DE102004016884A1

DE102004016884A1 - Meißel für ein pyromechanisches Trennelement

Info

Publication number: DE102004016884A1
Application number: DE102004016884A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Knauss; Gerhard Dipl.-Ing. Kordel
Original assignee: Dynamit Nobel AiIS Automotive Ignition Systems GmbH
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 2003-06-26
Filing date: 2004-04-06
Publication date: 2005-01-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein pyromechanisches Trennelement mit einem Gehäuse (2), in dem ein elektrischer Leiter (3) angeordnet ist, mit einem Trennkolben (5) und einem darauf angeordneten Trennmeißel (8) aus Kunststoff zum Durchtrennen des elektrischen Leiters (3) und mit einem pyrotechnischen Anzünder (1), in dem eine pyrotechnische Ladung zum Antrieb des Trennkolbens (5) angeordnet ist, wobei der Trennmeißel (8) eine Schneidkante aufweist, die bei Antrieb des Trennkolbens (5) bzw. des Trennmeißels (8) und beim Durchtrennen des elektrischen Leiters (3) an einer Gegenkante des Gehäuses (2) oder eines Bauteils (4) des Gehäuses (2) entlanggleitet. DOLLAR A Zur Erzielung einer besseren Trennleistung wird vorgeschlagen, dass die Schneidkante des Trennmeißels (8) und/oder die Gegenkante des Gehäuses (2) oder eines Bauteils (4) des Gehäuses (2) aus einem eingesetzten Konstruktionselement (6, 7) mit einer größeren Härte als Kunststoff besteht.

Description

Die Erfindung betrifft ein pyromechanisches Trennelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die DE 197 32 650 A1 beschreibt ein pyromechanisches Trennelement mit einem Gehäuse in dem ein elektrischer Leiter angeordnet ist und mit einem Trennkolben und einem darauf angeordneten Trennmeißel aus Kunststoff zum Durchtrennen des elektrischen Leiters und mit einem pyrotechnischen Anzünder, in dem eine pyrotechnische Ladung zum Antrieb des Trennkolbens angeordnet ist, wobei der Trennmeißel eine Schneidkante aufweist, die bei Antrieb des Trennkolbens bzw. des Trennmeißels und beim Durchtrennen des elektrischen Leiters an einer Gegenkante des Gehäuses oder eines Bauteils des Gehäuses entlanggleitet.
Derartige Trennelemente können z. B. zur Unterbrechung der Stromzufuhr in das Bordnetz eines Kraftfahrzeuges verwendet werden. Bei einem Unfall werden diese Trennelemente ausgelöst, wodurch die Stromzufuhr unterbrochen wird und dadurch die Brandgefahr verringert ist.
Von Nachteil ist, dass bedingt durch die Festigkeitseigenschaften des Trennmeißels aus Kunststoff die Trennleistung (Durchtrennung eines elektrischen Leiters mit einem bestimmten Querschnitt) begrenzt bleibt.
Gestaltet man einen Trennmeißel und die Schnittkante beispielsweise komplett aus Keramik, wirkt sich dies negativ auf die Bauteilkosten aus.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Trennelement mit einem Trennmeißel. aus Kunststoff nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so weiterzubilden, dass der Trennmeißel ohne wesentliche Erhöhung seiner Herstellkosten eine bessere Trennleistung aufweist, d. h. Leiter mit einem größeren Querschnitt trennen kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Schneidkante des Trennmeißels und/oder die Gegenkante des Gehäuses oder eines Bauteils des Gehäuses aus einem eingesetzten Konstruktionselement mit einer größeren Härte als Kunststoff besteht.
In zweckmäßiger Ausgestaltung besteht das Konstruktionselement aus Stahl oder einer Keramik, wobei sinnvollerweise das Konstruktionselement scharfe Schnittkanten aufweist.
Die durch das Konstruktionselement gebildete Schneidkante des Trennmeißels ist bevorzugt im Längsschnitt v-förmig, spitz zulaufend oder schräg verlaufend ausgebildet. Vorteilhaft liegt der Winkel der Schneidkante des Trennmeißels an der Stirnseite des Konstruktionselementes zwischen 180 Grad und 90 Grad liegt. Die angeführten Formen der Schneidkante haben den Vorteil, dass die Schneide nicht sofort mit der vollen Breite auf die Trennstelle des zu trennenden elektrischen Leiters auftrifft, sondern an zwei beziehungsweise einer Auftreffstelle beginnend in den Werkstoff eindringt. Bei einer V-förmigen Schneide wird die Trennkraft mit abnehmenden Spreizwinkel der beiden V-Schenkel zunehmend geringer.
In bevorzugter spezieller Ausgestaltung hat das Konstruktionselement die Form eines Plättchens.
In vorteilhafter Ausgestaltung reicht das Konstruktionselement des Trennmeißels bis in den Trennkolben und erstreckt sich dort im wesentlichen senkrecht zur Schneidkante. Bevorzugt weist das Konstruktionselement des Trennmeißels die Form eines Winkels oder die Form eines „L" auf. Diese Formen des Konstruktionselementes bewirken eine bessere Druckverteilung von der Schneidkante auf den Boden des Trennmeißels und damit auf den Trennkolben bei der Krafteinleitung durch den Trennvorgang auf den Trennmeißel und reduziert so die Gefahr des Durchdrückens des Trennmeißels durch den Trennkolben durch eine Vergrößerung der Auflagefläche.
Bevorzugt wird der Trennkolben mit dem Trennmeißel und/oder das Gehäuses oder ein Bauteil des Gehäuses durch Kunststoffspritztechnik hergestellt und das Konstruktionselement beim Kunststoffspritzen in die Kunststoffspritzform eingelegt und ist so ein integraler Bestandteil des Trennmeißels bzw. des Gehäuses oder des Bauteils des Gehäuses.
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
1 zeigt eine pyrotechnische Trennvorrichtung für eine Batterieabschaltung in einem Kraftfahrzeug mit einem pyrotechnischen Anzünder 1 in dem eine pyrotechnische Ladung zum Antrieb eines Trennkolbens 5 angeordnet ist. Gezündet wird der Anzünder 1 elektrisch, wobei die elektrischen Zuleitungen über einen Stecker 9 am Gehäuse 1 erfolgt. Bei Zündung des Anzünders 1 beschleunigen die durch die pyrotechnische Ladung gebildeten Antriebsgase den Trennkolben 5, auf dem ein Trennmeißel 8 angeordnet ist, in Richtung auf einen elektrischen Leiter 3 und der Trennmeißel 8 trennt den Leiter 3 aufgrund seiner kinetischen Energie an einer Trennstelle. Der elektrische Leiter 3 ist durch ein Bauteil 4 (hier auch Riegel genannt) im Gehäuse 2 eingeklemmt. Im Bereich der Trennstelle ist im Bauteil 4 eine Ausnehmung angeordnet. Der Rand der Ausnehmung bildet eine Gegenkante an der der Trennmeißel 8 beim Durchtrennen des Leiters 3 entlanggleitet. Der elektrische Leiter 3 ist eine Stromschiene, wobei die Stromschiene 3 mit ihren beiden Enden aus dem Gehäuse 2 herausgeführt sind (hier nicht gezeigt). An den beiden herausgeführten Enden sind die zu trennenden elektrischen Kabel oder Leitungen angeschlossen.
Die Trennung des elektrischen Leiters 3 erfolgt somit durch einen Schneidvorgang, der eingeleitet wird, wenn der Trennmeißel 8 auf den elektrischen Leiter 3 aufschlägt. Die mit „A" bezeichnete Kante des Bauteils 4 bzw. des Riegels (siehe 1) bildet die notwendige Gegenkante zum Zwecke des Schneidvorganges durch den Trennmeißel 8, der die Funktion des „Schnittstempels" übernimmt. Bei normalen Schnittwerkzeugen ist diese Kante scharf und von hoher Festigkeit, welches aufgrund der Materialeigenschaften des Bauteils bzw. des Riegels 4 (Kunststoff) und des Herstellungsverfahrens (Kunststoffspritztechnik) nur bedingt gegeben ist.
Erfindungsgemäß besteht daher die Schneidkante des Trennmeißels 8 und/oder die Gegenkante des Gehäuses 2 oder eines Bauteils 4 des Gehäuses 2 aus einem eingesetzten Konstruktionselement 6, 7 mit einer größeren Härte als Kunststoff. In 1 ist dies nicht gezeigt.
2 zeigt das Trennelement nach erfolgter Zündung des Anzünders 1 und nach erfolgter Trennung des elektrischen Stromleiters 3. Der Trennkolben 5 wurde durch die Antriebsgase der pyrotechnischen Ladung des Anzünders 1 auf den Leiter 3 zu beschleunigt, wobei der auf dem Trennkolben 5 angeordnete Trennmeißel 8 den elektrischen Leiter 3 an der Trennstelle durchtrennt hat.
3 zeigt den Trennkolben 5 mit einem Trennmeißel 8 nach den 1 und 2. Der Trennmeißel 8 ist mit einem erfindungsgemäßen zusätzlichen Konstruktionselement 6 als Einsatz in Form eines Stahl- oder Keramikplättchens versehen dargestellt, welcher das eigentliche Schneidmesser zum Durchtrennen des Stromleiters 3 bildet. Die Form der Schneide muss auf den durchzutrennenden Werkstoff abgestimmt sein. Sie ist entweder V-förmig, spitz zulaufend oder schräg verlaufend geformt. Die angeführten Formen haben den Vorteil, dass die Schneide nicht sofort mit der vollen Breite auf die Trennstelle des zu trennenden elektrischen Leiters 3 auftrifft, sondern an zwei beziehungsweise einer Auftreffstelle beginnend in den Werkstoff eindringt. Bei einer V-förmigen Schneide wird die Trennkraft mit abnehmenden Spreizwinkel der beiden V-Schenkel zunehmend geringer.
Eine weitere vorteilhafte Form des Konstruktionselementes 6 als Schneidmessereinsatz im Trennmeißel 8 zeigt 4. Das Konstruktionselement 6 in Form eines Einsatzes besteht hier aus Keramik in Form eines Winkels bzw. in Form eines „L". Diese Form bewirkt eine bessere Druckverteilung auf den Boden des Trennmeißels 8 bei der Krafteinleitung durch den Trennvorgang und reduziert die Gefahr des Durchdrückens durch eine Erhöhung der Auflagefläche.
5a, 5b zeigen die Ausgestaltung des Konstruktionselementes 6 als Schneidmessereinsatz im Trennmeißel 8 in Form eines Stahlbiegeteiles. Auch hier bewirkt die Bodenformgebung des Schneidmessereinsatzes bedingt durch die relativ große Auflagefläche einen relativ geringen Flächendruck auf die Auflagefläche des Trennmeißels 8 und reduziert so die Gefahr des Durchdrückens aufgrund der Krafteinleitung durch den Trennvorgang.
Die Konstruktionselemente 6 in ihrer Funktion als Schneidmessereinsätze im Trennmeißel 8 werden als Einlegeteile beim Herstellungsprozesses des Trennmeißels 8 (Kunststoffspritztechnik) mit in die Kunststoffspritzform des Trennmeißels 8 eingelegt und sind nach dem Spritzvorgang ein integraler Bestandteil des Trennmeißels 8.
6 zeigt ein Bauteil 4 bzw. Riegel mit Stahl- oder Keramikeinsatz 7 zum Beispiel in Form eines Plättchens, der ein deutlich verbessertes Trennverhalten ermöglicht, da sowohl Härte als auch die Kante auf Grund der Werkstoffeigenschaften und die Fertigungstechnologie ein gutes Trennverhalten bedingen.
Dieser eingelegte Stahl- oder Keramikeinsatz 7 ist außerdem in 2 dargestellt.

Claims

Pyromechanisches Trennelement mit einem Gehäuse (2) in dem ein elektrischer Leiter (3) angeordnet ist, mit einem Trennkolben (5) und einem darauf angeordneten Trennmeißel (8) aus Kunststoff zum Durchtrennen des elektrischen Leiters (3) und mit einem pyrotechnischen Anzünder (1) in dem eine pyrotechnische Ladung zum Antrieb des Trennkolbens (5) angeordnet ist, wobei der Trennmeißel (8) eine Schneidkante aufweist, die bei Antrieb des Trennkolbens (5) bzw. des Trennmeißels (8) und beim Durchtrennen des elektrischen Leiters (3) an einer Gegenkante des Gehäuses (2) oder eines Bauteils (4) des Gehäuses (2) entlanggleitet, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkante des Trennmeißels (8) und/oder die Gegenkante des Gehäuses (2) oder eines Bauteils (4) des Gehäuses (2) aus einem eingesetzten Konstruktionselement (6, 7) mit einer größeren Härte als Kunststoff besteht.
Trennelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Konstruktionselement (6, 7) aus Stahl oder einer Keramik besteht.
Trennelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Konstruktionselement (6, 7) scharfe Schnittkanten aufweist.
Trennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die durch das Konstruktionselement (6) gebildete Schneidkante des Trennmeißels (8) im Längsschnitt v-förmig, spitz zulaufend oder schräg verlaufend ausgebildet ist.
Trennelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel der Schneidkante des Konstruktionselementes (6) des Trennmeißels (8) an der Stirnseite zwischen 180 Grad und 90 Grad liegt.
Trennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Konstruktionselement (6, 7) die Form eines Plättchens hat.
Trennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Konstruktionselement (6) des Trennmeißels (8) bis in den Trennkolben (5) reicht und sich dort im wesentlichen senkrecht zur Schneidkante erstreckt.
Trennelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Konstruktionselement (6) des Trennmeißels (8) die Form eines Winkels oder die Form eines „L" aufweist.
Trennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennkolben (5) mit dem Trennmeißel (8) und/oder das Gehäuse (2) oder ein Bauteil (4) des Gehäuses (2) durch Kunststoffspritztechnik hergestellt sind und das Konstruktionselement (6, 7) beim Kunststoffspritzen in die Kunststoffspritzform eingelegt wird und so ein integraler Bestandteil des Trennmeißels (8) bzw. des Gehäuses (2) oder des Bauteils (4) des Gehäuses (2) ist.