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WO2020043515A1 - Schaltvorrichtung - Google Patents

Schaltvorrichtung Download PDF

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Publication number
WO2020043515A1
WO2020043515A1 PCT/EP2019/072038 EP2019072038W WO2020043515A1 WO 2020043515 A1 WO2020043515 A1 WO 2020043515A1 EP 2019072038 W EP2019072038 W EP 2019072038W WO 2020043515 A1 WO2020043515 A1 WO 2020043515A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
switching device
switch
state
magnetic
magnetic switch
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/072038
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Armin GRUNACK
Torsten KLINGER
Original Assignee
Tdk Electronics Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tdk Electronics Ag filed Critical Tdk Electronics Ag
Priority to CN202410911842.6A priority Critical patent/CN118713647A/zh
Priority to KR1020217008738A priority patent/KR102531849B1/ko
Priority to KR1020237015260A priority patent/KR102646513B1/ko
Priority to CN201980056415.1A priority patent/CN112585709B/zh
Priority to US17/271,132 priority patent/US11942298B2/en
Publication of WO2020043515A1 publication Critical patent/WO2020043515A1/de

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    • H01H2071/048—Means for indicating condition of the switching device containing non-mechanical switch position sensor, e.g. HALL sensor

Definitions

  • a switching device is specified.
  • the switching device is in particular as a through
  • Switching device can be activated via a control circuit and can switch a load circuit.
  • the switching device can be designed as a relay or as a contactor, in particular as a power contactor.
  • the switching device can particularly preferably be a gas-filled one
  • Disconnect battery circuits for example in
  • Motor vehicles such as electrically or partially electrically operated motor vehicles. These can be purely battery-operated vehicles, for example (BEV: “Battery Electric
  • a separate switch element in particular a microswitch, which is also actuated via a mechanical coupling to the main switching contact by its switching movement.
  • a microswitch like any mechanical switch is subject to the usual signs of wear.
  • a reed switch which is triggered by a magnet that moves with the switching movement of the contactor and by the magnets
  • reed switches also apply to any sufficiently strong magnetic or electromagnetic field in its vicinity.
  • At least one object of certain embodiments is to specify a switching device, particularly preferably a switching device in which the disadvantages described can be prevented or at least reduced. This task is accomplished by an object according to the
  • Switching device at least one fixed contact and at least one movable contact.
  • the at least one fixed contact and the at least one movable contact are connected to The at least one fixed contact and the at least one movable
  • Contacts are provided and set up to switch a load circuit that can be connected to the switching device on and off.
  • the moving contact is in the
  • Switching device between a non-switching state, hereinafter also referred to as a non-active or switched-off state, and one
  • switching state of the switching device hereinafter also referred to as an active or switched-on state, is movable in such a way that the movable contact is at a distance from the at least one fixed contact in the non-switching state of the switching device and is therefore galvanically isolated, and one in the switching state
  • That the switching device has at least one fixed contact can particularly preferably also mean that the switching device has at least two fixed contacts
  • At least one movable contact can be made, for example, with or from Cu, a Cu alloy, one or more
  • refractory metals such as W, Ni and / or Cr, or a mixture of the materials mentioned,
  • Metal for example W, Ni and / or Cr.
  • the movable contact can in particular be arranged completely in the housing.
  • a fixed contact which is in the switching state in mechanical contact with the movable contact, is arranged within the housing.
  • a fixed contact arranged in the housing can be electrically connected from the outside, that is to say from the outside of the housing
  • a fixed contact arranged in the housing can be made with a part from the housing
  • the switching chamber can in particular be arranged in the housing.
  • the movable contact can particularly preferably be completely in the switching chamber
  • Switching chamber is arranged, in particular can mean that at least one contact area of the fixed contact, which is in mechanical contact with the movable contact in the switching state, within the switching chamber
  • a fixed contact arranged in the switching chamber can be electrically contactable from the outside, that is to say from outside the switching chamber.
  • a stationary contact with a part arranged in the switching chamber can protrude from the switching chamber and one outside the switching chamber
  • the magnet armature can have an axis which is connected at one end to the movable contact in such a way that the movable contact can be moved by means of the axis, that is to say at one
  • Movement of the axis is also moved by this.
  • the axis can in particular through an opening in the
  • the switching chamber can have a switching chamber base which has an opening through which the axis projects.
  • the magnetic armature can be movable by a magnetic circuit in order to effect the switching operations described above.
  • the magnetic circuit can have a yoke which has an opening through which the axis of the magnet armature projects.
  • the magnetic armature can have a magnetic core which can be attached to an end of the axis opposite the movable contact and which is part of the magnetic circuit.
  • a coil which can be connected to a control circuit, can generate a magnetic field in the magnetic circuit, through which the magnet armature is moved.
  • the axis can preferably have stainless steel or be made of it.
  • the yoke and / or the magnetic core can preferably have or be pure iron or a low-doped iron alloy.
  • the switching chamber in particular the switching chamber wall and / or the switching chamber floor, can
  • the switching chamber can be made of polyether ether ketone (PEEK), a polyethylene (PE) and / or glass-filled plastic
  • the switching chamber can at least partially also have a polyoxymethylene (POM), in particular with the structure (CPhO) ⁇ .
  • POM polyoxymethylene
  • the contacts are arranged in a gas atmosphere.
  • the switching device can have a gas-tight area in which the
  • the gas-tight area can pass through Parts of the housing and / or are formed by additional walls and / or by components within the housing.
  • the gas-tight area can be combined with parts of the switching chamber wall and the yoke
  • the switching chamber can be arranged in the gas-tight area of the switching device.
  • the magnetic armature can also be used
  • the switching device can particularly preferably be a gas-filled switching device such as a gas-filled contactor.
  • the gas atmosphere can in particular promote the extinguishing of arcs that can occur during the switching processes between the contacts.
  • the gas in the gas atmosphere can preferably have a proportion of at least 50%
  • the gas can have an inert gas, particularly preferably N2 and / or one or more noble gases.
  • the gas that is to say at least part of the gas atmosphere, can be in the
  • the magnetic switch can in particular have a first state and a second state, between which it is possible to switch between the action of an external magnetic field.
  • the magnetic switch can particularly preferably have exactly two states. In particular, the
  • Magnetic switch be an electronically active component, that is, a component for whose operation, in particular the switching activity, an operating voltage is provided must, while the magnetic switch is not operable when the operating voltage is switched off or absent.
  • the switching activity of the magnetic switch described above and below therefore always relates to a magnetic switch connected to an operating voltage. Accordingly, the magnetic switch can be in operation depending on one
  • Magnetic field in a state preferably selected from a first state and a second state.
  • the magnetic switch is a Hall switch.
  • the Hall switch can, for example, have or be formed by a circuit which has a Hall sensor with a sensitive area.
  • the Hall sensor can be set up and in the circuit
  • Hall voltage can be compared with a reference voltage. If the Hall voltage and accordingly the magnetic field
  • an output of the circuit and thus of the Hall switch can be kept in a first state.
  • the Hall switch is in the first state when the magnetic field is smaller than a threshold magnetic field. If the Hall voltage and accordingly the magnetic field exceeds the threshold value, the output can go into the second state
  • the Hall switch is in the second state when the magnetic field is larger than the threshold magnetic field.
  • Magnetic field can always denote the magnetic field acting at the location of the Hall switch, even if not explicitly described.
  • the term “magnetic field” or “threshold magnetic field” can be used to designate the component of the field that is perpendicular to the sensitive area of the Hall switch and that is the sensitive area
  • Permanent magnet can in particular be attached to the magnet armature. Together with the contacts of the switching device and the magnet armature, the permanent magnet can thus be arranged within the gas-tight area.
  • the permanent magnet can be arranged on an end of the magnet armature facing away from the movable contact.
  • the permanent magnet can be attached to the magnetic core and / or to the axis of the magnet armature.
  • the permanent magnet can be a bar magnet or a disc magnet or a
  • the permanent magnet can particularly preferably be a ring magnet which is symmetrical to the axis of the
  • Magnetic armature are arranged.
  • the permanent magnet By attaching the permanent magnet to the armature, the permanent magnet can by the switching movement of the
  • the magnetic switch and the permanent magnet can in particular be arranged relative to one another in such a way that the magnetic field generated by the permanent magnet at the location of the
  • the Magnet switch is weaker than when switched off State of the switching device.
  • the magnet switch can, for example, below the permanent magnet, that is, at the end of the
  • Magnet armature to which the permanent magnet is attached, may be arranged.
  • the magnetic switch can be arranged along an imaginary extension of the axis of the magnet armature in the middle or slightly offset from it below the magnet armature and the permanent magnet.
  • the permanent magnet can be at a greater distance from the magnetic switch than in
  • the permanent magnet can particularly preferably be arranged such that the permanent magnet is one
  • the magnetic switch has a magnetic pole, for example the magnetic south pole, on a side facing the magnetic switch.
  • the magnetic switch can be designed and arranged in such a way that the magnetic switch is in the first or in the second state depending on a distance from said magnetic pole.
  • the magnetic switch and the permanent magnet can be designed and arranged such that the magnetic switch even when the coil of the
  • the permanent magnet can have a smaller distance from the magnetic sensor than in the event that the switching device is in the active state. Accordingly, the magnetic switch can be, for example only, in the first state when the switching device is in the non-active state and in the second state when the switching device is in the active state.
  • Magnetic switch in the first state a first current and in the second state a different second current.
  • the output of the magnetic switch can therefore preferably be on
  • the first current can be smaller than the second current.
  • Signal processing device can preferably be arranged together with the magnetic switch in the housing.
  • the signal processing device can be fastened together with the magnetic switch to part of and / or within the housing.
  • the magnetic switch and the signal processing device can be in one
  • the signal processing device and the magnetic switch can be outside the gas-tight area
  • the measuring resistor can be connected to the output of the Magnetic switch must be connected. Since the magnetic switch generates a first current or a second current depending on its state as described above, the
  • Voltage drop across the measuring resistor depends on the state of the magnetic switch and thus on the position of the permanent magnet relative to the magnetic switch. Due to the attachment of the permanent magnet to the magnet armature, the switching state of the switching device can thus be inferred from a voltage measurement at the measuring resistor.
  • the reference voltage can be specified, for example, by means of a Zener diode, which is connected to a voltage supply in parallel with the magnetic switch via a resistor.
  • the comparator can have or be an operational amplifier.
  • the magnetic switch, the Zener diode and the comparator can be connected to a common voltage supply
  • the voltage supply can preferably provide a voltage greater than or equal to 3 V and less than or equal to 24 V.
  • the voltage provided by the voltage supply can be an on-board electrical system voltage of a motor vehicle, which can be 12 V or 24 V. It has been shown that the signal processing device
  • the operational amplifier can be operated with the same supply voltage to ground as the magnetic switch and the reference branch with the Zener diode, even if the
  • Operational amplifier must be operated according to the specification with a usual supply voltage of +/- 15 V.
  • the comparator can have an output which, depending on the voltage across the measuring resistor, can assume different states compared to the reference voltage.
  • the output of the comparator can have a number of states corresponding to the number of states of the magnetic switch and thus corresponding to the number of
  • the signal processing device can have an electronic switch with a control input which is connected to the
  • the electronic switch can be, for example, a transistor, in particular a field effect transistor.
  • the control input of the electronic switch can particularly preferably be via a
  • Voltage divider to be connected to the output of the comparator.
  • the voltage divider can be designed such that with regard to the preferred two states of the
  • Magnetic switch generates a clear high and low signal for the control input of the electronic switch.
  • the Switch is in an open, ie blocking, state when the switching device is in the non-active switching state.
  • the signal processing device and the magnetic switch can be designed such that the electronic switch is in a closed, that is to say a conducting state, when the switching device is in the active switching state.
  • the electronic switch is preferably open or at least high-impedance when the load circuit at the contacts of the switching device is open, and
  • FIGS. 1A and 1B are schematic representations of an example of a switching device
  • Figures 2 is a schematic representation of part of the
  • FIGS. 3A to 3C are schematic representations of
  • FIGS. 1A and 1B show a switching device 100 which can be used, for example, to switch strong electrical currents and / or high electrical voltages and which can be a relay or contactor, in particular a power contactor.
  • a three-dimensional sectional view is shown in FIG. 1A, while a two-dimensional sectional view is shown in FIG. 1B.
  • the following description likewise relates to FIGS. 1A and 1B.
  • the geometries shown are only
  • the switching device 100 has two fixed contacts 2, 3 and a movable contact 4 in a housing 1.
  • the movable contact 4 is a contact plate
  • the fixed contacts 2, 3 together with the movable contact 4 form the switching contacts.
  • other numbers of fixed and / or movable contacts may also be possible.
  • the housing 1 serves primarily as a touch guard for the components arranged on the inside and has or is made of a plastic, for example PBT or glass fiber-filled PBT.
  • the contacts 2, 3, 4 can, for example, with or from Cu, a Cu alloy or a mixture of Copper with at least one other metal, for example W, Ni and / or Cr.
  • the switching device 100 is shown in an idle state in which the movable contact 4 is spaced apart from the fixed contacts 2, 3, so that the contacts 2, 3, 4 are electrically isolated from one another.
  • switch contacts shown and in particular their geometry are to be understood as purely exemplary and not restrictive.
  • the switch contacts can also be designed differently.
  • the switching device 100 has a movable magnet armature 5 which essentially executes the switching movement.
  • the magnet armature 5 has a magnetic core 6,
  • the magnet armature 5 has an axis 7 which is guided through the magnetic core 6 and is fixedly connected to the magnetic core 6 at one axis end. At the other, opposite the magnetic core 6 opposite end of the magnet armature 5 has the movable contact 4, the
  • the axis 7 can preferably be made with or from stainless steel.
  • the magnetic core 6 is surrounded by a coil 8.
  • a current flow in the coil 8 which can be switched on from the outside by a control circuit generates a movement of the magnetic core 6 and thus of the entire magnet armature 5 in the axial direction until the movable contact 4 contacts the fixed contacts 2, 3.
  • the magnet armature moves upwards.
  • the magnet armature 5 thus moves from a first position, which corresponds to the idle state shown and, at the same time, to the disconnecting, that is to say non-switching and therefore switched off, state, into a second position which corresponds to the active, that is to say switching on and thus switched on, state.
  • contacts 2, 3, 4 are galvanically connected to one another.
  • the magnet armature 5 can in particular be designed as a tie rod or hinged anchor. If the current flow in the coil 8 is interrupted, the armature 5 is moved back into the first position by one or more springs 10. In the illustration shown, the magnet armature 5 thus moves down again. The switching device 100 is then again in the
  • the contacts 2, 3, 4 are arranged in a gas atmosphere, so that the
  • Switching device 100 as a gas-filled relay or
  • gas-filled contactor is formed.
  • the contacts 2, 3, 4 within a switching chamber 11, formed by a switching chamber wall 12 and a switching chamber floor 13, are formed by a hermetically sealed part arranged gas-tight area 16.
  • the gas-tight area 16 completely surrounds the magnet armature 5 and the contacts 2, 3, 4, except for parts of the fixed contacts 2, 3 provided for the external connection.
  • the gas-tight area 16 and thus also the switching chamber 11 are filled with a gas 14.
  • the gas-tight region 16 is essentially formed by parts of the switching chamber 11, the yoke 9 and additional walls.
  • the gas 14, which can be filled into the gas-tight area 16 through a gas filler neck 15 during the manufacture of the switching device 100, can be particularly preferably hydrogen-containing, for example with 50% or more H2 in an inert gas or even with 100% H 2 , since hydrogen-containing gas can promote the extinguishing of arcs. Furthermore, inside or outside of the gas 14, which can be filled into the gas-tight area 16 through a gas filler neck 15 during the manufacture of the switching device 100, can be particularly preferably hydrogen-containing, for example with 50% or more H2 in an inert gas or even with 100% H 2 , since hydrogen-containing gas can promote the extinguishing of arcs. Furthermore, inside or outside of the
  • blow magnets (not shown) may be present, that is to say permanent magnets which bring about an extension of the arc gap and can thus improve the extinguishing of the arcs.
  • the switching chamber wall 12 and the switching chamber floor 13 can be made, for example, with or from a metal oxide such as Al 2 O 3. Plastics with a sufficiently high level are also suitable
  • Temperature resistance for example a PEEK, a PE
  • the switching chamber 11 can at least partially also have a POM, in particular with the structure (CH20) n .
  • Switching device 100 other components, which are not shown in Figures 1A and 1B for clarity and which are described in connection with Figures 2 and 3A to 3C.
  • the switching device 100 has in particular continue to a permanent magnet 17 and a magnetic switch 19.
  • the switching device 100 has in particular continue to a permanent magnet 17 and a magnetic switch 19.
  • Switching device 100 in the exemplary embodiment shown on a signal processing device 20 can also have no signal processing device.
  • FIG. 2 essentially only those components and parts of the switching device 100 of FIGS. 1A and 1B are shown which form the gas-tight area 16 of the switching device 100.
  • FIGS. 3A to 3C show exemplary embodiments of the signal processing device 20 and parts thereof. Unless otherwise described, the components and parts shown in FIG. 2 as well as components and parts of the switching device 100 not shown in FIG. 2 compared to FIGS. 1A and 1B correspond to the components and
  • the permanent magnet 17 is arranged together with the contacts 2, 3, 4 and the magnet armature 5 within the gas-tight area 16 and is in particular fastened to the magnet armature 5 at the end remote from the movable contact 4.
  • the permanent magnet 17 can be moved together with the movable contact 4 by the magnet armature 5.
  • the permanent magnet 17 can be designed as a ring magnet and attached to the magnetic core 6 of the magnet armature 5. Alternatively, the permanent magnet 17 can also be used as a bar or disc magnet
  • the permanent magnet 17 can also be arranged symmetrically with respect to the axis 7 on another Position and be fixed, especially if the functionality described below can be improved together with the magnetic switch 19.
  • the magnetic switch 19 is together with the signal processing device 20 outside the gas-tight area 16 within the housing not shown in FIG.
  • the magnetic switch 19 and the signal processing device 20 can be connected to one another and can also be arranged on a common circuit board, as by the
  • the magnetic switch 19 is a Hall switch as described in the general part above, which has a current output at which a first or a second current is provided, depending on the state of the Hall switch.
  • the Hall switch 19 has a current output at which a first or a second current is provided, depending on the state of the Hall switch.
  • Magnetic switch 19 is designed as a Hall switch, which is sensitive to the magnetic south pole of the permanent magnet 17, which is accordingly arranged with its south pole facing the magnetic switch 19. According to the above in
  • Magnetic switch 19 is otherwise relatively insensitive to interference fields. To operate the magnetic switch 19, this is permanent at least during use of the
  • Switching device 100 is connected to a voltage supply (not shown), as is described in more detail in connection with FIGS. 3A to 3C.
  • the permanent magnet 17 By attaching the permanent magnet 17 to the magnet armature 5, the permanent magnet 17 is as described above by the switching movement of the magnet armature 5 when switching the
  • Switching device 100 with movable and is switched on the switching device 100 in its active switching state away from the magnetic switch 19 and when the
  • Magnetic switch 19 has as when the switching device 100 is in the switched-off state
  • Permanent magnets 17 at the location of the magnetic switch 19 generated magnetic field weaker when the switching device 100 is on than when the switch is off
  • Magnetic switch 19 caused by the permanent magnet 17 in the switched-off state of the switching device 100 a first magnetic field strength and in the switched-on state of the switching device 100 a second magnetic field strength, the magnetic field strength, as described in the general part above, in particular relating to the component of the applied magnetic field to which the Magnetic switch is sensitive.
  • the magnetic switch 19 is designed and dimensioned such that the magnetic switch 19 is in a first or a second state during operation depending on a distance of the permanent magnet 17 from the magnetic switch 19.
  • the threshold magnetic field indicating the magnetic field strength detected by the magnetic switch, at which the magnetic switch 19 changes from the first to the second state or vice versa.
  • the state in which the magnetic switch 19 is in the switched-off state of the switching device 100 that is to say when the permanent magnet 17 is at a small distance from the magnetic switch 19, referred to as the first state of the magnetic switch 19, while the state in which the magnetic switch 19 is in the switched-on state of the switching device 100 , ie if the permanent magnet 17 is at a large distance from the magnetic switch 19, is referred to as the second state.
  • Magnetic switch 19 generates a first current in the first state and a different second current in the second state.
  • the magnetic switch 19 can particularly preferably be designed such that the first current when the
  • Switching device 100 is turned off, is smaller than the second current when the switching device 100
  • the first current can range from 5 to 7 mA and the second current can range from 12 to 17 mA.
  • Switching device 100 can be recognized. In particular, it can be easily recognized if the switching device 100 is still in the active state due to a contactor adhesive
  • Switching device 100 should accordingly be in the inactive state.
  • the switching device 100 also has one
  • the signal processing device 20 which with the Magnetic switch 19 is connected.
  • the signal processing device 20 can be used in particular to measure the
  • the magnetic switch 19 has a connection 190 with which the
  • Magnetic switch 19 connected to a voltage supply and can be put into operation.
  • the signal processing device 20 has a measuring resistor 201 which is connected in series with the magnetic switch 19.
  • this means that the measuring resistor 201 is connected to the output of the magnetic switch 19, so that the current generated by the magnetic switch flows through the measuring resistor 201. Since the magnetic switch 19 generates a first current or a second current depending on its state, as described above, the voltage drop across the measuring resistor 201 can accordingly assume two values depending on the state of the magnetic switch 19 and thus on the position of the permanent magnet relative to the magnetic switch 19. The switching state of the switching device 100 can thus be inferred from a voltage measurement at the measuring resistor 201, which is indicated by the arrow.
  • FIG. 3B shows a further development of the signal processing device 20 according to a further exemplary embodiment.
  • the signal processing device 20 has in a branch parallel to the measuring branch formed by the magnetic switch 19 and the measuring resistor 201 connected to it in a reference branch a Z-diode 202 which can be connected to a voltage supply via a connection 200 and which generates a reference voltage.
  • a comparator 203 the one
  • the comparator 203 has two inputs 2031 and 2032, at which the above-described voltages of the
  • the circuit of magnetic switch 19 and signal processing device 20 works with any supply voltage in a wide range.
  • the magnetic switch 19, the Zener diode 202 and the comparator 203 can be connected to a common voltage supply via the connections 190, 200
  • the voltage supply can preferably provide a voltage greater than or equal to 3 V and less than or equal to 24 V.
  • the voltage provided by the voltage supply can be a vehicle electrical system voltage, which can be 12 V or 24 V.
  • the comparator 203 has an output 2033 which is shown in
  • the Signalver kau direction has an electronic switch 207 with one
  • Control input which is connected to the output 2033 of the comparator 203.
  • the electronic switch 207 can particularly preferably be a field effect transistor, which is preferably formed by a voltage divider
  • Resistors 205, 206 is connected to the output of comparator 203.
  • the voltage divider is designed such that a clear high and low signal is generated for the control input of the electronic switch 207.
  • the components of the signal processing device 20, together with the magnetic switch 19, are designed in particular in such a way that the electronic switch 207 is in an open, i.e. blocking or at least high-impedance, state when the switching device is in the non-active switching state, and in a closed, i.e. conducting, state or at least low-resistance state when the switching device is in the active switching state.
  • an open i.e. blocking or at least high-impedance
  • a closed i.e. conducting, state or at least low-resistance state
  • the permanent magnet sufficiently approaches the magnetic switch so that the electronic switch 207 shows the same behavior as the switching device 100.
  • the electronic switch 207 behaves like a reed switch, but without mechanical parts as with the reed switch.
  • the electronic switch 207 can be connected, for example, in such a way that a connection 208 to a voltage source between the
  • terminals 209 can generate an output voltage or no output voltage
  • Embodiments can be combined with each other, too if not all combinations are explicitly described.

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Abstract

Es wird eine Schaltvorrichtung (100) angegeben, die zumindest einen feststehenden Kontakt (2, 3), einen beweglichen Kontakt (4), einen Magnetanker (5), einen Permanentmagneten (17) und einen Magnetschalter (19) aufweist, wobei der bewegliche Kontakt mittels des Magnetankers bewegbar ist, der Permanentmagnet am Magnetanker befestigt ist und der Magnetschalter ein Hall-Schalter ist.

Description

Beschreibung
SchaltVorrichtung
Es wird eine Schaltvorrichtung angegeben.
Die Schaltvorrichtung ist insbesondere als ein durch
elektrisch leitenden Strom betreibbarer, elektromagnetisch wirkender, fernbetätigter Schalter ausgebildet. Die
Schaltvorrichtung kann über einen Steuerstromkreis aktiviert werden und kann einen Laststromkreis schalten. Insbesondere kann die Schaltvorrichtung als Relais oder als Schütz, insbesondere als Leistungsschütz, ausgebildet sein. Besonders bevorzugt kann die Schaltvorrichtung als gasgefüllter
Leistungsschütz ausgebildet sein.
Eine mögliche Anwendung von derartigen Schaltvorrichtungen, insbesondere von Leistungsschützen, ist das Öffnen und
Trennen von Batteriestromkreisen, beispielsweise in
Kraftfahrzeugen wie etwa elektrisch oder teilelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen. Diese können beispielsweise rein batteriebetriebene Fahrzeuge (BEV: „Battery Electric
Vehicle") , über eine Steckdose oder Ladestation aufladbare Hybrid-Elektrofahrzeuge (PHEV: „Plug-in Hybrid Electric
Vehicle") und Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEV: „Hybrid Electric Vehicle") sein. Dabei werden in der Regel sowohl der Plus- als auch der Minuskontakt der Batterie mit Hilfe eines
Leistungsschützes getrennt. Diese Auftrennung erfolgt im Regelbetrieb beispielsweise im Ruhezustand des Fahrzeuges sowie auch im Falle einer Störung wie etwa einem Unfall oder ähnlichem. Dabei ist es die Hauptaufgabe des
Leistungsschützes, das Fahrzeug spannungsfrei zu schalten und den Stromfluss zu unterbrechen. Ein besonders schwerwiegender Fehlerfall, der bei einem solchen Schalter auftreten kann, ist ein sogenannter
„Schützkleber" (engl, „stuck"). In diesem Fall „kleben" schaltende Elemente durch Verschweißung während einer Ab oder Zuschaltung zusammen, so dass, auch wenn die
Versorgungsspannung des Schalters abgeschaltet wurde, keine sichere Trennung des Laststromkreises gewährleistet werden kann. Bei einem Einsatz von Leistungsschützen in Schaltungen mit lebensgefährlichen Spannungen ist daher aus
Sicherheitsgründen eine Erkennung der Schaltposition
sinnvoll, so dass im Fall eines Schützklebers auf dieses Fehlverhalten mit geeigneten Maßnahmen reagiert werden kann.
Eine Möglichkeit der Erkennung der Schaltposition ist die Verwendung eines separaten Schalterelements, insbesondere eines Mikroschalters, das über eine mechanische Kopplung zum Hauptschaltkontakt durch dessen Schaltbewegung mitbetätigt wird. Jedoch unterliegt ein solcher Mikroschalter wie jeder mechanische Schalter den üblichen Verschleißerscheinungen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, einen Reedschalter zu verwenden, der über einen mit der Schaltbewegung des Schützes mit bewegten Magneten durch die dadurch hervorgerufene
Annäherung und Entfernung des Magneten relativ zum
Reedschalter geschaltet wird. Jedoch reagiert ein
Reedschalter bauartbedingt auch auf jedes ausreichend starke magnetische oder elektromagnetische Feld in seiner Umgebung.
Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, eine Schaltvorrichtung anzugeben, besonders bevorzugt eine Schaltvorrichtung, bei der beschriebene Nachteile verhindert oder zumindest verringert werden können. Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand gemäß dem
unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen und Weiterbildungen des Gegenstands sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist eine
Schaltvorrichtung zumindest einen feststehenden Kontakt und zumindest einen beweglichen Kontakt auf. Der zumindest eine feststehende Kontakt und der zumindest eine bewegliche
Kontakt sind dazu vorgesehen und eingerichtet, einen an die Schaltvorrichtung anschließbaren Laststromkreis ein- und auszuschalten. Der bewegliche Kontakt ist in der
Schaltvorrichtung entsprechend zwischen einem nicht- durchschaltenden Zustand, im Folgenden auch als nicht-aktiver oder ausgeschalteter Zustand bezeichnet, und einem
durchschaltenden Zustand der Schaltvorrichtung, im Folgenden auch als aktiver oder eingeschalteter Zustand bezeichnet, derart bewegbar, dass der bewegliche Kontakt im nicht- durchschaltenden Zustand der Schaltvorrichtung vom zumindest einen feststehenden Kontakt beabstandet und damit galvanisch getrennt ist und im durchschaltenden Zustand einen
mechanischen Kontakt zum zumindest einen feststehenden
Kontakt aufweist und damit galvanisch mit dem zumindest einen feststehenden Kontakt verbunden ist. Dass die Schaltvor richtung zumindest einen feststehenden Kontakt aufweist, kann besonders bevorzugt auch bedeuten, dass die Schaltvorrichtung zumindest zwei feststehende Kontakte aufweist, die
voneinander getrennt in der Schaltvorrichtung angeordnet sind und die in der beschriebenen Weise je nach Zustand des beweglichen Kontakts durch den beweglichen Kontakt elektrisch leitend miteinander verbunden oder elektrisch voneinander getrennt sein können. Beschreibungsteile, die sich auf zumindest einen feststehenden Kontakt beziehen, gelten gleichermaßen auch für mehrere und insbesondere alle in der Schaltvorrichtung vorhandenen, feststehenden Kontakte.
Der zumindest eine feststehende Kontakt und/oder der
zumindest eine bewegliche Kontakt können beispielsweise mit oder aus Cu, einer Cu-Legierung, einem oder mehreren
hochschmelzenden Metallen wie beispielsweise W, Ni und/oder Cr, oder einer Mischung von genannten Materialien,
beispielsweise von Kupfer mit zumindest einem weiteren
Metall, beispielsweise W, Ni und/oder Cr, sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die
Schaltvorrichtung ein Gehäuse auf, in dem der bewegliche Kontakt und der zumindest eine feststehende Kontakt
angeordnet sind. Der bewegliche Kontakt kann insbesondere vollständig im Gehäuse angeordnet sein. Dass ein
feststehender Kontakt im Gehäuse angeordnet ist, kann
insbesondere bedeuten, dass der Kontaktbereich des
feststehenden Kontakts, der im durchschaltenden Zustand in mechanischem Kontakt zum beweglichen Kontakt steht, innerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Zum Anschluss einer Zuleitung eines durch die Schaltvorrichtung zu schaltenden Stromkreises kann ein im Gehäuse angeordneter feststehender Kontakt von außen, also von außerhalb des Gehäuses, elektrisch
kontaktierbar sein. Hierzu kann ein im Gehäuse angeordneter feststehender Kontakt mit einem Teil aus dem Gehäuse
herausragen und außerhalb des Gehäuses eine
Anschlussmöglichkeit für eine Zuleitung aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die
Schaltvorrichtung eine Schaltkammer auf, in dem der bewegliche Kontakt und der zumindest eine feststehende
Kontakt angeordnet sind. Die Schaltkammer kann insbesondere im Gehäuse angeordnet sein. Der bewegliche Kontakt kann besonders bevorzugt vollständig in der Schaltkammer
angeordnet sein. Dass ein feststehender Kontakt in der
Schaltkammer angeordnet ist, kann insbesondere bedeuten, dass zumindest ein Kontaktbereich des feststehenden Kontakts, der im durchschaltenden Zustand in mechanischem Kontakt zum beweglichen Kontakt steht, innerhalb der Schaltkammer
angeordnet ist. Zum Anschluss einer Zuleitung eines durch die Schaltvorrichtung zu schaltenden Stromkreises kann ein in der Schaltkammer angeordneter feststehender Kontakt von außen, also von außerhalb der Schaltkammer, elektrisch kontaktierbar sein. Hierzu kann ein in der Schaltkammer angeordneter feststehender Kontakt mit einem Teil aus der Schaltkammer herausragen und außerhalb der Schaltkammer eine
Anschlussmöglichkeit für eine Zuleitung aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der bewegliche
Kontakt mittels eines Magnetankers bewegbar. Der Magnetanker kann hierzu eine Achse aufweisen, die an einem Ende mit dem beweglichen Kontakt derart verbunden ist, dass der bewegliche Kontakt mittels der Achse bewegbar ist, also bei einer
Bewegung der Achse durch diese ebenfalls bewegt wird. Die Achse kann insbesondere durch eine Öffnung in der
Schaltkammer in die Schaltkammer hineinragen. Insbesondere kann die Schaltkammer einen Schaltkammerboden aufweisen, der eine Öffnung aufweist, durch die die Achse hindurchragt. Der Magnetanker kann durch einen magnetischen Kreis bewegbar sein, um die vorab beschriebenen Schaltvorgänge zu bewirken. Hierzu kann der magnetische Kreis ein Joch aufweisen, das eine Öffnung aufweist, durch die die Achse des Magnetankers hindurch ragt. Weiterhin kann der Magnetanker einen magnetischen Kern aufweisen, der an einem dem beweglichen Kontakt gegenüber liegenden Ende der Achse befestigt sein kann und der Teil des magnetischen Kreises ist. Durch eine Spule, die mit einem Steuerstromkreis verbunden werden kann, kann ein magnetisches Feld im magnetischen Kreis erzeugt werden, durch das der Magnetanker bewegt wird.
Die Achse kann bevorzugt Edelstahl aufweisen oder daraus sein. Das Joch und/oder der magnetische Kern kann bevorzugt Reineisen oder eine niedrig dotierte Eisenlegierung aufweisen oder daraus sein. Die Schaltkammer, also insbesondere die Schaltkammerwand und/oder der Schaltkammerboden, kann
zumindest teilweise bevorzugt eine Metalloxidkeramik wie beispielsweise AI2O3 oder einen Kunststoff aufweisen oder daraus sein. Als Kunststoffe eignen sich insbesondere solche mit einer ausreichenden Temperaturfestigkeit. Beispielsweise kann die Schaltkammer als Kunststoff Polyetheretherketon (PEEK) , ein Polyethylen (PE) und/oder glasgefülltes
Polybutylenterephthalat (PBT) aufweisen. Weiterhin kann die Schaltkammer zumindest teilweise auch ein Polyoxymethylen (POM), insbesondere mit der Struktur (CPhO)^ aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Kontakte in einer Gasatmosphäre angeordnet. Das kann insbesondere
bedeuten, dass der bewegliche Kontakt vollständig in der Gasatmosphäre angeordnet ist und dass weiterhin zumindest ein Teil des zumindest einen feststehenden Kontakts, etwa der Kontaktbereich des zumindest einen feststehenden Kontakts, in der Gasatmosphäre angeordnet ist. Die Schaltvorrichtung kann hierzu einen gasdichten Bereich aufweisen, in dem die
Gasatmosphäre hermetisch dicht gegenüber der Umgebung
gehalten wird und in dem die beschriebenen Komponenten angeordnet sein können. Der gasdichte Bereich kann durch Teile des Gehäuses und/oder durch zusätzliche Wandungen und/oder durch Komponenten innerhalb des Gehäuses gebildet werden. Beispielsweise kann der gasdichte Bereich durch Teile der Schaltkammerwand und des Jochs in Kombination mit
zusätzlichen Wandungsteilen, beispielsweise mit oder aus Aluminium oder Edelstahl, gebildet werden. Insbesondere die Schaltkammer kann im gasdichten Bereich der Schaltvorrichtung angeordnet sein. Weiterhin kann auch der Magnetanker
vollständig innerhalb des gasdichten Bereichs angeordnet sein. Die Schaltvorrichtung kann entsprechend besonders bevorzugt eine gasgefüllte Schaltvorrichtung wie etwa ein gasgefülltes Schütz sein. Die Gasatmosphäre kann insbesondere eine Löschung von Lichtbögen, die während der Schaltvorgänge zwischen den Kontakten entstehen können, fördern. Das Gas der Gasatmosphäre kann bevorzugt einen Anteil von zumindest 50%
H2 aufweisen. Zusätzlich zum Wasserstoff kann das Gas ein inertes Gas aufweisen, besonders bevorzugt N2 und/oder eines oder mehrere Edelgase. Weiterhin kann sich insbesondere das Gas, also zumindest ein Teil der Gasatmosphäre, in der
Schaltkammer befinden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die
Schaltvorrichtung einen Magnetschalter auf, also einen
Schalter, der durch Einwirkung eines äußeren Magnetfelds zwischen verschiedenen Zuständen hin- und hergeschaltet werden kann. Der Magnetschalter kann insbesondere einen ersten Zustand und einen zweiten Zustand aufweisen, zwischen denen durch Einwirkung eines äußeren Magnetfelds gewechselt werden kann. Besonders bevorzugt kann der Magnetschalter genau zwei Zustände aufweisen. Insbesondere kann der
Magnetschalter ein elektronisch aktives Bauelement sein, also ein Bauelement, für dessen Betrieb, also insbesondere die Schalttätigkeit, eine Betriebsspannung bereitgestellt werden muss, während der Magnetschalter bei ausgeschalteter oder abwesender Betriebsspannung nicht operabel ist. Die vorab und im Folgenden beschriebene Schalttätigkeit des Magnetschalters bezieht sich daher stets auf einen an eine Betriebsspannung angeschlossenen Magnetschalter . Entsprechend kann sich der Magnetschalter im Betrieb in Abhängigkeit von einem
Magnetfeld in einem Zustand bevorzugt ausgewählt aus einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand befinden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Magnetschalter ein Hall-Schalter. Der Hall-Schalter kann beispielsweise einen Schaltkreis aufweisen oder dadurch gebildet sein, der einen Hallsensor mit einer sensitiven Fläche aufweist. Der Hallsensor kann so eingerichtet und im Schaltkreis
verschaltet sein, dass, wenn magnetische Feldlinien eines Magnetfelds am Ort des Hall-Schalters die sensitive Fläche des Hallsensors durchdringen, eine Hallspannung proportional zur senkrechten Komponente der Feldlinien erzeugt wird.
Mittels eines Komparators im Schaltkreis kann die
Hallspannung mit einer Referenzspannung verglichen werden. Wenn die Hallspannung und entsprechend das Magnetfeld
unterhalb eines festgelegten Schwellwerts liegt, kann ein Ausgang des Schaltkreises und damit des Hall-Schalters in einem ersten Zustand gehalten werden. Mit anderen Worten befindet sich der Hall-Schalter im ersten Zustand, wenn das Magnetfeld kleiner als ein Schwellmagnetfeld ist. Wenn die Hallspannung und entsprechend das Magnetfeld den Schwellwert übersteigt, kann der Ausgang in den zweiten Zustand
geschalten werden. Entsprechend befindet sich der Hall- Schalter dann im zweiten Zustand, wenn das Magnetfeld größer als das Schwellmagnetfeld ist. Ein im Zusammenhang mit dem Hall-Schalter beschriebenes
Magnetfeld kann, auch wenn nicht explizit beschrieben, stets das am Ort des Hall-Schalters wirkende Magnetfeld bezeichnen. Weiterhin kann im Hinblick auf die Funktionsweise des Hall- Schalters vorab und im Folgenden mit dem Begriff „Magnetfeld" oder „Schwellmagnetfeld" insbesondere die senkrecht zur sensitiven Fläche des Hall-Schalters stehende Komponente des Felds bezeichnet werden, das die sensitive Fläche
durchdringt .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die
Schaltvorrichtung einen Permanentmagneten auf. Der
Permanentmagnet kann insbesondere am Magnetanker befestigt sein. Zusammen mit den Kontakten der Schaltvorrichtung und dem Magnetanker kann der Permanentmagnet somit innerhalb des gasdichten Bereichs angeordnet sein. Insbesondere kann der Permanentmagnet an einem dem beweglichen Kontakt abgewandten Ende des Magnetankers angeordnet sein. Beispielsweise kann der Permanentmagnet am magnetischen Kern und/oder an der Achse des Magnetankers befestigt sein. Der Permanentmagnet kann ein Stabmagnet oder ein Scheibenmagnet oder ein
Ringmagnet sein. Besonders bevorzugt kann der Permanentmagnet ein Ringmagnet sein, der symmetrisch zur Achse des
Magnetankers angeordnet sind.
Durch die Befestigung des Permanentmagneten am Magnetanker kann der Permanentmagnet durch die Schaltbewegung des
Magnetankers beim Schalten der Schaltvorrichtung mit bewegbar sein. Der Magnetschalter und der Permanentmagnet können insbesondere so zueinander angeordnet sein, dass das vom Permanentmagneten erzeugte Magnetfeld am Ort des
Magnetschalters im eingeschalteten Zustand der
Schaltvorrichtung schwächer ist als im ausgeschalteten Zustand der Schaltvorrichtung. Entlang der Bewegungsrichtung des Magnetankers kann der Magnetschalter beispielsweise unterhalb des Permanentmagneten, also an dem Ende des
Magnetankers, an dem der Permanentmagnet befestigt ist, angeordnet sein. Insbesondere kann der Magnetschalter entlang einer gedachten Verlängerung der Achse des Magnetankers mittig oder leicht versetzt dazu unterhalb des Magnetankers und des Permanentmagneten angeordnet sein. Im eingeschalteten Zustand der Schaltvorrichtung kann der Permanentmagnet einen größeren Abstand zum Magnetschalter aufweisen als im
ausgeschalteten Zustand der Schaltvorrichtung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform befindet sich der
Magnetschalter im Betrieb in Abhängigkeit von einem Abstand des Permanentmagneten zum Magnetschalter im ersten oder im zweiten Zustand. Der Permanentmagnet kann besonders bevorzugt so angeordnet sein, dass der Permanentmagnet einen
magnetischen Pol, beispielsweise den magnetischen Südpol, auf einer dem Magnetschalter zugewandten Seite aufweist. Der Magnetschalter kann so ausgebildet und angeordnet sein, dass sich der Magnetschalter in Abhängigkeit von einem Abstand zum besagten magnetischen Pol im ersten oder im zweiten Zustand befindet. Insbesondere können der Magnetschalter und der Permanentmagnet so ausgebildet und angeordnet sein, dass der Magnetschalter auch bei einem Betrieb der Spule der
Schaltvorrichtung, mittels derer der Magnetanker und somit der bewegliche Kontakt bewegt werden, unabhängig von durch die Spule am Ort des Magnetschalters hervorgerufene
Streufelder im durch den Permanentmagnet bewirkten Zustand verbleibt. Befindet sich die Schaltvorrichtung im nicht aktiven Zustand, kann der Permanentmagnet einen geringeren Abstand zum Magnetsensor aufweisen als für den Fall, dass sich die Schaltvorrichtung im aktiven Zustand befindet. Entsprechend kann der Magnetschalter rein beispielhaft im ersten Zustand sein, wenn sich die Schaltvorrichtung im nicht-aktiven Zustand befindet, und im zweiten Zustand, wenn sich die Schaltvorrichtung im aktiven Zustand befindet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erzeugt der
Magnetschalter im ersten Zustand einen ersten Strom und im zweiten Zustand einen davon verschiedenen zweiten Strom. Der Ausgang des Magnetschalters kann somit bevorzugt ein
Stromausgang sein. Rein beispielhaft kann der erste Strom kleiner als der zweite Strom sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die
Schaltvorrichtung eine Signalverarbeitungsvorrichtung auf, mit der der Magnetschalter verschaltet ist. Die
Signalverarbeitungsvorrichtung kann bevorzugt zusammen mit dem Magnetschalter im Gehäuse angeordnet sein. Beispielsweise kann die Signalverarbeitungsvorrichtung zusammen mit dem Magnetschalter an einem Teil des Gehäuses und/oder innerhalb dieses befestigt sein. Beispielsweise können der Magnetschal ter und die Signalverarbeitungsvorrichtung auf einer
gemeinsamen Platine angeordnet und miteinander verschaltet sein, die im Gehäuse der Schaltvorrichtung angeordnet ist. Insbesondere können die Signalverarbeitungsvorrichtung und der Magnetschalter außerhalb des gasdichten Bereichs
angeordnet sein. Dadurch kann eine einfache Kontaktierung des Magnetschalters und der Signalverarbeitungsvorrichtung ermöglicht werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die
Signalverarbeitungsvorrichtung einen Messwiderstand auf, der mit dem Magnetschalter in Serie geschaltet ist. Mit anderen Worten kann der Messwiderstand mit dem Ausgang des Magnetschalters verschaltet sein. Da der Magnetschalter abhängig von seinem Zustand wie vorab beschrieben einen ersten Strom oder einen zweiten Strom erzeugt, ist der
Spannungsabfall am Messwiderstand abhängig vom Zustand des Magnetschalters und somit von der Position des Permanent magneten relativ zum Magnetschalter . Aufgrund der Befestigung des Permanentmagneten am Magnetanker kann somit durch eine Spannungsmessung am Messwiderstand auf den Schaltzustand der Schaltvorrichtung geschlossen werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die
Signalverarbeitungsvorrichtung einen Komparator auf, der die am Messwiderstand abfallende Spannung mit einer
Referenzspannung vergleicht. Die Referenzspannung kann beispielsweise mittels einer Z-Diode vorgegeben sein, die über einen Widerstand parallel zum Magnetschalter an einer Spannungsversorgung angeschlossen ist. Der Komparator kann einen Operationsverstärker aufweisen oder ein solcher sein. Insbesondere können der Magnetschalter, die Z-Diode und der Komparator an einer gemeinsamen Spannungsversorgung
anschließbar sein und im Betrieb angeschlossen sein. Die Spannungsversorgung kann bevorzugt eine Spannung von größer oder gleich 3 V und kleiner oder gleich 24 V bereitstellen . Beispielsweise kann es sich bei der von der Spannungsversor gung bereitgestellten Spannung um eine Bordnetzspannung eines Kraftfahrzeugs handeln, die 12 V oder 24 V sein kann. Es hat sich gezeigt, dass die Signalverarbeitungsvorrichtung
hinsichtlich ihrer Komponenten so ausgelegt werden kann, dass der Operationsverstärker mit derselben Versorgungsspannung gegen Masse betrieben werden kann wie der Magnetschalter und der Referenzzweig mit der Z-Diode, auch wenn der
Operationsverstärker laut Spezifikation mit einer üblichen Versorgungsspannung von +/- 15 V zu betreiben ist. Der Komparator kann einen Ausgang aufweisen, der in Abhängigkeit von der Spannung am Messwiderstand im Vergleich zur Referenzspannung unterschiedliche Zustände einnehmen kann. Insbesondere kann der Ausgang des Komparators eine Anzahl von Zuständen entsprechend der Anzahl der Zustände des Magnetschalters und damit entsprechend der Anzahl der
Zustände der Spannung am Messwiderstand einnehmen. Weiterhin kann die Signalverarbeitungsvorrichtung einen elektronischen Schalter mit einem Steuereingang aufweisen, der mit dem
Ausgang des Komparators verbunden ist. Der elektronische Schalter kann beispielsweise ein Transistor, insbesondere ein Feldeffekttransistor, sein. Besonders bevorzugt kann der Steuereingang des elektronischen Schalters über einen
Spannungsteiler mit dem Ausgang des Komparators verbunden sein. Der Spannungsteiler kann derart ausgebildet sein, dass im Hinblick auf die bevorzugten zwei Zustände des
Magnetschalters ein eindeutiges High- und Low-Signal für den Steuereingang des elektronischen Schalters erzeugt wird.
Die vorab beschriebenen Komponenten der Signalverarbeitungs vorrichtung können zusammen mit dem Magnetschalter
insbesondere so ausgelegt sein, dass der elektronische
Schalter in einem offenen, also sperrenden, Zustand ist, wenn die Schaltvorrichtung im nicht-aktiven Schaltzustand ist. Weiterhin können die Signalverarbeitungsvorrichtung und der Magnetschalter so ausgelegt sein, dass der elektronische Schalter in einem geschlossenen, also durchleitenden Zustand ist, wenn die Schaltvorrichtung im aktiven Schaltzustand ist. Mit anderen Worten ist bevorzugt der elektronische Schalter offen oder zumindest hochohmig, wenn der Laststromkreis an den Kontakten der Schaltvorrichtung offen ist, und
geschlossen oder zumindest nierderohmig, wenn der Laststromkreis an den Kontakten der Schaltvorrichtung
geschlossen ist.
Bei der hier beschriebenen Schaltvorrichtung ist es somit möglich, den Zustand der Kontakte der Schaltvorrichtung, also offen oder geschlossen, am Zustand des Magnetschalters oder am Zustand des elektronischen Schalters der Signalverarbei tungsvorrichtung zu erkennen. Dadurch kann auch ein
Schützkleber eindeutig identifiziert werden. Da die Detektion des Zustands der Schaltvorrichtung auf elektronische Weise erfolgt, ist die Detektionsmethode im Gegensatz zu einer Verwendung eines mechanischen Schalters resistent gegen
Vibrationen und andere mechanische Einwirkungen auf die
Schaltvorrichtung. Durch die Verwendung eines Hall-Schalters im Gegensatz zu einem einfachen Hallsensor kann der Einfluss von magnetischen Störfeldern deutlich reduziert werden.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und
Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in
Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispielen .
Es zeigen:
Figuren 1A und 1B schematische Darstellungen eines Beispiels für eine Schaltvorrichtung,
Figuren 2 eine schematische Darstellung eines Teils der
Schaltvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel und
Figuren 3A bis 3C schematische Darstellungen von
Signalverarbeitungsvorrichtungen und Teilen davon gemäß weiteren Ausführungsbeispielen. In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
In den Figuren 1A und 1B ist eine Schaltvorrichtung 100 gezeigt, die beispielsweise zum Schalten starker elektrischer Ströme und/oder hoher elektrischer Spannungen eingesetzt werden kann und die ein Relais oder Schütz, insbesondere ein Leistungsschütz, sein kann. In Figur 1A ist eine dreidimen sionale Schnittdarstellung gezeigt, während in Figur 1B eine zweidimensionale Schnittdarstellung dargestellt ist. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich gleichermaßen auf die Figuren 1A und 1B. Die gezeigten Geometrien sind nur
exemplarisch und nicht beschränkend zu verstehen und können auch alternativ ausgebildet sein.
Die Schaltvorrichtung 100 weist in einem Gehäuse 1 zwei feststehende Kontakte 2, 3 und einen beweglichen Kontakt 4 auf. Der bewegliche Kontakt 4 ist als Kontaktplatte
ausgebildet. Die feststehenden Kontakte 2, 3 bilden zusammen mit dem beweglichen Kontakt 4 die Schaltkontakte . Alternativ zur gezeigten Kontaktanzahl können auch andere Anzahlen von feststehenden und/oder beweglichen Kontakten möglich sein.
Das Gehäuse 1 dient vornehmlich als Berührschutz für die im Inneren angeordneten Komponenten und weist einen Kunststoff auf oder ist daraus, beispielsweise PBT oder Glasfaser gefülltes PBT . Die Kontakte 2, 3, 4 können beispielsweise mit oder aus Cu, einer Cu-Legierung oder einer Mischung von Kupfer mit zumindest einem weiteren Metall, beispielsweise W, Ni und/oder Cr, sein.
In den Figuren 1A und 1B ist die Schaltvorrichtung 100 in einem Ruhezustand gezeigt, in dem der bewegliche Kontakt 4 von den feststehenden Kontakten 2, 3 beabstandet ist, so dass die Kontakte 2, 3, 4 galvanisch voneinander getrennt sind.
Die gezeigte Ausführung der Schaltkontakte und insbesondere deren Geometrie sind rein beispielhaft und nicht beschränkend zu verstehen. Alternativ können die Schaltkontakte auch anders ausgebildet sein. Beispielsweise kann es möglich sein, dass nur einer der Schaltkontakte feststehend ausgebildet ist .
Die Schaltvorrichtung 100 weist einen beweglichen Magnetanker 5 auf, der im Wesentlichen die Schaltbewegung vollzieht. Der Magnetanker 5 weist einen magnetischen Kern 6 auf,
beispielsweise mit oder aus einem ferromagnetischen Material. Weiterhin weist der Magnetanker 5 eine Achse 7 auf, die durch den magnetischen Kern 6 geführt ist und an einem Achsenende fest mit dem magnetischen Kern 6 verbunden ist. Am anderen, dem magnetischen Kern 6 gegenüber liegenden Achsenende weist der Magnetanker 5 den beweglichen Kontakt 4 auf, der
ebenfalls mit der Achse 7 verbunden ist. Die Achse 7 kann bevorzugt mit oder aus Edelstahl gefertigt sein.
Der magnetische Kern 6 ist von einer Spule 8 umgeben. Ein von außen durch einen Steuerstromkreis aufschaltbarer Stromfluss in der Spule 8 erzeugt eine Bewegung des magnetischen Kerns 6 und damit des gesamten Magnetankers 5 in axialer Richtung, bis der bewegliche Kontakt 4 die feststehenden Kontakte 2, 3 kontaktiert. In der gezeigten Darstellung bewegt sich der Magnetanker nach oben. Der Magnetanker 5 bewegt sich somit von einer ersten Position, die dem gezeigten Ruhezustand und gleichzeitig dem trennenden, also nicht-durchschaltendem und somit ausgeschaltetem Zustand entspricht, in eine zweite Position, die dem aktiven, also durchschaltenden und somit eingeschalteten Zustand entspricht. Im aktiven Zustand sind die Kontakte 2, 3, 4 galvanisch miteinander verbunden. In einer anderen Ausführungsform kann der Magnetanker 5
alternativ auch eine Drehbewegung ausführen. Der Magnetanker 5 kann insbesondere als Zuganker oder Klappanker ausgebildet sein. Wird der Stromfluss in der Spule 8 unterbrochen, wird der Magnetanker 5 durch eine oder mehrere Federn 10 wieder in die erste Position bewegt. In der gezeigten Darstellung bewegt sich der Magnetanker 5 somit wieder nach unten. Die Schaltvorrichtung 100 befindet sich dann wieder im
Ruhezustand, in dem die Kontakte 2, 3, 4 geöffnet sind.
Beim Öffnen der Kontakte 2, 3, 4 kann ein Lichtbogen
entstehen, der die Kontaktflachen beschädigen kann. Dadurch kann die Gefahr bestehen, dass die Kontakte 2, 3, 4 durch eine durch den Lichtbogen hervorgerufene Verschweißung aneinander „kleben" bleiben und nicht mehr voneinander getrennt werden. Die Schaltvorrichtung befindet sich dann somit weiter im eingeschalteten Zustand, obwohl der Strom in der Spule abgeschaltet ist und somit der Laststromkreis getrennt sein müsste. Um die Entstehung derartiger Lichtbögen zu verhindern oder um wenigstens die Löschung von
auftretenden Lichtbögen zu unterstützen, sind die Kontakte 2, 3, 4 in einer Gasatmosphäre angeordnet, so dass die
Schaltvorrichtung 100 als gasgefülltes Relais oder
gasgefüllter Schütz ausgebildet ist. Hierzu sind die Kontakte 2, 3, 4 innerhalb einer Schaltkammer 11, gebildet durch eine Schaltkammerwand 12 und einen Schaltkammerboden 13, in einem durch einen hermetisch abgeschlossenen Teil gebildeten gasdichten Bereich 16 angeordnet. Der gasdichte Bereich 16 umgibt den Magnetanker 5 und die Kontakte 2, 3, 4, bis auf zum externen Anschluss vorgesehene Teile der feststehenden Kontakte 2, 3, vollständig. Der gasdichte Bereich 16 und damit auch die Schaltkammer 11 sind mit einem Gas 14 gefüllt. Der gasdichte Bereich 16 wird im Wesentlichen durch Teile der Schaltkammer 11, des Jochs 9 und zusätzliche Wandungen gebildet. Das Gas 14, das durch einen Gasfüllstutzen 15 im Rahmen der Herstellung der Schaltvorrichtung 100 in den gasdichten Bereich 16 eingefüllt werden kann, kann besonders bevorzugt Wasserstoff-haltig sein, beispielsweise mit 50% oder mehr H2 in einem inerten Gas oder sogar mit 100% H2, da Wasserstoff-haltiges Gas die Löschung von Lichtbögen fördern kann. Weiterhin können innerhalb oder außerhalb der
Schaltkammer 11 sogenannte Blasmagnete (nicht gezeigt) vorhanden sein, also Permanentmagnete, die eine Verlängerung der Lichtbogenstrecke bewirken und somit das Löschen der Lichtbögen verbessern können. Die Schaltkammerwand 12 und der Schaltkammerboden 13 können beispielsweise mit oder aus einem Metalloxid wie etwa AI2O3 gefertigt sein. Weiterhin eignen sich auch Kunststoffe mit einer ausreichend hohen
Temperaturfestigkeit, beispielsweise ein PEEK, ein PE
und/oder ein glasgefülltes PBT . Alternativ oder zusätzlich kann die Schaltkammer 11 zumindest teilweise auch ein POM, insbesondere mit der Struktur (CH20)n, aufweisen.
Um Informationen über die tatsächliche Position des
beweglichen Kontakts 4 und damit beispielsweise bezüglich eines möglichen Schützklebers zu erhalten, weist die
Schaltvorrichtung 100 weitere Komponenten auf, die in den Figuren 1A und 1B der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt sind und die in Verbindung den Figuren 2 und 3A bis 3C beschrieben sind. Die Schaltvorrichtung 100 weist insbesondere weiterhin einen Permanentmagneten 17 und einen Magnetschalter 19 auf. Darüber hinaus weist die
Schaltvorrichtung 100 im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Signalverarbeitungsvorrichtung 20 auf. Alternativ hierzu kann die Schaltvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform auch keine Signalverarbeitungsvorrichtung aufweisen. In Figur 2 sind im Wesentlichen nur diejenigen Komponenten und Teile der Schaltvorrichtung 100 der Figuren 1A und 1B gezeigt, die den gasdichten Bereich 16 der Schaltvorrichtung 100 bilden.
In den Figuren 3A bis 3C sind Ausführungsbeispiele für die Signalverarbeitungsvorrichtung 20 sowie Teile davon gezeigt. Soweit nicht anders beschrieben entsprechen die in Figur 2 gezeigten Komponenten und Teile sowie auch in Figur 2 im Vergleich zu den Figuren 1A und 1B nicht gezeigte Komponenten und Teile der Schaltvorrichtung 100 den Komponenten und
Teilen, die in Verbindung mit den Figuren 1A und 1B
beschrieben sind.
Der Permanentmagnet 17 ist zusammen mit den Kontakten 2, 3, 4 und dem Magnetanker 5 innerhalb des gasdichten Bereichs 16 angeordnet und ist insbesondere am dem beweglichen Kontakt 4 abgewandten Ende des Magnetankers 5 an diesem befestigt.
Dadurch kann der Permanentmagnet 17 durch den Magnetanker 5 gemeinsam mit dem beweglichen Kontakt 4 bewegt werden.
Wie in Figur 2 dargestellt kann der Permanentmagnet 17 als Ringmagnet ausgebildet sein und am magnetischen Kern 6 des Magnetankers 5 befestigt sein. Alternativ hierzu kann der Permanentmagnet 17 auch als Stab- oder Scheibenmagnet
ausgebildet sein und alternativ oder zusätzlich auch an der Achse 7 befestigt sein. Alternativ zur dargestellten
Anordnung des Permanentmagneten 17 symmetrisch in Bezug auf die Achse 7 kann der Permanentmagnet 17 auch an einer anderen Position angeordnet und befestigt sein, insbesondere wenn dadurch die im Folgenden beschriebene Funktionalität zusammen mit dem Magnetschalter 19 verbessert werden kann.
Der Magnetschalter 19 ist zusammen mit der Signalverarbei tungsvorrichtung 20 außerhalb des gasdichten Bereichs 16 innerhalb des in Figur 2 nicht gezeigten Gehäuses der
Schaltvorrichtung 100 angeordnet. Besonders bevorzugt können der Magnetschalter 19 und die Signalverarbeitungsvorrichtung 20 miteinander verschaltet sein und weiterhin auf einer gemeinsamen Platine angeordnet sein, wie durch die
gestrichelte Linie in Figur 2 angedeutet ist.
Der Magnetschalter 19 ist ein wie oben im allgemeinen Teil beschriebener Hall-Schalter, der einen Stromausgang aufweist, an dem je nach Zustand des Hall-Schalters ein erster oder ein zweiter Strom bereitgestellt wird. Insbesondere ist der
Magnetschalter 19 als ein Hall-Schalter ausgebildet, der sensitiv auf den magnetischen Südpol des Permanentmagneten 17 ist, der entsprechend mit seinem Südpol zum Magnetschalter 19 hingewandt angeordnet ist. Entsprechend der oben im
allgemeinen Teil beschriebenen Funktionsweise ist der
Magnetschalter 19 ansonsten relativ unempfindlich gegenüber Störfeldern. Zum Betrieb des Magnetschalters 19 wird dieser dauerhaft zumindest während des Einsatzes der
Schaltvorrichtung 100 an eine Spannungsversorgung (nicht gezeigt) angeschlossen, wie in Verbindung mit den Figuren 3A bis 3C näher beschrieben ist.
Durch die Befestigung des Permanentmagneten 17 am Magnetanker 5 ist der Permanentmagnet 17 wie vorab beschrieben durch die Schaltbewegung des Magnetankers 5 beim Schalten der
Schaltvorrichtung 100 mit bewegbar und wird beim Einschalten der Schaltvorrichtung 100 in ihren aktiven Schaltzustand vom Magnetschalter 19 weg sowie beim Ausschalten der
Schaltvorrichtung 100 in ihren nicht-aktiven Schaltzustand zum Magnetschalter 19 wieder hin bewegt, so dass der
Permanentmagnet 17 im eingeschalteten Zustand der
Schaltvorrichtung 100 einen größeren Abstand zum
Magnetschalter 19 aufweist als im ausgeschalteten Zustand der Schaltvorrichtung 100. Entsprechend ist das vom
Permanentmagneten 17 am Ort des Magnetschalters 19 erzeugte Magnetfeld im eingeschalteten Zustand der Schaltvorrichtung 100 schwächer als im ausgeschalteten Zustand der
Schaltvorrichtung 100. Insbesondere liegt am Ort der
Magnetschalters 19 hervorgerufen durch den Permanentmagneten 17 im ausgeschalteten Zustand der Schaltvorrichtung 100 eine erste Magnetfeldstärke und im eingeschalteten Zustand der Schaltvorrichtung 100 eine zweite Magnetfeldstärke vor, wobei sich die Magnetfeldstärke wie oben im allgemeinen Teil beschrieben insbesondere auf die Komponente des anliegenden Magnetfelds bezieht, auf die der Magnetschalter sensitiv ist.
Der Magnetschalter 19 ist so ausgeführt und dimensioniert, dass sich der Magnetschalter 19 im Betrieb in Abhängigkeit von einem Abstand des Permanentmagneten 17 zum Magnetschalter 19 in einem ersten oder in einem zweiten Zustand befindet.
Das bedeutet mit anderen Worten, dass das durch den
Permanentmagneten 17 am Ort des Magnetschalters 19
hervorgerufene Magnetfeld im ausgeschalteten Zustand der Schaltvorrichtung 100 über einem Schwellmagnetfeld und im eingeschalteten Zustand der Schaltvorrichtung 100 unter einem Schwellmagnetfeld liegt, wobei das Schwellmagnetfeld die vom Magnetschalter detektierte Magnetfeldstärke angibt, bei der der Magnetschalter 19 vom ersten in den zweiten Zustand oder umgekehrt wechselt. Rein beispielhaft wird der Zustand, in dem sich der Magnetschalter 19 im ausgeschalteten Zustand der Schaltvorrichtung 100 befindet, also wenn der Permanentmagnet 17 einen kleinen Abstand zum Magnetschalter 19 aufweist, als erster Zustand des Magnetschalters 19 bezeichnet, während der Zustand, in dem sich Magnetschalter 19 im eingeschalteten Zustand der Schaltvorrichtung 100 befindet, also wenn der Permanentmagnet 17 einen großen Abstand zum Magnetschalter 19 aufweist, als zweiter Zustand bezeichnet wird. Der
Magnetschalter 19 erzeugt im ersten Zustand einen ersten Strom und im zweiten Zustand einen davon verschiedenen zweiten Strom. Der Magnetschalter 19 kann besonders bevorzugt so ausgebildet sein, dass der erste Strom, wenn die
Schaltvorrichtung 100 ausgeschaltet ist, kleiner als der zweite Strom ist, wenn die Schaltvorrichtung 100
eingeschaltet ist. Beispielsweise können der erste Strom im Bereich von 5 bis 7 mA und der zweite Strom im Bereich von 12 bis 17 mA liegen.
Durch eine Detektion des Zustands des Magnetschalters 19, also beispielsweise durch eine Strommessung am Ausgang des Magnetschalters 19, kann somit direkt der Zustand der
Schaltvorrichtung 100 erkannt werden. Insbesondere kann leicht erkannt werden, wenn sich die Schaltvorrichtung 100 aufgrund eines Schützklebers noch im aktiven Zustand
befindet, obwohl der Strom für die den Magnetanker 5
bewegenden Spule bereits abgeschaltet ist und die
Schaltvorrichtung 100 entsprechend im nicht-aktiven Zustand sein müsste.
Wie vorab erwähnt ist, weist die Schaltvorrichtung 100 gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel weiterhin eine
Signalverarbeitungsvorrichtung 20 auf, die mit dem Magnetschalter 19 verschaltet ist. Die Signalverarbeitungs vorrichtung 20 kann insbesondere zur Messung des vom
Magnetschalter 19 erzeugten Stroms vorgesehen und
eingerichtet sein. Wie in Figur 3A gezeigt ist, weist der Magnetschalter 19 einen Anschluss 190 auf, mit dem der
Magnetschalter 19 an eine Spannungsversorgung angeschlossen und so in Betrieb genommen werden kann. Die Signalverarbei tungsvorrichtung 20 weist einen Messwiderstand 201 auf, der mit dem Magnetschalter 19 in Serie geschaltet ist.
Insbesondere bedeutet dies, dass der Messwiderstand 201 mit dem Ausgang des Magnetschalters 19 verschaltet ist, so dass der vom Magnetschalter erzeugte Strom durch den Messwider stand 201 fließt. Da der Magnetschalter 19 abhängig von seinem Zustand wie vorab beschrieben einen ersten Strom oder einen zweiten Strom erzeugt, kann der Spannungsabfall am Messwiderstand 201 abhängig vom Zustand des Magnetschalters 19 und somit von der Position des Permanentmagneten relativ zum Magnetschalter 19 entsprechend zwei Werte annehmen. Durch eine Spannungsmessung am Messwiderstand 201, die durch den Pfeil angedeutet ist, kann somit auf den Schaltzustand der Schaltvorrichtung 100 geschlossen werden.
In Figur 3B ist eine Weiterentwicklung der Signalverarbei tungsvorrichtung 20 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt. Im Vergleich zum vorherigen Ausführungsbeispiel weist die Signalverarbeitungsvorrichtung 20 in einem Zweig parallel zum durch den Magnetschalter 19 und den daran angeschlossenen Messwiderstand 201 gebildeten Messzweig in einem Referenzzweig eine über einen Anschluss 200 an eine Spannungsversorgung anschließbare Z-Diode 202 auf, die eine Referenzspannung erzeugt. Ein Komparator 203, der ein
Operationsverstärker sein kann und der über einen weiteren Anschluss 200 an einer Spannungsversorgung anschließbar ist, vergleicht den Spannungsabfall am Messwiderstand 201 mit dem Spannungsabfall an der Z-Diode 202. Wie gezeigt kann es vorteilhaft sein, wenn die Z-Diode 202 über einen Widerstand 204 an der Spannungsversorgung angeschlossen ist.
Insbesondere weist der Komparator 203 zwei Eingänge 2031 und 2032 auf, an denen die vorbeschriebenen Spannungen des
Messzweigs und des Referenzzweigs anliegen. Durch die
gezeigte Anordnung kann erreicht werden, dass die Schaltung aus Magnetschalter 19 und Signalverarbeitungsvorrichtung 20 mit einer in einem großen Bereich beliebigen Versorgungs spannung arbeitet. Insbesondere können der Magnetschalter 19, die Z-Diode 202 und der Komparator 203 über die Anschlüsse 190, 200 an einer gemeinsamen Spannungsversorgung
angeschlossen sein. Die Spannungsversorgung kann bevorzugt eine Spannung von größer oder gleich 3 V und kleiner oder gleich 24 V bereitstellen . Beispielsweise kann es sich bei der von der Spannungsversorgung bereitgestellten Spannung um eine Bordnetzspannung eines Kraftfahrzeugs handeln, die 12 V oder 24 V sein kann.
Der Komparator 203 weist einen Ausgang 2033 auf, der in
Abhängigkeit von der Spannung am Messwiderstand 201, die wie beschrieben zwei Werte gemäß den Zuständen des Magnetschal ters 19 annehmen kann, im Vergleich zur Referenzspannung an der Z-Diode 202 entsprechend zwei unterschiedliche Zustände einnehmen kann. Weiterhin weist die Signalverarbeitungsvor richtung einen elektronischen Schalter 207 mit einem
Steuereingang auf, der mit dem Ausgang 2033 des Komparators 203 verbunden ist. Der elektronische Schalter 207 kann wie gezeigt besonders bevorzugt ein Feldeffekttransistor sein, der bevorzugt über einen Spannungsteiler gebildet durch
Widerstände 205, 206 mit dem Ausgang des Komparators 203 verbunden ist. Der Spannungsteiler ist derart ausgebildet, dass ein eindeutiges High- und Low-Signal für den Steuereingang des elektronischen Schalters 207 erzeugt wird.
Die Komponenten der Signalverarbeitungsvorrichtung 20 sind zusammen mit dem Magnetschalter 19 insbesondere so ausgelegt, dass der elektronische Schalter 207 in einem offenen, also sperrenden oder zumindest hochohmigen, Zustand ist, wenn die Schaltvorrichtung im nicht-aktiven Schaltzustand ist, und in einem geschlossenen, also durchleitenden oder zumindest nierderohmigen Zustand ist, wenn die Schaltvorrichtung im aktiven Schaltzustand ist. Kurz gesagt wird der als
Feldeffekttransistor ausgebildete elektronische Schalter 207 somit niederohmig, wenn sich der Permanentmagnet vom
Magnetschalter entfernt, und hochohmig, wenn sich der
Permanentmagnet ausreichend an den Magnetschalter annähert, so dass der elektronische Schalter 207 dasselbe Verhalten zeigt wie die Schaltvorrichtung 100. Insbesondere verhält sich der elektronische Schalter 207 wie ein Reedschalter, jedoch ohne dass wie beim Reedschalter mechanische Teile notwendig sind.
Wie in Figur 3C gezeigt ist, kann der elektronische Schalter 207 beispielsweise so verschaltet werden, dass durch einen Anschluss 208 an einer Spannungsquelle zwischen den
Anschlüssen 209 je nach Schaltzustand eine Ausgangsspannung erzeugt werden kann oder auch keine Ausgangsspannung
vorliegt, da im sperrenden Zustand keine Verbindung zur Masse vorliegt, so dass der Zustand des elektronischen Schalters 207 detektiert werden kann.
Die in den in Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Merkmale und Ausführungsbeispiele können gemäß weiteren
Ausführungsbeispielen miteinander kombiniert werden, auch wenn nicht alle Kombinationen explizit beschrieben sind.
Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren
beschriebenen Ausführungsbeispiele alternativ oder zusätzlich weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen .
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste
1 Gehäuse
2, 3 feststehender Kontakt
4 beweglicher Kontakt
5 Magnetanker
6 magnetischer Kern
7 Achse
8 Spule
9 Joch
10 Feder
11 Schaltkammer
12 Schaltkämmerwand
13 Scha1tkämmerboden
14 Gas
15 Gasfüllstutzen
16 gasdichter Bereich
17 Permanentmagnet
19 Magnetschalter
20 SignalverarbeitungsVorrichtung 100 SchaltVorrichtung
190, 200 Anschluss
201 Messwiderstand
202 Z-Diode
203 Komparator
204, 205, 206 Widerstand
207 elektronischer Schalter
208, 209 Anschluss
2031 2032 Eingang
2033 Ausgang

Claims

Patentansprüche
1. Schaltvorrichtung (100), aufweisend
- zumindest einen feststehenden Kontakt (2, 3), einen
beweglichen Kontakt (4) und einen Magnetanker (5) und
- einen Permanentmagneten (17) und einen Magnetschalter (19), wobei
- der bewegliche Kontakt mittels des Magnetankers bewegbar ist,
- der Permanentmagnet am Magnetanker befestigt ist und
- der Magnetschalter ein Hall-Schalter ist.
2. Schaltvorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei sich der Magnetschalter im Betrieb in Abhängigkeit von einem Magnetfeld in einem Zustand ausgewählt aus einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand befindet.
3. Schaltvorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei der Magnetschalter im ersten Zustand einen ersten Strom und im zweiten Zustand einen davon verschiedenen zweiten Strom erzeugt.
4. Schaltvorrichtung nach einem der beiden vorherigen
Ansprüche, wobei sich der Magnetschalter in Abhängigkeit von einem Abstand des Permanentmagneten zum
Magnetschalter im ersten oder zweiten Zustand befindet.
5. Schaltvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Permanentmagnet an einem dem beweglichen
Kontakt abgewandten Ende des Magnetankers angeordnet ist .
6. Schaltvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Magnetanker einen magnetischen Kern (6) und eine Achse (7) aufweist und der Permanentmagnet am magnetischen Kern und/oder an der Achse befestigt ist.
7. Schaltvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Permanentmagnet ein Ringmagnet ist, der symmetrisch zu einer Achse des Magnetankers angeordnet ist .
8. Schaltvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Kontakte, der Magnetanker und der
Permanentmagnet innerhalb eines gasdichten Bereichs (16) angeordnet sind.
9. Schaltvorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei der Magnetschalter außerhalb des gasdichten Bereichs angeordnet ist.
10. Schaltvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, weiterhin aufweisend eine Signalverarbeitungsvorrichtung (20), mit der der Magnetschalter verschaltet ist.
11. Schaltvorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Signalverarbeitungsvorrichtung einen Messwiderstand aufweist, der mit dem Magnetschalter in Serie geschaltet ist .
12. Schaltvorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Signalverarbeitungsvorrichtung einen Komparator aufweist, der eine am Messwiderstand abfallende Spannung mit einer Referenzspannung vergleicht.
13. Schaltvorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Referenzspannung durch eine Z-Diode bestimmt wird.
14. Schaltvorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei der Magnetschalter, die Z-Diode und der Komparator an einer gemeinsamen Spannungsversorgung angeschlossen sind .
15. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Signalverarbeitungsvorrichtung einen
elektronischen Schalter mit einem Steuereingang aufweist, der mit einem Ausgang des Komparators verbunden ist.
16. Schaltvorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei der Steuereingang des elektronischen Schalters über einen Spannungsteiler mit dem Ausgang des Komparators verbunden ist.
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