DE102018110920B4 - Schaltvorrichtung - Google Patents

Abstract

Schaltvorrichtung (100), aufweisend zumindest einen feststehenden Kontakt (2, 3) und einen beweglichen Kontakt (4) in einer Schaltkammer (11) mit einem Gas (14), das H2enthält, wobeider bewegliche Kontakt (4) mittels eines Magnetankers (5) mit einer Achse (7) bewegbar ist,die Achse (7) durch eine Öffnung (29) in einem Joch (9), das Teil eines magnetischen Kreises ist, hindurchragt, in der Öffnung (29) des Jochs (9) eine Laufbuchse (20) aus einem Kunststoff zur Führung der Achse (7) angeordnet ist unddie Laufbuchse (20) eine Außenfläche (22) aufweist, die teilweise mit einer Innenwand der Öffnung (29) des Jochs (9) in Berührung steht und in der zumindest ein Kanal (23) ausgebildet ist.

Description

• Es wird eine Schaltvorrichtung angegeben.
• Die Schaltvorrichtung ist insbesondere als ein durch elektrisch leitenden Strom betreibbarer, elektromagnetisch wirkender, fernbetätigter Schalter ausgebildet. Die Schaltvorrichtung kann über einen Steuerstromkreis aktiviert werden und kann einen Laststromkreis schalten. Insbesondere kann die Schaltvorrichtung als Relais oder als Schütz, insbesondere als Leistungsschütz, ausgebildet sein. Besonders bevorzugt kann die Schaltvorrichtung als gasgefüllter Leistungsschütz ausgebildet sein.
• Eine mögliche Anwendung von derartigen Schaltvorrichtungen, insbesondere von Leistungsschützen, ist das Öffnen und Trennen von Batteriestromkreisen, beispielsweise in Kraftfahrzeugen wie etwa elektrisch oder teilelektrisch betriebenen Kraftfahrzeuge. Diese können beispielsweise rein batteriebetriebene Fahrzeuge (BEV: „Battery Electric Vehicle“), über eine Steckdose oder Ladestation aufladbare Hybrid-Elektrofahrzeuge (PHEV: „Plug-in Hybrid Electric Vehicle“) und Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEV: „Hybrid Electric Vehicle“) sein. Dabei werden in der Regel sowohl der Plusals auch der Minuskontakt der Batterie mit Hilfe eines Leistungsschützes getrennt. Diese Auftrennung erfolgt im Regelbetrieb beispielsweise im Ruhezustand des Fahrzeuges sowie auch im Falle einer Störung wie etwa einem Unfall oder ähnlichem. Dabei ist es die Hauptaufgabe des Leistungsschützes, das Fahrzeug spannungsfrei zu schalten und den Stromfluss zu unterbrechen.
• Ein Kernmerkmal solcher Schütze ist die zu erwartende Lebensdauer, ausgedrückt in Schaltspielen, das heißt Ein- und Ausschaltvorgängen. Momentane Forderungen liegen bei über 1 Million Schaltspielen. Es ist daher wichtig, geeignete Materialien insbesondere für die beweglichen Komponenten im Inneren auszuwählen, um Abriebs-Effekte, welche die Lebensdauer verkürzen, zu vermindern oder zu vermeiden. Bei gasgefüllten Schützen stellt die Gasatmosphäre dabei besondere Herausforderungen an die verwendbaren Materialien, da nicht alle Materialien für die Einbringung in beispielsweise stark wasserstoffhaltigen Atmosphären geeignet sind. Weiterhin ist es wünschenswert, den Gasaustausch beziehungsweise die Gasbewegung beim Zusammenbau und im Betrieb nicht zu behindern, insbesondere damit es im Betrieb nicht zu einer Abbremsung des beweglichen Kerns kommt.
• Bekannte gasgefüllte Schütze, die auf keramischen Schaltkammern aufbauen, verwenden Metall-Metall-Gleitlager zur Führung der beweglichen Komponenten. Eine weit verbreitete Materialmischung ist Edelstahl als Achsenmaterial gegen Reineisen als Joch- und Kernmaterial. Die Reibung dieser beiden Materialpartner erzeugt nach einigen 100.000 Schaltspielen jedoch metallischen Abrieb, der das mechanische System verstopfen kann. Dies ist auch der Grund, warum übliche Schütze meistens nur Lebensdauern von 200.000 Schaltspielen aufweisen.
• Ein weiteres Problem der Führung des beweglichen Systems mit Metall-Metall-Lagern sind die erforderlichen sehr engen Passungen. Diese beeinträchtigen den Gasaustausch während des Zusammenbaus, da ein geringer Pumpquerschnitt zu einer verlängerten Befüllungszeit führt, und während des Betriebes, da Gas durch den kleinen Pumpquerschnitt hervorgerufen durch die enge Passung nicht der Bewegung des mechanischen Systems folgen kann und zur Verzögerung des Schaltvorgangs führt.
• Beispielsweise beschreibt die Druckschrift DE 10 2016 107 127 A1 eine Schaltvorrichtung mit einer Achse, die von einem Teil eines Jochs geführt wird.
• Die Druckschrift DE 697 14 895 T2 beschreibt eine Kontaktanordnung, beispielsweise ein Gleichstrom-Leistungsrelais, die einen Magnetantrieb mit einem Kolben mit daran befestigtem Aktuator bzw. Anker und einer Buchse aufweist, die zusammen mit einem Joch und einer Verschlussplatte einen herkömmlichen Magnetkreis bilden. Entsprechend sind der Aktuator und die Buchse aus einem magnetischen Material hergestellt.
• Die Druckschrift US 9,035,735 B2 beschreibt eine Schaltvorrichtung, die einen Magnethalter für Blasmagnete aufweist, der einen rohrartigen Teil aus einem isolierenden Material aufweist, durch den eine Achse geführt ist und der durch eine Öffnung in einem Joch hindurchragt.
• Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, eine Schaltvorrichtung anzugeben, besonders bevorzugt eine Schaltvorrichtung, bei der beschriebene Nachteile vermindert oder sogar verhindert werden können.
• Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Gegenstands sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
• Gemäß einer Ausführungsform weist eine Schaltvorrichtung zumindest einen feststehenden Kontakt und zumindest einen beweglichen Kontakt auf. Der zumindest eine feststehende Kontakt und der zumindest eine bewegliche Kontakt sind dazu vorgesehen und eingerichtet, einen an die Schaltvorrichtung anschließbaren Laststromkreis ein- und auszuschalten. Der bewegliche Kontakt ist in der Schaltvorrichtung entsprechend derart zwischen einem nicht-durchschaltenden Zustand und einem durchschaltenden Zustand der Schaltvorrichtung bewegbar, dass der bewegliche Kontakt im nicht-durchschaltenden Zustand der Schaltvorrichtung vom zumindest einen feststehenden Kontakt beabstandet und damit galvanisch getrennt ist und im durchschaltenden Zustand einen mechanischen Kontakt zum zumindest einen feststehenden Kontakt aufweist und damit galvanisch mit dem zumindest einen feststehenden Kontakt verbunden ist. Besonders bevorzugt weist die Schaltvorrichtung zumindest zwei feststehende Kontakte auf, die voneinander getrennt in der Schaltvorrichtung angeordnet sind und die auf diese Weise je nach Zustand des beweglichen Kontakts durch den beweglichen Kontakt elektrisch leitend miteinander verbunden oder elektrisch voneinander getrennt sein können.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Schaltvorrichtung ein Gehäuse auf, in dem der bewegliche Kontakt und der zumindest eine feststehende Kontakt oder die zumindest zwei feststehenden Kontakte angeordnet sind. Der bewegliche Kontakt kann insbesondere vollständig im Gehäuse angeordnet sein. Dass ein feststehender Kontakt im Gehäuse angeordnet ist, kann insbesondere bedeuten, dass zumindest der Kontaktbereich des feststehenden Kontakts, der im durchschaltenden Zustand in mechanischem Kontakt zum beweglichen Kontakt steht, innerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Zum Anschluss einer Zuleitung eines durch die Schaltvorrichtung zu schaltenden Stromkreises kann ein im Gehäuse angeordneter feststehender Kontakt von außen, also von außerhalb des Gehäuses, elektrisch kontaktierbar sein. Hierzu kann ein im Gehäuse angeordneter feststehender Kontakt mit einem Teil aus dem Gehäuse herausragen und außerhalb des Gehäuses eine Anschlussmöglichkeit für eine Zuleitung aufweisen.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Kontakte in einer Gasatmosphäre im Gehäuse angeordnet. Das kann insbesondere bedeuten, dass der bewegliche Kontakt vollständig in der Gasatmosphäre im Gehäuse angeordnet ist und dass weiterhin zumindest Teile des oder der feststehenden Kontakte, etwa der oder die Kontaktbereiche des oder der feststehenden Kontakte, in der Gasatmosphäre im Gehäuse angeordnet sind. Die Schaltvorrichtung kann entsprechend besonders bevorzugt eine gasgefüllte Schaltvorrichtung wie etwa ein gasgefülltes Schütz sein.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Kontakte, das bedeutet der bewegliche Kontakt vollständig sowie zumindest Teile des oder der feststehenden Kontakte, in einer Schaltkammer innerhalb des Gehäuses angeordnet, in der sich das Gas, also zumindest ein Teil der Gasatmosphäre, befindet. Das Gas kann bevorzugt einen Anteil von zumindest 50% H₂ aufweisen. Zusätzlich zum Wasserstoff kann das Gas ein inertes Gas aufweisen, besonders bevorzugt N₂ und/oder eines oder mehrere Edelgase.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der bewegliche Kontakt mittels eines Magnetankers bewegbar. Der Magnetanker kann hierzu insbesondere eine Achse aufweisen, die an einem Ende mit dem beweglichen Kontakt derart verbunden ist, dass der bewegliche Kontakt vermittels der Achse bewegbar ist, also bei einer Bewegung der Achse durch diese ebenfalls bewegt wird. Die Achse kann insbesondere durch eine Öffnung in der Schaltkammer in die Schaltkammer hineinragen. 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. Die Achse kann bevorzugt Edelstahl aufweisen oder daraus sein. Das Joch kann bevorzugt Reineisen oder eine niedrig dotierte Eisenlegierung aufweisen oder daraus sein.
• Weiterhin ist in der Öffnung des Jochs eine Laufbuchse angeordnet. Die Laufbuchse weist einen Kunststoff auf und ist insbesondere zur Führung der Achse ausgebildet. Hierzu kann die Laufbuchse eine Führungsöffnung, insbesondere eine zylindrische Führungsöffnung, aufweisen, in der die Achse angeordnet ist. Insbesondere kann die Achse in der Führungsöffnung durch die Laufbuchse hindurchragen. Die Führungsöffnung und die Achse können eine sehr enge Passung aufweisen, um eine genaue Führung der Achse zu ermöglichen. Mit anderen Worten kann die Führungsöffnung einen Durchmesser aufweisen, der nur wenig größer als ein Durchmesser der Achse ist, so dass die Achse sich im Wesentlichen nur entlang der Führungsöffnungserstreckungsrichtung bewegen kann und Verwindungen der Achse in der Führungsöffnung vermieden werden können. Besonders bevorzugt kann die Achse berührungsfrei zum Joch in der Laufbuchse geführt werden, so dass ein Abrieb zwischen der Achse und dem Joch verhindert werden kann.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Laufbuchse in der Öffnung des Jochs durch eine Presspassung befestigt.
• Dadurch kann die Laufbuchse in der Öffnung des Jochs fixiert sein. Insbesondere weist die Laufbuchse eine Außenfläche auf, die zumindest teilweise mit einer Innenwand der Öffnung des Jochs in Berührung steht.
• Weiterhin ist in der Außenfläche der Laufbuchse zumindest ein Kanal ausgebildet. Der Kanal kann von einer dem beweglichen Kontakt abgewandten Seite zu einer dem beweglichen Kontakt zugewandten Seite der Laufbuchse verlaufen. Im Bereich des Kanals kann die Außenfläche der Laufbuchse von der Öffnung des Jochs beabstandet sein, so dass ein durch die Öffnung des Jochs reichender Zwischenraum zwischen der Öffnungsinnenwand und der Laufbuchsenaußenfläche gebildet wird, der einen Gasaustausch durch die Öffnung des Jochs ermöglicht. Da die Achse in der Führungsöffnung der Laufbuchse geführt wird, sind der zumindest eine Kanal und die Achse voneinander getrennt und der zumindest eine Kanal hat keine negativen Auswirkungen auf die Achsenführung. Somit sind die Achsenführung und der Gasaustausch voneinander getrennt. Besonders bevorzugt kann der zumindest eine Kanal parallel zur Achse verlaufen.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine Mehrzahl von Kanälen in der Außenfläche der Laufbuchse vorhanden. Die Kanäle können wie vorab beschrieben ausgebildet sein. Insbesondere können die Kanäle auf der Außenfläche der Laufbuchse in regelmäßigen Abständen um die Führungsöffnung und somit um die Achse herum angeordnet sein. Besonders bevorzugt können alle Kanäle weiterhin parallel zur Achse verlaufen. Zwischen den Kanälen kann die Außenfläche der Laufbuchse wie oben beschrieben in Berührung mit der Innenwand der Öffnung des Jochs stehen und so die beschriebene Presspassung bewirken.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Laufbuchse einen wasserstoffverträglichen Kunststoff auf. Weiterhin kann der Kunststoff möglichst reibungsarm, insbesondere in Bezug auf das Achsenmaterial, sein. Insbesondere kann die Laufbuchse ein Polyethylen (PE), ein Gas-gefülltes Polybutylenterephthalat (PBT) und/oder ein Polyetheretherketon (PEEK) aufweisen. Besonders bevorzugt kann die Laufbuchse aus einem PEEK gebildet sein. PEEK hat den Vorteil, dass es eine Schmelztemperatur von 335°C aufweist und somit mit Vorteil in Bezug auf die üblicherweise in gasgefüllten Schützen auftretenden Temperaturen hochtemperaturfest ist.
• Mit der beschriebenen Laufbuchse kann es möglich sein, dass die Lebensdauer der Schaltvorrichtung im Vergleich zu einem üblichen Aufbau ohne die Laufbuchse von wenigen 100.000 Schaltspielen auf mehrere Millionen Schaltspiele gesteigert werden kann. Zudem kann die Laufbuchse dadurch, dass sie einen Kunststoff aufweist und besonders bevorzugt aus Kunststoff gebildet ist, auf einfache Weise bereits im Fertigungsverfahren, beispielsweise mittels Spritzguss, zusätzlich mit einem oder mehreren Kanälen in der Außenfläche ausgestattet werden, die als Bypässe für das Gas in der Schaltvorrichtung wirken und somit einen Gasaustausch im Betrieb des Schaltvorrichtung innerhalb der Schaltvorrichtung verbessern.
• Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
• Es zeigen:
• 1A und 1B schematische Darstellungen eines Beispiels für eine Schaltvorrichtung und
• 2A und 2B schematische Darstellungen eines Teils einer Schaltvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
• In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
• In den 1A und 1B ist eine Schaltvorrichtung 100 gezeigt, die beispielsweise zum Schalten starker elektrischer Ströme und/oder hoher elektrischer Spannungen eingesetzt werden kann und die ein Relais oder Schütz, insbesondere ein Leistungsschütz, sein kann. In 1A ist eine dreidimensionale Schnittdarstellung gezeigt, während in 1B eine zweidimensionale Schnittdarstellung dargestellt ist. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich gleichermaßen auf die 1A und 1B. Die gezeigten Geometrien sind nur exemplarisch und nicht beschränkend zu verstehen und können auch alternativ ausgebildet sein.
• Die Schaltvorrichtung 100 weist in einem Gehäuse 1 zwei feststehende Kontakte 2, 3 und einen beweglichen Kontakt 4 auf. Der bewegliche Kontakt 4 ist als Kontaktplatte ausgebildet. Die feststehenden Kontakte 2, 3 bilden zusammen mit dem beweglichen Kontakt 4 die Schaltkontakte. Das Gehäuse 1 dient vornehmlich als Berührschutz für die im Inneren angeordneten Komponenten und weist einen Kunststoff auf oder ist daraus, beispielsweise PBT oder Glas-gefülltes PBT. Die Kontakte 2, 3, 4 können beispielsweise mit oder aus Cu, einer Cu-Legierung oder einer Mischung von Kupfer mit zumindest einem weiteren Metall, beispielsweise Wo, Ni und/oder Cr, sein.
• In den 1A und 1B ist die Schaltvorrichtung 100 in einem Ruhezustand gezeigt, in dem der bewegliche Kontakt 4 von den feststehenden Kontakten 2, 3 beabstandet ist, so dass die Kontakte 2, 3, 4 galvanisch voneinander getrennt sind. Die gezeigte Ausführung der Schaltkontakte und insbesondere deren Geometrie sind rein beispielhaft und nicht beschränkend zu verstehen. Alternativ können die Schaltkontakte auch anders ausgebildet sein. Beispielsweise kann es möglich sein, dass nur einer der Schaltkontakte feststehend ausgebildet ist.
• Die Schaltvorrichtung 100 weist einen beweglichen Magnetanker 5 auf, der im Wesentlichen die Schaltbewegung vollzieht. Der Magnetanker 5 weist einen magnetischen Kern 6 auf, beispielsweise mit oder aus einem ferromagnetischen Material. Weiterhin weist der Magnetanker 5 eine Achse 7 auf, die durch den magnetischen Kern 6 geführt ist und an einem Achsenende fest mit dem magnetischen Kern 6 verbunden ist. Am anderen, dem magnetischen Kern 6 gegenüberliegenden Achsenende weist der Magnetanker 5 den beweglichen Kontakt 4 auf, der ebenfalls mit der Achse 7 verbunden ist. Die Achse 7 kann bevorzugt mit oder aus Edelstahl gefertigt sein.
• Der magnetische Kern 6 ist von einer Spule 8 umgeben. Ein von außen 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. Der Magnetanker 5 bewegt sich somit von einer ersten Position, die dem Ruhezustand und gleichzeitig dem trennenden, also nicht-durchschaltendem Zustand entspricht, in eine zweite Position, die dem aktiven, also durchschaltenden Zustand entspricht. Im aktiven Zustand sind die Kontakte 2, 3, 4 galvanisch miteinander verbunden. In einer anderen Ausführungsform kann der Magnetanker 5 alternativ auch eine Drehbewegung ausführen. Der Magnetanker 5 kann insbesondere als Zuganker oder Klappanker ausgebildet sein. Wird der Stromfluss in der Spule 8 unterbrochen, wird der Magnetanker 5 durch eine oder mehrere Federn 10 wieder in die erste Position bewegt. Die Schaltvorrichtung 100 befindet sich dann wieder im Ruhezustand, in dem die Kontakte 2, 3, 4 geöffnet sind.
• Beim Öffnen der Kontakte 2, 3, 4 kann ein Lichtbogen entstehen, der die Kontaktflächen 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. Um die Entstehung derartiger Lichtbögen zu verhindern oder wenigstens um 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 hermetisch abgeschlossenen Teil des Gehäuses 1 angeordnet. Das Gehäuse 1 und insbesondere der hermetisch abgeschlossene Teil des Gehäuses 1 umgibt den Magnetanker 5 und die Kontakte 2, 3, 4 vollständig. Der hermetisch abgeschlossene Teil des Gehäuses 1 und damit auch die Schaltkammer 11 sind mit einem Gas 14 gefüllt. Das Gas 14, das durch einen Gasfüllstutzen 15 im Rahmen der Herstellung der Schaltvorrichtung 100 eingefüllt werden kann, kann besonders bevorzugt Wasserstoff-haltig sein, beispielsweise mit 50% oder mehr H₂ in einem inerten Gas oder sogar mit 100% H₂, da Wasserstoff-haltiges Gas die Löschung von Lichtbögen fördern kann. Weiterhin können innerhalb oder außerhalb der Schaltkammer 11 sogenannte Blasmagnete (nicht gezeigt) vorhanden sein, also Permanentmagnete, die eine Verlängerung der Lichtbogenstrecke bewirken und somit das Löschen der Lichtbögen verbessern können. Die Schaltkammerwand 12 und der Schaltkammerboden 13 können beispielsweise mit oder aus einem Metalloxid wie etwa Al₂O₃ gefertigt sein.
• In den 1A und 1B ist eine herkömmliche Führung der Achse 7, die durch eine Öffnung im Schaltkammerboden 13 in diesen hineinragt, und damit des Magnetankers 5 gezeigt. Hierzu ist ein Joch 9 vorhanden, das bevorzugt Reineisen oder eine niedrig dotierte Eisenlegierung aufweist oder daraus ist und das einen Teil des magnetischen Kreises bildet. Das Joch 9 weist eine Öffnung auf, in der die Achse 7 geführt wird. Wie im allgemeinen Teil beschrieben kann die Reibung zwischen der Achse 7 und dem Joch 9 zu Abrieb führen, der das mechanische System verstopfen kann. Weiterhin erschwert die genaue Passung der Jochöffnung in Bezug auf die Achse 7 einen Gasaustausch innerhalb des mit Gas gefüllten Teils des Gehäuses, was zu Verzögerungen in den Schaltvorgängen führen kann.
• In den 2A und 2B ist ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel für die Führung der Achse 7 anhand einer dreidimensionalen Darstellung sowie in einer Schnittdarstellung der an der Führung beteiligten Teile der Schaltvorrichtung gezeigt, wobei sich die nachfolgende Beschreibung auf beide Figuren gleichermaßen bezieht. Komponenten und Merkmale der Schaltvorrichtung, die in Verbindung mit den 2A und 2B nicht gezeigt und/oder beschrieben werden, können wie in Verbindung mit den 1A und 1B beschrieben ausgebildet sein. Der besseren Erkennbarkeit halber sind in 2A der magnetische Kern 6 und das Joch 9 aufgeschnitten dargestellt.
• Im Vergleich zur üblichen Führung der Achse 7 durch das Joch 9 weist das Joch 9 im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Öffnung 29 auf, in der eine Laufbuchse 20 angeordnet ist. Die Laufbuchse 20 weist einen reibungsarmen, wasserstoffverträglichen Kunststoff auf, insbesondere PE, Glas-gefülltes PBT und/oder bevorzugt PEEK. Besonders bevorzugt ist die Laufbuchse 20 aus PEEK gebildet, das mit einer Schmelztemperatur von 335°C mit Vorteil in Bezug auf die üblicherweise in gasgefüllten Schützen auftretenden Temperaturen hochtemperaturfest ist. Die im Folgenden beschriebene Ausformung der Laufbuchse 20 kann durch ein Fertigungsverfahren wie beispielsweise Spritzguss hergestellt werden.
• Zur Führung der Achse 7 weist die Laufbuchse 20 eine Führungsöffnung 21 auf, die insbesondere zylindrisch ausgebildet ist und in der die Achse angeordnet ist, so dass die Achse 7 in der Führungsöffnung 21 durch die Laufbuchse 20 hindurchragt. Die Führungsöffnung 21 und die Achse 7 weisen bevorzugt eine sehr enge Passung auf, um eine genaue Führung der Achse 7 zu ermöglichen. Die Führungsöffnung 21 weist somit einen Durchmesser auf, der nur sehr wenig größer als der Durchmesser der Achse 7 ist. In 2B ist der Durchmesser der Führungsöffnung 21 im Vergleich zum Achsendurchmesser der Übersichtlichkeit halber übertrieben groß dargestellt. Wie leicht zu erkennen ist, wird die Achse 7 berührungsfrei zum Joch 9 in der Laufbuchse 20 geführt. Durch den nicht vorhandenen Kontakt zwischen Achse 7 und Joch 9 kann somit ein Abrieb zwischen der Achse 7 und dem Joch 9 verhindert werden.
• Die Laufbuchse 20 ist in der Öffnung 29 des Jochs 9 durch eine Presspassung befestigt, wobei wie gezeigt die Laufbuchse 20 nicht die gesamte Öffnung 29 des Jochs 9 ausfüllen muss. Hierzu weist die Laufbuchse 20 eine Außenfläche 22 auf, die zumindest teilweise mit der Innenwand der Öffnung 29 des Jochs 9 in Berührung steht. Durch die Presspassung ist die Laufbuchse 20 in der Öffnung 29 des Jochs 9 unabhängig von der Bewegung der Achse 7 fixiert.
• Die Laufbuchse 20 kann mit der gesamten Außenfläche 22 und/oder über den gesamten Umfang an der Innenfläche der Öffnung 29 des Jochs 9 anliegen. Es kann aber vorteilhafter sein, wenn, wie in den 2A und 2B gezeigt ist, in der Außenfläche 22 zumindest ein Kanal 23 ausgebildet ist. Besonders bevorzugt kann der zumindest eine Kanal 23 parallel zur Achse 7 verlaufen. Der zumindest eine Kanal 23 verläuft bevorzugt von einer dem beweglichen Kontakt abgewandten Seite zu einer dem beweglichen Kontakt zugewandten Seite der Laufbuchse 20 und bildet einen durch die Öffnung 29 des Jochs 9 reichenden Zwischenraum zwischen der Innenwand der Öffnung 29 und der Außenfläche 22 der Laufbuchse 20, der einen Gasaustausch durch die Öffnung 29 des Jochs 9 ermöglicht. Bei einer Bewegung des Magnetankers während eines Schaltvorgangs der Schaltvorrichtung kann somit Gas durch einen solchen Kanal 23 strömen und somit der Bewegung der beweglichen Teile folgen, so dass sich kein Über- oder Unterdruck in einem Teilbereich im Gasvolumen bilden kann, der zu einer Verzögerung des Schaltvorgangs führen könnte.
• Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Laufbuchse 20 eine Mehrzahl von Kanälen 23 in der Außenfläche 22 auf. Rein beispielhaft sind vier Kanäle 23 gezeigt, es können aber auch mehr oder weniger Kanäle vorhanden sein. Die Kanäle 23 sind wie gezeigt bevorzugt in regelmäßigen Abständen auf der Außenfläche 22 der Laufbuchse 20 um die Führungsöffnung 21 und somit um die Achse 7 herum angeordnet und verlaufen alle parallel zur Achse 7. Zwischen den Kanälen 23 sorgt die in Berührung mit der Innenwand der Öffnung 29 des Jochs 9 stehende Außenfläche 22 der Laufbuchse 20 wie vorab beschrieben für eine Presspassung und somit für eine Fixierung der Laufbuchse 20 in der Öffnung 29 des Jochs 9.
• Wie in 2A weiter gezeigt ist, kann die Laufbuchse 20 in zumindest einem Schaltzustand der Schaltvorrichtung und bevorzugt dauerhaft in die Öffnung 26 im magnetischen Kern 6 ragen, in der die Achse 7 befestigt ist. Insbesondere kann die Laufbuchse 20 auch einen Anschlag für die Feder 10 bilden.
• Die in den in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Merkmale und Ausführungsbeispiele können gemäß weiteren Ausführungsbeispielen miteinander kombiniert werden, auch wenn nicht alle Kombinationen explizit beschrieben sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele alternativ oder zusätzlich weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen.
• Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
• Bezugszeichenliste

1

Gehäuse

2, 3

feststehender Kontakt

4

beweglicher Kontakt

5

Magnetanker

6

magnetischer Kern

7

Achse

8

Spule

9

Joch

10

Feder

11

Schaltkammer

12

Schaltkammerwand

13

Schaltkammerboden

14

Gas

15

Gasfüllstutzen

20

Laufbuchse

21

Führungsöffnung

22

Außenfläche

23

Kanal

26

Öffnung des magnetischen Kerns

29

Öffnung des Jochs

100

Schaltvorrichtung

Claims (14)

1. Schaltvorrichtung (100), aufweisend zumindest einen feststehenden Kontakt (2, 3) und einen beweglichen Kontakt (4) in einer Schaltkammer (11) mit einem Gas (14), das H₂ enthält, wobei der bewegliche Kontakt (4) mittels eines Magnetankers (5) mit einer Achse (7) bewegbar ist, die Achse (7) durch eine Öffnung (29) in einem Joch (9), das Teil eines magnetischen Kreises ist, hindurchragt, in der Öffnung (29) des Jochs (9) eine Laufbuchse (20) aus einem Kunststoff zur Führung der Achse (7) angeordnet ist und die Laufbuchse (20) eine Außenfläche (22) aufweist, die teilweise mit einer Innenwand der Öffnung (29) des Jochs (9) in Berührung steht und in der zumindest ein Kanal (23) ausgebildet ist.
2. Schaltvorrichtung (100) nach dem vorherigen Anspruch; wobei die Laufbuchse (20) einen wasserstoffverträglichen Kunststoff aufweist.
3. Schaltvorrichtung (100)nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Laufbuchse (20) ein Polyethylen, ein Glas-gefülltes Polybutylenterephthalat und/oder ein Polyetheretherketon aufweist.
4. Schaltvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Laufbuchse (20) aus einem Polyetheretherketon gebildet ist.
5. Schaltvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Laufbuchse (20) eine zylindrische Führungsöffnung (21) aufweist, in der die Achse (7) angeordnet ist.
6. Schaltvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Laufbuchse (20) in der Öffnung (29) des Jochs (9) durch eine Presspassung befestigt ist.
7. Schaltvorrichtung (100) nach dem vorherigen Anspruch, wobei der zumindest eine Kanal (23) parallel zur Achse (7) verläuft.
8. Schaltvorrichtung (100) nach einem der beiden vorherigen Ansprüche, wobei der zumindest eine Kanal (23) von einer dem beweglichen Kontakt (4) abgewandten Seite zu einer dem beweglichen Kontakt (4) zugewandten Seite der Laufbuchse (20) verläuft.
9. Schaltvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Mehrzahl von Kanälen (23) in der Außenfläche (22) der Laufbuchse (20) vorhanden ist.
10. Schaltvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Achse (7) berührungsfrei zum Joch (9) in der Laufbuchse (20) geführt wird.
11. Schaltvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Achse (7) mit einem Achsenende in eine Öffnung (26) in einem magnetischen Kern (6) ragt und die Laufbuchse (20) in zumindest einem Schaltzustand der Schaltvorrichtung (100) in die Öffnung (26) im magnetischen Kern (6) ragt.
12. Schaltvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Joch (9) Reineisen oder eine niedrig dotierte Eisenlegierung aufweist.
13. Schaltvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Achse (7) Edelstahl aufweist.
14. Schaltvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Gas einen Anteil von zumindest 50% H₂ aufweist.

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