DE10027519C2 - Trennschaltereinrichtung mit geringem Platzbedarf - Google Patents

Abstract

Die Trennschaltereinrichtung für den Laststromkreis einer Fahrzeugbatterie enthält einen beweglichen Kontaktteil (81) und einen feststehenden Kontaktteil (64), die mit einem Verriegelungsmechanismus verbunden sind. Zum Öffnen des Verriegelungsmechanismus wird ein Auslöseelement (4) aus einer Formgedächtnis-Legierung verwendet, welche sich bei einer Erwärmung zusammenzieht. Zum Schließen soll ein Federelement (110) ebenfalls aus einer Formgedächtnis-Legierung vorgesehen sein, das den Schließvorgang durch Ausdehnung hervorruft.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Trennschaltereinrichtung mit geringem Platzbedarf für den Laststromkreis einer Fahr­ zeugbatterie mit folgenden Merkmalen, nämlich mit

• - einem mit einer Polklemme der Batterie verbindbaren Ein­ gangsleiter,
• - einem mit dem Laststromkreis verbindbaren Ausgangsleiter,
• - einem feststehenden Kontaktteil und einem beweglichen Kon­ taktteil zur Herstellung einer Schaltverbindung zwischen dem Eingangsleiter und dem Ausgangsleiter,
• - einem den beweglichen Kontaktteil tragenden, zwischen ei­ ner Öffnungsposition und einer Schließposition umschaltba­ ren, durch Federkraft in die Öffnungsposition vorgespann­ ten Kontaktträger,
• - einem Verriegelungsmechanismus, der den Kontaktträger in der Schließposition fixiert oder in diese Position zu­ rückführt,

und

• - Mitteln zum Öffnen des Verriegelungsmechanismus.

Eine derartige Trennschaltereinrichtung geht aus der DE 197 01 933 C1 hervor. Sie weist eine Kontaktwippe auf, die drehbar in einem Gehäuse gelagert ist und einen beweglichen Kontakt mittelbar über eine als Hebelarm wirkende Kontaktfe­ der trägt. Zu einer Rückstellung der Kontaktwippe in die Öff­ nungsposition ist eine Aufreißfeder vorgesehen. Ein Verriege­ lungsmechanismus besteht aus einem Stellarm und einer Schalt­ klinke, wobei die Schaltklinke den Stellarm an der Kontakt­ wippe verriegelt und der Stellarm die Kontaktwippe in einer Schließposition vorspannt. Als Mittel zum Öffnen des Verrie­ gelungsmechanismus wird dabei ebenso wie bei aus der DE 198 32 573 A1 oder der DE 197 41 919 A1 zu entnehmenden Trennschaltereinrichtungen ein Elektromagnetsystem mit einem Anker eingesetzt, welcher mit der Schaltklinke gekoppelt ist.

Zum Öffnen wird das Magnetsystem erregt, wodurch die Schalt­ klinke den Stellarm entriegelt und die Kontaktwippe durch die Aufreißfeder in die Öffnungsposition gebracht wird. Bei der bekannten Trennschaltereinrichtung kann jedoch der sich in seiner Öffnungsposition befindliche, bewegliche Kontaktteil nur manuell in die Kontaktposition zurückgestellt werden. Hierzu muss der Verriegelungsmechanismus z. B. über ein even­ tuell vorhandenes Kniehebelgelenk wieder in seine eine ge­ schlossene Stellung gewährleistende Ausgangsposition gebracht werden.

Die Verwendung eines Elektromagnetsystems bei derartigen Trennschaltereinrichtungen birgt jedoch die Gefahr in sich, dass sich bei starken Stößen dessen Anker auch ohne Erregung bewegen kann, so dass dann der Laststromkreis ungewollt ge­ öffnet wird. Außerdem lässt sich ein hoher Anteil des Ge­ wichts und Platzbedarfs des Elektromagnetsystems vermeiden. Insbesondere im Kraftfahrzeugbau ist man nämlich bestrebt, das Gewicht so gering wie möglich zu halten und auf Grund der hohen Stückzahlen auch die Kosten von Kleinbauteilen zu be­ grenzen.

Aus der DE 195 25 475 A1 ist eine Sicherungsvorrichtung zu entnehmen, die in der mit einer Fahrzeugbatterie verbundenen Stromleitung anzubringen ist. Sie umfasst als ein Trennmittel ein SMA(Shape Memory Alloy)-Element mit Formgedächtniseigen­ schaften. Dieses Element befindet sich dabei in einem Strom­ kreis eines Verstärkers, der durch einen Stromstärkesensor, z. B. ein Hall-Element, bei einer über einem Grenzwert liegen­ den Stromstärke aktiviert wird und eine Kontakttrennung mit­ tels des SMA-Elementes bewirkt.

Die DE 42 06 162 A1 offenbart Federn aus Formgedächtnislegie­ rungen, die als entsprechende Federelemente in Schaltern auf dem Gebiet der Schaltgerätetechnik wie z. B. für Hubmagnete oder Elektromotoren eingesetzt werden. Durch eine direkte Be­ heizung der Federn mittels eines durch sie hindurch zu leitenden Stromes oder durch eine indirekte Beheizung mittels spezieller Heizelemente ist eine Fernbetätigung der Schalter ermöglicht.

Ferner geht aus der EP 0 741 401 A2 eine Schaltvorrichtung hervor, mit der Flüssigkeitsströme in einem Schlauchsystem freigegeben oder unterbunden werden können. Hierzu ist ein Klemmmechanismus vorgesehen, der zwei Klemmpositionen einneh­ men kann. Diese Positionen werden mittels zweier Drähte aus einer Formgedächtnislegierung gesteuert, die hierzu alterna­ tiv mit einem sie aufheizenden Strom zu beaufschlagen sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Trennschalter­ einrichtung gemäß der genannten DE-C1-Schrift dahingehend weiterzubilden, dass auf eine im allgemeinen umständliche ma­ nuelle Rückstellung des Verriegelungsmechanismus verzichtet werden kann und eine Fernauslösung ermöglicht wird. Dabei soll ein platzsparender Aufbau der Trennschaltereinrichtung zu gewährleisten sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Mittel zum Öffnen des Verriegelungsmechanismus als mindestens ein Auslöseelement aus einer Formgedächtnis-Legierung enthal­ ten, das sich bei Erwärmung mittels Beaufschlagung mit einem Heizstrom zusammenzieht, und dass der Verriegelungsmechanis­ mus wenigstens ein auf den Kontaktträger einwirkendes, dessen Schließposition herbeiführendes Federelement aus einer Form­ gedächtnis-Legierung aufweist, das sich bei einer Erwärmung mittels Beaufschlagung mit einem Heizstrom ausdehnt.

Die mit dieser Ausgestaltung der Trennschaltereinrichtung verbundenen Vorteile sind u. a. darin zu sehen, dass die Ver­ wendung des speziellen Auslöseelementes als Mittel zum Öffnen des Verriegelungsmechanismus es mit sich bringt, dass dieses im Vergleich zu einem Elektromagnetsystem wesentlich weniger Platz beansprucht. Ein solches sich bei Beaufschlagung mit einem Heizstrom erwärmendes und dabei zusammenziehendes Auslöseelement ist im allgemeinen mit einer Sensorik verbunden, welche z. B. bei einem Kurzschluss oder einem Fahrzeugaufprall mit diesem Strom beaufschlagt wird. Durch den Strom erwärmt sich das Element und löst so die Öffnung des Verringerungsme­ chanismus durch seine Kontraktion aus. Entsprechende Auslöse­ elemente sind kostengünstig in der Anschaffung, weisen ein geringes Gewicht auf und sind daher auch nicht stoßanfällig. Sie erfordern zudem nur einen geringen Platzbedarf, so dass sie sich vorteilhaft in einer Trennschaltereinrichtung für den Laststromkreis einer Fahrzeugbatterie einsetzen lassen. Dabei werden durch die Fixierung ihres beweglichen Kontakt­ teils in der geschlossenen Stellung über den Verriegelungsme­ chanismus die Kontaktteile so stark aneinander gepresst, dass auch hohe Ströme, insbesondere wie sie beim Startvorgang ei­ nes Fahrzeugs auftreten, fließen können. Mit einer derartigen Ausgestaltung einer Trennschaltereinrichtung lässt sich dann gewährleisten, dass bei einem Einsatz an einer Fahrzeugbatte­ rie auf ein Elektromagnetsystem verzichtet werden kann. Somit ist die gesamte Trennschaltereinrichtung wesentlich leichter in einem an eine Polklemme der Fahrzeugbatterie angepassten, die Polklemme selbst aussparenden Gehäuse anzuordnen. Die Raumersparnis ermöglicht es dabei, dass in dem Gehäuse zu­ sätzliche Bauteile unterzubringen sind.

Mit der Verwendung des speziellen Federelementes ist eben­ falls der dazu notwendige mechanische und elektrische Aufbau auf engstem Raume zu realisieren und wird eine Fernschaltung ermöglicht.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Trennschalterein­ richtung nach der Erfindung sind aus den abhängigen Ansprü­ chen zu entnehmen.

So kann der Verriegelungsmechanismus insbesondere als Kniehe­ belspannwerk ausgebildet sein. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn Spannelement aus einem an dem Kontaktträger angreifenden ersten Hebel und einem im Gehäuse gelagerten zweiten Hebel besteht, die über ein mittleres Kniegelenk zu einem Kniehebel verbunden sind, welcher in annähernd gestrecktem Zustand den Kontaktträger in seiner Schließposition verriegelt.

Für die Trennschaltereinrichtung können insbesondere noch die folgenden, als vorteilhaft anzusehenden Ausgestaltungen vor­ gesehen werden:
Deren Verriegelungsmechanismus weist ein Spannelement auf, das in seiner gestreckten Stellung den beweglichen Kon­ taktteil gegen den festen Kontaktteil drückt, wobei zum Öffnen des Verriegelungsmechanismus das Auslöseelement so auf das Spannelement einwirkt, dass dieses seitlich aus­ knickt.
Das Auslöseelement greift günstigerweise über einen Betä­ tigungsarm an dem als Kniehebel ausgebildeten Spannelement an, wobei in einer speziellen Ausführungsform der Betäti­ gungsarm auch gleichzeitig als Rückstellfeder für das Aus­ löseelement ausgebildet sein kann.
Das Auslöseelement wirkt über den Betätigungsarm annähernd senkrecht zur Streckachse des Kniehebels auf das mittlere Kniegelenk und bewegt dieses bei Kontraktion des Auslöse­ elementes über den Totpunkt.
Der Betätigungsarm ist durch eine abgekröpfte Blattfeder gebildet, dessen abgekröpftes Ende bei Kontraktion des Auslöseelementes auf das Kniegelenk drückt.
Das mindestens eine Federelement ist an einer Seite starr mit dem Gehäuse verbunden und greift an der gegenüber lie­ genden Seite an einem Kniehebel des als Kniehebelspannwerk gestalteten Verriegelungsmechanismus an. Ein derartiges Angreifen des Federelementes ermöglicht ein sicheres und schnelles Rückstellen in die Schließposition.
Der Kontaktträger kann eine langgestreckte, einseitig im Gehäuse eingespannte Kontaktfeder sein, die etwa im Mit­ telbereich ihrer Länge den beweglichen Kontaktteil trägt und an ihrem freien bzw. beweglichen Ende mit dem äußeren Ende eines ersten Kniegelenkhebels unter Bildung eines ersten Drehgelenkes ineinander greift.

Selbstverständlich können zusätzlich Mittel zum manuellen Öffnen und/oder Schließen der Kontaktteile vorgesehen sein.

Es ist auch von Vorteil, wenn das Auslöseelement durch einen Kurzschlusssensor und/oder einen Beschleunigungssensor an­ steuerbar ist.

Ferner kann das Gehäuse an einer Polklemme der Fahrzeugbatte­ rie anzuordnen sein.

Außerdem kann in dem Gehäuse ein Stromsensor vorgesehen sein, der an einen Eingangsleiter gekoppelt ist und bei Überschrei­ ten einer Stromschwelle das Auslöseelement mit Strom beauf­ schlagt.

Zeckmäßigerweise ist in dem Gehäuse eine elektronische Aus­ werteschaltung zur Ansteuerung des Auslöseelementes angeord­ net.

Vorteilhaft wird als Formgedächtnis-Legierung des mindestens einen Auslöseelementes und/oder mindestens einen Federelemen­ tes eine NiTi- oder NiTiCu-Legierung gewählt, die gegebenen­ falls noch weitere Komponenten enthalten kann.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird nachfolgend auf die Zeichnung Bezug genommen, in der vorteilhafte Ausgestal­ tungen der erfindungsgemäßen Trennschaltereinrichtung erläu­ tert sind. Es zeigen jeweils in leicht schematischer Darstel­ lung deren

Fig. 1 einzelne Baugruppen einer erfindungsgemäß zu ge­ staltenden Trennschaltereinrichtung in perspektivi­ scher Darstellung,

Fig. 2 eine Spannwerk-Baugruppe mit Auslöseelement der Trennschaltereinrichtung von Fig. 1 in teilweise montiertem Zustand,

Fig. 3 eine Polklemmenbaugruppe gemäß Fig. 1 in halbmon­ tiertem Zustand,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Trennschaltereinrichtung ge­ mäß Fig. 1,

Fig. 5 Teile der Trennschaltereinrichtung nach Fig. 1 im montierten Zustand, jedoch mit offenem Deckel,

Fig. 6 einen Teil der Trennschaltereinrichtung nach Fig. 4 mit einem Einbau eines Federelementes im geöffneten Kontaktzustand sowie

Fig. 7 den Teil der Trennschaltereinrichtung nach Fig. 6 im geschlossenen Kontaktzustand.

Dabei sind in den Figuren sich jeweils entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.

Bei den in den Figuren angedeuteten Bauteilen wird von einer Ausführungsform einer Trennschaltereinrichtung ausgegangen, wie sie aus der eingangs genannten DE-C1-Schrift hervorgeht. Die Trennschaltereinrichtung befindet sich normalerweise an der Fahrzeugbatterie im Motor- oder im Kofferraum eines Kraftfahrzeuges und weist einen besonders einfachen Aufbau auf. Die Trennschaltereinrichtung ermöglicht wegen ihrer be­ sonders platzsparenden Ausgestaltung die Verwendung mindes­ tens eines Federelementes gemäß der Erfindung sowie mindes­ tens eines Auslöseelementes, die vorteilhaft aus wenigstens einer Formgedächtnis-Legierung bestehen. Dabei kommen für das Federelement und/oder das Auslöseelement der Trennschalter­ einrichtung praktisch alle bekannten Formgedächtnis-Legie­ rungen in Frage, wobei für diese beiden Elemente auch unter­ schiedliche Legierungen gewählt werden können. Als besonders geeignet sind Ti-Ni-Legierungen anzusehen.

So gehen z. B. aus "Materials Science and Engineering", Vol. A 202, 1995, Seiten 148 bis 156 verschieden zusammengesetzte Ti-Ni- und Ti-Ni-Cu- Legierungen hervor. In "Intermetallic", Vol. 3, 1995, Seiten 35 bis 46 und "Scripta METALLURGICA et MATERIALIA", Vol. 27, 1992, Seiten 1097 bis 1102 sind verschiedene Ti₅₀Ni_50-xPd_x- Formgedächtnis-Legierungen beschrieben. Statt der Ti-Ni-Le­ gierungen sind selbstverständlich auch andere Formgedächtnis- Legierungen geeignet. So kommen beispielsweise Cu-Al-Formge­ dächtnis-Legierungen in Frage. Eine entsprechende Cu-Zn24Al3- Legierung ist aus "Z. Metallkde.", Bd. 79, H. 10, 1988, Sei­ ten 678 bis 683 zu entnehmen. In "Scripta Materialia", Vol. 34, No. 2, 1996, Seiten 255 bis 260 ist eine weitere Cu-Al- Ni-Formgedächtnis-Legierung beschrieben. Selbstverständlich können zu den vorerwähnten binären oder ternären Legierungen noch weitere Legierungspartner wie z. B. Hf in an sich bekann­ ter Weise hinzulegiert sein. Für die nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispiele sei eine Ti-Ni-Formgedächtnis-Legierung ausgewählt.

Nach Fig. 1 umfasst die allgemein T bezeichnete Trennschalt­ ereinrichtung ein insbesondere aus Kunststoff bestehendes Ge­ häuse 1, welches mit einer Polklemmenbaugruppe 2 verbunden wird. Das Gehäuse 1 kann von seiner Oberseite her mit einem Deckel 7 dicht verschlossen werden (vgl. Fig. 5). In das ge­ öffnete Gehäuse lässt sich eine als ein Verriegelungsmecha­ nismus anzusehende Spannwerk-Baugruppe 3 einsetzen, die mit einem integrierten Auslöseelement 4 aus einer Formgedächtnis- Legierung zusammenwirkt. Außerdem werden in das Gehäuse ein Eingangsleiter 5 und ein Ausgangsleiter 6 eingesteckt.

Wie ferner der Darstellung der Fig. 1 zu entnehmen ist, ist an der Außenseite des Gehäuses 1 der Ausgangsleiter 6 befes­ tigt. Dieser ist L-förmig ausgeführt, wobei ein Schenkel 61 über eine Sägezahnkontur in einer entsprechenden Tasche an der Außenseite des Gehäuses angebracht ist, während ein Schenkel 62 durch Warmverprägen an dem Gehäuse fixiert ist. Durch diese Fixierung werden die Kräfte eines an den Ausgangsleiter 6 über einen Bolzen 63 angeschraubten Batterieka­ bels aufgenommen; gleichzeitig wird durch die L-förmige Bie­ gung des Ausgangsleiters das gesamte Gehäuse versteift. An dem Schenkel 62 ist von der Innenseite der feststehende Kon­ taktteil 64 befestigt, der durch eine runde Durchführung 15 in das Gehäuseinnere ragt. Die Durchführung 15 für diesen feststehenden Kontaktteil 64 ist mit eine O-Ring 16 abge­ dichtet. Der Kontaktteil 64 besteht beispielsweise aus einem Kupfer-Rundteil mit aufplattiertem oder aufgeschweißtem Kon­ taktmaterial.

Das Kunststoffgehäuse 1 besitzt einen von einer Bodenplatte und Seitenwänden begrenzten Schaltraum 11, der die Funktions­ teile der Trennschaltereinrichtung aufnimmt. Innerhalb des Gehäuses ist außerdem durch eine geschwungene Trennwand 12 ein Raum zur Aufnahme einer Polklemme 21 ausgespart. Da auch der Deckel 7 eine entsprechende Aussparung 71 aufweist (vgl. Fig. 7), kann das verschlossene und abgedichtete Gehäuse der Trennschaltereinrichtung auf den Batteriepol einer Kraftfahr­ zeugbatterie mit der Polklemme 21 derart aufgesetzt werden, dass diese oder eine entsprechende Klemmschraube 22 von außen zugänglich bleibt. Die Polklemme 21 wirkt mit einem Klemm­ schuh 23 zusammen, der mit einer Grundplatte 24 aus Blech vernietet ist. Am Außenrand liegt diese mit einer U-förmigen Biegung 25 auf der Polklemme 21 auf, wo sie über die Klemm­ schraube 22 fixiert ist. Das Kunststoffgehäuse wird auf die Grundplatte 24 gelegt und warm verprägt, wodurch sich die ge­ samte Batterietrennschaltereinrichtung beiderseits auf der Polklemme abstützt.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist an einer Verlängerung 27 des Polklemmschuhs 23 ein runder Zapfen 26 angegossen, der nach oben durch das aus Kunststoff bestehende Gehäuse 1 in den Schaltraum 11 ragt. Über diesen Zapfen 26 wird der Batterie­ strom auf den innen angenieteten Eingangsleiter 5 in das In­ nere der Trennschaltereinrichtung geführt.

Dieser Eingangsleiter 5 besteht z. B. aus Kupferblech und ist U-förmig gebogen. Wie aus Fig. 1 ferner ersichtlich, ist ein Schenkel 51 dabei mit einem runden Loch 52 auf den Zapfen 26 aufgesteckt und vernietet. Der runde Querschnitt des Zapfens 26 wird dabei gegenüber dem Boden des Gehäuses 1 durch einen O-Ring 53 wasserfest abgedichtet. An dem Schenkel 51 des Ein­ gangsleiters kann außerdem ein Ferritkörper 54 mit einer Aus­ sparung angeordnet sein, in die ein in der Figur nicht darge­ stellter Stromsensor, beispielsweise ein Hall-Sensor, zur Ü­ berwachung des Batteriestroms einlegbar ist (vgl. Fig. 2).

Wie aus der Detailansicht der Fig. 2 hervorgeht, ist auf ei­ nem senkrecht abgebogenen Schenkel des Eingangsleiters 5 eine Litze 10 zur Weiterleitung des Stromes zu einem beweglichen Kontaktteil 81 angeschweißt. Dieses bewegliche Kontaktteil 81 ist an einem federnden Kontaktträger 8 befestigt, welcher ge­ häusefest eingespannt ist. Bei der Litze 10 handelt es sich um zwei übereinander gelegte Flachlitzen, wodurch in Betäti­ gungsrichtung des Kontaktteiles 81 eine gute Flexibilität bei großen Leiterquerschnitten zu gewährleisten ist. Der Kontakt­ träger 8 ist als einseitig eingespannte Flachformfeder ausge­ führt, über welche eine Kontakt-Aufreißkraft, der Kontaktweg sowie die Kontaktkraft und der Hub aufgebracht werden. Auf diese Weise ist die Funktion einer Kontaktfeder, einer Rück­ stellfeder und einer Kontaktwippe zu gewährleisten. Der be­ wegliche Kontaktteil 81 ist etwa in der Mitte der freien Fe­ derlänge des Kontaktträgers befestigt. Dessen freies Federen­ de 82 ist abgebogen und zu einem Haken 83 geformt, mit dem die Kontaktfeder in Eingriff mit einem Spannwerk steht.

Die entsprechende Baugruppe 3 des Spannwerkes besteht aus ei­ nem Kniehebelspannwerk, das auf einer Trägerplatte 31 ange­ ordnet ist. Die Kontaktfeder ist an einem senkrecht nach oben gebogenen Lappen 38 der Trägerplatte 31 befestigt. Weiterhin ist von der Trägerplatte 31 ein Vierkantzapfen 39 senkrecht nach oben gebogen, der als gestellfester Drehpunkt für das Spannwerk dient. Der Kniehebel des Spannwerks wird durch zwei entsprechend gebogene Blechteile, nämlich einen ersten Hebel 32 und einen zweiten Hebel 33 gebildet. An dem ersten Hebel 32 sind zwei Gelenkzapfen 32a frei geschnitten, die in Ge­ lenklöchern des U-förmig gebogenen ersten Kniehebels 32 lie­ gen und mit diesem ein Kniegelenk 37 bilden. Der zweite Knie­ hebel 33 besitzt weitere Gelenklöcher 33a und 33b, mit denen dieser zweite Hebel auf dem erwähnten Vierkantzapfen 39 gela­ gert ist. Der erste Hebel 32 besitzt an seinem äußeren, d. h. dem mittleren Kniegelenk abgewandten Ende eine ösenförmige Ausnehmung 32b, welche mit dem hakenförmigen Endabschnitt 83 des federnden Kontaktträgers 8 ineinander greift. In den Ge­ lenklöchern 33a und 33b des zweiten Hebels 33 sowie in dem hakenförmigen Endabschnitt 83 der Kontaktfeder liegen die je­ weiligen Gelenkzapfen bzw. der Ösenrand des ersten Hebels bei gespanntem Zustand des Kniegelenks jeweils mit ihren Kanten an. Diese wirken im Moment der Auslösung, wenn das mittlere Kniegelenk über den Todpunkt bewegt wird, wie ein Schneiden­ lager, wodurch die Lagerreibung im Moment der Auslösung sehr gering ist und nur eine geringe Auslösekraft erfordert.

Wie ferner aus Fig. 2 hervorgeht, ist an dem Gehäuse 1 ein zusätzlicher Notstromanschluss 9 angeordnet der mit dem Ein­ gangsleiter 5 verbunden ist. Er dient beispielsweise zur Auf­ rechterhaltung von Notstromkreisen wie z. B. für eine Warn­ blink-Anlage oder auch zur Auflösung des Trennvorgangs.

Wie aus der Draufsicht der Fig. 4 deutlich hervorgeht, ist innerhalb der Spannwerkbaugruppe zwischen einer Aufhängung 41 und einem Betätigungsarm 42 das thermische Auslöseelement 4 aus der Formgedächtnis-Legierung in Form eines Drahtes oder gegebenenfalls auch eines Bandes gespannt. Die Aufhängung 41 ist als Lappen gestaltet, welcher senkrecht zu der Träger­ platte 31 der Spannwerkgruppe absteht. Der Betätigungsarm 42 ist auf der gegenüberliegenden Seite des Kniehebelsystems an einem senkrecht zur Trägerplatte 31 an oben gebogenen Lappen 34 angeordnet und wirkt in Ausknickrichtung auf das Kniehe­ belsystem. In dem Lappen 34 ist eine Ausnehmung 34a vorgesehen (siehe auch Fig. 2), durch welche zum Einem der am Ende abgekröpfte Betätigungsarm mit seiner Stirnfläche auf das Kniegelenk 37 einwirkt und durch welche zum Anderen das Aus­ löseelement 4 von der Aufhängung 41 zu dem Betätigungsarm 42 geführt ist. Zur Befestigung des Auslöseelementes an dem Be­ tätigungsarm 42 ist an diesem eine zusätzliche Halterung 43 vorgesehen. Der Betätigungsarm 42 ist federnd ausgebildet, so dass er das Auslöseelement stets mit einer gewissen Feder­ kraft vorspannt. Der Lappen 34 dient auf der gegenüberliegen­ den Seite des Betätigungsarmes 42 auch als Anlagekante des Kniehebelspannwerks im gespannten Zustand.

Zur Spannwerkauslösung wird das Auslöseelement 4 über zwei nicht dargestellte Leitungen unter Strom gesetzt. Infolge des Stromes erwärmt sich das Auslöseelement und zieht sich zu­ sammen. Durch die entsprechende Kontraktion wird die Stirn­ seite des abgekröpften Betätigungsarmes 42 in die Höhe des Kniegelenkes 37 auf den zweiten Hebel 33 gedrückt. Der Betä­ tigungsarm 42 schiebt das Kniegelenk 37 über seinen Totpunkt und wird anschließend auf Grund der Rückstellkraft des fe­ dernden Kontaktträgers 8 vollständig durchgedrückt.

Am zweiten Hebel 33 ist hinter dem gestellfesten Drehgelenk an dem Zapfen 39 eine Schaltfahne 35 nach oben gebogen, die durch ein Loch 72 im Deckel 7 (vgl. hierzu Fig. 5) nach oben ragt bzw. von außen zugänglich ist und so zu einem manuellen Ein- und Ausschalten dienen kann. Mit Hilfe eines Schrauben­ ziehers oder ähnlichen Werkzeuges kann dann die Schaltfahne 35 umgelegt werden, um den Kniehebel wieder zu spannen und die Kontaktfeder wieder zu schließen. Neben einem solchen ma­ nuellen Wiedereinschalten ist umgekehrt aber auch eine ent­ sprechende manuelle Abschaltung möglich. In der Fig. 4 sind beide Positionen angedeutet: Die Schließposition der Kontakt­ teile 81 und 64 mittels Darstellung der Teile 8, 32, 33 und 37 durch durchgezogene Linien, die Öffnungsposition durch ge­ strichelte Linien. Die Auslösung des Abschaltvorganges ist nachfolgend erläutert:
Im Ruhezustand ist der Kniehebel gespannt, wobei das mittlere Kniegelenk 37 leicht über den Totpunkt nach außen gedrückt ist und der erste Hebel 32 an dem Lappen 34 anliegt. Der fe­ dernde Kontaktträger 8 ist dabei entgegen ihrer Vorspannung in die Schließposition gedrückt und der bewegliche Kontakt­ teil 81 liegt auf dem Festkontaktteil 64. Bei Erregung des Auslöseelementes 4 wird der Betätigungsarm 42 in Richtung des Kniehebelsystems gezogen und schiebt mit seiner abgekröpften Stirnfläche das mittlere Kniegelenk 37 über den Totpunkt. Jenseits der Totpunktlage wird der Kniehebel mit der nun frei werdenden Kontakt- und Aufreißkraft der Kontaktfeder ausge­ lenkt, und der Federkontakt wird geöffnet. Der Kontaktträger 8 und der Kniehebel 32, 33 nehmen dann die in der Figur ge­ strichelt eingezeichnete Position ein. Durch die Übersetzung über das Kniehebelspannwerk können die hohen Kontakt- und Aufreißkräfte der Kontaktfeder mit relativ kleinen Auslöse­ kräften und damit mit einem Thermoelement abgeschaltet wer­ den; der Reibkraftanteil ist hierbei verhältnismäßig gering. Zum Wiedereinschalten wird der Kniehebel wieder gespannt, wo­ bei der Hebel 33 mittels Aktivierung eines erfindungsgemäßen, an Hand der Fig. 6 und 7 später erläuterten Federelementes in die Ruhelage bewegt wird. Dabei wird das Thermoelement 4 durch die Rückstellkraft des federnd ausgebildeten Betäti­ gungsarmes 42 wieder gestreckt.

Zur Auslösung der Trennschaltereinrichtung wird dem Auslöse­ element 4 ein Auslösesignal in Form eines Heizstroms zuge­ führt, das beispielsweise durch eine elektronische Auswerte­ schaltung erzeugt wird. Eine entsprechende Auswerteschaltung kann in dem Gehäuse 1 untergebracht sein. Sie ist mit dem Auslöseelement 4 verbunden und erhält beispielsweise Sensor­ signale von einem Beschleunigungssensor der im Fahrzeug für die Auslösung eines Airbags vorhanden ist. Zusätzlich oder stattdessen kann die Trennschaltereinrichtung auch bei Über­ last ausgelöst werden. Zu diesem Zweck kann in dem Gehäuse des Trennschalters ein Stromsensor z. B. in Form eines Hall- Sensors untergebracht werden, der mit einem den Eingangslei­ ter umgreifenden Ferrit-Ring 54 (vgl. hierzu auch Fig. 2) den von der Batterie abgegebenen Laststrom misst. Bei Über­ schreitung einer vorgegebenen Schwelle wird dann in der Aus­ werteschaltung ein entsprechender Erregerimpuls an das Aus­ löseelement 4 abgegeben, welches die Trennschaltereinrichtung innerhalb weniger Millisekunden unter Öffnung der Kontakttei­ le 64 und 81 aktiviert.

Gemäß Fig. 5 liegt die Schaltfahne 35 (gemäß Fig. 4) in ei­ nem versenkten Bereich des das Gehäuse 1 wasserdicht ver­ schließen den Deckels 7. Die Schaltfahne ist dabei durch eine Öffnung 72 zugänglich, die mittels eines Verschlussstopfens 73 nach außen abgedichtet werden kann. In der Figur ist die Aussparung 71 für den Zugang zu der Polklemme 21 (gemäß Fig. 2) ersichtlich.

Wie ferner aus Fig. 4 hervorgeht, ist zwischen dem drahtför­ migen Auslöseelement 4 und der Trennwand 12 des Kunststoffge­ häuses 1 ein hinreichender Zwischenraum 60 vorhanden, um dort noch weitere Teile der Trennschaltereinrichtung T unterzu­ bringen. Gemäß der Erfindung soll dieser Raum zur Aufnahme wenigstens eines Federelementes aus einer Formgedächtnis-Le­ gierung dienen, das an dem zweiten Hebel 33 angreifen soll. Die entsprechende Darstellung eines solchen Federelementes geht aus den Fig. 6 und 7 hervor, wobei Fig. 7 die Öff­ nungsposition und Fig. 6 die Schließposition der Kontakttei­ le der erfindungsgemäßen Trennschaltereinrichtung zeigen:
Auf der Trägerplatte 31 ist eine Halterung 101 mit einer Ver­ schraubung 102 befestigt. Zwischen der Trägerplatte 31 und dieser Halterung 101 muss eine in der Figur nur angedeutete Isolation 105 z. B. in. Form einer Kaptonfolie eingebracht wer­ den, falls die Halterung selbst stromleitend ist. Auch die Verschraubung 102 muss in diesem Falle isoliert gegenüber der Trägerplatte 31 beispielsweise durch Verwendung einer Kunst­ stoffschraube sein. Die Halterung kann jedoch auch selbst aus einem nicht-stromleitenden Material bestehen, wodurch die I­ solation zwischen der Trägerplatte und dem mit 110 bezeich­ neten Federelement aus der Formgedächtnis-Legierung gewähr­ leistet ist. Vorzugsweise besitzt die Halterung 101 eine L- bzw. Winkelform, so dass ein flächiger Kontakt für das Feder­ element 110 zur Verfügung steht. Um das Federelement führen zu können, ist ein Führungsstift 112 aus einem nicht-strom­ leitenden Material in die Halterung 101 einzubringen. Hierzu ist beispielsweise eine Kunststoffschraube geeignet. Um das Federelement 110 aus der Formgedächtnis-Legierung mit einem Heizstrom beaufschlagen zu können, wird entweder die Halte­ rung 101 aus einem stromleitenden Material wie z. B. aus Al, Stahl oder Kupfer gewählt oder zwischen die Halterung und das Federelement wird eine erste Kontaktflachscheibe 114 einge­ bracht. Die Halterung 101 oder diese Kontaktscheibe 114 wer­ den mit einem in der Figur nur angedeuteten isolierten Lei­ terdraht 115 beispielsweise durch Verlöten mit einem PbSn-Lot verbunden, der aus der Batterietrennschaltereinrichtung he­ raus zu einer Stromquelle führt.

Auf der gegenüberliegenden Seite der Federeinrichtung 110 aus der Formgedächtnis-Legierung ist ebenfalls ein Führungsstift 117 für diese aus einem nicht-stromleitenden Material vorge­ sehen. Nachdem die Halterung 101 fest mit der Trägerplatte 31 verschraubt ist, stellt ein Führungsgelenk den beweglichen Teil des Federelementes 110 dar. Das Führungsgelenk muss da­ bei derart geformt sein, dass über einen Gelenkstift 121 das Rückstellen des zweiten (beweglichen) Hebels 33 des Kniehe­ belspannwerkes möglich ist und gleichzeitig die Führung und Bestromung des Federelementes 110 zu gewährleisten ist. Das Führungsgelenk 120 muss aus einem nicht-stromleitenden Mate­ rial bestehen. Zur Bestromung des Federelementes 110 wird ei­ ne zweite Kontaktflachscheibe 122 zwischen das Federelement und das Führungsgelenk eingebracht. Über einen isolierten, angelöteten Leiterdraht 125 wird eine Verbindung zu einer Stromquelle außerhalb der Batterietrennschaltereinrichtung geschaffen.

Wird nun das Federelement 110 mit einem Heizstrom beauf­ schlagt, so dehnt sich dieses aus und schiebt über das Füh­ rungsgelenk 120 den zweiten Hebel 33 des Kniehebelspannwerkes in die Ausgangsposition zurück, wodurch auch der bewegliche Kontaktteil 81 mit dem feststehenden Kontaktteil 64 wieder in elektrisch leitende Verbindung gebracht wird. Auf diese Weise wird die Schließposition der Batterietrennschaltereinrichtung wieder hergestellt.

Die Auswahl des Federelementes 110 wird so vorgenommen, dass innerhalb von wenigen Sekunden, z. B. von 3 s, die Rückstel­ lung des Kniehebels zu realisieren ist und die Kniehebelöff­ nung gegen die Federkraft des Federelementes nach wenigen Se­ kunden, z. B. nach 10 Sekunden, wieder möglich wird. Zugleich wird berücksichtigt, dass das drahtförmige Auslöseelement 4 aus einer Formgedächtnis-Legierung den Kniehebel mit einer Reaktionszeit < 50 ms gegen die Federkraft des Federelementes 110 öffnen kann.

Nachfolgend sind als konkretes Ausführungsbeispiel die we­ sentlichen Kenndaten eines entsprechenden Federelementes 110 aufgelistet:
Material: NiTiCu-Legierung mit einer Umwandlungs­ temperatur < 150°C und einer Hysterese < 25°C;
Drahtdurchmesser: 1,2 mm
axiale Federlänge (komprimiert): 9,6 mm;
axiale Federlänge (entspannt): 11,2 mm;
Windungszahl: 7;
Innendurchmesser: 8,2 mm;
Außendurchmesser: 10,6 mm;
Stellweg: bis 8 mm;
Stellkraft: bis 20 N;
Strombedarf: 9 A bei U: 2 V;
Rückstellzeit: 5 s;

Auslösung durch ein entsprechendes drahtförmiges Auslöseele­ ment 4 aus der Formgedächtnis-Legierung gegen das Federele­ ment 110 nach etwa 15 s. Die Rückstellzeit und die Auslö­ sungszeit sind dabei von der Größe des angelegten Heizstromes abhängig. Es zeigt sich dabei, dass sich mit zunehmender Stromstärke die Rückstellzeit verkürzen lässt.

Bei den vorstehend dargestellten Ausführungsbeispielen wurde davon ausgegangen, dass das Auslöseelement aus einer der be­ kannten Formgedächtnis-Legierungen wie insbesondere einer Ni- Ti- oder NiTiCu-Legierung in Draht- oder Bandform als lang­ gestrecktes Element zwischen einer ortsfesten Aufhängung und einem die mechanische Öffnung der Kontaktteile bewirkenden Verriegelungsmechanismus eingespannt ist. Selbstverständlich sind auch andere Ausgestaltungen des Auslöseelementes aus der Formgedächtnis-Legierung denkbar.

Claims (16)

1. Trennschaltereinrichtung mit geringem Platzbedarf für den Laststromkreis einer Fahrzeugbatterie mit folgenden Merk­ malen, nämlich mit
einem mit einer Polklemme (21) der Batterie verbindbaren Eingangsleiter (5),
einem mit dem Laststromkreis verbindbaren Ausgangsleiter (6),
einem feststehenden Kontaktteil (64) und einem beweglichen Kontaktteil (81) zur Herstellung einer Schaltverbindung zwischen dem Eingangsleiter (S) und dem Ausgangsleiter (6),
einem den beweglichen Kontaktteil (81) tragenden, zwischen einer Öffnungsposition und einer Schließposition umschalt­ baren, durch Federkraft in die Öffnungsposition vorge­ spannten Kontaktträger (8),
einem Verriegelungsmechanismus (3), der den Kontaktträger (8) in der Schließposition fixiert oder in diese Position zurückstellt, und
Mittel zum Öffnen des Verriegelungsmechanismus,
dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Öffnen des Verriegelungsmechanismus min­ destens ein Auslöseelement (4) aus einer Formgedächtnis- Legierung enthalten, das sich bei Erwärmung mittels Beauf­ schlagung mit einem Heizstrom zusammenzieht, und wobei der Verriegelungsmechanismus (3) wenigstens ein auf den Kontakt­ träger (8) einwirkendes, dessen Schließposition her­ beiführendes Federelement (110) aus einer Formgedächtnis- Legierung aufweist, das sich bei einer Erwärmung mittels Be­ aufschlagung eines Heizstromes ausdehnt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Verriegelungsmechanismus als Kniehebelspannwerk ausgebildet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungsmecha­ nismus ein Spannelement (32, 33) aufweist, das in seiner ge­ streckten Stellung den beweglichen Kontaktteil (81) gegen den festen Kontaktteil (64) drückt und zum Öffnen des Verriege­ lungsmechanismus das Auslöseelement (4) so auf das Spann­ element (32, 33) einwirkt, dass dieses seitlich ausknickt.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, dass das Auslöseelement (4) über einen Betätigungsarm (42) an dem Spannelement (32, 33) an­ greift.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Betätigungsarm (42) als Rückstellfeder für das Auslöseelement (4) ausgebildet ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, dass das Spann­ element aus einem an dem Kontaktträger (8) angreifenden ers­ ten Hebel (32) und einem im Gehäuse (1) der Trennschaltereinrichtung gelagerten zweiten Hebel (33) besteht, die über ein mittleres Kniegelenk (37) zu einem Kniehebel verbunden sind, welcher in annähernd ge­ strecktem Zustand den Kontaktträger (8) in seiner Schließpo­ sition verriegelt.

7. Einrichtung nach Anspruch 6 und einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslöseelement (4) über den Betätigungsarm (42) annähernd senkrecht zur Streckachse des Kniehebels auf das mittlere Kniegelenk (37) wirkt und dieses bei Kontraktion des Auslöse­ elementes (4) über den Totpunkt bewegt.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7 und einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsarm (42) durch eine abgekröpfte Blattfeder gebildet ist, dessen abgekröpftes Ende bei Kontraktion des Auslöseelementes (4) auf das Kniegelenk (37) drückt.

9. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das min­ destens eine Federelement (110) an einer Seite starr mit dem Gehäuse (1) der Trennschaltereinrichtung verbunden ist und an der gegenüberliegenden Seite an einem Kniehebel (32, 33, 37) des ein Kniehebelspannwerk aufweisenden Verriegelungsmechanismus angreift.

10. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kon­ taktträger (8) eine langgestreckte, einseitig im Gehäuse (1) eingespannte Kontaktfeder ist, die etwa im Mittelbereich ih­ rer Länge den beweglichen Kontaktteil (81) trägt und an ihrem freien bzw. beweglichen Ende (82) mit dem äußeren Ende eines ersten Kniegelenkhebels (32) unter Bildung eines ersten Dreh­ gelenkes ineinander greift.

11. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätz­ lich Mittel zum manuellen Öffnen und/oder Schließen der Kon­ taktteile vorgesehen sind.

12. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aus­ löseelement (4) durch einen Kurzschlusssensor und/oder einen Beschleunigungssensor ansteuerbar ist.

13. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ge­ häuse (1) der Trennschaltereinrichtung an einer Polklemme der Fahrzeugbatterie anzuordnen ist.

14. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (1) der Trennschaltereinrichtung ein Stromsensor vorgesehen ist, der an einen Eingangsleiter gekoppelt ist und bei Überschreiten einer Strom­ schwelle das Auslöseelement (4) mit. Strom beaufschlagt.

15. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (1) der Trennschaltereinrichtung eine elektronische Auswerteschaltung zur Ansteue­ rung des Auslöseelementes (4) angeordnet ist.

16. Trennschaltereinrichtung nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgedächtnis-Legierung des mindestens einen Aus­ löseelementes (4) und/oder mindestens einen Federelementes (110) eine NiTi- oder NiTiCu-Legierung ist, die gegebenen­ falls noch weitere Komponenten enthalten kann.