DE102017011632B4

DE102017011632B4 - Pyrotechnische Sicherung zum Unterbrechen eines elektrischen Stromkreises

Info

Publication number: DE102017011632B4
Application number: DE102017011632.6A
Authority: DE
Inventors: Rastislav Konkol
Original assignee: Panasonic Industrial Devices Europe GmbH
Current assignee: Panasonic Industrial Devices Europe GmbH
Priority date: 2017-12-15
Filing date: 2017-12-15
Publication date: 2020-03-26
Anticipated expiration: 2037-12-16
Also published as: DE102017011632A1; EP3724908A1; US11177101B2; US20210066010A1; WO2019115691A1

Abstract

Pyrotechnische Sicherung (PTS) zum Unterbrechen eines elektrischen Stromkreises umfassend einen Körper (9), in dem sich eine Sprengladung befindet, wobei das PTS einen hohlen Zylinder (11) umfasst, in dem sich ein Kolben (12) befindet, unterhalb dessen sich eine Trennungskralle (13) befindet, unterhalb derer sich der Leiter (20), der durchtrennt werden soll, befindet, wobei der Kolben (12) und die Trennungskralle (13) nach Auslösung des PTS nach unten gedrückt werden und die Trennungskralle (13) den Leiter (20) an zwei Stellen durchtrennt, wobei sich außerhalb des Zylinders (11) eine Löschsubstanz-Vorratskammer (14) befindet, die dadurch, dass der Kolben (12) nach Auslösung des PTS nach unten gedrückt wird, hin zu einer Trennkammer (15) geöffnet wird, so dass sich die Löschsubstanz in die Trennkammer (15) bewegt.

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine pyrotechnische Sicherung (PTS) zum Unterbrechen eines elektrischen Stromkreises.
Ein mögliches Einsatzgebiet für eine solche pyrotechnische Sicherung (PTS) sind Elektrofahrzeuge und andere Batterieanwendungen. Insbesondere im Fall eines Unfalls eines Elektrofahrzeugs kann es erforderlich sein, einen Stromkreis schnell und sicher zu trennen.
Pyrotechnische Sicherungen sind bekannt, insbesondere solche, die zur Auslösung aktiv angesteuert werden.
Aus WO 2018/095602 A1 ist eine pyrotechnische Sicherung bekannt, die einen Kolben mit einer Trennungskralle und ein Sprengladung aufweist. Nach Auslösen der Sprengladung trennt die Trennungskralle den Leiter an einer Stelle. Eine Vorratskammer für eine Löschsubstanz ist nicht räumlich von der Trennkammer getrennt. Aus AT 517872 A1 ist eine weitere pyrotechnische Sicherung bekannt. Eine Vorratskammer für eine Löschsubstanz ist nicht räumlich von der Trennkammer getrennt. US 2010/0218689 A1 zeigt pyrotechnische Sicherungen mit verschieden ausgestalteten Trennungskrallen, jedoch keine Verwendung von Löschmitteln.
Es hat sich gezeigt, dass die bekannten pyrotechnischen Sicherungen im gesamten Bereich der in der Elektromobilität möglicherweise auftretenden Spannungen bzw. Ströme nicht mit ausreichender Sicherheit trennen können.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine pyrotechnische Sicherung (PTS) zur Verfügung zu stellen, die bei hohen Spannungen bzw. Strömen eine Trennung mit höherer Sicherheit erreicht. Die Aufgabe wird gelöst durch eine pyrotechnische Sicherung gemäß Patentanspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche oder nachfolgend beschrieben.
Vorzugsweise ist die pyrotechnische Sicherung durch einen elektrischen Zünder aktivierbar. Vorzugsweise ist die Trennungskralle massiv ausgebildet, so dass sie einem Plasmabrand für die erforderliche Zeit standhält. Vorzugsweise besteht die Trennungskralle aus isolierendem Material. Vorzugsweise wird die Trennungskralle nach der Trennung in eine Kammer mit Löschsubstanz wie beispielsweise Löschsand eingetaucht und/oder sie wird nach der Trennung von oben mit einer Löschsubstanz überschüttet.
Vorzugsweise wird der Restdruck der Explosion des Explosivstoffs dazu genutzt, um die Bewegung des Löschsubstanz in die Trennkammer zu beschleunigen.
Vorzugsweise befindet sich unterhalb des zu trennenden Leiters ein Gegenstück zu der Trennungskralle, dessen Form zu der der Trennungskralle komplementär ist. Vorzugsweise hat das Gegenstück die Form einer Kuppe. Besonders vorteilhafterweise sitzt auf der Spitze der Kuppe ein Zylinder, dessen horizontale Stirnfläche unterhalb des Leiters angeordnet ist.
Vorzugsweise weist das PTS einen Permanentmagneten sowie einen Magnetfeldkonzentrator, der parallel zu dem zu trennenden Leiter angeordnet ist. Dadurch können Plasmafunken, die möglicherweise nach der Trennung entstehen gelöscht werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden zwei gegenüberliegende Seitenwände des PTS durch Platten gebildet, die im Wesentlichen aus Eisen bestehen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform werden zwei gegenüberliegende Seitenwände des PTS durch Platten gebildet, die vormagnetisiert sind, so dass Plasmafunken, die nach der Trennung möglicherweise in der PTS entstehen, mit Hilfe des von ihnen erzeugten Magnetfelds gelöscht werden können.
Vorteilhaft ist es, wenn das PTS hohen Drücken standhalten kann. Ein Überdruckventil kann durch Schwächung des Mantels realisiert werden.
Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen

1: eine erfindungsgemäße PTS
2: eine bevorzugte Ausführungsform einer Trennungskralle
3: eine bevorzugte Ausführungsform einer Trennungskralle
4: eine erfindungsgemäßes PTS nach Auslösung

1 zeigt eine erfindungsgemäße PTS in einem vertikalen Querschnitt vor der Auslösung. In der Ebene der Bodenfläche 3 erstreckt sich von jeder Stirnfläche 1,2 nach außen jeweils eine rechteckige Metallplatte 5.
Beide Stirnwände 1,2 sind jeweils mit einem Ende eines Leiters, beispielsweise aus Kupfer, der Teil des Stromkreises ist, verbindbar.
Die Seitenwände des PTS, bei denen es sich nicht um Stirnwände 1,2 handelt, umfassen einen Isolationsmantel 7 mit geeigneten thermischen Eigenschaften.
Das PTS umfasst einen Körper 9, in dem sich eine Sprengladung befindet. Das PTS ist durch einen elektrischen Zünder aktivierbar, dessen Kontakte 10 sich an der Oberseite der Unterbrechungsvorrichtung befinden.
Das PTS umfasst einen hohlen Zylinder 11, in dem sich ein Kolben 12 befindet. Unterhalb des Kolbens befindet sich eine Trennungskralle 13. Bei Explosion der Sprengladung wird der Kolben 12 und damit auch die Trennungskralle 13 nach unten gedrückt.
In einer Kammer 14 außerhalb des Zylinders 11 befindet sich ein Vorrat an Löschsand (in der Zeichnung nicht gezeigt). Solange das PTS nicht ausgelöst ist, verschließt die Trennungskralle 13 mit ihren Außenflächen eine Öffnung in der Löschsand-Vorratskammer 14. 4 zeigt die Unterbrechungsvorrichtung nach Auslösung des PTS. Wenn der Kolben 12 und die Trennungskralle 13 nach Auslösung des PTS nach unten gedrückt werden und ihre Endposition erreichen, wird dadurch die Löschsand-Vorratskammer 14 zur Trennkammer 15 hin geöffnet. Der Löschsand bewegt sich dann in die Trennkammer 15. Durch das Herunterdrücken von Kolben 12 und Trennungskralle 13 werden darüber hinaus Löcher 16 geöffnet, durch die Druck durch einen Druckumleitkanal 17 in die Löschsand-Vorratskammer 14 entweichen kann, wodurch der Löschsand, der von oben abgedichtet ist, von der Löschsand-Vorratskammer 14 in die Trennkammer 15 gedrückt wird. Der Restdruck der Explosion wird also genutzt, um die Bewegung der Löschsubstanz, die einen möglicherweise entstehenden Plasmabrand ersticken soll, in die Trennkammer 15 zu bewirken bzw. zu beschleunigen.
Das PTS weist einen Permanentmagneten 18 sowie einen Magnetfeld-Konzentrator 19 aus kalt gewälzten Eisenblechen oder Weicheisendrähten auf, der parallel zum Leiter 20, der durchtrennt werden soll, angeordnet ist. Dadurch sollen Plasmafunken, die nach der Trennung möglicherweise in dem PTS entstehen, gelöscht werden können.
Unterhalb des von der Trennungskralle 13 zu durchtrennenden Leiters 20 befindet sich das Gegenstück 21 zu der Trennungskralle 13, dessen Form zu der der Trennungkralle komplementär ist. Das Gegenstück 21 ist ebenfalls aus isolierendem Material. Das Gegenstück hat die Form einer Kuppe auf deren Spitze ein Zylinder 22 sitzt, dessen horizontale Stirnfläche unterhalb des Leiters 20 angeordnet ist.
Wenn die Trennungskralle 13 bei Auslösung des PTS nach unten gedrückt wird, durchtrennt sie den Leiter 20 an zwei Stellen. Das auf diese Weise ausgeschnittene Stück des Leiters 20 wird durch dadurch, dass es zwischen dem Zylinder 22 an der Spitze des Gegenstücks und der Trennungskralle eingeklemmt wird, fixiert, und durch die Form des Gegenstücks 21 bzw. der Trennungskralle 13 deformiert, so dass die Isolationsstrecke maximal wird.
Die 2 und 3 zeigen bevorzugte Ausführungsformen der Trennungskralle 13.

Claims

Pyrotechnische Sicherung (PTS) zum Unterbrechen eines elektrischen Stromkreises umfassend einen Körper (9), in dem sich eine Sprengladung befindet, wobei das PTS einen hohlen Zylinder (11) umfasst, in dem sich ein Kolben (12) befindet, unterhalb dessen sich eine Trennungskralle (13) befindet, unterhalb derer sich der Leiter (20), der durchtrennt werden soll, befindet, wobei der Kolben (12) und die Trennungskralle (13) nach Auslösung des PTS nach unten gedrückt werden und die Trennungskralle (13) den Leiter (20) an zwei Stellen durchtrennt, wobei sich außerhalb des Zylinders (11) eine Löschsubstanz-Vorratskammer (14) befindet, die dadurch, dass der Kolben (12) nach Auslösung des PTS nach unten gedrückt wird, hin zu einer Trennkammer (15) geöffnet wird, so dass sich die Löschsubstanz in die Trennkammer (15) bewegt.
PTS nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das PTS durch einen elektrischen Zünder aktivierbar ist.
PTS nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennungkralle (13) massiv ausgebildet ist, so dass sie einem Plasmabrand für die erforderliche Zeit standhält.
PTS nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Restdruck der Explosion der Sprengladung dazu genutzt wird, um die Bewegung der Löschsubstanz in die Trennkammer (15) zu beschleunigen.
PTS nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich unterhalb des von der Trennungkralle (13) zu trennenden Leiters (20) ein Gegenstück (21) zu der Trennungskralle (13) befindet, dessen Form zu der der Trennungskralle (13) komplementär ist.
PTS nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenstück (21) die Form einer Kuppe hat.
PTS nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Spitze der Kuppe ein Zylinder (22) sitzt, dessen horizontale Stirnfläche unterhalb des Leiters (20) angeordnet ist.
PTS nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das PTS einen Permanentmagneten (18) sowie einen Magnetfeldkonzentrator (19) aufweist, der parallel zu dem Leiter (20), der durchtrennt werden soll, angeordnet ist.
PTS nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei gegenüberliegende Seitenwände des PTS durch Platten gebildet werden, die im Wesentlichen aus Eisen bestehen.
PTS nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Platten vormagnetisiert sind, so dass Plasmafunken, die nach der Trennung möglicherweise in der PTS entstehen, mit Hilfe des von ihnen erzeugten Magnefelds gelöscht werden können.