WO2022008166A1 - Schalteinrichtung mit betätigungseinheit, bordnetz sowie kraftfahrzeug - Google Patents

Schalteinrichtung mit betätigungseinheit, bordnetz sowie kraftfahrzeug Download PDF

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WO2022008166A1
WO2022008166A1 PCT/EP2021/065885 EP2021065885W WO2022008166A1 WO 2022008166 A1 WO2022008166 A1 WO 2022008166A1 EP 2021065885 W EP2021065885 W EP 2021065885W WO 2022008166 A1 WO2022008166 A1 WO 2022008166A1
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switching
switching contact
contact
designed
switching device
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PCT/EP2021/065885
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Ingo Scherer
Florian Pritscher
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • H01H89/00—Combinations of two or more different basic types of electric switches, relays, selectors and emergency protective devices, not covered by any single one of the other main groups of this subclass

Definitions

  • Switching device with operating unit, vehicle electrical system and motor vehicle
  • the invention relates to a switching device for an on-board network of an electrically driven motor vehicle.
  • the invention also relates to an on-board network and a motor vehicle.
  • vehicle electrical systems in particular high-voltage vehicle electrical systems, for electrically driven motor vehicles.
  • vehicle electrical systems have vehicle electrical system components, for example electric motors, air conditioning systems, headlights, energy stores, etc., which are electrically connected to one another via supply lines. If a vehicle electrical system component is defective or faulty, it can happen that a fault current in the form of an overcurrent flows via the associated supply line, which can further damage the supply line of the defective vehicle electrical system component and the defective vehicle electrical system component itself.
  • switching devices which can be triggered when the overcurrent is present and disconnect the defective vehicle electrical system component from the vehicle electrical system.
  • Such switching devices can have relays or contactors and fuses, for example.
  • the focus is usually on a high switch-off capability, not on a high current-carrying capacity, since the interaction between the contactor or relay and the safety fuse means that a complete switch-off characteristic must be implemented.
  • a switching device for a vehicle electrical system of an electrically drivable motor vehicle has an electromechanical switch which is designed to connect and interrupt a supply line of the vehicle electrical system.
  • the electromechanical switch has a stationary first switching contact, a movable second switching contact and an actuating unit with a mechanical force transmission element and a drive element.
  • the drive element is designed to move the force transmission element along a travel path.
  • the force transmission element moved along the adjustment path is designed to act mechanically on the second switching contact and to move it to the first switching contact.
  • the force transmission element is designed at the end of the adjustment path to apply a contact pressure to the second switch contact for pressing against the first switch contact without further drive by the drive element.
  • the invention also relates to a vehicle electrical system for a motor vehicle with at least two vehicle electrical system components, with at least one supply line electrically connecting the vehicle electrical system components and with at least one switching device according to the invention.
  • the vehicle electrical system is in particular a high-voltage vehicle electrical system and has a number of vehicle electrical system components, for example an energy store, an electric motor, an inverter, etc.
  • the switching device is arranged in the associated supply line for galvanic isolation of the vehicle electrical system components in the event of a fault. Away from the error case, the switching device is designed to carry a current between the vehicle electrical system components.
  • the first stationary or immovable switch contact, the second movable switch contact and the actuating unit form the electromechanical switch.
  • the electromechanical switch is actuated or switched by means of the actuating unit.
  • the actuating unit acts mechanically on the second switching contact. In doing so, it moves or displaces it in the direction of the first switching contact until the first switching contact is pressed or pressed against the second switching contact.
  • the actuation unit has the power transmission element and the drive element.
  • the drive element provides drive energy for the power transmission element, which then travels along the Actuating path or traversing path is moved and this movement is transmitted to the second switching contact.
  • the force transmission element driven by the drive element thus moves the second switch contact in the direction of the first switch contact in order to close the electromechanical switch.
  • the force transmission element exerts the contact pressure on the second switching contact.
  • the mechanical drive advantageously achieves a much higher contact pressure force, so that the contact resistance of the switching contacts is significantly reduced.
  • An orientation direction of the travel can be oriented along or parallel to a direction of movement of the second switching contact.
  • the direction of orientation of the adjustment path can also be oriented transversely, for example perpendicularly or obliquely, to the direction of movement of the second switching contact.
  • the force transmission element also provides the contact pressure force, by means of which the second switch contact is pressed or pressed against the first switch contact, even when the switch is in the closed switching state.
  • the pressing force is also provided by the force transmission element when no more drive energy is provided by the drive element.
  • the drive element is designed to change the electromechanical switch from the closed switching state to the open switching state to move the force transmission element counter to the travel, so that the force transmission element no longer exerts any contact pressure on the second switching contact.
  • the second switching contact is connected to a spring element which is designed to move the second switching contact away from the first switching contact during the movement of the force transmission element counter to the adjustment path and to hold it in the moved away state in order to maintain the open switching state.
  • the force-transmitting element is moved by the drive element counter to the adjustment path. As a result, the force transmission element no longer exerts any contact pressure on the second switch contact off.
  • this second switching contact is connected to the spring element, whose spring force acts against the contact pressure, the second switching contact is removed from the first switching contact by the spring element. As a result, the switch is opened and remains in the open state until the drive element moves the force transmission element along the travel path again.
  • the spring element is preferably formed by an elastic busbar, which is electrically and mechanically connected to the second switching contact.
  • an elastic, flexible busbar can be formed, for example, by a stack of layers of thin, electrically conductive metal sheets. This busbar is electrically connected to the supply line.
  • the switching device also has a pyrotechnic disconnecting unit which is designed to interrupt the supply line in the event of a fault.
  • a pyrotechnic disconnecting unit which is designed to interrupt the supply line in the event of a fault.
  • This embodiment is based on the finding that the electromechanical switch is optimized in terms of current-carrying capacity and robustness, but not in terms of rapid turn-off capability.
  • This rapid disconnection capability for interrupting the supply line can be achieved through the pyrotechnic isolation unit.
  • Such pyrotechnic separating units have an ignition means which can be ignited by means of an energy pulse and thus interrupts the supply line in a short time.
  • Such a pyrotechnic separating unit has the advantage that it can ensure safe disconnection over the entire current range. It is therefore possible to optimize the electromechanical switch for current carrying capacity and robustness.
  • the power transmission element has a threaded spindle, which can be displaced linearly along the adjustment path by a drive element, which is designed, for example, as an electric motor.
  • a drive element which is designed, for example, as an electric motor.
  • the threaded spindle is oriented essentially perpendicularly to a surface of the second switching contact, so that the threaded spindle moved along the travel is designed to act essentially perpendicularly on the surface and the second switching contact essentially parallel to the travel in the direction of the first switching contact push.
  • the power transmission element and the drive element thus form a threaded rod drive.
  • the drive element causes the threaded spindle, which can be guided within a spindle nut, to perform a rotary/sliding movement, which converts the threaded spindle into a translatory movement of the second switching contact in the direction of the first switching contact.
  • the second The switching contact is thus pushed by the threaded spindle in the direction of the first switching contact, with the orientation direction of the travel being oriented in particular parallel to the pushing movement of the second switching contact.
  • the threaded spindle can, for example, lift the second switching contact and thus move it towards the first switching contact.
  • the power transmission element has a push rod which can be pushed by the drive element.
  • the push rod is oriented obliquely to a surface of the second switch contact, so that the push rod moved along the travel is designed to slide over the surface of the second switch contact and to press the second switch contact obliquely to the travel in the direction of the first switch contact.
  • the first and the second switching contact are thus oriented at an angle to one another in the open switching state.
  • the push rod is thereby pushed by the drive element over the surface of the second switching contact, whereby pressure is exerted on the second switching contact in the direction of the first switching contact.
  • the second switching contact is pressed or pushed in the direction of the second switching contact.
  • the push rod is driven in particular by a drive element in the form of a linear drive.
  • the invention also relates to an electrically driven motor vehicle with an on-board electrical system according to the invention.
  • the motor vehicle designed as a hybrid vehicle or electric vehicle is designed in particular as a passenger car.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of a switching device for an on-board network
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a second embodiment of the switching device.
  • the switching device 1 is designed to connect a supply line of the vehicle electrical system away from a fault and to interrupt it in the event of a fault.
  • the switching device 1 has an electromechanical switch 2 , which has a first, stationary switching contact 3 , a second switching contact 4 that is movable with respect to the first switching contact 3 , and an actuating unit 5 .
  • the second switching contact 4 is electrically and mechanically connected here to a spring element 6 in the form of a resilient busbar 7 and is thus mounted resiliently.
  • the conductor rail 7 is in turn electrically connected to the supply line of the vehicle electrical system.
  • the actuating unit 5 moves the second switching contact 4 to the first switching contact 3 and exerts a pressing force on the second Switch contact 4 off.
  • the second switching contact 4 is pressed or pressed against the first switching contact 3 by this pressing force, so that the switch 2 has a particularly low contact resistance in the closed switching state.
  • the actuating unit 5 has a force transmission element 8 which can be driven by a drive element, not shown here. By driving the force transmission element 8 , it can be displaced or moved along an adjustment path 9 .
  • the force transmission element 8 transmits its movement against a spring force of the spring element 6 to the second switching contact 4, which is then moved in the direction of the first switching contact 3 until the switching contacts 3, 4 touch one another.
  • This pressed state of the switching contacts 3, 4 is maintained by the force transmission element 8 even when the drive element no longer drives the force transmission element 8.
  • the switch 2 is in the closed state, the pressing force exceeds the spring force and the second switching contact 4 is pressed against the first switching contact 3 .
  • the switching contacts 3, 4 are released from one another or separated again.
  • the force transmission element 8 is again moved counter to the adjustment path 9.
  • the spring force exceeds the pressing force of the force transmission element 8 on the second switching contact 4, so that this is removed from the first switching contact 3 by the spring element 6.
  • the power transmission element 8 has a threaded spindle 10 and a spindle nut 11 .
  • the threaded spindle 10 is set by the drive element, for example an electric motor, in a rotary lifting movement 12, through which the threaded spindle 10 and thus the second switching contact 4 can be moved up and down.
  • An orientation direction of the travel 9 is oriented parallel to a direction of movement of the second switching contact 4 here.
  • the force transmission element 8 has a push rod 13 which is pushed over a surface 14 of the second switching contact 4, here to the left.
  • the second switching contact 4 is pressed down in the direction of the first switching contact 3 here.
  • the direction of orientation of the travel 9 is oriented obliquely to the direction of movement of the second switching contact 4 here.
  • the push rod 13 is moved counter to the adjustment path 9, here to the right. As a result, the second switching contact 4 can detach from the first switching contact 3 again.

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  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung (1) für ein Bordnetz eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, mit einem elektromechanischen Schalter (2), welcher dazu ausgelegt ist, eine Versorgungsleitung des Bordnetzes zu verbinden und zu unterbrechen und welcher aufweist: - einen ortsfesten ersten Schaltkontakt (3), - einen beweglichen zweiten Schaltkontakt (4), und - eine Betätigungseinheit (5) mit einem mechanischen Kraftübertragungselement (8) und einem Antriebselement, wobei - zum Überführen von einem geöffneten Schaltzustand in einen geschlossenen Schaltzustand des elektromechanischen Schalters (2) das Antriebselement dazu ausgelegt ist, das Kraftübertragungselement (8) entlang eines Stellwegs (9) zu bewegen, und das entlang des Stellwegs (9) bewegte Kraftübertragungselement (8) dazu ausgelegt ist, mechanisch auf den zweiten Schaltkontakt (4) zu wirken und diesen zu dem ersten Schaltkontaktes (3) zu bewegen, und - zum Aufrechterhalten des geschlossenen Schaltzustands des elektromechanischen Schalters (2), das Kraftübertragungselement (8) am Ende des Stellwegs (9) dazu ausgelegt ist, ohne weiteren Antrieb durch das Antriebselement eine Anpresskraft auf den zweiten Schaltkontakt (4) zum Anpressen an den ersten Schaltkontakt (3) aufzubringen.

Description

Schalteinrichtung mit Betätigungseinheit, Bordnetz sowie Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung für ein Bordnetz eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft außerdem ein Bordnetz sowie ein Kraftfahrzeug.
Vorliegend richtet sich das Interesse auf Bordnetze, insbesondere Hochvoltbordnetze, für elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge. Solche Bordnetze weisen Bordnetzkomponenten, beispielsweise Elektromotoren, Klimaanlagen, Scheinwerfer, Energiespeicher, etc. auf, welche über Versorgungsleitungen elektrisch miteinander verbunden sind. Bei einem Defekt oder Fehlerfall einer Bordnetzkomponente kann es Vorkommen, dass über die zugehörige Versorgungsleitung ein Fehlerstrom in Form von einem Überstrom fließt, welcher die Versorgungsleitung der defekten Bordnetzkomponente sowie die defekte Bordnetzkomponente selbst weiter schädigen kann.
Daher ist es aus dem Stand der Technik bekannt, Schalteinrichtungen zu verwenden, welche bei Vorliegen des Überstroms auslösen und die defekte Bordnetzkomponente von dem Bordnetz trennen können. Solche Schalteinrichtungen können beispielsweise Relais oder Schütze sowie Schmelzsicherungen aufweisen. Der Fokus bei der Auslegung der Schütze bzw. Relais liegt dabei üblicherweise auf einer hohen Abschaltfähigkeit, nicht auf einer hohen Stromtragfähigkeit, da durch das Zusammenspiel zwischen Schütz bzw. Relais und Schmelzsicherung eine lückenlose Abschaltkennlinie realisiert werden muss.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schalteinrichtung für ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, welche eine hohe Stromtragfähigkeit in einem geschlossenen Zustand der Schalteinrichtung aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schalteinrichtung, ein Bordnetz sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren. Eine erfindungsgemäße Schalteinrichtung für ein Bordnetz eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs weist einen elektromechanischen Schalter auf, welcher dazu ausgelegt ist, eine Versorgungsleitung des Bordnetzes zu verbinden und zu unterbrechen. Der elektromechanische Schalter weist einen ortsfesten ersten Schaltkontakt, einen beweglichen zweiten Schaltkontakt und eine Betätigungseinheit mit einem mechanischen Kraftübertragungselement und einem Antriebselement auf. Zum Überführen von einem geöffneten Schaltzustand in einen geschlossenen Schaltzustand des elektromechanischen Schalters ist das Antriebselement dazu ausgelegt, das Kraftübertragungselement entlang eines Stellwegs zu bewegen. Das entlang des Stellwegs bewegte Kraftübertragungselement ist dazu ausgelegt, mechanisch auf den zweiten Schaltkontakt zu wirken und diesen zu dem ersten Schaltkontakt zu bewegen. Zum Aufrechterhalten des geschlossenen Schaltzustands des elektromechanischen Schalters ist das Kraftübertragungselement am Ende des Stellwegs dazu ausgelegt, ohne weiteren Antrieb durch das Antriebselement eine Anpresskraft auf den zweiten Schaltkontakt zum Anpressen an den ersten Schaltkontakt aufzubringen.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug mit zumindest zwei Bordnetzkomponenten, mit zumindest einer, die Bordnetzkomponenten elektrisch verbindenden Versorgungsleitung und mit zumindest einer erfindungsgemäßen Schalteinrichtung. Das Bordnetz ist insbesondere ein Hochvoltbordnetz und weist mehrere Bordnetzkomponenten, beispielsweise einen Energiespeicher, einen Elektromotor, einen Inverter, etc. auf. Zum galvanischen Trennen der Bordnetzkomponenten im Fehlerfall ist in der zugehörigen Versorgungsleitung die Schalteinrichtung angeordnet. Abseits des Fehlerfalls ist die Schalteinrichtung dazu ausgelegt, einen Strom zwischen den Bordnetzkomponenten zu führen.
Der erste ortsfeste bzw. unbewegliche Schaltkontakt, der zweite bewegliche Schaltkontakt und die Betätigungseinheit bilden den elektromechanischen Schalter. Der elektromechanische Schalter wird dabei mittels der Betätigungseinheit betätigt bzw. geschaltet. Zum Anschalten bzw. Schließen des Schalters, also zum Überführen von dem geöffneten in den geschlossenen Schaltzustand, wirkt die Betätigungseinheit mechanisch auf den zweiten Schaltkontakt. Dabei bewegt bzw. verschiebt sie diesen in Richtung des ersten Schaltkontaktes, bis der erste Schaltkontakt an den zweiten Schaltkontakt angepresst bzw. angedrückt ist. Die Betätigungseinheit weist dabei das Kraftübertragungselement und das Antriebselement auf. Das Antriebselement stellt eine Antriebsenergie für das Kraftübertragungselement bereit, welches daraufhin entlang des Stellwegs bzw. Verfahrwegs bewegt wird und diese Bewegung auf den zweiten Schaltkontakt überträgt. Das durch das Antriebselement angetriebene Kraftübertragungselement bewegt also den zweiten Schaltkontakt in Richtung des ersten Schaltkontaktes, um den elektromechanischen Schalter zu schließen. Dabei übt das Kraftübertragungselement die Anpresskraft auf den zweiten Schaltkontakt aus. Durch den mechanischen Antrieb wird dabei in vorteilhafter Weise eine weitaus höhere Anpresskraft erreicht, sodass ein Kontaktwiderstand der Schaltkontakte deutlich reduziert ist. Dadurch kann, im Vergleich zu herkömmlichen Relais oder Schützen, eine hohe Stromtragfähigkeit sowie eine reduzierte Hitzeentwicklung an den Schaltkontakten erreicht werden. Eine Orientierungsrichtung des Stellwegs kann dabei entlang bzw. parallel zu einer Bewegungsrichtung des zweiten Schaltkontaktes orientiert sein. Auch kann die Orientierungsrichtung des Stellwegs quer, beispielsweise senkrecht oder schräg, zu der Bewegungsrichtung des zweiten Schaltkontaktes orientiert sein.
Dabei stellt das Kraftübertragungselement auch im geschlossenen Schaltzustand des Schalters die Anpresskraft bereit, mittels welcher der zweite Schaltkontakt an den ersten Schaltkontakt angedrückt bzw. angepresst wird. Die Anpresskraft wird auch dann durch das Kraftübertragungselement bereitgestellt, wenn durch das Antriebselement keine Antriebsenergie mehr bereitgestellt wird. Der geschlossene Schaltzustand des Schalters, in welchem der zweite Schaltkontakt durch das Kraftübertragungselement an den ersten Schaltkontakt angepresst wird, wird also quasi energielos aufrechterhalten. Im geschlossenen Schaltzustand entsteht also in vorteilhafter Weise eine feste mechanische Verbindung zwischen den Schaltkontakten, welche nach dem Schließen keine dauerhafte Energieversorgung mehr benötigt.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist das Antriebselement zum Überführen von dem geschlossenen Schaltzustand in den geöffneten Schaltzustand des elektromechanischen Schalters dazu ausgelegt, das Kraftübertragungselement entgegen des Stellwegs zu bewegen, sodass das Kraftübertragungselement keine Anpresskraft auf den zweiten Schaltkontakt mehr ausübt. Der zweite Schaltkontakt ist mit einem Federelement verbunden, welches dazu ausgelegt ist, während des Bewegens des Kraftübertragungselementes entgegen des Stellwegs den zweiten Schaltkontakt von dem ersten Schaltkontakt wegzubewegen und zum Aufrechterhalten des geöffneten Schaltzustands in dem wegbewegten Zustand zu halten. Um die Schaltkontakte zum Öffnen des Schalters also wieder voneinander zu lösen, wird das Kraftübertragungselement durch das Antriebselement entgegen des Stellwegs bewegt. Dadurch übt das Kraftübertragungselement keine Anpresskraft mehr auf den zweiten Schaltkontakt aus. Da dieser zweite Schaltkontakt mit dem Federelement verbunden ist, dessen Federkraft entgegen der Anpresskraft wirkt, wird der zweite Schaltkontakt durch das Federelement von dem ersten Schaltkontakt entfernt. Dadurch wird der Schalter geöffnet und verbleibt in dem geöffneten Zustand, bis das Antriebselement das Kraftübertragungselement wieder entlang des Stellwegs bewegt.
Vorzugsweise ist das Federelement durch eine elastische Stromschiene ausgebildet, welche mit dem zweiten Schaltkontakt elektrisch und mechanisch verbunden ist. Eine solche elastische, flexible Stromschiene kann beispielsweise durch einen Schichtstapel aus dünnen, elektrisch leitfähigen Blechen gebildet sein. Diese Stromschiene ist elektrisch mit der Versorgungsleitung verbunden.
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die Schalteinrichtung zusätzlich eine pyrotechnische Trenneinheit aufweist, welches dazu ausgelegt ist, in einem Fehlerfall die Versorgungsleitung zu unterbrechen. Dieser Ausführungsform liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der elektromechanische Schalter auf Stromtragfähigkeit und Robustheit hin optimiert ist, nicht aber auf eine schnelle Abschaltfähigkeit. Diese schnelle Abschaltfähigkeit zum Unterbrechen der Versorgungsleitung kann durch die pyrotechnische Trenneinheit erreicht werden. Solche pyrotechnischen Trenneinheiten weisen ein Zündmittel auf, welches mittels eines Energieimpulses zündbar ist und dadurch die Versorgungsleitung in kurzer Zeit unterbricht. Eine solche pyrotechnische Trenneinheit weist den Vorteil auf, dass sie im kompletten Strombereich eine sichere Abschaltung gewährleisten kann. Deshalb ist eine Optimierung des elektromechanischen Schalters auf Stromtragfähigkeit und Robustheit möglich.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist das Kraftübertragungselement eine Gewindespindel auf, welche durch ein Antriebselement, welches beispielsweise als ein Elektromotor ausgebildet ist, entlang des Stellwegs linear verschiebbar ist. Insbesondere ist die Gewindespindel im Wesentlichen senkrecht zu einer Oberfläche des zweiten Schaltkontaktes orientiert, sodass die entlang des Stellwegs bewegte Gewindespindel dazu ausgelegt ist, im Wesentlichen senkrecht auf die Oberfläche zu wirken und den zweiten Schaltkontakt im Wesentlichen parallel zu dem Stellweg in Richtung des ersten Schaltkontaktes zu schieben. Das Kraftübertragungselement und das Antriebselement bilden also einen Gewindestangenantrieb aus. Das Antriebselement versetzt die Gewindespindel, welche innerhalb einer Spindelmutter geführt werden kann, in eine Dreh- Schiebbewegung, welche die Gewindespindel in eine translatorische Bewegung des zweiten Schaltkontaktes in Richtung des ersten Schaltkontaktes umsetzt. Der zweite Schaltkontakt wird also durch die Gewindespindel in Richtung des ersten Schaltkontaktes geschoben, wobei die Orientierungsrichtung des Stellwegs insbesondere parallel zu der Schubbewegung des zweiten Schaltkontaktes orientiert ist. Die Gewindespindel kann den zweiten Schaltkontakt beispielsweise anheben und ihn somit auf den ersten Schaltkontakt zubewegen.
In einerweiteren Ausführungsform weist das Kraftübertragungselement eine Schiebestange auf, welche durch das Antriebselement verschiebbar ist. Insbesondere ist die Schiebestange schräg zu einer Oberfläche des zweiten Schaltkontaktes orientiert, sodass die entlang des Stellwegs bewegte Schiebestange dazu ausgelegt ist, über die Oberfläche des zweiten Schaltkontaktes zu gleiten und den zweiten Schaltkontakt schräg zu dem Stellweg in Richtung des ersten Schaltkontaktes zu drücken. Der erste und der zweite Schaltkontakt sind also im geöffneten Schaltzustand im Winkel zueinander orientiert. Die Schiebestange wird dabei durch das Antriebselement über die Oberfläche des zweiten Schaltkontaktes geschoben, wobei dadurch ein Druck auf den zweiten Schaltkontakt in Richtung des ersten Schaltkontaktes ausgeübt wird. Hierdurch wird der zweite Schaltkontakt in Richtung des zweiten Schaltkontaktes gedrückt bzw. geschoben. Die Schiebestange wird dabei insbesondere durch ein Antriebselement in Form von einem Linearantrieb angetrieben.
Die Erfindung betrifft außerdem ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Bordnetz. Das als Hybridfahrzeug oder Elektrofahrzeug ausgebildete Kraftfahrzeug ist insbesondere als ein Personenkraftwagen ausgebildet.
Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Schalteinrichtung vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Bordnetz sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Schalteinrichtung für ein Bordnetz, und
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Schalteinrichtung.
In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 und Fig. 2 zeigen unterschiedliche Ausführungsformen einer Schalteinrichtung 1 für ein Bordnetz eines elektrifizierten Kraftfahrzeugs. Die Schalteinrichtung 1 ist dazu ausgelegt, eine Versorgungsleitung des Bordnetzes abseits eines Fehlerfalls zu verbinden und bei einem Fehlerfall zu unterbrechen. Dazu weist die Schalteinrichtung 1 einen elektromechanischen Schalter 2 auf, welcher einen ersten, ortsfesten Schaltkontakt 3, einen zweiten, bezüglich des ersten Schaltkontaktes 3 beweglichen Schaltkontakt 4 und eine Betätigungseinheit 5 aufweist. Der zweite Schaltkontakt 4 ist hier mit einem Federelement 6 in Form von einer federelastischen Stromschiene 7 elektrisch und mechanisch verbunden und somit federelastisch gelagert. Die Stromschiene 7 ist wiederum mit der Versorgungsleitung des Bordnetzes elektrisch verbunden.
Um den Schalter 2 von dem hier gezeigten geöffneten Schaltzustand in einen geschlossenen Schaltzustand zu überführen, in welchem der Schalter 2 einen Strom führt und die Versorgungsleitung verbindet, bewegt die Betätigungseinheit 5 den zweiten Schaltkontakt 4 zu dem ersten Schaltkontakt 3 und übt eine Anpresskraft auf den zweiten Schaltkontakt 4 aus. Durch diese Anpresskraft wird der zweite Schaltkontakt 4 an den ersten Schaltkontakt 3 angepresst bzw. angedrückt, sodass der Schalter 2 im geschlossenen Schaltzustand einen besonders niedrigen Kontaktwiderstand aufweist. Die Betätigungseinheit 5 weist dazu ein Kraftübertragungselement 8 auf, welches von einem hier nicht gezeigten Antriebselement antreibbar ist. Durch Antreiben des Kraftübertragungselementes 8 ist dieses entlang eines Stellwegs 9 verschiebbar bzw. bewegbar. Das Kraftübertragungselement 8 überträgt seine Bewegung entgegen einer Federkraft des Federelementes 6 auf den zweiten Schaltkontakt 4, welcher daraufhin in Richtung des ersten Schaltkontaktes 3 bewegt wird, bis die Schaltkontakte 3, 4 einander berühren. Dieser angepresste Zustand der Schaltkontakte 3, 4 wird durch das Kraftübertragungselement 8 auch dann aufrechterhalten, wenn das Antriebselement das Kraftübertragungselement 8 nicht mehr antreibt. Während des geschlossenen Zustands des Schalters 2 übersteigt die Anpresskraft die Federkraft und der zweite Schaltkontakt 4 wird an den ersten Schaltkontakt 3 angepresst. Zum Öffnen des Schalters 2 werden die Schaltkontakte 3, 4 wieder voneinander gelöst bzw. separiert. Zum Lösen der Schaltkontakte 3, 4 wird das Kraftübertragungselement 8 wieder entgegen des Stellweges 9 bewegt. Dadurch übersteigt die Federkraft die Anpresskraft des Kraftübertragungselementes 8 auf den zweiten Schaltkontakt 4, sodass dieser durch das Federelement 6 von dem ersten Schaltkontakt 3 entfernt wird.
In der Ausführungsform der Schalteinrichtung 1 gemäß Fig. 1 weist das Kraftübertragungselement 8 eine Gewindespindel 10 und eine Spindelmutter 11 auf. Die Gewindespindel 10 wird von dem Antriebselement, beispielsweise einem Elektromotor, in eine Dreh-Hebebewegung 12 versetzt, durch welche die Gewindespindel 10 und damit der zweite Schaltkontakt 4 auf und ab bewegt werden können. Eine Orientierungsrichtung des Stellwegs 9 ist hier parallel zu einer Bewegungsrichtung des zweiten Schaltkontaktes 4 orientiert. Zum Schließen des Schalters 2 wird also die Gewindespindel 10 hier nach oben bewegt. Dadurch drückt die Gewindespindel 10 den zweiten Schaltkontakt 4 nach oben in Richtung des ersten Schaltkontaktes 3.
In der Ausführungsform der Schalteinrichtung 1 gemäß Fig. 2 weist das Kraftübertragungselement 8 eine Schiebestange 13 auf, welche über eine Oberfläche 14 des zweiten Schaltkontaktes 4, hier nach links, geschoben wird. Dadurch wird der zweite Schaltkontakt 4 hier nach unten in Richtung des ersten Schaltkontaktes 3 gedrückt. Die Orientierungsrichtung des Stellwegs 9 ist hier schräg zu der Bewegungsrichtung des zweiten Schaltkontaktes 4 orientiert. Zum Öffnen des Schalters 2 wird die Schiebestange 13 entgegen des Stellwegs 9, hier nach rechts, verschoben. Der zweite Schaltkontakt 4 kann sich dadurch wieder von dem ersten Schaltkontakt 3 lösen.

Claims

Patentansprüche
1. Schalteinrichtung (1) für ein Bordnetz eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, mit einem elektromechanischen Schalter (2), welcher dazu ausgelegt ist, eine Versorgungsleitung des Bordnetzes zu verbinden und zu unterbrechen und welcher aufweist:
- einen ortsfesten ersten Schaltkontakt (3),
- einen beweglichen zweiten Schaltkontakt (4), und
- eine Betätigungseinheit (5) mit einem mechanischen Kraftübertragungselement (8) und einem Antriebselement, wobei
- zum Überführen von einem geöffneten Schaltzustand in einen geschlossenen Schaltzustand des elektromechanischen Schalters (2) das Antriebselement dazu ausgelegt ist, das Kraftübertragungselement (8) entlang eines Stellwegs (9) zu bewegen, und das entlang des Stellwegs (9) bewegte Kraftübertragungselement (8) dazu ausgelegt ist, mechanisch auf den zweiten Schaltkontakt (4) zu wirken und diesen zu dem ersten Schaltkontaktes (3) zu bewegen, und
- zum Aufrechterhalten des geschlossenen Schaltzustands des elektromechanischen Schalters (2), das Kraftübertragungselement (8) am Ende des Stellwegs (9) dazu ausgelegt ist, ohne weiteren Antrieb durch das Antriebselement eine Anpresskraft auf den zweiten Schaltkontakt (4) zum Anpressen an den ersten Schaltkontakt (3) aufzubringen.
2. Schalteinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Überführen von dem geschlossenen Schaltzustand in den geöffneten Schaltzustand des elektromechanischen Schalters (2) das Antriebselement dazu ausgelegt ist, das Kraftübertragungselement (8) zum Entfernen der Anpresskraft von dem zweiten Schaltkontakt (4) entgegen des Stellwegs (9) zu bewegen, wobei der zweite Schaltkontakt (4) mit einem Federelement (6) verbunden ist, welches dazu ausgelegt ist, während des Bewegens des Kraftübertragungselementes (8) entgegen des Stellwegs (9) den zweiten Schaltkontakt (4) von dem ersten Schaltkontakt (3) wegzubewegen und zum Aufrechterhalten des geöffneten Schaltzustands in dem wegbewegten Zustand zu halten.
3. Schalteinrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (6) durch eine elastische Stromschiene (7) ausgebildet ist, welche mit dem zweiten Schaltkontakt (4) elektrisch und mechanisch verbunden ist.
4. Schalteinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungselement (8) eine Gewindespindel (10) aufweist, welche durch ein Antriebselement entlang des Stellwegs (9) linear verschiebbar ist.
5. Schalteinrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindespindel (10) im Wesentlichen senkrecht zu einer Oberfläche (14) des zweiten Schaltkontaktes (4) orientiert ist, sodass die entlang des Stellwegs (9) bewegte Gewindespindel (10) dazu ausgelegt ist, im Wesentlichen senkrecht auf die Oberfläche (14) zu wirken und den zweiten Schaltkontakt (4) im Wesentlichen parallel zu einer Orientierungsrichtung des Stellwegs (9) in Richtung des ersten Schaltkontaktes (3) zu schieben.
6. Schalteinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungselement eine Schiebestange (13) aufweist, welche durch das Antriebselement verschiebbar ist.
7. Schalteinrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebestange (13) schräg zu einer Oberfläche (14) des zweiten Schaltkontaktes (4) orientiert ist, sodass die entlang des Stellwegs (9) bewegte Schiebestange (13) dazu ausgelegt ist, über die Oberfläche (14) des zweiten Schaltkontaktes (4) zu gleiten und den zweiten Schaltkontakt (4) schräg zu einer Orientierungsrichtung des Stellwegs (9) in Richtung des ersten Schaltkontaktes (3) zu drücken.
8. Schalteinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (1) zusätzlich eine pyrotechnische Trenneinheit aufweist, welche dazu ausgelegt ist, in einem Fehlerfall die Versorgungsleitung zu unterbrechen.
9. Bordnetz für ein Kraftfahrzeug mit zumindest zwei Bordnetzkomponenten, zumindest einer, die Bordnetzkomponenten elektrisch verbindenden Versorgungsleitung und mit zumindest einer Schalteinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
10. Elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug mit einem Bordnetz nach Anspruch 9.
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