AT521150A4

AT521150A4 - Pyrotechnischer Stromtrenner

Info

Publication number: AT521150A4
Application number: AT504242018A
Authority: AT
Original assignee: Hirtenberger Automotive Safety Gmbh & Co Kg
Priority date: 2018-05-24
Filing date: 2018-05-24
Publication date: 2019-11-15
Also published as: AT521150B1

Abstract

Bei einem pyrotechnischen Stromtrenner (11) mit reduzierter Außenwirkung zum Durchtrennen eines Leiters (1) mittels eines Trennstempels (3), der von einem Zünder (2) angetrieben wird, wobei parallel zur Trennstelle eine Schmelzsicherung (10) vorgesehen ist, ist erfindungsgemäß die Schmelzsicherung (10) im Normalfall höchstens mit einer Seite der Trennstelle kontaktiert und wird erst beim pyrotechnischen Trennvorgang oder unmittelbar vor dem pyrotechnischen Trennvorgang mit der anderen Seite der Trennstelle kontaktiert. Dadurch ist die Sicherung im Normalfall nicht stromdurchflossen. Wenn zwei Trennstellen vorgesehen sind und die Sicherung mit einem Punkt zwischen den beiden Trennstellen und der anderen Seite einer der beiden Trennstellen verbunden wird, ist nach Trennung beider Trennstellen und Erlöschen allfälliger Lichtbögen auch bei intakter Sicherung eine galvanische Trennung gegeben. Dies lässt sich realisieren, indem der Trennstempel (3) zum Ausstanzen einer Platine (5) aus dem Leiter (1) ausgebildet ist, sodass sich zwei Trennstellen ergeben, und der Bereich zwischen den Trennstellen als Verbindungselement zum Kontaktieren der Sicherung (10) verwendet wird.

Description

Bei einem pyrotechnischen Stromtrenner (11) mit reduzierter Außenwirkung zum Durchtrennen eines Leiters (1) mittels eines Trennstempels (3), der von einem Zünder (2) angetrieben wird, wobei parallel zur Trennstelle eine Schmelzsicherung (10) vorgesehen ist, ist erfindungsgemäß die Schmelzsicherung (10) im Normalfall höchstens mit einer Seite der Trennstelle kontaktiert und wird erst beim pyrotechnischen Trennvorgang oder unmittelbar vor dem pyrotechnischen Trennvorgang mit der anderen Seite der Trennstelle kontaktiert. Dadurch ist die

Sicherung im Normalfall nicht stromdurchflossen. Wenn zwei

Trennstellen vorgesehen sind und die Sicherung mit einem Punkt zwischen den beiden Trennstellen und der anderen Seite einer der beiden Trennstellen verbunden wird, ist nach Trennung beider Trennstellen und Erlöschen allfälliger

Lichtbögen auch bei intakter Sicherung eine galvanische

Trennung gegeben. Dies lässt sich realisieren, indem der

Trennstempel (3) zum Ausstanzen einer Platine (5) aus dem Leiter (1) ausgebildet ist, sodass sich zwei Trennstellen ergeben, und der Bereich zwischen den Trennstellen als Verbindungselement zum Kontaktieren der Sicherung (10) verwendet wird.

(Fig. 6) / 20

Die vorliegende Erfindung betrifft einen pyrotechnischen

Stromtrenner mit reduzierter Außenwirkung zum Durchtrennen eines Leiters mittels eines Trennstempels, der von einem Zünder angetrieben wird, wobei parallel zur Trennstelle eine Schmelzsicherung vorgesehen ist.

Der Wandel zu umweltfreundlicherer Mobilität bringt eine Erhöhung der Anzahl der Elektrofahrzeuge mit sich. Der Trend geht in Richtung höherer Leistung und höherer Reichweite, beides bringt höhere Ströme und höhere Spannungen mit sich. Diese müssen im Falle eines Kurzschlusses oder Unfalles sicher getrennt werden, um zusätzliche Gefahren für Insassen und/oder

Rettungspersonal zu minimieren. Üblich ist zunächst einmal die allpolige Abschaltung, d.h. die Trennung von Hochvoltbatterie und Spannungswandler mittels zweier Schütze. Die elektromagnetischen Unterbrecher können in der Regel Ströme bis kA sicher trennen; darüber wird nicht mehr getrennt, und in

Extremfällen kommt es zur explosionsähnlichen Zerstörung der Bauteile. Weiters bekannt sind Sicherungen, die sich im

Hochvoltkreis befinden, den Nennstrom (z.B. 300 A) tragen können und bei massiven Kurzschlüssen den Stromfluss unterbinden. Diese

Lösung ist für kleinere Kurzschlüsse im Bereich des doppelten

Nennstroms nicht geeignet, da die Trennzeit zu langsam ist. Ein weiterer Schritt war die Einbringung von pyrotechnischen

Stromtrennern mit hohem Trennvermögen. Diese weisen jedoch während des Trennvorgangs entsprechend der Verlustleistung mehr oder weniger ausgeprägte Außenwirkungen in Form von Schall und

Heißgasaustritt auf.

In Weiterbildung des Gedankens der Absicherung mittels Sicherung wurde vorgeschlagen, bei Erkennen eines kleinen Überstroms durch

Erzeugung eines massiven Kurzschlusses, beispielsweise mittels eines Thyristors, die Hauptsicherung zuverlässig auszulösen (DE 19527997 A1). Die Nachteile dieser Schaltung sind offensichtlich: die Batterie wird immer durch einen massiven Kurzschluss belastet, und der Thyristor wird hoch belastet.

Eine andere Schaltungsvariante wird von Tesla im Modell S verwendet: Der Strom fließt über einen kleinen pyrotechnischen / 20

Stromtrenner, und parallel dazu sind zwei kleine

Schmelzsicherungen angeordnet. Bei Überstrom wird der Stromtrenner pyrotechnisch geöffnet, und der Strom fließt nur mehr über die Schmelzsicherungen, die durch entsprechende Überlastung zuverlässig auslösen und die Energie der Trennung aufnehmen. Diese Schaltung funktioniert im Neuzustand sehr gut, jedoch sind die beiden Schmelzsicherungen im Normalbetrieb immer stromdurchflossen (weil der zu durchtrennende Leiter zwar einen sehr geringen, bei den hohen Strömen aber doch merkbaren

Widerstand aufweist, sodass es zu einem Spannungsabfall kommt), wodurch es zu Alterung und einer Veränderung der

Auslösecharakteristik kommt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass im Falle eines Unfalls in einem Augenblick, wo kein oder nur ein geringer Fahrstrom entnommen wird, keine Trennung stattfindet, weil dann zwar der pyrotechnische Stromtrenner die

Leitung unterbricht, die Sicherungen aber weiter den Strom leiten. Erst wenn wieder viel Fahrstrom entnommen wird (oder ein

Kurzschluss auftritt), brennen die Sicherungen durch. Daher muss diese Schaltungsvariante mit Schützen kombiniert werden, wenn man bei einem Unfall auch ohne hohe Stromentnahme sicher unterbrechen möchte.

Die vorliegende Erfindung geht von dieser Schaltungsvariante aus. Sie hat zur Aufgabe, den Nachteil der Alterung und somit der Veränderung der Auslösecharakteristik der Schmelzsicherungen zu beseitigen.

Diese Aufgabe wird durch einen pyrotechnischen Stromtrenner der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die

Schmelzsicherung im Normalfall höchstens mit einer Seite der Trennstelle kontaktiert ist und dass erst beim pyrotechnischen

Trennvorgang oder unmittelbar vor dem pyrotechnischen Trennvorgang die Kontaktierung mit der anderen Seite der

Trennstelle hergestellt wird.

Das hier vorgestellte Konzept vermeidet die oben genannten Nachteile. Ein Stromtrenner bekannter Bauart, wie er z.B. in

WO 2017/066816 A1 beschrieben ist, dient als Grundlage. Im Gegensatz zu der Schaltungsvariante von Tesla ist die / 20

Schmelzsicherung aber nicht permanent parallel zur pyrotechnischen Trennvorrichtung geschaltet, sondern wird erst im Zeitpunkt der Auslösung parallel geschaltet. Somit ist die Schmelzsicherung im Normalbetrieb nicht stromdurchflossen und unterliegt kaum der Alterung. Dennoch kann sie die Trennenergie bei der Auslösung aufnehmen, weil sie erst in genau diesem

Zeitpunkt (oder unmittelbar davor) kontaktiert wird.

Vorzugsweise sind zwei Trennstellen, nämlich eine erste Trennstelle und eine zweite Trennstelle, vorgesehen und ist die Sicherung nach der Kontaktierung beim pyrotechnischen Trennvorgang oder unmittelbar vor dem pyrotechnischen

Trennvorgang parallel nur zur ersten Trennstelle geschaltet.

Dadurch ergibt sich der zusätzliche Vorteil, dass der Stromfluss jedenfalls unterbrochen wird, auch dann, wenn nur wenig Strom fließt. Betrachten wir für diese Variante die beiden Extremfälle sehr hoher Strom und sehr kleiner Strom:

• Hoher Strom: Wenn beide Trennstellen gleichzeitig unterbrochen werden (indem z.B. eine Platine aus dem Leiter herausgestanzt wird) bilden sich zunächst zwei Lichtbögen aus: einer zwischen dem ersten Leiterende und der Platine (erste Trennstelle) und einer zwischen der Platine und dem zweiten Leiterende (zweite Trennstelle). Wenn nun die

Sicherung mit der Platine und dem ersten Leiterende kontaktiert wird, erlischt der erste Lichtbogen, weil der

Strom über die Sicherung fließt. Damit verflüchtigen sich die Ionen im Bereich dieses ersten Lichtbogens in kürzester Zeit. Bis die Sicherung durchbrennt, brennt der zweite Lichtbogen noch weiter. Wenn dann die Sicherung durchbrennt, wird der Stromfluss sofort vollständig unterbrochen, weil der erste Lichtbogen nicht mehr zünden kann, da nicht mehr ausreichend Ionen in diesem Bereich vorhanden sind, und somit verlöscht auch der zweite

Lichtbogen.

• Kleiner Strom: In diesem Fall brennt die Sicherung nicht durch, es bilden sich aber wegen des geringen Stroms ohnehin nur schwache Lichtbögen (wenn überhaupt) aus, / 20 sodass die Außenwirkung gering bleibt. Dennoch wird der Strom abgeschaltet, weil die Sicherung nur die erste Trennstelle überbrückt, nicht jedoch die zweite Trennstelle, sodass nach Trennung beider Trennstellen und Erlöschen allfälliger Lichtbögen auch bei intakter

Sicherung eine galvanische Trennung gegeben ist.

Vorzugsweise befindet sich die während des pyrotechnischen

Trennvorgangs herzustellende Kontaktierung auf der dem Zünder abgewandten Seite des Leiters. In diesem Fall kann nämlich der

Trennstempel zum Ausstanzen einer Platine aus dem Leiter ausgebildet sein, sodass sich die zwei Trennstellen ergeben, und der Bereich zwischen den Trennstellen kann als

Verbindungselement zum Kontaktieren der Sicherung dienen. Bei dieser Ausführungsform ist der zusätzlich notwendige Aufwand also sehr gering. Der Bereich zwischen den beiden Trennstellen muss nicht die bereits ausgestanzte Platine sein, weil - wie weiter unten ausgeführt wird - die beiden Trennstellen auch zeitlich nacheinander getrennt werden können.

Vorzugsweise hat der Trennstempel einen leitfähigen Boden. Auf diese Weise kann der Kontakt mit der Sicherung bereits hergestellt werden, während die beiden Leiterenden und die ausgestanzte Platine noch über den leitfähigen Boden miteinander

Kontakt haben. Solange sich der leitfähige Boden zwischen den

Leiterenden befindet, können sich allfällige Lichtbögen somit nur in dem äußerst geringen Spalt zwischen den Leiterenden und dem leitfähigen Boden ausbilden.

In diesem Fall ist es weiters günstig, wenn der leitfähige Boden im Bereich der zweiten Trennstelle dicker ist als im Bereich der ersten Trennstelle. Bei geeigneter Dimensionierung kann man dadurch erreichen, dass die zweite Trennstelle, also die nicht von der Sicherung überbrückte Trennstelle, über den leitfähigen

Boden mit der ausgestanzten Platine elektrisch verbunden bleibt, bis die Sicherung durchbrennt, sodass - nachdem der leitfähige

Boden die Leiterenden verlassen hat -, keine Lichtbögen mehr auftreten können.

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Alternativ dazu kann der Trennstempel eine führende Kante und eine zurückgesetzte Kante aufweisen, sodass zunächst der Leiter an der ersten Trennstelle durch die führende Kante getrennt wird und danach der Leiter an der zweiten Trennstelle durch die zurückgesetzte Kante getrennt wird, wobei die Kontaktierung vor der Trennung des Leiters an der zweiten Trennstelle erfolgt. Auf diese Weise erfolgt die Unterbrechung des Stroms durch die

Schmelzsicherung, bevor der Leiter an der zweiten Trennstelle durchtrennt wird, sodass nur an der ersten Trennstelle ein

Lichtbogen auftreten kann (in der Zeit zwischen dem Trennen und dem Kontaktieren der Sicherung, wenn kein leitfähiger Boden zum

Einsatz kommt), was die Außenwirkung bei hohen Strömen auf ein

Minimum reduziert. Denn die zweite Trennstelle wird erst getrennt, wenn der Stromfluss bereits unterbrochen ist.

Nach einer weiteren Alternative ist auf der dem Zünder abgewandten Seite ein Schleifkontakt für die Platine vorgesehen und der Schleifkontakt mit jenem Teil des Leiters verbunden, der zur zweiten Trennstelle führt. Auch hier bleibt die zweite

Trennstelle vorerst überbrückt, nämlich durch den Schleifkontakt, bis die Platine den Bereich des Schleifkontakts verlassen hat. Bei geeigneter Dimensionierung kann man auch hier erreichen, dass zu diesem Zeitpunkt die Sicherung bereits durchgebrannt ist.

Insbesondere wenn eine Platine ausgestanzt wird kann man - wenn ein Bremselement zum Bremsen des Trennstempels vorgesehen ist - das Bremselement metallisch ausführen und zum Kontaktieren der Sicherung verwenden.

Vorzugsweise enthält der Stromtrenner ein Löschmittel zum Löschen eines allfälligen Lichtbogens, wie dies an sich bekannt ist. Durch das Löschmittel wird bei der erfindungsgemäßen Lösung das Trennen bei niedrigen Strömen, d.h. wenn die Sicherung nicht oder nur sehr langsam durchbrennt, verbessert. Wegen der niedrigen Ströme genügt es daher oft, wenn das Löschmittel nur an einigen Stellen am Trennstempel angebracht ist, insbesondere im Bereich jener Trennstelle, die nicht durch die Sicherung überbrückt ist.

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Das Löschmittel befindet sich vorzugsweise auf der zünderseitigen Seite des Trennstempels. Auf diese Weise gelangt es zwischen die Leiterenden, nachdem die Platine vom

Trennstempel ausgestanzt wurde.

Alternativ dazu kann auch der Trennstempel selbst aus einem als

Löschmittel geeigneten Material, z.B. Silikon oder PMMA, bestehen.

Damit die Sicherung den notwendigen Abschaltstrom bewältigen kann ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Widerstand der Sicherung höchstens 10 πΩ, bevorzugt höchstens 5 πΩ, beträgt und/oder dass das

Schmelzintegral zwischen 2 kA²-s und 150 kA²-s beträgt. Das

Schmelzintegral soll nicht zu klein sein, damit die Sicherung erst durchbrennt, wenn sich die Ionen im Bereich des zuvor vorhandenen Lichtbogens verflüchtigt haben, um ein erneutes Zünden zu vermeiden; es soll aber auch nicht zu groß sein, damit der Lichtbogen an der zweiten Trennstelle nicht zu lange brennt.

Anhand der beiliegenden Figuren wird die vorliegende Erfindung näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stromtrenners vor der Zündung; Fig. 2 dasselbe unmittelbar nach der Zündung; Fig. 3 dasselbe nach vollständiger Durchtrennung des Leiters; Fig. 4a bis 4c zeigt Strom, Spannung bzw. Leistung während des Abschaltens; die Fig. 5 bis 7 zeigen Ansichten analog zu den Fig. 1 bis 3 einer anderen Ausführungsform; und Fig. 8 zeigt eine Ansicht analog zu

Fig. 1 und 5 einer dritten Ausführungsform.

Anhand der Fig. 1 bis 3 wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erklärt. An einem Leiter 1, der im Fall eines Kurzschlusses oder einer Überlast durchtrennt werden soll und der Leiterenden 1a und 1b mit Langlöchern zum Anschluss an das Bordnetz eines E-Mobils aufweist, ist ein pyrotechnischer

Stromtrenner 11 angebracht. Das Gehäuse des Stromtrenners 11 besteht aus einem Gehäuseoberteil 12 und einem Gehäuseunterteil

13. Das Gehäuseoberteil 12 weist Zapfen 14 auf, die durch entsprechende Ausnehmungen des Leiters 1 ragen und unterhalb des / 20

Leiters 1 in entsprechende Öffnungen 15 des Gehäuseunterteils

13. Dadurch sind auch nach Durchtrennen des Leiters 1 die

Leiterenden 1a, 1b im Stromtrenner 11 fixiert.

Im Gehäuseoberteil 12 befindet sich ein Zünder 2. Im Leiter 1 befinden sich Kerben 4a und 4b, die als Sollbruchstellen für eine leichtere Trennung sorgen. Benachbart zum Zünder 2 befindet sich im Gehäuseoberteil 12 ein Druckkolben 16, gefolgt von

Löschmittel 6 und Trennstempel 3. Im Gehäuseunterteil 13 befindet sich eine Kammer 17, die ein Bremselement 7 beherbergt.

Die Gehäuseteile sind aus einem elektrisch isolierenden, schlagzähen Material, wie zum Beispiel Polyamid, hergestellt.

Als Löschmittel 6 empfiehlt sich eine Silikonpaste, es ist aber auch Öl oder Sand oder Ähnliches als Löschmittel 6 möglich.

Zünderfern besitzt der Stromtrenner 11 einen elektrischen

Kontakt 8, der als Ableitung dient und über eine Sicherung 10 mit dem Leiterende 1a des Stromtrenners 11 verbunden ist. Dieser Pfad ist im normalen Betriebszustand nicht stromdurchflossen, der Strom fließt ausschließlich über den Leiter 1 des

Stromtrenners 11. Wird ein Überstrom durch eine hier nicht dargestellte Stromüberwachung erkannt, wird der Zünder 2 gezündet und drückt über den Druckkolben 16 und das Löschmittel den Trennstempel 3 gegen den Leiter 1. Dieser ist durch die

Kerben 4a, 4b geschwächt, sodass der Trennstempel 3 aus dem

Leiter 1 eine Platine 5 heraustrennt (siehe Fig. 2), wodurch sich zwei Trennstellen ergeben, eine erste Trennstelle 4a' im Bereich der Kerbe 4a (siehe Fig. 1) und eine zweite Trennstelle 4b' (siehe Fig. 2) im Bereich der Kerbe 4b (siehe Fig. 1).

Der Trennstempel 3 wird durch das Löschmittel 6 angetrieben, welches im Verlauf der Trennung gegen einen eventuell auftretenden Lichtbogen zwischen die Enden des Leiters 1 und der

Platine 5 gedrückt wird und das Erlöschen des Lichtbogens bei geringem Strom fördert (Fig. 2, 3). Die Platine 5 wird im

Verlauf der Trennung gegen das Bremselement 7 gedrückt, welches metallisch leitend ist und in Verbindung mit dem Kontakt 8 steht. Durch diese Kontaktierung entsteht ein Strompfad über die / 20

Sicherung 10, wodurch der Lichtbogen über die erste Trennstelle

4a', also dem Lichtbogen zwischen der Platine 5 und dem sicherungsseitigen Leiterende 1a, erlischt. Der Strom ist somit auf die Sicherung 10 umgeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt fließt der Strom vom Leiterende 1b, einem Lichtbogen über die zweite

Trennstelle 4b' zwischen Leiterende 1b und Platine 5, das Bremselement 7 und den Kontakt 8 zur Sicherung 10 und von dort zum Leiterende 1a. Der besondere Vorteil dieser Schaltung besteht darin, dass die Sicherung 10 im Normalbetrieb nicht von

Strom durchflossen ist und somit ein kleines Schmelzintegral besitzen kann. Dadurch wird eine rasche Abtrennung des Stroms gewährleistet.

Fig. 3 zeigt den Endzustand des erfindungsgemäßen Stromtrenners nach der Auslösung. Der Trennstempel 3 hat das Bremselement 7 zusammengedrückt, die Sicherung 10 ist durchgebrannt und unterbindet den Stromfluss, wodurch auch der Lichtbogen über die zweite Trennstelle erlischt.

Sofern der anliegende Strom zu gering ist, um die Sicherung 10 durchzubrennen, sorgt das Löschmittel 6 für eine zuverlässige

Trennung.

Anders als bei den bekannten Parallelschaltungen von Sicherung und Stromtrenner, wie dies Tesla im Modell S realisiert, erfolgt die Trennung also unabhängig vom anliegenden Strom und die

Sicherung wird in Normalbetrieb nicht durch Strom belastet.

Fig. 4a, 4b und 4c zeigen Strom-, Spannungs- bzw. Leistungsverlauf einer Auslösung bei 16 kA mit einer Quellspannung von 500 V. Der Nullpunkt der Zeitachse wurde auf den Beginn der elektrischen Trennung gesetzt. Nach 0,1 ms ist die Sicherung 10 durchgeschmolzen und in der Sicherung beginnt ein Lichtbogen zu brennen, der durch die Quarzsandfüllung gekühlt wird. Der Widerstand steigt stark an, wie in der Spannungskurve (Fig. 4b) gut zu erkennen ist, und der Strom kommt zum Erliegen (Fig. 4a). Ein weiterer Vorteil dieser Bauart ist, dass der Energieabbau in der Sicherung 10 kaum Außenwirkung zeigt, die Sicherung leuchtet nur kurz auf. Als Sicherung wurden / 20 im gezeigten Beispiel zwei parallele SRF10 von ETI verwendet, es versteht sich jedoch von selbst, dass auch jede andere geeignete

Sicherung verwendet werden kann. Geeignet ist die Sicherung dann, wenn sie die erforderliche Spannungsfestigkeit und Trennfestigkeit besitzt, der Widerstand so gering ist, dass der Strom vom Lichtbogen rasch umsteigt, und das Schmelzintegral genügend Zeit zur Deionisierung der überbrückten

Lichtbogenstrecke lässt.

Bevorzugt ist ein Widerstand kleiner als 10 πΩ, besonders bevorzugt kleiner 5 πΩ, sowie ein Schmelzintegral von 2 bis

150 kA² ·s.

Das hier dargestellte System besitzt eine gegenüber einem normalen Hochvolttrenner deutlich reduzierte Außenwirkung, die in alternativer Bauform noch weiter verringert werden kann. Die entsprechende Ausführungsform ist in den Fig. 5 bis 7 dargestellt.

Abweichend vom zuvor beschriebenen Aufbau dient hier der

Trennstempel 3 gleichzeitig als Druckkolben, d.h. er wird direkt vom Zünder 2 mit Druck beaufschlagt. Der Trennstempel 3 weist einen leitfähigen Boden 21 auf, der sich auf der sicherungsseitigen Seite 22 und der sicherungsfernen Seite 23 in unterschiedliche Höhen seitlich am Trennstempel 3 hinauf erstreckt. Der Trennablauf folgt im Prinzip dem zuvor beschriebenen Schema. Durch Zündung des Zünders 2 wird der

Trennstempel 3 gegen den Leiter 1 gedrückt und trennt an den

Kerben 4a, 4b die Platine 5 aus dem Leiter 1, sodass sich

Trennstellen 4a', 4b' ergeben (siehe Fig. 6), die aber über den leitfähigen Boden 21 vorerst überbrückt sind; sofern sich

Lichtbögen zwischen den Leiterenden 1a, 1b und dem leitfähigen Boden 21 ausbilden, haben diese nur eine äußerst geringe Länge und somit kaum eine Außenwirkung.

Im weiteren Verlauf der Trennung berührt, wie in Fig. 6 dargestellt, die Platine 5 das Bremselement 7. Besonders bevorzugt ist, dass zu diesem Zeitpunkt die Verbindung zwischen den Leiterenden 1a, 1b und dem leitfähigen Boden 21 immer noch / 20 besteht und erst nach der Kontaktierung der Platine 5 mit dem

Bremselement 7 auf der sicherungsseitigen Seite 22 geöffnet wird. Der Strom fließt dann auf der sicherungsfernen Seite 23 vom Leiterende 1b zum leitfähigen Boden 21 und in der Folge über die Platine 5 und den Kontakt 8 zur Sicherung 10.

In Fig. 7 hat sich der Trennstempel 3 so weit vom Zünder entfernt, dass auch die Verbindung zwischen dem sicherungsfernen

Leiterende 1b und dem leitfähigen Boden 21 auf der sicherungsfernen Seite 23 geöffnet, diese Verbindung somit getrennt wird. Bevorzugt hat die Sicherung 10 zu diesem

Zeitpunkt bereits den Strom unterbrochen, was (bei definierter Geometrie) durch die Abstimmung Zünder, Bremselement und Auswahl der Sicherung erreicht wird. Selbstverständlich kann der Aufbau nach Fig. 5 bis 7 auch Löschmittel enthalten, dieses kann in fester oder flüssiger Form eingebracht werden und beispielsweise auf der sicherungsfernen Seite des Trennstempels 3 oberhalb des

Bereichs des leitfähigen Bodens 21 auf der sicherungsfernen

Seite 23 angebracht werden.

Zusammenfassend lässt sich diese Ausführung dadurch beschreiben, dass die Außenwirkung minimiert wird, indem die Verbindung des

Leiters weitestgehend bis zur Kontaktierung des Bremselements erhalten wird und auch während des Stromflusses durch die

Sicherung allfällige Lichtbögen möglichst kurz gehalten werden. Weitestgehend bedeutet in diesem Fall, dass auch bei

Kontaktierung zwischen den Leiterenden und dem leitfähigem Bereich des Trennstempels kleine Lichtbögen möglich sind. Natürlich sind auch andere Varianten darstellbar, bei denen zuerst die Kontaktierung zur Sicherung hergestellt wird und erst danach der Leiter unterbrochen wird.

Eine dritte Ausführungsform ist in Fig. 8 gezeigt. Hier ist statt des leitfähigen Bodens ein Schleifkontakt 25 vorgesehen, der mit einem stiftartigen Fortsatz 26 in einer entsprechenden

Öffnung des Leiters 1 fixiert ist. Bei ihrem Weg nach unten schleift die ausgestanzte Platine 5 an dem Schleifkontakt 25 entlang und hat somit ständig Kontakt mit dem Leiterende 1b, bis die Platine 5 das untere Ende des Schleifkontakts 25 verlässt.

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Zu diesem Zeitpunkt sollte die Sicherung 10 bereit durchgebrannt sein, sodass dann kein Lichtbogen mehr entstehen kann.

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Dr. Müllner Dipl.-Ing. Katschinka OG, Patentanwaltskanzlei

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Claims

Patentansprüche :

1. Pyrotechnischer Stromtrenner (11) mit reduzierter

Außenwirkung zum Durchtrennen eines Leiters (1) mittels eines Trennstempels (3), der von einem Zünder (2) angetrieben wird, wobei parallel zur Trennstelle eine Schmelzsicherung (10) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzsicherung (10) im Normalfall höchstens mit einer Seite der Trennstelle kontaktiert ist und dass erst beim pyrotechnischen Trennvorgang oder unmittelbar vor dem pyrotechnischen Trennvorgang die Kontaktierung mit der anderen Seite der Trennstelle hergestellt wird.
2. Pyrotechnischer Stromtrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Trennstellen vorgesehen sind, nämlich eine erste Trennstelle und eine zweite Trennstelle, und dass die Sicherung nach der Kontaktierung beim pyrotechnischen Trennvorgang oder unmittelbar vor dem pyrotechnischen Trennvorgang parallel nur zur ersten

Trennstelle geschaltet ist, sodass nach Trennung beider

Trennstellen und Erlöschen allfälliger Lichtbögen auch bei intakter Sicherung eine galvanische Trennung gegeben ist.
3. Pyrotechnischer Stromtrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die während des pyrotechnischen Trennvorgangs herzustellende Kontaktierung auf der dem Zünder (2) abgewandten Seite des Leiters (1) befindet.
4. Pyrotechnischer Stromtrenner nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennstempel (3) zum Ausstanzen

13 / 20 einer Platine (5) aus dem Leiter (1) ausgebildet ist, sodass sich die zwei Trennstellen ergeben, und dass der

Bereich zwischen den Trennstellen als Verbindungselement zum Kontaktieren der Sicherung (10) dient.
5. Pyrotechnischer Stromtrenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennstempel (3) einen leitfähigen Boden (21) hat.
6. Pyrotechnischer Stromtrenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der leitfähige Boden (21) im Bereich (23) der zweiten Trennstelle dicker ist als im Bereich (22) der ersten Trennstelle.
7. Pyrotechnischer Stromtrenner nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennstempel eine führende Kante und eine zurückgesetzte Kante aufweist, sodass zunächst der Leiter an der ersten Trennstelle durch die führende Kante getrennt wird und danach der Leiter an der zweiten Trennstelle durch die zurückgesetzte Kante getrennt wird, wobei die Kontaktierung vor der Trennung des Leiters an der zweiten Trennstelle erfolgt.
8. Trennstempel nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Zünder (2) abgewandten Seite ein Schleifkontakt (25) für die Platine (5) vorgesehen ist und dass der Schleifkontakt (25) mit jenem Teil des Leiters (1) verbunden ist, der zur zweiten Trennstelle führt.
9. Pyrotechnischer Stromtrenner nach einem der Ansprüche 2 bis

8, dadurch gekennzeichnet dass ein Bremselement (7) zum Bremsen des Trennstempels (3) vorgesehen ist und dass das Bremselement (7) metallisch ist und zum Kontaktieren der Sicherung (10) dient.
10. Pyrotechnischer Stromtrenner nach einem der Ansprüche 1 bis

9, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Löschmittel (6) zum Löschen eines allfälligen Lichtbogens enthält.

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11. Pyrotechnischer Stromtrenner nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Löschmittel nur an einigen Stellen am Trennstempel angebracht ist.
12. Pyrotechnischer Stromtrenner nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Löschmittel (6) auf der zünderseitigen Seite des Trennstempels (3) befindet.
13. Pyrotechnischer Stromtrenner nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennstempel (3) aus einem als Löschmittel geeigneten Material, z.B. Silikon oder PMMA, besteht.
14. Pyrotechnischer Stromtrenner nach einem der Ansprüche 1 bis

13, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand der Sicherung höchstens 10 πΩ, bevorzugt höchstens 5 πΩ, beträgt und/oder dass das Schmelzintegral zwischen 2 kA²-s und 150 kA2 -s beträgt.