AT516243A1 - Pyrotechnische Trenneinrichtung für eine Klimaanlage - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine pyrotechnische Trenneinrichtung für eine Klimaanlage, insbesondere für eine automotive Klimaanlage mit unter hohem Druck stehenden Kältemittel, zum Auftrennen einer Leitung eines Kältemittelkreislaufs. Die Trenneinrichtung umfasst ein eine Leitung (1) eng umschließendes Gehäuse (2), welches einen im Wesentlichen normal zur Längsachse der Leitung ausgerichteten Zylinder (11) aufweist, in dem ein Kolben (12) verschiebbar gehalten ist, dessen eine Seite von einem durch einen Zünder (3) aktivierbaren Treibmittel (4) beaufschlagbar ist, wobei der Zylinder (11) beim Ausschieben die Leitung (1) durchtrennt. Der Kolben (12) weist eine durchgehende Bohrung (8) auf, die bei voll ausgefahrenem Kolben (12) zumindest mit einem Abschnitt der lichten Weite von einer Seite der getrennten Leitung (1a) fluchtet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine pyrotechnische Trenneinrich¬tung für eine Klimaanlage, insbesondere für eine automotiveKlimaanlage mit unter hohem Druck stehendem Kältemittel, zumAuftrennen einer Leitung eines Kältemittelkreislaufs.

Klimaanlagen verwenden derzeit vielfach das Kühlmittel R134a,welches als fluorierter Kohlenwasserstoff zwar im Gegensatz zudem zuvor verwendeten FCKW - die Ozonschicht nicht zerstört,aber ein sehr starkes Treibhausgas ist. Die Auswirkung auf dieErderwärmung liegt beim 1400-fachen im Vergleich zu CO2. Weil dieKlimaanlagen winzige Leckagen aufweisen und auch bei der Befül¬lung der Systeme kleine Mengen freigesetzt werden, sucht dieFahrzeugindustrie nach Alternativen. Diese glaubte man imR1234yf, einem flourierten Propen, gefunden zu haben. Dieses Gasschädigt die Ozonschicht ebenfalls nicht, und das C02-Äquivalentist nur 4,4 fach. In verschiedenen Tests wurde jedoch festge¬stellt, dass das R1234yf unter Freisetzung von Flourwasserstoffbrennen und somit ein Risiko darstellen kann.

Bei diesen Kältemitteln werden in der Regel nur geringe Drückeangewandt, sodass sich bei automotiven Klimaanlagen keine nen¬nenswerten Gefahrenmomente aufgrund der Druckverhältnisse erge¬ben .

Eine Alternative zu den genannten Kältemitteln stellt die Ver¬wendung von CO2 unter hohem Druck dar. Das Gas ist nicht brennbarund bei Freisetzung nicht besonders schädlich. Nach heutigemStand stellt die Verwendung von CO2 als Kühlmedium den großenTrend auf dem Sektor der automotiven Klimaanlagen für die nähereZukunft dar. Aufgrund der hohen bei Verwendung von CO2 erfor¬derlichen Drücke ist es notwendig, bei automotiven Klimaanlageneine Einrichtung vorzusehen, um im Falle eines Unfalls den hohenDruck rasch abbauen zu können. Öffnungs- und Trennsysteme für gas- bzw. flüssigkeitsgefüllteLeitungssysteme sind vielfältig bekannt, jedoch sind diese ent¬weder sehr aufwändig oder quetschen die Leitungen, um deren Rissoder Bruch herbeizuführen, um so eine Auftrennung der Leitung zuerreichen. Allerdings ergibt sich beim Quetschen der Leitung der

Nachteil, dass deren Querschnitt erheblich verkleinert wird unddann meist nicht für einen ausreichend raschen Abbau des Drucksausreicht.

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eineKlimaanlage der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, die im Be¬darfsfall einen raschen und sicheren Abbau des Druckes des Käl¬temittels ermöglicht und sich durch einen einfachen Aufbau aus¬zeichnet .

Dieses Ziel wird bei einer Klimaanlage der eingangs erwähntenArt dadurch erreicht, dass die Trenneinrichtung ein eine Leitungumschließendes Gehäuse umfasst, welches einen im Wesentlichennormal zur Längsachse der Leitung ausgerichteten Zylinder auf¬weist, in dem ein Kolben verschiebbar gehalten ist, dessen eineSeite durch einen Zünder mit Druck beaufschlagbar ist, wobei derKolben beim Ausschieben die Leitung durchtrennt und wobei derKolben eine durchgehende Bohrung aufweist, die bei voll ausge¬fahrenem Kolben zumindest mit einem Abschnitt der lichten Weitevon einer Seite der getrennten Leitung fluchtet.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen wird erreicht, dass die vomGehäuse umfasste Leitung durchgeschnitten wird und einer der ab¬getrennten Teile durch den Kolben weggeschoben wird, währendbeim anderen Teil der Gasdruck durch die Bohrung im Kolben raschabgebaut werden kann. Da der Trennschnitt aufgrund des pyrotech¬nischen Treibmittels sehr rasch erfolgt, wird eine nennenswerteQuerschnittsverminderung der Leitung vermieden. Außerdem wirdeine Querschnittsveränderung des vom Gehäuse umfassten Ab¬schnitts der Leitung durch dieses Umfasst-Sein verhindert. DieUmfassung muss dabei nicht vollständig sein, wenn die Leitunggroßteils umfasst ist, tritt der Effekt auch ein.

Es ist ein weiteres Merkmal der Erfindung, dass der Kolben anseiner vom Zünder abgekehrten Seite eine im Wesentlichen guerzur Längsachse der Leitung verlaufende Schneidkante aufweist,die mit einer Gegenkante des Gehäuses schlagscherenartig zusam¬menwirkt. So kann auf sehr einfache Art und Weise eine klareSchneidkante definiert werden, welche die Leitung glatt durch¬ trennt und gleichzeitig den nicht umfassten Teil der Leitungmittels des Kolbens wegschiebt, wodurch auch in diesem Leitungs¬abschnitt der Druck rasch abgebaut werden kann.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dassder Durchmesser der Bohrung etwa dem Innendurchmesser der vomGehäuse umschlossenen Leitung entspricht. Dadurch fluchtet beiausgeschobenem Kolben die Bohrung vollständig mit der lichtenWeite der umfassten und durchtrennten Leitung, wodurch der Druckin der Leitung so rasch wie möglich abgebaut werden kann.

Ferner ist es ein Merkmal der Erfindung, dass in dem der Leitungzugekehrten Endabschnitt des Zylinders ein in dessen lichtenRaum hineinragender Ansatz vorgesehen ist, der als Führung fürden Kolben dient, sodass dieser im Zylinder unverdrehbar ist. Daes dadurch während des Betriebes zu keinem Verdrehen des Kolbenskommen kann, wird die Funktionstüchtigkeit der Trenneinrichtungsichergesteilt.

Es ist ein weiteres Merkmal der Erfindung, dass das Gehäuse mitder Leitung der Klimaanlage fest verbunden, vorzugsweise verlö¬tet oder verschweißt ist, sodass das Gehäuse auch nach Trennungder Leitung mit einer Seite der Leitung verbunden bleibt. Da¬durch ergeben sich eine sichere Verbindung zwischen der Leitungund dem Gehäuse und eine sichere Anbindung an die elektrischeFahrzeugmasse.

Speziell in diesem Fall kann die elektrische Masseanbindung überdie Leitung erfolgen, sodass das elektrische Anschlusskabeleinen Draht weniger benötigt.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dassder Kolben im Zylinder in seiner Ausgangslage, beispielsweisedurch ein Abscherelement, gesichert ist. Durch dieses Merkmalkönnen unerwünschte Bewegungen durch Vibrationen vermieden wer¬den .

Es ist ferner ein Merkmal der Erfindung, dass im Zylinder an derzünderseitigen Seite des Kolbens eine Treibladung vorgesehen ist. Sollte die Kraft zur vollständigen Trennung der Leitungdurch den Zünder allein nicht ausreichend sein, so kann durchdas Vorsehen einer Treibladung die Kraft, welche auf den auszu¬schiebenden Kolben wirkt, erhöht bzw. die Krafteinwirkdauer ver¬längert werden.

Um die Trenneinrichtung auf einfache, kostengünstige Weise her¬steilen zu können, ist ein weiteres Merkmal der Erfindung, dassdas Gehäuse aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder ausStahl hergestellt ist.

Um den Materialaufwand gering zu halten, ist ferner ein Merkmalder Erfindung, dass der Kolben mehrteilig ausgebildet ist undder dem Treibmittel zugekehrte Teil aus Kunststoff und ein dieSchneidkante aufweisendes Schneidelement aus Metall oder Keramikhergestellt ist. Dabei kann die Schneidkante mit Kunststoff um¬spritzt werden, um den im Zylinder gehaltenen Kolben zu bilden.

Schließlich ist ein Merkmal der Erfindung, dass der Zünder einKunststoffanzünder oder eine Zündpille ist, um die Gesamtproduk¬tionskosten der Trenneinrichtung weiter zu senken.

Um Fehlzündungen zu vermeiden ist es zweckmäßig, zumindest eineEMV-Schutzmaßnahme, z.B. einen Ferrit-Kern, eine Spule oder eineverdrillte Leitung, vorzusehen.

Die elektrische Kontaktierung kann über ein Kabel mit Steckererfolgen oder aber auch über eine Steckverbindung an derTrenneinrichtung.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert.Dabei zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Trenneinrich¬tung, und

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1.

Die Leitung 1 ist von einem zweiteiligen Gehäuse 2 umfasst, des¬sen Teile 9a, 9b mittels Schrauben 10 miteinander verbunden sind und die Leitung 1 klemmen, wodurch auch ein elektrischer An¬schluss an die Fahrzeugmasse gegeben ist.

Es ist aber auch möglich, das Gehäuse einteilig auszuführen undzur Aufnahme der Leitung 1 eine Bohrung vorzusehen und das Ge¬häuse mit der Leitung zu verlöten oder zu verschweißen.

Dabei weist das Gehäus 2 einen Zylinder 11 auf, in dem ein Kol¬ben 12 dicht, jedoch verschiebbar gehalten ist. Dieser Kolben 12weist ein Schneidelement 5 auf, das mit einer quer zur Längs¬richtung der Leitung 1 verlaufenden ebenen Fläche 13 versehenist, die an ihrem unteren Ende die Schneidkante 14 bildet. Wei¬ters ist eine senkrecht zur ebenen Fläche 13 verlaufende Bohrung8 vorgesehen, deren Durchmesser im Wesentlichen dem lichtenDurchmesser der Leitung 1 entspricht (siehe Fig. 2).

Der Kolben 12 ist mittels eines in einer Ringnut 7 gehaltenen 0-Rings 6 abgedichtet und weist an seinem vom Schneidelement 5abgekehrten Ende eine stirnseitige Vertiefung 15 auf, in der inAusgangslage ein Treibmittel 4 aufgenommen ist. Bei einer Beauf¬schlagung eines über dem Kolben 12 angeordneten Zünders 3 mitStrom brennt das Treibmittel 4 ab und der Kolben 12 samtSchneidelement 5 wird gegen die Leitung 1 getrieben und teiltdiese in zwei Teile la, lb.

Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, wirkt das Schneidelement 5 mitdem Gehäuseteil 9b, das eine Gegenkante 18 zur Schneidkante 14aufweist, ähnlich einer Schlagschere zusammen.

Um einerseits eine korrekte Montage des Kolbens 12 zu gewähr¬leisten und ein Verdrehen des Kolbens 12 im Zylinder 11 zu ver¬hindern, weist der Gehäuseteil 9a an seinem der Leitung 1 zuge¬kehrten Endbereich einen Ansatz 16 auf, der in den lichten Quer¬schnitt des Zylinders 11 hineinragt und eine Fläche 17 aufweist,an der die ebene Fläche 13 des Schneidelements 5 anliegt.

Wird die Trenneinrichtung ausgelöst, so zündet der Zünder 3 dasTreibmittel 4 und dieses brennt ab, wodurch aufgrund der damitverbundenen Expansion der entstehenden Gase der Kolben 12 gegen die Leitung 1 getrieben wird und das Schneidelement die Leitung1 durchtrennt. Dabei wird der eine Leitungsabschnitt lb ausgebo¬gen und die Bohrung 8 des Schneidelements 5 kommt in eine mitdem anderen Abschnitt la der Leitung 1, der vom Gehäuse 2 festumschlossen ist, fluchtende Lage, wodurch ein rasches Ausströmendes in der Leitung 1 geführten Kältemittels erfolgen kann.

Claims (14)

1. Patentansprüche : 1. Pyrotechnische Trenneinrichtung für eine Klimaanlage, ins¬besondere für eine automotive Klimaanlage mit unter hohemDruck stehendem Kältemittel, zum Auftrennen einer Leitungeines Kältemittelkreislaufs, dadurch gekennzeichnet, dass die Trenneinrichtung ein eine Leitung (1) umschließendesGehäuse (2) umfasst, welches einen im Wesentlichen normalzur Längsachse der Leitung ausgerichteten Zylinder (11)aufweist, in dem ein Kolben (12) verschiebbar gehalten ist,dessen eine Seite durch einen Zünder (3) mit Druck beauf¬schlagbar ist, wobei der Kolben (12) beim Ausschieben dieLeitung (1) durchtrennt und wobei der Kolben (12) einedurchgehende Bohrung (8) aufweist, die bei voll ausgefahre¬nem Kolben (12) zumindest mit einem Abschnitt der lichtenWeite von einer Seite der getrennten Leitung (la) fluchtet.
2. 2. Pyrotechnische Trenneinrichtung nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, dass der Kolben (12) an seiner vom Zünder (3) abgekehrten Seite eine im Wesentlichen quer zur Längs¬achse der Leitung verlaufende Schneidkante (14) aufweist,die mit einer Gegenkante (16) des Gehäuses (2) schlagsche¬renartig zusammenwirkt.
3. 3. Pyrotechnische Trenneinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Bohrung (8) etwa dem Innendurchmesser der vom Gehäuse (2)umschlossenen Leitung (1) entspricht.
4. 4. Pyrotechnische Trenneinrichtung nach einem der Ansprüche 1bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem der Leitung (1)zugekehrten Endabschnitt des Zylinders (11) ein in dessenlichten Raum hineinragender Ansatz (16) vorgesehen ist, der als Führung für den Kolben (12) dient, sodass dieser im Zy¬linder (11) unverdrehbar ist.
5. 5. Pyrotechnische Trenneinrichtung nach einem der Ansprüche 1bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) mit der Leitung (1) der Klimaanlage fest verbunden, vorzugsweiseverlötet oder verschweißt ist, sodass das Gehäuse (2) auchnach Trennung der Leitung (1) mit einer Seite der Leitung(la) verbunden bleibt.
6. 6. Pyrotechnische Trenneinrichtung nach einem der Ansprüche 1bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Masse-anbindung über die Leitung (1) erfolgt.
7. 7. Pyrotechnische Trenneinrichtung nach einem der Ansprüche 1bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (12) imZylinder (11) in seiner Ausgangslage, beispielsweise durchein Abscherelement, gesichert ist.
8. 8. Pyrotechnische Trenneinrichtung nach einem der Ansprüche 1bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Zylinder (11) an der zünderseitigen Seite des Kolbens (12) eine Treibladungvorgesehen ist.
9. 9. Pyrotechnische Trenneinrichtung nach einem der Ansprüche 1bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) ausAluminium, einer Aluminiumlegierung oder aus Stahl herge¬stellt ist.
10. 10. Pyrotechnische Trenneinrichtung nach einem der Ansprüche 1bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (2) mehrtei¬lig ausgebildet ist und der dem Treibmittel (3) zugekehrteTeil aus Kunststoff und ein die Schneidkante (14) aufwei¬sendes Schneidelement (5) aus Metall oder Keramik herge¬stellt ist.
11. 11. Pyrotechnische Trenneinrichtung nach einem der Ansprüche 1bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Zünder (3) einKunststoffanzünder oder eine Zündpille ist.
12. 12. Pyrotechnische Trenneinrichtung nach einem der Ansprüche 1bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine EMV- Schutzmaßnahme, z.B. ein Ferrit-Kern, eine Spule oder eineverdrillte Leitung, vorgesehen ist.
13. 13. Pyrotechnische Trenneinrichtung nach einem der Ansprüche 1bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kon¬taktierung über ein Kabel mit Stecker erfolgt.
14. 14. Pyrotechnische Trenneinrichtung nach einem der Ansprüche 1bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kon¬taktierung über eine Steckverbindung an der Trenneinrich¬tung erfolgt.