WO2022188985A1 - Kontaktbrückenvorrichtung für einen schalter eines hochvoltschützes oder hochvoltrelais - Google Patents

Kontaktbrückenvorrichtung für einen schalter eines hochvoltschützes oder hochvoltrelais Download PDF

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WO2022188985A1
WO2022188985A1 PCT/EP2021/056218 EP2021056218W WO2022188985A1 WO 2022188985 A1 WO2022188985 A1 WO 2022188985A1 EP 2021056218 W EP2021056218 W EP 2021056218W WO 2022188985 A1 WO2022188985 A1 WO 2022188985A1
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WO
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contact bridge
switch
voltage
contact
relay according
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PCT/EP2021/056218
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Thomas Grünhagen
Daniel Fuhrmann
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Pierburg Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01H1/20—Bridging contacts
    • H01H1/2025—Bridging contacts comprising two-parallel bridges

Definitions

  • the invention relates to a contact bridge device for a switch of a high-voltage contactor or high-voltage relay with an axially movable contact bridge with a first end on which at least one contact is formed and a second end radially opposite the first end on which at least one contact is formed and an actuating member, via which the contact bridge can be displaced axially in the direction of mating contacts of the switch.
  • Such contact bridge devices are used in particular in high-voltage contactors that are switched electromagnetically and are used, for example, in motor vehicles in order to be able to safely switch the battery on and off.
  • Such a contact bridge arrangement is known, for example, from DE 10 2015 212 817 A1.
  • This has an actuating member in the form of a rod on which a stop is formed, against which a leaf spring rests, which is pushed against a spacer element at least when the contact bridge arrangement is actuated, on which the contact bridge body rests.
  • this has a contact which, when actuated, is pushed against a corresponding mating contact of the contactor.
  • This contact bridge can be displaced axially via an actuating element in the direction of mating contacts of the switch, the axial direction being arranged perpendicularly to the radially directed longitudinal direction of the contact bridge.
  • the contact bridge has at least three parallel, flexible tongues at the first end and at the second end, and thus at the opposite ends with respect to the longitudinal extension of the contact bridge, at the ends of which a contact is formed.
  • the tongues Due to the flexibility of the tongues, they can be prestressed against the mating contacts in order to produce the largest possible contact surfaces. If the current is distributed evenly over these at least six contacts or three contacts per end, the levitation force that acts when the contacts are in contact with the counter-contacts is theoretically reduced by a factor of 3. The number of parallel contact bars can vary between three and six. Thus, the causal current is distributed over several contact points and reduced accordingly per contact area, which also reduces the levitation force. The required holding force for the electromagnet would then decrease accordingly. This makes it possible to use smaller magnetic drives with a correspondingly reduced holding force.
  • the contact bridge has a central connection area on which the actuating member acts and from which the tongues extend individually to the first end and to the second end of the contact bridge.
  • the individual tongues create a high level of flexibility, while the connection area serves to be able to easily assemble them as one component. Due to the existing flexibility of these individual flexible tongues, minor unevenness and dimensional deviations can be compensated for and thus sufficiently large contact surfaces to reduce the levitation force can be provided. It is particularly advantageous if the contact bridge has a plurality of metal sheets of the same construction that are stacked axially one on top of the other.
  • the individual sheets are made very thin and can move at least partially relative to each other, which increases flexibility and thus allows the contacts to be reliably supported, even if the counter-contacts are not arranged exactly in one plane, because of the flexibility of the tongues these can be deflected to different extents in the direction of the mating contacts.
  • the web ends can twist relative to each other with very little effort, which ensures an actual increase in the number of contact points.
  • the metal sheets stacked one on top of the other are connected to one another at the ends of the tongues by means of welding or riveting, so that their contact with one another is ensured. A relative displacement of the sheets to one another is also avoided.
  • a particularly preferred embodiment of the invention results from the fact that the first end and the second end of the contact bridge are prestressed in the direction of the mating contacts by means of a leaf spring element.
  • the leaf spring element accordingly generates a bending force on the tongues of the contact bridge, as a result of which, when the relay is switched, these are loaded with a greater force, bending the tongues of the contact bridge against the mating contacts.
  • Such a flat leaf spring also reduces the overall height of the flat-volt relay considerably.
  • the leaf spring element preferably has a first end with a number of spring tongues corresponding to the first end of the contact bridge and a second end with a number of spring tongues corresponding to the second end of the contact bridge, which are each prestressed against a tongue of the contact bridge. In this way, an even contact pressure can be produced at all contact points.
  • the flexible ones Tongues of the contact bridge are each held by their own spring-loaded web, or are preloaded in the direction of the mating contact. This also ensures that each tongue of the contact bridge can be axially bent differently, as a result of which unevenness can be reliably compensated for.
  • a deformable carrier element is arranged between the leaf spring element and the contact bridge, which has a first end with a number of webs that corresponds to the first end of the contact bridge and a second end with a number of webs that corresponds to the second end of the contact bridge their first axial side rest against the respective corresponding tongue of the contact bridge and rest on their opposite axial side against the respective corresponding spring tongue of the leaf spring element.
  • This carrier element can be used to fix the contact bridge to the carrier element and to align the actuating element with the contact bridge and the leaf spring element.
  • side walls which are arranged opposite the outer tongues of the contact bridge extend axially on the carrier element.
  • the outer tongues are the tongues that delimit the contact bridge radially in a direction transverse to the longitudinal direction.
  • the individual metal sheets are fixed to the carrier element in this transverse direction by the side walls. Twisting of the contact bridge relative to the carrier element is also prevented.
  • a coupling element is attached to the actuating member, which has a bearing surface on which the Leaf spring element rests and from which arms extend axially parallel to the side walls of the carrier element, the ends of which extend over the contact bridge and are bent to the contact bridge.
  • the carrier element and the contact bridge are fixed to the actuating element by this coupling element, both in the transverse direction and in the axial direction by the bent ends.
  • the side walls of the carrier element are arranged on both sides of the arms of the coupling element, viewed in the longitudinal direction, which extend axially at least on the outside along the connection area of the contact bridge, whereby the required installation space is reduced and the flexibility of the carrier element is retained.
  • projections pointing away axially from the leaf spring element are formed on the carrier element at the ends of the webs, between which the contact bridge is arranged. This prevents displacement in the longitudinal direction between the carrier element and the contact bridge.
  • the contact bridge and the leaf spring element have a bore in the connection area, through which a rod of the actuating member protrudes, at the end of which a radially extending projection is formed, which rests against the contact bridge from the axial side opposite the leaf spring element.
  • This projection prevents axial detachment of the contact bridge from the rod of the actuator.
  • the leaf spring element and the contact bridge are prestressed centrally by means of a helical spring axially in the direction of the radially extending projection. Corresponding the leaf spring element and the contact bridge are fixed to the projection. Twisting is also prevented by the frictional forces.
  • the spring tongues of the leaf spring element are preferably bent at their ends in the direction of the contact bridge in order to be able to transmit the bending force centrally to the tongues of the contact bridge without having to use intermediate elements.
  • a second radial projection should advantageously be formed on the rod of the actuating member, with the helical spring being clamped between the second radial projection and the leaf spring element.
  • a reliable resilient fastening of the contact bridge to the actuating element can be achieved.
  • the threshold above which a contact detachment occurs in a high-voltage contactor due to the levitation force is shifted towards larger contact bridge currents.
  • the magnetic actuator otherwise being the same, the safe operating range of the contactor can be extended to larger contact bridge currents, so that it can also be used in purely electrically operated vehicles. This is done by dividing it into different contact points, whose attachment to the mating contacts is ensured by various measures. Accordingly, a contactor with such a contact bridge device can be manufactured inexpensively and requires little installation space.
  • FIG. 1 shows a sectional side view of a high-voltage contactor with a contact bridge device according to the invention.
  • Figure 2 shows a perspective view of a contact bridge device according to the invention corresponding to Figure 1.
  • FIG. 3 shows a perspective representation of an alternative contact bridge device according to the invention.
  • FIG. 4 shows a perspective exploded view of the contact bridge device according to the invention from FIG.
  • the high-voltage contactor 10 shown in Figure 1 consists of an electromagnetic actuator 12 with an armature 14, which is pulled when energizing a coil 16 in the direction of a core 18, which is arranged in the present embodiment between the armature 14 and a switch 20, which by a Movement of the armature 14 can be switched.
  • a rod 22 is attached to armature 14 and extends through an opening in core 18 .
  • the rod 22 is part of an actuating member 24, which acts on the switch 20 in that, when the coil 16 is energized, it presses a contact bridge device 26 with its contact bridge 28, at the ends 30, 32 of which contacts 34 are formed, viewed in the longitudinal direction, against counter-contacts 36.
  • contact bridge devices 26 As shown in FIG. 2 or FIG.
  • the contact bridge device 26 according to FIG one of the contacts 34 is arranged.
  • the contact bridge 28 is made up of thin sheets 42 stacked on top of one another, all of which have the same cross section with the three tongues 40, 41 at the ends 30, 32 in each case. About twenty to thirty of these sheets 42 are stacked one on top of the other. At the opposite ends 30, 32, these sheets 42 are, for example, through
  • the contact bridge 28 is arranged on a deformable carrier element 44, which consists of an insulating plastic and has a cross-sectional shape that corresponds to the contact bridge 28 in a cutting direction perpendicular to the direction of movement, so that the Support element 44 has a total of six webs 46, of which three extend to opposite ends 48, 50 viewed in the longitudinal direction.
  • each tongue 40 , 41 of the contact bridge 28 rests on a first axial side 52 of a web 46 of the support element 44 .
  • the deformability of the carrier element 44 refers in particular to a possible bending of the webs 46 in the axial direction, i.e. when a force acts in the direction of movement of the contact bridge device 26, which is ensured by the fact that the carrier element 44 is very thin in cross section along the direction of longitudinal extent in a central region 48 is, while in the longitudinally outer area 54, 56 of the individual webs 46, the cross section is made somewhat thicker, whereby the contact bridge 28 rests only on these outer areas 54, 56 of the webs 46 when there is no force.
  • the outermost ends 48, 50 of the webs 46 each have an axially extending projection 58, which is arranged directly radially opposite the respective end 30, 32 of the tongues 40, 41 of the contact bridge 28, so that these in
  • side walls 60 extend in the axial direction at the transverse ends of the carrier element 44 and are arranged opposite the radially outer tongues 41 of the contact bridge 28 . These four side walls 60 each extend between the
  • Support element 44 and the contact bridge 28 in this central area encompass and are formed bent at their axial ends 66, so that these bent ends 66 are arranged opposite to the connection area 38 of the contact bridge 28, which accordingly cannot be detached axially from the rest of the contact bridge device 26.
  • the arms 62 also encompass a leaf spring element 68, on which the carrier element 44 rests with a second axial side 70 opposite the first axial side 52, while the leaf spring element 68 rests with its opposite axial side on a bearing surface 72 of the coupling element 64, which rests directly on a Thickening 73 of the valve rod 22 rests and is moved accordingly with the valve rod 22, whereby the contact bridge device 26 is coupled to the actuator 24 for movement.
  • the leaf spring element 68 also has six parallel spring tongues 74 extending in the longitudinal direction, three of which extend to a first end 76 and three to the opposite second end 78.
  • FIG. 3 shows an alternative contact bridge device 26 according to the invention, the same reference numbers being used for the same components.
  • This contact bridge device 26 has only the contact bridge 28 with its tongues 40 and a leaf spring element 68 arranged directly under the contact bridge 28 with corresponding spring tongues 74, which load the tongues 40 of the contact bridge 28 to the mating contacts 36 by the ends 76, 78 of the spring tongues 74 are bent in such a way that in the unloaded state they are arranged closer to the contact bridge 28 than a central fastening area 80 of the leaf spring element 68.
  • the fastening area 80 and the connection area 38 of the contact bridge 28 have a corresponding bore 82 through which the rod 22 protrudes.
  • Two radially extending projections 84, 86 are formed on the valve rod 22 for fastening the contact bridge device 26 to the actuating member 24.
  • the first projection 84 rests on the contact bridge 28 on the axial side remote from the leaf spring element 68 and surrounds the bore 82 .
  • a helical spring 88 is pretensioned between the second radial projection 86 and an axial side of the leaf spring element 68 facing away from the contact bridge 28 against the leaf spring element 68 and surrounding the bore 82 .
  • the leaf spring element 68 and thus the contact bridge are resiliently loaded by the helical spring 88 in the direction of the mating contacts 36 .
  • This embodiment also creates a contact bridge device 26 with which the number of contact points is increased to reduce the acting levitation force, as a result of which the electromagnetic actuator can be designed with a lower holding force and can therefore be built smaller and more cost-effectively.
  • the number of tongues, spring tongues and webs can of course be increased, for example six per side.
  • the movement coupling can also be implemented differently.
  • the structure of the contact bridge can also be chosen differently, as long as the tongues can be twisted and bent.

Abstract

Es sind Kontaktbrückenvorrichtungen (26) für Schalter (20) von Hochvoltschützen (10) oder Hochvoltrelais mit einer axial bewegbaren Kontaktbrücke (28) mit einem ersten Ende (30), an dem zumindest ein 10 Kontakt (34) ausgebildet ist und einem zum ersten Ende (30) radial gegenüberliegenden zweiten Ende (32), an dem zumindest ein Kontakt (34) ausgebildet ist und einem Betätigungsglied (24), über welches die Kontaktbrücke (28) axial in Richtung von Gegenkontakten (36) des Schalters (20) verschiebbar ist, bekannt. Um die Levitationskraft zu senken und somit kleinere Aktoren verwenden zu können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Kontaktbrücke (28) am ersten Ende (30) und am zweiten Ende (32) jeweils mindestens drei parallele, biegsame Zungen (40, 41) aufweist, an deren Enden (30, 32) jeweils ein Kontakt (34) ausgebildet ist.

Description

B E S C H R E I B U N G Kontaktbrückenvorrichtung für einen Schalter eines
Hochvoltschützes oder Hochvoltrelais
Die Erfindung betrifft eine Kontaktbrückenvorrichtung für einen Schalter eines Hochvoltschützes oder Hochvoltrelais mit einer axial bewegbaren Kontaktbrücke mit einem ersten Ende, an dem zumindest ein Kontakt ausgebildet ist und einem zum ersten Ende radial gegenüberliegenden zweiten Ende, an dem zumindest ein Kontakt ausgebildet ist und einem Betätigungsglied, über welches die Kontaktbrücke axial in Richtung von Gegenkontakten des Schalters verschiebbar ist.
Solche Kontaktbrückenvorrichtungen werden insbesondere in Hochvoltschützen verwendet, die elektromagnetisch geschaltet werden und beispielsweise in Kraftfahrzeugen verwendet werden, um die Batterie sicher zu- und abschalten zu können.
Eine solche Kontaktbrückenanordnung ist beispielsweise aus der DE 10 2015 212 817 Al bekannt. Diese weist ein Betätigungsglied in Form einer Stange auf, an der ein Anschlag ausgebildet ist, gegen den eine Blattfeder anliegt, die zumindest bei Betätigung der Kontaktbrückenanordnung gegen ein Abstandselement geschoben wird, auf dem der Kontaktbrückenkörper aufliegt. Dieser weist an seinen in Längsrichtung betrachtet entgegengesetzten Enden jeweils einen Kontakt auf, der bei Betätigung gegen einen entsprechenden Gegenkontakt des Schützes geschoben wird.
An den Kontaktstellen kommt es aufgrund der mikroskopisch nur punktuellen Berührungen zu einer als Levitationskraft bezeichneten Abstoßung der Kontaktbrücke von den Gegenkontakten, die mittels der Betätigungskraft des Aktors überwunden werden muss, um den Kontakt im geschlossenen Zustand zu halten. Die Levitationskraft steigt jedoch ungefähr quadratisch mit dem fließenden Strom, was bei heutigen Fahrzeugen mit Schützen, die eine maximale Stromtragfähigkeit von bis zu 6000 A im Kurzschlussfall aufweisen, unproblematisch ist, da die Levitationskraft mit ca. 50 N relativ gering ist und entsprechend durch die Haltekraft des Magnetaktors kompensiert werden kann.
Bei zukünftigen Hybrid-, Elektro- und Brennstoffzellen-Fahrzeugen sowie in Bordladesystemen sind hingegen Kurzschlussströme von bis zu 20000 A am Schütz der Traktionsbatterie zu erwarten. Die Levitationskraft würde dann auf ein Vielfaches ansteigen, was nur mit einem extrem großen Magnetaktuator, kompensiert werden könnte. Das Hochvoltschütz darf jedoch auch bei diesen hohen Strömen den Stromfluss zwischen den Kontakten nicht unterbrechen, da ein sicheres und erfolgreiches Trennen des Kurzschlussstromes durch ein konventionelles Hochvoltschütz nicht mehr sichergestellt werden kann, und aus diesem Grund beispielswiese Schmelzsicherungen diesen Trennvorgang übernehmen. Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Kontaktbrückenvorrichtung zu schaffen, mit der die effektive Levitationskraft reduziert werden kann, um kleinere Magnetaktoren verwenden zu können und so Bauraum und Kosten einsparen zu können. Diese Aufgabe wird durch eine Kontaktbrückenvorrichtung für einen Schalter eines Hochvoltschützes oder Hochvoltrelais mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Kontaktbrückenvorrichtung für einen Schalter eines Hochvoltschützes oder Hochvoltrelais weist eine axial bewegbare Kontaktbrücke mit einem in Längsrichtung betrachtet ersten Ende, an dem mindestens ein Kontakt ausgebildet ist, auf. Am in Längsrichtung betrachtet radial gegenüberliegenden zweiten Ende ist mindestens ein weiterer Kontakt ausgebildet. Diese Kontaktbrücke ist über ein Betätigungsglied axial in Richtung von Gegenkontakten des Schalters verschiebbar, wobei die axiale Richtung zur radial gerichteten Längsrichtung der Kontaktbrücke senkrecht angeordnet ist. Die Kontaktbrücke weist erfindungsgemäß am ersten Ende und am zweiten Ende, und somit an den bezüglich der Längserstreckung der Kontaktbrücke gegenüberliegenden Enden jeweils mindestens drei parallele, biegsame Zungen auf, an deren Enden jeweils ein Kontakt ausgebildet ist. Durch die Biegsamkeit der Zungen, können diese gegen die Gegenkontakte vorgespannt werden, um möglichst große Kontaktflächen herzustellen. Bei gleichmäßiger Stromaufteilung auf diese insgesamt mindestens sechs Kontakte oder drei Kontakte je Ende reduziert sich die wirkende Levitationskraft bei Anlage der Kontakte an den Gegenkontakten theoretisch um den Faktor 3. Die Anzahl der parallelen Kontaktstege kann dabei sinnvollerweise zwischen drei und sechs variieren. Somit wird der ursächliche Strom auf mehrere Kontaktstellen verteilt und entsprechend pro Kontaktfläche reduziert, wodurch sich auch die Levitationskraft reduziert. Die benötigte Haltekraft für den Elektromagneten würde dann entsprechend sinken. Dadurch wird es möglich, kleinere Magnetantriebe mit einer entsprechend reduzierten Haltekraft zu verwenden.
Vorzugsweise weist die Kontaktbrücke einen zentralen Verbindungsbereich auf, auf den das Betätigungsglied wirkt und von dem aus sich die Zungen einzeln zum ersten Ende und zum zweiten Ende der Kontaktbrücke erstrecken. Durch die einzelnen Zungen entsteht eine hohe Flexibilität, während der Verbindungsbereich dazu dient, diese als ein Bauteil einfach montieren zu können. Durch die vorhandene Flexibilität dieser einzelnen biegsamen Zungen können kleinere Unebenheiten und Maßabweichungen ausgeglichen werden und so ausreichend große Kontaktflächen zur Reduzierung der Levitationskraft bereitgestellt werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kontaktbrücke mehrere baugleiche, axial übereinander gestapelte Bleche aufweist. Die Einzelbleche werden sehr dünn ausgeführt und können sich entsprechend zumindest teilweise relativ zueinander bewegen, wodurch die Flexibilität erhöht wird und somit eine zuverlässige Auflage der Kontakte hergestellt werden kann, auch wenn die Gegenkontakte nicht exakt in einer Ebene angeordnet sind, da durch die Flexibilität der Zungen diese unterschiedlich weit in Richtung zu den Gegenkontakten ausgelenkt werden können. Zusätzlich können sich die Stegenden zueinander mit sehr wenig Kraftaufwand verdrehen, wodurch eine tatsächliche Erhöhung der Anzahl der Kontaktstellen sichergestellt wird.
In einer weiterführenden Ausführungsform sind die übereinander gestapelten Bleche an den Enden der Zungen mittels Schweißen oder Nieten miteinander verbunden, so dass deren Kontakt untereinander sichergestellt wird. Auch wird ein relatives Verschieben der Bleche zueinander vermieden.
Eine besonders bevorzugte Ausbildung der Erfindung ergibt sich dadurch, dass das erste Ende und das zweite Ende der Kontaktbrücke mittels eines Blattfederelementes in Richtung der Gegenkontakte vorgespannt sind. Das Blattfederelement erzeugt entsprechend eine Biegekraft auf die Zungen der Kontaktbrücke, wodurch diese bei geschaltetem Relais mit einer größeren Kraft unter Biegung der Zungen der Kontaktbrücke gegen die Gegenkontakte belastet werden. Eine solche flache Blattfeder verringert auch die Bauhöhe des Flochvoltrelais erheblich.
Vorzugsweise weist das Blattfederelement ein erstes Ende mit einer zum ersten Ende der Kontaktbrücke korrespondierenden Anzahl an Federzungen und ein zweites Ende mit einer zum zweiten Ende der Kontaktbrücke korrespondierenden Anzahl an Federzungen auf, die jeweils gegen eine Zunge der Kontaktbrücke vorgespannt sind. So kann eine gleichmäßige Anpresskraft an allen Kontaktstellen hergestellt werden. Die flexiblen Zungen der Kontaktbrücke werden so jeweils durch einen eigenen federnden Steg gehalten, beziehungsweise in Richtung des Gegenkontaktes vorgespannt. So wird auch sichergestellt, dass jede Zunge der Kontaktbrücke unterschiedlich axial verbogen werden kann, wodurch Unebenheiten zuverlässig ausgeglichen werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem Blattfederelement und der Kontaktbrücke ein verformbares Trägerelement angeordnet, welches ein erstes Ende mit einer zum ersten Ende der Kontaktbrücke korrespondierenden Anzahl an Stegen und ein zweites Ende mit einer zum zweiten Ende der Kontaktbrücke korrespondierenden Anzahl an Stegen aufweist, die an ihrer ersten axialen Seite gegen die jeweils korrespondierende Zunge der Kontaktbrücke anliegen und an ihrer entgegengesetzten axialen Seite gegen die jeweils korrespondierende Federzunge des Blattfederelementes anliegen. Dieses Trägerelement kann zur Fixierung der Kontaktbrücke am Trägerelement benutzt werden und zur Ausrichtung des Betätigungsgliedes zur Kontaktbrücke und zum Blattfederelement. Bei entsprechender Ausformung des Trägerelementes mit dickeren radialen Enden kann ein flaches Blattfederelement genutzt werden und dennoch die Kraft gezielt auf die radialen Enden der Kontaktbrücke übertragen werden.
In einer hierzu weiterführenden Ausführung erstrecken sich am Trägerelement Seitenwände axial, die gegenüberliegend zu den äußeren Zungen der Kontaktbrücke angeordnet ist. Die äußeren Zungen sind die Zungen die in einer Querrichtung zur Längsrichtung die Kontaktbrücke radial begrenzen. Durch die Seitenwände werden die einzelnen Bleche zum Trägerelement in dieser Querrichtung fixiert. Auch wird ein Verdrehen der Kontaktbrücke zum Trägerelement verhindert.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn am Betätigungsglied ein Koppelelement befestigt ist, das eine Auflagefläche aufweist, auf der das Blattfederelement aufliegt und von der aus sich Arme axial parallel zu den Seitenwänden des Trägerelementes erstrecken, deren Enden sich über die Kontaktbrücke erstrecken und zur Kontaktbrücke gebogen sind. Durch dieses Koppelelement wird das Trägerelement und die Kontaktbrücke zum Betätigungsglied fixiert und zwar sowohl in Querrichtung als auch durch die gebogenen Enden in axialer Richtung.
In einer hierzu weiterführenden Ausführung sind die Seitenwände des Trägerelementes in Längsrichtung betrachtet beidseits der Arme des Koppelelementes angeordnet, welche sich zumindest außen entlang des Verbindungsbereiches der Kontaktbrücke axial erstrecken, wodurch der benötigte Bauraum verringert wird und die Biegsamkeit des Trägerelementes erhalten bleibt. Um auch eine zuverlässige Fixierung der Kontaktbrücke zum Trägerelement in Längsrichtung zu erzielen, sind am Trägerelement an den Enden der Stege sich axial von dem Blattfederelement wegweisende Vorsprünge ausgebildet, zwischen denen die Kontaktbrücke angeordnet ist. Ein Verschieben in Längsrichtung zwischen dem Trägerelement und der Kontaktbrücke wird so verhindert.
In einer alternativen Ausführungsform weisen die Kontaktbrücke und das Blattfederelement im Verbindungsbereich eine Bohrung auf, durch die eine Stange des Betätigungsgliedes ragt, an deren Ende ein sich radial erstreckender Vorsprung ausgebildet ist, der axial von der zum Blattfederelement entgegengesetzten axialen Seite gegen die Kontaktbrücke anliegt. Dieser Vorsprung verhindert ein axiales Lösen der Kontaktbrücke von der Stange des Betätigungsgliedes. In einer hierzu weiterführenden Ausbildung sind das Blattfederelement und die Kontaktbrücke zentral mittels einer Schraubenfeder axial in Richtung des sich radial erstreckenden Vorsprungs vorgespannt. Entsprechend werden das Blattfederelement und die Kontaktbrücke zum Vorsprung fixiert. Durch die Reibkräfte wird auch ein Verdrehen verhindert.
Die Federzungen des Blattfederelementes sind in dieser Ausführungsform vorzugsweise an ihren Enden in Richtung der Kontaktbrücke gebogen ausgeführt, um die Biegekraft zentral auf die Zungen der Kontaktbrücke übertragen zu können, ohne Zwischenelemente verwenden zu müssen.
Des Weiteren sollte vorteilhafterweise an der Stange des Betätigungsgliedes ein zweiter radialer Vorsprung ausgebildet sein, wobei die Schraubenfeder zwischen dem zweiten radialen Vorsprung und dem Blattfederelement eingespannt ist. So kann eine zuverlässige federnde Befestigung der Kontaktbrücke zum Betätigungsglied erreicht werden. Durch die Erfindung wird die Schwelle, ab der es bei einem Hochvoltschütz levitationskraftbedingt zu einer Kontaktabhebung kommt, zu größeren Kontaktbrückenströmen hin verschoben. Bei sonst gleichem Magnetaktor kann damit der sichere Betriebsbereich des Schützes zu größeren Kontaktbrückenströmen hin erweitert werden, so dass eine Verwendung auch bei rein elektrisch betriebenen Fahrzeugen möglich wird. Dies erfolgt durch die Aufteilung auf verschiedene Kontaktstellen, deren Anlage zu den Gegenkontakten durch verschiedene Maßnahmen sichergestellt wird. Entsprechend kann ein Schütz mit einer solchen Kontaktbrückenvorrichtung kostengünstig hergestellt werden und weist einen geringen Bauraumbedarf auf.
Zwei Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen
Kontaktbrückenvorrichtungen für Schalter eines Hochvoltschützes oder Hochvoltrelais, sind in den Figuren dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Die Figur 1 zeigt eine Seitenansicht eines Hochvoltschützes mit einer erfindungsgemäßen Kontaktbrückenvorrichtung in geschnittener Darstellung. Die Figur 2 zeigt eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kontaktbrückenvorrichtung entsprechend der Figur 1.
Die Figur 3 zeigt eine perspektivische Darstellung einer alternativen erfindungsgemäßen Kontaktbrückenvorrichtung.
Die Figur 4 zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung der erfindungsgemäßen Kontaktbrückenvorrichtung aus Figur 3.
Das in Figur 1 dargestellte Hochvoltschütz 10 besteht aus einem elektromagnetischen Aktor 12 mit einem Anker 14, der bei Bestromung einer Spule 16 in Richtung eines Kerns 18 gezogen wird, der in vorliegendem Ausführungsbeispiel zwischen dem Anker 14 und einem Schalter 20 angeordnet ist, welcher durch eine Bewegung des Ankers 14 schaltbar ist. Am Anker 14 ist eine Stange 22 befestigt, die durch eine Öffnung im Kern 18 ragt. Die Stange 22 ist Teil eines Betätigungsgliedes 24, welches auf den Schalter 20 wirkt, indem es bei Bestromung der Spule 16 eine Kontaktbrückenvorrichtung 26 mit ihrer Kontaktbrücke 28, an deren in Längserstreckungsrichtung betrachteten Enden 30, 32 Kontakte 34 ausgebildet sind, gegen Gegenkontakte 36 drückt, die an den Enden von Leiterbahnen 37 des Hochvoltschützes 10 ausgebildet sind, welche entsprechend durch die Kontaktbrücke 28 miteinander verbunden werden, um einen Stromkreis zu schließen und so beispielsweise die Verbraucher, wie Antriebsmotoren mit einer Traktionsbatterie zu verbinden. Wird die Spule 16 nicht bestromt, wird das Betätigungsglied 24 und der Anker 14 durch eine Feder 39 in entgegengesetzter Richtung belastet, so dass die Kontaktbrücke 28 von den Gegenkontakten 36 abgehoben wird und der Stromkreis unterbrochen wird. Zwischen den Kontakten 34 und den Gegenkontakten 36 entsteht bei großen Stromflüssen eine Levitationskraft oder Holmsche Engekräfte, da die Kontakte 34 nicht vollflächig an den Gegenkontakten 36 anliegen, sondern lediglich verschiedene Punktkontakte entstehen. Diese Kraft wirkt entgegen der Kraft des elektromagnetischen Aktors 12 und steigt proportional zum Quadrat des fließenden Stroms, so dass mit steigenden Strömen, wie sie beispielsweise in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen notwendig sind, dazu führt, dass sehr große Elektromagneten verwendet werden müssen.
Dies wird durch Kontaktbrückenvorrichtungen 26 verhindert, wie sie in der Figur 2 oder der Figur 3 dargestellt sind. Die Kontaktbrückenvorrichtung 26 gemäß der Figur 2 weist eine Kontaktbrücke 28 auf, welche einen zentralen Verbindungsbereich 38 aufweist, von dem aus sich in Längsrichtung an jeder Seite des Verbindungbereiches 38 jeweils drei biegsame Zungen 40, 41 parallel zueinander erstrecken, an deren Enden 30, 32 jeweils einer der Kontakte 34 angeordnet ist.
Die Kontaktbrücke 28 ist aus aufeinander gestapelten dünnen Blechen 42 aufgebaut, die alle den gleichen Querschnitt mit den jeweils drei Zungen 40, 41 an den Enden 30, 32 aufweisen. Etwa zwanzig bis dreißig dieser Bleche 42 werden übereinandergestapelt. An den gegenüberliegenden Enden 30, 32 sind diese Bleche 42 beispielsweise durch
Widerstandsschweißen oder Nieten miteinander verbunden.
Die Kontaktbrücke 28 ist auf einem verformbaren Trägerelement 44 angeordnet, welches aus einem isolierenden Kunststoff besteht und in einer Schnittrichtung senkrecht zur Bewegungsrichtung eine zur Kontaktbrücke 28 korrespondierende Querschnittsform aufweist, so dass auch das Trägerelement 44 insgesamt sechs Stege 46 aufweist, von denen sich in Längsrichtung betrachtet jeweils drei zu entgegengesetzten Enden 48, 50 erstrecken. Entsprechend liegt jede Zunge 40, 41 der Kontaktbrücke 28 auf einer ersten axialen Seite 52 eines Steges 46 des Trägerelementes 44 auf.
Die Verformbarkeit des Trägerelementes 44 bezieht sich insbesondere auf eine mögliche Biegung der Stege 46 in Axialrichtung, also bei in Bewegungsrichtung der Kontaktbrückenvorrichtung 26 wirkender Krafteinwirkung, was dadurch sichergestellt wird, dass das Trägerelement 44 im Querschnitt entlang der Längserstreckungsrichtung in einem mittleren Bereich 48 sehr dünn ausgebildet ist, während im in Längsrichtung betrachtet äußeren Bereich 54, 56 der einzelnen Stege 46 der Querschnitt etwas dicker ausgeführt ist, wodurch die Kontaktbrücke 28 bei fehlender Krafteinwirkung lediglich auf diesen äußeren Bereichen 54, 56 der Stege 46 aufliegt. Die äußersten Enden 48, 50 der Stege 46 weisen jeweils einen sich axial erstreckenden Vorsprung 58 auf, der unmittelbar radial gegenüberliegend zum jeweiligen Ende 30, 32 der Zungen 40, 41 der Kontaktbrücke 28 angeordnet ist, so dass diese in
Längserstreckungsrichtung relativ zum Trägerelement 44 nicht verschoben werden kann.
Des Weiteren erstrecken sich an den Querenden des Trägerelementes 44 in axialer Richtung Seitenwände 60, die gegenüberliegend zu den radial außenliegenden Zungen 41 der Kontaktbrücke 28 angeordnet sind. Diese vier Seitenwände 60 erstrecken sich jeweils zwischen dem
Verbindungsbereich 38 und den äußeren Bereichen 54, 56 der Stege 46, so dass die Beweglichkeit des Trägerelementes 44 erhalten bleibt, jedoch eine Verschiebung der Kontaktbrücke 28 zum Trägerelement 44 verhindert wird. Zwischen den an einer Querseite ausgebildeten Seitenwänden 60 erstrecken sich Arme 62 eines Koppelelementes 64, welche das
Trägerelement 44 und die Kontaktbrücke 28 in diesem mittleren Bereich umgreifen und an ihren axialen Enden 66 umgebogen ausgebildet sind, so dass diese gebogenen Enden 66 gegenüberliegend zum Verbindungsbereich 38 der Kontaktbrücke 28 angeordnet sind, welche entsprechend nicht axial aus der übrigen Kontaktbrückenvorrichtung 26 gelöst werden kann.
Die Arme 62 umgreifen auch ein Blattfederelement 68, auf welchem das Trägerelement 44 mit einer zur ersten axialen Seite 52 gegenüberliegenden zweiten axialen Seite 70 aufliegt, während das Blattfederelement 68 mit seiner gegenüberliegenden axialen Seite auf einer Auflagefläche 72 des Koppelelementes 64 aufliegt, dass unmittelbar an einer Verdickung 73 der Ventilstange 22 anliegt und entsprechend mit der Ventilstange 22 bewegt wird, wodurch auch die Kontaktbrückenvorrichtung 26 mit dem Betätigungsglied 24 bewegungsgekoppelt ist. Das Blattfederelement 68 weist korrespondierend zur Form des Trägerelementes 44 und der Kontaktbrücke 28 ebenfalls sechs sich parallel in Längsrichtung erstreckende Federzungen 74 auf, von denen sich drei zu einem ersten Ende 76 und drei zum gegenüberliegenden zweiten Ende 78 erstrecken. Diese sechs Federzungen 74 belasten entsprechend über die Stege 46 des Trägerelementes 44 auch die Zungen 40 der Kontaktbrücke 28 axial einzeln in Richtung der Gegenkontakte 36. Hierzu ist das Blattfederelement 68 durch die innere Auflage auf der Auflagefläche 72 des Koppelelementes 64 und die äußere Anlage auf den querschnittserweiterten Bereichen 54, 56 des Trägerelementes immer vorgespannt, da durch die Betätigung der Ventilstange 22 die Federzungen 74 des Blattfederelementes 68 gebogen werden.
Dies hat zur Folge, dass jeder Kontakt 34 separat zum jeweiligen Gegenkontakt 36 belastet wird, so dass Unebenheiten und Maßabweichungen zueinander ausgeglichen werden und zusätzliche Kontaktflächen geschaffen werden, was zu geringeren Levitationskräften führt, da der Strom pro Kontaktfläche sinkt. In der Figur 3 ist eine alternative erfindungsgemäße Kontaktbrückenvorrichtung 26 dargestellt, wobei gleiche Bezugszeichen für gleiche Bauteile verwendet werden. Diese Kontaktbrückenvorrichtung 26 weist lediglich die Kontaktbrücke 28 mit ihren Zungen 40 sowie ein direkt unter der Kontaktbrücke 28 angeordnetes Blattfederelement 68 mit korrespondierenden Federzungen 74 auf, die die Zungen 40 der Kontaktbrücke 28 zu den Gegenkontakten 36 belasten, indem die Enden 76, 78 der Federzungen 74 derart gebogen ausgeführt sind, dass sie im unbelasteten Zustand näher zur Kontaktbrücke 28 angeordnet sind als ein zentraler Befestigungsbereich 80 des Blattfederelementes 68. Der Befestigungsbereich 80 und der Verbindungsbereich 38 der Kontaktbrücke 28 weisen eine korrespondierende Bohrung 82 auf, durch die die Stange 22 ragt. Zur Befestigung der Kontaktbrückenvorrichtung 26 am Betätigungsglied 24 sind an der Ventilstange 22 zwei sich radial erstreckende Vorsprünge 84, 86 ausgebildet. Der erste Vorsprung 84 liegt an der vom Blattfederelement 68 entfernten axialen Seite, die Bohrung 82 umgebend, auf der Kontaktbrücke 28 auf. Eine Schraubenfeder 88 ist vorgespannt zwischen dem zweiten radialen Vorsprung 86 und einer von der Kontaktbrücke 28 abgewandten axialen Seite des Blattfederelementes 68 gegen das Blattfederelement 68, die Bohrung 82 umgebend, angeordnet. Entsprechend wird das Blattfederelement 68 und damit die Kontaktbrücke durch die Schraubenfeder 88 federnd in Richtung der Gegenkontakte 36 belastet.
Auch durch diese Ausführung wird eine Kontaktbrückenvorrichtung 26 geschaffen, mit der die Anzahl der Kontaktstellen zur Verringerung der wirkenden Levitationskraft erhöht wird, wodurch der elektromagnetische Aktor mit einer geringeren Haltekraft ausgeführt, und somit kleiner und kostengünstiger gebaut werden kann. Es sollte deutlich sein, dass im Vergleich zu den beschriebenen Ausführungsbeispielen verschiedene Modifikationen möglich sind. So kann die Anzahl der Zungen, Federzungen und Stege selbstverständlich erhöht werden, also beispielsweise sechs pro Seite ausgebildet werden. Auch die Bewegungskopplung kann anders ausgeführt werden. Auch kann der Aufbau der Kontaktbrücke anders gewählt werden, solange eine Verdreh- und Biegbarkeit der Zungen gegeben ist.

Claims

Pierburg GmbH, 41460 Neuss P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Kontaktbrückenvorrichtung (26) für einen Schalter (20) eines Hochvoltschützes (10) oder Hochvoltrelais mit einer axial bewegbaren Kontaktbrücke (28) mit einem ersten Ende (30), an dem zumindest ein Kontakt (34) ausgebildet ist und einem zum ersten Ende (30) radial gegenüberliegenden zweiten Ende (32), an dem zumindest ein Kontakt (34) ausgebildet ist, einem Betätigungsglied (24), über welches die Kontaktbrücke (28) axial in Richtung von Gegenkontakten (36) des Schalters (20) verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbrücke (28) am ersten Ende (30) und am zweiten Ende (32) jeweils mindestens drei parallele, biegsame Zungen (40, 41) aufweist, an deren Enden (30, 32) jeweils ein Kontakt (34) ausgebildet ist.
2. Kontaktbrückenvorrichtung für einen Schalter eines Hochvoltschützes oder Hochvoltrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbrücke (28) einen zentralen Verbindungsbereich (38) aufweist, auf den das Betätigungsglied (24) wirkt und von dem aus sich die Zungen (40, 41) einzeln zum ersten Ende (30) und zum zweiten Ende (32) erstrecken.
3. Kontaktbrückenvorrichtung für einen Schalter eines Hochvoltschützes oder Hochvoltrelais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbrücke (28) mehrere baugleiche, axial übereinander gestapelte Bleche (42) aufweist.
4. Kontaktbrückenvorrichtung für einen Schalter eines Hochvoltschützes oder Hochvoltrelais nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die übereinander gestapelten Bleche (42) an den Enden (30, 32) der Zungen (40, 41) mittels Schweißen oder Nieten miteinander verbunden sind.
5. Kontaktbrückenvorrichtung für einen Schalter eines Hochvoltschützes oder Hochvoltrelais nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ende (30) und das zweite Ende (32) der Kontaktbrücke (28) mittels eines Blattfederelementes (68) in Richtung der Gegenkontakte (36) vorgespannt sind.
6. Kontaktbrückenvorrichtung für einen Schalter eines Hochvoltschützes oder Hochvoltrelais nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Blattfederelement (68) ein erstes Ende (76) mit einer zum ersten Ende (30) der Kontaktbrücke (28) korrespondierenden Anzahl an Federzungen (74) und ein zweites Ende (78) mit einer zum zweiten Ende (32) der Kontaktbrücke (28) korrespondierenden Anzahl an Federzungen (74) aufweist, die jeweils gegen eine Zunge (40, 41) der Kontaktbrücke (28) vorgespannt sind.
7. Kontaktbrückenvorrichtung für einen Schalter eines Hochvoltschützes oder Hochvoltrelais nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Blattfederelement (68) und der Kontaktbrücke (28) ein verformbares Trägerelement (44) angeordnet ist, welches ein erstes Ende (48) mit einer zum ersten Ende (30) der Kontaktbrücke (28) korrespondierenden Anzahl an Stegen (46) und ein zweites Ende (50) mit einer zum zweiten Ende (32) der Kontaktbrücke (28) korrespondierenden Anzahl an Stegen (46) aufweist, die an ihrer ersten axialen Seite (52) gegen die jeweils korrespondierende Zunge (40, 41) der Kontaktbrücke (28) anliegen und an ihrer entgegengesetzten axialen Seite (70) gegen die jeweils korrespondierende Federzunge (74) des Blattfederelementes (68) anliegen.
8. Kontaktbrückenvorrichtung für einen Schalter eines Hochvoltschützes oder Hochvoltrelais nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich am Trägerelement (44) Seitenwände (60) axial erstrecken, die gegenüberliegend zu den äußeren Zungen (41) der Kontaktbrücke (28) angeordnet ist.
9. Kontaktbrückenvorrichtung für einen Schalter eines Hochvoltschützes oder Hochvoltrelais nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass am Betätigungsglied (24) ein Koppelelement (64) befestigt ist, das eine Auflagefläche (72) aufweist, auf der das Blattfederelement (68) aufliegt und von der aus sich Arme (62) axial parallel zu den Seitenwänden (60) des Trägerelementes (44) erstrecken, deren Enden (66) sich über die Kontaktbrücke (28) erstrecken und zur Kontaktbrücke (28) gebogen sind.
10. Kontaktbrückenvorrichtung für einen Schalter eines Hochvoltschützes oder Hochvoltrelais nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (60) des Trägerelementes (44) in Längsrichtung betrachtet beidseits der Arme (62) des Koppelelementes (64) angeordnet sind, welche sich zumindest außen entlang des Verbindungsbereiches (38) der Kontaktbrücke (28) axial erstrecken.
11. Kontaktbrückenvorrichtung für einen Schalter eines Hochvoltschützes oder Hochvoltrelais nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass am Trägerelement (44) an den Enden (48, 50) der Stege (46) sich axial von dem Blattfederelement (68) wegweisende Vorsprünge (58) ausgebildet sind, zwischen denen die Kontaktbrücke (28) angeordnet ist.
12. Kontaktbrückenvorrichtung für einen Schalter eines Hochvoltschützes oder Hochvoltrelais nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbrücke (28) und das Blattfederelement (68) im Verbindungsbereich (38) eine Bohrung (82) aufweisen, durch die eine Stange (22) des Betätigungsgliedes (24) ragt, an deren Ende ein sich radial erstreckender Vorsprung (84) ausgebildet ist, der axial von der zum Blattfederelement (68) entgegengesetzten axialen Seite gegen die Kontaktbrücke (28) anliegt.
13. Kontaktbrückenvorrichtung für einen Schalter eines Hochvoltschützes oder Hochvoltrelais nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Blattfederelement (68) und die Kontaktbrücke (28) zentral mittels einer Schraubenfeder (88) axial in Richtung des sich radial erstreckenden Vorsprungs (84) vorgespannt sind.
14. Kontaktbrückenvorrichtung für einen Schalter eines Hochvoltschützes oder Hochvoltrelais nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Federzungen (74) des Blattfederelementes (68) an ihren Enden in Richtung der Zungen (40) der Kontaktbrücke (28) gebogen ausgeführt sind.
15. Kontaktbrückenvorrichtung für einen Schalter eines Hochvoltschützes oder Hochvoltrelais nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass an der Stange (22) des Betätigungsgliedes (24) ein zweiter radialer Vorsprung (86) ausgebildet ist, wobei die Schraubenfeder (88) zwischen dem zweiten radialen Vorsprung (86) und dem Blattfederelement (68) eingespannt ist.
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