WO2025061391A1 - Elektromechanische schaltanordnung - Google Patents

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WO2025061391A1
WO2025061391A1 PCT/EP2024/073174 EP2024073174W WO2025061391A1 WO 2025061391 A1 WO2025061391 A1 WO 2025061391A1 EP 2024073174 W EP2024073174 W EP 2024073174W WO 2025061391 A1 WO2025061391 A1 WO 2025061391A1
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WO
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contact element
switching
electrical connection
electrical contact
connection area
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PCT/EP2024/073174
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English (en)
French (fr)
Inventor
Gerald Teuschl
Gregor Klinser-Gombotz
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Magna Powertrain GmbH and Co KG
Original Assignee
Magna Powertrain GmbH and Co KG
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Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H19/00—Switches operated by an operating part which is rotatable about a longitudinal axis thereof and which is acted upon directly by a solid body external to the switch, e.g. by a hand
    • H01H19/54—Switches operated by an operating part which is rotatable about a longitudinal axis thereof and which is acted upon directly by a solid body external to the switch, e.g. by a hand the operating part having at least five or an unspecified number of operative positions
    • H01H19/60—Angularly-movable actuating part carrying no contacts
    • H01H19/62—Contacts actuated by radial cams
    • H01H19/626—Contacts actuated by radial cams actuating bridging contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/52—Cooling of switch parts

Definitions

  • the present invention relates to an electromechanical switching arrangement with at least two connection areas, namely at least one first connection area and at least one second connection area, wherein the first electrical connection area has at least one fixed first electrical contact element and the second electrical connection area has at least one fixed second electrical contact element, wherein the first electrical contact element and the second electrical contact element can be electrically connected and separated via at least one movable third electrical contact element and thus at least two switching states can be switched.
  • Power distribution units for motor vehicles in particular for hybrid or electric vehicles, have, in addition to fuse units and voltage and current measuring systems, also switching arrangements that prevent or enable the flow of electricity through an electrical circuit of the vehicle.
  • these switching arrangements consist of at least three relays – depending on the design, at least two high-current relays and one pre-charging relay are installed. In some cases, additional relays may also be installed to connect and disconnect drive units, DC charging contacts, a battery bank switch, and perform other functions.
  • the relays used each consist of a contact and an actuator which are controlled by corresponding output stages of a control unit and monitored via specific circuits.
  • the electromechanical switching arrangement according to the invention comprises at least two electrical connection areas, namely at least one first electrical connection area and at least one second electrical connection area.
  • the first electrical connection area can, for example, be electrically connected to an energy storage device, such as a (secondary) battery, a fuel cell, etc.
  • the second electrical connection area can be electrically connected to at least one consumer, in a motor vehicle, for example, to a "heater/cooler unit,” a “solar interface,” a “DC/DC converter,” “drive units,” “DC charging interface,” etc.
  • the first electrical connection region has at least one fixed first electrical contact element and the second electrical connection region has at least one fixed second electrical contact element.
  • the first electrical contact element and the second electrical contact element can be electrically connected and separated via at least one movable third electrical contact element.
  • At least two switching positions can be switched, wherein the third electrical contact element is pretensioned into one switching position via at least one elastic element and can be actuated into the at least one other switching position via an actuator unit.
  • the actuator unit comprises at least one actuator and at least one switching shaft, wherein the switching shaft is movable via the actuator and, depending on the actuated switching position, leaves the third electrical contact element in the pre-tensioned switching position, or contrary to the Spring force of the elastic element moves into at least one other switching position.
  • the first electrical connection area has a plurality of fixed first electrical contact elements and the second electrical connection area has a plurality of fixed second electrical contact elements, wherein in each case a first electrical contact element can be electrically connected to or separated from a second electrical contact element via a third electrical contact element.
  • the switching shaft is designed in such a way that, depending on the actuated switching position, several electrical connections can be established simultaneously between the first electrical connection area and the second electrical connection area via the third electrical contact elements.
  • the switching shaft preferably has a plurality of switching elements, for example switching gates, which produce a switching pattern that allows, depending on the actuated switching position, a plurality of electrical connections to be established simultaneously between the first connection area and the second connection area via the third contact elements.
  • switching elements for example switching gates, which produce a switching pattern that allows, depending on the actuated switching position, a plurality of electrical connections to be established simultaneously between the first connection area and the second connection area via the third contact elements.
  • the electromechanical switching arrangement can be designed in multiple layers and have at least a first layer in one construction level and a second layer in a further construction level, wherein a first electrical connection region and a second electrical connection region are assigned to the first layer and wherein a further first electrical connection region and a further second electrical connection region are assigned to the second layer.
  • the first construction level and the second construction level are preferably essentially parallel, spatially extending planes to understand.
  • the third contact element may be arranged such that it is moved in a radial direction via the switching shaft with respect to a central longitudinal axis of the switching shaft.
  • radial refers to a direction normal to the central longitudinal axis of the switching shaft.
  • the switching shaft is designed as a camshaft or as a crankshaft.
  • the switching arrangement preferably has a cooling unit, wherein the cooling unit is thermally connected to the first electrical connection area and/or to the second electrical connection area of the switching arrangement.
  • the switching arrangement preferably comprises a housing in which the first electrical connection area, the second electrical connection area, and the actuator unit are partially arranged.
  • the switching shaft of the actuator unit can be arranged partially or fully integrated in the housing.
  • the third contact element is preferably arranged on the housing, namely on an inner wall of the housing, via the elastic element.
  • the power distribution unit according to the invention for a motor vehicle, in particular a hybrid or electric vehicle, comprises an electromechanical switching arrangement according to the present invention.
  • At least two switching states can be switched via the power distribution unit.
  • Fig. 1 shows a schematic plan view of a first embodiment of an electromechanical switching arrangement without a housing.
  • Fig. 2 shows a sectional view along the section plane A-A according to Fig. 1 with a housing, wherein a third contact element is in a second switching position (open position).
  • Fig. 3 shows a sectional view of a second embodiment of an electromechanical switching arrangement with a housing in a first switching position (closed position).
  • Fig. 4 shows a sectional view of a third embodiment of an electromechanical switching arrangement with a housing in a first switching position (closed position).
  • Fig. 5 shows a schematic plan view of a fourth embodiment of an electromechanical switching arrangement without a housing.
  • Fig. 6 shows a sectional view along the section plane AA according to Fig. 5 with a housing, wherein a third contact element is in a second switching position (open position).
  • Fig. 7 shows a sectional view of a fifth embodiment of an electromechanical switching arrangement with a housing, wherein the electromechanical switching arrangement is designed in multiple layers.
  • Fig. 8 shows a schematic representation of different
  • Fig. 9 shows schematically a first embodiment of a
  • Fig. 10 shows schematically a second embodiment of a
  • an electromechanical switching arrangement 1 according to the invention is described in more detail using a substantially planar system - in Fig. 1 to Fig. 7, several exemplary “planar” design variants of an electromechanical
  • Switching arrangement 1 according to the present invention is shown.
  • a “wound”, i.e. essentially cylindrical, embodiment of the electromechanical switching arrangement 1 according to the invention is also conceivable, for example.
  • Fig. 1 and Fig. 2 show a first embodiment of the electromechanical switching arrangement 1.
  • the electromechanical switching arrangement 1 has a first electrical connection area 2 and a second electrical connection area 3.
  • the first electrical connection area 2 and the second electrical connection area 3 are arranged next to one another in a first assembly plane X on a cooling unit 13.
  • the first electrical connection area 2 has a plurality of fixed first electrical contact elements 4a-4g, namely seven first electrical contact elements 4a-4g.
  • the second electrical connection area 3 has a plurality of fixed second electrical contact elements 5a-5g, namely seven second electrical contact elements 5a-5g.
  • a respective first electrical contact element 4a-4g of the first electrical connection area 2 can be connected to and separated from a respective second electrical contact element 5a-5g of the second connection area 3 via a respective third contact element 6a-6g.
  • the respective third contact element 6a-6g can be controlled via an actuator unit 8 into two switching positions A, B, namely into a first switching position A and into a second switching position B.
  • the first switching position A corresponds to a switching position in which a respective first electrical contact element 4a-4g is electrically connected to a respective second electrical contact element 5a-5g via a respective third electrical contact element 6a-6g.
  • the second switching position B corresponds to a switching position in which a respective first electrical contact element 4a-4g is electrically separated from the respective second electrical contact element 5a-5g.
  • the actuator unit 8 comprises an actuator 9, which is designed as an electric motor 9a, and a switching shaft 10 with a plurality of switching elements 11, namely seven switching elements 11.
  • the switching shaft 10 is designed as a camshaft 10a and the individual switching elements 11 of the switching shaft 10 are formed by cams fixed to the camshaft 10a.
  • Each switching element 11 of the switching shaft 10 is functionally assigned to a third electrical contact element 6a-6g.
  • the switching shaft 10 is arranged in a region between the first electrical connection region 2 and the second electrical connection region 3, also in the first construction plane X and extends axially between the two electrical connection regions 2, 3.
  • the direction indication “axial” is a direction along or parallel to the central longitudinal axis 12 of the switching shaft 10.
  • the first electrical connection area 2 and the second electrical connection area 3 are partially arranged in a housing 14, in such a way that the first electrical contact elements 4a-4g and the second electrical contact elements 5a-5g are arranged within the housing 14 and connection points 20 of the respective electrical connection area 2, 3 are formed outside the housing 14.
  • Respective connection points 20 are electrically connected to at least one respective first or second electrical contact element 4a-4g, 5a-5g of the respective connection region 2, 2', 3, 3'.
  • the switching shaft 10 is essentially mounted in the housing 14 and is designed to be rotatably driven by the electric motor 9a arranged outside the housing 14.
  • the third electrical contact elements 6a-6g are arranged via two elastic elements 7, namely compression springs 7a in the present case, in a second construction plane Y on an inner wall 15 of the housing 14, in such a way that a third electrical contact element 6a-6g is arranged essentially parallel to the two electrical connection areas 2, 3 with their respective electrical contact elements 4a-4g, 5a-5g.
  • the second construction plane Y corresponds to a spatial plane parallel to the first construction plane X.
  • the third electrical contact elements 6a-6g and the camshaft 10a are arranged in such a way that each cam of the camshaft 10a has a third electrical contact element 6a-6g can be controlled into the two switching positions A, B.
  • a respective first electrical contact element 4a-4g is electrically connected to a respective second electrical contact element 5a-5g via a respective third electrical contact element 6a-6g.
  • This is achieved in the first embodiment shown in Fig. 1 and Fig. 2 by prestressing the respective third contact element 6a-6g radially in the direction of the respective first electrical contact element 4a-4g and the respective second electrical contact element 5a-5g assigned to it via the springs 7a, i.e., prestressing it into a closed position.
  • a respective first electrical contact element 4a-4g is electrically separated from the respective second electrical contact element 5a-5g in that the associated respective third contact element 6a-6g is moved radially via the cam of the camshaft 10a assigned to it against the spring force of the springs 7a in the direction of the inner wall 15 of the housing 14, thus bringing about an open position.
  • Fig. 3 and Fig. 4 each show an alternative embodiment of the electromechanical switching arrangement 1 to the first embodiment variant according to Fig. 1 and Fig. 2.
  • the second embodiment variant according to Fig. 3 is essentially constructed in the same way as the first embodiment variant according to Fig. 1 and Fig. 2. Consequently, only the distinguishing features are explained in more detail below.
  • the switching shaft 10 is arranged in a third construction plane Z, wherein the switching shaft 10 also extends axially.
  • the third assembly plane Z corresponds to a spatial plane parallel to the first assembly plane X and the second assembly plane Y, wherein the second assembly plane Y extends between the first assembly plane X and the third assembly plane Z.
  • the third electrical contact elements 6a-6g are arranged via two elastic elements 7, namely compression springs 7a in the present case, in the second construction plane Y on the first connection area 2 and the second connection area, in such a way that a third electrical contact element 6a-6g is arranged essentially parallel to the two electrical connection areas 2, 3 with their respective electrical contact elements 4a-4g, 5a-5g.
  • the respective third contact element 6a-6g can be controlled via the actuator unit 8 into two switching positions A, B, namely into a first switching position A and into a second switching position B.
  • the first switching position A corresponds to a switching position in which a respective first electrical contact element 4a-4g is electrically connected to a respective second electrical contact element 5a-5g via a respective third electrical contact element 6a-6g.
  • This is achieved in the second embodiment shown in Fig. 3 by moving or pushing the associated third contact element 6a-6g radially via the cam of the camshaft 10a assigned to it against the spring force of the springs 7a in the direction of the associated first electrical contact element 4a-4g and the associated second electrical contact element 5a-5g, i.e., moving or pushing it into a closed position.
  • the second switching position B corresponds to a switching position in which a respective first electrical contact element 4a-4g is electrically separated from the respective second electrical contact element 5a-5g.
  • a respective first electrical contact element 4a-4g is electrically separated from the respective second electrical contact element 5a-5g by moving the associated respective third contact element 6a-6g radially via the spring force of the compression springs 7a in the direction of the inner wall 15 of the housing 14, thus bringing about an open position.
  • the third embodiment variant according to Fig. 4 is essentially constructed in the same way as the second embodiment variant according to Fig. 3 with the difference that the first connection area 2 and the second connection area 3 are spatially stepped.
  • the fourth embodiment according to Fig. 5 and Fig. 6 is essentially constructed in the same way as the first embodiment according to Fig. 1 and Fig. 2 - the two embodiments differ only in the design of the switching shaft 10.
  • the switching shaft 10 is designed as a crankshaft 10b and the individual switching elements 11 of the switching shaft 10 are formed by cranks fixed to the crankshaft 10b.
  • the third electrical contact elements 6a-6g and the crankshaft 10b are arranged such that each crank of the crankshaft 10b can control a third electrical contact element 6a-6g into the two switching positions A, B.
  • a respective first electrical contact element 4a-4g is connected via a respective third electrical contact element 6a-6g to a respective second electrical contact element 5a-5g.
  • This is achieved in the fourth embodiment shown in Fig. 5 and Fig. 6 by prestressing the respective third contact element 6a-6g via the springs 7a radially in the direction of the respective first electrical contact element 4a-4g assigned to it and the respective second electrical contact element 5a-5g assigned to it, i.e., prestressing it into a closed position.
  • a respective first electrical contact element 4a-4g is electrically separated from the respective second electrical contact element 5a-5g in that the associated respective third contact element 6a-6g is moved radially via the crank of the crankshaft 10b assigned to it against the spring force of the springs 7a in the direction of the inner wall 15 of the housing 14, thus bringing about an open position.
  • Fig. 7 shows a fifth embodiment of the electromechanical switching arrangement 1.
  • the electromechanical switching arrangement has a multi-layer structure and has a first layer 21 in the first structure level X and a second layer 22 in the third structure level Z.
  • the first layer 21 is assigned a first electrical connection area 2 and a second electrical connection area 3.
  • the first electrical connection area 2 and the second electrical connection area 3 of the first layer 21 are arranged next to one another in the first construction level X on a cooling unit 13 and partly in a housing 14.
  • the second layer 22 is assigned a further first electrical connection area 2′ and a further second electrical connection area 3′.
  • the first electrical connection area 2' and the second electrical connection area region 3' of the second layer 22 are arranged next to one another on the housing 14 in the third construction plane Z.
  • the first construction level X and the third construction level Z are essentially parallel, spatially extending planes.
  • Both first electrical connection areas 2, 2′ each have a plurality of fixed first electrical contact elements 4a-4g (not shown individually in Fig. 7 due to the sectional view).
  • Both second electrical connection areas 3, 3' each have a plurality of fixed second electrical contact elements 5a-5g (not shown individually in Fig. 7 due to the sectional view).
  • a respective first electrical contact element 4a-4g of the respective first electrical connection region 2, 2' can be connected to and separated from a respective second electrical contact element 5a-5g of the respective second connection region 3, 3' via a respective third contact element 6a-6g (not shown individually in Fig. 7 due to the sectional view).
  • the respective third contact element 6a-6g is arranged in the second assembly plane Y, namely between the first assembly plane X and the third assembly plane Z.
  • the respective third contact element 6a-6g can be controlled via the actuator unit 8 into two switching positions A, B, namely into a first switching position A and into a second switching position B.
  • the actuator unit 8 comprises the actuator 9, which is designed as an electric motor 9a, and the switching shaft 10 with several switching elements 11, wherein the switching shaft- le 10 is designed as a camshaft 10a and the individual switching elements 11 of the switching shaft 10 are formed by cams fixed to the camshaft 10a.
  • Each switching element 11 of the switching shaft 10 is functionally assigned to a third electrical contact element 6a-6g.
  • the switching shaft 10 is arranged in a region between the first electrical connection region 2 and the second electrical connection region 3, also in the first construction plane X, and extends axially between the two electrical connection regions 2, 3.
  • the first electrical connection area 2 and the second electrical connection area 3 are partially arranged in a housing 14, in such a way that the first electrical contact elements 4a-4g and the second electrical contact elements 5a-5g are arranged within the housing 14 and connection points 20 of the respective electrical connection area 2, 3 are formed outside the housing 14.
  • connection areas 2', 3' also have electrical connection points 20'.
  • Respective connection points 20, 20' are electrically connected to at least one respective first or second electrical contact element 4a-4g, 5a-5g of the respective connection region 2, 2', 3, 3'.
  • the switching shaft 10 is essentially mounted in the housing 14 and is further designed to be rotatably driven by the electric motor 9a arranged outside the housing 14.
  • the third electrical contact elements 6a-6g are arranged via two elastic elements 7, namely compression springs 7a in the present case, in a second construction plane Y on an inner wall 15 of the housing 14, in such a way that a third electrical contact element 6a-6g is arranged essentially parallel to the electrical connection areas 2, 2', 3, 3' with their respective electrical contact elements 4a-4g, 5a-5g.
  • the first switching position A corresponds to a switching position in which a respective first electrical contact element 4a-4g of the first connection region 2 of the first layer 21 is electrically connected via a respective third electrical contact element 6a-6g to a respective second electrical contact element 5a-5g of the second connection region 3 of the first layer 21.
  • This is achieved in the fifth embodiment variant shown in Fig. 7 in that the respective third contact element 6a-6g is prestressed radially in the direction of the respective first electrical contact element 4a-4g assigned to it and the respective second electrical contact element 5a-5g of the first layer 21 assigned to it via the compression springs 7a, i.e. is prestressed into a closed position.
  • the second switching position B corresponds to a switching position in which a respective first electrical contact element 4a-4g of the first connection region 2' of the second layer 22 is electrically connected to a respective second electrical contact element 5a-5g of the second connection region 3' of the second layer 22 via a respective third electrical contact element 6a-6g.
  • a respective first electrical contact element 4a-4g of the first electrical connection region 2 of the first layer 21 is thus separated from the respective second electrical contact element 5a-5g of the second electrical connection area 3 of the first layer 21 is electrically separated by the respective associated third contact element 6a-6g being moved radially against the spring force of the compression springs 7a in the direction of the inner wall 15 of the housing 14 via the cam of the camshaft 10a assigned to it, and thus an electrical connection is established between the respective first electrical contact element 4a-4g of the further first electrical connection area 2' of the second layer 22 and the respective second electrical contact element 5a-5g of the further second electrical connection area 3' of the second layer 22 via the respective third contact element 6a-6g.
  • the electromechanical switching arrangement 1 shown in Fig. 1 to Fig. 7 is part of a power distribution unit 16 of an electric vehicle with an 800V (secondary) battery 17 as energy storage (Fig. 9, Fig. 10).
  • Fig. 9 and Fig. 10 schematically illustrate two embodiments of a power distribution unit 16 for a motor vehicle.
  • the two power distribution units 16 also include current sensors 18 and fuses 19, which can be installed in different configurations.
  • a first electrical connection area 2 is electrically connected to the energy storage device, namely the 800V (secondary) battery 17, via its associated connection points 20.
  • a second electrical connection area 3 is electrically connected to several consumers of the motor vehicle via its associated connection points 20.
  • switching state C AC/DC charging with 400V, ie charging the 800V (secondary) battery 17 at a 400V DC charging station.
  • Switching state D Neutral / Safe State, which corresponds to an “off” state in which there is no energy flow between the first connection area 2 and the second connection area 3.
  • Switching state E Driving (800V), which corresponds to a “normal” driving state of the
  • the 800V (secondary) battery 17 is connected to an 800V drive unit.
  • Switching state F DC charging with 800V, i.e. charging the 800V (secondary)
  • Fig. 8 based on the first embodiment variant according to Fig. 1 and Fig. 2, it is shown by way of example in which switching position A, B the respective third electrical contact element 6a-6g must be in order to realize a respective switching state C, D, E, F.
  • the term “A/B” is to be understood that it does not matter in which of the two switching positions A, B the respective third contact element 6a-6g is located.

Abstract

Elektromechanische Schaltanordnung (1) mit zumindest zwei elektrischen Anschlussbereichen, nämlich zumindest einem ersten elektrischen Anschlussbereich (2, 2') und zumindest einem zweiten elektrischen Anschlussbereich (3, 3'), wobei der erste elektrische Anschlussbereich (2, 2') mindestens ein feststehendes erstes elektrisches Kontaktelement (4a-4g) und der zweite elektrische Anschlussbereich (3, 3') mindestens ein feststehendes zweites elektrisches Kontaktelement (5a-5g) aufweist, wobei das erste elektrische Kontaktelement (4a-4g) und das zweite elektrische Kontaktelement (5a-5g) über mindestens ein bewegbares drittes elektrisches Kontaktelement (6a-6g) elektrisch verbindbar und trennbar sind, wobei das dritte elektrische Kontaktelement (6a-6g) über zumindest ein elastisches Element (7) in eine Schaltstellung (A, B) vorgespannt ist und über eine Aktuatoreinheit (8) in die zumindest eine andere Schaltstellung (A, B) aktuierbar ist, wobei die Aktuatoreinheit (8) mindestens einen Aktuator (9) und mindestens eine Schaltwelle (10) aufweist, die über den Aktuator bewegbar ist und in Abhängigkeit von der aktuierten Schaltstellung (A, B) das dritte elektrische Kontaktelement (6a-6g) in der vorgespannten Schaltstellung (A) belässt, oder entgegen der Federkraft des elastischen Elements (7) in die zumindest eine andere Schaltstellung (A, B) bewegt.

Description

Elektromechanische Schaltanordnunq
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromechanische Schaltanordnung mit zumindest zwei Anschlussbereichen, nämlich zumindest einem ersten Anschlussbereich und zumindest einem zweiten Anschlussbereich, wobei der erste elektrische Anschlussbereich mindestens ein feststehendes erstes elektrisches Kontaktelement und der zweite elektrische Anschlussbereich mindestens ein feststehendes zweites elektrisches Kontaktelement aufweist, wobei das erste elektrische Kontaktelement und das zweite elektrische Kontaktelement über mindestens ein bewegbares drittes elektrisches Kontaktelement elektrisch verbindbar und trennbar sind und so mindestens zwei Schaltzustände schaltbar sind.
Stand der Technik
Stromverteilereinheiten für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeuge, weisen neben Sicherungseinheiten sowie Spannungs- und Strommesssystemen auch Schaltanordnungen auf, die das Fließen von Elektrizität durch einen elektrischen Stromkreis des Fahrzeugs verhindern oder ermöglichen.
In der Regel sind diese Schaltanordnungen aus zumindest drei Relais aufgebaut - je nach Ausführungsform sind zumindest zwei Hochstromrelais und ein Vorladerelais verbaut. Fallweise können auch weitere Relais zum Zu- und Abschalten von Antriebseinheiten, DC-Ladekontakten, einer Batteriebankumschaltung sowie zur Erfüllung anderer Funktionen verbaut sein. Die verwendeten Relais bestehen je aus einem Kontakt und einem Aktuator die durch entsprechende Endstufen eines Steuergerätes angesteuert und über spezifische Schaltungen überwacht werden.
Aus der Verwendung mehrerer einzelner Relais sowie Aktuatoren ergibt sich neben den hohen Kosten, ein erhöhter Bauraumbedarf und ein erhöhtes Gewicht. Weiterhin weisen die Relais selbst meist zwei Hochstrom-Anschlüsse auf, die nur passiv über die angebundenen Stromschienen gekühlt werden können. Dies wirkt sich nachteilig auf Bauraum sowie Gewicht der Kontakttechnik aus. Die Anforderungen an Stromtragfähigkeit und Schließ- sowie Öffnungsgeschwindigkeit erfordern auch eine Anpassung der Aktuatoren. Diese wirkt sich nachteilig auf das Gesamtgewicht, das Gesamtvolumen und die Energieeffizienz aus. Zusätzlich ergeben sich komplexe Steuer- und Überwachungssysteme für jedes einzelne Relais, um auftretende Fehlfunktionen zu erkennen bzw. vorzubeugen. Die Summe all dieser Nachteile ergibt den Wunsch nach einer verbesserten Schaltanordnung, die sich für den Einsatz in einer Stromverteilereinheit eines batterieelektrischen Fahrzeugs eignet.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine verbesserte elektromechanische Schaltanordnung anzugeben. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung eine verbesserte Stromverteilereinheit für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeug, zu generieren.
Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1 und 11 gedeckt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Die erfindungsgemäße elektromechanische Schaltanordnung umfasst zumindest zwei elektrische Anschlussbereiche, nämlich zumindest einen ersten elektrischen Anschlussbereich und zumindest einen zweiten elektrischen Anschlussbereich.
Der erste elektrische Anschlussbereich kann beispielsweise stromführend mit einem Energiespeicher, wie einer (Sekundär-)Batterie, einer Brennstoffzelle, etc., verbunden sein. Der zweite elektrische Anschlussbereich kann stromführend mit zumindest einem Verbraucher, in einem Kraftfahrzeug beispielsweise mit einer „Heater/Cooler-Einheit“, einem „Solar Interface“, einem „DCDC-Wandler“, „Drive Units (Antriebseinheiten)“, „DC-Lade-Interface“, etc., verbunden sein.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung weist der erste elektrische Anschlussbereich zumindest ein feststehendes erstes elektrisches Kontaktelement und der zweite elektrische Anschlussbereich zumindest ein feststehendes zweites elektrisches Kontaktelement auf.
Das erste elektrische Kontaktelement und das zweite elektrische Kontaktelement sind erfindungsgemäß über mindestens ein bewegbares drittes elektrisches Kontaktelement elektrisch verbindbar und trennbar.
Es sind erfindungsgemäß zumindest zwei Schaltstellungen schaltbar, wobei das dritte elektrische Kontaktelement über zumindest ein elastisches Element in eine Schaltstellung vorgespannt ist und über eine Aktuatoreinheit in die zumindest eine andere Schaltstellung aktuierbar ist.
Erfindungsgemäß umfasst die Aktuatoreinheit mindestens einen Aktuator und mindestens eine Schaltwelle, wobei die Schaltwelle über den Aktuator bewegbar ist und in Abhängigkeit von der aktuierten Schaltzustellung das dritte elektrische Kontaktelement in der vorgespannten Schaltstellung belässt, oder entgegen der Federkraft des elastischen Elements in die zumindest eine andere Schaltstellung bewegt.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung weist der erste elektrische Anschlussbereich mehrere feststehende erste elektrische Kontaktelemente und der zweite elektrische Anschlussbereich mehrere feststehende zweite elektrische Kontaktelemente auf, wobei jeweils ein erstes elektrisches Kontaktelement über jeweils ein drittes elektrisches Kontaktelement mit jeweils einem zweiten elektrischen Kontaktelement elektrisch verbindbar oder trennbar ist.
Besonders bevorzugt ist die Schaltwelle derart ausgeführt ist, dass je nach aktu- ierter Schaltstellung über die dritten elektrischen Kontaktelemente zeitgleich mehrere elektrische Verbindungen zwischen dem ersten elektrischen Anschlussbereich und dem zweiten elektrischen Anschlussbereich herstellbar sind.
Die Schaltwelle weist vorzugsweise mehrere Schaltelemente, beispielsweise Schaltkulissen auf, die ein Schaltmuster ergeben das es erlaubt je nach aktuierter Schaltstellung über die dritten Kontaktelemente zeitgleich mehrere elektrische Verbindungen zwischen dem ersten Anschlussbereich und dem zweiten Anschlussbereich herzustellen.
Die elektromechanische Schaltanordnung kann mehrschichtig ausgebildet sein und zumindest eine erste Schicht in einer Aufbauebene und eine zweite Schicht in einer weiteren Aufbauebene aufweisen, wobei der ersten Schicht ein erster elektrischer Anschlussbereich und ein zweiter elektrischer Anschlussbereich und wobei der zweiten Schicht ein weiterer erster elektrischer Anschlussbereich und ein weiterer zweiter elektrischer Anschlussbereich zugeordnet sind.
Unter der ersten Aufbauebene und der zweiten Aufbauebene sind bevorzugt im Wesentlichen parallel zueinander verlaufende, sich räumlich erstreckende Ebenen zu verstehen.
Das dritte Kontaktelement kann derart angeordnet sein, dass es über die Schaltwelle in Bezug auf eine zentrale Längsachse der Schaltwelle in eine radiale Richtung bewegt wird.
Unter der Begriffl ichkeit „radial“ ist eine Richtung normal zu der zentralen Längsachse der Schaltwelle zu verstehen.
Besonders bevorzugt ist die Schaltwelle als Nockenwelle oder als Kurbelwelle ausgebildet.
Die Schaltanordnung weist vorzugsweise eine Kühleinheit auf, wobei die Kühleinheit thermisch an den ersten elektrischen Anschlussbereich und/oder an den zweiten elektrischen Anschlussbereich der Schaltanordnung angebunden ist.
Weiterhin weist die Schaltanordnung vorzugsweise ein Gehäuse auf, in dem der erste elektrische Anschlussbereich, der zweite elektrische Anschlussbereich sowie die Aktuatoreinheit teilweise angeordnet sind. Die Schaltwelle der Aktuatoreinheit kann dabei teilintegriert oder vollintegriert in dem Gehäuse angeordnet sein.
Das dritte Kontaktelement ist vorzugsweise über das elastische Element an dem Gehäuse, nämlich an einer Innenwandung des Gehäuses, angeordnet.
Die erfindungsgemäße Stromverteilereinheit für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeug, umfasst eine elektromechanische Schaltanordnung entsprechend der vorliegenden Erfindung.
Je nach aktuierter Schaltstellung des dritten elektrischen Kontaktelements sind über die Stromverteilereinheit zumindest zwei Schaltzustände schaltbar. Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine schematische Draufsicht einer ersten Ausführungsvariante einer elektromechanischen Schaltanordnung ohne einem Gehäuse.
Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht entlang der Schnittebene A-A gemäß Fig. 1 mit einem Gehäuse, wobei sich ein drittes Kontaktelement in einer zweiten Schaltstellung (Offenstellung) befindet.
Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsvariante einer elektromechanischen Schaltanordnung mit einem Gehäuse in einer ersten Schaltstellung (Schließstellung).
Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht einer dritte Ausführungsvariante einer elektromechanischen Schaltanordnung mit einem Gehäuse in einer ersten Schaltstellung (Schließstellung).
Fig. 5 zeigt eine schematische Draufsicht einer vierten Ausführungsvariante einer elektromechanischen Schaltanordnung ohne einem Gehäuse. Fig. 6 zeigt eine Schnittansicht entlang der Schnittebene A-A gemäß Fig. 5 mit einem Gehäuse, wobei sich ein drittes Kontaktelement in einer zweiten Schaltstellung (Offenstellung) befindet.
Fig. 7 zeigt eine Schnittansicht einer fünften Ausführungsvariante einer elektromechanischen Schaltanordnung mit einem Gehäuse, wobei die elektromechanische Schaltanordnung mehrschichtig ausgebildet ist.
Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung von verschiedenen
Schaltzuständen einer Stromverteilereinheit.
Fig. 9 zeigt schematisch eine erste Ausführungsvariante einer
Stromverteilereinheit mit einer elektromechanischen Schaltanordnung.
Fig. 10 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsvariante einer
Stromverteilereinheit mit einer elektromechanischen Schaltanordnung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Im Allgemeinen kann das erfindungsgemäße funktionale Prinzip in verschiedensten Varianten dargestellt werden. Im vorliegenden Fall wird eine erfindungsgemäße elektromechanische Schaltanordnung 1 anhand eines im Wesentlichen planar ausgeführten Systems näher beschrieben - in Fig.1 bis Fig. 7 sind schematisch mehrere beispielhafte „planare“ Ausführungsvananten einer elektromechanischen
Schaltanordnung 1 entsprechend der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Eine „aufgewickelte“, also im Wesentlichen zylindrische, Ausführung der erfindungsgemäßen elektromechanischen Schaltanordnung 1 ist beispielsweise auch denkbar.
In Fig. 1 und Fig. 2 ist eine erste Ausführungsvariante der elektromechanischen Schaltanordnung 1 dargestellt.
Die elektromechanische Schaltanordnung 1 weist einen ersten elektrischen Anschlussbereich 2 und einen zweiten elektrischen Anschlussbereich 3 auf.
Der erste elektrische Anschlussbereich 2 und der zweite elektrische Anschlussbereich 3 sind in einer ersten Aufbauebene X nebeneinander auf einer Kühleinheit 13 angeordnet.
Der erste elektrische Anschlussbereich 2 weist mehrere feststehende erste elektrische Kontaktelemente 4a-4g, nämlich sieben erste elektrische Kontaktelemente 4a-4g, auf.
Der zweite elektrische Anschlussbereich 3 weist mehrere feststehende zweite elektrische Kontaktelemente 5a-5g, nämlich sieben zweite elektrische Kontaktelemente 5a-5g, auf.
Ein jeweiliges erstes elektrisches Kontaktelement 4a-4g des ersten elektrischen Anschlussbereichs 2 ist über ein jeweiliges drittes Kontaktelement 6a-6g mit einem jeweiligen zweiten elektrischen Kontaktelement 5a-5g des zweiten Anschlussbereichs 3 verbindbar und trennbar. Das jeweilige dritte Kontaktelement 6a-6g ist dazu über eine Aktuatoreinheit 8 in zwei Schaltstellungen A, B steuerbar, nämlich in eine erste Schaltstellung A und in eine zweite Schaltstellung B.
Bei der ersten Ausführungsvariante gemäß Fig. 1 und Fig. 2 entspricht die erste Schaltstellung A einer Schaltstellung, in der ein jeweiliges erstes elektrisches Kontaktelement 4a-4g über ein jeweiliges drittes elektrisches Kontaktelement 6a- 6g mit einem jeweiligen zweiten elektrischen Kontaktelement 5a-5g elektrisch verbunden ist.
Bei der ersten Ausführungsvariante gemäß Fig. 1 und Fig. 2 entspricht die zweite Schaltstellung B einer Schaltstellung, in der ein jeweiliges erstes elektrisches Kontaktelement 4a-4g von dem jeweiligen zweiten elektrischen Kontaktelement 5a-5g elektrisch getrennt ist.
Die Aktuatoreinheit 8 umfasst einen Aktuator 9, der als ein Elektromotor 9a ausgeführt ist, und eine Schaltwelle 10 mit mehreren Schaltelementen 11 , nämlich sieben Schaltelementen 11. Die Schaltwelle 10 ist als Nockenwelle 10a ausgebildet und die einzelnen Schaltelemente 11 der Schaltwelle 10 werden durch an der Nockenwelle 10a festgelegte Nocken ausgebildet.
Jeweils ein Schaltelement 11 der Schaltwelle 10 ist dabei funktional jeweils einem dritten elektrischen Kontaktelement 6a-6g zugeordnet.
Die Schaltwelle 10 ist in einem Bereich zwischen dem ersten elektrischen Anschlussbereich 2 und dem zweiten elektrischen Anschlussbereich 3 ebenfalls in der ersten Aufbauebene X angeordnet und erstreckt sich axial zwischen den beiden elektrischen Anschlussbereichen 2, 3. llnter der Richtungsangabe „axial“ ist eine Richtung entlang oder parallel zu der zentralen Längsachse 12 der Schaltwelle 10 zu verstehen.
Der erste elektrische Anschlussbereich 2 und der zweite elektrische Anschlussbereich 3 sind teilweise in einem Gehäuse 14 angeordnet, und zwar derart, dass die ersten elektrische Kontaktelemente 4a-4g und die zweiten elektrischen Kontaktelemente 5a-5g innerhalb des Gehäuses 14 angeordnet sind und Anschlussstellen 20 des jeweiligen elektrischen Anschlussbereichs 2, 3 außerhalb des Gehäuses 14 ausgebildet sind.
Jeweilige Anschlussstellen 20 sind mit jeweils zumindest einem jeweiligen ersten oder zweiten elektrischen Kontaktelement 4a-4g, 5a-5g des jeweiligen Anschlussbereichs 2, 2‘, 3, 3‘ elektrisch verbunden.
Die Schaltwelle 10 ist im Wesentlichen in dem Gehäuse 14 gelagert und ist über den außerhalb des Gehäuses 14 angeordneten Elektromotor 9a drehbar antreib- bar ausgeführt.
Die dritten elektrischen Kontaktelemente 6a-6g sind über jeweils zwei elastische Elemente 7, nämlich in dem vorliegenden Fall Druckfedern 7a, in einer zweiten Aufbauebene Y an einer Innenwandung 15 des Gehäuses 14 angeordnet, und zwar so, dass jeweils ein drittes elektrisches Kontaktelement 6a-6g im Wesentlichen parallel zu den beiden elektrischen Anschlussbereichen 2, 3 mit deren jeweiligen elektrischen Kontaktelementen 4a-4g, 5a-5g angeordnet ist.
Die zweite Aufbauebene Y entspricht einer räumlichen Ebene parallel zu der ersten Aufbauebene X.
Die dritten elektrischen Kontaktelemente 6a-6g und die Nockenwelle 10a sind derart angeordnet, dass jeweils eine Nocke der Nockenwelle 10a jeweils ein drittes elektrisches Kontaktelement 6a-6g in die zwei Schaltstellungen A, B steuern kann.
In der ersten Schaltstellung A ist ein jeweiliges erstes elektrisches Kontaktelement 4a-4g über ein jeweiliges drittes elektrisches Kontaktelement 6a-6g mit einem jeweiligen zweiten elektrischen Kontaktelement 5a-5g elektrisch verbunden. Dies wird in der in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten ersten Ausführungsvariante erzielt, indem das jeweilige dritte Kontaktelement 6a-6g über die Federn 7a radial in Richtung des ihm zugeordneten jeweiligen ersten elektrischen Kontaktelements 4a-4g und des ihm zugeordneten jeweiligen zweiten elektrischen Kontaktelements 5a-5g vorgespannt wird, also in eine Schließstellung vorgespannt werden.
In der zweiten Schaltstellung B ist ein jeweiliges erstes elektrisches Kontaktelement 4a-4g von dem jeweiligen zweiten elektrischen Kontaktelement 5a-5g elektrisch getrennt, indem das zugeordnete jeweilige dritte Kontaktelement 6a-6g über die ihm zugeordnete Nocke der Nockenwelle 10a radial entgegen der Federkraft der Federn 7a in Richtung zu der Innenwandung 15 des Gehäuses 14 bewegt wird und somit eine Offenstellung bewirkt wird.
Fig. 3 und Fig. 4 zeigen jeweils eine zu der ersten Ausführungsvariante gemäß Fig. 1 und Fig. 2 alternative Ausführung der elektromechanischen Schaltanordnung 1 .
Die zweite Ausführungsvariante gemäß Fig. 3 ist im Wesentlichen gleich aufgebaut wie die erste Ausführungsvariante gemäß Fig. 1 und Fig. 2. Daraus folgend werden im Folgenden lediglich die unterscheidenden Merkmale näher erläutert.
In der dargestellten zweiten Ausführungsvariante der elektromechanischen Schaltanordnung 1 gemäß Fig. 3 ist die Schaltwelle 10 in einer dritten Aufbauebene Z angeordnet, wobei sich die Schaltwelle 10 ebenso axial erstreckt. Die dritte Aufbauebene Z entspricht einer räumlichen Ebene parallel zu der ersten Aufbauebene X und der zweiten Aufbauebene Y, wobei sich die zweite Aufbauebene Y zwischen der ersten Aufbauebene X und der dritten Aufbauebene Z erstreckt.
Die dritten elektrischen Kontaktelemente 6a-6g sind über jeweils zwei elastische Elemente 7, nämlich in dem vorliegenden Fall Druckfedern 7a, in der zweiten Aufbauebene Y an dem ersten Anschlussbereich 2 und dem zweiten Anschlussbereich angeordnet, und zwar so, dass jeweils ein drittes elektrisches Kontaktelement 6a-6g im Wesentlichen parallel zu den beiden elektrischen Anschlussbereichen 2, 3 mit deren jeweiligen elektrischen Kontaktelementen 4a-4g, 5a-5g angeordnet ist.
Das jeweilige dritte Kontaktelement 6a-6g ist über die Aktuatoreinheit 8 in zwei Schaltstellungen A, B steuerbar, nämlich in eine erste Schaltstellung A und in eine zweite Schaltstellung B.
Bei der zweiten Ausführungsvariante gemäß Fig. 3 entspricht die erste Schaltstellung A einer Schaltstellung, in der ein jeweiliges erstes elektrisches Kontaktelement 4a-4g über ein jeweiliges drittes elektrisches Kontaktelement 6a-6g mit einem jeweiligen zweiten elektrischen Kontaktelement 5a-5g elektrisch verbunden ist. Dies wird in der in Fig. 3 dargestellten zweiten Ausführungsvariante erzielt, indem das zugeordnete jeweilige dritte Kontaktelement 6a-6g über die ihm zugeordnete Nocke der Nockenwelle 10a radial entgegen der Federkraft der Federn 7a in Richtung des ihm zugeordneten jeweiligen ersten elektrischen Kontaktelements 4a-4g und des ihm zugeordneten jeweiligen zweiten elektrischen Kontaktelements 5a-5g bewegt bzw. gedrückt wird, also in eine Schließstellung bewegt bzw. gedrückt wird. Bei der zweiten Ausführungsvariante gemäß Fig. 3 entspricht die zweite Schaltstellung B einer Schaltstellung, in der ein jeweiliges erstes elektrisches Kontaktelement 4a-4g von dem jeweiligen zweiten elektrischen Kontaktelement 5a-5g elektrisch getrennt ist. In der zweiten Schaltstellung B ist ein jeweiliges erstes elektrisches Kontaktelement 4a-4g von dem jeweiligen zweiten elektrischen Kontaktelement 5a-5g elektrisch getrennt, indem das zugeordnete jeweilige dritte Kontaktelement 6a-6g radial über die Federkraft der Druckfedern 7a in Richtung zu der Innenwandung 15 des Gehäuses 14 bewegt wird und somit eine Offenstellung bewirkt wird.
Die dritte Ausführungsvariante gemäß Fig. 4 ist im Wesentlichen gleich aufgebaut wie die zweite Ausführungsvariante gemäß Fig. 3 mit dem Unterschied, dass der erste Anschlussbereich 2 und der zweite Anschlussbereich 3 räumlich gestuft ausgeführt sind.
Die vierte Ausführungsvariante gemäß Fig. 5 und Fig. 6 ist im Wesentlichen gleich aufgebaut, wie die erste Ausführungsvariante gemäß Fig. 1 und Fig. 2 - die beiden Ausführungsvarianten unterscheiden sich lediglich in der Ausführung der Schaltwelle 10.
In der vierten Ausführungsvariante gemäß Fig. 5 und Fig. 6 ist die Schaltwelle 10 als Kurbelwelle 10b ausgebildet und die einzelnen Schaltelemente 11 der Schaltwelle 10 werden durch an der Kurbelwelle 10b festgelegte Kurbeln ausgebildet.
Die dritten elektrischen Kontaktelemente 6a-6g und die Kurbelwelle 10b sind derart angeordnet, dass jeweils eine Kurbel der Kurbelwelle 10b jeweils ein drittes elektrisches Kontaktelement 6a-6g in die zwei Schaltstellungen A, B steuern kann.
In der ersten Schaltstellung A ist ein jeweiliges erstes elektrisches Kontaktelement 4a-4g über ein jeweiliges drittes elektrisches Kontaktelement 6a-6g mit einem jeweiligen zweiten elektrischen Kontaktelement 5a-5g elektrisch verbunden. Dies wird in der in Fig. 5 und Fig. 6 dargestellten vierten Ausführungsvariante erzielt, indem das jeweilige dritte Kontaktelement 6a-6g über die Federn 7a radial in Richtung des ihm zugeordneten jeweiligen ersten elektrischen Kontaktelements 4a-4g und des ihm zugeordneten jeweiligen zweiten elektrischen Kontaktelements 5a-5g vorgespannt wird, also in eine Schließstellung vorgespannt wird.
In der zweiten Schaltstellung B ist ein jeweiliges erstes elektrisches Kontaktelement 4a-4g von dem jeweiligen zweiten elektrischen Kontaktelement 5a-5g elektrisch getrennt, indem das zugeordnete jeweilige dritte Kontaktelement 6a-6g über die ihm zugeordnete Kurbel der Kurbelwelle 10b radial entgegen der Federkraft der Federn 7a in Richtung zu der Innenwandung 15 des Gehäuses 14 bewegt wird und somit eine Offenstellung bewirkt wird.
Fig. 7 zeigt eine fünfte Ausführungsvariante der elektromechanischen Schaltanordnung 1. Die elektromechanische Schaltanordnung ist herbei mehrschichtig aufgebaut und weist eine erste Schicht 21 in der ersten Aufbauebene X und eine zweite Schicht 22 in der dritten Aufbauebene Z auf.
Der ersten Schicht 21 ist ein erster elektrischer Anschlussbereich 2 und ein zweiter elektrischer Anschlussbereich 3 zugeordnet.
Der erste elektrische Anschlussbereich 2 und der zweite elektrische Anschlussbereich 3 der ersten Schicht 21 sind in der ersten Aufbauebene X nebeneinander auf einer Kühleinheit 13 und teilweise in einem Gehäuse 14 angeordnet.
Der zweiten Schicht 22 ist ein weiterer erster elektrischer Anschlussbereich 2‘ und ein weiterer zweiter elektrischer Anschlussbereich 3‘ zugeordnet.
Der erste elektrische Anschlussbereich 2‘ und der zweite elektrische Anschlussbe- reich 3‘ der zweiten Schicht 22 sind in der dritten Aufbauebene Z nebeneinander an dem Gehäuse 14 angeordnet.
Die erste Aufbauebene X und die dritte Aufbauebene Z sind im Wesentlichen parallel zueinander verlaufende, sich räumlich erstreckende Ebenen.
Beide ersten elektrischen Anschlussbereiche 2, 2‘ weisen jeweils mehrere feststehende erste elektrische Kontaktelemente 4a-4g (in Fig. 7 aufgrund der Schnittansicht nicht einzeln dargestellt) auf.
Beide zweiten elektrischen Anschlussbereiche 3, 3‘ weisen jeweils mehrere feststehende zweite elektrische Kontaktelemente 5a-5g (in Fig. 7 aufgrund der Schnittansicht nicht einzeln dargestellt).
Ein jeweiliges erstes elektrisches Kontaktelement 4a-4g des jeweiligen ersten elektrischen Anschlussbereichs 2, 2‘ ist über ein jeweiliges drittes Kontaktelement 6a-6g (in Fig. 7 aufgrund der Schnittansicht nicht einzeln dargestellt) mit einem jeweiligen zweiten elektrischen Kontaktelement 5a-5g des jeweiligen zweiten Anschlussbereichs 3, 3‘ verbindbar und trennbar.
Das jeweilige dritte Kontaktelement 6a-6g ist in der zweiten Aufbauebene Y, nämlich zwischen der ersten Aufbauebene X und der dritten Aufbauebene Z, angeordnet.
Das jeweilige dritte Kontaktelement 6a-6g ist dazu über die Aktuatoreinheit 8 in zwei Schaltstellungen A, B steuerbar, nämlich in eine erste Schaltstellung A und in eine zweite Schaltstellung B.
Die Aktuatoreinheit 8 umfasst den Aktuator 9, der als Elektromotor 9a ausgeführt ist, und die Schaltwelle 10 mit mehreren Schaltelementen 11 , wobei die Schaltwel- le 10 als Nockenwelle 10a ausgeführt ist und die einzelnen Schaltelemente 11 der Schaltwelle 10 werden durch an der Nockenwelle 10a festgelegte Nocken ausgebildet.
Jeweils ein Schaltelement 11 der Schaltwelle 10 ist dabei funktional jeweils einem dritten elektrischen Kontaktelement 6a-6g zugeordnet.
Die Schaltwelle 10 ist in einem Bereich zwischen dem ersten elektrischen Anschlussbereich 2 und dem zweiten elektrischen Anschlussbereich 3 ebenfalls in der ersten Aufbauebene X angeordnet und erstreckt sich axial zwischen den beiden elektrischen Anschlussbereichen 2, 3.
Der erste elektrische Anschlussbereich 2 und der zweite elektrische Anschlussbereich 3 sind teilweise in einem Gehäuse 14 angeordnet, und zwar derart, dass die ersten elektrische Kontaktelemente 4a-4g und die zweiten elektrischen Kontaktelemente 5a-5g innerhalb des Gehäuses 14 angeordnet sind und Anschlussstellen 20 des jeweiligen elektrischen Anschlussbereichs 2, 3 außerhalb des Gehäuses 14 ausgebildet sind.
Im Falle des mehrschichtigen Aufbaus der elektromotorischen Schaltanordnung 1 gemäß Fig. 7 weisen die jeweiligen weiteren Anschlussbereiche 2‘, 3‘ ebenso elektrische Anschlussstellen 20' auf.
Jeweilige Anschlussstellen 20, 20' sind mit jeweils zumindest einem jeweiligen ersten oder zweiten elektrischen Kontaktelement 4a-4g, 5a-5g des jeweiligen Anschlussbereichs 2, 2‘, 3, 3' elektrisch verbunden.
Die Schaltwelle 10 ist im Wesentlichen in dem Gehäuse 14 gelagert und ist weiterhin über den außerhalb des Gehäuses 14 angeordneten Elektromotor 9a drehbar antreibbar ausgeführt. Die dritten elektrischen Kontaktelemente 6a-6g sind über jeweils zwei elastische Elemente 7, nämlich in dem vorliegenden Fall Druckfedern 7a, in einer zweiten Aufbauebene Y an einer Innenwandung 15 des Gehäuses 14 angeordnet, und zwar so, dass jeweils ein drittes elektrisches Kontaktelement 6a-6g im Wesentlichen parallel zu den elektrischen Anschlussbereichen 2, 2‘, 3, 3‘ mit deren jeweiligen elektrischen Kontaktelementen 4a-4g, 5a-5g angeordnet ist.
Die erste Schaltstellung A entspricht in Bezug auf das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 einer Schaltstellung, in der ein jeweiliges erstes elektrisches Kontaktelement 4a-4g des ersten Anschlussbereichs 2 der ersten Schicht 21 über ein jeweiliges drittes elektrisches Kontaktelement 6a-6g mit einem jeweiligen zweiten elektrischen Kontaktelement 5a-5g des zweiten Anschlussbereichs 3 der ersten Schicht 21 elektrisch verbunden ist. Dies wird in der in Fig. 7 dargestellten fünften Ausführungsvariante erzielt, indem das jeweilige dritte Kontaktelement 6a-6g über die Druckfedern 7a radial in Richtung des ihm zugeordneten jeweiligen ersten elektrischen Kontaktelements 4a-4g und des ihm zugeordneten jeweiligen zweiten elektrischen Kontaktelements 5a-5g der ersten Schicht 21 vorgespannt wird, also in eine Schließstellung vorgespannt wird.
Die zweite Schaltstellung B entspricht in Bezug auf das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 einer Schaltstellung, in der ein jeweiliges erstes elektrisches Kontaktelement 4a-4g des ersten Anschlussbereichs 2‘ der zweiten Schicht 22 über ein jeweiliges drittes elektrisches Kontaktelement 6a-6g mit einem jeweiligen zweiten elektrischen Kontaktelement 5a-5g des zweiten Anschlussbereichs 3‘ der zweiten Schicht 22 elektrisch verbunden ist.
In der zweiten Schaltstellung B ist somit ein jeweiliges erstes elektrisches Kontaktelement 4a-4g des ersten elektrischen Anschlussbereichs 2 der ersten Schicht 21 von dem jeweiligen zweiten elektrischen Kontaktelement 5a-5g des zweiten elektrischen Anschlussbereichs 3 der ersten Schicht 21 elektrisch getrennt, indem das zugeordnete jeweilige dritte Kontaktelement 6a-6g über die ihm zugeordnete Nocke der Nockenwelle 10a radial entgegen der Federkraft der Druckfedern 7a in Richtung zu der Innenwandung 15 des Gehäuses 14 bewegt wird und somit über das jeweilige dritte Kontaktelement 6a-6g eine elektrische Verbindung zwischen dem jeweiligen ersten elektrischen Kontaktelement 4a-4g des weiteren ersten elektrischen Anschlussbereichs 2‘ der zweiten Schicht 22 und dem jeweiligen zweiten elektrischen Kontaktelement 5a-5g des weiteren zweiten elektrischen Anschlussbereichs 3‘ der zweiten Schicht 22 hergestellt wird.
Die in Fig. 1 bis Fig. 7 dargestellte elektromechanische Schaltanordnung 1 ist Teil einer Stromverteilereinheit 16 eines Elektrokraftfahrzeugs mit einer 800V (Sekun- där-)Batterie 17 als Energiespeicher (Fig. 9, Fig. 10).
In Fig. 9 und Fig. 10 sind schematisch zwei Ausführungsvananten einer Stromverteilereinheit 16 für ein Kraftfahrzeug dargestellt. Neben der elektromechanischen Schaltanordnung 1 umfassen die beiden Stromverteilereinheiten 16 auch Stromsensoren 18 und Sicherungen 19, die in unterschiedlichen Konfigurationen verbaut sein können.
Ein erster elektrische Anschlussbereich 2 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel über ihm zugeordneten Anschlussstellen 20 elektrisch mit dem Energiespeicher, nämlich der 800V (Sekundär-) Batterie 17, verbunden. Ein zweiter elektrischer Anschlussbereich 3 ist über die ihm zugeordneten Anschlussstellen 20 elektrisch mit mehreren Verbrauchern des Kraftfahrzeugs verbunden.
Je nach aktuierter Schaltstellung A, B der einzelnen dritten Kontaktelemente 6a-6g können basierend auf den unterschiedlichen Ausführungsvarianten über die elektromechanische Schaltanordnung 1 zumindest vier Schaltzustände C, D, E, F geschaltet werden (Fig. 8): • Schaltzustand C: AC/DC Laden mit 400V, d.h. Laden der 800V (Sekun- där-)Batterie 17 an einer 400V DC-Ladesäule.
• Schaltzustand D: Neutral / Safe State, der einem „Aus“-Zustand entspricht, in dem es zu keinem Energiefluss zwischen dem ersten Anschlussbereich 2 und dem zweiten Anschlussbereich 3 kommt.
• Schaltzustand E: Fahren (800V), was einem „normalen“ Fahrzustand des
Fahrzeugs entspricht. Die 800V (Sekundär-)Batterie 17 ist mit einer 800V Antriebseinheit antriebswirksam verbunden.
• Schaltzustand F: DC Laden mit 800V, d.h. Laden der 800V (Sekundär-)
Batterie 17 an einer 800V DC-Ladesäule.
Die Abkürzung „AC“ steht für „alternating current“, also Wechselstrom. Die Abkürzung „DC“ steht für „direkt current“, also Gleichstrom. Die Abkürzung „V“ steht für die SI-Einheit „Volt“.
In Fig. 8 ist basierend auf der ersten Ausführungsvariante gemäß Fig. 1 und Fig. 2 beispielhaft dargestellt in welcher Schaltstellung A, B sich das jeweilige dritte elektrische Kontaktelement 6a-6g befinden muss um einen jeweiligen Schaltzustand C, D, E, F zu realisieren. Unter „A/B“ ist zu verstehen, dass es keine Rolle spielt in welcher der beiden Schaltstellungen A, B sich das jeweilige dritte Kontaktelement 6a-6g befindet. Bezuqszeichenliste
I Elektromechanische Schaltanordnung
2, 2‘ Erster elektrischer Anschlussbereich
3, 3‘ Zweiter elektrischer Anschlussbereich
4a-4g Erstes elektrisches Kontaktelement
5a-5g Zweites elektrisches Kontaktelement
6a-6g Drittes elektrisches Kontaktelement
7 Elastisches Element
7a Feder
8 Aktuatoreinheit
9 Aktuator
9a Elektromotor
10 Schaltwelle
10a Nockenwelle
10b Kurbelwelle
I I Schaltelement
12 Zentrale Längsachse
13 Kühleinheit
14 Gehäuse
15 Innenwandung (des Gehäuses)
16 Stromverteilereinheit
17 800V (Sekundär-)Batterie
18 Stromsensor
19 Sicherung
20, 20' Anschlussstelle
21 Erste Schicht
22 Zweite Schicht A Erste Schaltstellung (des dritten Kontaktelements)
B Zweite Schaltstellung (des dritten Kontaktelements)
C Erster Schaltzustand der Stromverteilereinheit
D Zweiter Schaltzustand der Stromverteilereinheit
E Dritter Schaltzustand der Stromverteilereinheit F Vierter Schaltzustand der Stromverteilereinheit
X Erste Aufbauebene
Y Zweite Aufbauebene
Z Dritte Aufbauebene

Claims

Patentansprüche
1 . Elektromechanische Schaltanordnung (1 ) mit zumindest zwei elektrischen Anschlussbereichen, nämlich zumindest einem ersten elektrischen Anschlussbereich (2, 2‘) und zumindest einem zweiten elektrischen Anschlussbereich (3, 3‘), wobei der erste elektrische Anschlussbereich (2, 2‘) mindestens ein feststehendes erstes elektrisches Kontaktelement (4a-4g) und der zweite elektrische Anschlussbereich (3, 3‘) mindestens ein feststehendes zweites elektrisches Kontaktelement (5a-5g) aufweist, wobei das erste elektrische Kontaktelement (4a-4g) und das zweite elektrische Kontaktelement (5a-5g) über mindestens ein bewegbares drittes elektrisches Kontaktelement (6a-6g) elektrisch verbindbar und trennbar sind, wobei das dritte elektrische Kontaktelement (6a-6g) über zumindest ein elastisches Element (7) in eine Schaltstellung (A, B) vorgespannt ist und über eine Aktuatoreinheit (8) in die zumindest eine andere Schaltstellung (A, B) aktuier- bar ist, wobei die Aktuatoreinheit (8) mindestens einen Aktuator (9) und mindestens eine Schaltwelle (10) aufweist, die über den Aktuator bewegbar ist und in Abhängigkeit von der aktuierten Schaltstellung (A, B) das dritte elektrische Kontaktelement (6a-6g) in der vorgespannten Schaltstellung (A, B) belässt, oder entgegen der Federkraft des elastischen Elements (7) in die zumindest eine andere Schaltstellung (A, B) bewegt.
2. Elektromechanische Schaltanordnung (1 ) nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der erste elektrische Anschlussbereich (2, 2‘) mehrere feststehende erste elektrische Kontaktelemente (4a-4g) und der zweite elektrische Anschlussbereich (3, 3‘) mehrere feststehende zweite elektrische Kontaktelemente (5a-5g) aufweist, wobei jeweils ein erstes elektrisches Kontaktelement (4a-4g) über jeweils ein drittes elektrisches Kontaktelement (6a-6g) mit jeweils einem zweiten elektrischen Kontaktelement (5a-5g) elektrisch verbindbar oder trennbar ist. 3. Elektromechanische Schaltanordnung (1) nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Schaltwelle (10) derart ausgeführt ist, dass je nach aktuierter Schaltstellung (A, B) über die dritten elektrischen Kontaktelemente (6a-6g) zeitgleich mehrere elektrische Verbindungen zwischen dem ersten elektrischen Anschlussbereich (2, 2‘) und dem zweiten elektrischen Anschlussbereich (3,
3‘) herstellbar sind.
4. Elektromechanische Schaltanordnung (1) nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Schaltwelle (10) mehrere Schaltelemente (11) aufweist, die ein Schaltmuster ergeben das es erlaubt je nach aktuierter Schaltstellung (A, B) über die dritten elektrischen Kontaktelemente (6a-6g) zeitgleich mehrere elektrische Verbindungen zwischen dem ersten elektrischen Anschlussbereich (2, 2‘) und dem zweiten elektrischen Anschlussbereich (3, 3‘) herzustellen.
5. Elektromechanische Schaltanordnung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Schaltanordnung (1) mehrschichtig ausgebildet ist und zumindest eine erste Schicht (21) in einer Aufbauebene (X) und eine zweite Schicht (22) in einerweiteren Aufbauebene (Y, Z) aufweist, wobei der ersten Schicht (21) ein erster elektrischer Anschlussbereich (2) und ein zweiter elektrischer Anschlussbereich (3) und wobei der zweiten Schicht ein weiterer erster elektrischer Anschlussbereich (2‘) und ein weiterer zweiter elektrischer Anschlussbereich (3‘) zugeordnet sind.
6. Elektromechanische Schaltanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das dritte elektrische Kontaktelement (6a-6g) derart angeordnet ist, dass es über die Schaltwelle (10) in Bezug auf eine zentrale Längsachse (12) der Schaltwelle (10) in eine radiale Richtung bewegt wird.
7. Elektromechanische Schaltanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Schaltwelle (10) als Nockenwelle (10a) oder als Kurbelwelle (10b) ausgebildet ist.
8. Elektromechanische Schaltanordnung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Schaltanordnung (1) eine Kühleinheit (13) aufweist, wobei die Kühleinheit (13) thermisch an den ersten elektrischen Anschlussbereich (2, 2‘) und/oder an den zweiten elektrischen Anschlussbereich (3, 3‘) der Schaltanordnung (1) angebunden ist.
9. Elektromechanische Schaltanordnung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Schaltanordnung (1) ein Gehäuse (14) aufweist, in dem der erste elektrische Anschlussbereich (2, 2‘), der zweite elektrische Anschlussbereich (3, 3‘) sowie die Aktuatoreinheit (8) teilweise angeordnet sind.
10. Elektromechanische Schaltanordnung (1) nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das dritte elektrische Kontaktelement (6a-6b) über das elastische Element (7) an dem Gehäuse (14) angeordnet ist.
11. Stromverteilereinheit (16) für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Hybridoder Elektrokraftfahrzeug, umfassend eine elektromechanische Schaltanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
12. Stromverteilereinheit (16) nach Anspruch 11 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass je nach aktuierter Schaltstellung (A, B) des zumindest einen dritten Kontaktelements (6a-6g) zumindest zwei Schaltzustände (C, D, E, F) schaltbar sind.
PCT/EP2024/073174 2023-09-21 2024-08-19 Elektromechanische schaltanordnung Pending WO2025061391A1 (de)

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