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Die
Erfindung betrifft einen Schalter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Schalter
werden in den verschiedensten technischen Bereichen, insbesondere
in der Kraftfahrzeugtechnik eingesetzt, um Lastströme zu schalten
oder in Form eines Sicherheitsschalters eine Lasttrennung in einem
Crash-Fall zu gewährleisten. Dafür werden
Trennschalter für
hohe Lasten benötigt,
die reversibel zwischen definierten Zuständen geschaltet werden können. Ein
solcher Trennschalter soll mechanisch einfach konstruiert, kostengünstig herzustellen
und eine lange Lebensdauer aufweisen.
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Üblicherweise
werden zur Lasttrennung im Kraftfahrzeugbereich pyrotechnische Schalter
zwischen einem Pol der Batterie und dem Bordnetz eingesetzt. Allerdings
ist bei den pyrotechnischen Schaltern die Trennung ein irreversibler
Vorgang, d.h. die Verbindung kann maximal mechanisch zurückgesetzt
werden und der Trennschalter muss nach Auslösung ausgetauscht werden. Zur
irreversiblen Lastabschaltung finden relativ teure Hochstromrelais
sowie Halbleiterschalter Verwendung.
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Aus
DE 198 25 246 C1 ist
ein elektromechanischer Batterietrennschalter bekannt, der einen Bordnetz-Anschlussleiter
aufweist, der mit dem Pluspol der Batterie verbunden ist und unmittelbar
zum Fahrzeugbordnetz führt.
Weiterhin weist der Batterietrennschalter einen Generator-/Anlasser-Anschluss auf,
der den Generator-/Anlasser-Stromkreis über ein Kontaktpaar mit dem
Batteriepol verbindet. Das Kontaktpaar wird von einem Elektromagnetsystem betätigt, das
beispielsweise durch einen Kurzschlusssensor oder einem Crash-Sensor
zur Auslösung
gebracht wird. Im Fall eines Crashs wird das Generator- /Anlasser-Kabel von
der Batterie abgetrennt, während
das Bordnetz in Betrieb bleibt. In dem bekannten Batterietrennschalter
wird ein Elektromagnetsystem mit einem Joch, einem Kern, einer Spule
und einem Anker verwendet, wobei der Anker in Wirkverbindung mit
einer Kontaktfeder steht, deren Lage mit der Bestromung des Elektromagneten
verändert
wird, so dass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Kontaktfeder
und einem zugeordneten Kontakt geöffnet bzw. geschlossen wird.
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Aus
DE 199 22 332 C1 ist
eine Sicherheitseinrichtung für
Fahrzeuge bekannt, bei der ein Hochstrom-Trennschalter für die Batterie
und das Bordnetz beschrieben ist. Der Hochstrom-Trennschalter weist einen vierstufigen
Schalter auf, dessen weitere Kontaktstellen einen Batterieanschluss,
einen Bordnetzanschluss sowie einen gegenüber den mit dem Bordnetz verbundenen
sonstigen Verbrauchern gesonderten Anschluss für die bei einem Unfall gefährdeten
Bereich liegenden elektrischen Komponenten aufweist. Für die Herstellung
der Kontaktverbindungen mit den einzelnen Bereichen weist der Batterietrennschalter
eine auf einem rohrförmigen
Kontaktträger
verschiebbare Schalthülse
auf. Die Schalthülse
weist voneinander getrennte elektrische Bereiche auf, die eine Kontaktbrückenfunktion
erfüllen,
wobei die Schaltdüse
in beliebiger Weise motorisch antreibbar ist.
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Aus
DE 40 15 005 A1 ist
eine elektromechanische Umschaltvorrichtung, insbesondere für Weichen
und Kupplungen von Modelleisenbahnen bekannt. Die Umschalteinrichtung
weist einen Elektromagneten auf, zwischen dessen Polen ein stabförmiger Betätiger angeordnet
ist. Der stabförmige
Betätiger
weist an beiden Enden Permanentmagnete auf.
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Aus
der Offenlegungsschrift
DE 16
65 237 ist ein elektrischer Schalter bekannt, der einen
scheibenförmigen
Dauermagneten aufweist. Der Dauermagnet ist zwischen Polen zweier
Spulen angeordnet und auf einer Spindel verschiebbar gelagert.
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Aus
DE 34 02 372 A1 ist
ein elektrisches Schaltelement bekannt, das ein feststehendes, stabförmiges Kontaktelement
aufweist. Das Kontaktelement besteht aus zwei Elektroden und einem
Isolator, sowie einem leitfähigen
lichtbogenlöschenden
Abschnitt, auf dem ein axial verschiebbarer Schieber mit Kontaktbrücken angeordnet
ist.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen einfach aufgebauten Schalter,
der zuverlässig funktioniert
und kostengünstig
herzustellen ist, bereitzustellen.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird durch den Schalter gemäß den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Ein
Vorteil des erfindungsgemäßen Schalters
besteht darin, dass der Schalter zuverlässig, sicher und schnell funktioniert.
Dieser Vorteil wird dadurch erreicht, dass wenigstens ein Elektromagnet und
ein Permanentmagnet vorgesehen sind, wobei entweder der Elektromagnet
oder der Permanentmagnet auf einem beweglichen Kontaktteil des Schalters
angeordnet ist. Dem Elektromagnet bzw. dem Permanentmagnet ist ein
Permanentmagnet bzw. ein Elektromagnet zugeordnet, der am Gehäuse des Schalters
befestigt ist. In Abhängigkeit
von der Bestromung des Elektromagneten wird das linear beweglich
gelagerte Kontaktteil schnell und zuverlässig in eine von wenigstens
zwei verschiedenen Schaltpositionen bewegt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist der Permanentmagnet und/oder der Kern des Elektromagneten
in dem zu schaltenden Strompfad angeordnet. Auf diese Weise ist
ein kompakter Aufbau des Schalters möglich, wobei zur Stromführung auch
der Permanentmagnet und/oder der Elektromagnet verwendet wird.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist das Kontaktteil eine Kontaktfläche auf, die einer feststehenden
zweiten Kontaktfläche
des Gehäuses
zugeordnet ist. Eine Kontaktfläche
wird durch den Kern des Elektromagneten und die andere Kontaktfläche durch
den Permanentmagneten dargestellt, wobei im Kontaktzustand der Kontaktflächen sowohl
der Kern des Elektromagneten als auch der Permanentmagnet im zu
schaltenden Strompfad angeordnet sind.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist das Kontaktteil zwei gegenüberliegende Enden
auf, an denen jeweils ein Permanentmagnet angeordnet ist. Jedem
der Permanentmagnete ist ein am Gehäuse befestigter Elektromagnet
zugeordnet. Durch diese Anordnung der Permanentmagnete und Elektromagnete
kann das Kontaktteil schnell und zuverlässig zwischen zwei Schaltpositionen
hin- und hergeschaltet werden, in denen je weils ein Permanentmagnet
an dem zugeordneten Elektromagnetischen anliegt.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist wenigstens einer der Kerne der Elektromagneten mit der Batterie
oder dem Bordnetz elektrisch leitend verbunden und der zu schaltende
Strom wird über
den zugeordneten Permanentmagneten und den Kern des Elektromagneten
schaltet. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Kerne beider
Elektromagneten mit einem entsprechenden elektrischen Kontakt elektrisch
leitend verbunden. Vorzugsweise sind beide Kerne der Elektromagnete mit
dem gleichen Kontakt, vorzugsweise mit der Batterie des Kraftfahrzeuges,
elektrisch leitend verbunden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist das Kontaktteil an einer Seitenfläche eine Kontaktfläche auf,
die in Abhängigkeit
von der Schaltposition des Kontaktteils mit wenigstens einem dritten
Kontakt des Gehäuses
kontaktierbar ist.
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Vorzugsweise
ist das Kontaktteil in voneinander elektrisch isolierte Kontaktbereiche
unterteilt, wobei ein Kontaktbereich mit einer Kontaktfläche des Kontaktteils
elektrisch leitend verbunden ist. In Abhängigkeit von der Schaltposition
des Kontaktteils werden die Kontaktbereiche mit unterschiedlich
zugeordneten Kontakten elektrisch leitend verbunden. Durch diese
Ausführungsform
ist eine große
Flexibilität
bei der Ausbildung unterschiedlicher Schaltzustände mit einer Vielzahl von
elektrischen Kontakten möglich.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist das Kontaktteil zwischen zwei Führungsschienen geführt, wobei
am Kontaktteil ein Permanentmagnet angeordnet ist, der einem Elektromagneten
des Gehäuses
zugeordnet ist. Die magnetischen Pole des Permanentmagneten sind
in der Führungsrichtung
des Kontaktteils hintereinander angeordnet, so dass eine magnetische
Führung
des Kontaktteils zwischen den ferromagnetischen Führungsschienen
gegeben ist. Auf diese Weise wird eine Zentrierung des Kontaktteils
zwischen den Führungsschienen
bereitgestellt, die zu einer Verringerung der Reibung zwischen dem
Kontaktteil und den Führungsschienen
führt.
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In
einer weiteren Ausführungsform
sind zwei Kontakte am Gehäuse
ausgebildet, die als Schleifkontakte ausgebildet sind und am Kontaktteil
anliegen. In Abhängigkeit
von der Schaltposition des Kontaktteils werden aufgrund der Kontaktbereiche
des Kontaktteils, die voneinander elektrisch isoliert sind, die
zwei Kontakte elektrisch leitend miteinander verbunden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist zwischen zwei Kontaktblöcken
ein Kontaktraum ausgebildet, in den das Kontaktteil aufgrund der
Bestromung des mindestens einen Elektromagneten bewegbar ist. Zudem
weist der Kontaktraum zwei konisch zulaufende Seitenflächen auf,
die in Kontakt mit Seitenflächen
des Kontaktteils bringbar sind. Vorzugsweise weist das Kontaktteil
Seitenflächen
auf, die annähernd
parallel zu den Seitenflächen
des Kontaktraumes ausgebildet sind. Auf diese Weise wird eine selbstjustierende
Ausrichtung des Kontaktteils im Kontaktraum erreicht.
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Die
Erfindung wird in folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des Schalters,
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2 eine
zweite Schaltposition des Schalters,
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3 eine
dritte Schaltposition des Schalters,
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4 eine
vierte Schaltposition des Schalters,
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5 eine
zweite Ausführungsform
des Schalters,
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6 die
zweite Ausführungsform
des Schalters in einer zweiten Schaltposition,
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7 eine
dritte Ausführungsform
des Schalters,
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8 die
dritte Ausführungsform
des Schalters in einer zweiten Schaltposition,
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9 eine
bevorzugte Ausführungsform
des Schalters mit einer magnetischen Führung,
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10 eine
vierte Ausführungsform
des Schalters,
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11 die
vierte Ausführungsform
des Schalters in einer Seitenansicht,
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12 die
vierte Ausführungsform
des Schalters beim Öffnen
des Kontakts,
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13 die
vierte Ausführungsform
des Schalters im vollständig
geöffneten
Zustand, und
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14 eine
fünfte
Ausführungsform
des Schalters.
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1 zeigt
in einer schematischen Darstellung einen Schalter, der vorzugsweise
als Sicherheitstrennschalter in einem Kraftfahrzeug eingesetzt wird.
In der dargestellten Ausführungsform
ist der Schalter 24 zwischen eine Batterie 14 eines
Kraftfahrzeuges und zwei elektrischen Leitungen 18, 19 eines
Bordnetzes des Kraftfahrzeuges geschaltet. Dazu weist der Schalter
ein Gehäuse 1 auf,
an dem ein erster Kontakt 15 ausgebildet ist, der elektrisch leitend
mit der Batterie 14 verbunden ist. Weiterhin ist ein zweiter
Kontakt 16 ausgebildet, der elektrisch leitend mit der
ersten Leitung 18 verbunden ist. Zudem ist ein dritter
Kontakt 17 ausgebildet, der elektrisch leitend mit der
zweiten Leitung 19 verbunden ist. Der erste, der zweite
und der dritte Kontakt 15, 16, 17 sind
vor zugsweise als Gleitkontakte ausgebildet, deren Gleitflächen einem
Kontaktteil 4 zugeordnet sind, das im Gehäuse 1 linear
beweglich gehaltert ist. Dazu sind zwei Paare von Führungsschienen 10, 11, 12, 13 vorgesehen,
die in zwei Führungsbereichen das
Kontaktteil 4 seitlich führen. Das Kontaktteil 4 weist
im Wesentlichen eine rechteckförmige
Stabform auf, an deren beiden Enden jeweils ein erster bzw. zweiter
Permanentmagnet 8, 9 angeordnet ist. Dem Permanentmagneten 8, 9 ist
jeweils ein am Gehäuse 1 befestigter
erster bzw. zweiter Elektromagnet 2, 3 zugeordnet.
Der erste und der zweite Elektromagnet 2, 3 stehen über Steuerleitungen 33 mit
einem Steuergerät 23 in
Verbindung. In Abhängigkeit von
der Bestromung des ersten und des zweiten Elektromagneten 2, 3 durch
das Steuergerät 23 ist das
Kontaktteil 4 zwischen dem ersten und dem zweiten Elektromagneten 2, 3 hin-
und herbewegbar. Somit kann das Kontaktteil 4 wenigstens
zwei verschiedene Positionen entlang der durch die Führungsschienen 10, 11, 12, 13 vorgegebenen
Bewegungsachse einnehmen. Das Kontaktteil 4 weist voneinander
elektrisch isolierte Bereiche auf, mit denen individuelle Strompfade über das
Kontaktteil 4 zwischen den Kontakten 15, 16, 17 einstellbar
sind.
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In
der dargestellten Ausführungsform
weist das Kontaktteil 4 einen leitenden Bereich 5 auf,
der in der Mitte des Kontaktteils 4 angeordnet ist. Zwischen dem
leitenden Bereich 5 und den an den Endbereichen angeordneten
Permanentmagneten 8, 9 ist jeweils ein isolierender
Bereich 6, 7 ausgebildet. In der dargestellten
Position liegt der zweite Permanentmagnet 9 am zugeordneten
zweiten Elektromagneten 3 an. Dies wird beispielsweise
dadurch erreicht, dass der zweite Elektromagnet 3 in entsprechender
Weise bestromt wird, oder dass der Kern des zweiten Elektromagneten
aus einem ferromagnetischen Material besteht und dadurch der zweite
Permanentmagnet 9 an den Kern des zweiten Elektromagneten 3 gezogen
wird. In dieser Position ist der erste Kontakt 15 elektrisch
leitend über
den leitenden Bereich 5 mit dem zweiten und dem dritten
Kontakt 16, 17 verbunden. Somit versorgt die Batterie 14 sowohl
die erste als auch die zweite Leitung 18, 19 mit
einer elektrischen Spannung.
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Das
Steuergerät 23 steuert
in Abhängigkeit von
gewünschten
Schaltpositionen den ersten und den zweiten Elektromagneten 2, 3 in
der Weise an, dass die gewünschten
Schaltpositionen durch das Kontaktteil 4 eingestellt wird.
Beispielsweise überwacht
das Steuergerät 23 mithilfe
eines Crash-Sensors einen Unfall des Fahrzeuges und schaltet bei
Erkennen eines Unfalls das Kontaktteil 4 in eine für den Unfall
vorteilhafte Schaltposition.
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In
Abhängigkeit
von der gewählten
Ausführungsform
kann anstelle von zwei Elektromagneten 2, 3 auch
nur ein Elektromagnet 2 eingesetzt werden.
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Zudem
können
anstelle der dargestellten Ausführungsform
die Elektromagnete 2, 3 auch an den Enden des
Kontaktteils 4 angeordnet sein und der erste und der zweite
Permanentmagnet 8, 9 fest am Gehäuse 1 verbaut
sein. Diese Ausführungsform weist
jedoch gegenüber
der vorhergehenden Ausführungsform
den Nachteil auf, dass die Stromversorgung der sich bewegenden Elektromagnete 2, 3 deutlich
aufwändiger
ist.
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In
den 2 bis 4 werden verschiedene Schaltzustände des
Schalters gemäß 1 dargestellt.
In 2 ist ein Ausschnitt des Schalters 24 dargestellt,
wobei das Kontaktteil 4 mit dem zweiten Permanentmagneten 9 am
zweiten Elektromagneten 3 anliegt. In dieser Position sind
weder der erste noch der zweite Permanentmagnet 8, 9 bestromt.
Der erste Kontakt 15, der mit der Batterie 14 verbunden
ist, ist über
den leitenden Bereich 5 sowohl mit dem zweiten als auch
mit dem dritten Kontakt 16, 7 elektrisch leitend
verbunden. In dieser Position wird die Haltekraft, mit der das Kontaktteil 4 am
zweiten Elektromagneten 3 gehalten wird, durch die magnetische Anziehungskraft
zwischen dem zweiten Permanentmagneten 9 und dem Kern des
zweiten Elektromagneten 3 bereitgestellt, der aus einem
ferromagnetischen Material, wie z.B. Eisen, besteht.
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In 3 ist
eine Umschaltsituation dargestellt, bei der sowohl der erste als
auch der zweite Elektromagnet 2, 3 bestromt sind.
Die zwei Elektromagnete 2, 3 sind in der Weise
bestromt, dass beide Elektromagnete 2, 3 eine
elektrische Kraft auf das Kontaktteil 4 ausüben, um
das Kontaktteil 4 in Richtung auf den ersten Elektromagneten 2 zu
bewegen. Die magnetischen Kräfte
sind in Form von Pfeilen und dem Buchstaben F schematisch angedeutet.
Zudem sind die durch die Bestromung der Elektromagnete 2, 3 sich
ausbildenden magnetischen Pole an den Elektromagneten 2, 3 in
Form von Großbuchstaben
angedeutet. In dieser Situation weist der zweite Elektromagnet 2, 3 einen
magnetischen Südpol
S auf, der dem magnetischen Südpol
S des zweiten Permanentmagneten 9 zugeordnet ist. Dadurch
wirkt zwischen dem zweiten Elektromagneten 3 und dem zweiten
Permanentmagneten 9 eine magnetische Abstoßungskraft.
Im Gegensatz dazu wirkt zwischen dem ersten Elektromagneten 2 und
dem ersten Permanentmagneten 8 eine magnetische Anziehungskraft,
da der erste Elektromagnet 2 einen magnetischen Südpol 5 aufweist,
der dem magnetischen Nordpol N des ersten Permanentmagneten 8 zugewandt
ist. Während
der Bewegung des Kontaktteils 4 von der ersten Anlageposition
am zweiten Elektromagneten 3 in Richtung auf die zweite
Anlageposition zum ersten Elektromagneten 2 gleitet der
leitende Bereich 5 an dem ersten, an dem zweiten und an dem
dritten Kontakt 15, 16, 17 entlang.
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4 zeigt
das Kontaktteil 4 in der zweiten Anlageposition, in der
der erste Permanentmagnet 8 am ersten Elektromagneten 2 anliegt
und der erste und der zweite Elektromagnet 2, 3 nicht
mehr bestromt werden. Dies ist in Form von zwei Nullen angedeutet,
die über
dem ersten und dem zweiten Elektromagneten 2, 3 dargestellt
sind. In dieser Position wird die Haltekraft des Kontaktteils 4 am
ersten Elektromagneten 2 durch die magnetische Anziehungskraft
zwischen dem ersten Permanentmagneten 8 und dem Eisenkern
des ersten Elektromagneten 2 bewirkt. In dieser Schaltposition
liegt der dritte Kontakt 17 nicht mehr am leitenden Bereich 5,
sondern an einem ersten isolierenden Bereich 6 an. Somit
ist in der zweiten Schaltposition eine elektrisch leitende Verbindung
nur zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt 15, 16 hergestellt.
Somit kann im Fall eines Unfalls, der vom Steuergerät 23 erkannt
wird, durch eine entsprechende Bestromung des ersten und des zweiten
Elektromagneten 2, 3 das Kontaktteil 4 von
der ersten Schaltposition der 2 in die zweite
Schaltposition der 4 geschaltet werden, in der
die Stromversorgung der zweiten Leitung 19, die am dritten
Kontakt 17 angeschlossen ist, unterbrochen wird. Damit
können
Bereiche des Bordnetzes von der Spannungsversorgung getrennt werden, die
bei einem Unfall und einer evtl. Beschädigung des Bordnetzes zu einem
Sicherheitsrisiko führen könnten.
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Durch
entsprechende Formen eines oder mehrerer leitender Bereiche 5 und
eines oder mehrerer isolierender Bereiche 6, 7 können die
verschiedensten Schaltpositionen zwischen zu verbindenden Kontakten
hergestellt werden. In einer einfachen Ausführungsform kann beispielsweise
auch nur ein erster und ein zweiter Kontakt 15, 16 vorgesehen sein,
die abhängig
von der Lage des Kontaktteils 4 miteinander elektrisch
leitend verbunden oder getrennt sind.
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Der
erste Permanentmagnet 8 weist am Ende des Kontaktteils 4 einen
magnetischen Nordpol N und daran anschließend zur Mitte des Kontaktteils 4 hin
einen magnetischen Südpol
S auf. Der zweite Permanentmagnet 9 weist am Ende des Kontaktteils 4 einen
magnetischen Südpol
S und zur Mitte des Kontaktteils 4 hin einen magnetischen
Nordpol N auf. Abhängig
von der gewünschten
Ausführungsform können auch
andere Kombinationen oder Anordnungen von magnetischen Polen verwendet
werden. Die Elektromagneten 2, 3 können beispielsweise
immer oder nur zum Bewegen des Kontaktteils und vorzugsweise bei
eingeschalteter Zündung
im Kraftfahrzeug bestromt werden.
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In
einer weiteren einfachen Ausführungsform ist
nur ein Elektromagnet 2 vorgesehen, und anstelle des zweiten
Elektromagneten 3 ist entweder ein Permanentmagnet oder
ein Magnet aus ferromagnetischem Material angeordnet. Bei dieser
Ausführungsform
muss jedoch die magnetische Kraft des einzelnen Elektromagneten
in der Weise bemessen sein, dass das Kontaktteil 4 durch
die magnetische Kraft des Elektromagneten bis zum fest am Gehäuse angeordneten
Permanentmagneten oder ferromagnetischen Material verschoben werden
kann. Zudem muss eine ausreichend große magnetische Anziehungskraft
zwischen dem Elektromagneten und dem zugeordneten Permanentmagneten
ausgebildet werden können,
damit das Kontaktteil wieder zurück
zum Elektromagneten gezogen werden kann.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform,
die in den 5 und 6 dargestellt
ist, werden die Kerne des ersten und des zweiten Elektromagneten 2, 3 an
die Batterie angeschlossen. 5 zeigt
die zweite Ausführungsform
des Schalters, bei der der Kern des ersten und des zweiten Elektromagneten 2, 3 aus
einem elektrisch leitenden Material bestehen und die Kerne über dritte
und vierte Leitungen 25, 26 mit der Batterie 14 bzw.
mit dem ersten Gleitkontakt 15 wie in 5 dargestellt,
elektrisch leitend verbunden sind. Damit werden die metallischen Kerne
der Elektromagnete 2, 3 zusätzlich zum ersten Kontakt 15 als
Strompfade verwendet. In entsprechender Weise sind auch der erste
und der zweite Permanentmagnet 8, 9 elektrisch
leitend ausgebildet. In den weiteren Merkmalen entspricht die Ausführungsform
der 5 im Wesentlichen der Ausführungsform der 1.
In der dargestellten Schaltposition werden sowohl der zweite als
auch der dritte Kontakt 16, 17 über den
ersten Kontakt 15 mit Strom versorgt.
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Das
in 5 dargestellte Kontaktteil 4 weist einen
leitenden Bereich 5 auf, der bis zum ersten Permanentmagneten 8 geführt ist.
Zwischen dem leitenden Bereich 5 und dem zweiten Permanentmagneten 9 ist
ein erster isolierender Bereich 6 ausgebildet. Somit ist
eine Stromversorgung des zweiten und des dritten Kontaktes 16, 17 über den
Kern des zweiten Elektromagneten 3 nicht möglich. In
Abhängigkeit von
der gewählten
Ausführungsform
kann auch der erste isolierende Bereich 6 durch einen entsprechend
leitenden Bereich ersetzt sein, so dass der zweite und der dritte
Kontakt 16, 17 auch über die vierte Leitung 26,
den Kern des zweiten Elektromagneten 3 und den zweiten
Permanentmagneten 9 mit Strom versorgt werden. In 5 liegt
das Kontaktteil 4 mit dem zweiten Permanentmagneten 9 am
Kern des zweiten Elektromagneten 8 an.
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In 6 ist
eine zweite Schaltposition dargestellt, in der das Kontaktteil 4 mit
dem ersten Permanentmagneten 8 am Kern des ersten Elektromagneten 2 anliegt.
Zudem befinden sich der erste und der zweite Kontakt 15, 16 in
Anlage an dem leitenden Bereich 5. Der dritte Kontakt 17 liegt
am ersten isolierenden Bereich 6 an, so dass der dritte
Kontakt 17 elektrisch isoliert ist. In dieser Schaltposition
wird der zweite Kontakt 16 über einen ersten Strompfad
und einen zweiten Strompfad mit Strom versorgt. Der erste Strompfad
führt über den
ersten Kontakt 15 und den leitenden Bereich 5 des
Kontaktteils 4 zum zweiten Kontakt 16. Der zweite
Strompfad führt über die dritte
Leitung 25, den Kern des ersten Elektromagneten 2,
den ersten Permanentmagneten 8 und den leitenden Bereich 5 zum
zweiten Kontakt 16.
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7 zeigt
eine dritte Ausführungsform
des Schalters, der im Wesentlichen entsprechend dem Schalter der 5 aufgebaut
ist, wobei jedoch der erste Kontakt 15 entfallen ist und
das Kontaktteil 4 zwischen dem ersten und dem zweiten Permanentmagneten 8, 9 aus
einem leitenden Bereich 5 besteht, wobei jedoch eine Ausnehmung 27 im
Kontaktteil 4 ausgebildet ist. In der ersten Schaltposition,
die in 7 dargestellt ist, sind die Kerne des ersten und des
zweiten Elektromagneten 2, 3 aus einem elektrisch
leitenden Material hergestellt und über eine dritte bzw. vierte
Leitung 25, 26 mit einer Versorgungsspannung verbunden,
die beispielsweise in Form der Batterie 14 des Kraftfahrzeuges
ausgebildet ist. In der ersten Schaltposition liegt das Kontaktteil 4 mit
dem zweiten Permanentmagneten 9 am zugeordneten zweiten
Elektromagneten 3 an. Der zweite und der dritte Kontakt 16, 17 liegen
elektrisch leitend am leitenden Bereich 5 des Kontaktteils 4 an. Somit
werden in dieser Position der zweite und der dritte Kontakt 16, 17 über die
vierte Leitung 26, den Kern des zweiten Elektromagneten 3,
den zweiten Permanentmagneten 9 und den leitenden Bereich 5 mit
Strom versorgt. Die Ausnehmung 27 ist neben dem Bereich
ausgebildet, in dem der dritte Kontakt 17 am leitenden
Bereich 5 anliegt.
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Wird
nun durch eine entsprechende Bestromung des ersten und des zweiten
Elektromagneten 2, 3 das Kontaktteil 4 zur
Anlage an den ersten Elektromagneten 2 bewegt, so stellt
sich eine Kontaktsituation ein, wie sie in 8 dargestellt
ist. In der 8 ist nur der zweite Kontakt 16 in
elektrisch leitendem Kontakt mit dem leitenden Bereich 5.
Aufgrund der gegenüber 7 versetzten
Position des Kontaktteils 4 ist der dritte Kontakt 17 über der
Ausnehmung 27 angeordnet und hat keinen elektrischen Kontakt
zum leitenden Bereich 5. In dieser Position wird ein elektrischer
Strom über
die dritte Leitung 25, den Kern des ersten Elektromagneten 2,
den ersten Permanentmagneten 8 und den leitenden Bereich 5 zum
zweiten Kontakt 16 geführt.
Anstelle der Ausnehmung 27 kann auch ein isolierter Bereich
vorgesehen sein, der in der zweiten Schaltposition den Kontakt 17 vom
leitenden Bereich 5 elektrisch isoliert.
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9 zeigt
eine weitere bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung, bei der wenigstens ein erster Elektromagnet 2 angrenzend
an die erste und die zweite Führungsschiene 10, 11 angeordnet
ist. Vorzugsweise kann der erste Elektromagnet 2 auch wenigstens
teilweise zwischen der ersten und der zweiten Führungsschiene 10, 11 angeordnet
sein. Die erste und die zweite Führungsschiene 10, 11 sind
in dieser Ausführungsform aus
einem elektrisch leitenden Material hergestellt. Zwischen dem ersten
Elektromagneten 2 und dem ersten Permanentmagneten 8 bildet
sich ein magnetisches Feld aus, das unterstützt eine mittige Führung des
Kontaktteils 4 zwischen der ersten und der zweiten Führungsschiene 10, 11 unterstützt. Dadurch
wird die Reibung zwischen dem Kontaktteil 4 und den Führungsschienen 10, 11 reduziert.
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Die
Verwendung der Kerne der Elektromagneten 2, 3 als
elektrische Kontaktflächen
zum Führen von
Strom weist den Vorteil auf, dass die durch die Elektromagneten 2, 3 und/oder
Permanentmagneten 8, 9 erzeugte Magnetkraft zu
einer erhöhten
Kontaktkraft zwischen dem Kern des Elektromagneten und dem zugeordneten
Permanentmagneten 8, 9 führt.
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In
der in 9 dargestellten Ausführungsform kann zusätzlich wenigstens
eine Wicklung 28 der Magnetspule des ersten Elektromagneten 2 vor dem
Kern des ersten Elektromagneten 2 und über der ersten und zweiten
Führungsschiene 10, 11 angeordnet
sein. Die zusätzliche
Wicklung 28 erhöht durch
die besondere Lage die auf den Permanentmagneten 8 einwirkende
Magnetkraft.
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Die 10 bis 14 beschreiben
eine weitere Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Schalters,
bei der zwischen zwei Kontaktblöcken 20, 21 ein
Kontaktraum 22 ausgebildet ist, der wenigstens an einer
Kontaktfläche
sich in der Bewegungsrichtung des Kontaktteils 4 verjüngt. In 10 ist eine
Seitenansicht der Anordnung dargestellt, in der der erste und der
zweite Elektromagnet 2, 3 übereinander angeordnet sind
und das Kontaktteil 4 zwischen dem ersten und dem zweiten
Elektromagneten 2, 3 über die erste und die zweite
Führungsschiene 10, 11 geführt ist.
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11 zeigt
eine weitere Seitenansicht der Anordnung, in der ein erster und
ein zweiter Kontaktblock 20, 21 dargestellt sind,
wobei der erste Kontaktblock 20 mit der Batterie 14 und
der zweite Kontaktblock 21 mit einer ersten Leitung 18 des
Bordnetzes eines Kraftfahrzeuges elektrisch leitend verbunden ist.
Der erste und der zweite Kontaktblock 20, 21 weisen
Kontaktflächen 29, 30 auf,
die einander zugeordnet sind und den Kontaktraum 2 begrenzen.
In einer bevorzugten Ausführungsform,
die in 11 dargestellt ist, sind die
Kontaktflächen 29, 30 in
der Weise angeordnet, dass sich der Kontaktraum 22 in Richtung
auf den zweite Elektromagneten 3, d.h. in der Einschubrichtung
des Kontaktteils 4, verjüngt. Das Kontaktteil 4 weist
in dieser Ausführungsform
einen Permanentmagneten 8 mit einem magnetischen Südpol S und
einem magnetischen Nordpol N auf, wobei der magnetische Südpol S dem
zweiten Elektromagneten 3 und der magnetische Nordpol N
dem ersten Elektromagneten 2 zugewandt ist. Das Kontaktteil 4 weist
weitere Kontaktflächen 31, 32 auf,
die den Kontaktflächen 29, 30 des
ersten und des zweiten Kontaktblockes 20, 21 zugeordnet
sind. In der dargestellten Ausführungsform
sind die jeweils zugeordneten Kontaktflächen des Kontaktteils 4 und
des ersten bzw. des zweiten Kontaktblockes 20, 21 parallel
zueinander angeordnet.
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Das
Kontaktteil 4 befindet sich in 11 im leitend
geschaltetem Zustand des Schalters, bei dem das Kontaktteil 4 am
zweiten Elektromagneten 3 anliegt und eine elektrisch leitende
Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Kontaktblock 20, 21 über das
Kontaktteil 4 hergestellt ist. Aufgrund der sich verjüngenden
Form des Kontaktraumes 22 und der entsprechenden Ausbildung
des Kontaktteils 4 ist eine selbständige Justierung des Kontaktteils 4 während der
Bewegung in Richtung auf den zweiten Elektromagneten 3 innerhalb
des Kontaktraumes 22 gegeben. In Abhängigkeit von der Ausführungsform des
ersten Permanentmagneten 8 und des Kerns des zweiten Elektromagneten 3 ist
für das
Halten des Kontaktteils 4 in dieser Position eine Bestromung
des zweiten Elektromagneten 3 erforderlich.
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12 zeigt
die Situation, bei der sich das Kontaktteil 4 aus dem Kontaktraum 22 herausbewegt und
sich in Richtung auf den ersten Elektromagneten 2 bewegt.
Durch die gewählte
Anordnung des ersten und des zweiten Elektromagneten 2, 3 kann
für diesen
Vorgang auch die Schwerkraft ausgenutzt werden, die das Kontaktteil 4 nach
unten in Richtung auf den ersten Elektromagneten 2 zieht.
Zum Lösen
des Kontaktteils 34 wird der zweite Elektromagnet 3 in der
Weise bestromt, dass der zweite Elektromagnet 3 den ersten
Permanentmagneten 8 abstößt. Zusätzlich wird zur Unterstützung der
Bewegung der erste Elektromagnet 2 in der Weise bestromt,
dass der erste Elektromagnet 2 den ersten Permanentmagneten 8 des
Kontaktteils 4 anzieht.
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13 zeigt
die Offenposition des Schalters, in der kein elektrisch leitender
Kontakt zwischen dem ersten und dem zweiten Kontaktblock 20, 21 über das
Kontaktteil 4 hergestellt ist, sondern das Kontaktteil 4 auf
dem Kern des ersten Elektromagneten 2 zur Anlage kommt
und ohne eine Bestromung des ersten Elektromagneten 2 durch
die magnetische Wechselwirkung zwischen dem ersten Permanentmagneten 8 und
dem Kern des ersten Elektromagneten 2 am ersten Elektromagneten 2 gehalten
wird. Aus 13 ist deutlich erkennbar, dass
die weiteren Kontaktflächen 31, 32,
die an gegenüberliegenden
Seitenflächen des
Kontaktteils 4 ausgebildet sind, jeweils parallel zu der
zugeordneten ersten bzw. zweiten Kontaktfläche 29, 30 des
ersten bzw. zweiten Kontaktblockes 20, 21 angeordnet
sind.
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14 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
Erfindung, bei der der Schalter der 11 in
der Weise angeordnet ist, dass der Kontaktraum 22 oberhalb
des unteren Elektromagneten 3 angeordnet ist. Ansonsten
ist die Schaltungsanordnung entsprechend der in den 10 bis 13 beschriebenen Ausführungsform
identisch. Die Ausführungsform
der 14 weist den Vorteil auf, dass aufgrund der Schwerkraft
im ge schlossenen Zustand keine Bestromung des zweiten Elektromagneten 3 erforderlich
ist.