用于车辆的开关装置和相关车辆的制作方法

【技术领域】

本发明涉及一种用于车辆，特别是用于轨道车辆的开关装置，该开关装置包括：外壳；置于外壳中的开关装置；开关装置的控制装置，该控制装置置于外壳中；以及空气更新装置，该空气更新装置配置为更新外壳中的至少一些空气。

背景技术：

这种装置例如包括电路断路器。在这种情况下，装置被放置在向轨道车辆供电的电路中，以便在短路的情况下保护所述供电电路。

通常，装置在垂直于车顶延伸的同时部分地集成到轨道车辆的车顶中。通常由金属材料制成的火车车顶遭受外部光线，特别是太阳光线照射。然后，车顶被辐射加热，并且温度在开关装置附近和内部升高。根据气候条件，开关装置可能遭受高温，通常高达70摄氏度(℃)。

特别是，控制装置在车辆的使用过程中遭受明显的温度变化。电子部件所经受的温度可能达到高值，例如,大于100℃。在这种温度下，部件的可靠性会大幅降低。此外，电子部件的寿命受到不利影响，并且需要频繁的维护操作。

已知通过将热敏部件放置在由隔热材料，例如，包括玻璃棉的材料制成的盒中来限制它们所经历的温度。

然而，这种盒不完全令人满意，并且例如不能使电子部件在其运行期间生成的热量排出。

技术实现要素：

于是，本发明的一个目的是提出一种限制这种故障风险的开关装置。

为此，本发明涉及一种上述类型的开关装置，其特征在于：空气更新装置还布置为冷却控制装置的电子部件。

根据本发明的空气更新装置，使得可以一方面限制外壳内的冷凝，另一方面冷却控制装置。因此，控制装置遭受更温和的温度变化，这限制了所述装置的部件的劣化。

因此，开关装置更安全，并且其使用寿命延长。

根据本发明的其他有利方面，开关装置包括以下特征中的一个或几个，这些特征单独考虑或根据所有技术上可以的组合来考虑：

-空气更新装置配置为通过空气更新装置与控制装置之间的传导和/或通过控制装置内部的空气的对流来冷却控制装置；

-空气更新装置包括管，该管包括在外壳外部露出的第一端和在外壳内部露出的第二端，该空气更新装置优选地配置为将空气从外壳的外部输送到外壳的内部；

-管至少部分地由聚合材料制成，该聚合材料优选地包括至少一种聚酰胺；

-管包括在控制装置内部延伸的至少一段；

-管的在控制装置内部延伸的段限定交换表面，该交换表面大于或等于3000mm²，优选大于或等于10000mm²；

-控制装置包括壳体，管由壳体、第一部分以及第二部分形成，第一部分和第二部分连接到壳体并且在壳体的两侧上延伸，第一部分在第一端与壳体之间延伸，第二部分在壳体与第二端之间延伸；

-管部分地沿着控制装置延伸并与所述控制装置的壳体接触；

-开关装置是断路器装置，该断路器装置包括电开关、致动器以及将开关耦合到致动器的驱动构件。

本发明还涉及一种车辆，特别是一种轨道车辆，包括如上定义的开关装置。

【附图说明】

本发明的其他方面和优点将在阅读以下描述时显现，该以下描述仅被提供为非限制性示例，并且参照附图来进行，附图中：

图1是根据本发明的开关装置的示意剖面图，该开关装置包括根据第一实施例的空气更新装置；

图2是类似于图1的装置的开关装置的一部分的示意剖面图，其中，空气更新装置根据第一实施例的变型；

图3是类似于图1的装置的开关装置的一部分的示意剖面图，空气更新装置是根据第二实施例；

图4是与图2的视图类似的视图，空气更新装置根据第三实施例；以及

图5是与图4的视图类似的视图，空气更新装置根据第三实施例的变型。

【具体实施方式】

在说明书的剩余部分中，表述“大致等于”将相等关系限定在正负20％以内，优选在正负10％以内。

在本发明的含义内，“高压”是指大致大于或等于5千伏(5kv)的电压。

图1中示出了根据本发明的开关装置10。

开关装置10被配置为安装在轨道车辆(未示出)，特别是火车、有轨电车、地铁等上方或内部。通常，轨道车辆具体包括车顶11、未示出的受电弓和高压电网。

开关装置10例如被配置为安装在轨道车辆的车顶11上。

开关装置10被配置为允许高压电流的循环。电流具体为能够在电压下经由裸露部分循环。

参照图1，装置10包括：外壳12；开关装置14，该开关装置置于外壳12内部；开关装置14的控制装置16，控制装置16置于外壳12内部；以及空气更新装置18，该空气更新装置被配置为至少部分地(也就是说，至少局部地)更新外壳12中的空气。

根据开关装置10的性质，外壳12可以采取不同的几何形式。

在图1中，外壳12被部分置于车辆内部并且部分置于车辆的车顶11上。外壳12包括隔室20和在隔室20上露出的柱22。

在图1中，隔室20和柱22被置于布置在车辆的车顶11中的开口的两侧上。

隔室20被置于车辆内部，与布置在车辆的车顶11中的开口相对。

隔室20例如具有长方体形状。隔室20限定中央腔26，该中央腔由内壁28且由支撑板30界定，该支撑板部分地封闭布置在车顶11中的开口。

内壁28大致透气，由此，允许空气从外壳12的内部朝向外壳12的外部扩散。外壳12内部的压力保持大致恒定。内壁28例如由铝制成。在变型中，内壁28不透气并且包括至少一个开口，该开口允许空气从外壳12的内部朝向外部排出。

支撑板30限定紧固到车辆的车顶11的至少一部分的外围区域32。支撑板30具有大致置于支撑板30的中心处的开口34。支撑板30具有面向车辆外部的上面36和面向车辆内部并且具体面向隔室20的中央腔26的下面38。支撑板30的上面36在车辆在外部行驶时遭受外部光线，特别是太阳光线。

优选地，支撑板30由金属材料(例如，铝)制成。

柱22置于支撑板30上，并且大致沿着车辆的垂直方向z在支撑板30上方延伸。

柱22可以具有不同的形状。例如，柱22沿着纵轴延伸并具有径向截面，所述截面通常为圆形、椭圆形或多边形。

例如，柱22具有围绕纵轴的旋转对称性。在图1的示例中，柱22具有沿着纵轴延伸的大致圆柱形状。

优选地，所述纵轴大致平行于车辆的垂直方向z。在变型中，纵轴大致垂直于车辆的垂直方向z。

在变型中，柱22具有长方体形状。

柱22限定由外壁42界定的中央腔40。柱22具有至少一个开口44。在图1的示例中，柱22具有第一开口44，该第一开口面向隔室20，并且在布置在支撑板30中的开口34上打开。

有利地，外壁42具有多个鳍片46，诸如径向朝向装置10的外部突出的周向环形鳍片。鳍片46大致彼此平行。鳍片46降低了在柱22的外壁42的表面上产生和传播电弧的风险。

柱22由绝缘材料制成。有利地，柱22没有金属材料，以便不提供任何导电。优选地，柱22由聚合材料制成。聚合材料优选包括至少一种环氧化物聚合物，也称为“聚环氧化物”或“环氧聚合物”。在变型中，柱22由陶瓷材料制成。

在图1的示例中，开关装置14是断路器装置。

开关装置14包括电开关50、致动器52以及将开关50耦合到致动器52的驱动构件54。开关装置14另外包括屏蔽件(screen)56。

电开关50置于柱22中。电开关50包括第一电触点58、第二电触点60以及灯泡62，第一电触点58和第二电触点60在灯泡62内延伸。

例如，开关50是真空开关，那么灯泡62是真空灯泡。如本身已知的，使用真空开关使得可以切换电流并以小触点间距离(inte-contactdistance)在高压下使电路绝缘，真空充当电绝缘。第一触点58相对于灯泡62是静止的。第二电触点60可在开关50的闭合位置与开关50的断开位置之间移动，在开关50的闭合位置中，第二触点60抵靠第一触点58(如图1所示)，在开关50的断开位置中，第二触点60与第一触点58分开。

电触点58、60电耦合到相应的电连接端子，各个连接端子被置于灯泡62的外部。例如，第二电触点使用织带(未示出)耦合到其相应的连接端子。

如本身已知的，连接端子能够在开关50的闭合位置中电连接到彼此，那么电触点58、60抵靠彼此，并且连接端子能够在开关50的断开位置中彼此电隔离，那么电触点58、60彼此分开。连接端子能够承受大于5kv(例如，大致等于25kv)的电压。连接端子例如耦合到轨道车辆的受电弓或电网。

驱动构件54置于开关50的外部并且沿着延伸轴延伸。在图1的示例中，所述延伸轴与柱22的纵轴合二为一。驱动构件54延伸穿过柱22的开口44和支撑板30的开口34。

驱动构件54在第一端处紧固到第二活动触点60，并且在第二端处紧固到致动器52。驱动构件54在其第二端处到致动器52的紧固是直接紧固，或者经由角传动或减速齿轮间接紧固。

驱动构件54将开关50耦合到致动器52。驱动构件54允许第二电触点60在开关50的闭合位置与断开位置之间移动。

在图1的示例中，驱动构件54采取杆的形式。杆具有径向截面，所述截面例如采取圆形、椭圆形或多边形，特别是矩形的形式。

驱动构件54确保第二电触点60与致动器52之间的电绝缘。驱动构件54例如由具有玻璃纤维基的分层材料制成。有利地，并且如图1所示，驱动构件54包括相对于杆径向突出的至少一个鳍片68。鳍片68限制在驱动构件54的表面上传播相应电弧的风险。

驱动构件54包括至少一个返回构件(未示出)，该返回构件被布置为对第二电触点60施加从开关50的闭合位置朝向开关50的断开位置的返回力。返回构件例如是弹簧。

屏蔽件56置于开关50与致动器52之间，使得开关50和致动器52置于所述屏蔽件56的两边。

屏蔽件56优选地例如使用拧紧和/或夹紧构件(未示出)紧固到柱22。在变型中，屏蔽件56被胶粘到柱22。

如图1所示，柱22的腔40被分成部分由屏蔽件56界定的第一部分70和第二部分72。

开关50置于腔40的第一部分70中。屏蔽件56使电开关50与开关装置14的剩余部分绝缘，并且限制形成在柱22的第一部分70中的电弧的产生和朝向柱22的第二部分72的传播的风险。屏蔽件56还限制空气中存在的湿气从柱22的第二部分72向柱22的第一部分70的扩散。由此，柱22的第一部分70具有比致动器52附近的湿度水平低的湿度水平。

屏蔽件56具有凹部，驱动构件54延伸穿过该凹部。驱动构件54特别是由于返回构件而相对于屏蔽件56可移动。

致动器52与返回构件相反地起作用。致动器52被布置为施加与由返回构件施加的力相反的力，同时将第二电触点60保持在闭合位置。在图1的示例中，致动器52是电磁体。

致动器52被置于隔室20内部。致动器52被配置为驱动驱动构件54在断开位置与闭合位置之间的移动，由此，驱动第二电触点60的移动。因此，致动器52控制电流在电开关50内部的通过。

控制装置16被配置为控制致动器52，特别是使得所述致动器52将第二电触点60保持在闭合位置中。

控制装置16包括壳体75和置于壳体75内部的控制板76(出于可见性原因仅在图3中示出)。

壳体75包括多个面77。在本公开的剩余部分中，表述“面77”将指代壳体75的任意面。

在图1中，壳体75大致为长方体形状。在变型中，壳体75为旋转圆柱体的形状。

壳体75优选地由铝制成。

控制板76能够通过向致动器52发送指令来控制致动器52。控制板76包括印刷电路板78，在印刷电路板78上放置本身已知的多个电子部件79。所述电子部件79可能在操作期间升温。

如图1所示，空气更新装置18将外壳12的外部耦合到外壳12的内部。空气更新装置18能够将空气注入到外壳12中，以便限制外壳12内的冷凝，由此防止可能在外壳12中形成的电弧扩散。

优选地，车辆包括空气循环格栅，该空气循环格栅有利地包括空气压缩机，并且特别是能够供应受电弓，以便控制其在受电弓与接触网接触的有效位置与受电弓降低并与接触网相距一距离的休息位置之间的移动。有利地，由空气更新装置18注入的空气来自所述空气循环格栅。

特别地，空气更新装置18能够将空气注入到驱动构件54附近的柱22的第二部分72中。空气更新装置18能够以20.10^-3标准立方米(nm³/min)的量级注入空气。标准立方米是一种气体量的测量单位，该单位与如由1990年1月1日发布的标准din1343定义的、在0℃和101325pa压力下发现的一升气体的体积含量相对应。

由此，柱22的第二部分72中的湿度水平保持在低水平，通常小于20％。因此，防止电弧从柱22的第一部分70朝向外壳12的剩余部分传播的保护屏障得以加强。电弧扩散穿过屏蔽件56的凹部的风险得到限制。

在图1中，空气更新装置18包括至少一根管80和空气注入装置81。

空气注入装置81被置于外壳12的外部。空气注入装置81例如是空气压缩机。例如，空气注入装置81是为受电弓供给的空气压缩机。

管80包括限定小孔的闭合壁82。壁82有利地由聚合材料制成，优选地由聚酰胺制成。例如，壁82由包括塑化剂的聚酰胺12制成，该聚酰胺对光和热稳定(通常使用首字母缩略词pa12phl来指代)。

管80在露出在外壳12外部的第一端84与露出在外壳12内部的第二端86之间延伸。在图1的示例中，管80的第二端86露出在柱22的第二部分72中。

优选地，管80的第二端86在柱22的开口44附近露出，通常与开口44相距小于30cm的距离。

管80在所述内壁28中形成的开口88处穿过隔室20的内壁28。根据一个特定实施例，管80的第一端84与在内壁28中形成的开口88齐平。在变型中，管80突出到外壳12的外部，并且管80的第一端84与所述开口88相距一距离。

管80的第一端84连接到空气注入装置81，并且允许来自外壳12外部的空气朝向外壳12的内部进入。

管80具有径向截面，所述截面例如采取圆形、椭圆形或多边形，特别是矩形的形式。优选地，管80具有圆形的径向截面。管80的径向截面的面积在20mm²至100mm²之间，特别是在28mm²至78mm²之间。

密封垫圈90有利地置于开口88周围，并且在管80和内壁28之间的界面处提供密封。

空气更新装置18还被配置为优选地通过空气更新装置18与控制装置16之间的传导来冷却开关装置14的控制装置16。

于是，根据本发明的空气更新装置18具有双重功能，即，一方面更新外壳12内部的空气，另一方面冷却控制装置16。

根据图1和图2所示的第一实施例，管80穿过控制装置16的壳体75。管80穿过壳体75的第一面77a上的入口孔92进入壳体75，并且穿过壳体75的第二面77b上的出口孔94离开壳体75。在未示出的变型中，入口孔92和出口孔94被置于壳体75的同一面上。

在本公开的剩余部分中，表述“第一面77a”将指代具有入口孔92的壳体75的面77，而表述“第二面77b”将指代具有出口孔94的壳体75的面77。

在图1和图2中，第一面和第二面77a、77b是壳体75的端面。本领域技术人员将容易理解，入口孔92和出口孔94的其他布置是可以的，特别是第一面77a和第二面77b中的至少一个可以是侧面。同样在变型中，入口孔92和出口孔94被布置在同一面77上，然后第一面77a和第二面77b被组合成单个面。

管80的一段在入口孔92与出口孔94之间在壳体75内部延伸。所述段的长度在150mm至600mm之间。

管段80可以具有不同的布置或不同的形状。

在图1的示例中，管段80具有螺旋形的螺旋形状。这允许在管80的壁82与壳体75的内部之间的交换表面积与管80在壳体75内的体积之间的良好折衷。

根据图2所示的变型，管段80具有牛耕式转行书写布置，也称为开槽布置。

根据未示出的变型，管段80具有直线形状。

在壳体75内部延伸的管80的段与壳体75内部之间的交换表面积大于3000mm²，优选大于10000mm²。

有利地，管80的壁82的一部分与壳体75内部的至少一个电子部件接触。

由管80输送的空气与壳体75内部之间的热交换引起所述壳体75内部的温度降低，因此，引起控制板76，特别是控制装置16的电子部件79的冷却。例如，相对于没有所述热交换的开关装置，所述热交换引起所述壳体75内部的温度降低。

密封垫圈100、102有利地分别置于入口孔92和出口孔94周围，并且在管80与壳体75的面77a、77b之间的界面处提供密封。

现在将描述根据本发明的第一实施例的开关装置10的操作。

在使用开关装置10期间，控制装置16控制开关装置14，以便将开关50从断开位置转变到闭合位置，反之亦然。控制装置16向致动器52发送指令，使得所述致动器52施加与由返回构件施加的力相反的力，同时将第二电触点60保持在闭合位置中。

控制装置16的操作导致其部件，特别是控制板76的升温。

另外，到达车辆车顶11上和开关装置10上，特别是到达支撑板30的上面36上的光线导致隔室20内的温度升高，特别是控制装置16和电子部件79的升温。

空气更新装置18将空气注入到外壳12中，以便限制外壳12内的冷凝和任何电弧的扩散。空气借助空气注入装置从外壳12的外部朝向外壳12的内部注入。所注入的空气在管80中从第一端84循环到第二端86，并且在驱动构件54附近在柱22的第二部分72中出现。

通过传入管80中，所注入的空气冷却管80的壁82，特别是冷却管段80的壁82的延伸穿过控制装置16的部分。

通过所注入的空气冷却的管80的壁82转而通过传导冷却控制装置16的壳体75的内部，因此引起控制板76，特别是控制装置16的电子部件79的冷却。

于是，控制装置16的壳体75内部的平均温度优选地小于70℃。

隔室20对气体的渗透性允许空气从外壳12的内部传递到外壳12的外部，由此使得可以在外壳12内保持大致恒定的压力。

图3中部分地示出了根据第二实施例的空气更新装置118，并且其与根据第一实施例的空气更新装置18的不同之处在于：管80没有在壳体75内部延伸的段。

管80由壳体75、第一部分120以及第二部分122形成。第一部分120和第二部分122连接到壳体75并且在壳体75的两侧上延伸。

第一部分120在露出在外壳12外部的第一端84与壳体75之间延伸，更具体地，在第一端84与壳体75的第一面77a上的入口孔92之间延伸。

第二部分122在壳体75与在外壳12内部露出的第二端86之间延伸，更具体地，在壳体75的第二面77b上的出口孔94与第二端86之间延伸。

在图3中，空气流在印刷电路板78的与印刷电路板78的上面放置电子部件79的面相对的侧上穿过壳体75。该配置在电子部件79易碎并且有被直接到达其上的空气流损坏的风险时特别合适。

在变型中，空气流在印刷电路板78的上面放置有电子部件79的侧上穿过壳体75。所述电子部件79的冷却于是得到优化。

借助入口孔92进入的空气在借助出口孔94离开之前，通过对流冷却控制板76及其部件79。

密封垫圈140、142有利地分别置于入口孔92和出口孔94周围，并且在各个软管120、120与壳体75的面77a、77b之间的界面处提供密封。

有利地，过滤器(未示出)置于控制装置16的壳体75的出口孔94处。

所述过滤器寻求阻挡过滤器上游的任何残留物和/或颗粒，特别是灰尘颗粒，并且防止它们到达柱22中。

在变型中(未示出)，第一软管120和第二软管122中的至少一个在壳体75内部突出。

空气更新装置118有利于控制装置16内的对流热交换，并且实施特别简单。

图4和图5中部分地示出了根据第三实施例的空气更新装置218，并且其与根据第一实施例的空气更新装置18的不同之处在于：壳体75没有入口孔和出口孔。于是，管80不穿过空气更新装置16的壳体75。

根据该第三实施例，管80部分地沿着壳体75延伸。管80有利地与所述壳体75的至少一个面77c直接或间接接触。

在本公开的剩余部分中，表述“面77c”将指代壳体75的面77，管80的至少一部分与该面直接或间接接触。

“直接接触”意指管80的壁82和至少一个面77c彼此接触。“间接接触”意指管80的壁82和至少一个面77c各自与置于壁82与面77之间的导热层接触。

管80可以具有不同的布置，以便促进在管80内部输送的空气与壳体75之间的热交换。

例如，管80具有至少一个直段，所述段与壳体75的面77c接触，并且优选地在壳体的其中放置控制板76的区域附近在壳体75旁边延伸。

在图4中，管80具有多个段220，各个段220通过弯头222耦合到另一个段220。各个段220与壳体75的面77c接触。由此，改善在管80内部输送的空气与壳体75之间的热交换。

在图4中，面77c是壳体75的端面和侧面。

根据图5所示的另一个变型，管80为包括多匝232的螺旋形螺旋230的形式，壳体75被置于所述螺旋230的内部。该变型在壳体75为旋转圆柱体形式时特别有利。于是，管80与所述旋转圆柱体的侧面77c接触。优选地，螺旋230包括两匝至五匝232。

有利地，当管80具有圆形或椭圆形的截面时，导热化合物层(未示出)置于管80与壳体75之间。例如，所述层是一层导热泡沫。于是，所述层增加了管80与壳体75之间的交换表面。

根据第四实施例(未示出)，管80包括第一通道和第二通道，该第二通道在位于壳体75上游的第一接合区和位于壳体75下游的第二接合区中耦合到第一通道。

第一通道至少部分地在壳体75内部延伸。优选地，第一通道至少部分地在最热敏感的电子部件79附近和/或在其运行期间最可能升温的电子部件附近(通常与所述电子部件79相距小于10mm)延伸。由此，第一通道使得可以有效地冷却最热敏感的电子部件79。

第二通道不穿过壳体75并且至少部分地沿着壳体75延伸。由此，第二通道使得可以全面冷却壳体75。

于是，到达第一接合区中的空气被分成两股流。第一流进入第一通道并穿过壳体75。第二流进入第二通道并沿着外壳75的外部移动。第一流和第二流在第二接合区中集合，在该接合区中，它们混合，形成单空气流。换言之，管80在位于壳体75上游的第一接合区中分成两部分，以在位于壳体75下游的第二接合区中汇合。

由此，第四实施例使得可以全面冷却壳体75，同时为对热最敏感和/或最可能在其操作期间升温的电子部件提供增强的冷却。

由此，根据本发明的空气更新装置18、118、218使得可以一方面限制外壳12内的冷凝并阻止甚至防止在外壳12内产生和传播任何电弧，并且另一方面，冷却控制装置16。于是，空气更新装置18、118、218具有双重功能。

因此，控制装置16经受更温和的温度变化，并且控制装置16的电子部件79经受更低的温度，例如相对于没有根据本发明的空气更新装置18、118、218的组件低5℃。

因此，控制装置16具有更佳的可靠性和更长的寿命。由此，开关装置10的运行得以改善。

将理解，与现有技术的开关装置相比，根据本发明的开关装置10更安全并且具有更长的寿命。