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 gasgefülltes 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 oder in Anwendungen auf dem Gebiet der erneuerbaren Energien.

In seiner Funktion als Sicherheitskomponente wird beispielsweise ein Schütz normalerweise zusätzlich überwacht, wobei die Schützüberwachung in der Norm IEC 60947-5-1 geregelt ist. Die Schützüberwachung soll beispielsweise dazu dienen, den häufigsten Fehler von Schützen, Relais und Schaltern zu entdecken, nämlich ein Verkleben beziehungsweise Verschweißen der Hauptkontakte. Ein solcher Fehler, auch als Schützkleber bekannt, kann beispielsweise durch Lichtbögen hervorgerufen werden, die sich während der Schaltvorgänge unter Last zwischen den Kontakten bilden und so hohe Temperaturen an den Kontaktflächen hervorrufen können, dass die Kontaktflächen miteinander verschweißt werden. Weiterhin ist es von Vorteil, wenn weitere Fehlerzustände erkannt werden können, beispielsweise wenn ein Kontakt in einer geöffneten Stellung oder in einem Zwischenzustand mechanisch blockiert ist.

Typische Schütze sind als sogenannte Überhubsysteme ausgebildet. Das bedeutet, dass, nachdem die Hauptkontakte durch die Schaltbrücke miteinander verschaltet und somit elektrisch geschlossen wurden, die Bewegung des schließenden Systems weitergeführt wird, wobei ein üblicherweise federbelasteter Druck der Schaltbrücke auf die Hauptkontakte steigt. Im Fall eines Schützklebers wird dieser Überhub zwar wieder abgebaut, die Schaltbrücke aber bleibt an zumindest einem Hauptkontakt haften. Das mechanische System hängt somit in einem Zwischenzustand und ist weder offen noch richtig geschlossen .

Die Überwachung beziehungsweise Schützklebererkennung kann beispielsweise mittels einer Spannungsmessung über die Hauptkontakte des Schützes erfolgen. Liegt zwischen den Hauptkontakten eine Spannung an, folgt, dass das Schütz geöffnet ist. Liegt keine Spannung an, folgt daraus, dass das Schütz kurzgeschlossen und somit geschlossen ist. Diese Methode ist zwar sehr sicher, aber auch teuer in der Anwendung, da Leitungen verlegt und entsprechend isoliert werden müssen, die Hochvoltpotential tragen. Die Überwachung wird in der Regel von einem übergeordneten System durchgeführt, etwa von einem Mikrocontroller gesteuerten AD- Wandler . Es ist beispielsweise auch bekannt, einen Mikroschalter in der Schaltkammer des Schützes zu verwenden, der durch einen kleinen Ausleger an der Schaltbrücke bedient wird. Der Ausleger betätigt den Schalter, kurz bevor die Schaltbrücke an die Hauptkontakte gedrückt wird. Dabei kann der Schalter als Schließer (geschlossen, wenn gedrückt) oder als Öffner (offen, wenn gedrückt) ausgebildet sein. Das Signal des Mikroschalters kann dadurch auch invertiert im Vergleich zum Schaltzustand des Schützes ausgelegt werden. Ein Nachteil dieser Lösung liegt darin, dass der Mikroschalter nahe an den Hauptkontakten innerhalb der Schaltkammer angebracht werden muss. Dies kann mitunter die Bogenlöschung beeinflussen oder Isolationsnachteile mit sich bringen. Weiterhin muss der durch den Ausleger und Mikroschalter gebildete Überwachungskontakt voreilend ausgebildet sein. Das bedeutet, dass der Überwachungskontakt seinen Zustand ändert, bevor der Hauptkontakt schließt. Dies liegt daran, dass der Mikroschalter noch den Status „zu" anzeigen muss, wenn der Überhub bei einer Verklebung schon aufgebraucht ist. Zwischenzustände oder Blockierungen können dadurch nicht erkannt werden. Ein weiterer Nachteil liegt in der Lebensdauer von üblichen Mikroschaltern, die je nach Ausführung nur wenige 100000 Schaltspiele betragen kann. Weiterhin müssen Zuleitungen zum Schalter gelegt werden, was die Verwendung von vollständig hermetisch versiegelten, keramischen Entladungsräumen einschränkt.

Weiterhin ist beispielsweise aus der Druckschrift WO 2008/033349 A2 ein Hilfsschalter bekannt, der über einen Ausleger an der Schaltbrücke bedient wird, wobei beispielsweise zwei überlappende Kontakte aufeinander gedrückt werden können. Die Lösung ist zwar einfach, kostengünstig und nahezu verschleißfrei. Sie birgt jedoch den Nachteil, dass die überlappenden Kontakte zwischen den Hauptkontakten angebracht werden und es dadurch zu Isolationsproblemen kommen kann. Weiterhin müssen Zuleitungen zum Hilfsschalter gelegt werden, was die Verwendung von vollständig hermetisch versiegelten, keramischen Entladungsräumen einschränkt oder unmöglich macht. Das Schaltverhalten gleicht weiterhin dem des Mikroschalters.

Um die beschriebenen Nachteile zu umgehen, ist es auch bekannt, am unteren Teil des beweglichen Systems und insbesondere außerhalb der Schaltkammer einen Magneten anzubringen, der einen Reed-Schalter öffnen und schließen kann, wie beispielsweise in der Druckschrift JP 2013-008621 A beschrieben ist. Dadurch erfolgt die Detektion weit entfernt von den Hauptkontakten und die Detektion kann auch durch nicht-magnetische Materialien hindurch erfolgen kann.

Außerdem ist diese Lösung einfach in Verbindung mit hermetisch versiegelten, keramischen Entladungsräumen einsetzbar. Das Schaltverhalten ist analog zu den beiden vorher beschriebenen Systemen, jedoch ergibt sich die Schwierigkeit eines richtig einzustellenden

Überlappbereiches, da die Indikation magnetisch erfolgt und auch Hystereseeffekte zu berücksichtigen sind. Ein weiterer Nachteil liegt in der Empfindlichkeit des Reed-Schalters gegenüber magnetischen Störfeldern und mechanischen Stößen.

Als Verbesserung hiervon ist es bekannt, einen Hall-Sensor anstelle des Reed-Schalters zu verwenden, so dass die magnetische Detektion nicht durch einen mechanischen Schalter erfolgt, sondern durch ein Halbleiterbauelement ermöglicht wird. Dadurch spielen magnetische Störfelder keine Rolle mehr und es gibt auch keine Vibrationsabhängigkeit mehr. Das Schaltverhalten ist jedoch dem des Reed-Schalters ähnlich. Alle vier Überwachungsschalter-Lösungen weisen eine sogenannte „normally open"-Charakteristik auf, d.h. der Überwachungsschalter spiegelt den Zustand der Hauptkontakte weitgehend wieder. Eine Invertierung des Signals erzeugt jedoch kein „normally closed", sondern lediglich ein „not normally open". Allen vier Prinzipien ist vor allem gemein, dass keine dieser Lösungen zuverlässig signalisieren kann, dass das überwachte Schütz sicher und vollständig geöffnet ist. Eine solche Forderung ist jedoch in der Norm IEC 60947-5-1 formuliert, die eine Detektion fordert, die nur in der Ruhelage des Schützes einen Überwachungskontakt schließt beziehungsweise einen geschlossenen Überwachungskontakt aufzeigt („normally closed").

Eine solche Lösung ist bei gasgefüllten Schützen bisher unbekannt .

Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, eine Schaltvorrichtung anzugeben.

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. Besonders bevorzugt weist die Schaltvorrichtung zumindest zwei feststehende Kontakte auf, die zusammen mit dem beweglichen Kontakt dazu eingerichtet und vorgesehen sind, einen an die Schaltvorrichtung und insbesondere an die zumindest zwei feststehenden Kontakte anschließbaren Laststromkreis ein- und auszuschalten. Im Folgenden wird die Schaltvorrichtung zumeist mit zumindest einem feststehenden Kontakt oder mit zwei feststehenden Kontakten beschrieben. Die Anzahl der feststehenden Kontakte kann aber in den folgenden Ausführungsformen und in Bezug auf die im Folgenden beschriebenen Merkmale von den konkret erwähnten Anzahlen abweichen.

Der bewegliche Kontakt ist in der Schaltvorrichtung derart zwischen einem nicht-durchschaltenden Zustand und einem durchschaltenden Zustand der Schaltvorrichtung bewegbar, dass der bewegliche Kontakt im nicht-durchschaltenden Zustand der Schaltvorrichtung von den feststehenden Kontakten beabstandet und damit galvanisch getrennt ist und im durchschaltenden Zustand einen mechanischen Kontakt zu den zumindest zwei feststehenden Kontakten aufweist und damit galvanisch mit diesen verbunden ist. Die feststehenden Kontakte sind somit voneinander getrennt in der Schaltvorrichtung angeordnet und können je nach Zustand des beweglichen Kontakts durch den beweglichen Kontakt elektrisch leitend miteinander verbunden oder elektrisch voneinander getrennt sein. Im durchschaltenden Zustand berührt der bewegliche Kontakt somit mit zumindest einer Kontaktfläche zumindest eine Kontaktfläche zumindest eines feststehenden Kontakts. Der Abstand des beweglichen Kontakts, insbesondere der besagten Kontaktfläche des beweglichen Kontakts, vom zumindest einen feststehenden Kontakt, insbesondere der besagten Kontaktfläche des zumindest einen feststehenden Kontakts, im nicht-durchschaltenden und damit getrennten Zustand wird hier und im Folgenden auch als Schaltspalt bezeichnet und gibt den maximalen Bewegungsspielraum und damit den maximal erreichbaren Abstand der Kontakte und insbesondere ihrer Kontaktflächen zueinander an. Im Fall von beispielsweise zwei feststehenden Kontakten gilt die vorherige Beschreibung entsprechend .

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Schaltvorrichtung eine Schaltkammer auf, in dem der bewegliche Kontakt und die feststehenden Kontakte angeordnet sind. Der bewegliche Kontakt kann insbesondere 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. Die Schaltkammer weist somit bevorzugt Öffnungen auf, durch die die feststehenden Kontakte in die Schaltkammer hineinragen. Die feststehenden Kontakte sind beispielsweise in den Öffnungen der Schaltkammer eingelötet und ragen sowohl in den Innenraum der Schaltkammer hinein als auch aus der

Schaltkammer heraus. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Schaltvorrichtung zumindest zwei Hilfskontakte auf, die in der Schaltkammer angeordnet sind. Dass ein Hilfskontakt in der Schaltkammer angeordnet ist, kann insbesondere bedeuten, dass zumindest ein Kontaktbereich des Hilfskontakts innerhalb der Schaltkammer angeordnet ist. Zum Anschluss einer Zuleitung kann ein in der Schaltkammer angeordneter Hilfskontakt von außen, also von außerhalb der Schaltkammer, elektrisch kontaktierbar sein. Hierzu kann ein in der Schaltkammer angeordneter Hilfskontakt mit einem Teil aus der Schaltkammer herausragen und außerhalb der Schaltkammer eine Anschlussmöglichkeit für eine Zuleitung aufweisen. Die Schaltkammer weist somit bevorzugt Öffnungen auf, durch die die Hilfskontakte in die Schaltkammer hineinragen. Die Hilfskontakte sind beispielsweise in den Öffnungen der Schaltkammer eingelötet und ragen sowohl in den Innenraum der Schaltkammer hinein als auch aus der Schaltkammer heraus. Die Durchführung der Hilfskontakte in die Schaltkammer kann somit mit einer hermetisch dichten und beispielsweise hartgelöteten Verbindung vergleichbar mit der Durchführung der feststehenden Kontakte erfolgen, die bevorzugt in einem gemeinsamen Herstellungsschritt und damit in einem gemeinsamen Arbeitsgang erledigt werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Schaltvorrichtung zumindest zwei Federkontakte auf, die in der Schaltkammer angeordnet sind. Weiterhin weist die Schaltvorrichtung eine Kontaktplatte auf, die in der Schaltkammer angeordnet ist. Insbesondere sind die Federkontakte und die Kontaktplatte vollständig in der Schaltkammer angeordnet. Jeder der Federkontakte weist zumindest einen ersten und einen zweiten Kontaktbereich auf. Mit dem ersten Kontaktbereich kann jeder der Federkontakte einen der Hilfskontakte kontaktieren. Insbesondere kann jeder der Federkontakte mit seinem ersten Kontaktbereich einen der Hilfskontakte im Normalbetrieb dauerhaft und unabhängig von den Schaltzuständen der Schaltvorrichtung kontaktieren. Der erste Kontaktbereich eines Federkontakts kann insbesondere unmittelbar und damit mechanisch an einem Hilfskontakt anliegen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Kontaktplatte zusammen mit dem beweglichen Kontakt bewegbar. Besonders bevorzugt können die Kontaktplatte und der bewegliche Kontakt gemeinsam mit einem gleichen mechanischen Antrieb, der weiter unten beschrieben wird, bewegt werden. Besonders bevorzugt kontaktiert die Kontaktplatte in einem ersten Schaltzustand der Schaltvorrichtung die zweiten Kontaktbereiche der Federkontakte und ist in einem zweiten Schaltzustand beabstandet von den zweiten Kontaktbereichen der Federkontakte angeordnet. Der erste Schaltzustand kann besonders bevorzugt der oben beschriebene nicht- durchschaltende Schaltzustand der Schaltvorrichtung sein, während der zweite Schaltzustand der oben beschriebene durchschaltende Zustand sein kann. Mit anderen Worten kann die Kontaktplatte die zweiten Kontaktbereiche der Federkontakte dann kontaktieren, wenn der bewegliche Kontakt beabstandet vom zumindest einen feststehenden Kontakt ist, während die Kontaktplatte von den zweiten Kontaktbereichen der Federkontakte beabstandet ist, wenn der bewegliche Kontakt der Schaltvorrichtung den zumindest einen feststehenden Kontakt kontaktiert. Alternativ dazu kann es auch möglich sein, dass der erste Schaltzustand auch der durchschaltende Schaltzustand sein, während der zweite Schaltzustand der nicht-durchschaltende Zustand ist. In diesem Fall ist die Funktionsweise der durch die Hilfskontakte möglichen Detektion eines Zustands der Schaltvorrichtung in Bezug auf die nachfolgende Beschreibung umgekehrt ausgebildet.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Schaltvorrichtung ein Gehäuse auf, in dem der bewegliche Kontakt, die feststehenden Kontakte sowie die Hilfskontakte, die Federkontakte und die Kontaktplatte angeordnet sind. Dass ein feststehender Kontakt im Gehäuse angeordnet ist, kann insbesondere bedeuten, dass zumindest ein 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. Insbesondere kann dies für jeden feststehenden Schaltkontakt gelten. Der bewegliche Kontakt kann insbesondere vollständig im Gehäuse angeordnet sein. Weiterhin können bevorzugt auch die Hilfskontakte vollständig im Gehäuse angeordnet sein.

Über Zuleitungen innerhalb des Gehäuses, die beispielsweise mit äußeren elektrischen Anschlüssen am Gehäuse elektrisch leitend verbunden sind, können die Hilfskontakte von außen kontaktierbar sein. Alternativ kann im Gehäuse eine elektrische Komponente wie etwa ein Mikrocontroller vorhanden sein, der mit den Hilfskontakten über elektrische Zuleitungen verbunden ist. Der Mikrocontroller kann wiederum durch geeignete Anschlüsse am Gehäuse von außen kontaktierbar sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Kontakte in einer Gasatmosphäre im Gehäuse angeordnet. Das kann insbesondere bedeuten, dass der bewegliche Kontakt, die Federkontakte und die Kontaktplatte vollständig in der Gasatmosphäre im Gehäuse angeordnet ist und dass weiterhin zumindest Teile der feststehenden Kontakte, etwa die Kontaktbereiche der feststehenden Kontakte, sowie zumindest Teile der Hilfskontakte, etwa Kontaktbereiche der Hilfskontakte, in der Gasatmosphäre im Gehäuse angeordnet sind. 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 entstehen können, fördern. Das Gas der Gasatmosphäre kann beispielsweise ein Wasserstoff- und/oder Stickstoff-haltiges Gas, insbesondere unter hohem Druck, aufweisen oder sein. Bevorzugt kann das Gas 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.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform befindet sich die Schaltkammer innerhalb des Gehäuses. Weiterhin kann sich insbesondere das Gas, also zumindest ein Teil der Gasatmosphäre, in der Schaltkammer befinden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind der bewegliche Kontakt und die Kontaktplatte mittels eines mechanischen Antriebs bewegbar. Der mechanische Antrieb weist insbesondere einen Magnetanker auf. Der Magnetanker kann eine Achse aufweisen, die an einem Ende mit dem beweglichen Kontakt und der Kontaktplatte derart verbunden ist, dass der bewegliche Kontakt und die Kontaktplatte vermittels der Achse bewegbar sind, also bei einer Bewegung der Achse durch diese ebenfalls bewegt werden. 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. Bei eingeschaltetem magnetischem Kreis kann der Magnetanker, insbesondere ein magnetischer Kern des Magnetankers, zum Joch gezogen werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind der bewegliche Kontakt und die Kontaktplatte an einem elektrisch isolierenden Kontakthalter angeordnet. Der Kontakthalter kann besonders bevorzugt an der Achse des Magnetankers angeordnet und befestigt sein und den beweglichen Kontakt und die Kontaktplatte von der Achse elektrisch isolieren. Dadurch können der bewegliche Kontakt und die Kontaktplatte elektrisch isoliert von den Komponenten des mechanischen Antriebs, also insbesondere von den Komponenten des Magnetankers, gelagert sein. Der Kontakthalter kann hierzu ein elektrisch isolierendes Material aufweisen oder daraus sein. Das elektrisch isolierende Material kann ausgewählt sein aus Polymeren und Keramikmaterialien, beispielsweise ausgewählt aus Polyoxymethylen (POM), insbesondere mit der Struktur (CH0) _n , Polybutylenterephthalat (PBT), Glasfaser gefülltem PBT und elektrisch isolierenden Metalloxiden wie etwa AI2O3.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Kontaktplatte am Kontakthalter fixiert. Die Fixierung kann beispielsweise mittels einer Klemmung erfolgen. Besonders bevorzugt ist die Kontaktplatte vom Material des Kontakthalters teilweise umformt. Die Kontaktplatte kann hierzu mit dem Material des Kontakthalters beispielsweise umgossen oder umspritzt sein. Zur Kontaktierung der zweiten Kontaktbereiche der Federkontakte können Kontaktbereiche der Kontaktplatte aus dem Kontakthalter herausragen.

Während eines Schaltvorgangs bewegen sich der Magnetanker, die Achse sowie der bewegliche Kontakt und die Kontaktplatte bevorzugt in einer linearen Bewegung in Form einer Hub- oder Senkbewegung entlang der Achse. Bevorzugt weisen die Achse und beispielsweise ein magnetischer Kern des Magnetankers in vertikaler Richtung einen Bewegungsspielraum für die Hubbewegung auf, die größer als der weiter oben beschriebene Schaltspalt ist. Dies kann beispielsweise dadurch ermöglicht sein, dass im ausgeschalteten Zustand ein Spalt zwischen dem magnetischen Kern und dem Joch, der auch als Bewegungsspalt bezeichnet werden kann, größer als der Schaltspalt ist. Somit kann es sich bei dem Magnetanker mit dem beweglichen Kontakt um ein Überhubsystem handeln, bei dem der bewegliche Kontakt verschiebbar am Kontakthalter angeordnet ist. Weiterhin kann am Kontakthalter eine Kontaktfeder angeordnet sein, die auf den beweglichen Kontakt eine Federkraft in Richtung der feststehenden Kontakte ausübt. Beim Anschlägen des beweglichen Kontakts an den feststehenden Kontakten und damit beim vollständigen Schließen des Schaltspalts kann die Kontaktfeder einfedern und der Magnetanker kann sich weiter bewegen, bis beispielsweise der magnetische Kern am Joch anliegt. Beispielsweise kann der Bewegungsspalt um kleiner oder gleich 1 mm und besonders bevorzugt um etwa 0,5 mm größer als der Schaltspalt sein. Durch das Einfedern der Kontaktfeder durch den Überhub kann der Anpressdruck des beweglichen Kontakts an den feststehenden Kontakten erhöht werden und es kann eine gewisse Unempfindlichkeit gegenüber Vibrationen und mechanischen Stößen erreicht werden.

Durch die beschriebene Ausbildung des mechanischen Antriebs und der Schaltkammer kann erreicht werden, dass die Hilfskontakte, die Federkontakte und die Kontaktplatte elektrisch isoliert von den feststehenden Kontakten, dem beweglichen Kontakt und dem mechanischen Antrieb angeordnet sind. Insbesondere kann eine dauerhafte Isolation erreicht werden, also eine durchgehend gewährleistete Isolation im Normalbetrieb der Schaltvorrichtung und somit während des ersten und zweiten Schaltzustands sowie auch während der Übergänge zwischen diesen.

Zumindest einer der Kontaktbereiche jedes der Federkontakte kann federnd ausgebildet sein. Beispielsweise kann der erste Kontaktbereich jedes Federkontakts federnd ausgebildet sein und eine Federkraft auf einen Hilfskontakt ausüben. Mit anderen Worten kann ein erster Kontaktbereich im eingebauten Zustand gegen einen Hilfskontakt drücken und so die Federkraft ausüben. Alternativ oder zusätzlich können die zweiten Federbereiche federnd ausgebildet sein. Besonders bevorzugt können die zweiten Kontaktbereiche im ersten Schaltzustand eine Federkraft auf die Kontaktplatte ausüben. Dabei kann die Federkraft der zweiten Kontaktbereiche geringer sein als die Federkraft der Kontaktfeder. Durch die federnde Wirkung der zweiten Kontaktbereiche kann eine gegenüber Vibrationen und mechanischen Stößen erhöhte Unempfindlichkeit des mechanischen Kontakts zwischen der Kontaktplatte und den zweiten Kontaktbereichen der Federkontakte erreicht werden. Besonders bevorzugt kann die Federkraft der zweiten Kontaktbereiche auf die Kontaktplatte und damit der Gegendruck auf den Magnetanker und insbesondere auf den Kontakthalter geringer sein als die

Rückstellfederkraft, die eine Rückstellfeder des mechanischen Antriebs aufweist und durch die der Magnetanker vom durchschaltenden Schaltzustand in den nicht-durchschaltenden Schaltzustand bewegt werden kann. Besonders bevorzugt kann die Federkraft der zweiten Kontaktbereiche auf die Kontaktplatte kleiner oder gleich 20% der Rückstellfederkraft sein.

Besonders bevorzugt kann der bewegliche Kontakt im ersten oder zweiten Schaltzustand, wie weiter oben beschrieben ist, von den feststehenden Kontakten durch den Schaltspalt getrennt sein und die Kontaktplatte kann bei einem Übergang der Schaltvorrichtung vom ersten zum zweiten Schaltzustand einen mechanischen Kontakt zu den zweiten Kontaktbereichen der Federkontakte nach dem Zurücklegen eines Weges verlieren, der kleiner oder gleich 20% des Schaltspalts ist. Dadurch kann erreicht werden, dass der Weg, den der Magnetanker zurücklegen muss, bevor der Kontakt zwischen der Kontaktplatte und den Federkontakten abreißt, sehr klein ist.

Die Bewegungsrichtung des beweglichen Kontakts, die der Haupterstreckungsrichtung der Achse entspricht, also die Richtung der Hub- und Senkbewegung des beweglichen Kontakts, kann hier und im Folgenden auch als vertikale Richtung bezeichnet werden. Die feststehenden Kontakte sind entlang einer longitudinalen Richtung nebeneinander angeordnet, wobei die longitudinale Richtung in einer zur vertikalen Richtung senkrecht stehenden horizontalen Ebene liegt. Der bewegliche Kontakt kann beispielsweise plattenförmig ausgebildet sein und eine Haupterstreckungsebene parallel zur horizontalen Ebene aufweisen. Senkrecht zur vertikalen und longitudinalen Richtung ist eine transversale Richtung definiert, so dass die horizontale Ebene durch die longitudinale und transversale Richtung aufgespannt wird. Die Hilfskontakte sind bevorzugt entlang der transversalen Richtung angeordnet, wobei der bewegliche Kontakt insbesondere entlang der transversalen Richtung zwischen den Hilfskontakten angeordnet sein kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Schaltkammer eine Schaltkammerwand auf. Die Schaltkammerwand kann in einer horizontalen Schnittansicht, also in einer Schnittansicht mit einer senkrecht zur vertikalen Richtung stehenden Schnittebene, bevorzugt eine rechteckige Querschnittsform oder zumindest eine an ein Rechteck angenäherte Querschnittsform aufweisen. Insbesondere kann die Schaltkammerwand sich gegenüberliegende longitudinale Seitenwandteile und sich gegenüberliegende transversale Seitenwandteile aufweisen, die in einer horizontalen Schnittansicht im Hinblick auf ihre Außen- und/oder Innenkonturen die Rechteckform ergeben. Mit anderen Worten kann sich ein longitudinales Seitenwandteil im Wesentlichen in vertikaler und longitudinaler Richtung erstrecken, während sich ein transversales Seitenteil im Wesentlichen in vertikaler und transversaler Richtung erstrecken kann.

Hierbei können bevorzugt die longitudinalen Seitenwandteile, die transversalen Seitenwandteile sowie ein Deckelteil mit Öffnungen für die feststehenden Kontakte und Öffnungen für die Hilfskontakte einstückig ausgebildet sein und die Schaltkammerwand bilden. Die Schaltkammer kann zusätzlich einen Schaltkammerboden aufweisen, der zusammen mit der Schaltkammerwand die Schaltkammer bildet. Alternativ hierzu können die Seitenwandteile auch mit dem Schaltkammerboden einstückig ausgebildet sein. Darüber hinaus können die Seitenwandteile ohne ein Deckelteil und ohne den Schaltkammerboden die Schaltkammerwand bilden, die zusammen mit dem separat gefertigten Deckelteil und dem separat gefertigten Schaltkammerboden die Schaltkammer bildet.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist jeder der Federkontakte zwischen dem ersten und zweiten Kontaktbereich einen Verbindungsbereich auf, der entlang eines longitudinalen Seitenwandteils verläuft. Der erste und zweite Kontaktbereich jedes der Federkontakte können sich bevorzugt vom jeweiligen longitudinalen Seitenwandteil zumindest entlang einer transversalen Richtung in den Innenraum der Schaltkammer hinein erstrecken.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Schaltkammer zumindest zwei Stege auf, von denen jeder in longitudinaler Richtung zwischen den zumindest zwei feststehenden Kontakten angeordnet ist und von denen sich jeder von zumindest einem longitudinalen Seitenwandteil in transversaler Richtung in die Schaltkammer hinein erstreckt. Die Stege sind hierbei in longitudinaler Richtung voneinander beabstandet. Insbesondere können sich beide Stege in transversaler Richtung über den beweglichen Kontakt hinweg im Innenraum der Schaltkammer von einem der longitudinalen Seitenwandteile zum anderen der longitudinalen Seitenwandteile erstrecken. Hierbei können die zumindest zwei Stege jeweils eine Aussparung aufweisen, in der sich der bewegliche Kontakt während der Schaltvorgänge bewegen kann. Weiterhin können die Stege unmittelbar an ein Deckelteil der Schaltkammer anschließen. Insbesondere können die Stege entlang und unmittelbar angrenzend an ein Deckelteil der Schaltkammer verlaufen. Die Stege können besonders bevorzugt einstückig mit den Seitenwandteilen und/oder einem Deckelteil der Schaltkammer ausgebildet sein. Durch die zumindest zwei Stege können zwischen den feststehenden Kontakten ein oder mehrere Räume im Innenraum der Schaltkammer gebildet werden, der oder die von den feststehenden Kontakten zumindest teilweise abgetrennt und damit elektrisch isoliert ist beziehungsweise sind. In dem so gebildeten zumindest einen isolierten Raum und somit in longitudinaler Richtung zwischen den zwei Stegen können insbesondere die Hilfskontakte und die Federkontakte angeordnet sein. Besonders bevorzugt können die Hilfskontakte zwischen den zwei Stegen symmetrisch zum beweglichen Kontakt, also symmetrisch zu einer Symmetrieebene, die durch die longitudinale und die vertikale Richtung aufgespannt wird, angeordnet sein. Weiterhin können die Federkontakte zwischen den zwei Stegen symmetrisch zum beweglichen Kontakt angeordnet sein. Dadurch, dass zwischen jedem der Hilfskontakte und den feststehenden Kontakten sowie zwischen jedem der Federkontakte und den feststehenden Kontakten zumindest einer der Stege ausgebildet ist, können die Hilfskontakte und die Federkontakte von den feststehenden Kontakten zumindest teilweise isoliert sein. Weiterhin können im so gebildeten isolierten Raum weitere Zusatzbauteile angeordnet werden wie beispielsweise ein Gasfüllstutzen zum Einfüllen des vorab beschriebenen Gases zur Bildung der Gasatmosphäre in der Schaltkammer.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Schaltkammerboden Wandteile auf, die in longitudinaler Richtung zwischen den Stegen der Schaltkammerwand angeordnet sind und zwischen denen die Federkontakte angeordnet sind. Insbesondere können die Wandteile zwischen die Stege eingeschoben angeordnet sein und einen Zwischenraum formen, in dem die Federkontakte teilweise angeordnet sind. Weiterhin können die Kontaktbereiche der Kontaktplatte in diesem Zwischenraum angeordnet sein und sich beim Wechseln vom ersten zum zweiten Schaltvorgang und umgekehrt innerhalb des Zwischenraums bewegen. Durch die Wandteile des Schaltkammerbodens kann der vorab beschriebene zumindest eine isolierte Raum zusammen mit den Stegen gebildet werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die Hilfskontakte und/oder die Federkontakte und/oder die Kontaktplatte ein Material mit Kupfer oder einer Kupferlegierung auf. Besonders bevorzugt kann das Material ausgewählt sein aus CuBe, CuSn4, CuSn ₆ . Ein derartiges Material kann einen guten elektrischen Leitwert und eine geringe Verschweißneigung aufweisen. Weiterhin können beispielsweise die Hilfskontakte dasselbe Material wie die feststehenden Kontakte aufweisen.

Bei der hier beschriebenen Schaltvorrichtung kann erreicht werden, dass die Hilfskontakte durch die Federkontakte und die Kontaktplatte im ersten Schaltzustand elektrisch miteinander verbunden und im zweiten Schaltzustand elektrisch voneinander getrennt sind. Durch Messung des elektrischen Widerstands zwischen den Hilfskontakten können so der erste Schaltzustand, der besonders bevorzugt dem nicht- durchschaltenden Schaltzustand entspricht, und der zweite Schaltzustand, der besonders bevorzugt dem durchschaltenden Schaltzustand entspricht, ermittelt werden.

Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen . Figur 1 zeigt eine schematische Darstellungen einer SchaltVorrichtung,

Figuren 2A und 2B zeigen schematische Darstellungen eines Teils einer Schaltvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,

Figur 2C zeigt eine schematische Darstellung einer

Kontaktplatte der Schaltvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,

Figuren 2D bis 2F zeigen schematische Darstellungen der Schaltkammerwand der Schaltvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,

Figur 2G zeigt schematische Darstellung eines

Schaltkammerbodens der Schaltvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel und

Figuren 3A und 3B zeigen schematische Darstellungen eines Teils einer Schaltvorrichtung in verschiedenen Schaltzuständen .

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 Figur 1 ist ein Beispiel für 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 1 ist eine dreidimensionale Schnittdarstellung mit einer vertikalen Schnittebene gezeigt. Die gezeigten Geometrien sind nur exemplarisch und nicht beschränkend zu verstehen und können auch alternativ ausgebildet sein.

Die exemplarische 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 feststehenden Kontakte 2, 3 und/oder der bewegliche Kontakt 4 können beispielsweise mit oder aus Cu, einer Cu-Legierung, einem oder mehreren hochschmelzenden Metallen wie beispielsweise Wo, Ni und/oder Cr, oder einer Mischung von genannten Materialien, beispielsweise von Kupfer mit zumindest einem weiteren Metall, beispielsweise Wo, Ni und/oder Cr, sein.

In Figur 1 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.

Die Schaltvorrichtung 100 weist einen mechanischen Antrieb mit einem 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 über eine Kontaktfeder 40 gelagert und ebenfalls mit der Achse 7 verbunden ist. Die Achse 7 kann bevorzugt mit oder aus Edelstahl gefertigt sein. Zur elektrischen Isolierung des beweglichen Kontakts 4 von der Achse 7 kann ein elektrisch isolierender Kontakthalter 47, der auch als Brückenisolator bezeichnet werden kann, zwischen diesen angeordnet 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 Schaltzustand entspricht, in eine zweite Position, die dem aktiven, also durchschaltenden und somit eingeschalteten Schaltzustand entspricht. Im aktiven Zustand sind die Kontakte 2, 3, 4 galvanisch miteinander verbunden.

Zur Führung der Achse 7 und damit des Magnetankers 5 weist die Schaltvorrichtung 100 ein Joch 9 auf, das Reineisen oder eine niedrig dotierte Eisenlegierung aufweisen oder daraus sein kann und das einen Teil des magnetischen Kreises bildet. Das Joch 9 weist eine Öffnung auf, in der die Achse 7 geführt wird. Wird der Stromfluss in der Spule 8 unterbrochen, wird der Magnetanker 5 durch eine oder mehrere Federn 10, die auch als Rückstellfedern bezeichnet werden können, 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.

Die Bewegungsrichtung des Magnetankers 5 und damit des beweglichen Kontakts 4 wird im Folgenden auch als vertikale Richtung 91 bezeichnet. Die Anordnungsrichtung der feststehenden Kontakte 2, 3, die senkrecht auf der vertikalen Richtung 91 steht, wird im Folgenden als longitudinale Richtung 92 bezeichnet. Die senkrecht zur vertikalen Richtung 91 und senkrecht zur longitudinalen Richtung 92 stehende Richtung wird im Folgenden als transversale Richtung 93 bezeichnet. Die Richtungen 91, 92 und 93, die auch unabhängig von der beschriebenen Schaltbewegung gelten, sind in den Figuren zur Erleichterung der Orientierung angedeutet.

Beispielsweise beim Öffnen der Kontakte 2, 3, 4 kann zumindest ein Lichtbogen entstehen, der die Kontaktflächen der Kontakte 2, 3, 4 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 100 befindet sich dann somit weiter im eingeschalteten Zustand, obwohl der Strom in der Spule 8 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 14 angeordnet, wobei die Schaltkammer 11 Teil des gasdichten Bereichs 14 sein kann. Der gasdichte Bereich 14 wird im Wesentlichen durch Teile der Schaltkammer 11, des Jochs 9 und zusätzliche Wandungen gebildet. Der gasdichte Bereich 14 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 14 und damit auch der Innenraum 15 der Schaltkammer 11 sind mit einem Gas gefüllt. Das Gas, das durch einen Gasfüllstutzen im Rahmen der Herstellung der Schaltvorrichtung 100 in den gasdichten Bereich 14 eingefüllt werden kann, kann besonders bevorzugt Wasserstoff-haltig sein, beispielsweise mit 20% oder mehr H2 in einem inerten Gas oder sogar mit 100% H2, da Wasserstoff-haltiges Gas die Löschung von Lichtbögen fördern kann.

Außerhalb der Schaltkammer 11 können zusätzlich beispielsweise Permanentmagnete (nicht gezeigt), sogenannte Blasmagnete, vorhanden sein, die zur Ablenkung der Lichtbögen vorgesehen und eingerichtet sind. Insbesondere bewirken die Blasmagnete eine Verlängerung der Lichtbogenstrecke und können somit das Löschen der Lichtbögen verbessern.

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 Glasfaser-gefülltes PBT. Alternativ oder zusätzlich kann die Schaltkammer 11 zumindest teilweise auch ein POM, insbesondere mit der Struktur (CH2O) _n , aufweisen. Ein solcher Kunststoff kann sich durch einen vergleichsweise geringen Kohlenstoffanteil und eine sehr geringe Neigung zur Graphitbildung auszeichnen. Durch die gleichen Anteile von Kohlenstoff und Sauerstoff insbesondere bei (CH20) _n können bei einer Wärme- und insbesondere einer Lichtbogen-induzierten Zersetzung überwiegend gasförmiges CO und H2 entstehen. Der zusätzliche Wasserstoff kann die Bogenlöschung verstärken.

In Verbindung mit den nachfolgenden Figuren werden Ausführungsbeispiele der Schaltvorrichtung 100 sowie von Komponenten dieser beschrieben, die eine Detektion der Schaltzustände erlauben, wobei die Schaltvorrichtung gemäß der nachfolgenden Beschreibung bis auf die im Folgenden beschriebenen Merkmale wie die in Verbindung mit der Figur 1 beschriebene Schaltvorrichtung ausgebildet sein kann. Zur leichteren Erkennbarkeit der Orientierungen und von Schnittebenen sind in den nachfolgenden Figuren die Richtungen 91, 92, 93 angedeutet.

In den Figuren 2A und 2B sind anhand einer dreidimensionalen Schnittdarstellung und einer zweidimensionalen Schnittdarstellung Ausschnitte der Schaltvorrichtung 100 gezeigt, in denen im Wesentlichen der Bereich der Schaltkammer 11 dargestellt ist. Die Schnittebenen der Darstellung der Figuren 2A und 2B stehen jeweils senkrecht zur longitudinalen Richtung 92. In Figur 2C ist die Kontaktplatte 31 gezeigt. In den Figuren 2D bis 2F sind verschiedene Ansichten der Schaltkammer 11 und der Schaltkammerwand 12 gezeigt, während in Figur 2G der Schaltkammerboden 13 gezeigt ist. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich gleichermaßen auf die Figuren 2A bis 2G.

Im Vergleich zur Schaltvorrichtung der Figur 1 weist das in den Figuren 2A bis 2G gezeigte Ausführungsbeispiel zwei Hilfskontakte 25 auf, die in Öffnungen 125 der Schaltkammerwand 12 angeordnet sind und die wie die feststehenden Kontakte 2, 3 in den Innenraum 15 der Schaltkammer 11 hineinragen.

Zwischen den Hilfskontakten 25, die entlang der transversalen Richtung 93 angeordnet sind, ist im gezeigten Ausführungsbeispiel eine weitere Öffnung 126 ausgebildet, in der ein Gasfüllstutzen 26 angeordnet ist. Der Gasfüllstutzen 26 kann zum Einfüllen des Gases der Gasatmosphäre in den gasdichten Bereich verwendet werden und nach dem Einfüllen beispielsweise durch Abquetschen verschlossen werden.

Die Hilfskontakte 25 sowie auch der Gasfüllstutzen 26 sind vorzugsweise in den Öffnungen 125, 126 der Schaltkammer 11 eingelötet, so dass die Durchführung der Hilfskontakte 25 und auch des Gasfüllstutzens 26 in die Schaltkammer 11 mit einer hermetisch dichten und beispielsweise hartgelöteten Verbindung vergleichbar mit der Durchführung der feststehenden Kontakte 2, 3 erfolgt. Die Montage der Kontakte 2, 3 und der Hilfskontakte 25 sowie auch des Gasfüllstutzens 26 können bevorzugt in einem gemeinsamen Arbeitsgang erledigt werden kann.

Die Hilfskontakte 25 sind vollständig im Gehäuse angeordnet. Über Zuleitungen 27 innerhalb des Gehäuses, die beispielsweise mit äußeren elektrischen Anschlüssen am Gehäuse elektrisch leitend verbunden sind, können die Hilfskontakte 25 von außen kontaktierbar sein.

Weiterhin weist die Schaltvorrichtung 100 zwei Federkontakte 30 und eine Kontaktplatte 31 auf, die in der Schaltkammer 11 angeordnet sind. Insbesondere sind die Federkontakte 30 und die Kontaktplatte 31 vollständig im Innenraum 15 der Schaltkammer 11 angeordnet. Jeder der Federkontakte 30 erstreckt sich von einem Hilfskontakt 25 zur Kontaktplatte 31 und weist zumindest einen ersten Kontaktbereich 301 und einen zweiten Kontaktbereich 302 auf. Mit dem ersten Kontaktbereich 301 kontaktiert jeder der Federkontakte 30 einen der Hilfskontakte 25. Insbesondere kann jeder der Federkontakte 30 mit seinem ersten Kontaktbereich 301 einen der Hilfskontakte 25 im Normalbetrieb dauerhaft und unabhängig von den Schaltzuständen der Schaltvorrichtung 100 kontaktieren. Die ersten Kontaktbereiche 301 der Federkontakte 30 liegen, wie zu erkennen ist, unmittelbar und damit mechanisch an den Hilfskontakten 25 an.

Die Kontaktplatte 31 ist zusammen mit dem beweglichen Kontakt 4 bewegbar. Hierzu sind die Kontaktplatte 31 und der bewegliche Kontakt 4 gemeinsam mit dem oben in Verbindung mit der Figur 1 beschriebenen mechanischen Antrieb verbunden. Die Kontaktplatte 31 kontaktiert in einem ersten Schaltzustand der Schaltvorrichtung 100, der in den Figuren 2A und 2B gezeigt ist, die zweiten Kontaktbereiche 302 der Federkontakte 30. Hierzu weist die Kontaktplatte 31 Kontaktbereiche 312 auf, wie in Figur 2C gezeigt ist. Im ersten Schaltzustand stehen die zweiten Kontaktbereiche 302 der Federkontakte 30 in mechanischem und damit galvanischem Kontakt mit den Kontaktbereichen 312 der Kontaktplatte 31, so dass die Federkontakte 30 und damit auch die Hilfskontakte 25 durch die Kontaktplatte 31 elektrisch leitend miteinander verbunden sind.

Wie weiter unten beschrieben ist, ist die Kontaktplatte 30 in einem zweiten Schaltzustand beabstandet von den zweiten Kontaktbereichen 302 der Federkontakte 30 angeordnet. Der erste Schaltzustand ist im gezeigten Ausführungsbeispiel der oben beschriebene nicht-durchschaltende Schaltzustand der Schaltvorrichtung 100, in dem der bewegliche Kontakt 4 beabstandet zu den feststehenden Kontakten 2, 3 ist und entsprechend ein Schaltspalt zwischen dem beweglichen Kontakt 4 und den feststehenden Kontakten 2, 3 vorhanden ist.

Der bewegliche Kontakt 4 und die Kontaktplatte 31 sind an einem elektrisch isolierenden Kontakthalter 47 angeordnet.

Der Kontakthalter 47 weist eine Öffnung auf, in die die Achse 7 gesteckt ist, und ist an der Achse 7 des Magnetankers 5 und damit des mechanischen Antriebs der Schaltvorrichtung 100 befestigt. Der Kontakthalter 47 kann ein- oder mehrstückig ausgebildet sein.

Der bewegliche Kontakt 4 und die Kontaktplatte 31 sind durch den Kontakthalter 47 von der Achse 7 elektrisch isoliert. Dadurch sind der bewegliche Kontakt 4 und die Kontaktplatte 31 elektrisch isoliert von den Komponenten des mechanischen Antriebs, also insbesondere von den Komponenten des Magnetankers 5, gelagert. Der Kontakthalter weist hierzu ein elektrisch isolierendes Material auf oder ist daraus, das beispielsweise ausgewählt ist aus Polymeren und Keramikmaterialien wie beispielsweise Polyoxymethylen (POM), insbesondere mit der Struktur (CH0) _n ,

Polybutylenterephthalat (PBT), Glasfaser-gefülltem PBT und elektrisch isolierenden Metalloxiden wie etwa AI2O3.

Die Kontaktplatte 31 ist am Kontakthalter 47 fixiert. Die Fixierung kann beispielsweise mittels einer Klemmung oder, wie gezeigt, besonders bevorzugt durch eine Umformung erfolgen. Hierzu ist die Kontaktplatte 31 vom Material des Kontakthalters 47 teilweise umformt, beispielsweise umgossen oder umspritzt. Zur Kontaktierung der zweiten Kontaktbereiche 302 der Federkontakte 30 ragen die Kontaktbereiche 312 der Kontaktplatte 31 in transversaler Richtung 93 aus dem Kontakthalter 47 heraus.

Wie in Figur 2C gezeigt ist, ist die Kontaktplatte 31 beispielsweise scheibenartig ausgebildet und weist eine zentrale Öffnung 313 auf, durch die im montierten Zustand die Achse 7 hindurchragt. Weiterhin kann die Kontaktplatte 31 wie gezeigt Verankerungslöcher 314 aufweisen, durch die das Material des Kontakthalters 47 hindurchgreifen kann, wodurch die Kontaktplatte 31 am Kontakthalter 47 fixiert und beispielsweise vor Verdrehung gesichert werden kann.

Der Kontakthalter 47 weist weiterhin einen unteren Anschlag 471 und einen oberen Anschlag 472 auf. Die Kontaktplatte 31 ist im unteren Anschlag 471 angeordnet, der im ersten Schaltzustand auf dem Schaltkammerboden 13 aufliegen kann.

Der bewegliche Kontakt 4 liegt im ersten Schaltzustand am oberen Anschlag 472 an. Zwischen dem beweglichen Kontakt 4 und dem unteren Anschlag 471 ist die in Figur 1 beschriebene Kontaktfeder 40 angeordnet, die der Übersichtlichkeit in den Figuren 2A und 2B nicht gezeigt ist und die den beweglichen Kontakt 4 gegen den oberen Anschlag 472 und damit in Richtung der feststehenden Kontakte 2, 3 drückt.

Bei dem Magnetanker mit dem beweglichen Kontakt 4 handelt es sich um ein Überhubsystem, bei dem der bewegliche Kontakt 4 verschiebbar am Kontakthalter 47 angeordnet ist. Beim Anschlägen des beweglichen Kontakts 4 an den feststehenden Kontakten 2, 3 und damit beim vollständigen Schließen des Schaltspalts kann die Kontaktfeder einfedern und der Magnetanker kann sich weiter bewegen, bis beispielsweise der magnetische Kern am Joch anliegt. Beispielsweise kann sich der Magnetanker um eine Strecke von kleiner oder gleich 1 mm und besonders bevorzugt von etwa 0,5 mm weiter als der bewegliche Kontakt 4 in vertikaler Richtung 91 nach oben bewegen. Durch das Einfedern der Kontaktfeder aufgrund des Überhubs kann der Anpressdruck des beweglichen Kontakts 4 an den feststehenden Kontakten 2, 3 erhöht werden und es kann eine gewisse Unempfindlichkeit gegenüber Vibrationen und mechanischen Stößen erreicht werden.

Die Schaltkammerwand 12 weist, wie insbesondere in den Figuren 2D bis 2F zu erkennen ist, in der horizontalen Schnittansicht eine rechteckige Querschnittsform oder zumindest eine an ein Rechteck angenäherte Querschnittsform auf, die wie gezeigt beispielsweise abgerundete Ecken haben kann. Die Schaltkammerwand 12 weist sich gegenüberliegende transversale Seitenwandteile 121 und sich gegenüberliegende longitudinale Seitenwandteile 122 auf, die die zumindest angenäherte Rechteckform ergeben. Die transversalen Seitenwandteile 121, die longitudinalen Seitenwandteile 122 und ein Deckelteil 119 mit Öffnungen 120 für die feststehenden Kontakte 2, 3 sowie mit den Öffnungen 125, 126 für die Hilfskontakte 25 und den Gaseinfüllstutzen 26 sind wie im gezeigten Ausführungsbeispiel angedeutet einstückig ausgebildet und bilden die Schaltkammerwand 12. Alternativ hierzu können die Seitenwandteile 121, 122 auch mit dem Schaltkammerboden 13 einstückig ausgebildet sein. Darüber hinaus können die Seitenwandteile 121, 122 ohne ein Deckelteil und ohne den Schaltkammerboden die

Schaltkammerwand 12 bilden, die dann zusammen mit dem separat gefertigten Deckelteil und dem separat gefertigten Schaltkammerboden 13 die Schaltkammer 11 bilden kann. Besonders bevorzugt ist die Schaltkammerwand 12 aus einem vorgenannten Keramikmaterial gebildet.

Jeder der Federkontakte 30 weist zwischen dem ersten und zweiten Kontaktbereich 301, 302 einen Verbindungsbereich 303 auf, der, wie in den Figuren 2A und 2B zu erkennen ist, entlang eines longitudinalen Seitenwandteils 122 verläuft.

Der erste und zweite Kontaktbereich 301, 302 jedes der Federkontakte 30 können sich bevorzugt vom jeweiligen longitudinalen Seitenwandteil 122 zumindest entlang der transversalen Richtung 93 in den Innenraum 15 der Schaltkammer 11 hinein erstrecken.

Die Federkontakte 30 und/oder die Kontaktplatte 31 weisen bevorzugt ein Material mit Kupfer oder einer Kupferlegierung auf. Besonders bevorzugt kann das Material ausgewählt sein aus CuBe, CuSn4, CuSn ₆ . Ein derartiges Material kann einen guten elektrischen Leitwert und eine geringe

Verschweißneigung aufweisen. Die Hilfskontakte 25 können aus einem oben für die feststehenden Kontakte 2, 3 beschriebenen Material oder aus einem für die Federkontakte 30 und/oder Kontaktplatte 31 beschriebenen Material gebildet sein.

Die Federkontakte 30 sind bevorzugt wie gezeigt bandförmig, insbesondere als Metallbänder, ausgebildet. Zumindest einer der Kontaktbereiche 301, 302 jedes der Federkontakte 30 kann federnd ausgebildet sein. Beispielsweise kann der erste Kontaktbereich 301 jedes Federkontakts 30 federnd ausgebildet sein und eine Federkraft auf einen Hilfskontakt 25 ausüben. Somit kann der erste Kontaktbereich 301 im montierten Zustand gegen einen Hilfskontakt 25 drücken und so die Federkraft ausüben .

Weiterhin sind alternativ oder zusätzlich die zweiten Federbereiche 302 federnd ausgebildet. Besonders bevorzugt üben die zweiten Kontaktbereiche 302 im ersten Schaltzustand eine Federkraft auf die Kontaktplatte 31 und insbesondere auf die Kontaktbereiche 312 dieser aus. Durch die federnde Wirkung der zweiten Kontaktbereiche 302 kann eine gegenüber Vibrationen und mechanischen Stößen erhöhte Unempfindlichkeit des mechanischen Kontakts zwischen der Kontaktplatte 31 und den zweiten Kontaktbereichen 302 der Federkontakte 30 erreicht werden. Besonders bevorzugt können die Federkraft der zweiten Kontaktbereiche 302 auf die Kontaktplatte 31 und damit der Gegendruck auf den Magnetanker und insbesondere den Kontakthalter 47 geringer sein als die Rückstellfederkraft einer Rückstellfeder des mechanischen Antriebs, die den Magnetanker vom durchschaltenden Schaltzustand in den nicht- durchschaltenden Schaltzustand bewegt. Besonders bevorzugt kann die Federkraft der zweiten Kontaktbereiche 302 auf die Kontaktplatte 31 kleiner oder gleich 20% der Rückstellfederkraft sein. Wie insbesondere in den Figuren 2D und 2E zu erkennen ist, weist die Schaltkammer 11 zumindest zwei Stege 123 auf, von denen jeder in longitudinaler Richtung 92 zwischen den zumindest zwei feststehenden Kontakten 2, 3 angeordnet ist und von denen sich jeder von zumindest einem longitudinalen Seitenwandteil 122 in transversaler Richtung 93 in die Schaltkammer 11 hinein erstreckt. Die Stege 123 sind in longitudinaler Richtung 92 voneinander beabstandet. Insbesondere erstrecken sich die Stege 123 in transversaler Richtung 93 über den beweglichen Kontakt 4 hinweg im Innenraum 15 der Schaltkammer 11 von einem der longitudinalen Seitenwandteile 122 zum anderen der longitudinalen Seitenwandteile 122. Weiterhin weisen die Stege 123 jeweils eine Aussparung 124 auf, in der sich der bewegliche Kontakt 4 während der Schaltvorgänge bewegen kann. Wie gezeigt können die Stege 123 bevorzugt unmittelbar an das Deckelteil 119 der Schaltkammerwand 12 anschließen. Insbesondere können die Stege 123 entlang und unmittelbar angrenzend an das Deckelteil 119 der Schaltkammer 11 verlaufen. Die Stege 123 sind besonders bevorzugt einstückig mit den Seitenwandteilen 122 und dem Deckelteil 119 der Schaltkammer 11 ausgebildet sein.

Durch die Stege 123 wird zwischen den feststehenden Kontakten 2, 3 ein Bereich im Innenraum 15 gebildet, der von den feststehenden Kontakten 2, 3 zumindest teilweise abgetrennt und damit elektrisch isoliert ist. In dem so gebildeten isolierten Raum 127 sind die Hilfskontakte 25, die Federkontakte 30 sowie auch der Gasfüllstutzen 26 angeordnet.

Besonders bevorzugt sind die Hilfskontakte 25 zwischen den zwei Stegen 123 symmetrisch zum beweglichen Kontakt 4 angeordnet. Entsprechend sind auch die Federkontakte 30 zwischen den zwei Stegen 123 symmetrisch zum beweglichen Kontakt 4 angeordnet. Dadurch, dass zwischen jedem der Hilfskontakte 25 und den feststehenden Kontakten 2, 3 sowie zwischen jedem der Federkontakte 30 und den feststehenden Kontakten 2, 3 zumindest einer der Stege 123 ausgebildet ist, sind die Hilfskontakte 25 und die Federkontakte 30 von den feststehenden Kontakten 2, 3 zumindest teilweise isoliert.

Wie in Figur 2G gezeigt ist, weist der Schaltkammerboden 13, der besonders bevorzugt aus POM gebildet ist, eine Bodenplatte 130 mit einer Öffnung 131 zur Durchführung der Achse 7 auf. Zumindest teilweise umlaufend am Rand der Bodenplatte 130 weist der Schaltkammerboden 13 Seitenwandteile 132 auf, die beim Zusammenfügen der Schaltkammer 11 die Seitenwandteile 121, 122 der Schaltkammerwand 12 fortsetzen können. Die Bodenplatte 130 kann zumindest in einigen Bereichen um die Öffnung 131 herum als Gegenanschlag für den unteren Anschlag 471 des Kontakthalters 47 dienen. Zur mechanischen Stabilisierung kann die Bodenplatte 130 wie gezeigt beispielsweise noch sich kreuzende Stege aufweisen.

Weiterhin weist der Schaltkammerboden 13 beidseitig der Öffnung 131 Wandteile 133 auf, die nebeneinander entlang der longitudinalen Richtung 92 zwischen den Stegen 123 der Schaltkammerwand 12 angeordnet sind und zwischen denen die Federkontakte 30 angeordnet sind. Insbesondere sind die Wandteile 133 zwischen die Stege 123 eingeschoben angeordnet und formen einen Zwischenraum, in dem die Federkontakte 30 teilweise angeordnet sind. Zur Fixierung der Federkontakte 30 können, wie in Figur 2G zu erkennen ist, Befestigungsnute 134 in den Wandteilen 133 vorhanden sein. Weiterhin sind die Kontaktbereiche 312 der Kontaktplatte 31 in diesem Zwischenraum angeordnet und bewegen sich beim Wechseln vom ersten zum zweiten Schaltvorgang und umgekehrt innerhalb dieses Zwischenraums in vertikaler Richtung 91.

In den Figuren 3A und 3B sind Ausschnitte der Schaltvorrichtung 100 entsprechend der Ansicht in Figur 2A gezeigt. In Figur 3A ist die Schaltvorrichtung 100 wie in Figur 2A im ersten Schaltzustand gezeigt, während die Schaltvorrichtung 100 in Figur 3B im zweiten Schaltzustand gezeigt ist. Die in den Figuren 3A und 3B gezeigten Komponenten und Merkmale der Schaltvorrichtung 100 entsprechen den in Verbindung mit den vorherigen Figuren beschriebenen Komponenten und Merkmalen. Der

Übersichtlichkeit halber sind daher in den Figuren 3A und 3B keine weiteren Bezugszeichen gezeigt.

Der bewegliche Kontakt ist im ersten Schaltzustand, wie weiter oben beschrieben ist, von den feststehenden Kontakten durch den Schaltspalt getrennt, so dass sich die Schaltvorrichtung 100 im nicht-durchschaltenden Schaltzustand befindet, während die Kontaktplatte mit den zweiten Kontaktbereichen der Federkontakte und damit auch mit den Hilfskontakten in elektrischem Kontakt steht. Dadurch sind die Hilfskontakte elektrisch leitend miteinander verbunden.

Im zweiten Schaltzustand sind der bewegliche Kontakt und die Kontaktplatte mittels des Magnetankers nach oben in Richtung der feststehenden Kontakte geschoben. Insbesondere ist nun der bewegliche Kontakt galvanisch mit den feststehenden Kontakten verbunden, so dass sich die Schaltvorrichtung im durchschaltenden Schaltzustand befindet. Die Kontaktplatte ist hingegen elektrisch von den Federkontakten getrennt, so dass auch die Hilfskontakte elektrisch voneinander getrennt sind. Beispielsweise eine Widerstandsmessung des elektrischen Widerstands zwischen den Hilfskontakten erlaubt somit eine Detektion des Schaltzustands der Schaltvorrichtung.

Die zweiten Kontaktbereiche der Federkontakte sind derart ausgebildet, dass die Kontaktplatte bei einem Übergang der Schaltvorrichtung vom ersten zum zweiten Schaltzustand einen mechanischen Kontakt zu den zweiten Kontaktbereichen der Federkontakte nach einem Zurücklegen eines Weges verliert, der kleiner oder gleich 20% des Schaltspalts ist. Dadurch kann erreicht werden, dass der Weg, den der Magnetanker auf seinem Weg vom ersten zum zweiten Schaltzustand zurücklegen muss, bevor der Kontakt zwischen der Kontaktplatte und den Federkontakten abreißt, sehr klein ist. Die zweiten Kontaktbereiche der Federkontakte sind besonders bevorzugt so ausgebildet und nach oben gebogen, dass sie bei einem Kontakt mit den Kontaktbereichen der Kontaktplatte beim Herunterfahren des Magnetankers und somit auch der Kontaktplatte bis zum unteren Anschlag des Magnetankers etwa 0,5 mm heruntergedrückt werden und entsprechend beim Hochfahren des Magnetankers und damit der Kontaktplatte nach der entsprechenden Strecke den Kontakt mit der Kontaktplatte verlieren.

Im Fall, dass der bewegliche Kontakt durch ein Verkleben oder einen mechanischen Defekt im durchschaltenden Zustand verbleibt, obwohl der mechanische Antrieb abgeschaltet wurde und die Schaltvorrichtung in den ersten Schaltzustand zurückkehren sollte, bleibt die Kontaktplatte von den zweiten Kontaktbereichen der Federkontakte beabstandet, so dass an den Hilfskontakten nicht der erste Schaltzustand abgelesen wird. Dies ist auch unter Berücksichtigung des Überhubs möglich, da der Magnetanker mit der Kontaktplatte zwar im Vergleich zum beweglichen Kontakt ein gewisses Stück nach unten in Richtung des Schaltkammerbodens fällt, der Abstand zwischen der Kontaktplatte und den zweiten Kontaktbereichen der Federkontakte aber immer noch groß genug ist, um eindeutig keine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Hilfskontakten herzustellen. Eine mechanische Beeinflussung durch Schocks folgt den Eigenschaften des mechanischen Antriebs und des beweglichen Kontakts, das heißt, dass der elektrische Kontakt der Hilfskontakte zueinander auch nach einer Abhebung des beweglichen Kontakts von den feststehenden Kontakten durch eine Beschleunigung richtig eine nicht vollständige Öffnung anzeigen würde. Die hier beschriebene Schaltvorrichtung ermöglicht somit eine zuverlässige Erkennung des Zustandes „sicher geöffnet" und verbindet diese mit einer einfachen Mechanik zur Detektion und zum Herausführen des Signals aus einer hermetisch versiegelten Schaltkammer .

Ein weiterer Vorteil liegt in einer sehr kostengünstigen Herstellung, da keine Beschaltung und keine integrierten Schaltkreise notwendig sind. Weiterhin ist keine magnetische Beeinflussung der Detektion möglich. Ferner erfolgt die Detektion der Schaltzustände weit entfernt von den Hauptkontakten, also weit entfernt von den feststehenden Kontakten und dem beweglichen Kontakt, so dass keine Probleme in Bezug auf eine Isolierung oder in Bezug auf die Gefahr einer Zerstörung durch Schaltlichtbögen entsteht.

Die Ausführung in Anlehnung an die Norm IEC 60947-5-1 ermöglicht in dieser Form auch die Detektion des Zustands „Schaltvorrichtung kann nicht schließen", also des Zustands, dass das bewegliche System in der offenen Lage blockiert.

Auch bei einer Zerstörung des oberen Teils der Schaltvorrichtung kann noch eine Detektion vorgenommen werden, ob die Schaltvorrichtung in den nicht- durchschaltenden Zustand versetzt wurde.

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 Schaltkämmer 12 Schaltkammerwand

13 Schaltkämmerboden

14 gasdichter Bereich

15 Innenraum

25 Hilfskontakt

26 Gasfüllstutzen 27 Zuleitung

30 Federkontakt

31 Kontaktplatte 40 Kontaktfeder 47 Kontakthalter

91 vertikale Richtung

92 longitudinale Richtung

93 transversale Richtung 100 SchaltVorrichtung

119 Deckelteil

120 Öffnung 121 transversales Seitenwandteil 122 longitudinales Seitenwandteil

123 Steg

124 Aussparung 125 Öffnungen für Hilfskontakt

126 Öffnung für Gasfüllstutzen

127 Raum

130 Bodenplatte

131 Öffnung

132 Seitenwandteil

133 Wandteil 301, 302 Kontaktbereich 303 Verbindungsbereich

312 Kontaktbereich

313 Öffnung

314 Verankerungslöcher

471 472 Anschlag