EP4758649A1 - Hochvoltschütz oder hochvoltrelais - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais mit einem elektromagnetischen Aktor (112) mit einer auf einem Spulenträger (116) angeordneten Spule (114) und einem bewegbaren Anker (122), einem Gehäuse (58) mit einem Aktorgehäuseteil (60) und einem Aktorgehäusedeckel (80), in dem der Aktor (112) angeordnet ist, einer Kontaktbrücke (44), die mittels des Aktors (112) in einer Kontaktkammer (42) zumindest in eine erste Position verschiebbar ist, in der ein erstes Kontaktelement (54) mit einem 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, wobei der Anker (120) in einer ferromagnetischen, einen axialen Schlitz (341) aufweisenden Führungsbuchse (34) gleitend geführt ist, die innerhalb des Aktors (112) angeordnet ist, und der Spulenträger (116) einen ersten Axialanschlag (32) aufweist, gegen den die Führungsbuchse (34) in einer ersten Endposition anliegt und der Aktorgehäusedeckel (80) einen zweiten Axialanschlag (36) aufweist, gegen den die Führungsbuchse (34) in einer zweiten Endposition anliegt. Die Axialanschläge (32, 36) verhindern, dass sich die Führungsbuchse (34) nach dem ungewollten Lösen übermäßig in axialer Richtung bewegt.

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.

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.

Ein derartiges Hochvoltschütz weist häufig einen elektromagnetischen Aktor auf, der beispielsweise in der DE 10 2018 222 610 Al offenbart ist. Der in diesem Dokument offenbarte Aktor ist Teil eines Hydraulikventils und weist typischerweise einen Anker auf, der mittels Bestromung einer Spule von einer ersten Ruheposition in eine zweite Einschaltposition axial bewegt wird. Dazu ist der Anker in einer Führungsbuchse gelagert und geführt, die innerhalb einer Durchgangsöffnung des Spulenträgers angeordnet ist. Die Führungsbuchse weist einen axial verlaufenden Schlitz auf, der eine fluidische Verbindung zwischen den beiden Stirnseiten der Buchse schafft. Aufgrund des Spalts kann sich die Führungsbuchse, die typischerweise in den Spulenträger oder das Joch eingepresst ist, lösen und in dem Spulenträger ungewollt axial gegen den Kern verrutschen, was zu einer Störung der Funktion des magnetischen Kreises führt. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Hochvoltschütz oder Hochvoltrelais zu schaffen, das für den Einsatz einer geschlitzten Führungsbuchse geeignet ist und das hinsichtlich der konstruktiven Ausgestaltung des Aktors mit einer relativ geringen Anzahl an Bauteilen auskommt und daher besonders kostengünstig herstellbar und einfach montierbar ist. Funktionsstörungen des magnetischen Eisenkreises sollen vermieden werden.

Diese Aufgabe wird durch ein 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 aufgrund der elektromagnetischen Kraft bewegbaren Anker, der innerhalb der Spule angeordnet ist.

Nachfolgend wird der Einfachheit halber nur noch der Begriff Hochvoltschütz verwendet, womit 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 Gehäuse umfasst ein Aktorgehäuseteil und einen Aktorgehäusedeckel, der das Aktorgehäuseteil verschließt. Der Aktor ist in dem Aktorgehäuseteil angeordnet und von diesem vor dem Eindringen von Schmutz oder Feuchtigkeit aus der Umgebung geschützt.

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 mit einem Betätigungselement verbunden ist, das mittels des Aktors in der Kontaktkammer entlang einer Bewegungsachse 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. 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 oder die Kontaktbrücke entgegengesetzt zur elektromagnetischen Kraft wirkt, so dass die Kontaktbrücke in eine zweite Position verschoben wird, in der ein elektrischer Kontakt zwischen dem ersten Kontaktelement und dem zweiten Kontaktelement unterbrochen ist.

Der Anker ist in einer Führungsbuchse gleitend geführt, die derart angeordnet ist, dass der Anker durch Bestromung der den Anker umgebenden Spule in axialer Richtung bewegt werden kann, um auf diese Weise die mit dem Betätigungselement verbundene Kontaktbrücke gegen die gehäuseseitigen Kontaktelemente zu bewegen. Die Führungsbuchse ist aus einem ferromagnetischen Material hergestellt und weist einen axialen Schlitz auf, der in axialer Richtung von der ersten axialen Stirnfläche zur zweiten axialen Stirnfläche der Führungsbuchse verläuft. Die Führungsbuchse ist innerhalb des Aktors angeordnet und wird zur axialen Fixierung beispielsweise in eine Aufnahme des Aktorseingepresst. Aufgrund des Schlitzes kann die Führungsbuchse in ihrem Durchmesser in geringem Maße variieren und sich infolge von thermischen oder mechanischen Einflüssen ungewollt lösen, wodurch die Führungsbuchse in axialer Richtung verrutschen kann.

Um dies zu verhindern, weist der Spulenträger einen ersten Axialanschlag auf, gegen den die Führungsbuchse in einer ersten Endposition anliegt. Der erste Axialanschlag ist auf der der Kontaktkammer zugewandten axialen Seite der Führungsbuchse angeordnet, sodass der erste Axialanschlag ein Verschieben der Führungsbuchse in Richtung der Kontaktkammer begrenzt. Ferner weist der Aktorgehäusedeckel einen zweiten Axialanschlag auf, gegen den die Führungsbuchse in einer zweiten Endposition anliegt. Der zweite Axialanschlag ist auf der der Kontaktkammer abgewandten axialen Seite der Führungsbuchse angeordnet, sodass der zweite Axialanschlag ein Verschieben der Führungsbuchse von der Kontaktkammer weg begrenzt. Die Führungsbuchse wird im festen Zustand zwischen den beiden Axialanschlägen angeordnet sein, ohne diese zu berühren. Im Fall eines Lösens der Führungsbuchse wird deren Bewegung jedoch durch die Axialanschläge am aus nicht magnetischem Kunststoff bestehenden Gehäusedeckel und am Spulenträger in ihrer Bewegung derart weit eingeschränkt, dass eine Störung des Magnetkreises zuverlässig vermieden wird. Auch kann die Führungsbuchse im festen Zustand derart platziert werden, dass sie gegen einen der beiden Axialanschläge anliegt.

Die Axialanschläge stellen somit sicher, dass die Führungsbuchse nach dem Lösen nur um einige wenige Millimeter verschiebbar ist. Zudem weist eine ferromagnetische Führungsbuchse einen relativ geringen magnetischen Widerstand auf, wodurch das Magnetfeld bei der Durchdringung der Führungsbuchse nur geringfügig geschwächt wird und der Aktor somit eine besonders hohe Leistung aufweist.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Spulenträger eine zentrale Öffnung auf, in der die Führungsbuchse angeordnet ist, wobei der erste Axialanschlag durch eine Verjüngung des Innendurchmessers der Öffnung gebildet ist. Die zentrale Öffnung kann beispielsweise durch eine den Spulenträger axial durchdringende zylindrische Bohrung gebildet sein. Durch die Verjüngung des Innendurchmessers wird eine Stufe an der Innenwand gebildet, gegen die die Führungsbuchse, wenn sie sich löst, axial anschlägt, sodass deren Bewegung in axialer Richtung begrenzt ist. Der erste Axialanschlag ist dadurch besonders einfach herzustellen. Vorzugsweise befindet sich die Verjüngung auf der der Kontaktkammer zugewandten axialen Seite der Führungsbuchse.

Der elektromagnetische Aktor weist vorteilhafterweise einen die Spule umgebenden Eisenkreis auf. So wird ein rein translatorisch wirkender Aktor hergestellt, bei dem auf eine Umwandlung der Bewegung verzichtet werden kann. Ein solcher Aktor kann besonders klein 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 einer axialen Kontaktkammerwand dient, die den Aktor von der Kontaktkammer trennt. In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Führungsbuchse in eine Aufnahme des Jochs eingepresst, die vorzugsweise zylindrisch ausgebildet ist. Hierdurch kann ein direkter magnetischer Kontakt zwischen dem Joch und der Führungsbuchse sichergestellt werden, der die Erzeugung eines relativ starken Magnetfelds zur Bewegung des Ankers begünstigt. Infolge von thermischen oder mechanischen Einflüssen kann sich die Führungsbuchse ungewollt aus dem Presssitz in der Aufnahme des Jochs lösen und axial verrutschen. Dies passiert beispielsweise dann, wenn die Reibkraft zwischen dem Anker und der Führungsbuchse größer ist als die Reibkraft zwischen dem Joch und der Führungsbuchse. Der Spulenträger weist einen um einige zehntel Millimeter größeren Durchmesser als die Führungsbuchse auf, um das Einpressen zu erleichtern und sicherzustellen, dass die Pressverbindung nur zwischen dem Joch und der Führungsbuchse besteht. Nach dem Lösen kann sich die Führungsbuchse folglich relativ leicht in dem Spulenträger bewegen. Die besagten Axialanschläge begrenzen diese Axialbewegung zuverlässig und lassen nur eine geringfügige Bewegung der Führungsbuchse zu.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, weist der Aktorgehäusedeckel einen ringförmigen Vorsprung auf, durch den der zweite Axialanschlag gebildet ist. Der Vorsprung ist ein in Bezug auf den Grundkörper des Aktorgehäusedeckels axial in Richtung der Führungsbuchse erhabener Wandabschnitt, dessen Außendurchmesser größer oder gleich dem Außendurchmesser der Führungsbuchse ist und dessen Innendurchmesser kleiner oder gleich dem Innendurchmesser der Führungsbuchse ist. Durch diesen Anschlag wird ein zu weites Ausrücken der Führungsbuchse aus dem Spulenträger verhindert.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die axiale Bewegung des Ankers durch den zweiten Axialanschlag in der zweiten Axialrichtung begrenzt. Der zweite Axialanschlag, der beispielsweise als ringförmiger Vorsprung an dem Aktorgehäusedeckel ausgebildet sein kann, dient somit dazu, zusätzlich zu der Begrenzung der axialen Verschiebung der Führungsbuchse, die axiale Verschiebung des Ankers in zu der Kontaktkammer entgegengesetzten Richtung zu begrenzen. Dazu ist der Außendurchmesser des ringförmigen Vorsprungs größer oder gleich dem Außendurchmesser der Führungsbuchse und der Innendurchmesser des Vorsprungs kleiner als der Außendurchmesser des Ankers. Somit kann ein Axialanschlag sowohl für die Führungsbuchse als auch für den Anker genutzt werden, woraus sich ein Kostenvorteil ergibt.

In einer hierzu weiterführenden Ausgestaltung der Erfindung ist der Anker in einem nichtgeschalteten Zustand von einer Rückstellfeder gegen den zweiten Axialanschlag gespannt. Der nichtgeschaltete Zustand beschreibt den Zustand, bei dem sich der Anker in seiner Ruheposition befindet und in dem sich die Kontaktbrücke nicht in Kontakt mit den Kontaktelementen befindet. In diesem Zustand ist die Spule nicht bestromt, sodass keine elektromagnetische Kraft auf den Anker wirkt. Die Rückstellfeder bewegt den Anker nach dem Abschalten des elektromagnetischen Aktors aus der geschalteten Position, in dem die Kontaktbrücke an den Kontaktelementen anliegt, zurück in die Ruheposition und hält den Anker in seiner Ruheposition. Durch das Spannen des Ankers gegen den Anschlag, wird insbesondere verhindert, dass der Anker sich ungewollt in der Führungsbuchse bewegt, was bei starker mechanischer Einwirkung, beispielsweise bei einer Fahrt über Kopfsteinpflaster zu einem ungewollten Kontakt zwischen der Kontaktbrücke und den Kontaktelementen und somit zum ungewollten Schließen des Stromkreises führen kann. Ferner werden Störgeräusche vermieden.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Aktorgehäuseteil durch Umspritzen des Aktors mit Kunststoff hergestellt. Durch diese Ausführung wird der Aktor, mit Ausnahme der kleinen Öffnung, durch die das Betätigungselement in die Kontaktkammer ragt, von der Kontaktkammer und von der Umgebung vollständig abgeschirmt. 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. Des Weiteren ergeben sich geringere akustische Emissionen durch die Vermeidung von Resonanzräumen zwischen Aktor und Gehäuse.

Vorzugsweise wird bei der Umspritzung auch der Eisenkreis des elektromagnetischen Aktors radial innen und außen vollständig umspritzt, während der Eisenkreis axial in Richtung zur Kontaktkammer von der axialen Kontaktkammerwand des Aktorgehäuseteils begrenzt ist. Somit wird der Aktor einerseits zur Kontaktkammer radial nach außen begrenzt und der Eisenkreis radial gegenüber der Spule durch den Kunststoff begrenzt. Der Kunststoff füllt dabei die Lücke zwischen der Wicklung der Spule und dem Eisenkreis, so dass auch hier Relativbewegungen zueinander ausgeschlossen werden. Eine Anlage des Eisenkreises zur Wicklung wird ausgeschlossen, da der Kunststoff des Aktorgehäuses radial zwischen dem Eisenkreis und der Spule angeordnet ist und axial der Spulenträger jeweils zwischen der Wicklung und dem Eisenkreis angeordnet ist. So entsteht ein beinahe spaltfreies Aktorgehäuse mit einer hohen Festigkeit bei geringen Wandstärken. Undichtigkeiten werden so zuverlässig vermieden.

Die Rückschlussplatte ist vorzugsweise axial zwischen der Spule beziehungsweise dem Spulenträger und der axialen Kontaktkammerwand angeordnet und liegt gegen die axiale Kontaktkammerwand an, so dass auf zusätzliche Teile verzichtet werden kann. Zudem verstärkt die vorzugsweise metallische Rückschlussplatte die axiale Kontaktkammerwand zusätzlich.

Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn sich das Aktorgehäuseteil an seiner zur Kontaktkammer entgegengesetzten axialen Außenseite zumindest über einen radial äußeren Bereich des Aktors erstreckt und im radial inneren Bereich eine Öffnung aufweist, die durch den Aktrogehäusedeckel, der vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt ist, vollständig geschlossen ist. Entsprechend kann nach dem Umspritzen von dieser Außenseite noch in axialer Richtung die Führungsbuchse in den Spulenträger eingesetzt werden und der Anker in die Buchse eingesetzt werden. Dennoch wird eine hohe Festigkeit und ein nach außen vollständiger Verschluss des Gehäuses erreicht, so dass eine Kontamination von außen oder eine Entgasung nach außen vermieden werden.

In einer hierzu weiterführenden Ausführungsform ist der Aktorgehäusedeckel umlaufend stoffschlüssig, insbesondere durch Kleben, Laserschweißen, Ultraschallschweißen oder Rotationsvibrationsschweißen am Aktorgehäuseteil befestigt. Diese Befestigung weist eine hohe Haltbarkeit auf und ist vollständig dicht, ohne dass zusätzliche Dichtungen eingebracht werden müssen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Führungsbuchse mittels Rollen aus einem Blechmaterial hergestellt. Hierdurch kann die Führungsbüchse kostengünstig aus einem einfachen Blechstreifen hergestellt werden.

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 gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels in geschnittener Darstellung.

Die Figur 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Aktors des erfindungsgemäßen Hochvoltschützes der Figur 1. Die Figur 3 zeigt eine perspektivische Ansicht der Führungsbuchse des erfindungsgemäßen Hochvoltschützes der Figur 1.

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, so dass 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 117 beziehungsweise im Innern des Spulenträgers 116 ist eine Führungsbuchse 34 angeordnet, in der der Anker 122 verschieblich gelagert 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 verschließen 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, 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 in axialer Richtung 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.

Zudem 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 ist und beim Umspritzen des Aktors 112 hergestellt wird und so im vorliegenden Ausführungsbeispiel vier Seitenwände der Kontaktkammer 42 bildet.

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 zylindrischen Aufnahme 132 des Jochs 124 ausgebildet ist, jedoch einen etwas größeren Durchmesser aufweist, damit ausreichend Raum zum Einfügen der Führungsbuchse 34 vorhanden ist.

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

Die geschlitzte Führungsbuchse 34 ist aus einem ferromagnetischen Material hergestellt und in die Aufnahme 132 des Jochs 124 eingepresst. Infolge von thermischer und/oder mechanischer Beanspruchung kann sich die Führungsbuchse 34 ungewollt aus dem Presssitz in der Aufnahme 132 des Jochs 124 lösen. Der Spulenträger 116 weist, um Schäden durch dieses Lösen zu vermeiden, einen ersten Axialanschlag 32 auf, gegen den die Führungsbuchse 34 in einer ersten Endposition anliegt und der durch eine stufenartige Verjüngung der Öffnung 117 im Inneren des Spulenträgers 116 gebildet ist. Der erste Axialanschlag 32 ist auf der der Kontaktkammer 42 axial zugewandten Seite der Führungsbuchse 34 angeordnet und begrenzt die axiale Verschiebung der Führungsbuchse 34 in Richtung der Kontaktkammer 42. Der Aktorgehäusedeckel 80 weist einen zweiten Axialanschlag 36 auf, gegen den die Führungsbuchse 34 in einer zweiten Endposition anliegt. Der zweite Axialanschlag 36 ist durch einen ringförmigen Vorsprung 82 gebildet, der sich von dem Grundkörper 81 des Aktorgehäusedeckels 80 axial in Richtung der Führungsbuchse 34 erstreckt und der die axiale Verschiebung der Führungsbuchse 34 in zur Kontaktkammer 42 entgegengesetzten Richtung begrenzt. Zusätzlich liegt der Anker 122 im Ruhezustand, in dem die Spule 114 nicht bestromt wird, an den zweiten Axialanschlag 36 an und wird von der Rückstellfeder 136 gegen den zweiten Axialanschlag 36 gedrückt. Hierzu erstreckt sich der ringförmige Vorsprung 82 radial innen über den Innendurchmesser der Führungsbuchse 34 hinaus.

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 wird, 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 Kontaktkammerwand 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 gedrückt. 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.

Durch diese Bewegung des Ankers 122 und auftretende Vibrationen oder thermische Einflüsse kann sich die Führungsbuchse 34 lösen. Deren Bewegung wird jedoch durch den aus Kunststoff hergestellten Aktorgehäusedeckel 80 und den aus Kunststoff hergestellten Spulenträger 116 so weit eingeschränkt, dass die Funktion des Schützes vollständig erhalten bleibt und trotz der Verwendung einer ferromagnetischen Führungsbuchse 34 ein Einfluss auf den elektromagnetischen Kreis verhindert 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) mit einer auf einem Spulenträger (116) angeordneten Spule (114) und einem bewegbaren Anker (122), einem Gehäuse (58) mit einem Aktorgehäuseteil (60) und einem Aktorgehäusedeckel (80), in dem der Aktor (112) angeordnet ist, einer Kontaktbrücke (44), die mittels des Aktors (112) in einer Kontaktkammer (42) zumindest in eine erste Position verschiebbar ist, in der ein erstes Kontaktelement (54) mit einem 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, wobei der Anker (120) in einer ferromagnetischen, einen axialen Schlitz (341) aufweisenden Führungsbuchse (34) gleitend geführt ist, die innerhalb des Aktors (112) angeordnet ist, und der Spulenträger (116) einen ersten Axialanschlag (32) aufweist, gegen den die Führungsbuchse (34) in einer ersten Endposition anliegt und der Aktorgehäusedeckel (80) einen zweiten Axialanschlag (36) aufweist, gegen den die Führungsbuchse (34) in einer zweiten Endposition anliegt.

2. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenträger (116) eine zentrale Öffnung (117) aufweist, in der die Führungsbuchse (34) angeordnet ist, wobei der erste Axialanschlag (32) durch eine Verjüngung des Innendurchmessers (d) der Öffnung (32) gebildet ist.

3. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromagnetische Aktor (112) einen die Spule (114) umgebenden Eisenkreis (120) aufweist.

4. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Eisenkreis (120) aus einer Rückschlussplatte (128) und einem iförmigen Joch (124) gebildet ist, dessen freie Schenkel (126) auf der Rückschlussplatte (128) aufliegen.

5. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbuchse (34) in eine Aufnahme (132) des Jochs (124) eingepresst ist.

6. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktorgehäusedeckel (80) einen ringförmigen Vorsprung (82) aufweist, durch den der zweite Axialanschlag (36) gebildet ist.

7. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Bewegung des Ankers (122) durch den zweiten Axialanschlag (36) in der zweiten Axialrichtung begrenzt ist.

8. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einem nichtgeschalteten Zustand der Anker (122) von einer Rückstellfeder (136) gegen den zweiten Axialanschlag (36) gespannt ist.

9. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktorgehäuseteil (60) durch Umspritzen des Aktors (112) mit Kunststoff hergestellt ist.

10. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß einem der Ansprüche 3-9, 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 einer axialen Kontaktkammerwand (69) umgeben ist.

11. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückschlussplatte (128) axial zwischen der Spule (114) und der axialen Kontaktkammerwand (69) angeordnet ist und gegen die axiale Kontaktkammerwand (69) anliegt.

12. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Aktorgehäuseteil (60) an seiner zur Kontaktkammer (42) entgegengesetzten axialen Außenseite (72) zumindest über einen radial äußeren Bereich (74) des Aktors (112) erstreckt und im radial inneren Bereich (76) eine Öffnung (78) aufweist, die durch den Aktorgehäusedeckel (80) vollständig geschlossen ist.

13. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktorgehäusedeckel (80) umlaufend stoffschlüssig am Aktorgehäuseteil (60) befestigt ist.

14. Hochvoltschütz (10) oder Hochvoltrelais gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbuchse (34) mittels Rollen aus einem Blechmaterial hergestellt ist.