CN117321720A - 一种烟火断流器 - Google Patents

Abstract

用于切断导体的烟火断流器(1),包括壳体(2)和切割冲头(8)。导体(9)贯穿壳体(2)。当触发点火器(18)时,切割冲头(8)将导体板(12)从导体(9)上切出。在切割冲头(8)和导体(9)间设置有至少一个间隙构件(20)。如果间隙构件靠近中心轴线(24)的一侧呈斜面,使该侧与导体板(12)的距离比远离中心轴线(24)的一侧距离更近,那么当触发时,间隙构件(20)会被压向中心轴线(24),以便嵌入凹槽(22)中。此外，与中心轴线(24)相邻的区域(21)可以轻微变形，这样就可以补偿切割冲头(8)和导体(9)之间由于温度波动引起的距离变化。

Description

一种烟火断流器

技术领域

本发明涉及一种用于切断导体的烟火断流器,该烟火断流器包括壳体,壳体内设置有切割冲头和用于驱动该切割冲头的点火单元,导体贯穿该壳体。

背景技术

随着电动汽车的增加,用于可靠的应急断路和抑制有害过电流的烟火断流器得到了广泛应用。例如,在专利AT 517872A1中公开了一种典型的烟火断流器。利用切割冲头切断导体的原理被广泛应用于各种设计中,如采用一个或两个切断点,有或没有灭火剂等。

虽然这种方法被广泛使用,但其在不同温度下的性能差异是一个问题,特别是在高温下,只能实现较差的电气隔断性能。这一点特别不利,因为车辆电池在较低温度下的短路电流通常较小,因此对隔断过程的要求通常低于室温或高温条件下的要求,而电气系统在运行过程中通常会因自身发热而暴露在较高温度下。

发明内容

本发明的目的是提供一种烟火断流器,其隔断性能对温度的依赖性较已知的断流器要小。

根据本发明,通过以下方式实现上述目的:在前述类型的烟火断流器中,在切割冲头和导体之间设置至少一个间隔构件,优选设置三个间隔构件。这样,当触发烟火断流器时,切割冲头最初被至少一个间隔构件固定在预定位置,直到过压变得足够大,使得至少一个间隔构件断裂或向一侧弯曲,从而从切割冲头开始运动时,就会受到更大的过压作用,当切割冲头撞击导体时速度会增加,因此由于切割冲头的惯性,导体会受到更大的力。

尽管发明人不确定间隔构件为何能降低温度依赖性,但他们有以下猜想:如果没有间隔构件,一旦点火装置产生哪怕很少的气体,切割冲头就会立即开始向下运动,也就是说,仅产生了很小的过压。随后,过压会迅速增大,但是由于切割冲头已经移动了一小段距离,所以更高的过压并不能在切割冲头的整个运动路径上产生作用。因此,在最初的瞬间,加速度是不足的。相反,间隔构件最初将切割冲头保持在预定位置,直到过压足够大时,间隔构件破裂或弯曲到一边,从而从切割冲头开始运动时,更高的过压就会作用在切割冲头上,使其具有更高的速度,当切割冲头撞击导体时,由于切割冲头的惯性,更大的力会作用于导体上。

如果至少一个间隔构件为销钉的形状,那将更为有利。销钉的失效是通过断裂或变形实现的,这种断裂或变形具有很好的可再现性,因此销钉具有很好的可再现的失效力,也就是说,可以很好地设定使销钉断裂(或变形)的切割冲头上的过压值,从而使切割冲头开始运动。

更为优选的是,间隔构件位于一个圆周上,该圆周的中心位于切割冲头的中心轴线上,间隔构件均匀分布在该圆周上。这样,切割冲头的中心轴线就形成了一个对称轴(如果是三个均匀分布的销钉,则是三重对称),这样切割冲头就可以完全对称地(而不是偏心)承受荷载,而间隔构件则提供阻力并阻止切割冲头的运动。

此外,如果间隔构件面向导体板的一侧为斜面,通过这种斜面设计,间隔构件靠近中心轴线的区域与导体板之间的距离小于远离中心轴线的区域,这也是有益的。这样在加载时,就会产生一个向内的力,使间隔构件向内屈曲,从而不会阻碍切割冲头的运动。如果间隔构件进入切割冲头和外壳之间的缝隙中,则有可能阻碍切割冲头的运动。

根据另一优选特征,所有间隔构件的总失效载荷小于导体的断裂载荷的50％,优选小于20％,特别优选小于10％。通过这种方式可以避免由于间隔构件而导致导体过早断裂,否则可能会造成不可预测的变形和相应强度的电弧。

此外,优选的是,间隔构件可以在不断裂的情况下至少可变形0.5mm。这样，切割冲头与导体之间的距离因温度膨胀而发生的变化就可以得到补偿。

这种可变形性可以通过在间隔构件上设置横截面减小的区域来简单实现,在一个具体的实施方式中,间隔构件的面向导体的一端呈尖端形状。

对于如上所述为倾斜面的间隔构件,这种可变形性可以特别简单地实现,方法是间隔构件的横截面为等腰三角形,其尖端朝向切割冲头的中心轴线,优选地,等腰三角形的顶角大于60°,更优选大于70°。通过这种方式不仅实现了可塑性变形的尖端,而且销钉也优选地能沿径向弯曲。等腰三角形的顶点是两条等长边开始的端点,底边是与顶点相对的边。

最后,如果切割冲头在面向导体的一侧至少具有一个凹槽,而该凹槽的体积大于间隔构件的总体积,这是非常有利的。这样,在间隔构件失效后,它们可以容纳在该凹槽中,从而不会影响切割冲头的实际切割过程。

如果间隔构件位于凹槽的边缘,使得其与切割冲头的连接点在靠近切割冲头中心轴线的区域距离导体板更远,而在远离中心轴线的区域距离导体板更近,这也有助于间隔构件向内(向切割冲头中心轴线)弯曲。

关于间隔构件的材料,有三种可供优选的方案。在最经济的方案中,至少一个间隔构件与切割冲头由相同的材料制成,优选与切割冲头一体成型。这样,可以通过注塑成型简单地制造整体的切割冲头和间隔构件。

但是,至少一个间隔构件也可以由断裂延展率大于切割冲头的材料制成。在这种情况下,间隔构件更软,更易发生变形,而切割冲头相对更硬更刚性。

另一方面,至少一个间隔构件也可以由断裂延展率小于切割冲头的材料制成。在这种情况下,间隔构件相对脆弱易碎。对于后两种方案,可以通过2K注塑工艺制造整体的切割冲头和间隔构件。

附图说明

结合附图对本发明进行更为详细的说明。图1示出了根据本发明的断流器在初始状态下的剖视图；图2示出了该断流器被触发后的剖视图；图3从下方示出了该断流器的切割冲头；图4从侧面示出了该断流器；图5从下方示出了切割冲头的另一实施例；图6从侧面示出了该断流器。

实施方式

图1示出了根据本发明的断流器1。该断流器具有壳体2,壳体2由上壳体部分3和下壳体部分4组成。压力活塞6、灭火剂7和切割冲头8位于上壳体部分3的孔5内。导体9位于上壳体部分3和下壳体部分4之间,导体的两端分别为10a、10b,两端设有切断点11a、11b。两个切断点11a和11b之间的区域称为导体板12。在下壳体部分4的下部,导体板12下方设有一个孔13,孔13内可以放置制动元件14。

盖板15固定着一个具有电触点17和点火器18的点火装置16,并通过螺钉19a-19d与下壳体部分4相连。

到目前为止,这种结构与上文提到的专利AT 517872A1中公开的相同。该断流器的工作原理也完全相似,因此在这方面可参考该专利文件。

除了这些已知特征之外,切割冲头8还具有三个可变形的间隔构件20,它们将切割冲头8与导体板12隔开。出人意料的是,这种布置可以使不同温度下的切断效果更加一致。

当通过对电触点17施加点火电流来触发点火器18时,点火器18中会喷出微粒和热气体,它们对压力活塞6产生作用力,并将压力活塞6、灭火剂7和切割冲头8推按向导体板12。在此过程中,间隔构件20首先发生弹性变形,然后发生塑性变形,直到它们停在切割冲头8的凹槽22中(参见图2)。之后,切割冲头8与导体板12直接接触,并施加足够的力使导体板12从导体9中被切出。在此过程中,制动元件14也发生变形。该状态如图2所示。制动元件14的变形仅用简化的缩短来表示。

如果在导体板12从导体9中脱离的过程中,导体9中有电流流过,那么在切断点11a、11b处,导体板12与导体端部10a、10b之间会形成电弧。这些电弧在断流过程的后续阶段会被灭火剂7熄灭。

图3和图4示出了切割冲头8的更多细节。

可以看到,间隔构件20均匀地布置在一个圆周19上,该圆周的圆心位于切割冲头8的中心轴线24上。由于导体板12的中心基本上位于切割冲头8的中心轴线上,因此在切割冲头8和导体板12上都实现了力的对称分布。

如果切割冲头8只有一个间隔构件20,最好将其放置在切割冲头8的中心轴线24上；如果有两个或多个间隔构件20,则最好将它们对称地放置在切割冲头8的中心轴线24上,特别是最好均匀分布在一个圆周19上。

如果在触发点火器18后,间隔构件20能被容纳在凹槽22中,那将特别有利,这样切割冲头8在切割过程中就不会被间隔构件20阻碍。因此,切割冲头8具有一个或多个凹槽22,其尺寸足够大,能容纳弯曲或断裂的间隔构件20。间隔构件20也可以被凹槽22包围。

如图4所示,通过对间隔构件20自由端(即面向导体板12的端)进行倒角25处理,可以控制其在负载下的变形方向,以使负载下的间隔构件20朝向导体板12弯曲,进入切割冲头8中心的凹槽22中。间隔构件20的最前端区域21呈弧形边缘,与导体9的距离最小,因此比与导体9距离较远的区域23距离切割冲头8的中心轴线24更近。

这样,间隔构件20具有尖端(或弧形边缘),其距离切割冲头中心点更近,而不是间隔构件20的中间点。通过这种方式,当间隔构件20承受轴向载荷时,会产生一个向内的力分量,使间隔构件20向内弯曲并进入凹槽22中。

间隔构件20布置在凹槽22边缘26处,可以进一步增强这种效果。该边缘呈台阶状(不一定是直角)。因此,间隔构件与切割冲头8相连的区域23的连接点,比其相对侧的区域与导体板12的距离更近,间隔构件(20)更容易向内弯曲,朝向切割冲头8的中心轴线24。

倒角25还带来了另一个优点,即在区域21中形成了大幅减小的横截面,这使间隔构件20在该区域21中很容易发生变形,从而可以补偿间隔构件20和导体板12之间因温度膨胀而导致的距离变化,而无需产生大的力,也就是说,间隔构件20始终与导体板12保持轻微的预载接触。制造公差也可以通过这种方式得到补偿。在该区域21中,即使机械载荷较小,也可以发生弹性甚至塑性变形,这就是为什么切割冲头8可以承受灭火剂7热膨胀产生的位移,而不会破坏间隔构件20的原因。实践证明,该变形的适宜值至少为0.5mm。

如果内侧半部分(即面向切割冲头中心轴线24的半部分)的横截面小于外侧半部分,这种减小横截面区域的效果可以得到进一步增强。例如,采用等腰三角形的横截面,其两个等长边的交点朝向切割冲头8的中心轴线24,见图5和图6。由于倒角25的作用,这里形成的不是弯曲的边缘,而是一个尖端点,更易发生变形。

间隔构件20的失效载荷最大应不超过导体板12从导体9中断裂所需的载荷的50％,优选最大不超过20％,特别优选最大不超过10％。

在最简单的实施方式中,间隔构件与切割冲头由相同的材料制成,并与切割冲头一体成型。

在特殊情况下,可能有必要使用断裂延伸率大于切割冲头材料的材料来制造间隔构件,以提高塑性变形性能,或者使用断裂延伸率较低的材料来制造间隔构件,以有利于间隔构件的断裂。在这两种情况下,都可以使用2K注塑工艺轻松制造带有间隔构件的整体切割冲头。

无论系统中是否包含灭火剂,也无论切断点的数量是一个还是两个,在断流器中使用间隔构件都将是有益的。

Claims (16)

1.一种用于切断导体(9)的烟火断流器(1),所述烟火断流器(1)具有壳体(2),所述壳体内设置有切割冲头(8)和用于驱动所述切割冲头(8)的点火单元(16),所述导体(9)贯穿所述壳体(2),其特征在于,在所述切割冲头(8)和所述导体(9)之间至少设置有一个间隔构件(20),优选设置有三个所述间隔构件(20)。

2.根据权利要求1所述的断流器,其特征在于,至少一个所述间隔构件(20)为销钉的形状。

3.根据权利要求2所述的断流器,其特征在于,所述间隔构件(20)位于一个圆周(19)上,所述圆周中心位于切割冲头(8)的中心轴线(24)上。

4.根据权利要求3所述的断流器,其特征在于,所述间隔构件(20)在所述圆周(19)上均匀分布。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的断流器,其特征在于,所述间隔构件的面向所述导体板(12)的一侧为倾斜面,使得每个所述间隔构件(20)靠近所述中心轴线(24)的区域(21)与所述导体板(12)之间的距离小于远离所述中心轴线(24)的区域(23)与所述导体板之间的距离。

6.根据权利要求2-5中任一项所述的断流器,其特征在于,所有所述间隔构件(20)的总失效载荷小于所述导体(9)的断裂载荷的50％,优选小于20％,特别优选小于10％。

7.根据权利要求2-6中任一项所述的断流器,其特征在于,所述间隔构件(20)可以在不断裂的情况下至少变形0.5mm。

8.根据权利要求7所述的断流器,其特征在于,在所述间隔构件(20)上设置了横截面缩小的区域(21),用于实现塑性变形。

9.根据权利要求8所述的断流器,其特征在于,所述间隔构件(20)的面向所述导体(9)的一端呈尖端形状。

10.根据权利要求5和9所述的断流器,其特征在于,所述间隔构件(20)的横截面为等腰三角形,所述等腰三角形的尖端朝向所述切割冲头(8)的所述中心轴线(24)。

11.根据权利要求10所述的断流器,其特征在于,所述等腰三角形的顶角大于60°,优选大于70°。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的断流器,其特征在于,所述切割冲头(8)在面向所述导体(9)的一侧至少具有一个凹槽(22),所述凹槽的体积大于所述间隔构件(20)的总体积。

13.根据权利要求12所述的断流器,其特征在于,所述间隔构件(20)位于所述凹槽(22)的边缘(26),使得所述间隔构件与所述切割冲头(8)的连接点在靠近所述中心轴线(24)的区域(21)离所述导体板(12)的距离大于在远离所述切割冲头(8)的所述中心轴线(24)的区域(23)离所述导体板的距离。

14.根据权利要求1-13中任一项所述的断流器,其特征在于,至少一个所述间隔构件(20)与所述切割冲头(8)由相同的材料制成,优选与所述切割冲头一体成型。

15.根据权利要求1-13中任一项所述的断流器,其特征在于,至少一个所述间隔构件(20)由断裂延伸率大于所述切割冲头(8)的材料制成。

16.根据权利要求1-13中任一项所述的断流器,其特征在于,至少一个所述间隔构件(20)由断裂延伸率小于所述切割冲头(8)的材料制成。