DE102018100686A1

DE102018100686A1 - Elektrisches Unterbrechungsschaltglied mit Reaktivbeschichtung in der Reaktionskammer

Info

Publication number: DE102018100686A1
Application number: DE102018100686.1A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-01-12
Filing date: 2018-01-12
Publication date: 2018-03-01
Also published as: WO2019137579A1; AT525159A5; US20210012986A1; AT525159B1; US11437210B2; DE112019000391A5

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Unterbrechungsschaltglied, insbesondere zum Unterbrechen von hohen Strömen bei hohen Spannungen, mit einem Gehäuse, das eine den Strompfad durch das Unterbrechungsschaltglied definierende Kontakteinheit umgreift, die einen ersten und zweiten Anschlusskontakt und einen Trennbereich aufweist, wobei die Kontakteinheit so ausgebildet ist, dass ihr über den ersten Anschlusskontakt ein Strom zuführbar und von ihr über den zweiten Anschlusskontakt abführbar ist, oder umgekehrt, wobei der Trennbereich so ausgebildet ist, dass, wenn er getrennt wird, der Strompfad zwischen dem ersten Anschlusskontakt und dem zweiten Anschlusskontakt unterbrochen ist, wobei der Trennbereich innerhalb einer Reaktionskammer angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Reaktionskammer eine Beschichtung mit einem reaktiven Material vorliegt, wobei das reaktive Material so ausgestaltet ist, dass es unter Lichtbogeneinfluss den Lichtbogen dämpft oder löscht.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Unterbrechungsschaltglied, insbesondere zum Unterbrechen von hohen Strömen bei hohen Spannungen, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Derartige Schaltglieder finden beispielsweise in der Kraftwerks- und KFZ-Technik, wie auch im allgemeinen Maschinen- und Elektrobau in Schaltschränken von Maschinen und Anlagen, sowie im Rahmen der Elektromobilität in Elektro- und Hybridfahrzeugen, aber auch in elektrisch betriebenen Hubschraubern und Flugzeugen zum definierten und schnellen Trennen von elektrischen Starkstromkreisen im Notfall Verwendung. Dabei besteht die Anforderung an ein derartiges Schaltglied, dass dessen Auslösung und Unterbrechungsfunktion selbst ohne Wartung noch nach bis zu 20 Jahren zuverlässig gewährleistet sein muss. Des Weiteren darf von einem solchen Schaltglied kein zusätzliches Gefahrenpotential durch Heißgas, Partikel, Wurfstücke oder austretendes Plasma ausgehen.
Ein mögliches Einsatzgebiet in der KFZ-Technik ist das definierte irreversible Trennen der Bordverkabelung von der Autobatterie oder Antriebsbatterie kurz nach einem Unfall oder allgemein nach einem auch anderweitig, beispielsweise durch ein defektes Aggregat oder einen defekten E-Motor, verursachten Kurzschlussvorgang in der Bordverkabelung, um Zündquellen durch Funken und Plasma zu vermeiden, die entstehen, wenn beispielsweise Kabelisolationen durch während des Unfalls eindringendes Karosserieblech aufgescheuert wurden oder lose Kabelenden gegeneinander oder gegen Blechteile drücken und aufscheuern. Läuft bei einem Unfall gleichzeitig Benzin aus, so können solche Zündquellen zündfähige Benzin-Luft-Gemische entzünden, die sich beispielsweise unter der Motorhaube sammeln.
Weitere Einsatzgebiete sind die elektrische Abtrennung einer Baugruppe vom Bordnetz für den Fall eines Kurzschlusses in der betreffenden Baugruppe, beispielsweise in einer elektrischen Standheizung oder in einer elektrischen Bremse, sowie die Notabschaltung einer Lithiumbatterie, wie sie heute in Elektro- und Hybridfahrzeugen, sowie in Flugzeugen zur Anwendung kommen. Diese Batterien haben bei kleinem Bauvolumen eine hohe Klemmenspannung von bis zu 1200V bei extrem kleinem Innenwiderstand. Aus beiden resultiert ein möglicher Kurzschlussstrom von bis zu 5000A, teilweise und kurzzeitig sogar bis zu 30kA, ohne dass hierbei die Quellspannung stark einbrechen würde, was schon nach wenigen Sekunden zur Entzündung der Batterie bzw. zu deren Explosion führen kann. Auch zur Notabschaltung von einzelnen Solarzellenmodulen oder ganzen Solarzellenfeldern im Notfall ist das hier vorgestellte Unterbrechungsschaltglied sehr gut geeignet, weil es ansteuerbar bzw. fernsteuerbar ausgebildet sein kann. Darüber hinaus kann es auch zusätzlich oder stattdessen so ausgebildet sein, dass es passiv auslöst, also die Funktion einer herkömmlichen Schmelzsicherung gleich mit übernehmen kann.
Bei allen hier aufgeführten Einsatzfällen handelt es sich in der Regel um das Abschalten von Gleichstrom, der anders als Wechselstrom keinen Nulldurchgang aufweist. Das bedeutet, dass ein Lichtbogen, einmal im oder am Schalter entstanden, nicht von alleine erlischt, sondern stabil stehen bleibt und hierbei durch seine extrem hohe Temperatur von mehreren 1000°C alle Materialien in seinem Wirkungsbereich verdampft und neben seiner extremen thermischen Wirkung und emittierten Strahlungsenergie dabei auch noch hochgiftige gasförmige Stoffe erzeugt. Weiterhin entstehen durch die hohe Temperatur des Lichtbogens aus den damit umgebenden Materialien der Schaltglieder oft leitende Stoffe, die den Lichtbogen unterstützen und seine Unterdrückung erschweren.
Hochgespannte Gleichströme zu trennen ist ungleich schwieriger als das Trennen bzw. Abschalten hochgespannter Wechselströme, und auch schwieriger, umso höher die Leitungsinduktivität und umso kleiner der effektive Leitungswiderstand im Augenblick des Trennvorgangs des Stromkreises ist.
Derzeit bekannte Hochstrom-Schmelzsicherungen weisen den Nachteil einer innerhalb einer großen Bandbreite schwankenden Abschaltzeit nach dem Erreichen der Schwellstromstärke der Sicherung auf. Ein damit abgesichertes Kabel kann daher hinsichtlich seiner Stromführungskapazität nur zu einem sehr geringen Teil, z.B. 30%, ausgelastet werden, da im Überlastfall anderenfalls beispielsweise ein Kabelbrand auftreten kann.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Unterbrechungsschaltglied, insbesondere zum Unterbrechen von hohen Strömen bei hohen Spannungen, zu schaffen, bei dem das Abschalten von hohen Strömen bei hohen Spannungen schnell und effektiv erreicht werden kann. Darüber hinaus soll ein Schaltglied geschaffen werden, das sicherheitstechnisch weitgehend unbedenklich und auf einfache und kostengünstige Weise herstellbar ist. Weiterhin ist es wünschenswert, die negativen Effekte des Lichtbogens auf das Material, das das Unterbrechungsschaltglied bildet, zu minimieren.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Das erfindungsgemäße Unterbrechungsschaltglied weist ein Gehäuse auf, das eine den Strompfad durch das Unterbrechungsschaltglied definierende Kontakteinheit umgreift. Die Kontakteinheit weist einen ersten und zweiten Anschlusskontakt und einen Trennbereich auf. Die Kontakteinheit ist dabei so ausgebildet, dass ihr über den ersten Anschlusskontakt ein Strom zuführbar und von ihr über den zweiten Anschlusskontakt abführbar ist, oder umgekehrt. Der Trennbereich ist so ausgebildet, dass, wenn er getrennt wird, der Strompfad zwischen dem ersten Anschlusskontakt und dem zweiten Anschlusskontakt unterbrochen ist. Der Trennbereich ist innerhalb einer Reaktionskammer angeordnet, bzw. die Reaktionskammer wird dadurch definiert, dass darin der Trennbereich des Unterbrechungsschaltglieds vorliegt. In der Reaktionskammer liegt eine Beschichtung mit einem reaktiven Material vor, wobei das reaktive Material so ausgestaltet ist, dass es unter Lichtbogeneinfluss den Lichtbogen dämpft oder löscht.
Die Anwesenheit der Beschichtung mit dem reaktiven Material hat den Vorteil, dass ein zwischen den beiden aufgetrennten Teilen des Trennbereichs entstehender Lichtbogen schneller und effektiver gelöscht wird.
Die Kontakteinheit umfasst den ersten und den zweiten Anschlusskontakt sowie den Trennbereich, der bei Schalten des erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieds den Strompfad über die Kontakteinheit trennt. Dabei kann der Trennbereich in jeglicher Form ausgestaltet sein, wie es beispielsweise in den DE 10 2014 107 853 A1 , DE 10 2014 110 825 A1 , DE 20 2015 100 525 U1 , DE 10 2015 112 141 A1 , DE 10 2015 114 279 A1 , DE 10 2015 114 894 A1 , DE 10 2016 124 176 A1 und DE 10 2017 123 021 A1 beschrieben ist. So kann der Trennbereich beispielsweise als fester Schaltsteg ausgebildet sein, der beispielsweise als einfacher Stab oder als zylindrisches oder hohlprismatisches Rohr ausgebildet ist, der/das zerrissen und dadurch in mindestens zwei Teile getrennt wird. Der Stab oder das Rohr kann aber auch lediglich verschoben werden, so dass eine Trennung der beiden Anschlusskontakte resultiert. Alternativ dazu kann der Trennbereich auch so ausgestaltet sein, dass ein Bolzen mit zwei Führungskontakten in Verbindung steht, und bei Bewegung des Bolzens dieser von einem oder zwei der Führungskontakte getrennt wird. Weiterhin kann der Trennbereich aber auch ein Draht oder ein Band sein. Der Trennbereich ist mit den beiden Anschlusskontakten verbunden. Dabei kann der Trennbereich direkt mit den Anschlusskontakten oder über weitere leitende Elemente damit verbunden sein. Bei Schalten des erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieds, d.h. Unterbrechen des Strompfads, wird der Trennbereich derart aufgetrennt, dass dadurch die elektrische Verbindung zwischen den beiden Anschlusskontakten unterbrochen wird. Das Trennen des Trennbereichs kann auf jegliche denkbare Weise erfolgen. Der Trennbereich kann durch aktive Auslösung, aber auch durch passive Auslösung des erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieds getrennt werden.
Die passive Auslösung kann bspw. durch Schmelzen des den Trennbereich bildenden Materials, beispielsweise bei Erreichen einer bestimmten Schwellstromstärke, erfolgen. Dabei können auch Vorrichtungen an einem oder an beiden aufgetrennten Teilen des Trennbereichs angebracht sein, die diese beiden Enden weiter voneinander entfernen, bspw. durch eine existierende Zugbelastung, die nach Trennen des Trennbereichs wirken kann. Beispielhaft kann hier eine Zugbelastung durch eine vorgespannte Feder genannt werden.
Unter aktiver Auslösung des erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieds wird jegliche Art von mechanischer oder pyrotechnischer Energie verstanden, die den Trennbereich trennen kann. So kann beispielsweise der Trennbereich durch eine einwirkende Zug- oder Druckbewegung getrennt werden. Oder es wird ein pyrotechnisches Material, wie beispielsweise ein Anzünder (EED) oder ein Minidetonator, verwendet, der sich entweder in der Reaktionskammer befindet, oder aber außerhalb der Reaktionskammer so angebracht ist, dass er durch Zug- oder Druckbewegung oder eine Stoßwelle auf den Trennbereich wirken kann und dessen Trennung verursacht.
Unter einer Reaktionskammer wird eine Kammer innerhalb des Gehäuses des erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieds verstanden, in der der Trennbereich angeordnet ist, und in der sich die aufgetrennten Teile des Trennbereichs nach dessen Trennung befinden. Da eines der aufgetrennten Teile des Trennbereichs mit dem ersten Anschlusskontakt und ein weiteres Teil mit dem zweiten Anschlusskontakt verbunden ist, kann es bei dem Anliegen einer hohen Spannung zu einem Lichtbogen zwischen diesen beiden Teilen des Trennbereichs kommen. In anderen Worten wird die Reaktionskammer auch als die Kammer definiert, in der zwischen den beiden Teilen des Trennbereichs, die mit den beiden Anschlusskontakten verbunden sind, ein Lichtbogen entstehen kann, d.h. die Reaktionskammer ist eine Lichtbogenkammer. Liegt in dieser Kammer zusätzlich ein pyrotechnisches Material zur aktiven Trennung des Trennbereichs vor, so kann die Reaktionskammer auch als Brennkammer bezeichnet werden. Die Reaktionskammer kann als separate Kammer innerhalb des Gehäuses des erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltgliedes vorliegen. Es kann aber auch sein, dass das Gehäuse des erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltgliedes selbst die äußeren Dimensionen der Reaktionskammer definiert.
Der erste und der zweite Anschlusskontakt sind vorzugsweise Kontakte aus elektrisch gut leitfähigem Material, die einen Anschluss an einen Strompfad außerhalb des Gehäuses des erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieds ermöglichen, d.h. sie befinden sich vorzugsweise zumindest z.T. außerhalb des Unterbrechungsschaltglieds.
Die Beschichtung mit dem reaktiven Material liegt in der Reaktionskammer vor, wobei das reaktive Material so ausgestaltet ist, dass es unter Lichtbogeneinfluss den Lichtbogen dämpft oder löscht, bzw. unter Lichtbogeneinfluss derart reagiert, dass es den Lichtbogen dämpft oder löscht. Dabei kann die Beschichtung ganz oder teilweise an der inneren Oberfläche der Reaktionskammer vorliegen. Alternativ oder zusätzlich kann die Beschichtung auch auf der Oberfläche des Trennbereichs aufgebracht sein. Vorzugsweise ist die gesamte innere Oberfläche der Reaktionskammer mit der Beschichtung versehen.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieds kann das reaktive Material so ausgestaltet sein, dass es unter Lichtbogeneinfluss derart reagiert, dass es Energie aus dem Lichtbogen absorbiert. In anderen Worten ist das reaktive Material ein Material, das unter Lichtbogeneinfluss eine endotherme Reaktion eingeht. Auf diese Weise kann Energie aus dem Lichtbogen entfernt werden, wodurch es zu einer Dämpfung oder Löschung des Lichtbogens kommt.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieds kann das reaktive Material so ausgestaltet sein, dass es unter Lichtbogeneinfluss zu einem nicht leitenden Stoff oder zu nicht leitenden Stoffen umgesetzt wird, d.h. das reaktive Material reagiert unter Lichtbogeneinfluss zu einem Reaktionsprodukt oder zu Reaktionsprodukten, die nicht leitend sind. Auf diese Weise können diese Reaktionsprodukte nicht zu einer Stärkung des Lichtbogens beitragen, bzw. dämpfen oder löschen den Lichtbogen nach ihrer Entstehung.
Unter nicht leitenden Stoffen oder nicht leitenden Reaktionsprodukten werden erfindungsgemäß solche verstanden, die zwischen den Anschlusskontakten nach der Trennung noch einen Isolationswiderstand von größer als 1 MOhm bei einer Prüfspannung ab 100VDC aufweisen.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieds kann das reaktive Material so ausgestaltet sein, dass es unter Lichtbogeneinfluss verdampft wird, wobei es – sofern in der Reaktionskammer vorhanden – mit einem Löschfluid geeignet reagieren kann. Dies soll auch beinhalten, dass durch Lichtbogeneinfluss aus dem reaktiven Material entstehende Reaktionsprodukte gasförmig vorliegen. Auf diese Weise befinden sich das reaktive Material oder dessen Reaktionsprodukte in gasförmigem Zustand in der Reaktionskammer. Diese können dann in dämpfender oder löschender Weise Einfluss auf den Lichtbogen nehmen.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieds kann das reaktive Material auch so ausgestaltet sein, dass es unter Lichtbogeneinfluss zu Reaktionsprodukten zersetzt wird, die dann anschließend selbst eine exotherme Reaktion eingehen können.
Die Kontakteinheit kann aus einem elektrisch leitenden Material, vorzugsweise Kupfer oder Aluminium oder Messing, bestehen, wobei Kupfer oder Aluminium bevorzugt ist. Bei der Verwendung von erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltgliedern zur Trennung von hohen Spannungen bei hohen Strömen wird vorzugsweise Kupfer eingesetzt. Es bleibt anzumerken, dass die Trennwirkung jedoch insbesondere bei kleinen zu trennenden Strömen mit hohen Spannungen durch die Verwendung von Aluminium verbessert werden kann, da auch hier ein zusätzlicher Energieeintrag durch das Mitverbrennen einer mehr oder weniger großen Aluminiummasse nachweislich erreicht wird. Dies hat folgende Vorteile: Die Aluminiumpartikel werden kleiner bzw. verschwinden oder verdampfen. Durch die bei der Mitverbrennung entstehende Energie wird man unabhängiger von der Mitwirkung der lichtbogenbedingten Verdampfung eines eventuell in der Reaktionskammer vorhandenen Löschmittels, d.h. auch bei dem Einsatz von kleinen bis mittelgroßen, im Augenblick des Trennbeginns fließenden Strömen kann damit dennoch ein erwünschter Gasdruck erzeugt werden. Außerdem ist der Trennbereich eloxierbar, und somit ein zusätzlicher Garant für hohe bis sehr hohe Isolationswiderstände nach der Auslösung des Unterbrechungsschaltglieds, selbst wenn ein möglicherweise vorhandenes Löschmittel durch die Anwesenheit von Aluminiumpartikeln leitfähiger wird.
Um Alterungsprozessen beim Kontaktmaterial vorzubeugen und auch stets gute Übergangswiderstände zwischen dem zu trennenden Stromkreis und dem Trennelement sicherzustellen, wird man in der Regel zudem alle miteinander in Kontakt stehenden Flächen mit einem gut leitfähigen Überzug versehen. In der Regel wird das Nickel sein, in Sonderfällen ist aber auch die Verwendung von Silber angebracht.
Alle genannten Ausgestaltungen des reaktiven Materials können auch in Kombination vorliegen. Besonders bevorzugt ist als reaktives Material somit eines, das so ausgestaltet ist, dass es unter Lichtbogeneinfluss eine Reaktion zu einem oder mehreren nicht leitenden Stoffen oder Reaktionsprodukten eingeht, die gasförmig in der Kammer vorliegen.
Die Beschichtung mit dem reaktiven Material kann weiterhin den Vorteil mit sich bringen, dass eine durch Lichtbogeneinfluss unerwünschte Verdampfung von Komponenten des Unterbrechungsschaltglieds innerhalb der Reaktionskammer zu elektrisch gut leitenden Stoffen verhindert wird, bzw. das dadurch entstehende Gas mit dem durch Verdampfung oder Reaktion des reaktiven Materials entstehenden Gas vermischt wird. Weiterhin kann das reaktive Material so ausgestaltet sein, dass es den Eintritt eines Lichtbogens in die Oberfläche der Reaktionskammer durch sein bloßes Vorhandensein oder eine Gegenreaktion verhindert oder erschwert. Weiterhin kann das reaktive Material so ausgestaltet sein bzw. bewirken, dass es einen einmal entstandenen Lichtbogen in mehrere Verästelungen aufteilt, um den Einfluss des Lichtbogens auf das Medium oder die eventuelle Füllung der Reaktionskammer mit einem Löschmittel, durch das er fließt, in der Wirkung zu begrenzen bzw. zu vermindern. Zudem ist es vorteilhaft, wenn das reaktive Material so ausgestaltet ist, dass es die durch den Lichtbogen in das Volumen der Reaktionskammer eingebrachte Energie in andere Energieformen wie Licht, Wärme, Erhitzung, Verdampfung oder Zersetzung umwandelt.
Das reaktive Material ist vorzugsweise ein keramisches Material oder Glas, und stärker bevorzugt ein Material auf Basis von SiO₂, und am stärksten bevorzugt ein keramisches Material oder Glas auf Basis von SiO₂. Weiterhin bevorzugt ist es, dass das reaktive Material keine Elemente enthält, die elektrisch leitend sind, oder durch Lichtbogeneinfluss zu elektrisch leitenden Elementen umgesetzt werden können. Der Erfinder der vorliegenden Erfindung geht davon aus, dass bei der Verwendung von SiO₂ als reaktives Material durch den Lichtbogeneinfluss dieses in Si und Sauerstoff zerlegt wird. Die Rekombination von Si und Sauerstoff zu SiO₂ ist eine exotherme Reaktion, die im Anschluss an die Zerlegung Energie freisetzen kann, die zur Löschung oder Dämpfung des Lichtbogens genutzt werden kann oder einfach nur zur Verdampfung des evtl. vorhandenen Löschmittels und damit zur positiven Unterstützung der Trennwirkung. Auch wird durch die Zersetzung des SiO₂ Lichtbogenenergie zwischengespeichert, so dass hier die Energiedichte des Lichtbogens und damit dessen schädlicher Einfluss auf das evtl. vorhandene Löschmittel oder die angrenzenden Flächen in der Reaktionskammer deutlich reduziert werden können.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieds kann die Reaktionskammer mit einem Löschmittel gefüllt sein. Das Löschmittel kann ein festes, pulverförmiges oder ein flüssiges Medium sein. Vorzugsweise ist das Löschmittel ein verdampfbares Medium. Vorzugsweise ist das Löschmittel ein flüssiges Medium, das bei Erreichen der Siede- oder Verdampfungstemperatur ganz oder teilweise in einen gasförmigen Zustand übergeht. Gleichzeitig ist es bevorzugt, dass das Löschmittel auch isolierende Eigenschaften hat, damit der Lichtbogen nach ausreichender Entfernung der beiden aufgetrennten Teile des Trennbereichs gelöscht werden kann und danach zwischen den getrennten Kontakten eine ausreichende Isolation gegen einen hier dann unerwünschten Stromfluss besteht. Vorzugsweise ist das Löschmittel ein Öl, beispielsweise Silikonöl, oder ein Silan bzw. Polysiloxan, beispielsweise Hexasilan oder Pentasilan mit möglichst wenig Kohlenstoffatomanteil.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieds sind die Wandungen der Reaktionskammer mit dem reaktiven Material beschichtet, wobei das reaktive Material so ausgestaltet ist, dass es teils den hohen Temperaturen des Lichtbogens standhält (nach der Trocknung des reaktiven Materials entsteht beispielsweise eine harte Siliziumdioxid-Schicht auf allen mit diesem Material beschichteten Flächen der Reaktionskammer), sowie teils unter Lichtbogeneinfluss verdampft, mit dem Löschmittel teilweise reagiert und damit auch den Lichtbogen dämpft oder löscht.
Enthält die Reaktionskammer ein Löschmittel, so hat die Beschichtung der Reaktionskammer den Vorteil, dass nach der Trennung des Trennelements das in der Reaktionskammer befindliche, durch den Lichtbogen belastete, ursprünglich sehr gut elektrisch nicht leitende Löschmittel, auch nach der Belastung bzw. teilweisen Zerlegung durch den Lichtbogen in seine Grundelemente, elektrisch nicht leitend bleibt, der nach der Trennung also zwischen den Anschlusskontakten messbare Isolationswiderstand so hoch ist, dass bei der dort nach der Trennung noch anliegenden äußeren Spannung kein nennenswerter Stromfluss mehr erfolgen kann. Anders würde das Löschmittel durch den hier dann fließenden Fehlerstrom sehr schnell aufgeheizt und verdampft werden, wodurch der Innendruck in der Baugruppe so weit ansteigen kann, dass diese zerlegt bzw. zerrissen wird.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieds kann die Kontakteinheit einen Treibspiegel aufweisen oder so ausgestaltet sein, dass ein Teil bzw. eine Fläche als Treibspiegel wirkt, der derart ausgestaltet ist, dass er durch einen beaufschlagenden Druck von einer Ausgangsposition in eine Endposition bewegbar ist, wobei in der Endposition des Treibspiegels der Trennbereich getrennt und ein Isolationsabstand zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlusskontakt erreicht ist. Hier ist es bevorzugt, dass das reaktive Material der Beschichtung so ausgestaltet ist, dass es unter Lichtbogeneinfluss verdampft. Dies hat den Vorteil, dass ein Gasdruck in der Reaktionskammer erzeugt wird, der auf den Treibspiegel wirken kann, der dadurch von der Ausgangsposition in die Endposition bewegt wird. Zusätzlich ist es bevorzugt, dass in dieser Ausführungsform die Reaktionskammer mit einem Löschmittel gefüllt ist, das ein verdampfbares Medium darstellt. Auf diese Weise kann durch eine Erwärmung des Trennbereichs oder durch Lichtbogeneinfluss das Medium verdampft und damit der Gasdruck erhöht werden.
Die Beschichtung mit dem reaktiven Material in der Reaktionskammer erfolgt vorzugsweise durch Aufbringen einer flüssigen Keramik oder eines flüssigen Glases, die/das im Anschluss daran getrocknet wird. Das Aufbringen der flüssigen Keramik kann beispielsweise durch Aufsprühen der flüssigen Keramik oder durch Tauchbeschichtung, bei der die zu beschichtete Oberfläche in die flüssige Keramik getaucht wird, oder einfach nur durch Bestreichen hergestellt werden. Als sogenannte flüssige Keramik wird ein flüssiges Gemisch aus Siloxanen und Nanomaterialien bezeichnet, wie es beispielsweise als "9H Auto Ceramic Coating" im Handel erhältlich ist.
Die Beschichtung weist vorzugsweise ein Dicke im Bereich von 10 µm bis 100 µm, stärker bevorzugt im Bereich von 20 µm bis 50 µm auf.
In einer weiteren Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung auch die Verwendung eines reaktiven Materials zur Beschichtung von Oberflächen in einer Reaktionskammer eines Unterbrechungsschaltglieds, wobei das reaktive Material so ausgestaltet ist, dass es unter Lichtbogeneinfluss den Lichtbogen dämpft oder löscht, bzw. unter Lichtbogeneinfluss derart reagiert, dass es den Lichtbogen dämpft oder löscht. Das Unterbrechungsschaltglied in der erfindungsgemäßen Verwendung ist vorzugsweise das erfindungsgemäße Unterbrechungsschaltglied. Alternativ kann die erfindungsgemäße Verwendung auch folgendermaßen als ein Verfahren formuliert werden: Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung von Oberflächen in einer Reaktionskammer eines Unterbrechungsschaltglieds, wobei ein reaktives Material auf die Oberflächen aufgebracht wird, wobei das reaktive Material so ausgestaltet ist, dass es unter Lichtbogeneinfluss den Lichtbogen dämpft oder löscht.
In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verwendung kann das reaktive Material als flüssiges Material auf die Oberflächen aufgebracht und anschließend getrocknet werden. Hierbei wird als flüssiges Material vorzugsweise eine flüssige Keramik oder ein flüssiges Glas verwendet. Erfindungsgemäß mögliche Verfahrensweisen sind weiter oben beschrieben.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die in den zuvor genannten Ausführungsformen dargelegten Merkmale des erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieds können – sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen – erfindungsgemäß beliebig kombiniert werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Alle Merkmale, die in Bezug auf eine bestimmte Figur beschrieben werden, können auch auf die Unterbrechungsschaltglieder der anderen Figuren übertragen werden, sofern technisch realisierbar:
1 zeigt eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieds vor der Trennung des Trennbereichs.
2 zeigt eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieds nach 1 nach der Trennung des Trennbereichs.
3 zeigt eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieds vor der Trennung des Trennbereichs, wobei der Trennbereich zwei mögliche Sollbruchstellen aufweist.
4 zeigt eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieds nach 3 nach der Trennung des Trennbereichs mit zwei Trennstellen.
5 zeigt ein Oszillogramm verschiedener gemessener Ströme und Spannungen in einem Unterbrechungsschaltglied ohne erfindungsgemäße Beschichtung, bei dem die Trennung des Trennbereichs mittels eines pyrotechnischen Materials erfolgt ist (Zeitskala: 200 µs/Skalenteil).
6 zeigt ein Oszillogramm wie in 5 mit einer Zeitskala von 500 µs/Skalenteil.
7 zeigt ein Oszillogramm verschiedener gemessener Ströme und Spannungen in einem erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglied, bei dem die Flächen der Reaktionskammer vor der Trennung mit einem reaktiven Material beschichtet waren (Zeitskala: 200 µs/Skalenteil).
8 zeigt ein Oszillogramm wie in 7 mit einer Zeitskala von 5 ms/Skalenteil.
9 zeigt eine schematische Ansicht eines bei den Messungen der in 7 und 8 gezeigten Oszillogramme verwendeten Unterbrechungsschaltglieds vor der Trennung des Trennbereichs.
10 zeigt eine schematische Ansicht eines Unterbrechungsschaltglieds, mit einer Innenisolationsschicht an der inneren Wand der Reaktionskammer anstelle des in 9 verwendeten Treibspiegels aus Isoliermaterial, das dieselben guten Trenneigenschaften mit anschließendem guten Isolationswiderstand zwischen den getrennten Kontakten aufweist.
1 und 2 zeigen schematische Ansichten eines erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieds 1 vor und nach der Trennung des Trennbereichs 6. Das Unterbrechungsschaltglied 1 weist ein Gehäuse 2 auf, durch das die Kontakteinheit 3 hindurch geht. Die Kontakteinheit 3 weist auf der einen Seite einen ersten Anschlusskontakt 4 und auf der anderen Seite einen zweiten Anschlusskontakt 5 auf, die über den Trennbereich 6 im Unterbrechungsschaltglied 1 in 1 miteinander elektrisch in Verbindung stehen. Der Trennbereich 6 läuft durch eine Reaktionskammer 7, die von dem Gehäuse 2 umschlossen wird. Wie in der 1 gezeigt, kann der Trennbereich 6 eine Sollbruchstelle 13 aufweisen, kann aber zwei oder mehr Sollbruchstellen aufweisen. Die Reaktionskammer 7 ist vorzugsweise mit einem Löschmittel 9 gefüllt. Weiterhin ist in der Reaktionskammer 7 ein Antrieb 11 vorgesehen, der mit einem Stößel 12 in Verbindung steht. Der Antrieb 11 kann beispielsweise als pyrotechnischer Antrieb ausgestaltet sein. Wird der Antrieb 11 betätigt, so beaufschlagt der Stößel 12 den Trennbereich 6 der Kontakteinheit 3 mit Druck. Hierbei kommt es zu einer Trennung des Trennbereiches 6 an der Sollbruchstelle 13, wodurch der erste Anschlusskontakt 4 und der zweite Anschlusskontakt 5 nicht mehr in Verbindung stehen. 1 zeigt das Unterbrechungsschaltglied 1 in der leitenden Stellung, wohingegen die 2 das gleiche Unterbrechungsschaltglied 1 nach dessen Schalten in der nicht leitenden Stellung zeigt, in der der Trennbereich 6 in die getrennten Teile 6a und 6b getrennt ist. Weiterhin ist in dem Unterbrechungsschaltglied 1 eine Beschichtung 8 mit dem reaktiven Material vorgesehen, die sich vorzugsweise vollständig über die innere Wandung der Reaktionskammer 7 erstreckt. Alternativ oder zusätzlich kann eine entsprechende Beschichtung auf allen Oberflächen der weiteren Komponenten innerhalb der Reaktionskammer, wie bspw. dem Stößel 12 oder dem Antrieb 12, vorhanden sein.
3 und 4 zeigen ebenso schematische Ansichten eines erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieds 1 vor und nach der Trennung des Trennbereichs 6. Das Unterbrechungsschaltglied 1 in den 3 und 4 ist prinzipiell ähnlich aufgebaut wie das Unterbrechungsschaltglied 1 in den 1 und 2, mit dem Unterschied, dass der Trennbereich 6 zwei Sollbruchstellen 13 aufweist, die bei Betätigung des Antriebs 11 über den Stößel 12 getrennt werden. 4 zeigt das Unterbrechungsschaltglied 1 in der sogenannten Trennstellung, in der der Trennbereich 6 in drei Teile 6a, 6b, 6c getrennt ist. Alle genannten bevorzugten Merkmale des Unterbrechungsschaltglieds der 1 und 2 gelten auch für das Unterbrechungsschaltglied der 3 und 4.
Die in den 5 bis 8 gezeigten Oszillogramme beinhalten die Messungen

– des Zündstroms für das als EED ausgebildete pyrotechnische Material,
– der Spannung des vor der Auslösung des Unterbrechungsschaltglieds aufgeladenen Entladungskondensators,
– des zu trennenden Stroms über die beiden Anschlusskontakte und
– der Spannung über die beiden nach der Auslösung des pyrotechnischen Materials getrennten Anschlusskontakte.

Die Oszillogramme der 7 und 8 zeigen Messungen mit einem Unterbrechungsschaltglied 1 mit einer Beschichtung 8 eines reaktiven Materials in der Reaktionskammer 7, wie es in 9 gezeigt und weiter unten beschrieben ist. Die Oszillogramme der 5 und 6 zeigen Messungen mit einem Unterbrechungsschaltglied, wie es in 9 gezeigt ist, mit dem einzigen Unterschied, dass hier die innere Wandung der Reaktionskammer 7 nicht mit einer Beschichtung 8 eines reaktiven Materials versehen ist. Die x-Achse definiert in allen gezeigten Oszillogrammen die Zeit. Die y-Achse definiert entweder die Gleichspannung oder den Gleichstrom. Die jeweiligen Nullpunkte sind in den Oszillogrammen gekennzeichnet. In den 5 und 7 definiert ein Skalenteil (von einem Strich zum nächsten) eine Zeitspanne von 200 µs. Die 6 zeigt die gleiche Messung wie in 5, mit dem Unterschied, dass ein Skalenteil eine Zeitspanne von 500 µs definiert. Die 8 zeigt die gleiche Messung wie in 7, mit dem Unterschied, dass ein Skalenteil eine Zeitspanne von 5 ms definiert. Bezüglich des Zündstroms definiert ein Skalenteil (von einem Strich zum nächsten) in allen 5 bis 8 einen Strom von 10 A. Bezüglich der Kondensatorspannung definiert ein Skalenteil in allen 5 bis 8 eine Spannung von 500 V. Bezüglich des zu trennenden Kurzschlussstroms definiert ein Skalenteil in allen 5 bis 8 einen Strom von 2500 A. Bezüglich der Spannung über die Anschlusskontakte des Unterbrechungsschaltglieds (in den Figuren als Powerfuse bezeichnet) definiert ein Skalenteil in den 5, 6 und 8 eine Spannung von 500 V, und in 7 eine Spannung von 200 V.
Wie aus dem Vergleich der Oszillogramme des erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieds 1 mit Beschichtung 8 (7 und 8) mit dem nicht erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglied ohne Beschichtung (5 und 6) gesehen werden kann, kommt es bei beiden Unterbrechungsschaltgliedern zu einer hervorragenden Trennwirkung, jedoch erhält man nur bei Verwendung eines erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieds eine ausreichend gute Isolation zwischen den getrennten Kontakten nach erfolgreicher Trennung.
So beginnt die gemessene Spannung über die getrennten Anschlusskontakte 4 und 5 in 7 bereits nach 500 µsec nach erfolgter Trennung abzufallen und danach bis auf 0 V und der hier noch fließende Strom entlädt die im Entladungskondensator noch vorhandene Restenergie, während das in 8 nicht der Fall ist, hier bleibt diese Spannung erhalten.
Der in 8 zu sehende leichte Abfall der Spannung über die Anschlusskontakte 4 und 5 des Unterbrechungsschaltglieds 1 nach erfolgter Trennung erfolgt über die Entladewiderstände der Entladungsbank und nicht durch den (hier nicht vorhandenen) Stromfluss durch das Unterbrechungsschaltglied 1.
Die in 9 dargestellte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieds 1 umfasst ein Gehäuse 2, in dem eine Kontakteinheit 3 angeordnet ist. Das Gehäuse 2 ist so ausgebildet, dass es einem innerhalb des Gehäuses 2 erzeugten Druck, der beispielsweise bei einer pyrotechnischen Auslösung des Unterbrechungsschaltglieds 1 erzeugt wird, standhält, ohne dass die Gefahr einer Beschädigung oder gar eines Aufplatzens besteht. Das Gehäuse 2 kann insbesondere aus einem geeigneten Material, vorzugsweise Stahl, bestehen. Die Kontakteinheit 3 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als ein durch den Treibspiegel 10 im Stauchbereich bedrücktes Schaltrohr ausgebildet, so dass es im Trenn- 6 und dem Stauchbereich 19 als Rohr ausgebildet ist. Die Kontakteinheit 3 besitzt im dargestellten Ausführungsbeispiel einen ersten Anschlusskontakt 4 mit einem größeren Durchmesser und einen zweiten Anschlusskontakt 5 mit einem geringeren Durchmesser. An den ersten Anschlusskontakt 4 schließt sich ein sich radial nach außen erstreckender Flansch 15 an, der sich an einem ringförmigen Isolatorelement 22, das aus einem isolierenden Material, beispielsweise einem Kunststoff, besteht, derart abstützt, dass die Kontakteinheit 3 nicht in axialer Richtung aus dem Gehäuse 2 herausbewegt werden kann. Das Isolatorelement 22 weist hierzu eine ringförmige Schulter auf, an der sich der Flansch 15 der Kontakteinheit 3 abstützt. Zusätzlich isoliert das Isolatorelement 22 das Gehäuse 2 gegenüber der Kontakteinheit 3. Die Kontakteinheit 3 weist einen sich an den Flansch 15 in der Achse der Kontakteinheit 3 anschließenden Stauchbereich 19 auf. Die Wandstärke der Kontakteinheit ist im Stauchbereich 19, der eine vorbestimmte axiale Ausdehnung aufweist, so gewählt und auf das Material abgestimmt, dass sich bei einem Auslösen des Unterbrechungsschaltglieds 1 infolge einer plastischen Deformation der Kontakteinheit 3 im Stauchbereich 19 eine Verkürzung des Stauchbereichs in axialer Richtung um eine vorbestimmte Wegstrecke ergibt.
An den Stauchbereich 19 schließt sich in axialer Richtung der Kontakteinheit ein Flansch 14 an, auf dem im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Treibspiegel 10 sitzt. Der Treibspiegel 10, der im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Isoliermaterial, beispielsweise einem geeigneten Kunststoff, besteht, umgreift die Kontakteinheit 3 derart, dass zwischen dem Außenumfang des Flanschs 14 und der Innenwandung des Gehäuses 2 ein isolierender Bereich des Treibspiegels 10 eingreift. Wirkt ein Druck auf die Fläche des Treibspiegels 10 ein, wird eine Kraft erzeugt, die über den Flansch 14 den Stauchbereich 19 der Kontakteinheit 3 zusammenpresst. Diese Kraft wird so gewählt, dass sich während des Auslösevorgangs des Unterbrechungsschaltglieds 1 ein Stauchen des Stauchbereichs 19 ergibt, wobei der Treibspiegel 10 aus seiner Ausgangslage (Status vor der Auslösung des Unterbrechungsschaltglieds 1) in eine Endposition (nach Beendigung des Schaltvorgangs) bewegt wird.
Wie aus 9 ersichtlich, kann der Treibspiegel 10 so gewählt werden, dass dessen Außendurchmesser im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Gehäuses 2 entspricht, so dass eine axiale Führung des Flanschs 14 und damit auch eine axial geführte Stauchbewegung während des Schaltvorgangs erreicht wird.
Nach dem Pressvorgang greifen die nahe dem Gehäuse 2 liegenden Nasen des Isolators 22 und des Treibspiegels 10 voll übereinander, so dass der nach der Auslösung und dem Stauchvorgang mäanderförmig zusammengeschobene Stauchbereich 19 voll von elektrisch isolierenden Materialien umschlossen ist.
An den Treibspiegel 10 bzw. den Flansch 14 der Kontakteinheit 3 schließt sich ein Trennbereich 6 an. Auf dieser Seite der Kontakteinheit 3 schließt sich dann der zweite Anschlusskontakt 5 an. Ein Verschluss 24 verschließt das Gehäuse 2.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Treibspiegel 10 bei der Montage des Unterbrechungsschaltglieds 1 von der Seite des Anschlusskontakts 5 her auf die Kontakteinheit 3 aufgeschoben. Der Verschluss 24 ist als ein ringförmiges Bauteil gestaltet, das einen Außendurchmesser besitzt, der im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Gehäuses 2 entspricht.
In dem axialen Ende der Kontakteinheit 3 im Bereich des zweiten Anschlusskontakts 5 ist ein Antrieb 11, vorzugsweise ein pyrotechnischer Antrieb vorgesehen, hier oft auch als Minidetonator oder Zünderschraube benannt. Durch einen Durchbruch des ringförmigen Verschlusses 24 können die elektrischen Anschlussleitungen 20 des Antriebs 11 nach außen geführt werden.
Der Trennbereich 6 ist so dimensioniert, dass er durch den erzeugten Gasdruck oder die erzeugte Stoßwelle des Antriebs 11 zumindest teilweise aufreißt, so dass sich der Druck bzw. die Stoßwelle auch aus der Brennkammer 17 in die als umgebenden Ringraum ausgestaltete Reaktionskammer 7 ausbreiten kann. Zur Erleichterung des Aufreißens kann die Wandung der Kontakteinheit 3 im Trennbereich 6 auch einen oder mehrere Durchbrüche bzw. Bohrungen und/oder Nuten aufweisen.
Der Antrieb 11 zum Zünden des pyrotechnischen Materials (Anzündvorrichtung) kann aus einem einfachen, schnell aufheizbaren Glühdraht bestehen. Die Aktivierung des Antriebs 11 kann durch eine entsprechende elektrische Ansteuerung erfolgen. Selbstverständlich kann der Antrieb 11 jedoch auch in beliebiger anderer Weise ausgebildet sein, die eine Aktivierung des pyrotechnischen Materials bewirkt, auch in Form eines herkömmlichen Anzünders (EED), einer Anzündpille, einer Zündpille oder eines Minidetonators.
Bei einer Aktivierung des Unterbrechungsschaltglieds 1 mittels des Antriebs 11 wird also ein Druck oder eine Stoßwelle an der dem Stauchbereich 19 abgewandten Seite des Treibspiegels 10 erzeugt, wodurch der Treibspiegel 10 mit einer entsprechenden Axialkraft beaufschlagt wird. Diese Kraft wird durch eine geeignete Dimensionierung des pyrotechnischen Materials so gewählt, dass die Kontakteinheit 3 im Stauchbereich 19 plastisch deformiert, aufgerissen oder eingedrückt und danach der Treibspiegel 10 in Richtung auf den ersten Anschlusskontakt 4 bewegt wird. Das pyrotechnische Material wird dabei so dimensioniert, dass nach dem Aufbrechen bzw. Eindrücken des Trennbereichs 6 die Bewegung des Treibspiegels 10 die beiden Trennhälften ausreichend weit voneinander entfernt, im Zusammenwirken mit der Verdampfung des Löschmittels 9 dann sogar bis in eine Endposition.
Unmittelbar nach dem Aktivieren des pyrotechnischen Materials wird also der Trennbereich 6 zumindest teilweise aufgerissen bzw. eingedrückt. Erfolgt das Aufreißen bzw. Eindrücken nicht bereits vor Beginn der axialen Bewegung des Treibspiegels 10 über den vollständigen Umfang des Trennbereichs 6, so wird ein verbleibender Rest des Trennbereichs 6, der noch einen elektrischen Kontakt verursacht, durch die axiale Bewegung des Treibspiegels 10 vollständig aufgerissen, verstärkt durch die hier dann auftretende sehr schnelle Erhitzung des hier dann nur kleinen Restquerschnitts des Leiters durch den hier fließenden elektrischen Strom.
Insbesondere der durch den Abbrand erzeugte Gasdruck oder die erzeugte Stoßwelle kann durch das Einbringen von leicht vergasbaren Flüssigkeiten oder Feststoffen (Löschmittel 9) in den Raum, in dem das pyrotechnische Material enthalten ist oder in welchen die erzeugten Heißgase eindringen, gut gesteuert werden. So erhöht insbesondere Wasser, gelöst im Löschmittel 9 oder in Form von Mikrokapseln, Gelen etc., den Gasdruck beträchtlich, auch eine Zumischung von Chemikalien, die bei Erhitzung mit reagieren, ist sinnvoll, z.B. die Zugabe von rotem Phosphor, insbesondere aber auch von bestimmten Zünd- und Anzündstoffen, wie Zirkoniumkaliumperchlorat (ZPP), aber auch von Polysiloxanen wie Hexasilan oder Pentasilan. Eine so bewirkte Erhöhung des Gasdrucks kann noch extremer ausfallen, wenn beispielsweise das in die Brennkammer 17 eingebrachte Wasser zum Siedeverzug gebracht wird, insbesondere dadurch, dass das stark erhitzte Wasser beim Aufbrechen des Trennbereichs 6 einen Drucksturz erfährt.
In der in 9 gezeigten Ausführungsform befindet sich in der Brennkammer 17 und in der Reaktionskammer 7 ein Löschmittel 9, das bei der Detonation bzw. Deflagration des pyrotechnischen Materials die Stoßwellenausbreitung begünstigt, so dass auf diese Weise weniger aktivierbares Material verwendet werden muss und die Wände des Trennbereichs 6 ausreichend dick gehalten werden können, so dass die Baugruppe auch noch bei hohen Betriebsströmen eingesetzt werden kann. Das Löschmittel dient zur Dämpfung oder Löschung eines Lichtbogens zwischen den getrennten Enden des Trennbereichs 6.
Weiterhin ist in der Reaktionskammer 7 eine Beschichtung mit einem reaktiven Material vorgesehen, vorzugsweise eine Schicht aus SiO₂, die die komplette Innenwandung der Reaktionskammer 7 bedeckt und vorzugsweise eine Schichtdicke von 30 µm aufweist.
Weiterhin ist in dem erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglied 1 der 9 ein Kanal vorgesehen der sich unterhalb des Treibspiegels 10, insbesondere im Flansch 14, vorzugsweise mittig in axialer Richtung erstreckt und die Brennkammer 17 mit einer Stauchkammer 18 unterhalb des Stauchbereichs 19 verbindet. Somit ist die Kontakteinheit 3 im dargestellten Ausführungsbeispiel weiter als durchgängiges Schaltrohr ausgebildet. In dieser Ausführungsform können sowohl die Brennkammer 17, der Kanal, die Reaktionskammer 7 und die Stauchkammer 18 mit dem Löschmittel 9 gefüllt sein. Der Kanal stellt sicher, dass bei der Auslösung des Unterbrechungsschaltglieds 1 und der damit verbundenen Bewegung des Treibspiegels 10 von der Ausgangsposition in die Endposition das sich vergrößernde Volumen im Bereich der Brennkammer 17 und der Reaktionskammer 7 auch mit Löschmittel 9 nachgefüllt wird. Durch die Bewegung des Treibspiegels 10 von der Ausgangsposition in die Endposition wird Löschmittel 9 in der Stauchkammer 18 zusammengepresst und durch den Kanal in Richtung des Bereichs der Brennkammer 17 und hier direkt auf den Trennbereich 6 gespritzt. Auf diese Weise kann ein Lichtbogen zwischen den getrennten Teilen des Trennbereichs 6 zusätzlich gedämpft bzw. gelöscht werden.
Der zentrale Kanal kann vor der Brennkammer 17 bzw. vor dem Trennbereich 6 düsenartig verengt sein, um zum einen ausreichend gut Löschmittel 9 aus dem Stauchbereich 19 in die Brennkammer 17 durchzulassen, zum anderen die vom Minidetonator generierte Stoßwelle Richtung Stauchbereich 19 so abzuschwächen, dass der Stauchbereich nach der Zündung des Minidetonators nicht zu stark vorgeschädigt wird.
Weiterhin sind in dem Unterbrechungsschaltglied 1 Dichtelemente 23 zur Abdichtung der verschiedenen Kammern 7, 17 und 18 gegenüber dem Austritt von Löschmittel 9 und zur Abdichtung der verschiedenen Komponenten untereinander vorgesehen.
Das Unterbrechungsschaltglied 1 nach 9 ist prinzipiell genauso aufgebaut wie das in 5 gezeigte Unterbrechungsschaltglied der DE 10 2016 124 176 A1 .
Das Unterbrechungsschaltglied 1 der 10 ist bis auf folgende Änderungen identisch zu dem Unterbrechungsschaltglied der 9:
Zwischen dem Trennbereich 6 und dem Stauchbereich 19 der Kontakteinheit 3 ist der in 9 gezeigte Flansch 14 so ausgebildet, dass er bis zu einer im Inneren des Gehäuses 2 aufgebrachten Isolierschicht 21 reicht. Somit weist die Kontakteinheit 3 selbst den Treibspiegel 10 bzw. die Funktion eines Treibspiegels 10 auf. Dies hat den Vorteil der Materialeinsparung und der einfacheren Ausgestaltung des Unterbrechungsschaltglieds 1. Die Isolierschicht 21 schafft hierbei eine Isolation zwischen der Kontakteinheit 3 und dem Gehäuse 2.
Auch erfüllt nun die Kontakteinheit 3 gleichzeitig nun auch noch die Funktion des Verschlusses, so dass hier ein weiteres Bauteil der Baugruppe entfällt, zusätzlich braucht hier bei der Herstellung der Kontakteinheit 3 entweder weniger zerspant oder weniger umgeformt werden, was die Herstellungskosten weiter senkt.
Das für die Messungen der Oszillogramme der 5 bis 8 verwendete Unterbrechungsschaltglied hat die in der 9 gezeigten Dimensionen, wobei die Länge des Gehäuses 52 mm und der Durchmesser des Gehäuses 30 mm beträgt. Das Gehäuse ist aus Stahl. Der Antrieb ist ein Minidetonator mit 30 mg Silberazid und 40 mg Hexogen. Das Löschmittel ist ein Gemisch aus Silikonöl und hochdisperse Kieselsäure (HDK) (40 cm3 Öl auf 2 g HDK). Das reaktive Material der Beschichtung in der Reaktionskammer sind Polysiloxane und die Schichtdicke beträgt etwa 30 µm. Die Kontakteinheit ist zylindrisch ausgeformt und besteht aus Kupfer. Der Trennbereich hat einen Innendurchmesser von 6 mm und einen Außendurchmesser von 7,2 mm. Die komplette Länge der Kontakteinheit inklusive der Anschlusskontakte beträgt 85 mm.
Bezugszeichenliste

1: Unterbrechungsschaltglied
2: Gehäuse
3: Kontakteinheit
4: erster Anschlusskontakt
5: zweiter Anschlusskontakt
6: Trennbereich
6a, 6b, 6c: getrennte Teile des Trennbereichs
7: Reaktionskammer
8: Beschichtung
9: Löschmittel
10: Treibspiegel
11: Antrieb
12: Stößel
13: Sollbruchstelle
14: Flansch
15: Flansch
16: Antrieb
17: Brennkammer
18: Stauchkammer
19: Stauchbereich
20: elektrische Anschlussleitungen
21: Isolierschicht
22: Isolatorelement
23: Dichtelement (O-Ring)
24: Verschluss
25: Verschlusselement für Stauchkammer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102014107853 A1 [0012]
DE 102014110825 A1 [0012]
DE 202015100525 U1 [0012]
DE 102015112141 A1 [0012]
DE 102015114279 A! [0012]
DE 102015114894 A1 [0012]
DE 102016124176 A1 [0012, 0072]
DE 102017123021 A1 [0012]

Claims

Unterbrechungsschaltglied (1), insbesondere zum Unterbrechen von hohen Strömen bei hohen Spannungen, (a) mit einem Gehäuse (2), das eine den Strompfad durch das Unterbrechungsschaltglied (1) definierende Kontakteinheit (3) umgreift, die einen ersten und zweiten Anschlusskontakt (4, 5) und einen Trennbereich (6) aufweist, (b) wobei die Kontakteinheit (3) so ausgebildet ist, dass ihr über den ersten Anschlusskontakt (4) ein Strom zuführbar und von ihr über den zweiten Anschlusskontakt (5) abführbar ist, oder umgekehrt, (c) wobei der Trennbereich (6) so ausgebildet ist, dass, wenn er getrennt wird, der Strompfad zwischen dem ersten Anschlusskontakt (4) und dem zweiten Anschlusskontakt (5) unterbrochen ist, (d) wobei der Trennbereich (6) innerhalb einer Reaktionskammer (7) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, (e) dass in der Reaktionskammer (7) eine Beschichtung (8) mit einem reaktiven Material vorliegt, wobei das reaktive Material so ausgestaltet ist, dass es unter Lichtbogeneinfluss den Lichtbogen dämpft oder löscht.
Unterbrechungsschaltglied (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das reaktive Material so ausgestaltet ist, dass es unter Lichtbogeneinfluss derart reagiert, dass es Energie aus dem Lichtbogen absorbiert.
Unterbrechungsschaltglied (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das reaktive Material so ausgestaltet ist, dass es unter Lichtbogeneinfluss zu nichtleitenden Stoffen umgesetzt wird.
Unterbrechungsschaltglied (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das reaktive Material so ausgestaltet ist, dass es unter Lichtbogeneinfluss verdampft wird.
Unterbrechungsschaltglied (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das reaktive Material so ausgestaltet ist, dass es unter Lichtbogeneinfluss zu Reaktionsprodukten zersetzt wird, die selbst eine exotherme Reaktion eingehen können.
Unterbrechungsschaltglied (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das reaktive Material ein keramisches Material oder Glas ist.
Unterbrechungsschaltglied (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das reaktive Material ein Material auf Basis von SiO₂ ist.
Unterbrechungsschaltglied (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionskammer (7) mit einem Löschmittel (9) gefüllt.
Unterbrechungsschaltglied (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakteinheit (3) einen Treibspiegel (10) aufweist oder mit einem Treibspiegel in Verbindung steht, der derart ausgestaltet ist, dass er durch einen beaufschlagenden Druck von einer Ausgangposition in eine Endposition bewegbar ist, wobei in der Endposition des Treibspiegels der Trennbereich (6) getrennt und ein Isolationsabstand zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlusskontakt (4, 5) erreicht ist.
Unterbrechungsschaltglied (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakteinheit (3) so ausgestaltet ist, dass eine zum Trennbereich (6) gerichtete Fläche selbst als Treibspiegel wirkt, so dass diese Fläche durch einen beaufschlagenden Druck von einer Ausgangposition in eine Endposition bewegbar ist, wobei in der Endposition des Treibspiegels der Trennbereich (6) getrennt und ein Isolationsabstand zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlusskontakt (4, 5) erreicht ist.
Unterbrechungsschaltglied (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Löschmittel ein verdampfbares Mittel ist.
Verwendung eines reaktiven Materials zur Beschichtung von Oberflächen in einer Reaktionskammer eines Unterbrechungsschaltglieds, wobei das reaktive Material so ausgestaltet ist, dass es unter Lichtbogeneinfluss derart reagiert, dass es den Lichtbogen dämpft oder löscht.
Verwendung nach Anspruch 12, wobei das reaktive Material als flüssiges Material auf die Oberflächen aufgebracht und anschließend getrocknet wird.
Verwendung nach Anspruch 13, wobei das reaktive Material eine flüssige Keramik oder flüssiges Glas ist.