AT526554A1

AT526554A1 - Trennvorrichtung

Info

Publication number: AT526554A1
Application number: ATA50938/2022A
Authority: AT
Inventors: Hallwright Thomas
Original assignee: Miba Emobility Gmbh
Priority date: 2022-12-09
Filing date: 2022-12-09
Publication date: 2024-02-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Trennvorrichtung, bevorzugt zur Trennung eines Stromkreises mit zwei Stromanschlüssen (2, 5), wobei die Trennvorrichtung ein Gehäuse (17) und einen, in dem Gehäuse (17) positionierten, Trennabschnitt (6) aufweist über den die beiden Stromanschlüsse (2, 5) mit verbunden sind und der Trennabschnitt (6) in seinem Inneren ein innenliegendes pyrotechnischen Elementes (9) zur Trennung des Trennabschnittes in zumindest zwei Teile aufweist, wobei zumindest ein erster Teil des Trennabschnittes (6) nach der Trennung verschiebbar ist. An dem Gehäuse (17) ist zumindest ein deformierbares Bremselement (4) vorgesehen, das geeignet ist, den ersten Teil des Trennabschnittes durch Deformation abzubremsen.

Description

kolbenförmigen Elementes in einem Gehäuse.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Ausführung von Sicherheitselementen, insbesondere von Trennvorrichtungen bekannt, die zum Trennen von Hochvoltspeichern geeignet sind. Sicherungen dieser Art sind aus dem Stand der Technik zum schnellen Trennen von Hochvoltbatteriespeichern und/oder in Starkstromkreisen, beispielsweise in industriellen Anlagen oder Energieverteilungs- und Energieerzeugungsstationen bekannt. Neuere Anwendungsfelder für diese Sicherungen haben sich im Bereich der Elektro-Mobilität ergeben. In diesen Anwendungsfeldern steigen die Spannungen der verwendeten Energiespeicher, wodurch insbesondere im Zuge eines Unfalles oder eines Gebrechens für die unmittelbaren Beteiligten als auch die nachfolgend beteiligten Aufräumdienste die Gefahr besteht, durch einen Brand und/oder durch einen Stromschlag Schaden zu nehmen. Im Stand der Technik werden in diesem Zusammenhang bereits Sicherungen bzw. Trenner mit pyrotechnischem Material gelehrt, wobei das verwendete pyrotechnische Material zumeist Trennmesser beschleunigt, die in der Folge einen elektrischen Kontakt trennen. Ferner ist aus dem Stand der Technik, insbesondere aus der Veröffentlichung WO2018/001420A1, deren gesamte Offenbarung hiermit in die Offenbarung dieser Anmeldung aufgenommen wird, bekannt, dass durch eine in einem Leiter angeordnete Zündpille ein elektrischer Leiter bei Zündung der

Zündpille an einer vordefinierten Schwachstelle zumindest teilweise getrennt wird.

Üblicherweise wird in den, aus dem Stand der Technik bekannten, Anwendungen das pyrotechnische Material durch einen geeigneten elektrischen Zündmechanis-

mus aktiviert. Dadurch kann eine exakte Steuerung des Zeitpunktes der

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einer Kollision bzw. eines Unfalls durch einen Crashsensor sein.

Aus den Veröffentlichungen WO2018/001420A1 und DE102017011471B3 wiederum sind technische Vorschläge zur passiven Auslösung eines pyrotechnischen Materials bekannt. Von einer passiven Auslösung spricht man, wenn das pyrotechnische Material durch eine Erwärmung durch den Leiter selbst entzündet wird. Dabei wird pyrotechnische Material über den Leiter bis zu jener Temperatur er-

wärmt, bei welcher eine Selbstentzündung erfolgt.

Durch Einsatz in Personenkraftfahrzeugen müssen diese Bauteile besondere Anforderungen hinsichtlich Sicherheit und Haltbarkeit erfüllen. In der Praxis ist insbesondere das sichere Trennen eine Herausforderung. Dazu muss eine ausreichende Trennstrecke erreicht werden, so dass der Stromkreis sicher getrennt wird und ein allenfalls auftretender Lichtbogen schnell gelöscht wird. Auch die Gefahr einer Zerstörung der Trennvorrichtung muss gebannt werden. Eine Zerstörung des Gehäuses im Trennfall könnte zur unkontrollierten Kontaktierung von leitfähigen Bauteilen des Fahrzeuges führen und damit bei Bergetätigkeiten nachfolgend einem Unfall zu unerwünschten weiteren Schäden, insbesondere Personenschä-

den, führen.

Bei Verwendung einer Technologie bei welcher ein Kolben eingesetzt wird, der beispielsweise durch einen Druckanstieg beschleunigt wird um beispielsweise eine Trennung von Bauteilen herbeizuführen, sind aus dem Stand der Technik mannigfaltige Probleme in Bezug auf den kontrollierten Abbau der durch den Kol-

ben aufgenommenen Energie bekannt

Es ist demnach eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine, gegenüber dem Stand der Technik, verbesserte Vorrichtung entsprechend Anspruch 1 zu entwickeln. Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise für eine schnelle Trennung eines

Stromkreises sehr wichtig.

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Bremselementes abbremsbar ist.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung als Trennvorrichtung zur Trennung eines Stromkreises mit zwei Stromanschlüssen verwendet wird, wobei die Trennvorrichtung einen, in dem Gehäuse positionierten, Trennabschnitt aufweist über den die beiden Stromanschlüsse mit verbunden sind und der Trennabschnitt in seinem Inneren ein innenliegendes pyrotechnischen Element aufweist, das bei Zündung zu einem Druckanstieg eines zweiten Arbeitsmediums, insbesondere eines zweiten Arbeitsgases, zur Trennung des Trennabschnittes in zumindest zwei Teile aufweist, wobei zumindest ein erster Teil des Trennabschnittes zumindest einen Teil des kolbenförmigen Elementes bildet und nach Trennung des Trennabschnittes ein Druckanstieg des ersten Arbeits-

mediums zur Beschleunigung des kolbenförmigen Elementes einleitbar ist.

Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist ein langer Abstand zwischen Gehäuseende und der Spitze des Bremselementes von besonderem Vorteil, da hierdurch eine großer Knautsch-/Stauchabstand verwirklicht werden kann. Durch das mehr an Material des Bremselementes kann mehr Energie absorbiert werden, wodurch das kolbenförmige Element bzw. der Kolben schneller abgebremst und ein harter Anschlag des Kolbens am Ende des Gehäuses vermieden

wird.

Nach einer besonderen Ausführungsform ist eine Trennvorrichtung zur Trennung eines Stromkreises mit zwei Stromanschlüssen vorgesehen, wobei die Trennvor-

richtung ein Gehäuse und einen, in dem Gehäuse positionierten, Trennabschnitt

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durch Deformation abzubremsen.

Nach einer besonderen Ausführungsform ist das Bremselement an dem Gehäuse befestigt, Insbesondere eingeklebt. Das Bremselement kann nach anderen Ausführungen auf andere Weise im Gehäuse positioniert und gehalten werden um

den Kolben in der Folge ausreichend abbremsen zu können.

Nach einer besonderen Ausführungsform ist das Bremselement einstückig mit

dem Gehäuse ausgeführt.

Nach einer besonderen Ausführungsform sind am inneren Umfang des Gehäuses

mehrere Bremselemente vorgesehen sind.

Nach einer besonderen Ausführungsform ist das Gehäuse in seiner äußeren Form

im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgeführt.

Nach einer besonderen Ausführungsform ist das Bremselement zumindest teil-

weise aus einem polymerbasierten Werkstoff hergestellt.

Nach einer besonderen Ausführungsform ist das Bremselement zumindest teil-

weise aus einem metallischen oder metallbasierten Werkstoff hergestellt.

Nach einer besonderen Ausführungsform weist das Bremselement eine ausreichende Kerbschlagzähigkeit auf, damit eine ausreichenden Energieabsorption der

kinetischen Energie des Kolbens gewährleistet ist.

Nach einer besonderen Ausführungsform weist der erste Teil des Trennelements eine Auskragung auf, die geeignet ist in das Bremselement einzudringen und die-

ses zu verformen.

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elektrischen Impuls gezündet werden kann.

Nach einer besonderen Ausführungsform sind die beiden Stromanschlüsse als Hochvoltanschlüsse ausgeführt, so dass die Trennvorrichtung zur Trennung eines Hochvoltspeichers, beispielsweise einer Traktionsbatterie, von einem Verbrau-

cher, beispielsweise einer Traktionsmaschine, geeignet ist.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer schematischen nicht einschrän-

kenden Zeichnungen gezeigt. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste schematische Ansicht der Trennvorrichtung zumindest teilweise im Schnitt in einem ersten Zustand in welchem die Trennvorrich-

tung nicht trennt;

Fig. 2 eine zweite schematische Ansicht der Trennvorrichtung zumindest teilweise im Schnitt in einem zweiten Zustand in welchem die Trennvor-

richtung trennt.

In Fig. 1 ist die Trennvorrichtung 1 dargestellt beispielsweise zur Trennung eines Fahrzeugnetzes von einem Hochvoltspeicher. Die Trennvorrichtung weist ein Ge-

häuse 17 und zwei Stromanschlüsse 2, 5 auf.

In Fig. 1 ist eine Trennvorrichtung 1 zur Trennung eines Stromkreises mit zwei Stromanschlüssen 2, 5 gezeigt. Die Trennvorrichtung weist ein Gehäuse auf, das gegebenenfalls aus mehreren Teilen zusammengesetzt wird. Beispielsweise ist das Gehäuse 17 in Art eine Kapsel vorgesehen, der beispielsweise an einer Seite über einen geeigneten Deckel abgeschlossen wird. An den Seiten des Gehäuses sind geeignete Öffnungen vorgesehen, über die die Stromanschlüsse 2,5 in das Innere des Gehäuses geführt werden. Zwischen den Stromanschlüssen ist ein, in dem Gehäuse positionierter, Trennabschnitt 6 vorgesehen. Dieser Trennabschnitt 6 wird bei Auslösung der Trennvorrichtung mechanisch getrennt, wodurch der

Stromfluss zwischen den beiden Stromanschlüssen 2,5 gestoppt wird. Der

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durch ein Löschmedium, insbesondere Silikonöl, zumindest teilweise gefüllt ist.

Im Inneren des Trennabschnittes 6 ist ein pyrotechnisches Element 9 vorgesehen. Dieses pyrotechnische Element weist geeignete elektrische Anschlüsse 9 auf. Durch diese elektrischen Anschlüsse wird ein Zündimpuls an das pyrotechnische Element 9 zur Zündung desselben geleitet. Nach Zündung des pyrotechnischen Elementes 9 wird insbesondere durch Innendruck der Trennabschnitt getrennt. Dazu kann der Trennabschnitt auch an einer Stelle geeignet mechanisch ge-

schwächt sein, beispielsweise eine Kerbe oder Ähnliches vorgesehen ist.

In dem Trennabschnitt ist ein Einbauteil 22 vorgesehen, durch welchen die Druckwelle und/oder die Druckwellen, die durch die Explosion des gezündeten pyrotechnischen Elementes an den Trennabschnitt 6 gelenkt wird. Nach einer besonderen Ausführungsform ist an dem Trennabschnitt in diesem Bereich seine strukturelle Schwächung vorgesehen. Nach einer besonderen Ausführungsform weist der Trennabschnitt 6 in diesem Bereich entsprechende Schwächungen, beispielsweise Einkerbungen und/oder einen verminderten wirksamen Durchmesser des

rohrförmigen Trennabschnittes ist in diesem Bereich auf.

Nach dem Trennen des Trennabschnittes 6 wird der erste Teil des Trennabschnittes 6 von dem zweiten Teil des Trennabschnittes 6 wegbewegt (durch Pfeile in Fig.2 schematisch dargestellt). Dazu verfährt der kolbenförmige Teil 3 zusammen mit dem Dichtungsteil 16 entlang der Innenkontur des zylindrischen Gehäuses 17 nach links. Der Stromanschluss 5 der ebenfalls zylindrisch ausgeführt ist, wird dabei entsprechend gestaucht. Die Stauchung kann innerhalb des Gehäuses 17 erfolgen oder, wie in Fig. 2 außerhalb des Gehäuses (hier nicht dargestellt). Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann die Stauchung alternativ auch durch einen geeigneten Verschiebemechanismus funktionell ersetzt werden. Wie in den Zeichnungen ersichtlich sind in einer zweiten Kammer 7 geeignete Bremselemente 4 vorgesehen. Diese Bremselemente 4 sind an der Innenfläche des Gehäuses 17 oder an einem Abdichtelement des Stromanschlusses 5 angeordnet. Nach einer anderen nicht-dargestellten Ausführungsform sind die Brem-

selemente 4 an der Hinterseite des kolbenförmigen Teiles 3 angeordnet. Diese

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ken Gehäusedeckels verhindert werden.

Die Bremselemente 4 sind als einzelne Bremselemente ausgeführt, können aber nach einer anderen Ausführungsform auch verbunden sein. Die Bremselemente können aus verschiedenen Materialien bestehen, bevorzugt ist thermoplastisches Material. Die Bremselemente sind nach einer besonderen Ausführungsform verformbar und nehmen auf diese Weise Energie auf und bauen die Bewegungsener-

gie des kolbenförmigen Teils 3 beim Abbremsen ab.

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Claims

1. Vorrichtung zur Beschleunigung und Abbremsen eines kolbenförmigen Elementes in einem vorzugsweise gasdichten Gehäuse, wobei das kolbenförmige Element in einem Gehäuse geführt und durch eine Druckeinwirkung eines ersten Arbeitsmediums in eine erste Richtung beschleunigt wird, und wobei in dem Gehäuse zumindest ein deformierbarer Bremselement vorgesehen ist, das in einem Abstand zum Kolben angeordnet ist, sodass das kolbenförmige Element vor Erreichung des Gehäuseendes durch physischen Kontakt mit dem Bremselement und zumindest teilweise durch Umwandlung der kinetischen Energie des Kolbens in

Verformungsenergie des Bremselementes abbremsbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung als Trennvorrichtung zur Trennung eines Stromkreises mit zwei Stromanschlüssen verwendet wird, wobei die Trennvorrichtung einen, in dem Gehäuse positionierten, Trennabschnitt aufweist über den die beiden Stromanschlüsse mit verbunden sind und der Trennabschnitt in seinem Inneren ein innenliegendes pyrotechnischen Element aufweist, das bei Zündung zu einem Druckanstieg eines zweiten Arbeitsmediums, insbesondere eines zweiten Arbeitsgases, zur Trennung des Trennabschnittes in zumindest zwei Teile aufweist, wobei zumindest ein erster Teil des Trennabschnittes zumindest einen Teil des kolbenförmigen Elementes bildet und nach Trennung des Trennabschnittes ein Druckanstieg des ersten Arbeits-

mediums zur Beschleunigung des kolbenförmigen Elementes einleitbar ist.

3. Trennvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremselement an dem Gehäuse befestigt, insbesondere eingeklebt ist und in ei-

nem Abstand von den Stromanschlüssen angeordnet ist.

4. Trennvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,

dass das Bremselement einstückig als Teil des Gehäuses ausgeführt ist.

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sehen sind.

6. Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der beiden Stromanschlüsse durch die Bewegung

des kolbenförmigen Elementes deformierbar ist t wird.

7. Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremselement zumindest teilweise aus einem polymerbasier-

ten Werkstoff hergestellt ist.

8. Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremselement zumindest teilweise aus einem metallischen

oder metallbasierten Werkstoff hergestellt ist.

9. Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil des Trennelements eine Auskragung aufweist, die

geeignet ist in das Bremselement einzudringen und dieses zu verformen.

10. Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das pyrotechnische Element elektrische Anschlüsse aufweist, so dass das pyrotechnische Element über einen elektrischen Impuls gezündet wer-

den kann.

11. Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Stromanschlüsse als Hochvoltanschlüsse ausgeführt sind, so dass die Trennvorrichtung zur Trennung eines Hochvoltspeichers, beispielsweise einer Traktionsbatterie, von einem Verbraucher, beispielsweise einer

Traktionsmaschine, geeignet ist.

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