreckt . Die Stege 123 sind in longitudinaler Richtung 92 voneinander beabstandet . Insbesondere erstrecken sich die Stege 123 in transversaler Richtung 93 über den beweglichen Kontakt 4 hinweg im Innenraum 15 der Schaltkammer 11 von einem der longitudinalen Seitenwandteile 122 zum anderen der longitudinalen Seitenwandteile 122 . Weiterhin weisen die Stege 123 j eweils eine Aussparung 124 auf , in der sich der bewegliche Kontakt 4 während der Schaltvorgänge bewegen kann . Wie gezeigt können die Stege 123 bevorzugt unmittelbar an das Deckelteil 119 der Schaltkammerwand 12 anschließen . Insbesondere können die Stege 123 entlang und unmittelbar angrenzend an das Deckelteil 119 der Schaltkammer 11 verlaufen . Die Stege 123 sind besonders bevorzugt einstückig mit den Seitenwandteilen 122 und dem Deckelteil 119 der Schaltkammerwand 12 ausgebildet sein .
Durch die Stege 123 wird zwischen den feststehenden Kontakten 2 , 3 ein Bereich im Innenraum 15 gebildet , der von den feststehenden Kontakten 2 , 3 zumindest teilweise abgetrennt und damit elektrisch isoliert ist . In dem so gebildeten isolierten Raum 127 sind die Hil fskontakte 25 , die Federkontakte 30 sowie auch der Gas füllstutzen 26 angeordnet .
Besonders bevorzugt sind die Hil fskontakte 25 zwischen den zwei Stegen 123 symmetrisch zum beweglichen Kontakt 4 angeordnet . Entsprechend sind auch die Federkontakte 30 zwischen den zwei Stegen 123 symmetrisch zum beweglichen Kontakt 4 angeordnet . Dadurch, dass zwischen j edem der Hil fskontakte 25 und den feststehenden Kontakten 2 , 3 sowie zwischen j edem der Federkontakte 30 und den feststehenden Kontakten 2 , 3 zumindest einer der Stege 123 ausgebildet ist , sind die Hil fskontakte 25 und die Federkontakte 30 von den feststehenden Kontakten 2 , 3 zumindest teilweise isoliert .
Wie beispielsweise in den Figuren 2K bis 2M gezeigt ist , weist der Schaltkammerboden 13 , der besonders bevorzugt aus POM oder einem anderen oben genannten Kunststof f gebildet ist , eine Bodenplatte 130 mit einer Öf fnung 131 zur Durchführung der Achse 7 auf . Zumindest teilweise umlaufend am Rand der Bodenplatte 130 weist der Schaltkammerboden 13 Seitenwandteile 132 , 133 auf , die beim Zusammenfügen der Schaltkammer 11 entlang der Seitenwandteile 121 , 122 der Schaltkammerwand 12 in die Schaltkammerwand 12 eingeschoben werden . Die Seitenwandteile 132 , 133 des Schaltkammerbodens sind bevorzugt mit der Bodenplatte 130 des Schaltkammerbodens 13 einstückig ausgebildet . Die Seitenwandteile 132 , 133 des Schaltkammerbodens 13 können in der zusammengesetzten Schaltkammer 11 von den Seitenwandteilen 121 , 122 der Schaltkammerwand 12 umgeben sein, so dass die Seitenwandteilel 32 , 133 des Schaltkammerbodens 13 einen Einschub in die Schaltkammerwand 12 bilden können . Zumindest ein Teil der Seitenwandteile 132 , 133 des Schaltkammerbodens kann beabstandet von Seitenwandteilen der Schaltkammerwand sein . Die Bodenplatte 130 kann zumindest in einigen Bereichen um die Öf fnung 131 herum als Gegenanschlag für den unteren Anschlag 471 des Kontakthalters 47 dienen . Zur mechanischen Stabilisierung kann die Bodenplatte 130 wie gezeigt beispielsweise sich kreuzende Stege aufweisen .
Die Federkontakte 30 sind an Seitenwandteilen 132 des Schaltkammerbodens 13 angeordnet , die sich in transversaler Richtung 93 gegenüberliegen und die beabstandet von den longitudinalen Seitenwandteilen 122 der Schaltkammerwand 12 angeordnet sind . Der Verbindungsbereich 303 j edes der Federkontakte 30 ist in transversaler Richtung 93 vom beweglichen Kontakt 4 aus gesehen hinter einem Seitenwandteil 132 angeordnet , so dass für j eden Federkontakt 30 ein Seitenwandteil 132 des Schaltkammerbodens 13 zwischen dem beweglichen Kontakt 4 und dem Verbindungsbereich 303 angeordnet ist . Der Verbindungsbereich 303 j edes der Federkontakte 30 ist somit in transversaler Richtung 93 zwischen einem Seitenwandteil 122 der Schaltkammerwand 12 und einem Seitenwandteil 132 des Schaltkammerbodens 13 angeordnet .
Weiterhin weist der Schaltkammerboden 13 für j eden Federkontakt 30 im j eweiligen Seitenwandteil 132 eine Öf fnung 134 auf , durch die der zweite Kontaktbereich 302 des Federkontakts 30 durch die Seitenwand 132 des Schaltkammerbodens hindurchragt . Dadurch kann der zweite Kontaktbereich 302 j edes Federkontakts 30 entlang der transversalen Richtung 93 zum beweglichen Kontakt 4 hin ragen . Wie beispielsweise in Figur 2M zu erkennen ist , kann in j edem der Seitenwandteile 132 eine weitere Öf fnung 134 vorgesehen sein, die auf einer anderen Höhe angeordnet ist . Insbesondere sind die weiteren Öf fnungen 134 im Bereich der Bodenplatte 130 vorgesehen . Dadurch kann bei Verwendung anderer Federkontakte mit längeren Verbindungsbereichen der zweite Kontaktbereich auf einer anderen Höhe zum beweglichen Kontakt 4 und somit auch zur Kontaktplatte 31 hingeführt werden, wie weiter unten in Verbindung mit den Figuren 3A und 3B beschrieben ist .
Weiterhin weist j eder der Federkontakte 30 im Verbindungsbereich 303 zumindest eine Öf fnung 304 auf , durch die ein Befestigungselement 135 des j eweiligen Seitenwandteils 132 des Schaltkammerbodens 13 ragt . Die Befestigungselemente sind besonders bevorzugt einstückig mit dem j eweiligen Seitenwandteil ausgebildet und dienen zur Befestigung des j eweiligen Federkontakts . Im gezeigten Aus führungsbeispiel weisen die Federkontakte 30 j eweils zwei Öf fnungen 304 auf und sind mit zwei Befestigungselementen 135 an den Seitenwandteilen 132 befestigt . Beispielsweise können die Befestigungselemente 135 wie gezeigt in Form von Zapfen ausgebildet sein und eine nietenartige Befestigung ermöglichen .
Weiterhin weist der Schaltkammerboden 13 beidseitig der Öf fnung 131 Wandteile 136 auf , die , gesehen in longitudinaler Richtung 92 , nebeneinander zwischen den Stegen 123 der Schaltkammerwand 12 angeordnet sind und die zusammen mit den Seitenwandteilen 132 , an denen sich die Federkontakte 30 befinden, Einschubbereiche 139 bilden . In den Einschubbereichen 139 sind Permanentmagnete 17 , insbesondere Blasmagnete , angeordnet . Insbesondere kann j eder der Permanentmagnete 17 auf einer Auflagefläche 138 , die an den Wandteilen 136 ausgeformt ist , aufliegen und durch einen Schnappmechanismus 137 , beispielsweise gebildet durch Widerhaken, im Einschubbereich 139 befestigt sein . Der Schaltkammerboden 13 kann somit besonders bevorzugt zwei Einschubbereiche 139 aufweisen, zwischen denen, gesehen in transversaler Richtung 93 , der bewegliche Kontakt 4 angeordnet ist . Der bewegliche Kontakt 4 kann sich bevorzugt beim Übergang vom ersten zum zweiten Schalt zustand und umgekehrt in vertikaler Richtung 91 entlang der Einschubbereiche 139 bewegen . Weitere Wandteile 136 ' der Einschubbereiche 139 können die Wandteile 136 miteinander verbinden und zwischen den Permanentmagneten 17 und dem beweglichen Kontakt 4 angeordnet sein . Unterhalb der weiteren Wandteile 136 ' zwischen den Wandteilen 136 sind Öf fnungen vorgesehen, in den sich die Kontaktbereiche 312 der Kontaktplatte 31 bewegen können .
Uber der Kontaktbrücke 4 kann, wie beispielsweise in Figur 2 J gezeigt ist , ein Klammerelement 32 an den weiteren Wandteilen 136 ' der Einschubbereiche 139 anliegend aufgesetzt sein, das aus dem gleichen Material wie der Schaltkammerboden 13 sein kann . Das Klammerelement 32 , das mit Abstandshaltern 321 , die noppenförmig ausgebildet sein können, vom Deckelteil 119 ferngehalten werden kann, kann beispielsweise den Gas füllstutzen 26 von den Kontakten 2 , 3 , 4 abschirmen, so dass im Bereich des Gas füllstutzens 26 keine Lichtbögen entstehen können .
In den Figuren 3A und 3B sind gemäß einem weiteren Aus führungsbeispiel Ausschnitte der Schaltvorrichtung 100 entsprechend der Ansichten in den Figuren 2A und 2M gezeigt , bei dem die Federkontakte 30 länger ausgebildet sind, so dass die zweiten Kontaktbereiche 302 der Federkontakte 30 durch die vorab beschriebenen unteren Öf fnungen 134 in den Seitenwandteilen 132 hindurchgeführt sind . Dadurch ist die Schaltvorrichtung 100 im ersten Schalt zustand, in dem die Kontaktplatte 31 die Federkontakte 30 mechanische kontaktiert , im nicht-durchschaltenden Schalt zustand, also im Ruhezustand, wie in Figur 3A erkennbar ist . Im zweiten Schalt zustand, in dem die Kontaktplatte 31 von den Federkontakten 30 beabstandet ist , ist die Schaltvorrichtung 100 im durchschaltenden Schalt zustand . Somit kann im in den Figuren 3A und 3B gezeigten Aus führungsbeispiel der Ruhezustand der Schaltvorrichtung 100 dadurch detektiert werden, dass die Hil fskontakte 25 durch die Federkontakte 30 und die Kontaktplatte 31 kurzgeschlossen sind . Damit weist das in den Figuren 3A und 3B gezeigte Aus führungsbeispiel im Vergleich zum Aus führungsbeispiel der Figuren 2A bis 2M eine umgekehrte Schaltzustandsdetektionscharakteristik auf , die allein durch die Verwendung anderer Federkontakte 30 ermöglicht werden kann . Somit kann die Schaltvorrichtung 100 auf einfache Weise und ohne sonstige bauliche Änderungen j e nach Kundenwunsch mit der gewünschten
Schaltzustandsdetektionscharakteristik versehen werden .
Die zweiten Kontaktbereiche 302 der Federkontakte 30 sind bevorzugt derart ausgebildet , dass die Kontaktplatte 31 bei einem Übergang der Schaltvorrichtung 100 vom ersten zum zweiten Schalt zustand einen mechanischen Kontakt zu den zweiten Kontaktbereichen 302 der Federkontakte 30 nach einem Zurücklegen eines Weges verliert , der kleiner oder gleich 20% des Schaltspalts ist . Dadurch kann erreicht werden, dass der Weg, den der Magnetanker 5 auf seinem Weg vom ersten zum zweiten Schalt zustand zurücklegen muss , bevor der Kontakt zwischen der Kontaktplatte 31 und den Federkontakten 30 abreißt , sehr klein ist . Die zweiten Kontaktbereiche 302 der Federkontakte 30 sind besonders bevorzugt so ausgebildet und beispielsweise leicht nach oben gebogen, dass sie bei einem Kontakt mit den Kontaktbereichen 312 der Kontaktplatte 31 beim Herunterfahren des Magnetankers 5 und somit auch der Kontaktplatte 31 bis zum unteren Anschlag des Magnetankers 5 etwa 0 , 5 mm heruntergedrückt werden und entsprechend beim Hochfahren des Magnetankers 5 und damit der Kontaktplatte 31 nach der entsprechenden Strecke den Kontakt mit der Kontaktplatte 31 verlieren .
Im Fall , dass der bewegliche Kontakt 4 durch ein Verkleben oder einen mechanischen Defekt im durchschaltenden Zustand verbleibt , obwohl der mechanische Antrieb abgeschaltet wurde und die Schaltvorrichtung 100 in den ersten Schalt zustand zurückkehren sollte , bleibt die Kontaktplatte 31 von den zweiten Kontaktbereichen 302 der Federkontakte 30 beabstandet , so dass an den Hil fskontakten 25 nicht der erste Schalt zustand abgelesen wird . Dies ist auch unter Berücksichtigung des Überhubs möglich, da der Magnetanker 5 mit der Kontaktplatte 31 zwar im Vergleich zum beweglichen Kontakt 4 ein gewisses Stück nach unten in Richtung des Schaltkammerbodens 13 fällt , der Abstand zwischen der Kontaktplatte 31 und den zweiten Kontaktbereichen 302 der Federkontakte 30 aber immer noch groß genug ist , um eindeutig keine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Hil fskontakten 25 herzustellen . Eine mechanische Beeinflussung durch Schocks folgt den Eigenschaften des mechanischen Antriebs und des beweglichen Kontakts 4 . Das heißt , dass der elektrische Kontakt der Hil fskontakte 25 zueinander auch nach einer Abhebung des beweglichen Kontakts 4 von den feststehenden Kontakten 2 , 3 durch eine Beschleunigung richtig eine nicht vollständige Öf fnung anzeigen würde . Die Schaltvorrichtung 100 des in den Figuren 3A und 3B gezeigten Aus führungsbeispiels ermöglicht somit eine zuverlässige Erkennung des Zustandes „sicher geöf fnet" und verbindet diese mit einer einfachen Mechanik zur Detektion und zum Heraus führen des Signals aus einer hermetisch versiegelten Schaltkammer .
Die Aus führung in Anlehnung an die Norm IEC 60947-5- 1 ermöglicht in dieser Form auch die Detektion des Zustands „Schaltvorrichtung kann nicht schließen" , also des Zustands , dass das bewegliche System in der of fenen Lage blockiert . Auch bei einer Zerstörung des oberen Teils der Schaltvorrichtung kann noch eine Detektion vorgenommen werden, ob die Schaltvorrichtung in den nichtdurchschaltenden Zustand versetzt wurde .
Ein Vorteil der hier beschriebenen Schaltvorrichtung 100 liegt in einer sehr kostengünstigen Herstellung, da keine Beschaltung und keine integrierten Schaltkreise notwendig sind . Weiterhin ist keine magnetische Beeinflussung der Detektion möglich . Ferner erfolgt die Detektion der Schalt zustande in beiden Aus führungsvarianten ausreichend weit entfernt von den Hauptkontakten, also ausreichend weit entfernt von den feststehenden Kontakten und dem beweglichen Kontakt , so dass keine Probleme in Bezug auf eine I solierung oder in Bezug auf die Gefahr einer Zerstörung durch Schaltlichtbögen entsteht .
Die in den in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Merkmale und Aus führungsbeispiele können gemäß weiteren Aus führungsbeispielen miteinander kombiniert werden, auch wenn nicht alle Kombinationen expli zit beschrieben sind . Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Aus führungsbeispiele alternativ oder zusätzlich weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen .
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Aus führungsbeispiele auf diese beschränkt . Vielmehr umfasst die Erfindung j edes neue Merkmal sowie j ede Kombination von Merkmalen, was insbesondere j ede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet , auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht expli zit in den
Patentansprüchen oder Aus führungsbeispielen angegeben ist .
Bezugs zeichenliste
I Gehäuse
2 , 3 feststehender Kontakt
4 beweglicher Kontakt
5 Magnetanker
6 magnetischer Kern
7 Achse
8 Spule
9 Joch
10 Feder
I I Schaltkammer
12 Schaltkammerwand
13 Schaltkammerboden
14 gasdichter Bereich
15 Innenraum
16 Flansch
17 Permanentmagnet
18 Wandung
25 Hil fskontakt
26 Gas füllstutzen
30 Federkontakt
31 Kontaktplatte
32 Klammerelement
40 Kontaktfeder
47 Kontakthalter
91 vertikale Richtung
92 longitudinale Richtung
93 transversale Richtung
100 Schaltvorrichtung
119 Deckelteil
120 Öf fnung
121 transversales Seitenwandteil longitudinales Seitenwandteil
Steg
Aussparung
Öf fnungen für Hil fskontakt
Öf fnung für Gas füllstutzen
Raum
Bodenplatte
Öf fnung
Seitenwandteil
Seitenwandteil
Öf fnung
Befestigungselement , 136 ' Wandteil
Auf läge fläche
Schnappmechanismus
Einschubbereich , 302 Kontaktbereich
Verbindungsbereich
Öf fnung
Kontaktbereich
Öf fnung
Ve ranke rungs lö eher
Abstandshalter , 472 Anschlag

Claims

Patentansprüche
1. Schaltvorrichtung (100) , aufweisend
- einen beweglichen Kontakt (4) in einer Schaltkammer (11) und
- zumindest zwei Hilfskontakte (25) , zwei Federkontakte (30) und eine Kontaktplatte (31) in der Schaltkammer , wobei
- die Schaltkammer (11) Seitenwandteile (132, 133) aufweist,
- jeder der Federkontakte einen ersten Kontaktbereich (301) und einen zweiten Kontaktbereich (302) aufweist, wobei der erste Kontaktbereich und der zweite Kontaktbereich über einen Verbindungsbereich (303) verbunden ist,
- zwischen dem Verbindungsbereich jedes der Federkontakte und dem beweglichen Kontakt ein Seitenwandteil (132) angeordnet ist,
- die Kontaktplatte zusammen mit dem beweglichen Kontakt bewegbar ist.
2. Schaltvorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Schaltkammer einen Schaltkammerboden (13) mit einer Bodenplatte (130) und den Seitenwandteilen aufweist.
3. Schaltvorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei
- die Schaltkammer (11) eine Schaltkammerwand (12) mit sich gegenüberliegenden transversalen Seitenwandteilen (121) und mit sich gegenüberliegenden longitudinalen Seitenwandteilen (122) aufweist und
- der Verbindungsbereich jedes der Federkontakte zwischen einem longitudinalen Seitenwandteil und dem Seitenwandteil des Schaltkammerbodens verläuft.
4. Schaltvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Schaltkammerboden zwischen jedem der Federkontakte und dem beweglichen Kontakt einen Einschubbereich (139) aufweist, in dem ein Permanentmagnet (17) angeordnet ist .
5. Schaltvorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei jeder der Einschubbereiche einen Schnappmechanismus (138) aufweist, mit dem der jeweilige Permanentmagnet befestigt ist.
6. Schaltvorrichtung nach Anspruch 3 und einem der Ansprüche 4 und 5, wobei
- die Schaltvorrichtung zumindest zwei feststehende Kontakte
(2, 3) aufweist,
- die Schaltkammer zumindest zwei Stege (123) aufweist, die entlang der longitudinalen Richtung zwischen den zumindest zwei feststehenden Kontakten angeordnet sind und von denen sich jeder von zumindest einem longitudinalen Seitenwandteil in transversaler Richtung in die Schaltkammer hinein erstreckt und
- die Einschubbereiche zwischen den Stegen angeordnet sind.
7. Schaltvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei jeder der Federkontakte im Verbindungsbereich zumindest eine Öffnung (304) aufweist, durch die ein Befestigungselement (135) des jeweiligen Seitenwandteils des Schaltkammerbodens ragt.
8. Schaltvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei jedes der Seitenwandteile zwischen dem Verbindungsbereich eines der Federkontakte und dem beweglichen Kontakt eine Öffnung (134) aufweist, durch die der jeweilige zweite Kontaktbereich hindurchragt.
9. Schaltvorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei der jeweilige zweite Kontaktbereich in Richtung der Kontaktplatte durch die jeweilige Öffnung hindurchragt.
10. Schaltvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Schaltvorrichtung zumindest zwei feststehende Kontakte (2, 3) aufweist, die entlang einer longitudinalen Richtung (92) nebeneinander angeordnet sind, und die Hilfskontakte entlang einer transversalen Richtung (93) nebeneinander angeordnet sind.
11. Schaltvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
- die Schaltvorrichtung einen mechanischen Antrieb zur
Bewegung des beweglichen Kontakts und der Kontaktplatte aufweist, der einen Magnetanker (5) mit einer Achse (7) aufweist, an denen der bewegliche Kontakt und die Kontaktplatte angeordnet sind und
- die Hilfskontakte, die Federkontakte und die Kontaktplatte elektrisch isoliert von den feststehenden Kontakten, dem beweglichen Kontakt und dem mechanischen Antrieb angeordnet sind.
12. Schaltvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der bewegliche Kontakt und die Kontaktplatte an einem elektrisch isolierenden Kontakthalter (47) angeordnet sind.
13. Schaltvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Kontaktplatte am Kontakthalter fixiert ist und der bewegliche Kontakt verschiebbar am Kontakthalter angeordnet ist .
14 . Schaltvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche , wobei die zweiten Kontaktbereiche im ersten
Schalt zustand eine Federkraft auf die Kontaktplatte ausüben .
15 . Schaltvorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei am Kontakthalter eine Kontaktfeder ( 40 ) angeordnet ist , die auf den beweglichen Kontakt eine Federkraft in Richtung der feststehenden Kontakte ausübt , und wobei die Federkraft der zweiten Kontaktbereiche geringer ist als die Federkraft der Kontakt feder .
16 . Schaltvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche , wobei
- die Kontaktplatte in einem ersten Schalt zustand der
Schaltvorrichtung die zweiten Kontaktbereiche der Federkontakte kontaktiert und in einem zweiten Schalt zustand beabstandet von den zweiten Kontaktbereichen der Federkontakte angeordnet ist und
- der bewegliche Kontakt im ersten oder zweiten Schalt zustand von den feststehenden Kontakten durch einen Schaltspalt getrennt ist und die Kontaktplatte bei einem Übergang der Schaltvorrichtung vom ersten zum zweiten Schalt zustand einen mechanischen Kontakt zu den zweiten Kontaktbereichen der Federkontakte nach einem Zurücklegen eines Weges verliert , der kleiner oder gleich 20% des Schaltspalts ist .
17 . Schaltvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche , wobei j eder der ersten Kontaktbereiche ( 301 ) der Federkontakte eine Federkraft auf einen der
Hilfskontakte ausübt.
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