CN101283427B - 用于汽车供电导线的断路器的无源触发 - Google Patents

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Abstract

一种用于汽车供电导线、特别是电力线或者电池线的断路器，具有第一连接部件(1)和可以与第一连接部件(1)连接的第二连接部件(3)，当断路器处于导通状态时在第一连接部件(1)和第二连接部件(3)之间形成电流路径。本发明的目的是提供一种用于供电导线的断路器，其一方面制造费用低，另一方面可确保无故障地运行。本发明目的通过以下方法实现，在连接部件(1、3)中的至少一个上设置一个烟火技术分离单元(5)，该分离单元(5)可以通过连接部件(1、3)中的至少一个所产生的热量激活，通过激活烟火技术分离单元(5)可以解除连接部件(1、3)之间的连接。

Description

用于汽车供电导线的断路器的无源触发
技术领域
本发明涉及一种用于汽车供电导线、特别是电力线或者电池线的断路器，具有第一连接部件和能够与第一连接部件连接的第二连接部件，当断路器处于导通状态时在第一连接部件和第二连接部件之间形成电流路径。
背景技术
汽车用断路器早已为人所知。例如在DE 199 28 713 A1中公开了一种具有熔丝的断路器。该熔丝固定在反应容器上。在通过一个点火装置点燃反应容器中的化学混合物后，反应容器被加热到足够熔断熔丝的温度，从而使断路器断开。
DE 101 11 254 A1给出了另一种用于至少两条电流路径的断路器。通过这个断路器可以使得一条电流路径断开，同时另一条电流路径仍然保持导通。通过这种方式可以保证例如汽车中与安全相关的系统的冗余供电，同时防止所有电流路径过载。为此每个断路器具有至少三个接口并被设置在负载附近。一个接口用于连接负载，其他接口用于电路的连接，每条电路应该可以单独断开。当其中一条电路中的电流超过最大值时，该电路被断开。而其它电路可以继续对其当前的负载供电。
为了断开电路，断路器中当前电路的连接部件上的某一截面被破坏，从而使得该电路被断开。为了破坏截面可以利用例如一种化学混合物，将该化学混合物安置于截面上，从而混合物在被点燃后将截面破坏掉。
上述断路器具有很多缺陷。首先，断路器的元件被永久破坏。此外，为了断开电流路径，需要大量元件用于测量流过被破坏元件的电流以及用于点燃化学混合物，因而导致该断路器的制造成本很高。
发明内容
基于上述缺点，本发明的目的在于，提供一种用于供电导线的断路器，其一方面加工费用低，另一方面可确保无故障地运行。
本发明目的通过以下方法实现，在连接部件中的至少一个上设置烟火技术分离单元，该分离单元能够通过连接部件中的至少一个所产生的焦耳热激活，通过激活烟火技术分离单元能够解除连接部件之间的连接。
本发明中，连接部件的连接可以通过材料连接实现。例如第二连接部件可以通过粘接与第一连接部件连接在一起。这样第二连接部件的外形就可以特别简单。
特别优选连接部件传力连接。这样可以通过烟火技术分离单元特别无干扰地断开连接。
依照本发明，烟火技术分离单元可以无源地，通过流过连接部件的电流所产生的热量来激活。每个电阻R产生一定的焦耳热Q，该焦耳热Q和电阻R与流过该电阻的电流I的平方之积成正比(Q～R×I2)。连接部件的温度随着所产生的热量的增加而上升。因而可以对第一连接部件和/或第二连接部件的电阻进行匹配，使得在电流达到一定值并且保持一定的时间后达到烟火技术分离单元的激活温度。因而，依据本发明设计的断路器制造成本经济，体积紧凑。
例如，可以对烟火技术分离单元进行设计，使得该分离单元在160℃和195℃之间，特别是在170℃时燃烧。因此该断路器的持续运行温度可介于100℃至125℃之间，尤其115℃。当然根据烟火技术分离单元的设计不同，可以实现更高或更低的温度水平。通过上述关系，温度与电流强度的对应关系总是取决于部件横截面积以及电流持续时间。因而可以对断路器的激活电流进行验证，其可能在一定程度上受到外部气候条件的影响，这在设计时要注意。
作为烟火技术分离单元，可以使用例如在DE 20 2004 002 292 U1中公开的混合物。该混合物的特点是具有很高的长期稳定性。但原则上讲，可以使用所有能够通过导入热量实现热激活并且能够产生足够高的压力解除传力连接的混合物。特别是要对烟火技术分离单元进行优化，使其具有足够的使用寿命或者运行小时数，例如与汽车的使用寿命相适应或者超过10年。
在一种特别优选的实施方式中，至少第一连接部件具有第一支座。烟火技术分离单元可以设置在该支座内。
第一支座可以特别容易地由第一连接部件一体形成。在此，第一支座可以是一个由第一连接部件拉伸出来的钵体。
作为另一种替代方案，第一支座可以由至少两个支座部件构成。这样例如第一支座部件可以由第一连接部件一体成形，第二支座部件例如是一个套管，稍后置于第一支座部件上。烟火技术分离单元可以事先设置在第二支座部件上，这样这种将第二支座部件装配到第一支座部件上的工艺就不会导致温度上升到烟火技术分离单元的激活温度。例如可以使用摩擦焊、旋转摩擦焊、钎焊或者粘接工艺。
此外，第二连接部件可以具有第二支座。这样烟火技术分离单元能够设置在第一支座或者第二支座，或者同时在两个支座中。也可以设计一个由两部分组成的烟火技术分离单元，这样烟火技术分离单元的两个部分可以分别安装在两个支座上。此处第二支座的概念并不一定意味着第一支座已经存在，而仅仅表示第二连接部件上的一个支座。
在一种特别优选的实施方式中，第二连接部件可以具有与第一支座相对应的凸起，这样当断路器处于导通状态时凸起以传力连接的方式设置在第一支座里。因此第一支座同时起到容纳烟火技术分离单元和与第二连接部件传力连接的作用。此外也可以设计分开的支座分别用于烟火技术分离单元和传力连接。从本发明还可想到其他实现连接部件传力连接的可能方案。
与第一支座一样，凸起也可以由至少两个凸起部件实施为多件式的结构。同样第一和/或第二凸起部件中的至少一个具有第二支座。
为了控制对由电流所产生的焦耳热的影响，首先所有对连接部件的电阻有影响的参数，如导电截面、长度以及材料的电阻率应当适当。例如第一连接部件和/或第二连接部件可以具有至少一个能增加欧姆电阻的切口。通过一个或者两个连接部件的一个或者多个切口来减少导电截面积，从而提高欧姆电阻值，最终在相同电流情况下产生更高的热量。这样就获得了一个既简单又经济的用于改变连接部件电阻的方法。连接电缆的横截面积对所产生的热量也有影响。
作为另一种替代方案，多件式支座或者多件式凸起的各个部件例如可以同时由不同的材料制成，这些材料具有与触发烟火技术分离单元所需电阻值相适应的电阻率。
如有必要，还可以通过扩大横截面积以减少电阻值。电阻值也可通过部件的不同挤压截面积改变。
特别可以对断路器进行设计，使得用于通过产生焦耳热达到烟火技术分离单元的激活温度所需的激活电流小于或者等于接在连接部件上的导线或者电缆和/或负载的最大许用电流。例如最大许用电流可相当于这样的电流：当超过该电流时会导致连接电缆和/或者电缆绝缘体的烧断和损坏。
在一种特别优选的实施方式中，第一连接部件和/或第二连接部件由扁平件构成。这样使得断路器的制造成本特别低。
扁平件易于变形，因而能以很小的技术费用在连接部件中形成第一支座，如有需要也可以形成第二支座以及凸起。两个连接部件通过凸起和第一支座之间的传力连接彼此机械地连接在一起，从而形成一个电流路径。解除该连接所需的力可以通过第一支座和凸起的外形进行调节。优选凸起通过压配合安置在第一支座中。锥形压力配合特别适合。此时第一支座和/或者凸起成锥形。优选钵体从扁平件开始逐渐变小。
如果至少一个扁平件是由薄板制成，则连接部件的形成费用特别低。由导电材料制成的不同厚度的薄板非常便宜并且易于加工。也可使用冲压带制造扁平件。
如果扁平件是由薄板通过分割工艺形成则更好。特别适合的分割工艺包括冲压、激光切割、锯或者其他无屑或有屑的分割工艺。
第一支座可以由连接部件深拉成形或者例如当支座为两件式结构时通过冲压成形。
当第一支座为两件式结构时，其第一支座部件可以为一个凸缘。该凸缘例如可以由连接部件在冲裁第一支座部件时形成。此外，凸缘还可以通过将芯棒插入冲孔中形成。第二支座部件可以例如通过旋转摩擦焊、粘接或者其它工艺，优选材料连接工艺，也可以采用传力连接工艺安装在上述凸缘上。
第一支座部件和/或凸起部件可以仅仅是第一或者第二连接部件上冲裁区域的表面，第二支座部件或者凸起部件和该表面连接在一起。
如果凸起由扁平件一体形成，则断路器的制造特别便宜。凸起可以优选由扁平件拉伸形成。例如可以通过张拉或深拉或通过弯曲获得。此处通过将一个冲头送入扁平件从而在扁平件上形成凸起。也可以通过材料连接和/或传力连接将凸起安装在扁平件上。
如果凸起是一个与空隙相对应的深拉出来的钵体，则更好。特别优选的是凸起是在第一连接部件与第二连接部件连接的过程中才由扁平件拉伸形成的，从而断路器的制造会非常便宜并且快速。这可以通过例如将第二连接部件置于第一连接部件上，这样一个冲头在形成凸起的同时将该凸起压入支座中，从而使连接部件相互接合。
本发明的另一主题是一种切断电流的方法，尤其是通过按照上述实施方式的一个或者组合设计的断路器。在该方法中，激活电流流过断路器，第一连接部件和/或第二连接部件可以通过焦耳热加热至激活温度，烟火技术分离单元通过激活温度激活并且被激活的烟火技术分离单元特别无干扰的断开连接部件之间的连接，从而切断电流路径。
附图说明
以下结合附图所示的实施例对本发明进行详细说明。附图中：
图1  具有单件式第一支座的断路器；
图2  具有两件式结构的第一支座的断路器；
图3  具有逐渐变小的凸起的断路器；
图4  以传力连接形式连接的断路器；
图5  通过烟火技术分离单元断开的处于断开状态的断路器；
图6  带外壳的替代设计方案；
图7  通过烟火技术分离单元断开的处于断开状态的带外壳的替代设计方案；
图8  其他设计方案；
图9  通过烟火技术分离单元断开的处于断开状态的其他设计方案；以及
图10  电流和温度特性曲线。
具体实施方式
图1表示一种用于汽车供电导线、特别是电力线或者电池线的断路器，具有第一连接部件1和与第一连接部件1传力连接的第二连接部件3。图示断路器处于导通状态，此时在第一连接部件1和第二连接部件3之间形成一个电流路径。
此外在第一连接部件1上设有一个烟火技术分离单元，该烟火技术分离单元可以通过连接部件1、3中的至少一个所产生的焦耳热进行激活。
此外，两个连接部件1、3都由导电扁平件形成。
如图1所示，连接部件1具有一个第一支座7，该支座由连接部件1一体形成。此例中第一支座7为一个由第一连接部件1拉伸而成的钵体。所述烟火技术分离单元5设置在第一支座7中。
第二连接部件3具有一个和第一支座7相对应的凸起9。当断路器处于导通状态时，凸起9以传力连接的方式设置在第一支座7中。如图1所示，凸起9可以由第二连接部件3的扁平件一体成形，例如是一个与第一支座7相对应的深拉出来的钵体。
作为举例，断路器的安装位置为电池的两极或者线路网中的保险箱。
图2表示另外一种实施方案。与上述实施方案不同的是，此处第一支座7由两个支座部件11、13构成。第一支座部件11由第一连接部件1一体成形。为此需要对第一连接部件的一部分进行冲裁，这样第一支座部件11是一个由扁平件冲裁出来的凸缘。第二支座部件13与第一支座部件11连接在一起。该连接例如可以通过旋转摩擦焊实现。在此可以在一个在先工序中首先将烟火技术分离单元5，特别是化学混合物填入第二支座部件13中。第二支座部件13的安装也可以采用各种其他工艺，但必须保证具有足够的连接强度。支座部件13可以是一个事先制成的套管，该套管可以通过摩擦焊安装在第一支座部件11上。
作为另一种替代方案，第一支座部件11可以仅仅是由第一连接部件1冲裁出来区域的一个表面。也就是说，第一支座部件11可以落在凸缘上。这样第二支座部件13就可以与上述表面或者说第一支座部件11形成材料连接。
此外，第二支座部件13可以由一种电阻率与连接部件1不同的材料制成。这样可以很容易对焦耳热的形成产生影响。
图3表示一种替代的设计方案，其中凸起9在从扁平件延伸的方向上变逐渐小。这样第二连接部件3或者凸起9的热量可以特别好的传递到烟火技术分离单元5上。
凸起9通常在第一连接部件1和第二连接部件3的连接过程中由扁平件拉伸而成。这样可以有效简化并加速制造。为了获得良好的传力连接，凸起9和第一支座7在连接后形成锥形压配合。
通过使用薄板制造至少一个扁平件，可以极大的降低制造成本。此时优选至少一个扁平件由薄板通过分割工艺形成。
图4表示一种断路器，在烟火技术分离单元5被激活之前，该断路器的连接部件1、3处于传力连接并电导通的位置。在连接部件1、3上有接口15a、15b用于与电池接线柱相连。接口15可以和连接部件1、3一体成形。在接口15上靠近通孔的地方设有支撑点。接口15可以与电池接线柱相连。这样可以保证电池接线柱和汽车线路网之间的电流路径。
电流可以从接口15a通过连接部件1、连接部件3和接口15b。一旦电流过大时，例如由于断路，至少断路器的烟火技术分离单元5所在区域被剧烈加热以至于燃烧起来。在由烟火技术分离单元5的燃烧所产生的气体压力下，凸起9被从第一支座7中压出，从而切断了连接部件1和连接部件3之间的电流路径。收缩部17的作用在于降低断开连接部件1、3的难度。连接部件3沿着收缩部17可以更容易地弯曲。因此，在燃烧过程中作用在接口15上的力也更小。
图5表示了由上述过程形成的连接部件1、3的位置。连接部件3的凸起9沿着箭头A的方向被从第一支座7中冲出。
特别优选的是，在触发以后只需要更新烟火技术分离单元5并将连接部件3沿着箭头A的反方向重新卡入第一支座7中。从而大大降低了维修断路器所需的耗费。
图6为按照一个实施方案的断路器的剖视图。除了上述部件以外，该断路器还具有一个捕集腔壳19。在点燃烟火技术分离单元5之后，连接部件3的一部分可以在该捕集腔壳19中摆动。捕集腔壳19可以阻止连接部件3进入发动机室。
如图6所示，第二连接部件3内也可以有一个第二支座21。烟火技术分离单元5可以安装在第二支座21中。如果将第二支座21与凸起9组合在一起，则结构非常紧凑。这样第一支座7的深度就可以减少。凸起9以传力连接的方式设置在支座7中，烟火技术分离单元5安装在第二支座21中，而第二支座21又安置在凸起9上。
此外，如图6所示，第一连接部件1和/或第二连接部件3具有一个切口23。通过切口23可以在适当的位置减少导电截面积从而增加在此处产生的焦耳热。优选将切口23或者组件外形的其他适配设在烟火技术分离单元所处的区域内。此外，如图6所示，例如可以在凸起7的圆周上安装一个O型密封圈25。一方面可以在这一位置获得一个类似切口的效果，另一方面可以对烟火技术分离单元5所产生的气体压力进行充分利用。在凸起9和第一支座7的加工中出现的制造公差可以通过O型密封圈25给与补偿。
图7表示图6所示断路器在烟火技术分离单元5被激活后所处的状态。连接部件3特别无故障地从连接部件1断开并在捕集腔壳19中摆动。
另一种实施方案如图8所示，两个连接部件1、3是圆管。第一连接部件1具有两个支座7a、7b。支座7a用于容纳第二连接部件3的凸起9，从而在连接部件1、3之间形成传力连接。图8表示其电流导通状态。此外，第二连接部件3具有一个支座21。烟火技术分离单元5a和5b被安置在支座7b和9中。
如果由于电流所产生的焦耳热达到了激活温度，那么烟火技术分离单元5会被点燃，这样连接部件1、3在如图9中箭头B所示的方向上断开，从而切断电流路径。
结合图10所示的曲线图对该切断电流的方法，尤其是通过按照上述实施方案的一个或者组合设计的断路器来切断电流的方法进行详细说明。应当指出，温度变化不仅受到电流的影响，而且总是受到一个时间分量的影响。
在t1时刻前，电流变化在激活电流IAKT以下。激活电流应优选低于被保护系统的最大许用电流IMAX，例如导线或者负载的最大许用电流。电流使得连接部件发热。这样同时也将烟火技术分离单元5加热，到达tAKT时刻之前，温度低于激活温度TAKT。在t1时刻电流超过激活电流IAKT，从而导致烟火技术分离单元被加热到激活温度TAKT。此时可能出现一个小的延迟，这样在t1时刻之后的tAKT时刻，温度达到TAKT。
烟火技术分离单元5在tAKT时刻燃烧，从而特别无干扰地断开连接部件1、3之间的连接，进而切断电流连接。
因此，断路器根据各个被保护的部件进行设计。这些被保护的部件除了导线外，还可以是负载。重要的是，在选择烟火技术分离单元与连接部件的组合时，必须保证烟火技术分离单元5在电流达到最大许用电流IMAX之前可靠地燃烧。在设计断路器时应尽量减少t1和tAKT之间的时间间隔tΔ(tΔ＝tAKT-t1)。这可以通过选择特定材料作为连接部件，设计特定的切口、支座和凸起形状来实现。
本发明断路器的优点在于，易于制造并且成本低。此外，在烟火技术分离单元被激活后，断路器可以重新组合在一起，这样就不必更换组件。
从本发明同时可以获得设计成汇流排并且例如可对多电路进行断开的连接部件。因而可以是一个梳形汇流排。梳形汇流排的每个齿可以设置一个烟火技术分离单元，从而可以像前面描述的一样将通往其它连接部件的路径断开。特别是通过对单个齿进行不同设计可以将各个电流路径在不同的电流强度下断开。

Claims (30)

1.一种用于汽车供电导线的断路器，
具有第一连接部件，
具有能够与第一连接部件连接的第二连接部件，当断路器处于导通状态时在第一连接部件和第二连接部件之间形成电流路径，其特征在于，
在所述第一、第二连接部件中的至少一个上设置烟火技术分离单元，该分离单元能够通过所述第一、第二连接部件中的至少一个所散发的焦耳热激活，上述焦耳热由流过连接部件的电流产生，
通过激活烟火技术分离单元能够解除连接部件之间的连接。
2.如权利要求1所述的断路器，其特征在于，所述汽车供电导线是电力线或者电池线。
3.如权利要求1所述的断路器，其特征在于，第一连接部件与第二连接部件之间为传力连接。
4.如权利要求1所述的断路器，其特征在于，第一连接部件与第二连接部件之间为材料连接。
5.如权利要求1所述的断路器，其特征在于，第一连接部件由导电扁平件形成。
6.如权利要求1所述的断路器，其特征在于，至少第一连接部件具有第一支座。
7.如权利要求6所述的断路器，其特征在于，第一支座由第一连接部件一体形成。
8.如权利要求6所述的断路器，其特征在于，第一支座是由第一连接部件拉伸而成的钵体。
9.如权利要求6所述的断路器，其特征在于，第一支座由至少两个支座部件构成。
10.如权利要求9所述的断路器，其特征在于，第一支座部件由第一连接部件一体形成。
11.如权利要求10所述的断路器，其特征在于，所述第一支座部件是一个由扁平件冲裁而成的凸缘。
12.如权利要求10所述的断路器，其特征在于，第二支座部件设置在第一支座部件上。
13.如权利要求1所述的断路器，其特征在于，第二连接部件具有第二支座。
14.如权利要求6所述的断路器，其特征在于，第二连接部件具有第二支座。
15.如权利要求14所述的断路器，其特征在于，烟火技术分离单元设置在所述支座中的至少一个中。
16.如权利要求6或13所述的断路器，其特征在于，烟火技术分离单元设置在所述支座中。
17.如权利要求1所述的断路器，其特征在于，第二连接部件由导电扁平件构成。
18.如权利要求5所述的断路器，其特征在于，第二连接部件由导电扁平件构成。
19.如权利要求6所述的断路器，其特征在于，第二连接部件具有一个与第一支座相对应的凸起，当断路器处于导通状态时凸起以传力连接的形式置于第一支座中。
20.如权利要求19所述的断路器，其特征为，凸起由扁平件一体形成。
21.如权利要求19所述的断路器，其特征在于，凸起由扁平件拉伸形成。
22.如权利要求19所述的断路器，其特征在于，凸起是与第一支座相对应的深拉成形的钵体。
23.如权利要求19所述的断路器，其特征在于，凸起在从扁平件延伸的方向上逐渐变小。
24.如权利要求19所述的断路器，其特征在于，凸起是在第一连接部件和第二连接部件连接的过程中由扁平件拉伸而成。
25.如权利要求19所述的断路器，其特征在于，凸起与第一支座在连接后形成锥形压配合。
26.如权利要求18所述的断路器，其特征在于，至少一个所述扁平件是由薄板通过切割工艺形成。
27.如权利要求5或17所述的断路器，其特征在于，所述扁平件是由薄板通过切割工艺形成。
28.如权利要求1所述的断路器，其特征在于，第一连接部件和/或第二连接部件具有至少一个使电阻值增加的切口。
29.如权利要求1所述的断路器，其特征在于，用于通过产生焦耳热达到烟火技术分离单元的激活温度所需的激活电流小于或者等于连接在所述第一、第二连接部件上的导线或者电缆所允许通过的最大电流。
30.一种切断电流的方法，
其中激活电流流过断路器，
第一和/或第二连接部件通过由流过断路器的激活电流所产生的焦耳热加热到激活温度，
烟火技术分离单元通过激活温度来激活，
被激活的烟火技术分离单元断开连接部件之间的连接，从而断开电流路径。
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