WO2024052213A2 - Gleichspannungsschaltgerät mit integriertem unterbrechungsmechanismus - Google Patents

Gleichspannungsschaltgerät mit integriertem unterbrechungsmechanismus Download PDF

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WO2024052213A2
WO2024052213A2 PCT/EP2023/073942 EP2023073942W WO2024052213A2 WO 2024052213 A2 WO2024052213 A2 WO 2024052213A2 EP 2023073942 W EP2023073942 W EP 2023073942W WO 2024052213 A2 WO2024052213 A2 WO 2024052213A2
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housing
switching element
switching device
conductor
switching
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Application number
PCT/EP2023/073942
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English (en)
French (fr)
Inventor
Tobias Grote
Lutz Heuer
Detlev Schürgens
Original Assignee
Phoenix Contact Gmbh & Co.Kg
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Publication date
Application filed by Phoenix Contact Gmbh & Co.Kg filed Critical Phoenix Contact Gmbh & Co.Kg
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/66—Structural association with built-in electrical component
    • H01R13/70—Structural association with built-in electrical component with built-in switch
    • H01R13/703—Structural association with built-in electrical component with built-in switch operated by engagement or disengagement of coupling parts, e.g. dual-continuity coupling part
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/62—Means for facilitating engagement or disengagement of coupling parts or for holding them in engagement
    • H01R13/629—Additional means for facilitating engagement or disengagement of coupling parts, e.g. aligning or guiding means, levers, gas pressure electrical locking indicators, manufacturing tolerances
    • H01R13/62933—Comprising exclusively pivoting lever

Definitions

  • the invention relates to a DC switching device for coupling a DC voltage load to a DC voltage source via a positive conductor and/or negative conductor.
  • a DC switching device is usually used to couple a DC voltage load, ie in particular to electrically couple or connect a DC voltage load to a DC voltage source but also to electrically decouple the DC voltage load.
  • Both a positive conductor and/or a negative conductor, via which the DC voltage load is coupled to the DC voltage source, can be routed through the DC voltage switching device.
  • the DC voltage load does not have to be a single load, but can also be composed of a group of DC voltage loads or be designed as a DC network with a large number of DC voltage loads operated above it.
  • the plus conductor and the negative conductor each expediently run between an input connection of the DC switching device and an output connection of the DC switching device.
  • the two conductors are consequently electrically connected, in particular via the two input connections of the DC voltage switching device, first to a DC voltage source, for example a DC voltage bus, for applying an external DC voltage and further, in particular via the two output connections of the DC voltage switching device, are electrically connected to the DC voltage load to be connected to the DC voltage .
  • a DC voltage source for example a DC voltage bus
  • the DC switching device comprises at least a first switching element.
  • a controllable semiconductor switching element is often used for this purpose, which is integrated in the plus conductor which consequently runs between the DC voltage source and the DC voltage load (or in an expedient embodiment, in particular between the respective input connection and output connection of the DC voltage switching device for the positive conductor) and/or in which equally between the DC voltage source and the DC voltage load (or in an expedient embodiment, in particular between the respective input connection and output connection of the DC voltage switching device for the negative conductor) is integrated.
  • at least one further switching element in particular an electromechanical switching element, can be provided in the positive conductor and/or in the negative conductor.
  • the semiconductor switching element is switched on and each of the possibly existing at least one further switching element provided in the positive conductor and/or in the negative conductor is in a closed state, a current flows between the DC voltage source and the DC voltage load.
  • This current flow can be prevented or interrupted in particular by switching off or opening the first switching element, i.e. in particular the semiconductor switching element.
  • such a generic DC switching device conventionally has a housing in which its electronic and/or electrical components are at least partially housed, i.e. at least the first switching element.
  • a housing provides protection against external influences, i.e. in particular mechanical and other environmental influences, but also protection for the environment, including people, from potential impairment and damage caused by these components, e.g. the housing must protect people in particular from accidental contact with the enclosed Protect device.
  • the housing is to be designed to be maintenance-friendly, for example in order to replace individual components, these are therefore often subject to strict safety requirements with regard to the protection of the environment, including people.
  • the object of the invention is therefore to provide a generic DC switching device which, in particular with a housing that is accessible for maintenance and in particular in a simple and cost-effective manner, offers further improved, highly effective protection for the environment, including people.
  • the object is achieved according to the invention by a DC switching device with the features according to claim 1. Appropriate embodiments or further developments are the subject of the claims dependent on claim 1.
  • a DC switching device which is set up to couple a DC voltage load to a DC voltage source via a positive conductor and/or negative conductor, and which has a housing or is at least partially surrounded by a housing, within which at least a first switching element, in particular a semiconductor-based one, is electronic controllable switching element and is integrated in the positive conductor and / or in the negative conductor for coupling and decoupling the DC voltage load
  • the housing has at least two housing parts that are mechanically coupled to one another and movable relative to one another, in a first position of these two relative to one another movable housing parts, the housing is closed and in a second position of the relatively movable housing parts, the housing is opened and at least one of the plus and minus conductors is interrupted due to the second position.
  • the DC switching device is therefore designed with an integrated interruption mechanism, which is functionally set up in such a way, by means of or due to the relative positions of two movable housing parts, either to effect a closed housing or to interrupt at least one of the plus and minus conductors when the housing is open.
  • the integrated interruption mechanism is set up in such a way that the possibility of electrical connection, i.e. coupling of the DC voltage load, even through the at least first switching element when the housing is open is no longer possible or is effectively prevented.
  • the DC voltage load is always in the electrically switched off, i.e. decoupled, state.
  • FIG. 1 shows a very simplified first preferred embodiment of a DC switching device according to the invention with a partially broken housing in the closed state
  • FIG. 2 shows a very simplified sketch of the embodiment according to FIG. 1 with the housing open
  • FIG. 3 greatly simplified a second preferred embodiment of a DC switching device according to the invention with a partially broken housing in the closed state
  • Figure 4 is a very simplified sketch of the embodiment according to Figure 3 with the housing open, and
  • Figure 5 a highly simplified circuit diagram of a further preferred embodiment of a DC switching device according to the invention.
  • Figures 1 and 3 show, in very simplified form, a first and a second embodiment of a DC switching device 100 according to the invention with a partially broken housing in the closed state.
  • Figure 5 shows a highly simplified circuit diagram of a further preferred embodiment of a DC switching device 100 according to the invention.
  • FIG. 1, 3 and 5 each show a DC voltage switching device 100, which is set up to couple a DC voltage load 200 to a DC voltage source 4 via a positive conductor 8 and/or negative conductor 10.
  • the positive conductor 8 and the negative conductor 10 are each expediently guided through the DC switching device 100.
  • a DC voltage branch 2 is set up between the DC voltage source 4 and the DC voltage load 200.
  • the plus and minus conductors 8, 10 can in this case also be arranged on a circuit board, ie in particular be designed as conductor tracks.
  • the DC switching device 100 has a housing made up of at least two housing parts 100-1, 100-2, 100-3 or is at least partially surrounded by such a housing.
  • the housing is therefore constructed from the at least two housing parts 100-1, 100-2 and in Fig. 3, for example, from the three housing parts 100-1, 100-2 and 100-3.
  • the dashed line S indicates the transition or “boundary” between two housing parts 100-1 and 100-2 of the DC switching device 100.
  • At least one first switching element 101 expediently a semiconductor-based, electronically controllable switching element, is included, i.e. included, and integrated into the positive conductor 8 and/or into the negative conductor 10 for coupling and decoupling the DC voltage load 200.
  • a first switching element 101 is integrated into the plus conductor 8 and in Figs. 3 and 5 into the negative conductor 10.
  • At least one fuse 103 can be integrated into the positive conductor 8 and/or into the negative conductor 10. This is in particular integrated at least in the conductor in which no first switching element 101 is integrated.
  • a fuse 103 in particular a fuse, is installed in the negative conductor 10 and in Figs. 3 and 5 integrated into the plus conductor 8, which is also marked SI in Fig. 5.
  • Such a fuse 103 is expediently replaceable and expediently arranged to be accessible from outside the housing when the housing is open, so that it can therefore be easily replaced, especially in the event of “destruction”.
  • the switching element 101 is therefore used in particular for the operational switching of the DC switching device 100, but can, in particular in the form of a controllable semiconductor switching element and additionally marked HS in FIG. 5, also be used for ground fault protection for the conductor in which it is integrated. Even in the event of a ground fault, the fault location can be separated from the rest of the network very quickly, preferably within a few ps, so that the The current to be switched off does not become too high.
  • the first switching element can therefore expediently switch off the conductor in which it is integrated in a few qs and thus separate the DC voltage source from the fault location before the current becomes too high.
  • the first switching element 101 suitable for quickly decoupling the DC voltage load 200 from the DC voltage source 4 is therefore, in practical implementation, a semiconductor-based, electronically controllable one, for example as a MOSFET (“metal-oxide-semiconductor field-effect transistor”) or IGBT (“Insulated Gate Bipolar). Transistor”) trained switching element.
  • MOSFET metal-oxide-semiconductor field-effect transistor
  • IGBT Insulated Gate Bipolar
  • Transistor trained switching element.
  • fuses with sufficient short-circuit strength are also available, so that the conductor in which a fuse 103 is integrated can also be separated sufficiently quickly.
  • the DC switching device expediently has the possibility of safely disconnecting in both the plus branch and the minus branch even in the event of such a fault.
  • the DC switching devices according to the invention are characterized in that the housing has at least two housing parts that are mechanically coupled to one another and movable relative to one another, i.e. according to the embodiments according to FIGS. 1, 3 and 5 at least two of the housing parts 100-1, 100-2, 100-3 are designed as housing parts that are mechanically coupled to one another and movable relative to one another.
  • housing parts 100-1, 100-2, 100-3 are also mechanically coupled to one another and set up to be movable relative to one another in such a way that in a first position of these housing parts which are movable relative to one another, the housing is closed (see, for example, Fig. 1 and 3) and in a second position of the relatively movable housing parts, the housing is opened and at least one of the plus and minus conductors 8, 10 is interrupted due to the second position.
  • FIGS. 2 and 4 which each show the embodiment according to FIGS. 1 and 3 in a very simplified manner, but with the housing open and only in sketch form.
  • the ones above are already shown in relation to Figs. 1 and 3 discussed electrical and Electronic components have largely been omitted for reasons of clarity.
  • the DC switching device is therefore designed with an integrated interruption mechanism, which is functionally set up either to effect a closed housing, i.e. in the first position, or to Interrupt at least one of the plus and minus conductors when the housing is open, i.e. in the second position.
  • This integrated interruption mechanism is thus set up in such a way that the possibility of electrical connection, i.e. coupling of the DC voltage load 200, also through the at least first switching element 101 when the housing is open in the second position of the housing parts 100-1 and 100-2 that are movable relative to one another is no longer possible is or is effectively prevented. Rather, when the housing is open, the DC voltage load 200 is always in the electrically switched off, i.e. decoupled, state. In particular, in the open position, the DC voltage load 200 is from the DC voltage source 4 not only electrically but also galvanically decoupled, in practical implementation useful both in relation to the positive conductor 8 and the negative conductor 10.
  • two complementary electrical contact elements 111 and 112 are expediently arranged on the two housing parts 100-1 and 100-2 that can be moved relative to one another, which are in mutual electrical contact when the housing is closed and when it is open Housings are electrically and galvanically separated from each other.
  • the ones shown in Figs. 1 to 5, designated 111, 112 in a practical embodiment expediently comprise two complementary electrical contact elements 111 and 112, to which the positive conductor 8 and the negative conductor 10 are electrically connected.
  • each conductor of the two plus and minus conductors 8, 10 that is interrupted when the housing is open is guided through the housing and inside a first 100-1 or 100-2 of the two relatively movable housing parts is electrically connected to a respective first contact element 111 of the complementary electrical contact elements and within the second 100-1 or 100-2 of the two relatively movable housing parts to a second one Contact element 112 of the complementary electrical contact elements is electrically connected, wherein the first electrical contact element and the second electrical contact element are in mutual electrical contact when the housing is closed and are electrically and galvanically separated from one another when the housing is open.
  • at least one signal generator 114 is additionally included, which is arranged and set up to signal an opening movement in response to the movement of the two relatively movable housing parts from the first position towards the second position.
  • the signal contact 114 is opened in advance of the contact elements 111, 112 in the plus and / or minus conductor path 8, 10, a signal output or received by the signal contact 114 can which thus in particular signals an opening movement, can be used to initially open the first switching element 101 in particular. This ensures that no arc occurs when the contacts in the power path contact elements 111, 112 are subsequently opened in the plus and/or minus conductor path 8, 10.
  • the DC switching device can in particular have an evaluation device 118 connected to the signal generator 114 and the first switching element 118, which is set up to control at least the first switching element 101 for decoupling the DC voltage load in response to an opening movement signaled by the signal generator 114.
  • an evaluation device 118 connected to the signal generator 114 and the first switching element 118, which is set up to control at least the first switching element 101 for decoupling the DC voltage load in response to an opening movement signaled by the signal generator 114.
  • Figs. 1, 3 and 5 corresponding preferred control paths of such an evaluation device 118 are shown in dashed lines.
  • a second switching element 106 in particular an electromechanical switching element, in particular a relay contact, for coupling and decoupling the DC voltage load 200 can optionally also be housed, in particular housed in the housing, which is in one of the plus and minus conductors 8 , 10 is integrated.
  • a third switching element 106 in particular an electromechanical switching element, in particular a relay contact, for coupling and decoupling the DC voltage load 200, in particular housed in the housing, which is integrated into the other of the plus and minus conductors 8, 10.
  • the evaluation device 118 is also connected to the second switching element 106 or also to the third switching element 106.
  • Signal signaling opening movement can therefore also be used not only to initially open the first switching element 101, but additionally or alternatively also to initially open the second and possibly also the third switching element 106. This can also ensure that no arc occurs when the contacts in the power path contact elements 111, 112 are subsequently opened in the plus and/or minus conductor path 8, 10.
  • an actuating mechanism 115a, 115b, 115c is also expediently included, which is arranged accordingly and is set up, in particular can be operated manually.
  • the actuation mechanism for manual operation can therefore have, for example, a manual actuator 115a, which is correspondingly mechanically coupled to the at least two housing parts 100-1, 100-2, 100-3 that are movable relative to one another via suitably equipped bearings 115b.
  • a manual actuator 115a which is correspondingly mechanically coupled to the at least two housing parts 100-1, 100-2, 100-3 that are movable relative to one another via suitably equipped bearings 115b.
  • a manual actuator such or a similar manual actuator can also be mechanically coupled in a different way to the at least two housing parts 100-1, 100-2, 100-3 that are movable relative to one another, or the actuation mechanism can also be designed differently overall, e.g. electrically , hydraulic or pneumatic.
  • the actuation mechanism can also include expediently suitable bearings 115c at least between the at least two housing parts 100-1, 100-2, 100-3 that are movable relative to one another, so that these are between the first position and the second position relative to one another can move without having to be completely physically separated from each other to open the housing.
  • the evaluation device 118 can also be connected to a sensor 116, which is useful at least for detecting the current flow of the conductor in which the first switching element 101 is integrated.
  • a sensor 116 has, according to an expedient design, a sensor element arranged in series with the first switching element 101 for detecting the current flow of this conductor.
  • the sensor element that detects this current flow is additional marked with “CS”.
  • the evaluation device 118 can therefore also be set up to compare the detected current flow against a threshold value and to activate the at least one switching element 101.
  • the evaluation device 118 can have, for example, an analog circuit, a discrete circuit or preferably a PC (microcontroller).
  • the first switching element 101 is expediently activated accordingly at least first for decoupling the load 200 from the source 4, ie in particular switched off.
  • a second and possibly a third switching element 106 is also included for coupling and decoupling the DC voltage load 200, this can also additionally effect a galvanic decoupling of the load 200 from the source 4, in particular equally by means of the evaluation device 118.
  • the second and third switching elements 106 can therefore expediently have relay contacts, additionally marked Kl and K2 in FIG. 5.
  • relay contacts are rather unsuitable for quick switching off, as the time until separation is in the ms range.
  • the first switching element 101 or, in addition, the second and third switching elements 106 can be switched off by the evaluation device 118 and the DC voltage branch can thus be switched off electrically or . Galvanically decoupled from the DC voltage source 4. Furthermore, by switching off the second and third switching element 106, the current flow is prevented in both directions, whereas when only the first switching element 101 is switched off, the current flow is only prevented in one current flow direction. The second and third switching elements 106 therefore always ensure safe galvanic isolation of the DC output from the DC input.
  • the evaluation device 118 is also preferably set up to at least switch off the first switching element 101 when a current flow change speed, current amplitude and/or current direction predetermined by the threshold value is passed take into account.
  • the current flow rate of change and/or the current direction can also be compared with a threshold value and, when exceeded, lead to the first switching element (101) being switched off.
  • a comparison of the speed of change in current flow and/or the current direction is expediently carried out and leads to a switch-off when the threshold value is exceeded.
  • the evaluation device 118 also has a signaling output or a communication interface, specifically for outputting 119 a signaling signal when the threshold value is exceeded and/or when the threshold value is not exceeded, but the detected current flow has a value that is greater in magnitude than a Second threshold value is smaller in magnitude compared to the threshold value.
  • a threshold value for example, tolerable current changes, fluctuations and/or losses when operating the DC voltage load can also be taken into account in a diverse and flexible manner.
  • the evaluation device 118 is also expediently designed and set up not only to decouple the DC voltage load 200 or the entire DC voltage branch 2 electrically or additionally galvanically from the DC voltage source 4 by means of corresponding activation commands to the first switching element 101 or the further switching elements 106, ie to its or .to effect their switching off, but also to effect the electrical and/or galvanic coupling of the DC voltage load 200 or the entire DC voltage branch 2 to the DC voltage source 4 by means of appropriate activation commands to the switching element or switching elements, ie to switch it on.
  • a command to the evaluation device 118 for effecting the switching on based on this can, according to an expedient embodiment, also be received by the evaluation device 118, for example via a communication interface as described above or via another input interface, in particular a digital input.
  • a DC switching device as described above in various embodiment variants it is therefore possible to implement a switching system in particular in which IN+, IN- of the DC switching device are present at an input
  • the positive conductor 8 and the negative conductor 10 are connected to the DC voltage source 4 and a DC voltage branch with the DC voltage load 200 can be coupled and uncoupled at an output OUT+, OUT- of the DC voltage switching device 100 via the positive conductor 8 and the negative conductor 10 (see Fig. 5 ).
  • the direct voltage of the direct voltage source 4 is usually generated from a three-phase AC network with LI, L2, L3 by means of a rectification GR, whereby the rectification can be carried out actively with a power electronic circuit or passively with diodes.
  • an electromechanical switching element can optionally also be connected and set up in parallel to the first switching element 101 in a further development, in the coupling state of the first switching element
  • the DC load does not have to be a single load, but can be composed of a group of DC loads or be designed as a DC network with a large number of DC loads operated above it.
  • the invention proposes an additional separation function or an additional interruption mechanism.
  • This is particularly advantageous if, for example, the normative requirements for a DC switching device can be met solely through relay contacts, ie generally cannot be met with a circuit breaker.
  • At least two parts of a device housing are designed to be movable relative to one another and are mechanically coupled to one another, so that there is a closed housing position in a first position and an open housing position in a second position.
  • at least two of these movable housing parts each contain electrical contact elements which are designed to complement one another, so that in the closed housing state the electrical contact elements are also closed and a current flow from the device input to the device output is basically possible.
  • the electrical contact elements When the housing is open, the electrical contact elements are then also open and current flow is no longer possible under any circumstances, since the device input is electrically and galvanically separated from the device output by the open contact elements.
  • at least one further signal contact or signal transmitter is expediently present, which is ahead of the electrical contact elements in the plus and/or minus branch during the opening process.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gleichspannungsschaltgerät (100) zum Koppeln einer Gleichspannungslast (200) über einen Plusleiter (8) und/oder Minusleiter (10) an eine Gleichspannungsquelle (4), wobei das Gleichspannungsschaltgerät ein Gehäuse besitzt oder von einem Gehäuse wenigstens teilweise umgeben ist. Innerhalb des Gehäuses ist wenigstens ein erstes Schaltelement (101), insbesondere ein halbleiterbasiertes, elektronisch steuerbares Schaltelement umfasst und zum Ankoppeln und Abkoppeln der Gleichspannungslast (200) in den Plusleiter (8) und/oder in den Minusleiter (10) integriert. Das Gleichspannungsgerät zeichnet sich dadurch aus, dass das Gehäuse wenigstens zwei mit einander mechanisch gekoppelte und relativ zueinander bewegbare Gehäuseteile (100-1, 100-2) besitzt, wobei in einer ersten Position dieser zwei relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteile das Gehäuse geschlossen ist und in einer zweiten Position der relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteilen das Gehäuse geöffnet sowie wenigstens einer der Plus- und Minusleiter (8, 10) aufgrund der zweiten Position unterbrochen ist.

Description

Gleichspannungsschaltgerät mit integriertem Unterbrechungsmechanismus
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Gleichspannungsschaltgerät zum Koppeln einer Gleichspannungslast über einen Plusleiter und/oder Minusleiter an eine Gleichspannungsquelle.
Zum Koppeln eine Gleichspannungslast, d.h. insbesondere um eine Gleichspannungslast an eine Gleichspannungsquelle elektrisch anzukoppeln bzw. anzuschließen aber auch zum elektrischen Abkoppeln der Gleichspannungslast, wird üblicherweise ein Gleichspannungsschaltgerät verwendet. Hierbei können sowohl ein Plusleiter und/oder ein Minusleiter, über welche die Gleichspannungslast an die Gleichspannungsquelle gekoppelt wird, durch das Gleichspannungsschaltgerät geführt sein. Im Rahmen der Erfindung muss die Gleichspannungslast keine einzelne Last sein, sondern kann sich auch aus einer Gruppe von Gleichspannungslasten zusammensetzen oder als ein Gleichstromnetz ausgebildet sein, mit einer Vielzahl von darüber betriebenen Gleichspannungslasten. In praktischer Ausführung verläuft somit der Plusleiter und der Minusleiter zweckmäßig jeweils zwischen einem Eingangsanschluss des Gleichspannungsschaltgeräts und einem Ausgangsanschluss des Gleichspannungsschaltgeräts. Die beiden Leiter werden folglich, insbesondere über die beiden Eingangsanschlüsse des Gleichspannungsschaltgeräts, zunächst zum Anlegen einer externen Gleichspannung mit einer Gleichspannungsquelle, z.B. einem Gleichspannungsbus, elektrisch verbunden und ferner, insbesondere über die beiden Ausgangsanschlüsse des Gleichspannungsschaltgeräts mit der an die Gleichspannung anzuschließenden Gleichspannungslast elektrisch verbunden werden. Zum elektrischen Zu- und Abschalten, also zum An- und Abkoppeln, der Gleichspannungslast umfasst das Gleichspannungsschaltgerät zumindest ein erstes Schaltelement. Häufig kommt hierfür ein steuerbares Halbleiterschaltelement zum Einsatz, welches in dem sich folglich zwischen der Gleichspannungsquelle und der Gleichspannungslast (bzw. in zweckmäßiger Ausführung insbesondere zwischen dem jeweiligen Eingangsanschluss und Ausgangsanschluss des Gleichspannungsschaltgeräts für den Plusleiter) verlaufenden Plusleiter integriert ist und/oder in dem sich folglich gleichermaßen zwischen der Gleichspannungsquelle und der Gleichspannungslast (bzw. in zweckmäßiger Ausführung insbesondere zwischen dem jeweiligen Eingangsanschluss und Ausgangsanschluss des Gleichspannungsschaltgeräts für den Minusleiter) verlaufenden Minusleiter integriert ist. Ferner kann ergänzender, zweckmäßiger Ausführung zusätzlich wenigstens ein weiteres Schaltelement, insbesondere ein elektromechanisches Schaltelement in dem Plusleiter und/oder in dem Minusleiter vorgesehen sein. Ist das Halbleiterschaltelement leitend geschaltet und befinden sich jedes des ggf. vorhandenen wenigstens einen weiteren, in dem Plusleiter und/oder in dem Minusleiter vorgesehenen Schaltelements in einem geschlossenen Zustand, so erfolgt ein Stromfluss zwischen der Gleichspannungsquelle und der Gleichspannungslast. Dieser Stromfluss kann insbesondere durch ein Ausschalten bzw. Öffnen des ersten Schaltelements, also insbesondere des Halbleiterschaltelements hingegen unterbunden bzw. unterbrochen werden.
In praktischer Ausführung weist ein solches, gattungsgemäßes Gleichspannungsschaltgerät herkömmlicherweise ein Gehäuse auf, in welchem dessen elektronischen und/oder elektrischen Komponenten zumindest teilweise, d.h. zumindest das erste Schaltelement untergebracht ist. Bekanntermaßen bildet ein solches Gehäuse Schutz vor äußeren Einflüssen, d.h. insbesondere mechanischen und anderweitigen Umwelteinflüssen, aber auch Schutz für die Umgebung einschl. Personen vor potentiellen, durch diese Komponenten verursachter Beeinträchtigung und Schädigung, z.B. muss das Gehäuse insbesondere Personen vor einem versehentlichen Kontakt mit dem umschlossenen Gerät schützen.
Insbesondere, wenn das Gehäuse wartungsfreundlich ausgebildet sein soll, um beispielsweise einzelne Komponenten auszutauschen, unterliegen diese daher häufig strengen Sicherheitsanforderungen hinsichtlich des Schutzes für die Umgebung einschl. Personen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein gattungsgemäßes Gleichspannungsschaltgerät bereitzustellen, welches, insbesondere mit für eine Wartung zugängliche Gehäuse und insbesondere auf einfache und kostengünstige Weise, einen nochmals verbesserten, hocheffektiven Schutz für die Umgebung einschl. Personen bietet. Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Gleichspannungsschaltgerät mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Zweckmäßige Ausführungsformen bzw. Weiterbildungen sind Gegenstand der von Anspruch 1 abhängigen Ansprüche.
Dementsprechend wird bei einem Gleichspannungsschaltgerät, welches zum Koppeln einer Gleichspannungslast über einen Plusleiter und/oder Minusleiter an eine Gleichspannungsquelle eingerichtet ist, und das ein Gehäuse besitzt oder wenigstens teilweise von einem Gehäuse umgeben ist, innerhalb welchem wenigstens ein erstes Schaltelement, insbesondere ein halbleiterbasiertes, elektronisch steuerbares Schaltelement umfasst und zum Ankoppeln und Abkoppeln der Gleichspannungslast in den Plusleiter und/oder in den Minusleiter integriert ist, erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das Gehäuse wenigstens zwei mit einander mechanisch gekoppelte und relativ zueinander bewegbare Gehäuseteile besitzt, wobei in einer ersten Position dieser zwei relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteilen das Gehäuse geschlossen ist und in einer zweiten Position der relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteilen das Gehäuse geöffnet sowie wenigstens einer der Plus- und Minusleiter aufgrund der zweiten Position unterbrochen ist.
Das Gleichspannungsschaltgerät ist folglich mit einem integrierten Unterbrechungsmechanismus ausgebildet, welcher funktional derart eingerichtet ist, mittels bzw. aufgrund der relativen Positionen zweier bewegbarer Gehäuseteile entweder zum Bewirken eines geschlossenen Gehäuses oder zum Unterbrechen wenigstens eines der Plus- und Minusleiter beim einem geöffneten Gehäuse.
Mit anderen Worten, ist der integrierte Unterbrechungsmechanismus derart eingerichtet, dass die Möglichkeit eines elektrischen Zuschaltens, also eines Ankoppelns der Gleichspannungslast auch durch das zumindest erste Schaltelement bei geöffnetem Gehäuse nicht mehr möglich ist bzw. effektiv unterbunden ist. Bei geöffnetem Gehäuse befindet sich vielmehr die Gleichspannungslast stets im elektrisch abgeschalteten, also abgekoppelten Zustand. Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger bevorzugter Ausführungsformen detaillierter beschrieben, und zwar unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 stark vereinfacht eine erste bevorzugte Ausführungsform eines Gleichspannungsschaltgerätes nach der Erfindung mit teilweise aufgebrochenem Gehäuse in geschlossenem Zustand,
Figur 2 stark vereinfacht eine Skizze der Ausführungsform nach Fig. 1 mit geöffnetem Gehäuse,
Figur 3 : stark vereinfacht eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines Gleichspannungsschaltgerätes nach der Erfindung mit teilweise aufgebrochenem Gehäuse in geschlossenem Zustand,
Figur 4 stark vereinfacht eine Skizze der Ausführungsform nach Fig. 3 mit geöffnetem Gehäuse, und
Figur 5: stark vereinfacht ein Schaltbild einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines Gleichspannungsschaltgerätes nach der Erfindung.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele detaillierter beschrieben.
Die Figuren 1 und 3 zeigen stark vereinfacht eine erste bzw. eine zweite Ausführungsform eines Gleichspannungsschaltgerätes 100 nach der Erfindung mit teilweise aufgebrochenem Gehäuse in geschlossenem Zustand. Die Figur 5 zeigt stark vereinfacht ein Schaltbild einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines Gleichspannungsschaltgerätes 100 nach der Erfindung.
Im Einzelnen ist bei den Fign. 1, 3 und 5 jeweils ein Gleichspannungsschaltgerät 100 dargestellt, welches zum Koppeln einer Gleichspannungslast 200 über einen Plusleiter 8 und/oder Minusleiter 10 an eine Gleichspannungsquelle 4 eingerichtet. Der Plusleiter 8 und der Minusleiter 10 sind hierbei zweckmäßig jeweils durch das Gleichspannungsschaltgerät 100 geführt. Mittels des Gleichspannungsschaltgeräts 100 wird quasi ein Gleichspannungsabzweig 2 zwischen der Gleichspannungsquelle 4 und der Gleichspannungslast 200 eingerichtet. Die Plus- und Minusleiter 8, 10 können hierbei auch auf einer Leiterplatte angeordnet sein, d.h. insbesondere als Leiterbahnen ausgebildet sein.
Wie in den Figuren dargestellt, besitzt das Gleichspannungsschaltgerät 100 ein aus wenigstens zwei Gehäuseteilen 100-1, 100-2, 100-3 aufgebautes Gehäuse oder ist von einem solchen Gehäuse wenigstens teilweise umgeben. Bei der Fig. 1 ist das Gehäuse folglich aus den wenigstens zwei Gehäuseteilen 100-1, 100-2 und bei Fig. 3 beispielsweise aus den drei Gehäuseteilen 100-1, 100-2 und 100-3 aufgebaut. Bei der Fig. 5 ist mit der Strichlinie S der Übergang bzw. die „Grenze“ zwischen zwei Gehäuseteilen 100-1 und 100-2 des Gleichspannungsschaltgeräts 100 angedeutet.
Innerhalb des jeweiligen Gehäuses, wie ferner bei den Fign. 1, 3 und 5 gezeigt, ist zumindest ein erstes Schaltelement 101, zweckmäßig halbleiterbasiertes, elektronisch steuerbares Schaltelement, umfasst, d.h. beinhaltet, und zum Ankoppeln und Abkoppeln der Gleichspannungslast 200 in den Plusleiter 8 und/oder in den Minusleiter 10 integriert. Bei Fig. 1 ist lediglich ein erstes Schaltelement 101 in den Plusleiter 8 integriert und bei den Fign. 3 und 5 in den Minusleiter 10.
Ferner kann, wie bei Fig. 1, 3 und 5 dargestellt, in den Plusleiter 8 und/oder in den Minusleiter 10 zumindest eine Sicherung 103 integriert sein. Eine solche ist insbesondere wenigstens in dem Leiter integriert, in welchem kein erstes Schaltelement 101 integriert ist. Entsprechend ist bei Fig. 1 eine Sicherung 103, insbesondere eine Schmelzsicherung, in den Minusleiter 10 und bei Fign. 3 und 5 in den Plusleiter 8 integriert, die bei Fig. 5 zusätzlich mit SI markiert ist. Eine solche Sicherung 103 ist zweckmäßig austauschbar und zweckmäßig somit bei geöffnetem Gehäuse von außerhalb des Gehäuses zugänglich angeordnet, sodass, diese folglich insbesondere bei „Zerstörung“ auf einfache Weise ausgetauscht werden kann.
Das Schaltelement 101 wird folglich insbesondere für das betriebliche Schalten des Gleichspannungsschaltgeräts 100 verwendet, kann jedoch, insbesondere als steuerbares Halbleiterschaltelement ausgebildet und bei Fig. 5 zusätzlich mit HS markiert, auch für einen Erdschlussschutz für den Leiter, in welchem es integriert ist, eingesetzt werden. Auch bei einem Erdschluss kann folglich eine Trennung des Fehlerorts vom Rest des Netzes sehr schnell, zweckmäßig innerhalb weniger ps erfolgen, damit der abzuschaltende Strom nicht zu hoch wird. Das erste Schaltelement kann somit den Leiter, in welchen dieses integriert ist, zweckmäßig in wenigen qs abschalten und somit die Gleichspannungsquelle vom Fehlerort trennen bevor der Strom zu groß wird. Als erstes Schaltelement 101 eignet sich zum schnellen Entkoppeln der Gleichspannungslast 200 von der Gleichspannungsquelle 4 folglich in praktischer Umsetzung insbesondere ein halbleiterbasiertes, elektronisch steuerbares, z.B. als MOSFET („metal-oxide- semiconductor field-effect transistor“) oder IGBT („Insulated Gate Bipolar Transistor“) ausgebildetes Schaltelement. Andererseits sind auch Sicherungen mit ausreichender Kurzschlussfestigkeit verfügbar, sodass auch der Leiter, in welchem eine Sicherung 103 integriert ist, ausreichend schnell getrennt werden. Haben also sowohl der Pluspol als auch der Minuspol eine Spannung gegenüber Erdpotential, die im Erdschlussfall in einen sehr großen Fehlerstrom resultieren würde, besitzt das Gleichspannungsschaltgerät gemäß Erfindung zweckmäßig sowohl im Pluszweig als auch im Minuszweig eine Möglichkeit auch bei einem solchen Fehler sicher zu trennen.
Die erfindungsgemäßen Gleichspannungsschaltgeräte zeichnen sich dadurch aus, dass das Gehäuse wenigstens zwei mit einander mechanisch gekoppelte und relativ zueinander bewegbare Gehäuseteile besitzt, d.h. gemäß der Ausführungsformen nach Fign. 1, 3 und 5 wenigstens zwei der Gehäuseteile 100-1, 100-2, 100-3 als mit einander mechanisch gekoppelte und relativ zueinander bewegbare Gehäuseteile ausgebildet sind.
Diese wenigstens zwei der Gehäuseteile 100-1, 100-2, 100-3 sind ferner derart mit einander mechanisch gekoppelt und relativ zueinander bewegbar eingerichtet, dass in einer ersten Position dieser relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteile das Gehäuse geschlossen ist (vgl. z.B. Fign. 1 und 3) und in einer zweiten Position der relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteile das Gehäuse geöffnet sowie wenigstens einer der Plus- und Minusleiter 8, 10 aufgrund der zweiten Position unterbrochen ist. Eine solche zweite Position ist insbesondere in den Fign. 2 und 4 gezeigt, welche jeweils stark vereinfacht die Ausführungsform nach Fig. 1 bzw. 3 jedoch mit geöffnetem Gehäuse und auch nur skizzenhaft zeigen. Insbesondere sind in diesen Skizzen die vorstehend bereits jeweils in Bezug auf die Fign. 1 und 3 diskutierten elektrischen und elektronischen Komponenten aus Gründen der Übersichtlichkeit weitgehend weggelassen.
Zu erkennen ist jedoch insbesondere, dass eine wie bei Fig. 1 dargestellte ununterbrochene Leitungsführung zwischen der Gleichspannungsquelle 4, beginnend quasi beim Gleichspannungsabzweig 2 bis hin zur Gleichspannungslast 200, d.h. einschließlich des Leiters 8 über die mit 111, 112 bezeichnete Komponente und/oder des Leiters 10 über die Sicherung 103 und die mit 111, 112 bezeichnete Komponente, bei einer wie bei Fig. 2 dargestellten zweiten Position aufgrund dieser zweiten Position unterbrochen und also unmöglich ist. Entsprechend ist eine wie bei Fig. 3 dargestellte ununterbrochene Leitungsführung zwischen der Gleichspannungsquelle 4, beginnend quasi beim Gleichspannungsabzweig 2 bis hin zur Gleichspannungslast 200, d.h. einschließlich des Leiters 10 über die mit 111, 112 bezeichnete Komponente und/oder des Leiters 8 über die Sicherung 103 und die mit 111, 112 bezeichnete Komponente, bei einer wie bei Fig. 4 dargestellten zweiten Position aufgrund dieser zweiten Position unterbrochen und also unmöglich.
Mittels bzw. aufgrund der relativen Positionen der wenigstens zwei bewegbaren Gehäuseteile 110-1 und 100-2 ist folglich das Gleichspannungsschaltgerät mit einem integrierten Unterbrechungsmechanismus ausgebildet, welcher funktional derart eingerichtet ist, entweder zum Bewirken eines geschlossenen Gehäuses, d.h. in der ersten Position, oder zum Unterbrechen wenigstens eines der Plus- und Minusleiter beim einem geöffneten Gehäuse, d.h. in der zweiten Position.
Dieser integrierte Unterbrechungsmechanismus ist somit derart eingerichtet, dass die Möglichkeit eines elektrischen Zuschaltens, also eines Ankoppelns der Gleichspannungslast 200 auch durch das zumindest erste Schaltelement 101 bei geöffnetem Gehäuse in der zweiten Position der relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteile 100-1 und 100-2 nicht mehr möglich ist bzw. effektiv unterbunden ist. Bei geöffnetem Gehäuse befindet sich vielmehr die Gleichspannungslast 200 stets im elektrisch abgeschalteten, also abgekoppelten Zustand. Insbesondere ist in der geöffneten Stellung die Gleichspannungslast 200 von der Gleichspannungsquelle 4 nicht nur elektrisch sondern auch galvanisch entkoppelt, in praktischer Umsetzung zweckmäßig sowohl in Bezug auf den Plusleiter 8 und den Minusleiter 10.
Zweckmäßiger Weise sind hierbei zur Unterbrechung des wenigstens einen der Plus- und Minusleiter zwei komplementär ausgebildete elektrische Kontaktelemente 111 und 112 an den zwei relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteilen 100-1 und 100-2 angeordnet, welche bei geschlossenem Gehäuse in gegenseitigem elektrischen Kontakt sind und bei geöffneten Gehäuse elektrisch und galvanisch getrennt voneinander sind. Insbesondere umfasst somit die in Fign. 1, 3 und 5 mit 111, 112 bezeichnete Komponente ein erstes elektrisches Kontaktelement 111, z.B. einen Kontaktstecker, an einem der zwei relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteilen 100-1 und 100-2 und ein zweites, dazu komplementär ausgebildetes elektrisches Kontaktelement 112, z.B. eine Kontaktbuchse, an dem anderen der zwei relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteilen 100-1 und 100-2, wie insbesondere in den Fig. 2 und 4 schematisch dargestellt zu sehen. D.h., die in den Fign. 1 bis 5 mit 111, 112 bezeichneten Komponenten umfassen in praktischer Ausführung zweckmäßig zwei komplementär ausgebildete elektrische Kontaktelemente 111 und 112, an welche jeweils der Plusleiter 8 und der Minusleiter 10 elektrisch angeschlossen sind.
Alternativ oder ergänzend kann hierbei, wie insbesondere auch den Fig. 1 bis 4 schematisch dargestellt zu entnehmen, folglich aber auch zweckmäßig vorgesehen sein, dass jeder bei geöffnetem Gehäuse unterbrochene Leiter der beiden Plus- und Minusleiter 8, 10 durch das Gehäuse geführt ist und innerhalb eines ersten 100-1 oder 100-2 der zwei relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteile an einem jeweils ersten Kontaktelement 111 der komplementär ausgebildeten elektrischen Kontaktelemente elektrisch angeschlossen ist und innerhalb des zweiten 100-1 oder 100-2 der zwei relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteile an einem jeweils zweiten Kontaktelement 112 der komplementär ausgebildeten elektrischen Kontaktelemente elektrisch angeschlossen ist, wobei das jeweils erste elektrische Kontaktelement und das jeweils zweite elektrische Kontaktelement bei geschlossenem Gehäuse in gegenseitigem elektrischen Kontakt sind bei geöffneten Gehäuse elektrisch und galvanisch getrennt voneinander sind. Ferner ist von Vorteil, wenn zusätzlich wenigstens ein Signalgeber 114 umfasst ist, welcher zum Signalisieren einer Öffnungsbewegung in Reaktion auf das Bewegen der zwei relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteile aus der ersten Position in Richtung der zweiten Position angeordnet und eingerichtet ist.
Wir folglich bereits mit dem Öffnen des Gehäuses, d.h. bevor das Gehäuse vollständig geöffnet ist, der Signalkontakt 114 voreilend vor den Kontaktelementen 111, 112 im Plus- und/oder Minusleiterpfad 8, 10 geöffnet, kann ein vom Signalkontakt 114 ausgegebenes bzw. erhaltenes Signal, welches somit insbesondere die eine Öffnungsbewegung signalisiert, verwendet werden, um zunächst insbesondere den das erste Schaltelement 101 zu öffnen. Damit wird sichergestellt, dass beim anschließenden Öffnen der Kontakte im Leistungspfad Kontaktelementen 111, 112 im Plus- und/oder Minusleiterpfad 8, 10 kein Lichtbogen entsteht.
Hierzu kann das Gleichspannungsschaltgerät insbesondere eine mit dem Signalgeber 114 und dem ersten Schaltelement lOlverbundene Auswertevorrichtung 118 besitzen, die zum Ansteuern zumindest des ersten Schaltelements 101 zum Ab koppeln der Gleichspannungslast in Reaktion auf eine vom Signalgeber 114 signalisierte Öffnungsbewegung eingerichtet ist. In den Fign. 1, 3 und 5 sind entsprechend bevorzugte Steuerpfade einer solchen Auswertevorrichtung 118 gestrichelt dargestellt.
Wie in den Fign. 1, 3 und 5 zu sehen, kann optional ferner ein zweites Schaltelement 106, insbesondere ein elektromechanisches Schaltelement, insbesondere ein Relaiskontakt, zum Ankoppeln und Abkoppeln der Gleichspannungslast 200 beherbergt sein, insbesondere im Gehäuse beherbergt sein, welches in einen der Plus- und Minusleiter 8, 10 integriert ist. Wie ferner in den Fign. zu sehen ist dann zweckmäßig jedoch auch ein drittes Schaltelement 106, insbesondere ein elektromechanisches Schaltelement, insbesondere ein Relaiskontakt, zum Ankoppeln und Abkoppeln der Gleichspannungslast 200 beherbergt, insbesondere im Gehäuse beherbergt, welches in den anderen der Plus- und Minusleiter 8, 10 integriert ist.
Von Vorteil ist ferner, wenn in einem solchen Fall die Auswertevorrichtung 118 auch mit dem zweiten Schaltelement 106 bzw. auch mit dem dritten Schaltelement 106 verbunden ist. Durch das voreilende Öffnen des Signalgebers 114 kann das die Öffnungsbewegung signalisierende Signal folglich auch verwendet werden, um nicht nur zunächst das erste Schaltelement 101 zu öffnen, sondern ergänzend oder alternativ auch zunächst das zweite und gegebenenfalls auch das dritte Schaltelement 106 zu öffnen. Auch hierdurch kann folglich sichergestellt werden, dass beim anschließenden Öffnen der Kontakte im Leistungspfad Kontaktelementen 111, 112 im Plus- und/oder Minusleiterpfad 8, 10 kein Lichtbogen entsteht.
Zum Bewegen der zumindest zwei relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteile 100-1, 100-2, 100-3 aus der ersten Position in die zweite Position und umgekehrt, ist folglich ferner zweckmäßig eine Betätigungsmechanik 115a, 115b, 115c umfasst ist, die hierzu entsprechend angeordnet und eingerichtet ist, insbesondere manuell betreibbar ist. Basierend auf den in den Fign. skizzierten Ausführungsvarianten kann die Betätigungsmechanik zum manuellen Betreiben somit beispielsweise einen Handbetätiger 115a aufweisen, der über geeignet eingerichtete Lagerungen 115b mit den zumindest zwei relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteile 100-1, 100-2, 100-3 entsprechend mechanisch gekoppelt ist. Alternativ zur in den Fign. skizzierten Ausführung eines Handbetätigers, kann ein solcher oder ähnlicher Handbetätiger jedoch auch in anderer Weise mit den zumindest zwei relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteile 100-1, 100-2, 100-3 mechanisch gekoppelt sein oder die Betätigungsmechanik kann auch insgesamt anders ausgebildet sein, z.B. elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch. Ergänzend können ferner in zweckmäßiger Ausbildung von der Betätigungsmechanik wenigstens zwischen den zumindest zwei relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteile 100-1, 100-2, 100-3 zweckmäßig geeignete Lagerungen 115c umfasst sein, sodass sich diese zwischen der ersten Position und der der zweiten Position relativ zueinander bewegen können, ohne zum Öffnen des Gehäuses gänzlich körperlich voneinander getrennt werden zu müssen.
Die Auswertevorrichtung 118 kann ferner zur Auswertung eines erfassten Stromflusses, mit einen Sensor 116, der zweckmäßig zumindest zum Erfassen des Stromflusses des Leiters, in welchem das erste Schaltelement 101 integriert ist, verbunden sein. In Fig. 5 besitzt ein solcher Sensor 116 gemäß zweckmäßiger Ausbildung ein in Serie mit dem ersten Schaltelement 101 angeordnetes Sensorelement zum Erfassen des Stromflusses dieses Leiters. Das diesen Stromfluss erfassende Sensorelement ist hierbei zusätzlich mit „CS“ markiert. In praktischer Ausführung kann die Aus Wertevorrichtung 118 somit auch zum Vergleichen des erfassten Stromflusses gegenüber einem Schwellwert und zum Aktivieren des zumindest einen Schaltelements 101 eingerichtet sein. Hierfür kann die Auswertevorrichtung 118 z.B. eine analoge Schaltung, eine diskrete Schaltung oder bevorzugt auch einen pC (Mikrocontroller) besitzen. Überschreitet oder Unterschreitet je nach Ausführung und/oder Anwendungsgebiet der Stromfluss einen insbesondere vorher festgelegten Schwellenwert, so wird zweckmäßig zumindest zunächst das erste Schaltelement 101 zum Ab koppeln der Last 200 von der Quelle 4 entsprechend aktiviert, d.h. insbesondere abgeschaltet.
Ist folglich zum Ankoppeln und Abkoppeln der Gleichspannungslast 200 ergänzend auch ein zweites und gegebenenfalls ein drittes Schaltelement 106 umfasst, kann hierdurch, insbesondere gleichermaßen mittels der Auswertevorrichtung 118 auch zusätzlich eine galvanische Entkopplung der Last 200 von der Quelle 4 bewirkt werden. Auch hierzu kann das zweite und dritte Schaltelement 106 folglich zweckmäßig Relaiskontakte besitzen, bei Fig. 5 zusätzlich mit Kl bzw. K2 markiert. Für ein schnelles Abschalten sind jedoch solche Relaiskontakte eher ungeeignet, da die Zeit bis zur Trennung im ms-Bereich liegt.
Durchschreitet folglich der erfasste und mittels der Auswerteeinrichtung 118 ausgewertete Stromfluss einen vorher festgelegten kritischen Wert, so kann je nach durchschrittenen Wert und spezieller Ausbildung das erste Schaltelement 101 oder ergänzend auch das zweite sowie dritte Schaltelement 106 durch die Auswertungsvorrichtung 118 abgeschaltet und damit der Gleichspannungsabzweig elektrisch bzw. galvanisch von der Gleichspannungsquelle 4 entkoppelt. Ferner wird durch das Abschalten des zweiten sowie dritten Schaltelements 106 der Stromfluss in beide Richtungen verhindert, wohingegen beim Abschalten nur des ersten Schaltelements 101 der Stromfluss nur in eine Stromflussrichtung unterbunden wird,. Durch das zweite sowie dritte Schaltelement 106 erfolgt somit stets eine sichere galvanische Trennung des DC- Ausgangs vom DC-Eingang. Die Auswertevorrichtung 118 ist ferner bevorzugt dazu eingerichtet, zumindest zum Abschalten des ersten Schaltelements 101 bei Durchschreiten einer durch den Schwellwert vorgegebenen Stromflussänderungsgeschwindigkeit, Stromamplitude und/oder Stromrichtung zu berücksichtigen. Mit anderen Worten kann alternativ oder ergänzend insbesondere zur Stromamplitude auch die Stromflussänderungsgeschwindigkeit und/oder die Stromrichtung mit einem Schwellwert verglichen werden und bei Durchschreiten zum Abschalten des ersten Schaltelements (101) führen. Zweckmäßig erfolgt bei einer Auswertung gengenüber einem Schwellwert insbesondere neben einem Vergleich der Stromamplitude auch ein Vergleich der Stromflussänderungsgeschwindigkeit und/oder der Stromrichtung und führt bei Durchschreiten des Schwellwertes zum Abschalten.
Die Auswertevorrichtung 118 besitzt hierbei ferner in zweckmäßiger Weiterbildung einen Meldeausgang oder eine Kommunikationsschnittstelle, und zwar zum Ausgeben 119 eines Meldesignals, wenn der Schwellwert durchschritten wird und/oder wenn der Schwellwert zwar nicht durchschritten wird, aber der erfasste Stromfluss einen betragsmäßig größeren Wert aufweist als ein gegenüber dem Schwellwert betragsmäßig kleinerer zweiter Schwellwert. Somit können über den Vergleich mit einem Schwellwert in äußerst zweckmäßiger Weise z.B. auch tolerierbare Stromänderungen, Schwankungen und/oder -Verluste beim Betreiben der Gleichspannungslast auf vielfältige und flexible Art und Weise mitberücksichtigt werden. Zweckmäßig ist die Auswertungsvorrichtung 118 ferner nicht nur ausgebildet und eingerichtet, das Entkoppeln der Gleichspannungslast 200 bzw. den ganzen Gleichspannungsabzweig 2 elektrisch oder ergänzend auch galvanisch von der Gleichspannungsquelle 4 mittels entsprechenden Aktivierungsbefehlen an das erste Schaltelement 101 oder die weiteren Schaltelemente 106, d.h. zu dessen bzw. deren Ausschalten, zu bewirken sondern auch das elektrisch und/oder galvanische Ankoppeln der Gleichspannungslast 200 bzw. des ganzen Gleichspannungsabzweiges 2 an die Gleichspannungsquelle 4 mittels entsprechenden Aktivierungsbefehlen an das Schaltelement oder die Schaltelemente, d.h. zu dessen bzw. deren Einschalten, zu bewirken. Insbesondere ein Befehl an die Auswertungsvorrichtung 118 zum hierauf basierten Bewirken des Einschaltens kann gemäß zweckmäßiger Ausführung von der Auswertungsvorrichtung 118 beispielsweise auch über eine wie vorbeschriebene Kommunikationsschnittstelle oder über eine andere Eingangsschnittstelle, insbesondere einen digitalen Eingang, entgegengenommen werden. Mit einem wie vorstehend in diversen Ausführungsvarianten beschriebenen Gleichspannungsschaltgerät lässt sich folglich ferner insbesondere ein Schaltsystem umsetzen, bei welchem an einem Eingang IN+, IN- des Gleichspannungsschaltgerätes
100 der Plusleiter 8 und der Minusleiter 10 an die Gleichspannungsquelle 4 angeschlossen sind und an einem Ausgang OUT+, OUT- des Gleichspannungsschaltgerätes 100 über den Plusleiter 8 und den Minusleiter 10 ein Gleichspannungszweig mit der Gleichspannungslast 200 an- und abkoppelbar ist (vgl. Fig. 5). In der Regel wird die Gleichspannung der Gleichspannungsquelle 4 üblicherweise aus einem dreiphasigen AC -Netz mit LI, L2, L3 mittels einer Gleichrichtung GR erzeugt, wobei die Gleichrichtung aktiv mit einer Leistungselektronischen Schaltung oder passiv mit Dioden erfolgen kann.
Auch wenn in den Fign. nicht dargestellt, kann optional ferner in einer Weiterbildung auch parallel zu dem ersten Schaltelement 101 ein elektromechanisches Schaltelement geschaltet und eingerichtet sein, im ankoppelnden Zustand des ersten Schaltelements
101 einen geschlossenen Zustand einzunehmen. Mittels einer solchen Ausbildung kann durch das weitere, parallel zum ersten Schaltelement 101 angeordnete elektromechanische Schaltelement eine Verlustleistung reduziert werden, wenn sich das erste Schaltelement 101 bei einem Schließen dieses weiteren, parallel angeordneten elektromechanischen Schaltelements in einem elektrisch leitenden Zustand befindet. Insbesondere können durch das Zuschalten des weiteren elektromechanischen Schalters auch Durchlassverluste des ersten Schaltelements 101, wenn dieses sich in einem elektrisch leitenden Zustand befindet, verringert werden.
Unter Würdigung hiesiger Beschreibung muss die Gleichspannungslast folglich ferner keine einzelne Last sein, sondern kann sich aus einer Gruppe von Gleichspannungslasten zusammensetzen oder als ein Gleichstromnetz ausgebildet sein, mit einer Vielzahl von darüber betriebenen Gleichspannungslasten.
Zusammenfassend kann somit insbesondere festhalten werden, dass mit der Erfindung eine zusätzliche Trennfunktion bzw. ein zusätzlicher Unterbrechungsmechanismus vorgeschlagen wird. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn z.B. allein durch Relaiskontakte die normativen Anforderungen an ein Gleichspannungsschaltgerät, d.h. allg. an einen Trennschalter nicht erfüllt werden. Dabei werden wenigstens zwei Teile eines Gerätegehäuses relativ zueinander beweglich ausgeführt und mit einander mechanisch gekoppelt, so dass es in einer ersten Position eine geschlossene und in einer zweiten Position eine geöffnete Gehäusestellung gibt. Wenigstens zwei dieser beweglichen Gehäuseteile enthalten hierzu jeweils elektrische Kontaktelemente, die komplementär zueinander ausgebildet sind, sodass im geschlossenen Gehäusezustand auch die elektrischen Kontaktelemente geschlossen und ein Stromfluss vom Geräteeingang zum Geräteausgang grundsätzlich ermöglicht ist. Im geöffneten Gehäusezustand sind dann auch die elektrischen Kontaktelemente geöffnet und ein Stromfluss ist folglich in keinem Fall mehr möglich, da der Geräteeingang vom Geräteausgang durch die geöffneten Kontaktelemente elektrisch und galvanisch getrennt sind. Zusätzlich zu diesen Kontaktelementen im Plus- und/oder Minuszweig ist zweckmäßig mindestens ein weiterer Signalkontakt oder Signalgeber vorhanden, der beim Öffnungsvorgang voreilend zu den elektrischen Kontaktelemente im Plus- und/oder Minuszweig ist. Durch das Öffnen des Signalkontaktes bzw. Signalgebers kann folglich frühzeitig das Absteuem, insbesondere das individuelle und flexible Absteuern, von im Gleichspannungsgerät enthaltenen Schaltelementen, also insbesondere eines oder mehreren Halbleiterschaltern und/oder Relaiskontakten herbeigeführt werden. Somit wird sichergestellt das beim Öffnungsvorgang die elektrische Abschaltung vor dem Öffnen der elektrischen Kontaktelemente im Plus- und/oder Minuszweig erfolgt und somit ein Lichtbogen vermieden wird.
Bezugszeichenliste
2 Gleichspannungszweig
4 Gleichspannungsquelle
8 Positivleiter
10 Negativleiter
100 Gleichspannungsschaltgerät
100-1, 100-2, 100-3 Gehäuseteile des Gleichspannungsschaltgeräts
101 erstes Schaltelement
103 Sicherung
106 zweites, drittes Schaltelement I l l, 112 elektrische Kontaktelemente
114 Signalgeber
115a, 115b, 115c Betätigungsmechanik
116 Sensor 118 Aus Wertevorrichtung
119 Ausgabe von Meldeausgang oder Kommunikationsschnittstelle 00 Gleichspannungslast
S Übergang bzw. Grenze zwischen zwei Gehäuseteile des
Gleichspannungsschaltgeräts

Claims

Patentansprüche
1. Gleichspannungsschaltgerät (100) zum Koppeln einer Gleichspannungslast (200) über einen Plusleiter (8) und/oder Minusleiter (10) an eine Gleichspannungsquelle (4), wobei das Gleichspannungsschaltgerät ein Gehäuse besitzt oder von einem Gehäuse wenigstens teilweise umgeben ist und wobei innerhalb des Gehäuses wenigstens ein erstes Schaltelement (101), insbesondere ein halbleiterbasiertes, elektronisch steuerbares Schaltelement umfasst ist und zum Ankoppeln und Abkoppeln der Gleichspannungslast (200) in den Plusleiter (8) und/oder in den Minusleiter (10) integriert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse wenigstens zwei mit einander mechanisch gekoppelte und relativ zueinander bewegbare Gehäuseteile (100-1, 100-2) besitzt, wobei in einer ersten Position dieser zwei relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteile das Gehäuse geschlossen ist und in einer zweiten Position der relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteilen das Gehäuse geöffnet sowie wenigstens einer der Plus- und Minusleiter (8, 10) aufgrund der zweiten Position unterbrochen ist.
2. Gleichspannungsschaltgerät nach Anspruch 1, bei welchem zur Unterbrechung des wenigstens einen der Plus- und Minusleiter komplementär ausgebildete elektrische Kontaktelemente (111, 112) an den zwei relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteilen (100, 100a) angeordnet sind, welche bei geschlossenem Gehäuse in gegenseitigem elektrischen Kontakt sind und bei geöffneten Gehäuse elektrisch und galvanisch getrennt voneinander sind, und/oder bei welchem jeder bei geöffnetem Gehäuse unterbrochene Leiter der beiden Plus- und Minusleiter (8, 10) durch das Gehäuse (100, 100a) geführt ist und innerhalb eines ersten der zwei relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteile (100-2) an einem jeweils ersten Kontaktelement (111) der komplementär ausgebildete elektrische Kontaktelemente elektrisch angeschlossen ist und innerhalb des zweiten der zwei relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteile (100-1) an einem jeweils zweiten Kontaktelement (112) der komplementär ausgebildete elektrische Kontaktelemente elektrisch angeschlossen ist, wobei das jeweils erste elektrische Kontaktelement und das jeweils zweite elektrische Kontaktelement bei geschlossenem Gehäuse in gegenseitigem elektrischen Kontakt sind bei geöffneten Gehäuse elektrisch und galvanisch getrennt voneinander sind.
3. Gleichspannungsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 2, ferner wenigstens einen Signalgeber (114) umfassend, welcher angeordnet und eingerichtet ist, zum Signalisieren einer Öffnungsbewegung in Reaktion auf das Bewegen der zwei relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteile aus der ersten Position in Richtung der zweiten Position.
4. Gleichspannungsschaltgerät nach Anspruch 3, welches ferner eine mit dem Signalgeber (114) und dem ersten Schaltelement (101) verbundene
Aus Wertevorrichtung (118) besitzt, die eingerichtet ist, zum Ansteuern zumindest des ersten Schaltelements (101) zum Abkoppeln der Gleichspannungslast in Reaktion auf eine vom Signalgeber (114) signalisierte Öffnungsbewegung.
5. Gleichspannungsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein zweites Schaltelement (106), insbesondere ein elektromechanisches Schaltelement, zum Ankoppeln und Abkoppeln der Gleichspannungslast (200) beherbergt, insbesondere im Gehäuse beherbergt ist, wobei das zweite Schaltelement (106) in einen der Plus- und Minusleiter (8, 10) integriert ist.
6. Gleichspannungsschaltgerät nach Anspruch 5, wobei ein drittes Schaltelement (106), insbesondere ein elektromechanisches Schaltelement, zum Ankoppeln und Abkoppeln der Gleichspannungslast (200) beherbergt, insbesondere im Gehäuse beherbergt ist, welches in den anderen der Plus- und Minusleiter (8, 10) integriert ist.
7. Gleichspannungsschaltgerät nach Anspruch 4 und 5, wobei die
Aus Wertevorrichtung (118) auch mit dem zweiten Schaltelement (106) verbunden ist.
8. Gleichspannungsschaltgerät nach Anspruch 4 und 6, wobei die
Aus Wertevorrichtung (118) auch mit dem dritten Schaltelement (106) verbunden ist.
9. Gleichspannungsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei in den Plusleiter (8) und/oder in den Minusleiter (10), insbesondere wenigstens in dem Leiter, in welchem nicht das erste Schaltelement ((101) integriert ist, eine Sicherung (103) integriert ist, die insbesondere innerhalb des Gehäuses integriert und austauschbar und bei geöffnetem Gehäuse von außerhalb des Gehäuses zugänglich angeordnet ist.
10. Gleichspannungsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei welchem eine Betätigungsmechanik (115a, 115b, 115c) umfasst ist, die angeordnet und eingerichtet ist, insbesondere manuell betreibbar ist, zum Bewegen der zwei relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteile (100-1, 100-2) aus der ersten Position in die zweite Position und umgekehrt, und/oder bei welchem parallel zu dem ersten Schaltelement (101) ein elektromechanisches Schaltelement geschaltet und eingerichtet ist, im ankoppelnden Zustand des ersten Schaltelements einen geschlossenen Zustand einzunehmen..
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