EP4758644A1 - Hochvoltschütz oder hochvoltrelais - Google Patents

Abstract

Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais mit einem elektromagnetischen Aktor (12), einem Gehäuse (58) mit einer inneren Kontaktkammer (42), einem ersten Kontaktelement (54), welches in die Kontaktkammer (42) ragt, einem zweiten Kontaktelement (56), welches in die Kontaktkammer (42) ragt, einer Kontaktbrücke (44), die mittels des Aktors (12) in der Kontaktkammer (42) zumindest in eine erste Position verschiebbar ist, in der das erste Kontaktelement (54) mit dem zweiten Kontaktelement (56) über die Kontaktbrücke (44) elektrisch verbunden ist, und in eine zweite Position verschiebbar ist, in der ein elektrischer Kontakt zwischen dem ersten Kontaktelement (54) und dem zweiten Kontaktelement (56) unterbrochen ist, mindestens zwei diametral gegenüberliegend in der Kontaktkammer (42) angeordneten Permanentmagneten (55, 57), mindestens einer Lichtbogenabschirmwand (41, 43), die jeweils radial zwischen den Permanentmagneten (55, 57) und der Kontaktbrücke (44) angeordnet ist, und einer Kontaktkammerbegrenzungswand (86). Erfindungsgemäß sind die Lichtbogenabschirmwand (41, 43) und die Kontaktkammerbegrenzungswand (86) derart ausgebildet, dass zwischen jeder Lichtbogenabschirmwand (41, 43) und der Kontaktkammerbegrenzungswand (86) ein labyrinthartiger Spalt (96) gebildet ist, der ein Überschlagen der Lichtbögen, die beim Trennen der Kontaktelemente (54, 56) von der Kontaktbrücke (44) auftreten, auf die Permanentmagneten (55, 57) oder andere metallische Komponenten verhindert.

Description

B E S C H R E I B U N G

Hochvoltschütz oder Hochvoltrelais

Die Erfindung betrifft ein Hochvoltschütz oder Hochvoltrelais mit einem elektromagnetischen Aktor, einem Gehäuse mit einer inneren Kontaktkammer, einem ersten Kontaktelement, welches in die Kontaktkammer ragt, einem zweiten Kontaktelement, welches in die Kontaktkammer ragt, einer Kontaktbrücke, die mittels des Aktors in der Kontaktkammer zumindest in eine erste Position verschiebbar ist, in der das erste Kontaktelement mit dem zweiten Kontaktelement über die Kontaktbrücke elektrisch verbunden ist, und in eine zweite Position verschiebbar ist, in der ein elektrischer Kontakt zwischen dem ersten Kontaktelement und dem zweiten Kontaktelement unterbrochen ist, mindestens zwei diametral gegenüberliegend in der Kontaktkammer angeordneten Permanentmagneten, mindestens einer Lichtbogenabschirmwand, die jeweils radial zwischen den Permanentmagneten und der Kontaktbrücke angeordnet ist, und einer Kontaktkammerbegrenzungswand.

Solche Hochleistungs-Schaltgeräte werden benötigt, um im lastfreien Fall und im Lastfall elektrische Verbindungen herstellen und trennen zu können, bei denen im Lastfall Spannungen von über 1000 V und Ströme von über 1000 A, die beispielsweise bei elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen zwischen der Batterie und dem Antriebsmotor oder zwischen einer Ladestation und der Batterie vorhanden sein können. Da beim Trennen der Kontakte aufgrund der hohen Spannungen vor allem im Lastfall im Fahroder Ladezustand oder im Kurzschlussstromfall Lichtbögen entstehen können, sind derartige Schaltgeräte mit einer Lichtbogenlöscheinrichtung ausgestattet, die mittels sogenannter Blasmagneten die auftretenden Lichtbögen nach relativ kurzer Zeit zum Erlöschen bringen können, wodurch thermisch bedingte Schäden an den umliegenden Komponenten verhindert werden.

Ein derartiges Hochvoltschütz ist aus der EP 3 989 258 Al bekannt. Das darin offenbarte Hochvoltschütz weist an einander gegenüberliegenden radialen Enden der Kontaktkammer zwei Permanentmagnete auf, nämlich einen Permanentmagnet für jede Kontaktstelle, die derart angeordnet sind, dass die von den Magnetfeldern der Permanentmagneten ausgeübte Lorentzkraft eine Manipulation der Lichtbögen bewirkt, wodurch die Lichtbögen bogenförmig verformt werden, wobei die Längung der Lichtbögen eine Oberflächenvergrößerung bewirkt, die die Lichtbögen schneller abkühlen lässt und diese letztendlich zum Erlöschen bringt. Die Permanentmagnete sind durch eine Lichtbogenabschirmwand vor den Lichtbögen geschützt, sodass ein direktes Überspringen der Lichtbögen auf die Magneten verhindert werden kann.

Die Permanentmagneten sind bei dieser Ausführung mittels der Lichtbogenabschirmwand von dem stromführenden Teil der Kontaktkammer vollständig getrennt und isoliert, was unter fertigungstechnischen Aspekten insbesondere hinsichtlich der Abdichtung des stromführenden Raums in der Kontaktkammer gegenüber den Permanentmagneten relativ aufwendig und damit kostenintensiv ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Hochvoltschütz zu schaffen, das sich durch eine einfache und kostengünstige Hersteilbarkeit auszeichnet und dennoch die Permanentmagneten zuverlässig von den in der Kontaktkammer auftretenden Lichtbögen abschirmt, um zu verhindern, dass der Lichtbogen auf das Blasmagnetfeld durchschlägt und so einen Kurzschluss verursacht, durch den sich der Lichtbogen erneut entzünden kann, wodurch thermische Schäden am Schütz erzeugt würden. Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Hochvoltschütz oder Hochvoltrelais mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Hochvoltschütz oder Hochvoltrelais weist einen elektromagnetischen Aktor auf, über den das Schütz schaltbar ist. Unter elektromagnetischem Aktor werden alle Aktoren verstanden, welche eine Bewegung aufgrund einer durch Elektromagnetismus verursachten Kraft erzeugen. Der elektromagnetische Aktor besteht somit insbesondere entweder aus einer Spule, die aus einem Spulenträger und einer darauf gewickelten Wicklung besteht, sowie einem die Spule umgebenden Eisenkreis und einem aufgrund der elektromagnetischen Kraft bewegbaren Anker, der innerhalb der Spule und des Eisenkreises angeordnet ist.

Nachfolgend wird der Einfachheit halber nur noch der Begriff Hochvoltschütz verwendet, womit jedoch auch der Begriff Hochvoltrelais gemeint ist.

Ferner beziehen sich die Begriffe radial, axial und diametral auf die Mittelachse des Hochvoltschützes entlang derer der Anker des Aktors bewegbar ist.

Das Hochvoltschütz umfasst ferner ein mehrteiliges, vorzugsweise aus Kunststoff hergestelltes Gehäuse mit einer inneren Kontaktkammer, die axial benachbart zu dem Aktor angeordnet ist. Das Gehäuse ist derart ausgebildet, dass die Kontaktkammer gegenüber der Umgebung nahezu vollständig abgedichtet ist, sodass lediglich ein langsamer Luftaustausch und ein geringfügiger Druckausgleich mit der Umgebung stattfindet.

Das Hochvoltschütz weist des Weiteren ein fest am Gehäuse angeordnetes erstes und zweites Kontaktelement auf, welche in die Kontaktkammer ragen und außerhalb des Hochvoltschützes mit zwei Stromschienen verbunden sind, von denen eine zur Batterie führt und die andere beispielsweise zum Antriebsmotors führt oder die mit einer Ladestation und der Batterie des Fahrzeugs verbunden sind. Eine elektrische Verbindung zwischen diesen beiden Kontaktelementen kann über eine Kontaktbrücke hergestellt werden, die mittels des Aktors in der Kontaktkammer bewegt wird. Dabei wird üblicherweise durch Bestromung der Wicklung die Kontaktbrücke, an deren Enden zwei elektrische Kontakte ausgebildet sein können, axial gegen die beiden am Gehäuse befestigten Kontaktelemente verschoben, um in einer ersten Position eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Kontaktelement und dem zweiten Kontaktelement über die Kontaktbrücke herzustellen. Hierzu ist die Kontaktbrücke beispielsweise über eine Betätigungsstange mit dem Anker wirkverbunden und wird entsprechend durch die Bewegung des Ankers oder Rotors aufgrund der elektromagnetischen Kraft gegen die Kontaktelemente gedrückt. Zum Öffnen dieser elektrischen Verbindung wird die Kontaktbrücke in die entgegengesetzte Richtung belastet, was üblicherweise mittels einer Federkraft erreicht wird, die auf den Anker, den Rotor oder die Kontaktbrücke entgegengesetzt zur elektromagnetischen Kraft wirkt, so dass die Kontaktbrücke in eine zweite Position verschoben wird, in der eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Kontaktelement und dem zweiten Kontaktelement unterbrochen ist.

Das Hochvoltschütz weist weiterhin mindestens zwei diametral gegenüberliegend in der Kontaktkammer angeordnete Permanentmagneten auf, die vorzugsweise jeweils radial benachbart zu der Kontaktstelle zwischen dem ersten Kontaktelement und der ersten Kontaktplatte der Kontaktbrücke bzw. zu der Kontaktstelle zwischen dem zweiten Kontaktelement und der zweiten Kontaktplatte der Kontaktbrücke angeordnet sind. Mittels der Magnetfelder der Permanentmagneten bzw. mittels der von den Magnetfeldern ausgeübten Lorentzkraft kann der beim Trennen der Kontaktplatten und der Kontaktelemente jeweils entstehende Lichtbogen bogenartig verformt werden, wodurch dieser gelängt und auf diese Weise zum Erlöschen gebracht wird. Die Permanentmagneten sind dabei derart ausgerichtet, dass die Lorentzkraft die Lichtbögen jeweils radial nach außen hin verformt wird. Dieser Effekt ist umso stärker, je näher der Permanentmagnet an die jeweilige Kontaktstelle und somit an die Lichtbögen herangebracht wird.

Ferner weist das Hochvoltschütz mindestens eine Lichtbogenabschirmwand auf, die radial zwischen den Permanentmagneten und der Kontaktbrücke angeordnet ist. Die Lichtbogenabschirmwand ist vorzugsweise aus einem magnetisch nichtleitenden Material hergestellt, damit das Magnetfeld der Permanentmagneten, das durch die Lichtbogenabschirmwand hindurch auf die Lichtbögen einwirkt, nicht beeinträchtigt wird. Als Material eignet sich hier insbesondere Kunststoff, da er leicht, kostengünstig und einfach zu verarbeiten ist. Die Lichtbogenabschirmwand kann entweder eine einzige durchgängige Lichtbogenabschirmwand sein, die die Kontaktkammer radial vollumfänglich umschließt oder alternativ aus mehreren Lichtbogenabschirmwänden gebildet sein, die jeweils einem der Permanentmagneten zugeordnet sind.

Weiterhin weist das Hochvoltschütz eine Kontaktkammerbegrenzungswand auf, die die Kontaktkammer vorzugsweise in axialer und/oder in radialer Richtung begrenzt.

Erfindungsgemäß sind die Lichtbogenabschirmwand und die Kontaktkammerbegrenzungswand derart ausgebildet, dass zwischen der Lichtbogenabschirmwand und der Kontaktkammerbegrenzungswand ein labyrinthartiger Spalt gebildet ist. Die Lichtbogenabschirmwand und die Kontaktkammerbegrenzungswand sind entsprechend korrespondierend zueinander ausgebildet, jedoch beabstandet zueinander angeordnet, wobei der Abstand zwischen der Kontaktkammerbegrenzungswand und der Lichtbogenabschirmwand relativ klein ist, sodass der labyrinthartige Spalt relativ schmal ausgebildet ist. Die Lichtbogenabschirmwand und die Kontaktkammerbegrenzungswand sind derart geformt und zueinander angeordnet, dass der labyrinthartige Spalt mehrere mäanderartige Richtungsänderungen mit vorzugsweise 90°-Winkeln aufweist, sodass keine geradlinige Verbindung zwischen dem Permanentmagneten und der Kontaktbrücke existiert. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Kontaktkammerbegrenzungswand eine unebene teilweise zinnenartige Form mit Erhebungen und Vertiefungen aufweist, wobei die Lichtbogenabschirmwand vorzugsweise in eine der Vertiefungen hineinragt. Durch diese ineinander verschachtelte Konstruktionsweise der Kontaktkammerbegrenzungswand und der Lichtbogenabschirmwand kann der entstehende Lichtbogen nicht direkt auf den Permanentmagneten oder auf andere benachbart zu den Permanentmagneten angeordnete metallische Komponenten überschlagen. Somit braucht der Permanentmagnet nicht vollständig von dem stromführenden Raum in der Kontaktkammer getrennt bzw. elektrisch isoliert zu werden, sodass im Bereich des labyrinthartigen Spalts die Lichtbogenabschirmwand und die Kontaktkammerbegrenzungswand nicht gegeneinander abgedichtet werden müssen und daher fertigungstechnisch weniger präzise bearbeitet sein müssen, wodurch die Fertigungskosten insgesamt gering gehalten werden.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der labyrinthartige Spalt zumindest U-förmig ausgebildet. Entsprechend weist der labyrinthartige Spalt mindestens drei vorzugsweise geradlinige Spaltabschnitte auf, die zueinander jeweils in einem Winkel von 90° angeordnet sind. Die drei Spaltabschnitte können unterschiedlich breit ausgebildet sein, wobei die beiden Schenkel des U-förmigen Spalts vorzugsweise schmaler sind als der die beiden Schenkel verbindende Spaltabschnitt. Um die Sicherheit gegen einen Überschlag des Lichtbogens noch weiter zu erhöhen, kann es vorteilhaft sein, weitere auf die drei Spaltabschnitte folgende Spaltabschnitte vorzusehen, sodass beispielsweise ein mäanderartiger, S-förmiger Spalt entsteht. Je höher die Anzahl der Spaltabschnitte ist, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit eines Überschlags des Lichtbogens auf den Permanentmagneten oder andere benachbart zu dem Permanentmagneten angeordnete metallische Komponenten. Dennoch erhöht eine steigende Anzahl an Spaltabschnitten den konstruktions- und fertigungstechnischen Aufwand, sodass mit dem iförmigen Spalt ein relativ ausgeglichenes Kosten-Nutzen-Verhältnis erreicht wird.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Kontaktkammerbegrenzungswand eine Ausnehmung auf, in die die Lichtbogenabschirmwand kontaktlos hineinragt. Die Ausnehmung ist im Querschnitt vorzugsweise rechteckig und zu einer Seite hin offen ausgebildet. Die Lichtbogenabschirmwand ragt von der offenen Seite der Ausnehmung zentrisch in die Ausnehmung hinein, wobei die Lichtbogenabschirmwand die sich von der offenen Seite der Ausnehmung erstreckenden Seitenwände nicht berührt und zu diesen parallel angeordnet ist, sodass zwischen der Lichtbogenabschirmwand und den Seitenwänden der Ausnehmung beidseitig der Lichtbogenabschirmwand ein Spalt konstanter Breite gebildet ist. Ferner ragt die Lichtbogenabschirmwand nur so weit in die Ausnehmung hinein, dass zwischen der Stirnseite der Lichtbogenabschirmwand und dem Grund der Ausnehmung ein Abstand gebildet ist, sodass die Ausnehmung und die Lichtbogenabschirmwand letztendlich einen U-förmigen Spalt bilden. Auf diese Weise kann der labyrinthartige Spalt fertigungstechnisch relativ einfach realisiert werden. Alternativ können statt der Ausnehmung zwei parallel und beabstandet zueinander angeordnete Wandsegmente von der Kontaktkammerbegrenzungswand in die Kontaktkammer hineinragen, zwischen die die Lichtbogenabschirmwand ragt, wodurch ein labyrinthartiger Spalt nach dem selben Prinzip gebildet wird.

Das Gehäuse weist vorzugsweise einen Kontaktkammerdeckel auf, der die Kontaktkammer auf der in Bezug auf den Aktor gegenüberliegenden axialen Seite verschließt. Der Kontaktkammerdeckel ist umlaufend stoffschlüssig, insbesondere durch Kleben, Laserschweißen, Ultraschallschweißen oder Rotationsvibrationsschweißen an einer die Kontaktkammer radial begrenzenden Kontaktkammerwand befestigt. Diese Befestigung weist eine hohe Haltbarkeit auf und ist vollständig dicht, ohne dass zusätzliche Dichtungen eingebracht werden müssen. Die Kontaktkammer ist gegenüber der Umgebung somit vollständig luftdicht und elektrisch isoliert ausgebildet.

In einer hierzu weiterführenden Ausführungsform ist die Kontaktkammerbegrenzungswand durch den Kontaktkammerdeckel gebildet, wodurch die Anzahl der Bauteile des Hochvoltschützes und somit der Montageaufwand relativ gering ausfällt.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Kontaktkammerbegrenzungswand zumindest teilweise durch die Kontaktelemente gebildet. Mittels der Kontaktelemente kann relativ leicht eine zinnenartige Struktur der Kontaktkammerbegrenzungswand gebildet werden, da die Kontaktelemente axial relativ weit in die Kontaktkammer hineinragen. Die Lichtbogenabschirmwand erstreckt sich ebenfalls in axialer Richtung parallel und beabstandet zu der Seitenwand der Kontaktelemente, wodurch zwischen dem Kontaktelement und der Lichtbogenabschirmwand auf einfache Weise ein erster Spaltabschnitt gebildet ist, der durch eine geschickte Ausgestaltung der an die Kontaktelemente angrenzenden Kontaktkammerbegrenzungswandabschnitte relativ einfach fortgeführt werden kann.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Kontaktkammer radial durch eine doppelwandige, radiale Kontaktkammerwand begrenzt, die durch die Lichtbogenabschirmwand und eine Kontaktkammeraußenwand gebildet ist. Die Lichtbogenabschirmwand und die Kontaktkammeraußenwand sind radial beabstandet und parallel zueinander angeordnet. Die radiale Kontaktkammerwand ist somit zumindest in dem Bereich, in dem die Permanentmagneten angeordnet sind, doppelwandig ausgeführt, wobei in dem zwischen der Lichtbogenabschirmwand und der Kontaktkammeraußenwand gebildeten Spalt jeweils ein Permanentmagnet sitzt. Die doppelwandige Kontaktkammerwand ist auf der der Kontaktkammerbegrenzungswand zugewandten Seite offen ausgebildet, wobei die Lichtbogenabschirmwand in eine Vertiefung der Kontaktkammerbegrenzungswand hineinragt und auf diese Weise einen labyrinthartigen Spalt zwischen sich und der Kontaktkammerbegrenzungswand bildet. Hieraus ergibt sich ein relativ simpler konstruktiver Aufbau des Hochvoltschützes.

In einer hierzu weiterführenden vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Kontaktkammerbegrenzungswand einen Vorsprung auf, der zwischen die Lichtbogenabschirmwand und die Kontaktkammeraußenwand ragt. Der Vorsprung ist derart ausgebildet, dass die axial verlaufende Seitenwand des Vorsprungs beabstandet und parallel zu der Lichtbogenabschirmwand bzw. der Kontaktkammeraußenwand angeordnet ist, sodass insbesondere zwischen Lichtbogenabschirmwand und dem Vorsprung ein Spaltabschnitt des labyrinthartigen Spalts gebildet ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die radiale Kontaktkammerwand mindestens zwei diametral gegenüberliegende Taschen auf, die zu der in Bezug auf den Aktor gegenüberliegenden axialen Seite offen sind. In jeder Tasche ist jeweils einer der Permanentmagneten angeordnet, der während der Montage von der offenen Seite aus in die Tasche eingeschoben werden kann. Die Form jeder Tasche ist korrespondierend zu der Form des jeweiligen Permanentmagneten ausgebildet, sodass der Permanentmagnet passgenau und spielfrei in der Tasche sitzt. Die Taschen ragen vorzugsweise von der Kontaktkammeraußenwand radial in die Kontaktkammer hinein, wodurch der Permanentmagnet relativ nahe an die Kontaktstelle zwischen Kontaktelement und Kontaktbrücke herangebracht werden kann. In einer hierzu weiterführenden Ausgestaltung der Erfindung bildet die Lichtbogenabschirmwand die radiale Innenwand der Tasche, die zwischen dem Permanentmagnet und der Kontaktbrücke angeordnet ist. Diese erstreckt sich vorzugsweise in axialer Richtung und ragt an dem offenen Ende der Tasche, wie bereits mehrfach beschrieben, in eine Vertiefung der Kontaktkammerbegrenzungswand, wodurch der labyrinthartige Spalt gebildet ist. Die Innenwand der Tasche ist vorzugsweise relativ dünn ausgebildet und ermöglicht es daher, den Permanentmagneten relativ nahe an die Kontaktstelle heranzubringen, dennoch schützt die Innenwand der Tasche den Permanentmagneten und andere zu dem Permanentmagneten benachbarte, elektrisch leitende Komponenten vor einem unmittelbaren Kontakt mit dem Lichtbogen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist jede Tasche eine Anschlagstruktur auf, gegen die der jeweilige in der Tasche angeordnete Permanentmagnet axial anliegt. Die Anschlagstruktur kann beispielsweise durch mindestens eine in der Tasche angeordnete Rippe gebildet sein, die zwischen zwei gegenüberliegenden Wänden der Tasche verläuft. Vorzugsweise erstrecken sich mehrere Rippen zwischen der Lichtbogenabschirmwand und der Kontaktkammeraußenwand und bilden Stege, auf denen der Permanentmagnet aufliegt. Alternativ oder zusätzlich kann ein Wandvorsprung gebildet sein, der von mindestens einer der Wände der Tasche in das Tascheninnere ragt und einen Anschlag für den Permanentmagneten bildet. Mittels der Anschlagstruktur kann der Permanentmagnet in Bezug auf die Axialrichtung auf Höhe der Kontaktstellen angeordnet werden, ohne dass fertigungstechnische Nachteile wie Materialanhäufungen oder ungleichmäßige Wandstärken in Kauf genommen werden müssen, die insbesondere beim Einsatz von Kunststoffmaterialien zu Qualitätseinbußen hinsichtlich der Verarbeitung des Gesamtprodukts führen würden. Der Kontaktkammerdeckel ist vorzugsweise axial gegenüberliegend zur offenen Seite der Taschen angeordnet, sodass der labyrinthartige Spalt abschnittsweise von dem Kontaktkammerdeckel und der Taschenwand gebildet sein kann. Hierdurch ergibt sich ein relativ einfacher konstruktiver Aufbau des Hochvoltschützes.

Der Kontaktkammerdeckel weist vorzugsweise einen sich axial in Richtung Aktor erstreckenden Kragen auf, der die radiale Kontaktkammerwand radial vollumfänglich umschließt. Der Kragen erstreckt sich axial vorzugsweise über mindestens 20% der axialen Erstreckung der radialen Kontaktkammerwand und liegt radial außenseitig an der Kontaktkammerwand an, wobei der Kontaktkammerdeckel vorzugsweise stoffschlüssig, insbesondere durch Kleben, Laserschweißen, Ultraschallschweißen oder Rotationsvibrationsschweißen an der radialen Kontaktkammerwand befestigt ist. Auf diese Weise wird zumindest in einem Teilabschnitt der radialen Kontaktkammerwand eine weitere radial begrenzende Außenwand geschaffen, die die Festigkeit zusätzlich erhöht.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung verbindet ein Magnetfeldleitkörper die mindestens zwei diametral gegenüberliegend in der Kontaktkammer angeordneten Permanentmagneten magnetisch leitend. Dazu steht der Magnetfeldleitkörper in einem direkten Kontakt mit den mindestens zwei Permanentmagneten, die vorzugsweise jeweils radial benachbart zu der Kontaktstelle zwischen dem ersten Kontaktelement und der ersten Kontaktplatte der Kontaktbrücke bzw. zu der Kontaktstelle zwischen dem zweiten Kontaktelement und der zweiten Kontaktplatte der Kontaktbrücke angeordnet sind. Der Magnetfeldleitkörper stellt einen magnetischen Kurzschluss zwischen den Permanentmagneten dar, der zum einen zu einer relativ guten Magnetfeldbündelung führt und zum anderen besonders vorteilhaft sowohl für die lokale Feldstärke als auch für die Feldhomogenität der von den Permanentmagneten erzeugten Magnetfelder ist, was sich letztendlich vorteilhaft auf die Löschung der Lichtbögen auswirkt.

Vorzugsweise umgibt der Magnetfeldleitkörper die Kontaktkammer vollumfänglich, d.h., dass der Magnetfeldleitkörper die Kontaktkammer radial vollständig umschließt. Dazu kann der Magnetfeldleitkörper beispielsweise eine rohrartige Form mit einem rechteckigen oder kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Der Magnetfeldleitkörper ist vorzugsweise aus einem ferromagnetischen Metall hergestellt und weist daher im Vergleich zu dem meist aus Kunststoff gefertigten Gehäuse eine relativ hohe Festigkeit auf. Durch den die Kontaktkammer umschließenden Magnetfeldleitkörper wird eine metallische Verstärkung des die Kontaktkammer radial umgebenden Gehäuseabschnitts geschaffen, die den hohen Drücken in der Kontaktkammer, verursacht durch die Lichtbögen, standhält und somit das Gehäuse vor Beschädigungen schützt. Dennoch können die Kontaktkammerwände relativ dünn gestaltet werden, was hinsichtlich der Kompaktheit des Hochvoltschützes von besonderem Vorteil ist.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Magnetfeldleitkörper radial zwischen der Lichtbogenabschirmwand und der Kontaktkammeraußenwand angeordnet. Der Magnetfeldleitkörper sitzt somit in dem die Kontaktkammer vollumfänglich umgebenden Spalt der doppelwandigen Kontaktkammerwand zwischen der Lichtbogenabschirmwand und der Kontaktkammeraußenwand. Der Magnetfeldleitkörper ist zudem abseits der Tasche genau in den Spalt eingepasst, sodass ein spielfreier Sitz gewährleistet ist. Dadurch werden insbesondere die Lichtbogenabschirmwand aber auch die Kontaktkammeraußenwand verstärkt, sodass diese dem relativ hohen Druck insbesondere beim besagten Auftreten von Lichtbögen in der Kontaktkammer standhalten. Der Magnetfeldleitkörper verläuft vollständig im Inneren der radialen Kontaktkammerwand und ist daher den Lichtbögen nicht direkt ausgesetzt. Die Lichtbogenabschirmwand bildet somit im Bereich des Magnetfeldleitkörpers abseits der Permanentmagneten eine Art isolierende Schicht zwischen dem meist metallisch ausgeführten und somit elektrisch leitenden Magnetfeldleitkörper und den Lichtbögen wirkt und daher ein Überspringen des Lichtbogens auf den Magnetfeldleitkörper verhindert. Zusätzlich ist der Magnetfeldleitkörper durch die Kontaktkammeraußenwand gegenüber der Umgebung abgeschirmt und somit keinen Umwelteinflüssen ausgesetzt.

Vorteilhafterweise ist die radiale Kontaktkammerwand durch Umspritzen des Magnetfeldleitkörpers hergestellt. Durch das Umspritzen des Magnetfeldleitkörpers mit einem Kunststoffmaterial wird der Magnetfeldleitkörper formschlüssig und passgenau in die Kontaktkammerwand eingebettet, wobei durch das Umspritzen an der radialen Innenseite des Magnetfeldleitkörpers die Lichtbogenabschirmwand und durch das radial außenseitige Umspritzen des Magnetfeldkörpers die Kontaktkammeraußenwand entsteht. Hierdurch wird eine meta II verstärkte, radiale Kontaktkammerwand in einer sogenannten Sandwichbauweise geschaffen, die sich trotz des leichten und isolierenden Kunststoffmaterials durch ihre Kompaktheit und durch ihre besonders hohe Festigkeit auszeichnet.

Ferner kontaktieren die Permanentmagneten vorzugsweise die radiale Innenseite des Magnetfeldleitkörpers, wodurch die Permanentmagneten in einem unmittelbaren direkten Kontakt mit dem Magnetfeldleitkörper stehen. Hierdurch ist sowohl ein elektrisch als auch ein magnetisch leitender Kontakt zwischen den Permanentmagneten und dem Magnetfeldleitkörper hergestellt, der die bereits genannten Vorteile hinsichtlich der Feldhomogenität sowie der lokalen Feldstärke zusätzlich verstärkt. Entsprechend ist der Magnetfeldleitkörper, dort wo die Permanentmagneten angeordnet werden, radial innenseitig nicht mit Kunststoff umspritzt. Die innenseitige Anordnung in Bezug auf den Magnetfeldleitkörper sorgt zudem dafür, dass die Permanentmagneten besonders nah an die Kontaktstellen herangebracht werden können, sodass der Löschungseffekt der Lichtbögen besonders hoch ausfällt.

Weiterhin kann der Magnetfeldleitkörper durch ein ferromagnetisches Magnetfeldleitblech gebildet sein. Das Magnetfeldleitblech weist vorzugsweise eine relativ geringe Blechdicke von unter 2 mm auf, wodurch das Magnetfeldleitblech im Verhältnis zu seiner axialen Erstreckung relativ dünnwandig ausgebildet. Ferner ist das Magnetfeldleitblech in Bezug auf die Kontaktkammer derart angeordnet, dass die Blechdicke in radialer Richtung orientiert ist, woraus eine relativ kompakte Ausführung der radialen Kontaktkammerwand resultiert, sodass das Hochvoltschütz in seinen äußeren Abmaßen gleichermaßen kompakt ausgeführt ist. Das Magnetfeldleitblech kann beispielsweise aus einem einfachen Blechstreifen durch Umformen in eine entsprechende Form gebracht werden. Beispielsweise kann der Blechstreifen zu einem im Wesentlichen rechteckigen und rohrförmigen Magnetfeldleitblech gebogen werden, das derart angeordnet ist, dass eine quaderförmige Kontaktkammer gebildet wird, die radial umfänglich von dem Magnetfeldleitblech umschlossen ist. Hieraus ergeben sich insbesondere Vorteile hinsichtlich der Herstellungskosten des Magnetfeldleitkörpers und somit des gesamten Hochvoltschützes.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Gehäuse zusätzlich zu der radialen Kontaktkammerwand auch eine axiale Kontaktkammerwand auf, welche den Aktor axial zur Kontaktkammer begrenzt, also axial zwischen der Kontaktkammer und dem Aktor angeordnet ist. Die axiale Kontaktkammerwand, die vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt ist, wirkt elektrisch isolierend und schützt den Aktor vor den in der Kontaktkammer auftretenden Lichtbögen, wodurch Beschädigungen des Aktors und seiner empfindlichen Komponenten verhindert werden. Die radiale Kontaktkammerwand und die axiale Kontaktkammerwand sind vorzugsweise einstückig ausgebildet und beispielsweise durch ein gemeinsames Umspritzen des Aktors und des Magnetfeldleitkörpers mit Kunststoff hergestellt. Besonders bevorzugt ist die axiale Kontaktkammerwand einstückig mit der Lichtbogenabschirmwand ausgebildet. Die radiale Kontaktkammerwand und die axiale Kontaktkammerwand sind somit stoffschlüssig verbunden, wodurch die Kontaktkammer insbesondere am Übergang zwischen der axialen Kontaktkammerwand und der radialen Kontaktkammerwand vollständig gegenüber der Umgebung abgedichtet ist. Separate Dichtmittel entfallen dadurch, die die Montage erheblich verkomplizieren und zu erhöhten Produktionskosten führen würden. Zudem können keine Undichtigkeiten durch Alterungsprozesse oder Beschädigungen der Dichtmittel auftreten. Ferner wird die Kontaktkammer in Richtung Aktor elektrisch isoliert, sodass der Aktorstromkreis galvanisch getrennt von dem Schaltstromkreis verbleibt.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Gehäuse ein Aktorgehäuseteil auf, das durch Umspritzen des Aktors mit Kunststoff hergestellt ist. Durch diese Ausführung wird der Aktor, mit Ausnahme der kleinen Öffnung, durch die die Betätigungsstange in die Kontaktkammer ragt, von der Kontaktkammer vollständig abgeschirmt. Dadurch, dass das Gehäuse nach außen hin geschlossen ist, wird auch bei relativ dünnen Wandstärken eine hohe Festigkeit erreicht und notwendige Dichtflächen vollständig vermieden. Durch das Umspritzen wird die Herstellung deutlich vereinfacht, da weniger Einzelteile benötigt werden und montiert werden müssen. Auch wird der Platzbedarf durch den Verzicht auf ein sonst notwendiges Spiel zwischen den Gehäuseteilen sowie die Kosten zur Herstellung im Vergleich zu bekannten Ausführungen gesenkt. Hinzu kommt, dass ein stabiles System geschaffen wird, bei dem sich der Aktor nicht im Gehäuse bewegen kann. In einer hierzu weiterführenden Ausführungsform ist die radiale Kontaktkammerwand einstückig mit dem Aktorgehäuseteil ausgebildet. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Kontaktkammerwand und das Aktorgehäuseteil in ein und demselben Spritzgussprozess hergestellt werden. Somit wird auf Verbindungen und Stoßkanten, die zu Undichtigkeiten führen könnten, im Bereich der die Kontaktkammer begrenzenden Kontaktkammerwand vollständig verzichtet, wodurch das gesamte Gehäuse, abgesehen von den vorzugsweise mit Deckeln versehenen axialen Stirnseiten, eine vollständig geschlossene Einheit bildet, die das Innere des Hochvoltschützes gegenüber der Umgebung abdichtet.

Vorteilhafterweise erstreckt sich die radiale Kontaktkammerwand axial vom Aktor aus in Richtung der Kontaktelemente, sodass die Kontaktkammerwand axial benachbart zu dem Aktor angeordnet ist, wodurch eine besonders kompakte Bauweise des Hochvoltschützes erreicht wird.

Der elektromagnetische Aktor weist vorteilhafterweise eine Spule, einen die Spule umgebenden Eisenkreis und einen Anker auf. So wird ein rein translatorisch wirkender Aktor hergestellt, bei dem auf eine Umwandlung der Bewegung verzichtet werden kann. Ein solcher Aktor kann besonders kompakt und kostengünstig hergestellt werden.

Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn der Eisenkreis aus einer Rückschlussplatte und einem U-förmigen Joch gebildet ist, dessen freie Schenkel auf der Rückschlussplatte aufliegen. Das Joch kann entsprechend durch einfaches Biegen hergestellt werden, während die gerade Rückschlussplatte als Auflagefläche bei der Umspritzung zur Bildung der axialen Kontaktkammerwand dient. Entsprechend ist die Rückschlussplatte axial zwischen der Spule beziehungsweise dem Spulenträger und der axialen Kontaktkammerwand angeordnet und liegt gegen die axiale Kontaktkammerwand an, so dass die axiale Kontaktkammerwand von der Rückschlussplatte zusätzlich verstärkt wird. Somit ist nicht nur die radiale Kontaktkammerwand mittels des Magnetfeldleitkörpers metallverstärkt, sondern auch die axiale Kontaktkammerwand mittels der Rückschlussplatte, wodurch eine nahezu vollständig metallverstärkte Kontaktkammer geschaffen wird, die den extrem hohen Drücken besonders gut standhalten kann.

Vorteilhafterweise ist der Magnetfeldleitkörper in unmittelbarer magnetisch leitender Verbindung mit dem Eisenkreis. Besonders bevorzugt steht der Magnetfeldleitkörper in unmittelbarer magnetisch leitender Verbindung mit der Rückschlussplatte. Dadurch, dass die Rückschlussplatte vorzugsweise am aktorseitigen axialen Ende des Magnetfeldleitkörpers angeordnet ist, kann auf einfache Weise eine direkte magnetische Verbindung zwischen der Rückschlussplatte und dem Magnetfeldleitkörper hergestellt werden, wodurch der magnetische Kreis auch im aktorseitigen axialen Bereich der Kontaktkammer geschlossen wird.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Eisenkreis des elektromagnetischen Aktors radial innen und außen vollständig von dem durch Umspritzen hergestellten Aktorgehäuseteil umgeben und axial in Richtung zur Kontaktkammer von der Kontaktkammerwand umgeben. Der Aktor, bzw. der stromführende Teil des Aktors ist dadurch galvanisch vollständig von der Kontaktkammer getrennt, wodurch auch der Aktorstromkreis vollständig von dem zu schaltenden Stromkreis getrennt ist.

Ferner sind der Kontaktkammerdeckel und die Kontaktkammeraußenwand vorzugsweise stoffschlüssig miteinander verbunden. Solche stoffschlüssigen Verbindungen werden beispielsweise mittels Ultraschallschweißen, Laserschweißen oder anderen für Kunststoffe geeigneten Schweißverfahren hergestellt. Hierdurch wird die Kontaktkammer vollständig nach außen hin abgedichtet, sodass innerhalb der Kontaktkammer der Druck gegenüber der Umgebung deutlich erhöht werden kann, was hinsichtlich der Löschung der Lichtbögen von erheblichem Vorteil ist.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hochvoltschützes oder Hochvoltrelais ist in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.

Die Figur 1 zeigt eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Hochvoltschützes in geschnittener Darstellung.

Die Figur 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des erfindungsgemäßen Hochvoltschützes der Figur 1 in geschnittener Darstellung, wobei die Position des Ausschnitts in Figur 1 dargestellt ist.

Das in Figur 1 dargestellte Hochvoltschütz 10 besteht aus einem elektromagnetischen Aktor 12, der eine Spule 14 aufweist, die aus einem Spulenträger 16 sowie einer darauf gewickelten Wicklung 18, einem ferromagnetischen Eisenkreis 20 und einem Anker 22 besteht. Der ferromagnetische Eisenkreis 20 weist ein U-förmig gebogenes Joch 24 auf, dessen Schenkel 26 auf einer Rückschlussplatte 28 aufliegen beziehungsweise an der Rückschlussplatte 28 befestigt sind, so dass der geschlossene Eisenkreis 20 entsteht.

Das Joch 24 weist an seinem Basisteil 30 eine zentrale Öffnung 32 auf, deren Durchmesser im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Spulenträgers 16 entspricht. In dieser Öffnung beziehungsweise im Innern des Spulenträgers 16 ist eine Buchse 34 befestigt, in der der Anker 22 verschieblich angeordnet und geführt wird. Bei Bestromung der Spule 14 wird der Anker 22 in bekannter Weise gegen die Kraft einer Feder 36 in der Kontaktkammer 42 zur Rückschlussplatte 28 gezogen.

An dem Anker 22 liegt kontaktkammerseitig eine Betätigungsstange 38 axial an, die durch eine weitere zentrale Öffnung 40 in der Rückschlussplatte 28 in eine Kontaktkammer 42 ragt. Am zum Anker 22 entgegengesetzten Ende der Betätigungsstange 38 ist eine Kontaktbrücke 44 angeordnet. Diese wird vorzugsweise über ein Federelement 46 gegen einen Anschlag 48 am Ende der Betätigungsstange 38 gedrückt, welches sich an einem Absatz 49 an der Betätigungsstange 38 abstützt und ist entsprechend leicht axial und kippbeweglich auf der Betätigungsstange 38 angeordnet. An den Enden der Kontaktbrücke 44 ist jeweils eine Kontaktplatte 52, 53 befestigt, die aus einem besonders gut leitenden Material besteht. Die erste Kontaktplatte 52 ist axial gegenüberliegend zu einem ersten Kontaktelement 54 angeordnet, welches insbesondere über eine nicht dargestellte Stromschiene mit einer Hochvoltbatterie verbunden werden kann. Die zweite Kontaktplatte 53 ist gegenüberliegend zu einem zweiten Kontaktelement 56 angeordnet, welches beispielsweise über eine Stromschiene mit einem Antriebsmotor eines Kraftfahrzeugs verbunden werden kann.

Das gesamte Hochvoltschütz 10 ist in einem Gehäuse 58 angeordnet, welches aus insgesamt drei Teilen zusammengesetzt ist, wie insbesondere in Figur 1 zu erkennen ist. Der Aktor 12 ist hierzu zur Bildung eines Aktorgehäuseteils 60 mit einem Kunststoff umspritzt. Dieser Kunststoff umgibt die Spule 14 vollständig radial zur Bildung einer radialen Begrenzungswand 66 und füllt auch einen Zwischenraum 68 radial zwischen der Spule 14 und dem Joch 24. Zusätzlich wird das Joch 24 selbst radial vollständig von diesem Kunststoff umgeben und ist so gegen die Umgebung abgeschirmt. Des Weiteren wird die Rückschlussplatte 28, die an ihrer zum Spulenträger gewandten Seite gegen den Spulenträger 16 anliegt, von diesem Kunststoff axial in Richtung zur Kontaktkammer 42 abgedeckt, wodurch eine axiale Kontaktkammerwand 45 gebildet ist. Auch die Öffnung 40 der Rückschlussplatte 28 ist radial nach innen durch den Kunststoff bedeckt und lässt lediglich eine zentrale Führungsöffnung 70 frei, in der die Betätigungsstange 38 geführt wird.

An der zur Kontaktkammer 42 entgegengesetzten axialen Außenseite 72 des Aktorgehäuseteils 60 erstreckt sich der Kunststoff weiter nach radial innen entlang in einem radial äußeren Bereich 74 des Basisteils 30 des Jochs 24 beziehungsweise des Aktors 12 und lässt hier lediglich im zentralen, radial innenliegenden Bereich 76 eine Öffnung 78 frei, die symmetrisch zur Öffnung 32 ausgebildet ist, jedoch einen etwas größeren Durchmesser aufweist, damit ausreichend Raum zum Einpressen der Buchse 34 vorhanden ist.

Diese Öffnung 78 wird durch einen Kunststoffdeckel 80 verschlossen, der stoffschlüssig, insbesondere durch Laserschweißen, Ultraschallschweißen oder Rotationsvibrationsschweißen am Aktorgehäuseteil 60 in der Öffnung 78 befestigt wird.

Des Weiteren bildet das durch Umspritzen des Aktors 12 hergestellte Aktorgehäuseteil 60 eine Ausformung 82 in Form eines Steckergehäuses 82 aus, durch welches die Verbindungsleitungen 84 zur Wicklung 18 der Spule 14 nach außen geführt wird, so dass über ein Steckergegenstück die elektrische Verbindung der Spule 14 zu einer Spannungsquelle hergestellt werden kann.

Zusätzlich erstreckt sich von der Rückschlussplatte 28 in Verlängerung des den Aktor 12 umgebenden Kunststoffs eine umlaufende radiale Kontaktkammerwand 47, welche die Kontaktkammer 42 radial begrenzt und ebenfalls einstückig beim Umspritzen des Aktors 12 hergestellt wird und so im vorliegenden Ausführungsbeispiel vier Seitenwände der Kontaktkammer 42 bildet. Die radiale Kontaktkammerwand 47 ist in sogenannter Sandwichbauweise ausgeführt. Die radiale Kontaktkammerwand 47 ist durch eine Lichtbogenabschirmwand 41 und eine Kontaktkammeraußenwand 476 gebildet, die beabstandet und parallel zueinander angeordnet sind. Zwischen der Lichtbogenabschirmwand 41 und der Kontaktkammeraußenwand 476 ist ein durch ein ferromagnetisches Magnetfeldleitblech 51 gebildeter Magnetfeldleitkörper 50 angeordnet, der die Kontaktkammer 42 radial vollumfänglich umgibt, wobei die radiale Kontaktkammerwand 47 bzw. die Lichtbogenabschirmwand 41 sowie die Kontaktkammeraußenwand 476 durch innenseitiges bzw. außenseitiges Umspritzen des Magnetfeldleitblechs 51 mit Kunststoff hergestellt sind. Die Umspritzung erfolgt in demselben Arbeitsschritt, in dem auch der Aktor 12 umspritzt wird, wodurch die Kontaktkammeraußenwand 476 einstückig mit dem Aktorgehäuseteil 60 ausgebildet ist und die Lichtbogenabschirmwand 41 einstückig mit der axialen Kontaktkammerwand 45 ausgebildet ist. Dennoch können die Lichtbogenabschirmwand 41 und die Kontaktkammeraußenwand 476 an mehreren Stellen beispielsweise durch Öffnungen in dem Magnetfeldleitblech 51 stoffschlüssig miteinander verbunden sein.

Die Kontaktkammer 42 ist quaderförmig ausgebildet und weist daher einen rechteckigen Querschnitt auf, der radial durch vier jeweils von der radialen Kontaktkammerwand 47 gebildeten Seitenwänden begrenzt ist. An den beiden sich einander gegenüberliegenden kurzen Seiten weisen die Seitenwände der Kontaktkammerwand 47 jeweils eine quaderförmige, nach innen ragende Tasche 471, 472 auf, die zu der in Bezug auf den Aktor 12 gegenüberliegenden axialen Seite offen sind, wobei in jeder Tasche 471, 472 jeweils ein Permanentmagnet 55, 57 angeordnet ist. Jede Tasche 471, 472 bzw. jeder in der Tasche 471, 472 angeordnete Permanentmagnet 55, 57 ist benachbart zu jeweils einer der Kontaktplatten 52, 53 der Kontaktbrücke 44 angeordnet. Dabei ist jeder Permanentmagnet 55, 57 bezüglich seiner magnetischen Pole derart ausgerichtet, dass die von den Magnetfeldern der Permanentmagneten 55, 57 ausgeübte Lorentzkraft den jeweils zwischen den Kontaktplatten 52, 53 und den Kontaktelementen 54, 56 auftretenden Lichtbogen bogenförmig verformt und die Lichtbögen auf diese Weise zum Erlöschen bringt.

Zwischen jedem Permanentmagneten 55, 57 und der Kontaktbrücke 44 ist jeweils die Lichtbogenabschirmwand 41 angeordnet, die im Bereich der Tasche 471, 472 deren radiale Innenwand 473 bildet. Die Lichtbogenabschirmwand 41 erstreckt sich ausgehend von der axialen Kontaktkammerwand 45 axial in Richtung einer Kontaktkammerbegrenzungswand 86, die die Kontaktkammer 42 in axialer Richtung begrenzt. Die Kontaktkammerbegrenzungswand 86 wird durch einen Kontaktkammerdeckel 88, der axial gegenüberliegend zur offenen Seite der Taschen 471, 472 angeordnet ist, gebildet. Am

Kontaktkammerdeckel 88 sind zwei axiale Öffnungen 90 ausgebildet, in welchen die beiden Kontaktelemente 54, 56 aufgenommen und beispielsweise durch Ultraschallschweißen oder Umspritzen befestigt sind, wodurch die Kontaktkammerbegrenzungswand 86 abschnittsweise zusätzlich durch die Kontaktelemente 54, 56 gebildet ist und daher eine zinnenartige Form aufweist. Im Bereich des Übergangs zwischen Kontaktelement 54, 56 und dem Kontaktkammerdeckel 88 ist jeweils eine Ausnehmung 861 gebildet, in die die Lichtbogenabschirmwand 41 kontaktlos hineinragt. Die Lichtbogenabschirmwand 41 ist beabstandet zu dem jeweiligen Kontaktelement 54, 56 und beabstandet zu dem Kontaktkammerdeckel 88 angeordnet, sodass zwischen der Kontaktkammerbegrenzungswand 86 und der die Lichtbogenabschirmwand 41 bildenden Taschenwand 473 ein labyrinthartiger, U-förmiger Spalt 96 gebildet ist, wie in Figur 2 gezeigt ist. Von der Kontaktkammerbegrenzungswand 86 erstreckt sich zusätzlich ein Vorsprung 87, der zwischen die Lichtbogenabschirmwand 41, und die Kontaktkammeraußenwand 476 ragt, wodurch der labyrinthartige Spalt 96 seine U-Form erhält.

Abseits der Taschen 471, 472 schirmt die Lichtbogenabschirmwand 41, das Magnetfeldleitblech 51 von den in der Kontaktkammer 42 entstehenden Lichtbögen ab.

Das Magnetfeldleitblech 51 ist im Bereich der Tasche 471, 472 innenseitig nicht vollständig umspritzt. Stattdessen kontaktiert jeder Permanentmagnet 55, 57 das Magnetfeldleitblech 51 an seiner jeweiligen Innenseite, wodurch die Permanentmagneten 55, 57 magnetisch leitend miteinander verbunden sind. Innerhalb jeder Tasche 471, 472 ist eine Anschlagstruktur 475 angeordnet, die jeweils durch zwei parallel und beabstandet zueinander angeordnete Rippen 477 sowie einen Wandvorsprung 478 gebildet ist. Der Wandvorsprung 478 ragt von der Innenseite des Magnetfeldleitblechs 51 radial nach innen. Die Rippen 477 erstrecken sich radial jeweils von der Lichtbogenabschirmwand 41 bis zum Wandvorsprung 478. Die Permanentmagneten 55, 57 liegen axial gegen die jeweilige Anschlagstruktur 475 an, wodurch jeder Permanentmagnet 55, 57 in Bezug auf die Axialrichtung auf Höhe einer der Kontaktstellen in der Kontaktkammer 42 angeordnet ist.

Zusätzlich erstreckt sich das Magnetfeldleitblech 51 in Aktorrichtung axial bis zu der Rückschlussplatte 28 und kontaktiert diese, sodass das Magnetfeldleitblech 51 mit der Rückschlussplatte 28 und somit mit dem Eisenkreis 20 in einem unmittelbaren, magnetisch leitenden Kontakt steht. Dies führt sowohl zu einer erhöhten lokalen Feldstärke als auch zu einer verbesserten Homogenität des Magnetfelds, wodurch eine relativ starke Verformung der Lichtbögen und somit ein relativ schnelles Löschen der Lichtbögen erreicht wird. Von dem Kontaktkammerdeckel 88 erstreckt sich umlaufend in axialer Richtung ein Kragen 92, der die umlaufende Kontaktkammeraußenwand 476 radial umschließt, so dass diese beiden Wände 92, 476 umlaufend stoffschlüssig, beispielsweise durch Laserschweißen, Ultraschallschweißen oder Rotationsvibrationsschweißen miteinander verbunden werden können, wodurch ein hochfestes Gehäuse 58 geschaffen wird. Unmittelbar innerhalb des Kragens 92 ist eine umlaufende Axialnut 94 ausgebildet, die somit nach außen durch den Kragen 92 des Kontaktkammerdeckels 88 begrenzt ist und in die das Ende der Gehäusewand 86 des Aktorgehäuseteils 60 ragt, wodurch dieses vor dem Laserschweißen, Ultraschallschweißen oder Rotationsvibrationsschweißen exakt in seiner Position zum Kontaktkammerdeckel 88 festgelegt ist.

Soll nun der Stromfluss zwischen dem Elektromotor oder der Ladesäule und der Batterie freigegeben werden, wird die Spule 14 bestromt, wodurch der Anker in Richtung zur Rückschlussplatte 28 aufgrund der wirkenden elektromagnetischen Kräfte gezogen wird. Hierdurch wird die Betätigungsstange 38 mit der Kontaktbrücke 44 und den Kontaktplatten 52, 53 gegen die Kontaktelemente 54, 56 geschoben, so dass über die Kontaktbrücke 44 ein Strom vom ersten Kontaktelement 54 zum zweiten Kontaktelement 56 und somit von der Batterie zum Elektromotor oder von der Ladesäule zur Batterie fließen kann. Wird die Spule 14 nicht bestromt, wird die Betätigungsstange 38 und der Anker 22 durch die Feder 36 in entgegengesetzter Richtung belastet, so dass die Kontaktbrücke 44 von den Kontaktelementen 54, 56 abgehoben wird und der Stromkreis unterbrochen wird. Dabei entsteht ein Lichtbogen aufgrund der hohen Ströme, der mittels der durch die Permanentmagneten 55, 57 und das Magnetfeldleitblech 51 gebildeten Lichtbogenlöscheinrichtung gelöscht wird, in dem der Lichtbogen durch die von der Lorentzkraft der Magnetfelder der Permanentmagneten 55, 57 verformt und somit gelängt wird, sodass der Lichtbogen durch dessen Oberflächenvergrößerung schneller zum Erlöschen gebracht wird. Die Lichtbogenabschirmwand 41 verhindert ein Überschlagen des verformten Lichtbogens auf die Permanentmagneten 55, 57 und/oder den Magnetfeldleitkörper 50. Durch den Einsatz des labyrinthartigen Spalts 96 muss die Lichtbogenabschirmwand 41, 43 nicht gegen den Kontaktkammerdeckel 88 abgedichtet werden, sodass keine vollständige elektrisch isolierende Trennung zwischen der stromführenden Kontaktkammer 42 und den Taschen 471, 472 geschaffen werden muss, wodurch die Fertigung und die Montage des Hochvoltschützes 10 gegenüber einem Hochvoltschütz gemäß Stand der Technik erheblich vereinfacht wird.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E

1. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais mit einem elektromagnetischen Aktor (12), einem Gehäuse (58) mit einer inneren Kontaktkammer (42), einem ersten Kontaktelement (54), welches in die Kontaktkammer (42) ragt, einem zweiten Kontaktelement (56), welches in die Kontaktkammer (42) ragt, einer Kontaktbrücke (44), die mittels des Aktors (12) in der Kontaktkammer (42) zumindest in eine erste Position verschiebbar ist, in der das erste Kontaktelement (54) mit dem zweiten Kontaktelement (56) über die Kontaktbrücke (44) elektrisch verbunden ist, und in eine zweite Position verschiebbar ist, in der ein elektrischer Kontakt zwischen dem ersten Kontaktelement (54) und dem zweiten Kontaktelement (56) unterbrochen ist, mindestens zwei diametral gegenüberliegend in der Kontaktkammer (42) angeordneten Permanentmagneten (55, 57), mindestens einer Lichtbogenabschirmwand (41, 43), die radial zwischen den Permanentmagneten (55, 57) und der Kontaktbrücke (44) angeordnet ist, und einer Kontaktkammerbegrenzungswand (86), dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtbogenabschirmwand (41) und die Kontaktkammerbegrenzungswand (86) derart ausgebildet sind, dass zwischen der Lichtbogenabschirmwand (41) und der Kontaktkammerbegrenzungswand (86) ein labyrinthartiger Spalt (96) gebildet ist.

2. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der labyrinthartige Spalt (96) zumindest U-förmig ausgebildet ist.

3. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktkammerbegrenzungswand (86) eine Ausnehmung (861) aufweist, in die die Lichtbogenabschirmwand (41) kontaktlos hineinragt.

4. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (58) einen Kontaktkammerdeckel (88) aufweist, der die Kontaktkammer (42) auf der in Bezug auf den Aktor (12) gegenüberliegenden axialen Seite verschließt.

5. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktkammerbegrenzungswand (86) durch den Kontaktkammerdeckel (88) gebildet ist.

6. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktkammerbegrenzungswand (86) zumindest teilweise durch die Kontaktelemente (54, 56) gebildet ist.

7. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktkammer (42) radial durch eine doppelwandige, radiale

Kontaktkammerwand (47) begrenzt ist, die durch die Lichtbogenabschirmwand (41) und eine Kontaktkammeraußenwand (476) gebildet ist.

8. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktkammerbegrenzungswand (86) einen Vorsprung (87) aufweist, der zwischen die Lichtbogenabschirmwand (41) und die Kontaktkammeraußenwand (476) ragt.

9. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß einem der Ansprüche 2-8, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Kontaktkammerwand (47) mindestens zwei diametral gegenüberliegende Taschen (471, 472) aufweist, die zu der in Bezug auf den Aktor (12) gegenüberliegenden axialen Seite offen sind, wobei in jeder Tasche (471, 472) einer der Permanentmagneten (55, 57) angeordnet ist.

10. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtbogenabschirmwand (41, 43) (471, 472) eine radiale Innenwand (473) der Tasche (471, 472) bildet, die zwischen Permanentmagnet (55, 57) und Kontaktbrücke (44) angeordnet ist.

11. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Innenwand (473) der Tasche (471, 472) zwischen dem Kontaktelement (54, 56) und dem Permanentmagnet (55, 57) angeordnet ist.

12. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß einem der Ansprüche 9-11, dadurch gekennzeichnet, dass jede Tasche (471, 472) eine Anschlagstruktur (475, 476) aufweist, gegen die der jeweilige in der Tasche (471, 472) angeordnete Permanentmagnet (55, 57) axial anliegt.

13. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß Anspruch 4-12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktkammerdeckel (88) axial gegenüberliegend zur offenen Seite der Taschen (471, 472) angeordnet ist.

14. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß einem der Ansprüche 4- 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktkammerdeckel (88) einen sich axial in Richtung Aktor (12) erstreckenden Kragen (92) aufweist, der die radiale Kontaktkammerwand (47) radial vollumfänglich umschließt.

15. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Magnetfeldleitkörper (50) die mindestens zwei diametral gegenüberliegend in der Kontaktkammer (42) angeordneten Permanentmagneten (55, 57) magnetisch leitend verbindet.

16. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (58) eine axiale Kontaktkammerwand (45) aufweist, die die Kontaktkammer (42) axial in Richtung des Aktors (12) begrenzt.

17. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Kontaktkammerwand (45) und die radiale Kontaktkammerwand (47) einstückig ausgebildet sind.

18. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (58) ein Aktorgehäuseteil (60) aufweist, das durch Umspritzen des Aktors (12) mit Kunststoff hergestellt ist.

19. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Kontaktkammerwand (47) einstückig mit dem Aktorgehäuseteil (60) ausgebildet ist.

20. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß einem der Ansprüche 7-19, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Kontaktkammerwand (47) sich axial vom Aktor (12) aus in Richtung der Kontaktelemente (52, 53) erstreckt.

21. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromagnetische Aktor (12) eine Spule (14), einen die Spule (14) umgebenden Eisenkreis (20) und einen Anker (22) aufweist, wobei der Eisenkreis (20) aus einer Rückschlussplatte (28) und einem U-förmigen Joch (24) gebildet ist, dessen freie Schenkel (26) auf der Rückschlussplatte (28) aufliegen, und wobei die Rückschlussplatte (28) axial zwischen der Spule (14) und der axialen Kontaktkammerwand (69) angeordnet ist und gegen die axiale Kontaktkammerwand (69) anliegt.

22. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Eisenkreis (20) des elektromagnetischen Aktors (12) radial innen und außen vollständig von dem durch Umspritzen hergestellten Aktorgehäuseteil (60) umgeben ist und axial in Richtung zur Kontaktkammer (42) von der axialen Kontaktkammerwand (45) umgeben ist.

23. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß einem der Ansprüche 7-22, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktkammerdeckel (88) und die Kontaktkammeraußenwand (476) stoffschlüssig miteinander verbunden sind.