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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Abführen von austretenden Stoffen bei einer Auslösung eines pyrotechnischen Trennelements aus einer Verbauvorrichtung.
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Die Aufgabe eines pyrotechnischen Trennelements ist es, ein Element mit geringer zeitlicher Verzögerung mittels einer Auslösung einer Explosion mechanisch zu trennen. In der Regel wird durch die Explosion ein Bolzen bewegt, welcher das Element durchtrennt. Trennelemente werden insbesondere in Stromkreisen eingesetzt, um einen elektrischen Leiter mit geringer Verzögerung zu trennen. Insbesondere im Fall eines Kraftfahrzeugunfalls kann es erforderlich sein, eine Batterie unverzüglich vom Stromkreis des Kraftfahrzeugs zu trennen. Durch die Auslösung des pyrotechnischen Trennelements können Gase, Verbrennungs-, und Plasmarückstände geschmolzener Leiter entstehen. Dies birgt die Gefahr, dass trotz einer erfolgten Trennung des elektrischen Leiters aufgrund der vorhandenen Stoffe ein Durchschlag in dem Trennelement erfolgen kann. Aus diesem Grund weisen Trennelemente oft eine Öffnung bzw. einen Kanal auf, durch welche die Stoffe und der Druck aus dem Trennelement entweichen können.
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Neben einer negativen Auswirkung der Stoffe auf das pyrotechnische Trennelement ergibt sich ein weiteres Problem. Zwar wird durch ein Entweichen der Stoffe aus dem pyrotechnischen Trennelement ein Überschlag innerhalb des pyrotechnischen Trennelements verhindert, jedoch besteht die Gefahr, dass die Stoffe oder der auftretende Druck zu Schäden im Bereich der Verbauvorrichtung des pyrotechnischen Trennelements führen. So können beispielsweise Silikone, welche oft als Gel oder Öl in pyrotechnischen Trennelementen zur Löschung des Lichtbogens und zur Isolierung der Trennstelle enthalten sind, entweichen und zu Schäden im Verbauort führen. Aus diesem Grund können pyrotechnische Trennelemente ein geschlossenes Gehäuse umfassen, welches ein Entweichen der Stoffe in die Verbauvorrichtung unterbinden soll. Insbesondere bei hohem Druck lässt sich ein Austreten dieser Stoffe aus dem Gehäuse in die Verbauvorrichtung nicht immer zuverlässig vermeiden. So stellen beispielsweise Öffnungen und Anschlüsse für Stromschienen Schwachpunkte dar, aus denen Stoffe austreten können.
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Eine Vorrichtung zum Abführen von austretenden Stoffen eines pyrotechnischen Trennelements ist beispielsweise in der
GB 405,388 A offenbart. Der beschriebene pyrotechnische Leitungsschutzschalter umfasst einen Gasentlüftungskanal zum Abführen eines Explosionsgases aus dem Leistungsschutzschalter.
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Dieser Gasentlüftungskanal ist jedoch nur dazu eingerichtet, das Explosionsgas aus dem pyrotechnischen Leistungsschutzschalter abzuführen. Eine Vorrichtung zum Abführen des Gases aus dem Verbauort ist nicht beschrieben.
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In der
DE 10 2012 013 491 B3 ist eine elektrische Trennvorrichtung mit Sensorüberwachung beschrieben. Die elektrische Trennvorrichtung weist eine Entlüftungsöffnung auf, um Gas aus der elektrischen Trennvorrichtung abzuführen.
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Die
DE 10 2014 108 244 A1 beschreibt eine Sicherheitsvorrichtung zur Unterbrechung einer Hochvoltleitung für ein Kraftfahrzeug. Diese Vorrichtung umfasst eine Durchtrittsöffnung, welche dazu eingerichtet ist, dass Treibgas aus der Vorrichtung abzuführen.
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Die beschriebene Sicherheitsvorrichtung umfasst jedoch kein Element welches dazu eingerichtet ist, dass Treibgas aus dem Verbauort abzuführen.
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In der
DE 1 260 590 B ist ein Schalter beschrieben, welcher durch eine Explosion einer Ladung geöffnet wird. Der Schalter umfasst dabei mehrere Öffnungen um das entstehende Gas aus dem Schalter auszuführen.
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Auch hier ist keine Vorrichtung beschrieben, welche das Gas aus dem Verbauort führt.
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In der
JP H10-189 401 A ist ein Elektrolytkondensator beschrieben, wobei ein Bauteil mit einem Anschlussstutzen versehen ist, der mit einer Schlauchleitung verbunden ist, um ein austretendes Elektrolyt aus einer Umgebung des Bauteils abzuführen.
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Der Stand der Technik liefert somit keine Lösung, welche es ermöglicht, den Verbauort des Trennelements vor austretenden Stoffen zu schützen.
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Der Erfindung liegt den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst.
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Ein erster Aspekt der Erfindung umfasst eine Vorrichtung zum Abführen von austretenden Stoffen bei Auslösung eines pyrotechnischen Trennelements aus einer Verbauvorrichtung. Diese Vorrichtung weist eine Verbauvorrichtung, in der das pyrotechnische Trennelement angeordnet ist, und eine Ableitungsvorrichtung auf, welche dazu eingerichtet ist, eine Austrittsöffnung des pyrotechnischen Trennelements mit einer Abführöffnung der Vorbauvorrichtung luftdicht und druckleitend zu verbinden. Dabei ist die Ableitungsvorrichtung so eingerichtet, dass die bei einer Auslösung des pyrotechnischen Trennelements aus diesem austretenden Stoffe und Drücke derart durch die Ableitungsvorrichtung aus der Austrittsöffnung zu der Abführöffnung geführt werden, dass diese nicht in den Teil der Vorbauvorrichtung außerhalb der Ableitungsvorrichtung gelangen. Mit anderen Worten ermöglicht es die Ableitungsvorrichtung, die bei einer Auslösung des pyrotechnischen Trennelements aus diesem austretenden Stoffe und Drücke aus dem Verbauort zu führen. Die Ableitungsvorrichtung weist eine Verschlussvorrichtung auf, welche dazu eingerichtet ist, die Ableitungsvorrichtung zur Abführöffnung und/oder zur Austrittsöffnung bis zum Zeitpunkt einer Auslösung des pyrotechnischen Trennelements luftdicht zu verschließen. Bei der Verschlussvorrichtung kann es sich beispielsweise um ein Druckausgleichselement oder eine Sollbruchstelle insbesondere eine Berstscheibe handeln. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Ableitungsvorrichtung bis zu einer Auslösung des pyrotechnischen Trennelements zumindest zu einer Seite hin luftdicht verschlossen ist. Dadurch ist es möglich, die Ableitungsvorrichtung in einer Verbauvorrichtung zu verwenden, welche besondere Dichtigkeitsanforderungen aufweiset.
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Eine Verbauvorrichtung ist eine Vorrichtung, in welcher das pyrotechnische Trennelement verbaut ist. Dabei kann es sich um eine offene oder eine geschlossene Verbauvorrichtung handeln. Eine geschlossene Verbauvorrichtung kann beispielsweise ein Gehäuse umfassen, welches im Betrieb komplett oder bis auf eine Abführöffnung luftdicht verschlossen ist. Die Verbauvorrichtung kann ein Element aufweisen, welches zur Anbringung des pyrotechnischen Trennelements eingerichtet ist. Die Verbauvorrichtung kann zusätzlich zum pyrotechnischen Trennelement weitere Elemente, wie beispielsweise elektrische Leitungen umfassen.
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Ein pyrotechnisches Trennelement ist eine Vorrichtung, welche dazu eingerichtet ist, einen Körper innerhalb kurzer Zeit mittels eines Verbrennungsvorgangs zu trennen. Dies kann erforderlich sein um im Falle eines Unfalls eine elektrische Leitung zu unterbrechen. Aufgrund des Verbrennungsvorgangs werden Stoffe, Wärme oder Druck freigesetzt.
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Im Fall einer Auslösung eines pyrotechnischen Trennelements kann es passieren, dass die dabei entstehenden Stoffe die Funktion des Trennelements beeinträchtigen, indem sie den Isolationswiderstand reduzieren oder eine Überbrückungen von Luft- und Kriechstrecken ermöglichen. Es kann somit notwendig sein, dass eine Austrittsöffnung bereitgestellt werden muss, welche eine Ableitung der Stoffe aus dem pyrotechnischen Trennelement ermöglicht. Dies führt jedoch dazu, dass die Stoffe in die Verbauvorrichtung des pyrotechnischen Trennelements gelangen, welche dadurch geschädigt werden kann.
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Bei der Ableitungsvorrichtung kann es sich beispielsweise um ein Rohr oder einen Schlauch handeln. Bevorzugter Weise besteht dieser aus einem Material, welches hitze- und druckbeständig ist, also z. B. Metall oder eine Keramik oder ein Polymer, das einen Schmelzpunkt größer als 100°C aufweist. Die Ableitungsvorrichtung ist an einem Ende mit der Austrittsöffnung des pyrotechnischen Trennelements luftdicht verbunden und an dem anderen Ende luftdicht mit der Abführöffnung der Verbauvorrichtung. Eine Verbindung kann permanent sein, das bedeutet, dass das jeweilige Ende fest mit einer Öffnung verbunden ist. Dies kann beispielsweise durch Schweißen oder Kleben erfolgen. Eine Verbindung kann aber auch lösbar sein. Damit ist gemeint, dass das jeweilige Ende wieder von der jeweiligen Öffnung gelöst werden kann. Zu diesem Zweck kann die Ableitungsvorrichtung an dem jeweiligen Ende beispielsweise ein Gewinde aufweisen.
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Durch die Ableitungsvorrichtung können die Stoffe sicher sowohl aus dem pyrotechnischen Trennelement als auch aus der Verbauvorrichtung geführt werden. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass eine Schädigung oder negative Beeinflussung der Verbauvorrichtung durch die Stoffe verhindert werden kann. Dies kann insbesondere in HV Komponenten wie beispielsweise HV Batterien der Fall sein. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Ableitungsvorrichtung den Einsatz von pyrotechnischen Trennelement in Verbauvorrichtung ermöglicht, in denen ihr Einsatz aufgrund der angeführten Nachteile bis jetzt noch nicht möglich ist.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst eine Austrittsöffnung für das pyrotechnisches Trennelement, welche eine Anschlussvorrichtung umfasst, welche dazu eingerichtet ist, eine luftdichte, druckleitende Verbindung zwischen der Austrittsöffnung und der Ableitungsvorrichtung zur möglichen. Die Austrittsöffnung kann eine Öffnung im Gehäuse des pyrotechnischen Trennelements sein welche dazu eingerichtet ist, im Fall einer Auslösung des pyrotechnischen Trennelements die frei werdenden Stoffe aus dem pyrotechnischen Trennelement zu leiten. Die Anschlussvorrichtung kann beispielsweise in Form eines Gewindes verwirklicht sein, welches eine luftdichte und druckleitende Verbindung mit der Ableitungsvorrichtung ermöglicht. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die austretenden Stoffe kontrolliert aus dem pyrotechnischen Trennelement in die Anschlussvorrichtung geführt werden können. Es ist somit möglich ein pyrotechnisches Trennelement, welches eine solche Austrittsöffnung umfasst mit der Ableitungsvorrichtung zu verwenden.
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Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Austrittsöffnung eine Verschlussvorrichtung umfasst, welche dazu eingerichtet ist, die Austrittsöffnung bis zur Auslösung des pyrotechnischen Trennelements luftdicht zu verschließen. Bei der Verschlussvorrichtung kann es sich beispielsweise um eine Berstscheibe handeln, welche durch den Druck einer Auslösung zerbricht und somit die Austrittsöffnung freigibt. Die Verschlussvorrichtung kann auch ein Druckausgleichselement sein, welches beispielsweise in HV-Komponenten verwendet wird.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
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1 eine Verbauvorrichtung umfassend eine Vorrichtung zum Abführen von austretenden Stoffen bei Auslösung eines pyrotechnischen Trennelements.
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2 ein pyrotechnisches Trennelement, umfassend eine Austrittsöffnung.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine Verbauvorrichtung 1 mit einem pyrotechnischen Trennelement 2, welches an zwei Stromschienen 3 angeschlossen ist. Die dargestellte Verbauvorrichtung 1 ist eine geschlossene Verbauvorrichtung 1 und umfasst ein geschlossenes Gehäuse 4 mit einer Abführöffnung 5. Das pyrotechnische Trennelement 2 kann eine Austrittsöffnung 6 aufweisen, welche eine Anschlussvorrichtung 7 zum Anschließen einer Ableitungsvorrichtung 8 umfasst. Die Ableitungsvorrichtung 8 kann ein Rohr aus einem Hitze und druckbeständigem Material sein, welches die Austrittsöffnung 6 des pyrotechnischen Trennelements 2 mit der Abführöffnung 5 luftdicht und druckleitend verbindet. Die Ableitungsvorrichtung 8 kann zwei Verschlussvorrichtung aufweisen 9, wovon sich eine im Bereich der Austrittsöffnung 6 und eine im Bereich der Abführöffnung 5 befinden kann. Die Verschlussvorrichtungen 9 können Berstscheiben sein, welche durch den Druck einer Auslösung des pyrotechnischen Trennelements 2 zerbrechen. In der dargestellten Situation wurde das pyrotechnische Trennelement 2 ausgelöst, wodurch die Berstscheiben zerbrachen und die austretenden Stoffe 10 das pyrotechnische Trennelement 2 und die Verbauvorrichtung 1 mittels der Ableitungsvorrichtung 8 verlassen konnten ohne dabei in den Innenraum der Verbauvorrichtung 1 zu gelangen. Somit wurde sichergestellt, dass die Luftstrecke zwischen den Stromschienen 3 nicht überbrückt wird.
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2 zeigt ein pyrotechnisches Trennelement 2 in einer Verbauvorrichtung 1. Das pyrotechnische Trennelement 2 kann ein luftdichtes Gehäuse 11 umfassen, welches eine Austrittsöffnung 6 aufweist. Die Austrittsöffnung 6 kann durch eine Verschlussvorrichtung 9 verschlossen sein. Die Verschlussvorrichtung 9 kann beispielsweise eine Berstscheibe sein. Der Austrittsöffnung 6 kann auch eine Anschlussvorrichtung 7 umfassen, welche dazu eingerichtet ist, eine Ableitungsvorrichtung 8 luftdicht und druckleitend an die Austrittsöffnung 6 anzuschließen.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung der Verbauort eines pyrotechnischen Trennelements vor den bei einer Auslösung des pyrotechnischen Trennelements austretenden Stoffen zu schützen.
