WO2019201916A1 - Schaltvorrichtung - Google Patents

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WO2019201916A1
WO2019201916A1 PCT/EP2019/059802 EP2019059802W WO2019201916A1 WO 2019201916 A1 WO2019201916 A1 WO 2019201916A1 EP 2019059802 W EP2019059802 W EP 2019059802W WO 2019201916 A1 WO2019201916 A1 WO 2019201916A1
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switching
switching chamber
switching device
polymer material
contacts
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PCT/EP2019/059802
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French (fr)
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Robert Hoffmann
Frank Werner
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Tdk Electronics Ag
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    • H01H9/34—Stationary parts for restricting or subdividing the arc, e.g. barrier plate
    • H01H9/346—Details concerning the arc formation chamber

Definitions

  • the switching device is in particular as a through
  • Switching device can be activated via a control circuit and can switch a load circuit.
  • the switching device can be designed as a relay or as a contactor, in particular as a power contactor.
  • the switching device as a gas-filled
  • Motor vehicles such as electrically or partially electric motor vehicles. These can, for example, purely battery-powered vehicles (BEV: "Battery Electric
  • outgassing plastics such as unsaturated polyester or nylon in the vicinity of an arc can lead to an improvement in the quenching behavior.
  • the disadvantage of these outgassing plastics is their high
  • Carbon content which can lead to conductive deposits on the chamber inner wall, in particular by the formation of graphite, upon evaporation of the plastic and thus the
  • At least one object of certain embodiments is to provide a switching device, more preferably a switching device, can be avoided in the described disadvantages of the prior art, or at least reduced.
  • a switching device has at least one fixed contact and at least one movable contact.
  • the at least one stationary contact and the at least one movable contact are provided and configured to switch on and off a load circuit that can be connected to the switching device.
  • the movable contact is in the switching device according to such between a non-switching state and a switching state of the switching device
  • the switching device has at least two fixed
  • Switching device are arranged and in this way, depending on the state of the movable contact by the movable contact electrically conductively connected or electrically isolated from each other.
  • the movable contact can in particular be arranged completely in the housing.
  • the fact that a fixed contact is arranged in the housing can mean, in particular, that at least the contact area of the fixed contact that is in the
  • movable contact is disposed within the housing.
  • Switching device to be switched circuit can be arranged in the housing fixed contact from the outside, ie from outside the housing, be electrically contacted.
  • a fixed contact arranged in the housing can protrude with a part out of the housing and outside the housing a connection possibility for a supply line
  • the contacts are arranged in a gas atmosphere in the housing. That can
  • the switching device is arranged completely in the gas atmosphere in the housing and further that at least parts of or the fixed contacts, such as the one or more contact areas of the fixed contacts or are arranged in the gas atmosphere in the housing.
  • the switching device may correspondingly particularly preferably be a gas-filled switching device, such as a gas-filled contactor.
  • the contacts that is to say the moving contact completely and at least parts of the fixed contact or contacts, are in one
  • the gas may preferably have a proportion of at least 50% H2.
  • the gas may comprise an inert gas, more preferably N2 and / or one or more noble gases.
  • the switching chamber may have a switching chamber bottom and a
  • the movable contact may be connected to an axis, wherein the axis through a
  • the opening in the switching chamber floor protrudes.
  • Switching chamber wall may have at least one opening, wherein the at least one fixed contact may protrude through the opening in the switching chamber wall. Rejects that
  • Switching device comprises a plurality of fixed contacts, the switching chamber wall may preferably for each of the fixed
  • Switching chamber wall may be particularly preferably formed cap-shaped and one or more parts.
  • Switching chamber floor may particularly preferably be plate-like and also be one or more parts.
  • Switching chamber wall also be formed reversed. Furthermore, it may also be possible that the switching chamber bottom and the switching chamber wall are both cap-shaped.
  • the switching chamber has at least partially a polymer material from which hydrogen can be released when heated.
  • the polymer material may be formed such that by an arc, as in a switching operation in the
  • Switching chamber can occur, hydrogen can be released.
  • the additional liberated hydrogen particularly preferably in the form of H 2, an arc extinguishing chamber in the switching can be improved.
  • the switching chamber bottom may at least partially comprise the polymer material. This may mean that the switching chamber floor is a plastic sign from the
  • Polymer material may have. Furthermore, the
  • Switching chamber bottom also be formed from the polymer material.
  • a part of the switching chamber wall can
  • Switching chamber wall also be formed from the polymer material.
  • POM polyoxymethylene
  • the polymeric material is a POM.
  • POM is a semi-crystalline, largely linear, through
  • the polymer material can be produced thermoplastic with the recurring building block -CHR-O-, wherein R denotes an organic radical.
  • the polymer material particularly preferably has the structure (CH 2 O) n , ie with hydrogen as the radical R, or is formed thereby.
  • the polymer material may accordingly be distinguished by a comparatively low carbon content and a very low tendency to form graphite.
  • By the same proportions of carbon and oxygen, in particular in the case of (CH 2 O) n predominantly gaseous CO and H 2 can be formed in a heat and in particular an arc-induced decomposition. As a result, there are hardly any leaders
  • At least one blowing magnet is arranged in the switching chamber, which may particularly preferably be formed by a permanent magnet. Furthermore, several blowing magnets may also be present. In the case of a shutdown of the switching device under load, so a spatial separation of the movable contact and the one or more fixed contacts while the load current is still flowing, the resulting arc is deflected by the or the blowing magnets and from the
  • Switching chamber floor reach.
  • this part which is preferably made of the polymer material described, ie in particular with or from POM, then additional hydrogen can be released as described above, so that extinguishment of the arc can be accelerated.
  • Figures 1A and 1B are schematic representations of a
  • Figure 2 is a schematic representation of a part of a
  • FIGS. 1A and 1B show an exemplary embodiment of a switching device 100 which is used, for example, for
  • the switching device 100 has, in a housing 1, two fixed contacts 2, 3 and a movable contact 4.
  • the movable contact 4 is as a contact plate
  • the housing 1 serves primarily as a shock protection for the components arranged in the interior and comprises or is made of a plastic, for example polybutylene terephthalate (PBT) or glass-filled PBT.
  • PBT polybutylene terephthalate
  • the contacts 2, 3, 4 can be
  • FIGS. 1A and 1B the switching device 100 is shown in an idle state, in which the movable contact 4 is spaced from the stationary contacts 2, 3, so that the contacts 2, 3, 4 are galvanically separated from each other.
  • switch contacts and in particular their geometry are to be understood as purely exemplary and not restrictive.
  • switching contacts can also be designed differently. For example, it may be possible that only one of the switching contacts is fixed.
  • the switching device 100 has a movable armature 5, which essentially completes the switching movement.
  • the magnet armature 5 has a magnetic core 6,
  • the armature 5 has an axis 7, which is guided by the magnetic core 6 and is fixedly connected to the magnetic core 6 at an axis end. At the other, the magnetic core 6 opposite axis, the armature 5, the movable contact 4, the
  • the axis 7 can be made for example with or stainless steel.
  • the magnetic core 6 is surrounded by a coil 8.
  • An externally aufschaltbarer current flow in the coil 8 generates a movement of the magnetic core 6 and thus the entire armature 5 in the axial direction until the movable
  • the magnet armature 5 thus moves from a first position, which corresponds to the idle state and at the same time the separating, ie non-switching state, into a second position, which corresponds to the active, ie through-switching state.
  • the armature 5 may alternatively also perform a rotational movement.
  • the armature 5 may be formed in particular as a tie rod or hinged armature. To guide the axis 7 and thus the magenta tanker 5, the
  • Switching device 100 a yoke 9, the pure iron or a low-doped iron alloy or may be therefrom and forms a part of the magnetic circuit.
  • the yoke 9 has an opening in which the axis 7 is guided. If the current flow in the coil 8 is interrupted, the armature 5 is moved by one or more springs 10 back to the first position. The switching device 100 is then again in the idle state, in which the contacts 2, 3, 4 are open.
  • the contacts 2, 3, 4 are arranged in a gas atmosphere, so that the switching device 100 as a gas-filled relay or gas-filled contactor
  • the contacts 2, 3, 4 are arranged within a switching chamber 11, formed by a switching chamber wall 12 and a switching chamber bottom 13, in a hermetically sealed part of the housing 1.
  • Housing 1 surrounds the armature 5 and the contacts 2, 3, 4 completely.
  • the hermetically sealed part of the housing 1 and thus also the switching chamber 11 are connected to a gas 14th filled.
  • the gas 14, which can be filled through a gas filler neck 15 during the production of the switching device 100, may particularly preferably be hydrogen-containing.
  • the gas 14 may have at least 50% or more H2 in an inert gas such as N2 and / or one or more noble gases, since hydrogen-containing gas may promote the extinction of arcing.
  • the switching chamber wall 12 is cap-shaped and may be one or more parts.
  • the switching chamber floor 13 is plate-like and may also be one or more parts. Through openings in the switching chamber bottom 13 and in the switching chamber wall 12, the axis 7 connected to the movable contact 4 and the stationary contacts 2, 3 can project through the said parts.
  • Switching chamber floor 13 thus surround a space in which the switching operations take place.
  • the switching chamber 11 at least partially on a polymer material from which hydrogen can be released when heated.
  • the polymer material is designed such that hydrogen can be released by an arc which impinges on the polymer material, so that it can come to an improvement of the arc quenching by the additionally released hydrogen, particularly preferably in the form of H2.
  • the polymer material comprises or is formed by a polyoxymethylene (POM), in particular having the structure (CH 2 O) n .
  • POM polyoxymethylene
  • such a polymer material is characterized by a low compared to other polymers Carbon content and a very low tendency to graphite formation, wherein in a particular arc induced decomposition predominantly gaseous CO and H2 arise.
  • the switching chamber floor 13 has the
  • Arc can reach the underlying flange arc.
  • the switching chamber bottom 13 can be formed as a whole from the polymer material.
  • parts of the switching chamber wall 12 or even the switching chamber wall 12 may be formed as a whole with or from the polymer material.
  • one or more blowing magnets 16 can be arranged within the switching chamber, that is to say preferably permanent magnets which can cause an extension of the arc gap and a deflection of the arcs from the region between the contacts.
  • Arcs may in particular also reach a part of the switching chamber, for example the switching chamber bottom or the switching chamber wall. By heating this up Part, with or preferred from the described
  • Polymer material ie in particular with or from POM, then, as described above, additional hydrogen can be released, so that extinguishment of the arc can be accelerated.
  • Embodiments are combined with each other, even if not all combinations are explicitly described.

Landscapes

  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
  • Contacts (AREA)

Abstract

Es wird eine Schaltvorrichtung (100) angegeben, die zumindest einen feststehenden Kontakt (2, 3) und einen beweglichen Kontakt (4) in einer Schaltkammer (11) mit einem Gas (14) aufweist, das H2 enthält, wobei die Schaltkammer (11) eine Schaltkammerwand (12) und einen Schaltkammerboden (13) aufweist und die Schaltkammer (11) zumindest teilweise ein Polymermaterial aufweist, aus dem bei Erwärmung Wasserstoff freigesetzt werden kann.

Description

Beschreibung
SchaltVorrichtung
Es wird eine Schaltvorrichtung angegeben.
Die Schaltvorrichtung ist insbesondere als ein durch
elektrisch leitenden Strom betreibbarer, elektromagnetisch wirkender, fernbetätigter Schalter ausgebildet. Die
Schaltvorrichtung kann über einen Steuerstromkreis aktiviert werden und kann einen Laststromkreis schalten. Insbesondere kann die Schaltvorrichtung als Relais oder als Schütz, insbesondere als Leistungsschütz, ausgebildet sein. Besonders bevorzugt kann die Schaltvorrichtung als gasgefüllter
Leistungsschütz ausgebildet sein.
Eine mögliche Anwendung von derartigen Schaltvorrichtungen, insbesondere von Leistungsschützen, ist das Öffnen und
Trennen von Batteriestromkreisen, beispielsweise in
Kraftfahrzeugen wie etwa elektrisch oder teilelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen. Diese können beispielsweise rein batteriebetriebene Fahrzeuge (BEV: „Battery Electric
Vehicle") , über eine Steckdose oder Ladestation aufladbare Hybrid-Elektrofahrzeuge (PHEV: „Plug-in Hybrid Electric
Vehicle") und Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEV: „Hybrid Electric Vehicle") sein. Dabei werden in der Regel sowohl der Plus- als auch der Minuskontakt der Batterie mit Hilfe eines
Leistungsschützes getrennt. Diese Auftrennung erfolgt im Regelbetrieb beispielsweise im Ruhezustand des Fahrzeuges sowie auch im Falle einer Störung wie etwa einem Unfall oder ähnlichem. Dabei ist es die Hauptaufgabe des
Leistungsschützes, das Fahrzeug spannungsfrei zu schalten und den Stromfluss zu unterbrechen. Insbesondere im Störfall treten beim Unterbrechen des Stromes Schaltlichtbögen auf. Diese gilt es zu löschen, um den Stromfluss sicher zu
unterbrechen und einer Zerstörung des Schalters
entgegenzuwirken .
Zum Löschen des Lichtbogens werden üblicherweise eine
wasserstoffhaltige Gasfüllung sowie zusätzlich im Bereich der auftretenden Lichtbögen zusätzliche Permanentmagnete, sogenannte Blasmagnete eingesetzt, die eine Ablenkung der Lichtbögen bewirken können. Beispielsweise beschreibt die Druckschrift EP 1 168 392 Al solche Blasmagnete.
Weiterhin können ausgasende Kunststoffe wie ungesättigtes Polyester oder Nylon in der Nähe eines Lichtbogens zu einer Verbesserung des Löschverhaltens führen. Der Nachteil dieser ausgasenden Kunststoffe ist jedoch ihr hoher
Kohlenstoffanteil , der bei Verdampfen des Kunststoffes zu leitenden Belägen auf der Kammerinnenwand, insbesondere durch die Bildung von Graphit, führen kann und dadurch die
Isolationsfestigkeit beeinträchtigen oder im schlimmsten Fall zu einem Kurzschluss der Kontakte führen kann.
Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, eine Schaltvorrichtung anzugeben, besonders bevorzugt eine Schaltvorrichtung, bei der beschriebene Nachteile des Standes der Technik vermieden oder zumindest verringert werden können.
Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand gemäß dem
unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen und Weiterbildungen des Gegenstands sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor .
Gemäß einer Ausführungsform weist eine Schaltvorrichtung zumindest einen feststehenden Kontakt und zumindest einen beweglichen Kontakt auf. Der zumindest eine feststehende Kontakt und der zumindest eine bewegliche Kontakt sind dazu vorgesehen und eingerichtet, einen an die Schaltvorrichtung anschließbaren Laststromkreis ein- und auszuschalten. Der bewegliche Kontakt ist in der Schaltvorrichtung entsprechend derart zwischen einem nicht-durchschaltenden Zustand und einem durchschaltenden Zustand der Schaltvorrichtung
bewegbar, dass der bewegliche Kontakt im nicht- durchschaltenden Zustand der Schaltvorrichtung vom zumindest einen feststehenden Kontakt beabstandet und damit galvanisch getrennt ist und im durchschaltenden Zustand einen
mechanischen Kontakt zum zumindest einen feststehenden
Kontakt aufweist und damit galvanisch mit dem zumindest einen feststehenden Kontakt verbunden ist. Besonders bevorzugt weist die Schaltvorrichtung zumindest zwei feststehende
Kontakte auf, die voneinander getrennt in der
Schaltvorrichtung angeordnet sind und die auf diese Weise je nach Zustand des beweglichen Kontakts durch den beweglichen Kontakt elektrisch leitend miteinander verbunden oder elektrisch voneinander getrennt sein können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die
Schaltvorrichtung ein Gehäuse auf, in dem der bewegliche Kontakt und der zumindest eine feststehende Kontakt oder die zumindest zwei feststehenden Kontakte angeordnet sind. Der bewegliche Kontakt kann insbesondere vollständig im Gehäuse angeordnet sein. Dass ein feststehender Kontakt im Gehäuse angeordnet ist, kann insbesondere bedeuten, dass zumindest der Kontaktbereich des feststehenden Kontakts, der im
durchschaltenden Zustand in mechanischem Kontakt zum
beweglichen Kontakt steht, innerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Zum Anschluss einer Zuleitung eines durch die
Schaltvorrichtung zu schaltenden Stromkreises kann ein im Gehäuse angeordneter feststehender Kontakt von außen, also von außerhalb des Gehäuses, elektrisch kontaktierbar sein. Hierzu kann ein im Gehäuse angeordneter feststehender Kontakt mit einem Teil aus dem Gehäuse herausragen und außerhalb des Gehäuses eine Anschlussmöglichkeit für eine Zuleitung
aufweisen .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Kontakte in einer Gasatmosphäre im Gehäuse angeordnet. Das kann
insbesondere bedeuten, dass der bewegliche Kontakt
vollständig in der Gasatmosphäre im Gehäuse angeordnet ist und dass weiterhin zumindest Teile des oder der feststehenden Kontakte, etwa der oder die Kontaktbereiche des oder der feststehenden Kontakte, in der Gasatmosphäre im Gehäuse angeordnet sind. Die Schaltvorrichtung kann entsprechend besonders bevorzugt eine gasgefüllte Schaltvorrichtung wie etwa ein gasgefülltes Schütz sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Kontakte, das bedeutet der bewegliche Kontakt vollständig sowie zumindest Teile des oder der feststehenden Kontakte, in einer
Schaltkammer innerhalb des Gehäuses angeordnet, in der sich das Gas, also zumindest ein Teil der Gasatmosphäre, befindet. Das Gas kann bevorzugt einen Anteil von zumindest 50% H2 aufweisen. Zusätzlich zum Wasserstoff kann das Gas ein inertes Gas aufweisen, besonders bevorzugt N2 und/oder eines oder mehrere Edelgase. Die Schaltkammer kann einen Schaltkammerboden und eine
Schaltkammerwand aufweisen. Der bewegliche Kontakt kann mit einer Achse verbunden sein, wobei die Achse durch eine
Öffnung im Schaltkammerboden hindurchragt. Die
Schaltkammerwand kann zumindest eine Öffnung aufweisen, wobei der zumindest eine feststehende Kontakt durch die Öffnung in der Schaltkammerwand hindurchragen kann. Weist die
Schaltvorrichtung mehrere feststehende Kontakte auf, kann die Schaltkammerwand bevorzugt für jeden der feststehenden
Kontakte eine entsprechende Öffnung aufweisen. Die
Schaltkammerwand kann besonders bevorzugt kappenförmig ausgeformt und ein- oder mehrteilig sein. Der
Schaltkammerboden kann besonders bevorzugt plattenartig ausgebildet und ebenfalls ein- oder mehrteilig sein.
Alternativ können der Schaltkammerboden und die
Schaltkammerwand auch umgekehrt ausgeformt sein. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass der Schaltkammerboden und die Schaltkammerwand beide kappenförmig ausgebildet sind.
Unabhängig von der Form der Schaltkammerwand und dem
Schaltkammerboden können diese besonders bevorzugt so
zueinander angeordnet sein, dass ein bis auf die vorab beschriebenen Öffnungen umschlossener Raum gebildet wird, in dem die weiter oben beschriebenen Schaltvorgänge stattfinden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Schaltkammer zumindest teilweise ein Polymermaterial auf, aus dem bei Erwärmung Wasserstoff freigesetzt werden kann. Insbesondere kann das Polymermaterial derart ausgebildet sein, dass durch einen Lichtbogen, wie er bei einem Schaltvorgang in der
Schaltkammer auftreten kann, Wasserstoff freigesetzt werden kann. Der zusätzlich freigesetzte Wasserstoff, besonders bevorzugt in Form von H2, kann eine Lichtbogenlöschung in der Schaltkammer verbessern. Beispielsweise kann der Schaltkammerboden zumindest teilweise das Polymermaterial aufweisen. Das kann bedeuten, dass der Schaltkammerboden ein KunststoffSchild aus dem
Polymermaterial aufweisen kann. Weiterhin kann der
Schaltkammerboden auch aus dem Polymermaterial gebildet sein.
Alternativ oder zusätzlich kann die Schaltkammerwand
zumindest teilweise das Polymermaterial aufweisen.
Insbesondere kann ein Teil der Schaltkammerwand das
Polymermaterial aufweisen. Weiterhin kann die
Schaltkammerwand auch aus dem Polymermaterial gebildet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das
Polymermaterial ein Polyoxymethylen (POM) auf. Besonders bevorzugt ist das Polymermaterial ein POM. POM ist ein teilkristalliner, weitgehend linearer, durch
Kettenpolymerisation oder Kettencopolymerisation
herstellbarer Thermoplast mit dem wiederkehrenden Baustein -CHR-O-, wobei R einen organischen Rest bezeichnet. Besonders bevorzugt weist das Polymermaterial die Struktur (CH20)n auf, also mit Wasserstoff als Rest R, oder wird dadurch gebildet. Das Polymermaterial kann sich entsprechend durch einen vergleichsweise geringen Kohlenstoffanteil und eine sehr geringe Neigung zur Graphitbildung auszeichnen. Durch die gleichen Anteile von Kohlenstoff und Sauerstoff insbesondere bei (CH2O) n können bei einer Wärme- und insbesondere einer Lichtbogen-induzierten Zersetzung überwiegend gasförmiges CO und H2 entstehen. Folglich entstehen also kaum leitende
Wandbeläge und der zusätzliche Wasserstoff verstärkt die Bogenlöschung . Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist in der Schaltkammer zumindest ein Blasmagnet angeordnet, der besonders bevorzugt durch einen Permanentmagnet gebildet sein kann. Weiterhin können auch mehrere Blasmagnete vorhanden sein. Im Falle eines Abschaltvorgangs der Schaltvorrichtung unter Last, also einer räumlichen Trennung des beweglichen Kontakt und des einen oder der mehreren feststehenden Kontakte bei noch fließendem Laststrom, wird der dabei entstehende Lichtbogen durch den oder die Blasmagnete ausgelenkt und aus dem
Kontaktbereich herausgetrieben. Dabei kann er insbesondere auch einen Teil der Schaltkammer, beispielsweise den
Schaltkammerboden, erreichen. Durch Aufheizung dieses Teils, der bevorzugt aus dem beschriebenen Polymermaterial, also insbesondere mit oder aus POM, ist, kann dann wie vorab beschrieben zusätzlicher Wasserstoff freigesetzt werden, so dass ein Verlöschen des Lichtbogens beschleunigt werden kann.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und
Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in
Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispielen .
Es zeigen:
Figuren 1A und 1B schematische Darstellungen einer
Schaltvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel und
Figur 2 eine schematische Darstellung eines Teils einer
Schaltvorrichtung gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel .
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
In den Figuren 1A und 1B ist ein Ausführungsbeispiel für eine Schaltvorrichtung 100 gezeigt, die beispielsweise zum
Schalten starker elektrischer Ströme und/oder hoher
elektrischer Spannungen eingesetzt werden kann und die ein Relais oder Schütz, insbesondere ein Leistungsschütz, sein kann. In Figur 1A ist eine dreidimensionale
Schnittdarstellung gezeigt, während in Figur 1B eine
zweidimensionale Schnittdarstellung dargestellt ist. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich gleichermaßen auf die Figuren 1A und 1B. Die gezeigten Geometrien sind nur
exemplarisch und nicht beschränkend zu verstehen und können auch alternativ ausgebildet sein.
Die Schaltvorrichtung 100 weist in einem Gehäuse 1 zwei feststehende Kontakte 2, 3 und einen beweglichen Kontakt 4 auf. Der bewegliche Kontakt 4 ist als Kontaktplatte
ausgebildet. Die feststehenden Kontakte 2, 3 bilden zusammen mit dem beweglichen Kontakt 4 die Schaltkontakte . Das Gehäuse 1 dient vornehmlich als Berührschutz für die im Inneren angeordneten Komponenten und weist einen Kunststoff auf oder ist daraus, beispielsweise Polybutylenterephthalat (PBT) oder Glas-gefülltes PBT. Die Kontakte 2, 3, 4 können
beispielsweise mit oder aus Cu, einer Cu-Legierung oder einer Mischung von Kupfer mit zumindest einem weiteren Metall, beispielsweise Wo, Ni und/oder Cr, sein. In den Figuren 1A und 1B ist die Schaltvorrichtung 100 in einem Ruhezustand gezeigt, in dem der bewegliche Kontakt 4 von den feststehenden Kontakten 2, 3 beabstandet ist, so dass die Kontakte 2, 3, 4 galvanisch voneinander getrennt sind.
Die gezeigte Ausführung der Schaltkontakte und insbesondere deren Geometrie sind rein beispielhaft und nicht beschränkend zu verstehen. Alternativ können die Schaltkontakte auch anders ausgebildet sein. Beispielsweise kann es möglich sein, dass nur einer der Schaltkontakte feststehend ausgebildet ist .
Die Schaltvorrichtung 100 weist einen beweglichen Magnetanker 5 auf, der im Wesentlichen die Schaltbewegung vollzieht. Der Magnetanker 5 weist einen magnetischen Kern 6 auf,
beispielsweise mit oder aus einem ferromagnetischen Material. Weiterhin weist der Magnetanker 5 eine Achse 7 auf, die durch den magnetischen Kern 6 geführt ist und an einem Achsenende fest mit dem magnetischen Kern 6 verbunden ist. Am anderen, dem magnetischen Kern 6 gegenüberliegenden Achsenende weist der Magnetanker 5 den beweglichen Kontakt 4 auf, der
ebenfalls mit der Achse 7 verbunden ist. Die Achse 7 kann beispielsweise mit oder aus Edelstahl gefertigt sein.
Der magnetische Kern 6 ist von einer Spule 8 umgeben. Ein von außen aufschaltbarer Stromfluss in der Spule 8 erzeugt eine Bewegung des magnetischen Kerns 6 und damit des gesamten Magnetankers 5 in axialer Richtung, bis der bewegliche
Kontakt 4 die feststehenden Kontakte 2, 3 kontaktiert. Der Magnetanker 5 bewegt sich somit von einer ersten Position, die dem Ruhezustand und gleichzeitig dem trennenden, also nicht-durchschaltendem Zustand entspricht, in eine zweite Position, die dem aktiven, also durchschaltenden Zustand entspricht. Im aktiven Zustand sind die Kontakte 2, 3, 4 galvanisch miteinander verbunden. In einer anderen Ausführungsform kann der Magnetanker 5 alternativ auch eine Drehbewegung ausführen. Der Magnetanker 5 kann insbesondere als Zuganker oder Klappanker ausgebildet sein. Zur Führung der Achse 7 und damit des Magentankers 5 weist die
Schaltvorrichtung 100 ein Joch 9 auf, das Reineisen oder eine niedrig dotierte Eisenlegierung aufweisen oder daraus sein kann und das einen Teil des magnetischen Kreises bildet. Das Joch 9 weist eine Öffnung auf, in der die Achse 7 geführt wird. Wird der Stromfluss in der Spule 8 unterbrochen, wird der Magnetanker 5 durch eine oder mehrere Federn 10 wieder in die erste Position bewegt. Die Schaltvorrichtung 100 befindet sich dann wieder im Ruhezustand, in dem die Kontakte 2, 3, 4 geöffnet sind.
Beim Öffnen der Kontakte 2, 3, 4 kann ein Lichtbogen
entstehen, der die Kontaktflachen beschädigen kann. Dadurch kann die Gefahr bestehen, dass die Kontakte 2, 3, 4 durch eine durch den Lichtbogen hervorgerufene Verschweißung aneinander „kleben" bleiben und nicht mehr voneinander getrennt werden. Um die Entstehung derartiger Lichtbögen zu verhindern oder wenigstens um die Löschung von auftretenden Lichtbögen zu unterstützen, sind die Kontakte 2, 3, 4 in einer Gasatmosphäre angeordnet, so dass die Schaltvorrichtung 100 als gasgefülltes Relais oder gasgefüllter Schütz
ausgebildet ist. Hierzu sind die Kontakte 2, 3, 4 innerhalb einer Schaltkammer 11, gebildet durch eine Schaltkammerwand 12 und einen Schaltkammerboden 13, in einem hermetisch abgeschlossenen Teil des Gehäuses 1 angeordnet. Das Gehäuse 1 und insbesondere der hermetisch abgeschlossene Teil des
Gehäuses 1 umgibt den Magnetanker 5 und die Kontakte 2, 3, 4 vollständig. Der hermetisch abgeschlossene Teil des Gehäuses 1 und damit auch die Schaltkammer 11 sind mit einem Gas 14 gefüllt. Das Gas 14, das durch einen Gasfüllstutzen 15 im Rahmen der Herstellung der Schaltvorrichtung 100 eingefüllt werden kann, kann besonders bevorzugt Wasserstoff-haltig sein. Insbesondere kann das Gas 14 zumindest 50% oder mehr H2 in einem inerten Gas wie N2 und/oder einem oder mehreren Edelgasen aufweisen, da Wasserstoff-haltiges Gas die Löschung von Lichtbögen fördern kann.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Schaltkammerwand 12 kappenförmig ausgebildet und kann ein- oder mehrteilig sein. Der Schaltkammerboden 13 ist plattenartig ausgebildet und kann ebenfalls ein- oder mehrteilig sein. Durch Öffnungen im Schaltkammerboden 13 und in der Schaltkammerwand 12 können die mit dem beweglichen Kontakt 4 verbundene Achse 7 sowie die feststehenden Kontakte 2, 3 durch die besagten Teile hindurchragen. Die Schaltkammerwand 12 und der
Schaltkammerboden 13 umgeben somit einen Raum, in dem die Schaltvorgänge stattfinden. Alternativ zum gezeigten
Ausführungsbeispiel sind auch andere Geometrien der
Schaltkammerwand 12 und des Schaltkammerbodens 13 möglich.
Weiterhin weist die Schaltkammer 11 zumindest teilweise ein Polymermaterial auf, aus dem bei Erwärmung Wasserstoff freigesetzt werden kann. Insbesondere ist das Polymermaterial derart ausgebildet, dass durch einen Lichtbogen, der auf das Polymermaterial trifft, Wasserstoff freigesetzt werden kann, so dass es durch den zusätzlich freigesetzten Wasserstoff, besonders bevorzugt in Form von H2, zu einer Verbesserung der Lichtbogenlöschung kommen kann. Das Polymermaterial weist ein Polyoxymethylen (POM) auf, insbesondere mit der Struktur (CH2O) n, oder wird dadurch gebildet. Wie im allgemeinen Teil beschrieben ist, zeichnet sich ein solches Polymermaterial durch einen im Vergleich zu anderen Polymeren geringen Kohlenstoffanteil und eine sehr geringe Neigung zu Graphitbildung aus, wobei bei einer insbesondere Lichtbogen induzierten Zersetzung überwiegend gasförmiges CO und H2 entstehen .
Besonders bevorzugt weist der Schaltkammerboden 13 das
Polymermaterial auf. Beispielsweise kann ein einen Teil des Schaltkammerbodens 13 bildender Polymerschild mit und
bevorzugt aus dem Polymermaterial verhindern, dass ein
Lichtbogen den darunter liegenden Flanschbogen erreichen kann. Weiterhin kann auch der Schaltkammerboden 13 als Ganzes aus dem Polymermaterial gebildet sein. Alternativ oder zusätzlich können auch Teile der Schaltkammerwand 12 oder auch die Schaltkammerwand 12 als Ganzes mit oder aus dem Polymermaterial gebildet sein. Die nicht durch das
beschriebene Polymermaterial gebildeten Teile der
Schaltkammer 11, also insbesondere nicht durch das
beschriebene Polymermaterial gebildeten Teile der
Schaltkammerwand 12 und/oder des Schaltkammerbodens 13, können beispielsweise mit oder aus einem Metalloxid wie etwa AI2O3 gefertigt sein.
In Figur 2 ist ein Ausschnitt der in der Schaltkammer
angeordneten Kontakte 2, 4 gezeigt, wobei die Darstellung der Figur 2 um 90° zu den Schnittebenen der Figuren 1A und 1B gedreht ist. Wie in Figur 2 angedeutet ist, können innerhalb der Schaltkammer ein oder mehrere Blasmagnete 16 angeordnet sein, also bevorzugt Permanentmagnete, die eine Verlängerung der Lichtbogenstrecke sowie ein Auslenken der Lichtbögen aus dem Bereich zwischen den Kontakten bewirken können. Die
Lichtbögen können dabei insbesondere auch einen Teil der Schaltkammer, beispielsweise den Schaltkammerboden oder die Schaltkammerwand, erreichen. Durch die Aufheizung dieses Teils, der mit oder bevorzugt aus dem beschriebenen
Polymermaterial, also insbesondere mit oder aus POM, ist, kann dann wie vorab beschrieben zusätzlicher Wasserstoff freigesetzt werden, so dass ein Verlöschen des Lichtbogens beschleunigt werden kann.
Die in den in Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Merkmale und Ausführungsbeispiele können gemäß weiteren
Ausführungsbeispielen miteinander kombiniert werden, auch wenn nicht alle Kombinationen explizit beschrieben sind.
Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren
beschriebenen Ausführungsbeispiele alternativ oder zusätzlich weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen .
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste
1 Gehäuse
2, 3 feststehender Kontakt
4 beweglicher Kontakt
5 Magnetanker
6 magnetischer Kern 7 Achse
8 Spule
9 Joch
10 Feder
11 Schaltkammer
12 Schaltkämmerwand 13 Scha1tkämmerboden
14 Gas
15 Gasfüllstutzen
16 Blasmagnet
100 SchaltVorrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Schaltvorrichtung (100), aufweisend zumindest einen
feststehenden Kontakt (2, 3) und einen beweglichen
Kontakt (4) in einer Schaltkammer (11) mit einem Gas (14), das H2 enthält, wobei
die Schaltkammer (11) eine Schaltkammerwand (12) und einen Schaltkammerboden (13) aufweist und
die Schaltkammer (11) zumindest teilweise ein Polymermaterial aufweist, aus dem bei Erwärmung Wasserstoff freigesetzt werden kann.
2. Schaltvorrichtung (100) nach dem vorherigen Anspruch, wobei der Schaltkammerboden (13) zumindest teilweise das Polymermaterial aufweist.
3. Schaltvorrichtung (100) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei der Schaltkammerboden (13) ein
KunststoffSchild aus dem Polymermaterial aufweist.
4. Schaltvorrichtung (100) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei der Schaltkammerboden (13) aus dem Polymermaterial gebildet ist.
5. Schaltvorrichtung (100) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei die Schaltkammerwand (12) zumindest teilweise das Polymermaterial aufweist.
6. Schaltvorrichtung (100) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei die Schaltkammerwand (12) aus dem
Polymermaterial gebildet ist.
7. Schaltvorrichtung (100) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei das Polymermaterial ein Polyoxymethylen aufweist .
8. Schaltvorrichtung (100) nach dem vorherigen Anspruch, wobei das Polyoxymethylen die Struktur (CH20)n aufweist.
9. Schaltvorrichtung (100) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei in der Schaltkammer (11) zumindest ein Blasmagnet angeordnet ist.
10. Schaltvorrichtung (100) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei das Gas einen Anteil von zumindest 50% H2 aufweist.
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