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技术领域

本发明涉及一种用于高压车载电气网络、尤其汽车的高压车载电气网络的开关和保护装置(Schalt-undSchutzeinrichtung)。

背景技术

用于高压车载电气网络的开关和保护装置用于导引额定电流以及必要情况下高压车载电气网络的瞬时过载电流。通过开关装置使高压车载电气网络在每次关断过程中优选全极地断开。与此相对地，保护装置则用于在出现高于过载电流的故障电流时断开高压蓄电池。在此，所述保护装置通常被设计为熔断保护装置。所述开关装置优选被设计为呈继电器形式的直流电压开关。在此，在全极断开时也可以实现这样的实施方式，其中，开关装置被设计为继电器，而保护装置被设计为半导体。

通常所使用的熔断保护装置是密封包装的保护装置，其带有陶瓷或塑料壳体，其中多个带有确定的狭窄位置的熔丝并联。优选地，所述壳体还被灭火介质、例如沙子填充。

除了由此无法忽视的熔断保护装置的结构空间之外，还对汽车的高压车载电气网络在触发特性方面提出了较高要求。这样可靠的过载电流能够相对较高。此外，由于并联而应该考虑由制备造成的构件公差，这由此增加了所实现的切断时间。

由文献DE202012013107U1中已知一种用于电气布线开关设备的灭弧器，其中，所述布线开关设备包括由固定接触件和活动接触件构成的触点。在此，灭弧器包括具有多个灭弧板的灭弧组件。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种需要较小结构空间的开关和保护装置。

所述技术问题通过一种用于车载电气网络的开关和保护装置解决，其包括直流电压开关和熔断保护装置，其中，所述直流电压开关具有壳体、至少两个固定接触件和桥形件，所述桥形件相对于所述固定接触件活动地构成，其中，所述桥形件由电绝缘体构成，其中，在所述桥形件上布置了两个接触件，所述接触件布置在所述桥形件上，从而使所述接触件在所述桥形件朝所述固定接触件的方向移动时接触所述固定接触件，其中，两个布置在所述桥形件上的接触件通过所述熔断保护装置相互电连接。

为此，用于高压车载电气网络的开关和保护装置包括直流电压开关和熔断保护装置。所述直流电压开关具有壳体、至少两个固定接触件和桥形件，其中，所述桥形件相对于所述固定接触件可活动地构成，其中，所述桥形件例如借助导杆克服弹簧运动。在此，所述壳体优选密封包装地、也即气体密封地构成。所述桥形件由电绝缘体构成，其中，在所述桥形件上布置了两个接触件，所述接触件这样布置在桥形件上，从而使接触件在桥形件朝固定接触件的方向运动时与桥形件接触，在所述桥形件上的两个接触件通过熔断保护装置相互连接。通过这种设计方式，熔断保护装置集成在开关装置中，这导致了开关装置的结构空间略微扩大，然而由于去掉了外置的熔断保护装置而使用其密封包装的壳体，实现了整体上更小的结构空间。其他优点在于，集成的熔断保护装置的触发特性能够更准确地调节，从而能够实现更低的切断时间。优选地，接触件与桥形件螺纹连接或浇铸或注塑地连接。

在一种实施方式中，熔断保护装置被设计为金属丝，所述金属丝在桥形件的上方布置在接触件之间。金属丝例如由铜制成。如果金属丝在通入故障电流时热过载，金属丝爆炸状地气化。在此产生的金属丝的爆炸冲击波和导电值的改变或者说所产生的开关电弧基于爆炸该过程而导致电弧电压的电压突变或者说点火峰值。当电弧电压的电压突变或点火峰值超过工作电压时，这在电阻负载或电阻感应负载的情况下会导致开关电弧的熄灭。

作为备选，位于桥形件上的熔断保护装置也可以被设计为导线索(Leiterbahnzug)。

在另一种实施方式中，熔断保护装置部分地或完全地嵌入桥形件中。完全地嵌入在此是指，熔断保护装置整个(除了与接触件的接触位置之外)被桥形件的绝缘材料包围。在桥形件的绝缘材料中的嵌入在此还实现更为紧凑的结构空间。为了确保开关电弧的熄灭，在此其他多种补充措施都是可行的。

在一种实施方式中，桥形件由在熔断保护装置熔融温度时剧烈气化的材料制成，优选为有机玻璃(Plexiglas)或聚甲醛。这由于气体生成而导致剧烈的压力升高并且由于在开关装置中的化学分解过程而导致冷却，这产生灭弧过程。

作为备选，桥形件还可以由陶瓷制成或通常由防火的、电绝缘且导热的材料制成。在此的基本思路在于，电弧通过桥形件的材料的导热性吸收热能，以便使桥形件能够灭弧。

在此，还可以在桥形件上布置导引结构、优选楔形的结构，所述结构设计为，将电弧在运行轨道与绝缘体之间偏转，以便加速熄灭。

在一种备选的设计方式中，在桥形件的上方布置灭弧板，所述灭弧板优选平行地布置。灭弧板进一步优选由黄铜或铁制成，所述灭弧板构成所谓的磁性灭弧板组件。基于所述磁性，灭弧板将电弧吸引到所述灭弧板之间，这导致多个电弧的串联，所述电弧由于总体较高的电弧电压迫使待断开的电流为零。在此，相对较冷的灭弧板还从电弧吸收热量，这导致电弧的电阻提高。这导致电弧迅速地熄灭。

在另一种备选的设计方式中这样布置绝缘体，从而使得绝缘体在熔断保护装置熔断时在接触件之间移动，以便这样中断电弧。绝缘体在此优选楔形地构成。绝缘体的移动在此例如可以借助爆炸式的驱动件触发。作为备选也可以使用预紧的弹簧，所述弹簧在熔断保护装置熔断时去应力。

附图说明

以下借助优选的实施例对本发明进行更详尽的阐述。在附图中：

图1示出穿过根据第一实施方式的开关和保护装置的示意性剖视图；

图2示出穿过根据第二实施方式的开关和保护装置的示意性剖视图；和

图3示出穿过根据第三实施方式的开关和保护装置的示意性剖视图。

具体实施方式

在图1中示出根据第一实施方式的开关和保护装置1。所述开关和保护装置1具有密封包装的壳体2，两个固定接触件3从所述壳体中导出。在固定接触件3上可以连接HV导体(高压导体)4，所述HV导体则例如将开关和保护装置1与未示出的HV蓄电池(高压蓄电池)和中间回路相连。开关和保护装置1还具有桥形件5，所述桥形件由电绝缘体构成。所述桥形件5与导杆6相连，所述导杆从壳体2向下导引。导杆6在此能够通过磁力克服弹簧或类似执行器向上运动。桥形件5与两个接触元件7相连。所述接触元件7分别具有接触件8和空心筒件9，所述接触元件和空心筒件通过基础元件10相互连接。呈金属丝11形式的熔断保护装置12导电地布置在所述空心筒件9之间。金属丝11与空心筒件9之间的连接可以例如是卡夹连接或螺纹连接。其他的固定方式也是可行的，其中，固定必须是热力学稳定的。通过空心筒件9则使接触元件7与桥形件螺纹连接。接触元件7与桥形件5之间的连接可以通过备选的固定方法完成。在此情况下，空心筒件9可以被用于容纳金属丝11的其他元件替代。空心筒件9与基础元件10优选是一体式的。接触件8在所示实施例中作为单独的部件安装在基础元件10中，然而也可以与基础元件一件式地构成。接触件8在此与固定接触件3的形状和位置相适配。

金属丝11的尺寸这样设定，从而使金属丝能导通额定电流甚至由运行导致的过载电流，与此相对地，在出现大于过载电流以上的阈值的故障电流时，金属丝爆炸式地气化。在此，金属丝1的触发特性与现有技术相比被非常好地设置，从而能够更迅速且更可靠地实现触发。在正常的运行中，例如配属于导杆6的线圈(未示出)被接通电流，并且基于磁力而使导杆6克服弹簧力向上移动。如果接触件8与固定接触件3接触，则建立在固定接触件3之间的电连接。那么如果出现故障电流，金属丝11气化，其中，所形成的电弧借助由于爆炸式气化所导致的压力升高被熄灭。在此，接触件8和固定接触件3优选保持接触，从而不会形成其他电弧。

在图2中示出用于开关和保护装置1的备选的实施方式，其中，相同的元件被标注以相同的附图标记。在此应说明的是，采用了与图1不同的剖面。

接触元件7也具有接触件8和基础元件10，所述接触件和基础元件例如相互铆接或钎焊，这通过虚线表示。作为备选，接触件和基础元件可以一件式地构成，然而或者接触件8也可以插入基础元件10中。基础元件10与桥形件5优选螺纹连接，这同样通过虚线表示。熔断保护装置12位于两个基础元件10之间，所述熔断保护装置部分地嵌入桥形件5中(同样通过虚线表示)。熔断保护装置12与基础元件10之间的连接例如是插塞连接。桥形件5优选由剧烈气化的材料、例如有机玻璃或者聚甲醛(POM,polyoxymethylen)制成。

在出现故障电流的情况下，熔断保护装置12熔断，其中，由于所产生的热还使桥形件5气化。这导致了在密封包装的壳体2中的压力升高，从而使在基础元件10之间所产生的电弧熄灭。

在图3中示出用于开关和保护装置1的另一种实施方式，其中，相同的元件同样也标注以相同的附图标记。在此，示出处于闭合状态的开关装置，也就是说接触件8接触固定接触件3。作为对图2的补充，开关和保护装置1还具有两个运行轨道13，所述运行轨道平行于固定接触件3延伸并且与固定接触件3螺纹连接。

在所述运行轨道13之间布置有绝缘体14，所述绝缘体在与运行轨道13相互对置的侧面上分别具有间隙。所述间隙在此平行于运行轨道13地延伸。绝缘体14自此由剧烈气化的材料、例如聚甲基丙烯酸甲酯或聚甲醛制成。绝缘体14在此例如与壳体2螺纹连接。在基础元件10上还布置两个导引结构15，所述导引结构在熔断保护装置12之间延伸。导体结构15楔形地构成并且例如与基础元件10螺纹连接。由此所形成的电弧在熔断保护装置12熔断时通过导引结构15向运行轨道13与绝缘体14之间的具有缝隙的管道16引导。在狭窄的间隙中延伸的电弧加热绝缘体14，则所述绝缘体开始气化。由此产生的压力升高则能够熄灭电弧。