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Der
Gegenstand betrifft im Allgemeinen einen Stromunterbrecher sowie
ein Verfahren zum Betreiben eines Stromunterbrechers für
elektrische Versorgungsleitungen, insbesondere Energieleitungen oder
Batteriekabel, von Kraftfahrzeugen mit einer als erstes Anschlusselement
gebildeten ersten Hülse, mit einem in die erste Hülse
einführbaren, als zweites Anschlusselement gebildeten Bolzen,
wobei in einem leitenden Zustand des Stromunterbrechers der Bolzen
in die erste Hülse eingeführt ist, und mit einer zwischen
der ersten Hülse und dem Bolzen angeordneten Trenneinheit.
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Stromkreisunterbrecher
für Kraftfahrzeuge sind hinlänglich bekannt. Beispielsweise
aus der
DE 197 2 544
A1 ist ein Stromkreisunterbrecher und eine Stromkreisunterbrecherschaltung
bekannt. Um im Fall eines übermäßigen
Aufpralls von Kraftfahrzeugen eine sichere Unterbrechung des Kontakts
zu gewährleisten, schlägt die
DE 197 12544 A1 vor, die Stromversorgung
durch mechanisches Zerschneiden einer Schmelzsicherung zu unterbinden.
Dieses Zerschneiden der Schmelzsicherung führt jedoch dazu, dass
nach einem übermäßigen Aufprall der Stromunterbrecher
zerstört ist und ausgetauscht werden muss.
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Darüber
hinaus schlägt die
DE 19712544 A1 vor, mittels eines Druckblockes
einen beweglichen Kontakt auf einen festen Kontakt zu drücken
und somit die Leitfähigkeit aufrechtzuerhalten. Mittels
einer Elektromagnetspule kann der Haltezustand gelöst werden,
um den Unterbrecher zu öffnen. Bei einer derartigen Anordnung
ist es nachteilig, dass beispielsweise äußere
Krafteinwirkungen, die nicht auf einen Aufprall zurückzuführen
sind, die Kraft des Haltegliedes übersteigen können
und somit eine Stromkreisunterbrechung bewirken. Dies führte
zu nicht gewollten Betriebsstörungen.
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Die
DE 196 06447 A1 schlägt
einen Stromunterbrecher für Batterieleitungen von Fahrzeugen
vor. Bei diesem Stromunterbrecher wird ein Kolben in einen Hohlzylinder
einer Aufnahme gesteckt und somit der Strompfad gewährleistet.
Im Störungsfall wird mittels einer Sprengkapsel der Kolben
aus dem Hohlzylinder herausgedrückt. Durch das Herausdrücken
des Kolbens wird der Strompfad unterbrochen. Der Kolben kann mittels
einer Ringschulter in dem Hohlzylinder vor einem Zurückspringen
in die ursprüngliche Position gehindert werden. Diese sehr
präzise Stromunterbrecheranordnung hat den Nachteil, dass
sie in der Herstellung teuer ist. Außerdem ist zum Herauslösen
des Kolbens eine hohe Energie notwendig, welche durch eine groß dimensionierte
Zündpille zur Verfügung gestellt werden muss.
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Schließlich
ist aus der
EP 1 469
564 A1 ein pyromechanisches Batteriepol-Trennelement bekannt.
Bei diesem Trennelement wird eine einstückig gebildete
Leiteranordnung mittels eines an einem Trennkolben angeordneten
Trennelements im Fall eines Unfalls an einer Trennstelle durchtrennt.
Der Trennkolben wird durch einen pyromechanischen Antrieb getrieben.
Auch hier ist es nachteilig, dass die Zündpille groß dimensioniert
sein muss, um eine ausreichend große Kraft aufbringen zu
können.
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Nachteilig
bei den bekannten Batteriepol-Trennelementen ist, dass bei einer
pyromechanischen Auslösung diese zerstört werden.
Auch ist die Verwendung von pyromechanischen Trennmitteln im KfZ
problematisch, da bei einer nicht genau berechneten Menge an Sprengmittel
nicht nur das Trennelement zerstört wird, sondern gegebenenfalls
auch umliegende Bauelemente. Dies kann im schlimmsten Fall zur Entzündung
des Motorraums oder des gesamten Fahrzeugs führen. Daher
wird angestrebt, eine möglichst geringe Menge an Treibmittel
zu verwenden, bei der dennoch eine sichere Trennung des elektrischen
Strompfads gewährleistet ist.
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Diese
Aufgabe wird gegenständlich dadurch gelöst, dass
ein Zwischenstück zumindest teilweise in einem entlang
einer radialen Mantelfläche zwischen der ersten Hülse
und dem Bolzen sich bildenden Zwischenraum angeordnet ist. Hierbei
kann das Zwischenstück zusätzlich die Trenneinheit
gegenüber dem Bolzen kapseln.
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Es
ist erkannt worden, dass eine besonders einfache Trennung von Bolzen
und Hülse dadurch gewährleistet wird, dass zwischen
dem Bolzen und der Hülse ein Zwischenstück angeordnet
ist. Dieses Zwischenstück dient als „Gleitelement”,
mit dessen Hilfe der Bolzen beim Auslösen der Trenneinheit leichter
aus der ersten Hülse herausgedrückt werden kann.
Insbesondere bedeckt das Zwischenstück die gesamte im Inneren
der Hülse angeordnete radiale Mantelfläche des
Bolzens, zumindest jedoch mehr als 50%, bevorzugt mehr als 80% der
radialen Mantelfläche des Bolzens. Darüber hinaus
kann durch die Kapselung der Trenneinheit gegenüber dem Bolzen gewährleistet
werden, dass die gesamte Trennenergie auf den Bolzen wirkt. Beim
Auslösen der Trenneinheit wird das Zwischenstück
gegen den Bolzen gedrückt und der Bolzen wird regelrecht
aus der ersten Hülse herausgeschält.
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Um
einen Strompfad im leitenden Zustand zu gewährleisten,
ist besonders bevorzugt die Hülse, das Zwischenstück
als auch der Bolzen aus einem elektrisch leitenden Material, insbesondere
einem elektrisch leitenden Metall gebildet. Hierbei eignen sich
beispielsweise Nichteisenmetalle oder Kupfer, Aluminium, Zinn, Zink,
Silber, Gold, Nickel, Eisen und Legierungen hiervon in besonderer
Weise.
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Bei
dem gegenständlichen Stromunterbrecher wird das Zwischenstück
in der ersten Hülse derart angeordnet, dass es zwischen
der ersten Hülse und dem Bolzen angeordnet ist. Insbesondere
ist das Zwischenstück entlang der radialen Mantelfläche
des Bolzens angeordnet. Hierbei kann das Zwischenstück
insbesondere an der inneren Mantelfläche der ersten Hülse
anliegen. Insbesondere vorteilhaft ist, wenn das Zwischenstück
ohne Zwischenräume an der inneren Mantelfläche
der ersten Hülse anliegt. Auch ist bevorzugt, dass im eingeschobenen
Zustand die äußere Mantelfläche des Bolzens
ohne Zwischenraum an dem Zwischenstück anliegt. Lediglich
im Bereich des Bodens des Zwischenstücks kann ein Zwischenraum
zwischen Bolzen und Zwischenstück gebildet sein. Das Zwischenstück
ist bevorzugt aus einem anderen, bevorzugt viskoseren Material als
die erste Hülse und/oder der Bolzen gebildet. Insbesondere
muss beim Trennen mittels der durch die Trenneinheit ausgeübten
Kraft das Zwischenstück aus der ersten Hülse herausgedrückt
werden. Dies wird dann erreicht, wenn das Zwischenstück
aus einem weichen Material, beispielsweise Kupfer oder weich geglühtem
Aluminium gebildet ist.
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Gemäß eines
vorteilhaften Ausführungsbeispiels wird vorgeschlagen,
dass der Zwischenraum der Ringraum zwischen der ersten Hülse
und dem Bolzen ist und dass das Zwischenstück zumindest teilweise
in dem Ringraum angeordnet ist. Bevorzugt ist das Zwischenstück
im gesamten Ringraum angeordnet. Hierbei ist erkannt worden, dass
der Ringraum zwischen erster Hülse und Bolzen durch das Zwischenstück
gefüllt sein kann, so dass der Bolzen nicht in Berührung
mit der ersten Hülse tritt. Dies verhindert, dass der Bolzen
beim Herauslösen mittels der Trenneinheit an der ersten
Hülse anhaften kann.
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Gemäß eines
vorteilhaften Ausführungsbeispiels wird auch vorgeschlagen,
dass das Zwischenstück eine zu der ersten Hülse
korrespondierende zweite Hülse ist. Insbesondere ist die äußere
Mantelfläche der zweiten Hülse an die innere Mantelfläche der
ersten Hülse angeformt. Somit wird eine hohe Passgenauigkeit
zwischen erster Hülse und zweiter Hülse gewährleistet.
Die zweite Hülse kann passgenau in die erste Hülse
eingesteckt werden.
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Gemäß eines
vorteilhaften Ausführungsbeispiels wird daher vorgeschlagen,
dass das Zwischenstück kraftschlüssig in der ersten
Hülse angeordnet ist. Beispielsweise kann das Zwischenstück
in einem Presssitz in der ersten Hülse angeordnet sein. Zwischen
der ersten Hülse und dem Zwischenstück kann im
Bereich der radialen Mantelfläche eine zwischenraumlose
Verbindung zwischen erster Hülse und Zwischenstück
gewährleistet sein.
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Um
zu verhindern, dass der Bolzen aus der ersten Hülse bzw.
dem Zwischenstück herausgelöst wird, wenn die
Trenneinheit nicht aktiviert ist, wird vorgeschlagen, dass der Bolzen
mit dem Zwischenstück kraftschlüssig verbunden
ist. Hierdurch wird gewährleistet, dass der Bolzen sicher
in der ersten Hülse bzw. dem Zwischenstück gehalten
ist und der Strompfad aufrechterhalten wird. Erst beim Auslösen der
Trenneinheit soll der Strompfad getrennt werden, was dadurch erreicht
wird, dass die Trenneinheit eine Kraft auf das Zwischenstück
und respektive den Bolzen ausübt, um den Bolzen aus der
ersten Hülse herauszudrücken.
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Gemäß eines
vorteilhaften Ausführungsbeispiels wird vorgeschlagen,
dass der Bolzen mit dem Zwischenstück nach dem Fügen
einen Presssitz bildet. Hierbei ist der Bolzen mittels eines Presssitzes
in dem Zwischenstück angeordnet und kann nur durch Aufwendung
einer hohen Kraft aus dem Zwischenstück herausgezogen werden.
Beim Auslösen der Trenneinheit wird jedoch das Zwischenstück
aus der ersten Hülse herausgedrückt, womit der
Bolzen samt Zwischenstück aus der ersten Hülse
herausgedrückt wird.
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Gemäß eines
vorteilhaften Ausführungsbeispiels wird auch vorgeschlagen,
dass die erste Hülse einen die Trenneinheit aufnehmenden
Boden aufweist. Hierbei kann die erste Hülse eine größere
Tiefe aufweisen, als das Zwischenstück. Wird das Zwischenstück
mit der ersten Hülse gefügt, so bildet sich zwischen
dem Boden des Zwischenstücks und dem Boden der ersten Hülse
ein Hohlraum, welcher die Trenneinheit aufnehmen kann.
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Gemäß eines
vorteilhaften Ausführungsbeispiels wird daher vorgeschlagen,
dass die Trenneinheit zwischen dem Boden der ersten Hülse
und einem Boden des Zwischenstücks angeordnet ist.
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Gemäß eines
vorteilhaften Ausführungsbeispiels wird vorgeschlagen,
dass die erste und/oder die zweite Hülse ein tiefgezogener
Topf ist. Beispielsweise kann die erste Hülse aus einem
Flachteil gezogen werden. Auch ist es möglich, dass das
Zwischenstück aus einem Flachteil gezogen wird. Beispielsweise
kann in einem einheitlichen Verarbeitungsschritt mittels eines Werkzeugs
die erste Hülse samt Zwischenstück geformt werden.
Hierbei können beispielsweise zwei übereinander
liegende Bleche oder Bänder in einem einheitlichen Arbeitsschritt
mittels eines Dornes tiefgezogen werden, so dass das erste Blech
(Band) die erste Hülse bildet und das zweite Blech (Band)
das Zwischenstück. Somit wird in einem besonders einfachen
Arbeitsschritt die erste Hülse samt Zwischenstück
vorgeformt.
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Gemäß eines
vorteilhaften Ausführungsbeispiels wird vorgeschlagen,
dass die erste und/oder die zweite Hülse zylindrisch ist.
Es ist erkannt worden, dass gerade bei einer zylindrischen Form
der ersten Hülse und/oder der zweiten Hülse ein
besonders einfaches „herausschälen” der
zweiten Hülse aus der ersten Hülse durch die Trenneinheit
möglich ist. Ein Verkanten wird verhindert, so dass eine
besonders geringe Kraft aufgewendet werden muss, um den Bolzen aus
der ersten Hülse herauszudrücken.
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Gemäß eines
vorteilhaften Ausführungsbeispiels wird auch vorgeschlagen,
dass das Zwischenstück eine auf dem Hülsenrand der
ersten Hülse aufliegende Schulter aufweist. Hierdurch wird
sichergestellt, dass das Zwischenstück nur in eine definierte Tiefe
in die erste Hülse eingeschoben werden kann. Ein weiteres
Hineinschieben des Zwischenstücks wird durch die Schulter
verhindert. Auch ermöglicht die Schulter, dass das Zwischenstück
den die Trenneinheit aufnehmenden Bodenbereich der ersten Hülse
gegenüber der Umluft dicht abdichtet. Arbeitet die Trenneinheit
mit Überdruck, so kann der Überdruck unmittelbar
auf den Boden des Zwischenstücks wirken und es entweicht
keine Luft aus der ersten Hülse. Dies gewährleistet
ein sicheres Herausdrücken des Bolzens aus der ersten Hülse
mittels des Zwischenstücks.
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Gemäß eines
vorteilhaften Ausführungsbeispiels wird auch vorgeschlagen,
dass der Bolzen eine auf der Schulter des Zwischenstücks
aufliegende Schulter aufweist. Hierdurch wird erreicht, dass der
Bolzen nur eine definierte Tiefe in das Zwischenstück hineingeschoben
werden kann. Dies stellt sicher, dass die Ausziehkraft des Bolzens
definiert ist.
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Im
Bereich des dem Bolzen zugewandten Bodens des Zwischenstücks
kann sich dieses verjüngen. Beispielsweise kann sich das
Zwischenstück kegelförmig verjüngen.
Diese Verjüngung stellt sicher, dass die durch die Trenneinheit
ausgeübte Kraft auf das Zwischenstück auf den
Bolzen übertragen werden kann und den Bolzen somit aus
der ersten Hülse herausdrücken kann.
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Gemäß eines
vorteilhaften Ausführungsbeispiels wird auch vorgeschlagen,
dass das Zwischenstück derart gebildet ist, dass bei einer
Auslösung der Trenneinheit das Zwischenstück aus
der ersten Hülse gestülpt ist. Ist das Zwischenstück
aus der ersten Hülse gestülpt, so hat das Zwischenstück
den Bolzen ebenfalls aus der ersten Hülse herausgedrückt.
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Gemäß eines
vorteilhaften Ausführungsbeispiels ist die Trenneinheit
entweder ein pyrotechnisches Trennmittel oder ein Drucklufttrennmittel.
Da mittels des Zwischenstücks ein Herauslösen
des Bolzens aus der ersten Hülse unter Anwendung einer gegenüber
herkömmlichen Trenneinheiten geringeren Kraft möglich
ist, kann bereits eine Druckluft ausreichend sein, den Bolzen aus
der ersten Hülse zu drücken und somit den Strompfad
aufzutrennen.
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Ein
weiterer Gegenstand ist ein Verfahren zum Betreiben eines Stromunterbrechers,
insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass in einem leitenden Zustand des Stromunterbrechers
ein als zweites Anschlusselement gebildeter Bolzen in einer als
erstes Anschlusselement gebildeten ersten Hülse eingeführt
ist, und dass mittels einer zwischen der ersten Hülse und
dem Bolzen angeordneten Trenneinheit bei einer Auslösebedingung
der Bolzen aus der Hülse gedrückt wird, dadurch
gekennzeichnet, dass beim Auslösen der Trenneinheit ein
zumindest teilweise in einem entlang einer radialen Mantelfläche zwischen
der ersten Hülse und dem Bolzen sich bildenden Zwischenraum
angeordnetes Zwischenstück durch eine Trennkraft der Trenneinheit
aus der Hülse gestülpt wird, derart, dass der
Bolzen aus der Hülse gedrückt wird.
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Nachfolgend
wird der Gegenstand anhand einer Ausführungsbeispiele zeigenden
Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 schematisch
einen Stromunterbrecher im leitenden Zustand;
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2 schematisch
einen Stromunterbrecher mit einem herausgedrückten Bolzen
im getrennten Zustand.
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1 zeigt
einen Stromunterbrecher 2. Der Stromunterbrecher 2 kann
in einer elektrischen Versorgungsleitung oder an einer elektrischen
Versorgungsleitung (nicht dargestellt) eines Kraftfahrzeugs angeordnet
sein. Insbesondere kann der Stromunterbrecher 2 mit einer
als erstes Anschlusselement gebildeten Hülse 4 an
einem ersten Anschlusskabel angeordnet sein. Beispielsweise kann
die Hülse 4 stoffschlüssig mit einem
nicht dargestellten Kabel verbunden sein. Auf der anderen Seite
kann der Stromunterbrecher 2 mittels des Bolzens 6 mit
einem zweiten elektrischen Kabel verbunden sein. Diese Verbindung
kann ebenfalls stoffschlüssig sein. Ein Strompfad zwischen
der Hülse 4 und dem Bolzen 6 kann über
das ebenfalls als Hülse gebildete Zwischenstück 8 gebildet
sein. Hülse 4, Bolzen 6 und Zwischenstück 8 können
allesamt aus elektrisch leitenden Materialien hergestellt sein.
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Zu
erkennen ist, dass das Zwischenstück 8 in die
Hülse 4 eingesteckt ist. Ferner ist zu erkennen, dass
im Bereich des Bodens 4a der Hülse 4 ein
Zwischenraum 10 zur Aufnahme eines Trennmittels 12, vorzugsweise
einer pyrotechnischen Zündpille oder eines Druckluftzylinders
gebildet ist. Das Trennmittel 12 lässt sich mittels
eines Auslöseimpulses über ein Steuerkabel (nicht
dargestellt) auslösen. Ferner zu erkennen ist, dass das
Zwischenstück 8 im Bereich seines Bodens 8a sich
verjüngend geformt ist. Die Verjüngung weist in
Richtung des Bodens 4a der Hülse 4. Die
Verjüngung ist in der gezeigten Form kegelförmig,
kann jedoch auch anders geformt sein.
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Ferner
ist zu erkennen, dass die radiale Mantelfläche 8b der
Hülse 8 an der radialen Mantelfläche 4b der
Hülse 4 anliegt. Das Zwischenstück 8 liegt zwischenraumfrei,
insbesondere in Form eines Presssitzes, an der inneren radialen
Mantelfläche 4b der Hülse 4 an.
Der Boden 8a des Zwischenstücks 8 kapselt
das Trennmittel 12, respektive den Zwischenraum 10 gegenüber
dem Bolzen 6.
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Ferner
ist zu erkennen, dass das Zwischenstück eine umlaufende
Schulter 8c aufweist. Die Schulter kann entweder um die
gesamte Hülse 4, oder in Teilbereichen um die
Hülse 4 umlaufen. Sowohl die Hülse 4 als
auch das Zwischenstück 8 kann zylindrisch sein.
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Der
Bolzen 6 ist in der dargestellten Form beabstandet von
dem Zwischenstück 8. Im leitenden Zustand ist
der Bolzen 6 jedoch in das Zwischenstück 8 eingesteckt.
Auch ist lediglich aus Darstellungszwecken der Außendurchmesser
des Bolzens 6 geringer, als der Innendurchmesser des Zwischenstücks 8.
Um einen technisch einwandfreien Betrieb zu gewährleisten,
liegt der Bolzen 6 bevorzugt an der radialen Mantelfläche 8b des
Zwischenstücks 8 an. Insbesondere ist hierbei
ein Presssitz bevorzugt. Der Bolzen 6 liegt mit seiner
Schulter auf der Schulter 8c des Zwischenstücks 8 auf.
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Im
Fall eines Unfalls oder einer sonstigen Auslösebedingung
kann beispielsweise von einem Airbag-Steuergerät ein Auslöseimpuls über
die nicht gezeigte Steuerleitung an das Trennmittel 12 geleitet werden.
In diesem Fall übt das Trennmittel 12 beispielsweise
durch Druckluft eine Kraft auf den Boden 8a des Zwischenstücks 8 aus.
In der Folge wird der Boden 8a gegen den Bolzen 6 gedrückt.
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Wie
in der 2 zu erkennen ist, wurde durch die Kraft des Trennmittels 12 die
radiale Mantelfläche 8b des Zwischenstücks 8 aus
der Hülse 4 gestülpt. Der Boden 8a des
Zwischenstücks 8 wurde aus der Hülse 4 herausgedrückt,
woraufhin der Boden 8a geborsten ist. Bei dem Herausstülpen
des Zwischenstücks 8 aus der Hülse 4 wurde
der Bolzen 6 ebenfalls aus der Hülse 4 gedrückt.
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Überraschenderweise
hat sich gezeigt, dass bei der Anordnung des Zwischenstücks
im Bereich der radialen Mantelfläche 4b des Hülse 4 eine
erheblich geringere Treibkraft durch das Trennmittel 12 aufgebracht
werden muss, um den Bolzen 6 aus der Hülse 4 herauszudrücken,
als dies der Fall wäre, wenn der Bolzen 6 unmittelbar
an der radialen Mantelfläche 4b der Hülse 4 anläge.
Um zu verhindern, dass das Zwischenstück 8 zusammen
mit dem Bolzen 6 aus der Hülse 4 herausgeschleudert
wird und sich von der Hülse 4 trennt, kann die
Schulter 8c beispielsweise stoffschlüssig mit
der Hülse 4 verbunden sein.
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Durch
die Tatsache, dass eine erheblich geringere Kraft aufgewandt werden
muss, um den Bolzen 6 aus der Hülse 4 herauszudrücken,
wenn ein Zwischenstück 12 zum Einsatz kommt, kann
das Trennmittel 12 geringer dimensioniert werden. Dies führt
dazu, dass Zerstörungen von umliegenden Bauteilen teilweise
oder ganz vermieden werden können. Auf ein pyrotechnisches
Trennmittel 12 kann gegebenenfalls verzichtet werden, und
es kann beispielsweise lediglich ein Druckerzeugungsmittel eingesetzt werden.
Eine Verstärkung der Hülse 4 zur Verhinderung,
dass die Wandlung der Hülse 4 beim Auslösen des
Trennmittels 12 birst, ist nicht mehr notwendig. Die Hülse 4 kann
kleiner bauend ausgeführt werden, wodurch sich Material
einsparen lässt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 1972544
A1 [0002]
- - DE 19712544 A1 [0002, 0003]
- - DE 19606447 A1 [0004]
- - EP 1469564 A1 [0005]
