EP4758648A1 - Hochvoltschütz oder hochvoltrelais - Google Patents

Hochvoltschütz oder hochvoltrelais

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Publication number
EP4758648A1
EP4758648A1 EP23755363.1A EP23755363A EP4758648A1 EP 4758648 A1 EP4758648 A1 EP 4758648A1 EP 23755363 A EP23755363 A EP 23755363A EP 4758648 A1 EP4758648 A1 EP 4758648A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
contact chamber
contact
voltage
actuator
axial
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
EP23755363.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Juri Wagner
Janusz Zurke
Thomas Grünhagen
Peter Küsgen
Daniel Fuhrmann
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.)
Pierburg GmbH
Original Assignee
Pierburg GmbH
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 Pierburg GmbH filed Critical Pierburg GmbH
Publication of EP4758648A1 publication Critical patent/EP4758648A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/64—Driving arrangements between movable part of magnetic circuit and contact
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/12—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
    • H01H1/14—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting
    • H01H1/20—Bridging contacts
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/02—Bases; Casings; Covers
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/16—Magnetic circuit arrangements
    • H01H50/18—Movable parts of magnetic circuits, e.g. armature
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H01H50/16—Magnetic circuit arrangements
    • H01H50/18—Movable parts of magnetic circuits, e.g. armature
    • H01H50/20—Movable parts of magnetic circuits, e.g. armature movable inside coil and substantially lengthwise with respect to axis thereof; movable coaxially with respect to coil
    • 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

  • the invention relates to a high-voltage contactor or high-voltage relay with an electromagnetic actuator, a housing with an inner contact chamber, a first contact element which projects into the contact chamber, a second contact element which projects into the contact chamber, a contact bridge which is connected to an actuating element which can be displaced by means of the actuator in the contact chamber at least into a first position in which the first contact element is electrically connected to the second contact element via the contact bridge, and can be displaced into a second position in which an electrical contact between the first contact element and the second contact element is interrupted, and an axial contact chamber wall which delimits the contact chamber axially in the direction of the actuator.
  • Such high-voltage switching devices are required in order to be able to establish and disconnect electrical connections in the no-load case and in the load case, where in the load case voltages of more than 1000 V and currents of more than 1000 A may be present, for example in electrically powered vehicles between the battery and the drive motor or between a charging station and the battery.
  • Such a switching device is known, for example, from CN 207 302 980 U.
  • the actuating element of the disclosed switching device is only spring-loaded against the armature for actuation, so that a separate guide for the actuating element is required.
  • the actuating element is inserted into an opening in a core plate of the electromagnetic actuator, which is arranged between the actuator and the contact chamber and thus forms an axial boundary wall.
  • the guide length of this guide section only corresponds to the wall thickness of the core plate, which is designed to be relatively thin due to the limited installation space available, so that there is no sufficient security against the actuating element tipping over, for example when forces acting transversely to the axis of movement occur.
  • the present invention is therefore based on the object of creating a high-voltage contactor or high-voltage relay which, compared to the prior art, has improved guidance properties with regard to the guidance of the actuating element.
  • the high-voltage contactor or high-voltage relay according to the invention has an electromagnetic actuator via which the contactor can be switched.
  • the term electromagnetic actuator refers to all actuators which generate a movement due to a force caused by electromagnetism.
  • the electromagnetic actuator therefore consists in particular of a coil which consists of a coil carrier and a winding wound on it, as well as an iron circuit surrounding the coil and an armature which can be moved due to the electromagnetic force and which is arranged within the coil and the iron circuit.
  • high-voltage contactor For the sake of simplicity, only the term high-voltage contactor is used below so that the term high-voltage relay is also included. Furthermore, the terms radial, axial and diametrical refer to the central axis of the high-voltage contactor along which the armature of the actuator can be moved.
  • the high-voltage contactor comprises a housing with an inner contact chamber, which can be designed in several parts and is preferably made of plastic.
  • the high-voltage contactor also has a first and second contact element that is fixedly arranged on the housing, which protrude into the contact chamber and are connected to two busbars outside the high-voltage contactor, one of which leads to the battery and the other, for example, to the drive motor or which can be connected to a charging station and the vehicle's battery.
  • An electrical connection between these two contact elements can be established via a contact bridge that is connected to an actuating element that is moved in the contact chamber by means of the actuator.
  • the contact bridge at the ends of which two electrical contacts can be formed, is usually moved or rotated axially against the two contact elements attached to the housing by energizing the winding in order to establish an electrical connection between the first contact element and the second contact element via the contact bridge in a first position.
  • the actuating element is operatively connected to the armature of the actuator and is accordingly pressed against the contact elements by the movement of the armature due to the electromagnetic force.
  • the contact bridge is loaded in the opposite direction, which is usually achieved by means of a spring force acting on the armature, the rotor or the contact bridge in the opposite direction to the electromagnetic force, so that the contact bridge is displaced or rotated to a second position in which electrical contact between the first contact element and the second contact element is interrupted.
  • the high-voltage contactor also has an axial contact chamber wall, which limits the contact chamber in the axial direction and is arranged axially between the contact chamber and the actuator.
  • the axial contact chamber wall which is preferably made of plastic, has an electrically insulating effect and protects the actuator from the arcs occurring in the contact chamber, thereby preventing damage to the actuator and its sensitive components.
  • a guide section extends in the axial direction from the axial contact chamber wall.
  • the guide section is designed, for example, as an annular, collar-like wall section that protrudes axially from the axial contact chamber wall on one or both sides, which extends in the axial direction along the axis of movement of the actuating element and acts as a sliding bearing for the actuating element.
  • the guide section is also designed in one piece with the axial contact chamber wall, for example by means of a cylindrical bore in the axial contact chamber wall, against the inner wall of which the preferably cylindrical actuating element rests axially displaceably.
  • the guide section has a significantly greater guide length than in the prior art, which is not determined by the axial thickness of the axial contact chamber wall.
  • the guide length can be increased several times over compared to the state of the art by means of the guide section protruding from the axial contact chamber wall, and by increasing it, a tilt-proof, sliding guide of the actuating element can be ensured, which ensures smooth, low-wear and tilt-free displacement of the actuating element.
  • the guide section extends axially from the axial contact chamber wall into the contact chamber.
  • the axial length of the guide section extending from the axial contact chamber wall can be at least three times the axial contact chamber wall thickness, or alternatively at least twice the diameter of the actuating element, whereby the guide length is at least 25% of the axial length of the section of the actuating element guided in the guide section.
  • the end of this guide section protruding into the contact chamber can serve as a stop for the contact bridge or a stop surface of the actuating element in the position of the contact bridge that interrupts the flow of current.
  • the guide section in the contact chamber is supported by several ribs distributed over the circumference of the guide section, which extend between the outer surface of the guide section and the axial contact chamber wall.
  • the ribs can have, for example, a triangular cross-sectional area with respect to a radial cross-sectional plane, with one leg of the triangle being formed by the connection of the rib to the surface of the guide section and one leg of the triangle being formed by the connection of the rib to the axial boundary wall.
  • the surface of the guide section and the axial contact chamber wall are arranged at right angles to one another, this results in a rib in the form of a right-angled triangle, which is connected on the cathetus side to the guide section and the axial contact chamber wall.
  • the ribs are preferably formed in one piece with the guide section and the axial contact chamber wall, so that they can be manufactured in a single injection molding process.
  • the guide section extends axially from the axial contact chamber wall in the direction of the actuator.
  • the guide length of the guide section can be increased to at least twice the thickness of the axial contact chamber wall.
  • the guide section can also extend from the contact chamber wall in both directions, whereby the guide length of the entire guide section is increased again compared to a guide section that only extends axially on one side.
  • the axial extent of the first guide section on the contact chamber side is preferably greater than the axial extent of the second guide section on the actuator side, whereby the high-voltage contactor can be designed to be relatively compact on the actuator side and thus overall.
  • the electromagnetic actuator advantageously has a coil, an iron circuit surrounding the coil and an armature. This produces a purely translational actuator in which there is no need to convert the movement. Such an actuator can be produced in a particularly compact and cost-effective manner.
  • the iron circuit is formed from a return plate and a U-shaped yoke, the free legs of which rest on the return plate.
  • the yoke can be by simple bending, while the straight return plate can serve as a support surface in the injection molding process to form the axial contact chamber wall.
  • the return plate is arranged axially between the coil or the coil carrier and the axial contact chamber wall and rests against the axial contact chamber wall, so that the axial contact chamber wall is additionally reinforced by the return plate.
  • the actuator-side guide section extends into an opening in the return plate arranged adjacent to the axial contact chamber wall.
  • This opening is advantageously designed as a hole and extends axially through the return plate.
  • the inner diameter of the opening corresponds to the outer diameter of the guide section, so that it fits precisely in the opening.
  • the guide length of the guide section can thus be increased axially in the direction of the actuator within the return plate without restricting the installation space on the actuator side, which means that the high-voltage contactor can be designed to be relatively compact overall.
  • the axial contact chamber wall and the guide section are manufactured in a common injection molding process when overmolding the actuator.
  • an actuator housing part is created that is formed in one piece with the axial contact chamber wall and the guide section and that completely surrounds the actuator, whereby the housing of the high-voltage contactor can be manufactured relatively easily and inexpensively.
  • the actuator housing part produced by overmolding has a circumferential, axially radial contact chamber wall extending from the actuator, which radially delimits the contact chamber.
  • the radial contact chamber wall is preferably formed in one piece with the actuator housing part and can, for example, be manufactured together with the actuator housing part in a single injection molding process, which makes the housing of the high-voltage contactor relatively easy and inexpensive to manufacture.
  • the housing wall that borders the contact chamber there are no connections or abutting edges that could lead to leaks. No additional components are required and the strength of the contactor is increased.
  • the axial contact chamber wall and the radial contact chamber wall are formed in one piece.
  • the two contact chamber walls are manufactured in the same injection molding process. This means that connections and abutting edges that could lead to leaks are completely eliminated in the area of the contact chamber wall that borders the contact chamber, so that the entire housing, apart from the axial end faces that are preferably provided with covers, forms a completely closed unit that seals the interior of the high-voltage contactor from the environment.
  • the iron circuit of the electromagnetic actuator is completely surrounded radially inside and outside by the actuator housing part produced by overmolding and is surrounded axially in the direction of the contact chamber by the contact chamber wall.
  • the actuator, or the current-carrying part of the actuator is thus completely galvanically separated from the contact chamber, whereby the actuator circuit is also completely separated from the circuit to be switched.
  • the actuating element rests axially against the armature of the actuator. The actuating element is therefore not firmly connected to the armature.
  • the armature If the armature is moved in the direction of the contact chamber as a result of the current being supplied to the coil, the armature pushes the actuating element in front of it and presses the contact bridge against the contact elements on the housing side. If the coil is switched off, the armature and the actuating element would not be moved back to their rest position, which is why an additional reset device is used to separate the contact bridge from the contact elements.
  • the manufacturing process, in particular the assembly process of the high-voltage contactor is therefore significantly simplified compared to a high-voltage contactor with an actuating element firmly connected to the armature.
  • a return spring presses the actuating element axially against the armature.
  • the return spring is preferably designed as a helical compression spring, but can also have any other shape suitable for a compression spring.
  • the return spring can also be designed as a tension spring. This creates a return device in a relatively simple and cost-effective manner that ensures the return movement of the actuating element and the armature by permanently pressing the actuating element against the armature by means of the spring force and transmitting the spring force to the armature. Due to the lack of a transverse connection between the actuating element and the armature, the actuating element is no longer additionally guided and supported by the armature. However, this is compensated for by the guide section of the high-voltage contactor according to the invention, which is longer than the prior art, so that the extended guide section also leads to a particularly simple and cost-effective design of the high-voltage contactor.
  • the return spring is arranged in the contact chamber on the side of the actuating element that is axially opposite to the actuator.
  • the return spring preferably rests against the second contact chamber wall that delimits the contact chamber axially opposite the actuator and contacts the actuating element on the side of the contact bridge that is axially opposite to the actuator. In combination with the axial contact of the actuating element on the armature, this results in a relatively simple structural design of the high-voltage contactor.
  • the axial length of the guide section extending beyond the axial contact chamber wall corresponds at least to the axial thickness of the axial contact chamber wall.
  • Figure 1 shows a side view of a high-voltage contactor according to the invention according to a first embodiment in a sectional view.
  • Figure 2 shows a side view of a high-voltage contactor according to the invention according to a second embodiment in a sectional view.
  • Figure 3 shows a side view of a high-voltage contactor according to the invention according to a third embodiment in a sectional view.
  • the high-voltage contactor 10 shown in Figure 1 comprises an electromagnetic actuator 112, which has a coil 114, which consists of a coil carrier 116 and a winding 118 wound thereon, a ferromagnetic iron circuit 120 and an armature 122.
  • the ferromagnetic iron circuit 120 has a U-shaped yoke 124, the legs 126 of which rest on a return plate 128 or are attached to the return plate 128, thereby creating the closed iron circuit 120.
  • the yoke 124 has a central opening 132 on its base part 130, the diameter of which essentially corresponds to the inner diameter of the coil carrier 116.
  • a bushing 134 is fastened in this opening 132 or in the interior of the coil carrier 116, in which the armature 122 is movably arranged and guided.
  • the actuating element 12 rests axially on the armature 122 and projects through a central opening 40 in the return plate 128 into a contact chamber 42.
  • the actuating element 12 is pressed against the armature 122 of the actuator 112 by the return spring 136, which is designed as a helical compression spring and is arranged in the contact chamber 42.
  • the return spring 136 rests axially on a collar-like flange 13 of the actuating element 12 and is supported on the axially opposite side on a contact chamber cover 88 which axially closes the contact chamber 42.
  • the first contact element 24 of the contact bridge 20 is axially opposite to a first housing-side contact element 54 which can be connected to a high-voltage battery in particular via a busbar (not shown).
  • the second contact element 26 of the contact bridge 20 is arranged opposite a second housing-side contact element 56, which can be connected to a drive motor of a motor vehicle, for example, via a busbar.
  • the contact bridge 20 rests against the flange 13 in the axial direction with a first axial end face facing the flange 13.
  • a contact spring 30 is arranged on the end face of the contact bridge 20 facing the actuator 112 and rests against the end face of the contact bridge 20 facing the actuator 112.
  • the contact spring 30 On the axial side of the contact spring 30 opposite the contact bridge 20, the contact spring 30 rests against a disk-like holding element 16 which is firmly connected to the actuating element 12.
  • the contact spring 30 is thus arranged axially between the holding element 16 and the contact bridge 20 and biases the contact bridge 20 axially in the direction of the contact elements 54, 56 against the axial end face of the flange 13.
  • the contact spring 30 also has a central cylindrical opening 39 by means of which the contact spring 30 is plugged onto the actuating element 12.
  • the actuating element 12 thus extends axially through the contact bridge 20, the contact spring 30 and through the holding element 16.
  • the entire high-voltage contactor 10 is arranged in a housing 58, which is composed of a total of three parts.
  • the actuator 112 is molded with a plastic to form an actuator housing part 60.
  • This plastic surrounds the coil 114 completely radially to form a radial boundary wall 66 and also fills a gap 68 radially between the coil 114 and the yoke 124.
  • the yoke 124 itself is completely radially covered by this plastic. and is thus shielded from the environment.
  • the return plate 128, which rests against the coil carrier 116 on its side facing the coil carrier 116, is covered by this plastic axially in the direction of the contact chamber 42 and forms an axial contact chamber wall 69.
  • a first hollow cylindrical, sleeve-like guide section 34 extends axially from the axial contact chamber wall 69 into the contact chamber 42.
  • the guide section 34 is formed in one piece with the axial contact chamber wall 69 and is manufactured with it in a common injection molding process during the overmolding of the actuator 112.
  • the first guide section 34 is supported by four ribs 38 which are evenly distributed along the circumference of the first guide section 34, with each rib 38 extending in a triangular shape between the lateral surface 341 of the guide section 34 and the axial contact chamber wall 69.
  • a second guide section 36 extends axially from the axial contact chamber wall 69 in the direction of the actuator 112.
  • the second guide section 36 extends axially into the opening 40 of the return plate 128 and its radial outer wall fits snugly against the inner wall of the opening 40, because this guide section 36 is also formed in one piece with the axial contact chamber wall 69 and is manufactured with it in a common injection molding process. Together, the two guide sections 34, 36 form a central guide 70, through which the actuating element 12 is mounted radially and is guided in a sliding manner in the axial direction during displacement.
  • a circumferential radial contact chamber wall 86 extends from the return plate 128 in extension of the plastic surrounding the actuator 112, which radially delimits the contact chamber 42.
  • the radial contact chamber wall 86 is also formed in one piece with the axial contact chamber wall 69 and is molded into the actuator 112 and thus forms four side walls of the contact chamber 42 in the present embodiment.
  • the plastic extends further radially inward along a radially outer region 74 of the base part 130 of the yoke 124 or of the actuator 112 and here leaves only an opening 78 free in the central, radially inner region 76, which is concentric with the opening 132, but has a slightly larger diameter so that there is sufficient space for pressing in the bushing 134.
  • This opening 78 is closed by a plastic cover 80, which is firmly attached to the actuator housing part 60 in the opening 78, in particular by laser welding, ultrasonic welding or rotational vibration welding.
  • the actuator housing part 60 produced by overmolding the actuator 112 forms a formation 82 in the form of a plug housing 82, through which the connecting lines to the winding 118 of the coil 114 are led outwards, so that the electrical connection of the coil 114 to a voltage source can be established via a plug counterpart.
  • the contact chamber 42 is closed axially on the side opposite the axial boundary wall 69 by the contact chamber cover 88.
  • Two axial openings 90 are formed on the contact chamber cover 88, in which the two contact elements 54, 56 are accommodated and secured, for example, by ultrasonic welding or overmolding.
  • An outer wall 92 extends circumferentially in the axial direction from this contact chamber cover 88, which encloses the radial contact chamber wall 86 of the actuator housing part 60, so that these two walls 86, 92 can be connected to one another in a material-locking manner, for example by laser welding, ultrasonic welding or rotational vibration welding, thereby creating a high-strength housing 58.
  • the coil 114 is energized, whereby the armature 122 is pulled in the direction of the return plate 128 due to the electromagnetic forces acting.
  • the high-voltage contactor 10 changes to the switched state in which the actuating element 12 with the contact bridge 20 and the contact elements 24, 26 on the contact bridge side is pushed against the contact elements 54, 56 on the housing side, so that a current can flow via the contact bridge 20 from the first contact element 54 to the second contact element 56 and thus from the battery to the electric motor or from the charging station to the battery.
  • the stroke of the armature 122 is dimensioned such that the contact bridge in the switched state lifts off the end stop 13 on the actuating element 12, so that the spring force of the contact spring 30 presses the contact elements 24, 26 on the contact bridge side against the contact elements 54, 56 on the housing side. If the coil 114 is not energized, the actuating element 12 and the armature 122 are loaded in the opposite direction by the spring 136, so that the contact bridge 20 is lifted off the contact elements 54, 56 and the circuit is interrupted.
  • Figure 2 differs from Figure 1 in that the guidance is provided only by the single guide section 34, which extends axially from the axial contact chamber wall 69 into the contact chamber 42, so that the actuating element 12 is not guided in the region of the return plate 128.
  • Figure 3 differs from Figure 1 in that the guidance is provided only by the single guide section 36, which extends axially from the axial contact chamber wall 69 in the direction of the actuator 112. Just as in Figure 1, the guide section 36 extends into the opening 40 of the return plate 128, so that the actuating element 12 is guided over a guide length that corresponds approximately to the thickness of the axial contact chamber wall 69 and the thickness of the return plate 128.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais mit einem elektromagnetischen Aktor (112), 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 mit einem Betätigungselement (12) verbunden ist, das mittels des Aktors (112) in der Kontaktkammer (42) entlang einer Bewegungsachse (B) 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, einer axialen Kontaktkammerwand (69), die die Kontaktkammer (42) axial in Richtung des Aktors (112) begrenzt. Erfindungsgemäß erstreckt sich ein Führungsabschnitt (34, 36) von der axialen Kontaktkammerwand (69) ausgehend in axialer Richtung, der einstückig mit der axialen Kontaktkammerwand (69) ausgebildet ist und in dem das Betätigungselement (12) axial verschiebbar gelagert ist, woraus sich eine relativ große Führungslänge ergibt, über die das Betätigungselement (12) bei der axialen Verschiebung während des Schaltvorgangs des Hochvoltschützes (10) geführt wird.

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 mit einem Betätigungselement verbunden ist, das 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 und einer axialen Kontaktkammerwand, die die Kontaktkammer axial in Richtung des Aktors begrenzt.
Solche Hochvolt-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.
Ein derartiges Schaltgerät ist beispielsweise aus der CN 207 302 980 U bekannt. Das Betätigungselement des offenbarten Schaltgerätes liegt zur Betätigung lediglich unter Federvorspannung gegen den Anker an, so dass eine separate Führung des Betätigungselementes erforderlich ist. Hierzu wird das Betätigungselement in einer Öffnung einer Kernplatte des elektromagnetischen Aktors geführt, die zwischen dem Aktor und der Kontaktkammer angeordnet ist und somit eine axiale Begrenzungswand bildet. Jedoch entspricht die Führungslänge dieses Führungsabschnitts lediglich der Wanddicke der Kernplatte, die aufgrund des geringen zur Verfügung stehenden Bauraums relativ dünn ausgeführt ist, sodass keine ausreichende Sicherheit gegen ein Verkippen des Betätigungselements beispielsweise beim Auftreten von quer zur Bewegungsachse wirkenden Kräften gewährleistet ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Hochvoltschütz oder Hochvoltrelais zu schaffen, das gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Führungseigenschaften hinsichtlich der Führung des Betätigungselements aufweist.
Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Hochvoltschütz oder Hochvoltrelais mit den Merkmalen des Anspruchs 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 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, damit auch der Begriff Hochvoltrelais inbegriffen 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 ein Gehäuse mit einer inneren Kontaktkammer, das mehrteilig ausgebildet sein kann und vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt ist.
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 Antriebsmotorführt oder die mit einer Ladestation und der Batterie des Fahrzeugs verbunden werden kann. Eine elektrische Verbindung zwischen diesen beiden Kontaktelementen kann über eine Kontaktbrücke hergestellt werden, die mit einem Betätigungselement verbunden ist, das 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 oder gedreht, um in einer ersten Position eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Kontaktelement und dem zweiten Kontaktelement über die Kontaktbrücke herzustellen. Das Betätigungselement ist mit dem Anker des Aktors wirkverbunden und wird entsprechend durch die Bewegung des Ankers 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 oder gedreht wird, in der ein elektrischer Kontakt zwischen dem ersten Kontaktelement und dem zweiten Kontaktelement unterbrochen ist. Das Hochvoltschütz weist ferner eine axiale Kontaktkammerwand auf, welche die Kontaktkammer in axialer Richtung begrenzt und 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.
Erfindungsgemäß erstreckt sich ein Führungsabschnitt von der axialen Kontaktkammerwand ausgehend in axialer Richtung. Der Führungsabschnitt ist beispielsweise als ein von der axialen Kontaktkammerwand axial einseitig oder beidseitig hervorstehender ringförmiger bundartiger Wandabschnitt ausgebildet, der sich in axialer Richtung entlang der Bewegungsachse des Betätigungselements erstreckt und als Gleitlager für das Betätigungselement wirkt. Der Führungsabschnitt ist ferner einstückig mit der axialen Kontaktkammerwand ausgebildet, beispielsweise durch eine zylindrische Bohrung in der axialen Kontaktkammerwand, an deren Innenwand das vorzugsweise zylindrische Betätigungselement axial verschiebbar anliegt. Dadurch weist der Führungsabschnitt eine gegenüber dem Stand der Technik deutlich größere Führungslänge auf, die nicht durch die axiale Dicke der axialen Kontaktkammerwand bestimmt wird. Die Führungslänge kann mittels des von der axialen Kontaktkammerwand hervorstehenden Führungsabschnitts je nach Anforderungen gegenüber dem Stand der Technik sogar um ein Vielfaches vergrößert werden und durch deren Vergrößerung eine verkippsichere, gleitende Führung des Betätigungselements sicherstellen, wodurch eine leichtgängige, verschleißarme und verkantungsfreie Verschiebbarkeit des Betätigungselements gewährleistet ist.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich der Führungsabschnitt von der axialen Kontaktkammerwand axial in die Kontaktkammer hinein. Kontaktkammerseitig der axialen Kontaktkammerwand steht axial zwischen der Kontaktkammerwand und der Kontaktbrücke ein derart großer Bauraum zur Verfügung, dass die axiale Länge des sich von der axialen Kontaktkammerwand erstreckenden Führungsabschnitts mindestens das Dreifache der axialen Kontaktkammerwanddicke, oder alternativ mindestens das Doppelte des Durchmessers des Betätigungselements betragen kann, wodurch die Führungslänge mindestens 25% der axialen Länge des in dem Führungsabschnitt geführten Abschnitts des Betätigungselements beträgt. Somit ist ein Verkippen des Betätigungselements nahezu ausgeschlossen und ein präzises und vollflächiges Aufsetzen der Kontaktbrücke auf den gehäuseseitigen Kontaktelementen sichergestellt. Des Weiteren kann das in die Kontaktkammer ragende Ende dieses Führungsabschnitts als Anschlag für die Kontaktbrücke beziehungsweise einer Anschlagfläche des Betätigungselementes in der den Stromfluss unterbrechenden Stellung der Kontaktbrücke dienen.
In einer hierzu weiterführenden Ausgestaltung der Erfindung wird der Führungsabschnitt in der Kontaktkammer von mehreren über den Umfang des Führungsabschnitts verteilten Rippen gestützt, die sich zwischen der äußeren Mantelfläche des Führungsabschnitts und der axialen Kontaktkammerwand erstrecken. Die Rippen können in Bezug auf eine radiale Querschnittsebene beispielsweise eine dreieckige Querschnittsfläche aufweisen, wobei sich ein Schenkel des Dreiecks durch die Verbindung der Rippe zur Mantelfläche des Führungsabschnitts und ein Schenkel des Dreiecks durch die Verbindung der Rippe zur axialen Begrenzungswand gebildet ist. Bei einer zueinander rechtwinkligen Anordnung der Mantelfläche des Führungsabschnitts und der axialen Kontaktkammerwand ergibt sich somit eine Rippe in Form eines rechtwinkligen Dreiecks, das kathetenseitig an dem Führungsabschnitt und der axialen Kontaktkammerwand angebunden ist. Hierdurch wird eine Verformung des vorzugsweise aus Kunststoff hergestellten Führungsabschnitts in dem von der axialen Kontaktkammerwand axial hervorstehenden Führungsabschnitt aufgrund von quer zur Bewegungsachse wirkenden Kräften verhindert, sodass eine geradlinige Führung des Betätigungselements gewährleistet ist. Ferner sind die Rippen vorzugsweise einstückig mit dem Führungsabschnitt und der axialen Kontaktkammerwand ausgebildet, sodass diese in einem einzigen Spritzgussprozess hergestellt werden können.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich der Führungsabschnitt von der axialen Kontaktkammerwand axial in Richtung des Aktors. Auf dieser Seite der axialen Kontaktkammerwand steht je nach konstruktiver Ausgestaltung weniger Bauraum zur Verfügung als auf der Kontaktkammerseite. Dennoch kann die Führungslänge des Führungsabschnitts mindestens auf das Doppelte der Dicke der axialen Kontaktkammerwand vergrößert werden. Selbstverständlich kann sich der Führungsabschnitt von der Kontaktkammerwand auch in beide Richtungen erstrecken, wodurch die Führungslänge des gesamten Führungsabschnitts gegenüber einem sich axial nur einseitig erstreckenden Führungsabschnitt nochmals erhöht ist. Hierbei ist die axiale Erstreckung des ersten kontaktkammerseitigen Führungsabschnitts vorzugsweise größer als die axiale Erstreckung des zweiten aktorseitigen Führungsabschnitts, wodurch das Hochvoltschütz aktorseitig und somit insgesamt relativ kompakt gestaltet werden kann.
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 im Spritzgussprozess zur Bildung der axialen Kontaktkammerwand dienen kann. 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.
In einer hierzu weiterführenden Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich der aktorseitige Führungsabschnitt in eine Öffnung der angrenzend zur axialen Kontaktkammerwand angeordneten Rückschlussplatte. Diese Öffnung ist vorteilhafterweise als Bohrung ausgebildet und erstreckt sich axial durch die Rückschlussplatte hindurch. Der Innendurchmesser der Öffnung entspricht dabei dem Außendurchmesser des Führungsabschnitts, sodass dieser passgenau in der Öffnung sitzt. Dies ist beispielsweise durch Umspritzen der Rückschlussplatte in einem Spritzgussverfahren auf relativ einfache Weise herstellbar. Somit kann die Führungslänge des Führungsabschnitts axial in Richtung des Aktors innerhalb der Rückschlussplatte vergrößert werden, ohne den aktorseitigen Bauraum einzuschränken, wodurch das Hochvoltschütz insgesamt relativ kompakt gestaltet werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die axiale Kontaktkammerwand und der Führungsabschnitt in einem gemeinsamen Spritzgussprozess beim Umspritzen des Aktors hergestellt. Auf diese Weise wird ein Aktorgehäuseteil geschaffen, das einstückig mit der axialen Kontaktkammerwand und dem Führungsabschnitt ausgebildet ist und das den Aktor vollständig umgibt, wodurch das Gehäuse des Hochvoltschützes relativ einfach und kostengünstig herstellbar ist.
In einer hierzu weiterführenden Ausgestaltung der Erfindung weist das durch Umspritzen hergestellte Aktorgehäuseteil eine umlaufende, sich axial vom Aktor aus erstreckende radiale Kontaktkammerwand auf, die die Kontaktkammer radial begrenzt.
Die radiale Kontaktkammerwand ist vorzugsweise einstückig mit dem Aktorgehäuseteil ausgebildet und kann beispielsweise gemeinsam mit dem Aktorgehäuseteil in einem einzigen Spritzgussprozess hergestellt werden, wodurch das Gehäuse des Hochvoltschützes relativ einfach und kostengünstig herstellbar ist. Zudem wird im Bereich, der die Kontaktkammer begrenzenden Gehäusewand auf Verbindungen und Stoßkanten, die zu Undichtigkeiten führen könnten, vollständig verzichtet. Auch werden keine zusätzlichen Bauteile benötigt und die Festigkeit des Schützes erhöht.
In einer hierzu weiterführenden Ausgestaltung der Erfindung sind die axiale Kontaktkammerwand und die radiale Kontaktkammerwand einstückig ausgebildet. Die beiden Kontaktkammerwände werden dazu in demselben Spritzgussprozess hergestellt. 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.
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. In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung liegt das Betätigungselement axial gegen den Anker des Aktors an. Das Betätigungselement ist somit nicht fest mit dem Anker verbunden. Wird der Anker somit infolge der Bestromung der Spule in Richtung der Kontaktkammer bewegt, schiebt der Anker das Betätigungselement vor sich her und drückt die Kontaktbrücke gegen die gehäuseseitigen Kontaktelemente. Bei Abschaltung der Spule würden der Anker und das Betätigungselement nicht zurück in ihre Ruheposition bewegt, weswegen eine zusätzliche Rückstelleinrichtung verwendet wird, um die Kontaktbrücke von den Kontaktelementen zu trennen. Der Herstellungsprozess, insbesondere der Montageprozess des Hochvoltschützes wird dadurch gegenüber einem Hochvoltschütz mit einem fest mit dem Anker verbundenen Betätigungselement jedoch deutlich vereinfacht.
In einer hierzu weiterführenden Ausgestaltung der Erfindung drückt eine Rückstellfeder das Betätigungselement axial gegen den Anker. Die Rückstellfeder ist vorzugsweise als Schraubendruckfeder ausgebildet, kann aber auch jedwede andere für eine Druckfeder geeignete Form aufweisen. Alternativ kann die Rückstellfeder auch als Zugfeder ausgebildet sein. Somit wird auf relativ einfache und kostengünstige Weise eine Rückstelleinrichtung geschaffen, die die Rückstellbewegung des Betätigungselements und des Ankers sicherstellt, indem das Betätigungselement mittels der Federkraft permanent gegen den Anker gedrückt wird, und die Federkraft auf den Anker überträgt. Durch die fehlende in Querrichtung wirkende Verbindung zwischen dem Betätigungselement und dem Anker wird das Betätigungselement jedoch nicht mehr zusätzlich mittels des Ankers geführt und gelagert. Durch den gegenüber dem Stand der Technik verlängerten Führungsabschnitt des erfindungsgemäßen Hochvoltschützes wird dies jedoch kompensiert, sodass der verlängerte Führungsabschnitt auch unter diesem Aspekt zu einer besonders einfachen und kostengünstigen, konstruktiven Gestaltung des Hochvoltschützes führt.
In einer hierzu wiederum weiterführenden Ausgestaltung der Erfindung ist die Rückstellfeder in der Kontaktkammer auf der in Bezug auf den Aktor axial gegenüberliegenden Seite des Betätigungselements angeordnet. Die Rückstellfeder liegt vorzugsweise an der zweiten, die Kontaktkammer axial gegenüberliegend zu dem Aktor begrenzenden Kontaktkammerwand an und kontaktiert das Betätigungselement auf der dem Aktor axial abgewandten Seite der Kontaktbrücke. In Kombination mit der axialen Anlage des Betätigungselements an dem Anker resultiert dies in einem relativ einfachen konstruktiven Aufbau des Hochvoltschützes.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung entspricht die axiale Länge des sich über die axialen Kontaktkammerwand hinaus erstreckenden Führungsabschnitts mindestens der axialen Dicke der axialen Kontaktkammerwand. Hierdurch wird die Führungslänge gegenüber einem Hochvoltschütz gemäß Stand der Technik zumindest verdoppelt, was zu einer besonders verkippsicheren Führung des Betätigungselements führt.
Drei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Hochvoltschützes oder Hochvoltrelais sind in den Figuren dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.
Die Figur 1 zeigt eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Hochvoltschützes gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels in geschnittener Darstellung.
Die Figur 2 zeigt eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Hochvoltschützes gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels in geschnittener Darstellung. Die Figur 3 zeigt eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Hochvoltschützes gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels in geschnittener Darstellung.
Das in Figur 1 dargestellte Hochvoltschütz 10 umfasst einen elektromagnetischen Aktor 112, der eine Spule 114 aufweist, die aus einem Spulenträger 116 sowie einer darauf gewickelten Wicklung 118, einem ferromagnetischen Eisenkreis 120 und einem Anker 122 besteht. Der ferromagnetische Eisenkreis 120 weist ein U-förmig gebogenes Joch 124 auf, dessen Schenkel 126 auf einer Rückschlussplatte 128 aufliegen beziehungsweise an der Rückschlussplatte 128 befestigt sind, wodurch der geschlossene Eisenkreis 120 entsteht.
Das Joch 124 weist an seinem Basisteil 130 eine zentrale Öffnung 132 auf, deren Durchmesser im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Spulenträgers 116 entspricht. In dieser Öffnung 132 beziehungsweise im Innern des Spulenträgers 116 ist eine Buchse 134 befestigt, in der der Anker 122 verschieblich angeordnet und geführt wird. Bei Bestromung der Spule 114 wird der Anker 122 in bekannter Weise gegen die Kraft einer Rückstellfeder 136 zur Rückschlussplatte 128 gezogen.
An dem Anker 122 liegt das Betätigungselement 12 axial an, das durch eine zentrale Öffnung 40 in der Rückschlussplatte 128 in eine Kontaktkammer 42 ragt. Das Betätigungselement 12 wird von der als Schraubendruckfeder ausgebildeten Rückstellfeder 136, die in der Kontaktkammer 42 angeordnet ist, gegen den Anker 122 des Aktors 112 gedrückt. Die Rückstellfeder 136 liegt an einem bundartigen Flansch 13 des Betätigungselements 12 axial an und stützt sich an der axial gegenüberliegenden Seite an einem die Kontaktkammer 42 axial verschließenden Kontaktkammerdeckel 88 ab.
Das erste Kontaktelement 24 der Kontaktbrücke 20 ist axial gegenüberliegend zu einem ersten gehäuseseitigen Kontaktelement 54 angeordnet, welches insbesondere über eine nicht dargestellte Stromschiene mit einer Hochvoltbatterie verbunden werden kann. Das zweite Kontaktelement 26 der Kontaktbrücke 20 ist gegenüberliegend zu einem zweiten gehäuseseitigen Kontaktelement 56 angeordnet, welches beispielsweise über eine Stromschiene mit einem Antriebsmotor eines Kraftfahrzeugs verbunden werden kann.
Die Kontaktbrücke 20 liegt mit einer ersten, dem Flansch 13 zugewandten axialen Stirnfläche in axialer Richtung an dem Flansch 13 an. An der dem Aktor 112 zugewandten Stirnfläche der Kontaktbrücke 20 ist eine Kontaktfeder 30 angeordnet ist, die an der dem Aktor 112 zugewandten Stirnfläche der Kontaktbrücke 20 anliegt.
Auf der zur Kontaktbrücke 20 gegenüberliegenden axialen Seite der Kontaktfeder 30 liegt die Kontaktfeder 30 gegen ein scheibenartiges Halteelement 16 an, das fest mit dem Betätigungselement 12 verbunden ist. Die Kontaktfeder 30 ist somit axial zwischen dem Halteelement 16 und der Kontaktbrücke 20 angeordnet und spannt die Kontaktbrücke 20 axial in Richtung der Kontaktelemente 54, 56 gegen die axiale Stirnfläche des Flansches 13 vor. Die Kontaktfeder 30 weist ferner eine zentrale zylindrische Öffnung 39 auf, mittels der die Kontaktfeder 30 auf das Betätigungselement 12 aufgesteckt ist. Das Betätigungselement 12 erstreckt sich somit axial durch die Kontaktbrücke 20, die Kontaktfeder 30, sowie durch das Halteelement 16 hindurch.
Das gesamte Hochvoltschütz 10 ist in einem Gehäuse 58 angeordnet, welches aus insgesamt drei Teilen zusammengesetzt ist. Der Aktor 112 ist hierzu zur Bildung eines Aktorgehäuseteils 60 mit einem Kunststoff umspritzt. Dieser Kunststoff umgibt die Spule 114 vollständig radial zur Bildung einer radialen Begrenzungswand 66 und füllt auch einen Zwischenraum 68 radial zwischen der Spule 114 und dem Joch 124. Zusätzlich wird das Joch 124 selbst radial vollständig von diesem Kunststoff umgeben und ist so gegen die Umgebung abgeschirmt. Des Weiteren wird die Rückschlussplatte 128, die an ihrer zum Spulenträger 116 gewandten Seite gegen den Spulenträger 116 anliegt, von diesem Kunststoff axial in Richtung zur Kontaktkammer 42 abgedeckt und bildet eine axiale Kontaktkammerwand 69.
Von der axialen Kontaktkammerwand 69 erstreckt sich ein erster hohlzylindrischer, hülsenartig ausgebildeter Führungsabschnitt 34 axial in die Kontaktkammer 42. Der Führungsabschnitt 34 ist einstückig mit der axialen Kontaktkammerwand 69 ausgebildet und mit dieser während des Umspritzens des Aktors 112 in einem gemeinsamen Spritzgussprozess hergestellt. Der erste Führungsabschnitt 34 wird von vier Rippen 38 gestützt, die entlang des Umfangs des ersten Führungsabschnitts 34 gleich verteilt angeordnet sind, wobei sich jede Rippe 38 zwischen der Mantelfläche 341 des Führungsabschnitts 34 und der axialen Kontaktkammerwand 69 dreieckförmig erstreckt. Ferner erstreckt sich von der axialen Kontaktkammerwand 69 ein zweiter Führungsabschnitt 36 axial in Richtung des Aktors 112. Der zweite Führungsabschnitt 36 erstreckt sich axial in die Öffnung 40 der Rückschlussplatte 128 und liegt mit seiner radialen Außenwand an der Innenwand der Öffnung 40 passgenau an, denn auch dieser Führungsabschnitt 36 ist einstückig mit der axialen Kontaktkammerwand 69 ausgebildet und mit dieser in einem gemeinsamen Spritzgussprozess hergestellt. Gemeinsam bilden die beiden Führungsabschnitte 34, 36 eine zentrale Führung 70, durch die das Betätigungselement 12 radial gelagert und während des Verschiebens gleitend in axialer Richtung geführt wird.
Zusätzlich erstreckt sich von der Rückschlussplatte 128 in Verlängerung des den Aktor 112 umgebenden Kunststoffs eine umlaufende radiale Kontaktkammerwand 86, welche die Kontaktkammer 42 radial begrenzt. Die radiale Kontaktkammerwand 86 ist ebenso einstückig mit der axialen Kontaktkammerwand 69 ausgebildet und wird beim Umspritzen des Aktors 112 hergestellt und bildet so im vorliegenden Ausführungsbeispiel vier Seitenwände der Kontaktkammer 42.
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 130 des Jochs 124 beziehungsweise des Aktors 112 und lässt hier lediglich im zentralen, radial innenliegenden Bereich 76 eine Öffnung 78 frei, die konzentrisch zur Öffnung 132 ausgebildet ist, jedoch einen etwas größeren Durchmesser aufweist, damit ausreichend Raum zum Einpressen der Buchse 134 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 112 hergestellte Aktorgehäuseteil 60 eine Ausformung 82 in Form eines Steckergehäuses 82 aus, durch welches die Verbindungsleitungen zur Wicklung 118 der Spule 114 nach außen geführt werden, so dass über ein Steckergegenstück die elektrische Verbindung der Spule 114 zu einer Spannungsquelle hergestellt werden kann.
Die Kontaktkammer 42 wird axial an der zur axialen Begrenzungswand 69 entgegengesetzten axialen Seite durch den Kontaktkammerdeckel 88 geschlossen. 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. Von diesem Kontaktkammerdeckel 88 erstreckt sich umlaufend in axialer Richtung eine Außenwand 92, die die radiale Kontaktkammerwand 86 des Aktorgehäuseteils 60 umschließt, so dass diese beiden Wände 86, 92 umlaufend stoffschlüssig, beispielsweise durch Laserschweißen, Ultraschallschweißen oder Rotationsvibrationsschweißen miteinander verbunden werden können, wodurch ein hochfestes Gehäuse 58 geschaffen wird.
Soll nun der Stromfluss zwischen dem Elektromotor oder der Ladesäule und der Batterie freigegeben werden, wird die Spule 114 bestromt, wodurch der Anker 122 in Richtung zur Rückschlussplatte 128 aufgrund der wirkenden elektromagnetischen Kräfte gezogen wird. Hierdurch wechselt das Hochvoltschütz 10 in den geschalteten Zustand, in dem das Betätigungselement 12 mit der Kontaktbrücke 20 und den kontaktbrückenseitigen Kontaktelementen 24, 26 gegen die gehäuseseitigen Kontaktelemente 54, 56 geschoben wird, so dass über die Kontaktbrücke 20 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. Dabei ist der Hub des Ankers 122 derart bemessen, dass sich die Kontaktbrücke im geschalteten Zustand von dem Endanschlag 13 an dem Betätigungselement 12 abhebt, sodass die Federkraft der Kontaktfeder 30 die kontaktbrückenseitigen Kontaktelemente 24, 26 gegen die gehäuseseitigen Kontaktelemente 54, 56 drückt. Wird die Spule 114 nicht bestromt, wird das Betätigungselement 12 und der Anker 122 durch die Feder 136 in entgegengesetzter Richtung belastet, so dass die Kontaktbrücke 20 von den Kontaktelementen 54, 56 abgehoben wird und der Stromkreis unterbrochen wird.
Die Figur 2 unterscheidet sich von der Figur 1 darin, dass die Führung lediglich durch den einzigen Führungsabschnitt 34 erfolgt, der sich von der axialen Kontaktkammerwand 69 axial in die Kontaktkammer 42 erstreckt, sodass das Betätigungselement 12 im Bereich der Rückschlussplatte 128 nicht geführt ist. Die Figur 3 unterscheidet sich von der Figur 1 darin, dass die Führung lediglich durch den einzigen Führungsabschnitt 36 erfolgt, der sich von der axialen Kontaktkammerwand 69 axial in Richtung des Aktors 112 erstreckt. Genau wie in Figur 1 erstreckt sich der Führungsabschnitt 36 in die Öffnung 40 der Rückschlussplatte 128, sodass das Betätigungselement 12 über eine Führungslänge, die in etwa der Dicke der axialen Kontaktkammerwand 69 und der Dicke der Rückschlussplatte 128 entspricht, geführt 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 (112), 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 mit einem Betätigungselement (12) verbunden ist, das mittels des Aktors (112) in der Kontaktkammer (42) entlang einer Bewegungsachse (B) 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, einer axialen Kontaktkammerwand (69), die die Kontaktkammer (42) axial in Richtung des Aktors (112) begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Führungsabschnitt (34, 36) von der axialen
Kontaktkammerwand (69) ausgehend in axialer Richtung erstreckt, der einstückig mit der axialen Kontaktkammerwand (69) ausgebildet ist und in dem das Betätigungselement (12) axial verschiebbar gelagert ist.
2. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Führungsabschnitt (34) von der axialen Kontaktkammerwand (69) axial in die Kontaktkammer (42) hinein erstreckt.
3. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsabschnitt (34) in der Kontaktkammer (42) von mehreren über den Umfang des Führungsabschnitts (34) verteilten Rippen (38) gestützt wird, die sich zwischen der äußeren Mantelfläche (341) des Führungsabschnitts (34) und der axialen Kontaktkammerwand (69) erstrecken.
4. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Führungsabschnitt (36) von der axialen Kontaktkammerwand (69) axial in Richtung des Aktors (112) erstreckt.
5. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromagnetische Aktor (112) eine Spule (114), einen die Spule (114) umgebenden Eisenkreis (120) und einen Anker (122) aufweist.
6. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Eisenkreis (120) aus einer Rückschlussplatte (128) und einem U- förmigen Joch (124) gebildet ist, dessen freie Schenkel (126) auf der Rückschlussplatte (128) aufliegen.
7. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich der aktorseitige Führungsabschnitt (36) durch eine Öffnung (40) der axial angrenzend zur axialen Kontaktkammerwand (69) angeordneten Rückschlussplatte (128) erstreckt.
8. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Kontaktkammerwand (69) und der Führungsabschnitt (34, 36) in einem gemeinsamen Spritzgussprozess beim Umspritzen des Aktors (112) hergestellt sind.
9. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch Umspritzen hergestelltes Aktorgehäuseteil (60) eine umlaufende, sich axial vom Aktor (112) aus erstreckende radiale Kontaktkammerwand (86) aufweist, die die Kontaktkammer (42) radial begrenzt.
10. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Kontaktkammerwand (86) einstückig mit dem Aktorgehäuseteil (60) ausgebildet ist.
11. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Kontaktkammerwand (45) und die radiale Kontaktkammerwand (86) einstückig ausgebildet sind.
12. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß einem der Ansprüche 5-12, dadurch gekennzeichnet, dass der Eisenkreis (120) des elektromagnetischen Aktors (112) 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.
13. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß einem der Ansprüche 5-13, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (13) axial gegen den Anker (122) des Aktors (112) anliegt.
14. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückstellfeder (136) das Betätigungselement (13) axial gegen den Anker (122) drückt.
15. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellfeder (136) in der Kontaktkammer (136) auf der in Bezug auf den Aktor (112) axial gegenüberliegenden Seite des Betätigungselements (13) angeordnet ist.
16. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Länge des sich über die axiale Kontaktkammerwand (69) hinaus erstreckenden Führungsabschnitts (34,36) mindestens der axialen Dicke der axialen Kontaktkammerwand (69) entspricht.
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