AT523708B1

AT523708B1 - Pyrotechnic current isolator and process for its manufacture

Info

Publication number: AT523708B1
Application number: ATA50324/2020A
Authority: AT
Original assignee: Hirtenberger Automotive Safety Gmbh & Co Kg
Priority date: 2020-04-16
Filing date: 2020-04-16
Publication date: 2021-11-15
Also published as: AT523708A4; WO2021207773A1; DE202021004247U1

Abstract

Das Gehäuse eines pyrotechnischen Stromtrenners weist einen Hohlraum (32) auf, in welchem ein Trennstempel verschiebbar angeordnet ist. In dem Hohlraum (32) ist weiters eine pyrotechnische Ladung vorgesehen, und auf der gegenüberliegenden Seite des Trennstempels durchquert ein Leiter (11) mit zumindest einer Sollbruchstelle (12a, 12b) diesen Hohlraum (32), sodass bei Zündung der pyrotechnischen Ladung der Trennstempel in Richtung zum Leiter (11) getrieben ist und diesen an der zumindest einen Sollbruchstelle (12a, 12b) trennt. Erfindungsgemäß ist die zumindest eine Sollbruchstelle (12a, 12b) zumindest teilweise mit Polymermaterial gefüllt. Dadurch wird die Stabilität des Leiters (11) verbessert. Wenn zumindest eine Füllung (14a, 14b) auf der dem Trennstempel zugewandten Seite vorgesehen ist, wird der bei der Trennung entstehende Lichtbogen früher gelängt. Wenn die Füllung(en) (14a', 14b') auf der dem Trennstempel abgewandten Seite die Kerbe der Sollbruchstelle(n) (12a, 12b) nur teilweise füllen, wird der Widerstand, den der Trennkolben überwinden muss, nur geringfügig erhöht. Die Füllungen (14a, 14b, 14a', 14b') sind vorzugsweise Teil des Gehäuses.The housing of a pyrotechnic current isolator has a cavity (32) in which a isolating ram is displaceably arranged. A pyrotechnic charge is also provided in the cavity (32), and a conductor (11) with at least one predetermined breaking point (12a, 12b) crosses this cavity (32) on the opposite side of the separating punch, so that when the pyrotechnic charge is ignited, the separating punch in Direction to the conductor (11) is driven and this separates at the at least one predetermined breaking point (12a, 12b). According to the invention, the at least one predetermined breaking point (12a, 12b) is at least partially filled with polymer material. This improves the stability of the conductor (11). If at least one filling (14a, 14b) is provided on the side facing the separating punch, the arc produced during the separation is elongated earlier. If the filling (s) (14a ', 14b') on the side facing away from the separating punch only partially fill the notch of the predetermined breaking point (s) (12a, 12b), the resistance that the separating piston has to overcome is only slightly increased. The fillings (14a, 14b, 14a ', 14b') are preferably part of the housing.

Description

description

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen pyrotechnischen Stromtrenner mit einem Gehäuse, welches einen Hohlraum aufweist, in welchem ein Trennstempel verschiebbar angeordnet ist, wobei weiters in dem Hohlraum eine pyrotechnische Ladung vorgesehen ist und auf der gegenüberliegenden Seite des Trennstempels ein Leiter mit zumindest einer Sollbruchstelle den Hohlraum durchquert, sodass bei Zündung der pyrotechnischen Ladung der Trennstempel in Richtung zum Leiter getrieben ist und diesen an der zumindest einen Sollbruchstelle trennt. The present invention relates to a pyrotechnic current isolator with a housing which has a cavity in which a separating punch is slidably disposed, further in the cavity a pyrotechnic charge is provided and on the opposite side of the separating punch, a conductor with at least one predetermined breaking point crosses the cavity, so that when the pyrotechnic charge is ignited, the cutting punch is driven in the direction of the conductor and separates it at the at least one predetermined breaking point.

[0002] Mit dem Ansteigen der Elektromobilität steigt auch die Nachfrage nach kostengünstig herstellbaren Trennelementen zur Unterbrechung der Stromkreise im Unglücksfall. Großer Aufwand ist erforderlich, um die Außenwirkung beim Trennen möglichst gering zu halten, wie beispielsweise in der gattungsbildenden DE 102018125059 A9 von Key Safety Systems, Inc. beschrieben. Gemäß dieser Schrift enthält die Kolbengestaltung zusammen mit der Kammergestaltung integrierte Abschnürbereiche und Ausblaskanäle für den auftretenden Lichtbogen. Ein Kanalsystem außerhalb oder innerhalb des Kolbens ermöglicht, dass die pyrotechnischen Gase das Lichtbogenplasma in ein Filtersystem drücken, um die Gase abzukühlen. Dennoch ist das Ergebnis bei der Trennung von höheren Strömen nicht immer zufriedenstellend, trotz dieses hohen Aufwands ist die Außenwirkung immer noch sehr groß. With the increase in electromobility, the demand for separating elements that can be manufactured at low cost for interrupting the circuits in the event of an accident also increases. Great effort is required in order to keep the external effect as low as possible during separation, as described, for example, in the generic DE 102018125059 A9 from Key Safety Systems, Inc. According to this document, the piston design, together with the chamber design, contains integrated constriction areas and blow-out channels for the arc that occurs. A channel system outside or inside the bulb allows the pyrotechnic gases to force the arc plasma into a filter system to cool the gases. Nevertheless, the result when separating higher currents is not always satisfactory; despite this high level of effort, the external effect is still very high.

[0003] Gemäß dieser Schrift sind zwei Sollbruchstellen vorgesehen, und der dazwischen liegende Bereich, oft als Platine bezeichnet, wird durch den Trennstempel herausgestanzt. Es sind aber auch Ausführungen mit nur einer Sollbruchstelle bekannt, siehe z.B. die DE 102004008120 A1. Dort sind eine Biegestelle und eine Sollbruchstelle vorgesehen, und der Trennstempel bricht den Leiter an der Sollbruchstelle und biegt ein Stück des Leiters an der Biegestelle vom verbleibenden Leiterende weg. Die vorliegende Erfindung lässt sich bei beiden Ausführungsformen anwenden. According to this document, two predetermined breaking points are provided, and the area in between, often referred to as a board, is punched out by the cutting punch. However, designs with only one predetermined breaking point are also known, see e.g. DE 102004008120 A1. A bending point and a predetermined breaking point are provided there, and the cutting punch breaks the conductor at the predetermined breaking point and bends a piece of the conductor away from the remaining conductor end at the bending point. The present invention can be applied to both embodiments.

[0004] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen pyrotechnischen Stromtrenner der eingangs genannten Art zu schaffen, der im Hinblick auf die Löschung des Lichtbogens und die Außenwirkung verbessert ist. It is the object of the present invention to create a pyrotechnic current isolator of the type mentioned, which is improved with regard to the extinguishing of the arc and the external effect.

[0005] Diese Aufgabe wird durch einen Stromtrenner der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die zumindest eine Sollbruchstelle zumindest teilweise mit Polymermaterial gefüllt ist. This object is achieved according to the invention by a circuit breaker of the type mentioned at the outset in that the at least one predetermined breaking point is at least partially filled with polymer material.

[0006] Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass die teilweise Füllung der Sollbruchstellen eines pyrotechnischen Stromtrenners die Außenwirkung deutlich reduziert. Dies liegt vermutlich daran, dass sich die Füllungen bei Druckbelastung an die äußeren Leiterenden anlegen und somit die Dichtheit zwischen dem Gehäuse und dem Leiter erhöhen. Surprisingly, it has been shown that the partial filling of the predetermined breaking points of a pyrotechnic current isolator significantly reduces the external effect. This is presumably due to the fact that the fillings come into contact with the outer conductor ends under pressure and thus increase the tightness between the housing and the conductor.

[0007] Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass die Füllungen den Leiter im Bereich der Sollbruchstelle versteifen und somit einen leichteren Trennvorgang ermöglichen, d.h. die Deformation der Leiterenden während des Trennvorgangs ist geringer, die Trennung erfolgt rascher, d.h. der Abstand zwischen den Leiterenden wächst in kürzerer Zeit. Auch dies reduziert die Wirkung des Lichtbogens. Another advantage of the solution according to the invention is that the fillings stiffen the conductor in the area of the predetermined breaking point and thus enable an easier separation process, ie the deformation of the conductor ends during the separation process is less, the separation is faster, ie the distance between the Ladder ends grow in less time. This also reduces the effect of the arc.

[0008] Schließlich gibt es auch noch einen Vorteil im Hinblick auf die mechanische Stabilität: Die Füllungen nehmen von außen einwirkende Kräfte auf. Finally, there is also an advantage with regard to mechanical stability: the fillings absorb external forces.

[0009] An Hand der beiliegenden Zeichnung wird die vorliegende Erfindung näher erläutert. Die einzige Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Stromtrenner erfindungsgemäßer Bauart im Leiterbereich. The present invention is explained in more detail with reference to the accompanying drawing. The only FIG. 1 shows a section of a current isolator of the type according to the invention in the conductor area.

[0010] Ein mittlerer Bereich 31 des Gehäuses ist einstückig hergestellt. Er weist einen durchgehenden zylindrischen Hohlraum 32 auf, der von einem Leiter 11 durchsetzt ist. Der Leiter 11 besitzt zwei Sollbruchstellen 12a, 12b, die eine Platine 13 begrenzen. Die Sollbruchstellen 12a, 12b werden durch Kerben gebildet, die von beiden Seiten der Leiteroberflächen ausgehen. A central region 31 of the housing is made in one piece. It has a continuous cylindrical cavity 32 through which a conductor 11 passes. The conductor 11 has two predetermined breaking points 12 a, 12 b which delimit a circuit board 13. The predetermined breaking points 12a, 12b are formed by notches which extend from both sides of the conductor surfaces.

[0011] Es ist aber natürlich auch möglich, dass die Kerben nur an einer Oberfläche des Leiters But it is of course also possible that the notches only on one surface of the conductor

vorgesehen sind. are provided.

[0012] In dem Hohlraum 32 befindet sich oberhalb des Leiters 11 ein Trennstempel (nicht dargestellt), oft auch als Trennkolben bezeichnet. Oberhalb dieses Trennstempels ist der mittlere Bereich 31 des Gehäuses durch einen Deckel abgeschlossen, in dem eine pyrotechnische Ladung integriert ist. Unten ist das Gehäuse durch einen Boden abgeschlossen. Der Boden, der mittlere Bereich 31 und der Deckel sind fest miteinander verbunden, z.B. verschraubt. In the cavity 32 is located above the conductor 11, a cutting punch (not shown), often also referred to as a separating piston. Above this separating stamp, the middle area 31 of the housing is closed off by a cover in which a pyrotechnic charge is integrated. The bottom of the housing is closed off by a floor. The bottom, the middle area 31 and the cover are firmly connected to one another, e.g. screwed.

[0013] Bei Auslösung des Stromtrenners wird die Platine 13 durch den Trennkolben herausgebrochen und ein allfälliger Lichtbogen zwischen Trennkolben und der Wandung des Hohlraums 32 eingequetscht. Durch die Kombination aus Quetschung und Lichtbogenlängung wird der Lichtbogen gelöscht. Gleichgültig, ob als Löschprinzip ein Löschmittel oder Ablation als Folge der Lichtbogenquetschung verwendet wird, führen Temperaturerhöhung und Bildung von gasförmigen Produkten zu einem Anstieg des Innendrucks. Gemäß der eingangs erwähnten DE 102018125059 A9 wird der Druck dadurch abgebaut, dass die gasförmigen Produkte über zwei Filterstufen nach außen abgeleitet werden. When the circuit breaker is triggered, the circuit board 13 is broken out by the separating piston and any arc between the separating piston and the wall of the cavity 32 is squeezed. The arc is extinguished by the combination of squeezing and arc elongation. Regardless of whether the extinguishing principle used is an extinguishing agent or ablation as a result of the arc squeezing, an increase in temperature and the formation of gaseous products lead to an increase in the internal pressure. According to DE 102018125059 A9 mentioned at the outset, the pressure is reduced in that the gaseous products are diverted to the outside via two filter stages.

[0014] Die vorliegende Erfindung geht einen anderen Weg. The present invention takes a different approach.

[0015] Erfindungsgemäß wird angestrebt, dass die gasförmigen Produkte an einem raschen Entweichen gehindert werden, der Druck also nur relativ langsam abgebaut wird. According to the invention, the aim is to prevent the gaseous products from escaping quickly, so that the pressure is only reduced relatively slowly.

[0016] Im dargestellten Beispiel wurde der mittlere Bereich 31 des Gehäuses in einer Spritzgussform hergestellt, während sich der Leiter 11 bereits in dieser Spritzgussform befand. Es war daher möglich, die Sollbruchstellen 12a, 12b bei der Umspritzung des Leiters 11 teilweise zu füllen, sodass sich Füllungen 14a, 14a’, 14b, 14b' ergeben. In the example shown, the middle region 31 of the housing was made in an injection mold, while the conductor 11 was already in this injection mold. It was therefore possible to partially fill the predetermined breaking points 12a, 12b during the overmolding of the conductor 11, so that fillings 14a, 14a ', 14b, 14b' result.

[0017] Dadurch ergeben sich verschiedene Vorteile: This results in various advantages:

[0018] Zunächst legen sich bei Zündung des Stromtrenners die Ränder der Füllungen 14a, 14a’, 14b, 14b' durch den Gasdruck im Sinne einer Ventildichtung an und behindern einen Gasaustritt entlang des Leiters 11. First, when the circuit breaker is ignited, the edges of the fillings 14a, 14a ', 14b, 14b' are applied by the gas pressure in the sense of a valve seal and prevent gas from escaping along the conductor 11.

[0019] In der dargestellten Ausführungsform ist bei Heraustrennen der Platine 13 nur der Bruchbereich zugänglich. Daraus folgt, dass die Lichtbogenlängung früher beginnt: während in der klassischen Bauform die Platine 13 um eine Leiterdicke versetzt werden muss, bevor eine deutliche Längung des Lichtbogens eintritt, beträgt dieser Wert in der hier dargestellten Bauform nur die Hälfte, was einen positiven Effekt auf die Trennzeit hat. Für diesen Effekt sind die Füllungen (14a, 14b) auf der dem Trennstempel zugewandten Seite verantwortlich. In the illustrated embodiment, when the board 13 is removed, only the break area is accessible. It follows that the arc elongation begins earlier: while in the classic design the circuit board 13 has to be moved by one conductor thickness before the arc is significantly elongated, this value is only half in the design shown here, which has a positive effect on the Has separation time. The fillings (14a, 14b) on the side facing the separating punch are responsible for this effect.

[0020] Es ist vorteilhaft, wenn sich die Füllungen 14a, 14a’, 14b, 14b' der Sollbruchstellen 12a, 12b nach Herausbrechen der Platine 13 an die verbliebenen Leiterenden anlegen können. Dies kann entweder durch Füllungen 14a, 14a’, 14b, 14b', deren Dicke zur eigentlichen Trennstelle hin - wie im Beispiel dargestellt - abnimmt, oder durch eine gleichmäßig dünne Ausführung der Füllungen erreicht werden. Unter der "Dicke" wird dabei die Abmessung in Richtung quer zur Bewegungsrichtung des Trennstempels verstanden. It is advantageous if the fillings 14a, 14a ', 14b, 14b' of the predetermined breaking points 12a, 12b can apply to the remaining conductor ends after the circuit board 13 has broken out. This can be achieved either by fillings 14a, 14a ', 14b, 14b', the thickness of which decreases towards the actual separation point - as shown in the example - or by making the fillings evenly thin. The "thickness" is understood to mean the dimension in the direction transverse to the direction of movement of the cutting punch.

[0021] Damit die Füllungen 14a, 14a’, 14b, 14b' den Ausbruch der Platine 13 nicht behindern, reichen zumindest die Füllungen 14a’, 14b' auf der dem Trennstempel abgewandten Seite des Leiters 11 nur bis zu der Stelle des Leiters 11 mit dem geringsten Querschnitt, sie füllen also die Sollbruchstellen 12a, 12b nicht vollständig aus. So that the fillings 14a, 14a ', 14b, 14b' do not hinder the outbreak of the board 13, at least the fillings 14a ', 14b' on the side of the conductor 11 facing away from the separating punch reach only up to the point of the conductor 11 with the smallest cross section, so they do not completely fill the predetermined breaking points 12a, 12b.

[0022] Besonders bei Leitern 11 mit kleinem Querschnitt kann die teilweise Füllung der Sollbruchstellen 12a, 12b dadurch erfolgen, dass der Leiter 11 in eine Spritzgussform gelegt wird und danach der mittlere Bereich 31 des Gehäuses samt den Füllungen 14a, 14a’, 14b, 14b' durch einen Umspritzprozess des Leiters 11 erzeugt wird. Solch eine Leiterumspritzung führt auch zu einer Erhöhung der Festigkeit und damit der Trennsicherheit. Particularly in the case of conductors 11 with a small cross-section, the partial filling of the predetermined breaking points 12a, 12b can be done by placing the conductor 11 in an injection mold and then placing the middle area 31 of the housing together with the fillings 14a, 14a ', 14b, 14b 'is generated by an overmolding process of the conductor 11. Such a conductor encapsulation also leads to an increase in the strength and thus the separation reliability.

[0023] In diesem Fall besteht das Gehäuse aus dem mittleren Bereich 31, der unten mit einem Boden und oben mit einem Deckel abgeschlossen wird. In this case, the housing consists of the central area 31, which is closed at the bottom with a bottom and at the top with a lid.

[0024] Alternativ kann der Stromtrenner auch ein Gehäuse aufweisen, das aus einem GehäuseAlternatively, the circuit breaker can also have a housing that consists of a housing

oberteil und einem Gehäuseunterteil zusammengesetzt ist, wobei sich der Leiter zwischen Gehäuseoberteil und -unterteil befindet, wie dies aus der eingangs erwähnten DE 102018125059 A9 bekannt ist. In diesem Fall werden zunächst der Gehäuseoberteil und der Gehäuseunterteil hergestellt, wobei an deren Grenzflächen die Füllungen 14a, 14a’, 14b, 14b' angeformt sind. Dann wird der Leiter 11 zwischen Gehäuseoberteil und Gehäuseunterteil gelegt, sodass die Füllungen 14a, 14a', 14b, 14b' die Einzelkomponenten zueinander ausrichten, wonach Gehäuseoberteil und Gehäuseunterteil aneinander fixiert, z.B. miteinander verschraubt, werden. Upper part and a lower housing part is composed, the conductor being located between the upper housing part and the lower housing part, as is known from DE 102018125059 A9 mentioned at the beginning. In this case, the upper part of the housing and the lower part of the housing are first produced, the fillings 14a, 14a ', 14b, 14b' being molded onto their interfaces. Then the conductor 11 is placed between the upper part of the housing and the lower part of the housing so that the fillings 14a, 14a ', 14b, 14b' align the individual components with each other, after which the upper part and the lower part of the housing are fixed to one another, e.g. screwed together.

[0025] Vorteilhaft ist für alle Kunststoffkomponenten die Verwendung eines brandhemmenden bzw. flammgeschützten Materials. The use of a fire-retardant or flame-retardant material is advantageous for all plastic components.

[0026] Wenn der Leiter 11 eine leichte Beweglichkeit in die zünderferne Richtung aufweist, wie das besonders bei dünnen Leitern 11 oft der Fall ist, ergibt sich ein weiterer Vorteil: Bei Druckbeanspruchung durch den Trennstempel in Folge des Trennvorgangs drückt die schräge Fläche der Trennstelle die Füllungen 14a’, 14b' zur Mitte, wodurch der Leiter 11 unterstützt, der Schneidspalt kleiner und damit die Trennung begünstigt wird. If the conductor 11 has a slight mobility in the direction away from the detonator, as is often the case with thin conductors 11, there is another advantage: When pressure is stressed by the cutting punch as a result of the cutting process, the inclined surface of the separation point presses the Fillings 14a ', 14b' towards the center, as a result of which the conductor 11 supports, the cutting gap is smaller and thus the separation is favored.

Claims

1. Pyrotechnic current isolator with a housing which has a cavity (32) in which a separating punch is slidably arranged, a pyrotechnic charge also being provided in the cavity and a conductor (11) with at least one predetermined breaking point on the opposite side of the separating punch (12a, 12b) traverses the cavity so that when the pyrotechnic charge is ignited, the cutting punch is driven in the direction of the conductor (11) and separates it at the at least one predetermined breaking point (12a, 12b), characterized in that the at least one predetermined breaking point (12a , 12b) is at least partially filled with polymer material.

2. Pyrotechnic current isolator according to claim 1, characterized in that the at least one predetermined breaking point is at least partially filled with polymer material on the side facing the cutting punch, so that there is at least one filling (14a, 14b) on the side facing the cutting punch and possibly at least one Filling (14a ', 14b') on the side facing away from the separating punch.

3. Pyrotechnic current isolator according to claim 1 or 2, characterized in that at least the filling (s) (14a ', 14b') only partially fill the notch of the predetermined breaking point (s) (12a, 12b) on the side facing away from the cutting punch.

4. Pyrotechnic current isolator according to one of claims 1 to 3, characterized in that the thickness of the filling (s) (14a, 14a ', 14b, 14b') - seen in the direction transverse to the direction of movement of the cutting punch - to the thinnest point of the conductor ( 11) decreases.

5. Pyrotechnic current isolator according to one of claims 1 to 3, characterized in that the thickness of the filling (s) (14a, 14a ', 14b, 14b') - seen in the direction transverse to the direction of movement of the cutting punch - in the area of the predetermined breaking point (n ) (12a, 12b) is largely constant.

6. Pyrotechnic current isolator according to one of claims 1 to 5, characterized in that the filling (s) (14a, 14a ', 14b, 14b') and / or at least one central area (31) of the housing are injection-molded from a flame-retardant plastic .

7. Pyrotechnic current isolator according to one of claims 1 to 6, characterized in that the filling (s) (14a, 14a ', 14b, 14b') of the predetermined breaking point (s) (12a, 12b) are part of the housing.

8. A method for producing a circuit breaker according to claim 7, characterized in that the conductor (11) is placed in an injection mold and then the middle area of the housing together with the fillings (14a, 14a ', 14b, 14b') by an overmolding process of the Conductor (11) is generated.

9. A method for producing a circuit breaker according to claim 7, characterized in that first of all an upper housing part and a lower housing part are produced, at the boundary surfaces of which the fillings (14a, 14a ', 14b, 140') are formed, and that then the conductor (11 ) is placed between the upper part of the housing and the lower part of the housing so that the fillings (14a, 14a ', 14b, 14b') align the individual components with each other, after which the upper part and the lower part of the housing are fixed to one another, e.g. screwed together.

1 sheet of drawings