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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum extrem schnellen Abschalten sehr hoher Spannungen und Ströme, genauer, eine Vorrichtung, die auf ein erfasstes Signal hin einen Stromfluss in Millisekunden unterbrechen kann. Die Vorrichtung ist insbesondere nützlich bei Fahrzeugunfällen, insbesondere Unfällen von Elektrofahrzeugen. Allgemein ermöglicht die Vorrichtung auch einen Schutz vor Schäden und Gefahren durch Kurzschlüsse von Hochspannungsbatterien, wobei die Vorrichtung auch für stationäre Batterien und nicht nur für Batterien in Elektrofahrzeugen benutzt werden kann.
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Hintergrund der Erfindung
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Die Verwendung von hybriden und vollständig elektrisch betriebenen Fahrzeugen bedeutet, dass ein Batteriesatz erforderlich ist, der sehr hohe Spannungen führt. Im Falle eines Fahrzeugunfalls kann der aus den Batterien fließende Strom zu einer ernsten Gefahr werden, insbesondere da die Stromflüsse kurzgeschlossen werden und somit ein Fahrzeugchassis unter sehr hohe Spannung setzen können. Dies schafft eine Gefährdung der Insassen sowie der Einsatzkräfte, die zu dem Unfall gerufen werden. Die Möglichkeit des Stromschlags oder des Brennens entzündlicher Materialien stellt eine äußerste Gefahr dar. Idealerweise kann die Gefahr minimiert werden, wenn der Stromfluss unterbrochen werden kann, vorzugsweise nahe der Quelle oder, im Falle von Elektrofahrzeugen, nahe den Batterien.
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Ein manueller Ausschalter ist aus vielen Gründen unzuverlässig, weil der Fahrer handlungsunfähig sein kann und Notfallpersonal möglicherweise nicht sicher an einen solchen Schalter herangelangen kann.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es zu erreichen, dass die Unterbrechung von Hochspannungsströmen im Falle eines Unfalls automatisch eintritt, und dies bei sehr niedrigen Kosten und auf zuverlässige Weise, um das Fahrzeug, seine Insassen und das Notfallpersonal zu schützen, das bei dem Unfall eingesetzt wird.
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Die Unterbrechung muss in einer wirklich kurzen Zeit (< 2 ms) erfolgen, um etwaige Schäden an dem angeschlossenen elektrischen System zu vermeiden, zum Beispiel der Bordelektronik des Fahrzeugs. Der wichtigste Punkt dieser Erfindung ist es, dass wir gleichzeitig die Lichtbogen durch einen Gasstrom unmittelbar nach dem Schneidvorgang und die Wärmekühlung durch die Filter löschen und die Lichtbogen zwischen Kolben und Zylinder abschnüren.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Eine Stromleitungs-Schneidvorrichtung für Hochspannungsstromschienen weist ein zweiteiliges Gehäuse, einen Kolben, einen Zünder und eine Stromschiene auf. Das Gehäuseoberteil enthält eine zylindrische, quaderförmige oder prismenförmige Kammer. Das Gehäuseunterteil enthält auch eine zylindrische, quaderförmige oder prismenförmige Kammer von beliebiger anderer polygonaler Form. Das Gehäuseunterteil ist am Gehäuseoberteil befestigt. Der Kolben ist entweder in der Gehäuseoberteilkammer oder der Gehäuseunterteilkammer aufgenommen. Der Zünder dient zum Treiben des Kolbens aus einer Kammer in die andere Kammer. Die Stromschiene dient zum Führen eines Stromflusses und wird starr zwischen dem Gehäuseoberteil und dem Gehäuseunterteil, die Kammern überbrückend, gehalten. Beim Zünden des Zünders bricht der Kolben einen Teil der Stromschiene aus und bewegt den Kolben und den Teil der Stromschiene in die gegenüberliegende Kammer; dadurch unterbricht er den Stromfluss. Der Kolben ist zumindest teilweise als ein Isolator ausgebildet, um einen elektrischen Überschlag zu verhindern. Das Gehäuseoberteil und das Gehäuseunterteil sind zumindest teilweise, wenn nicht im Ganzen, elektrisch nicht leitfähig hergestellt.
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Das Gehäuseoberteil und das Gehäuseunterteil sind durch ein oder mehrere Befestigungsteile abnehmbar aneinander angebracht. Die Stromschiene wird starr durch eine Druckkraft zwischen dem Gehäuseoberteil und dem Gehäuseunterteil auf zwei gegenüberliegenden Seiten der Kammer gehalten; daher verbleiben, wenn die Stromschiene unterbrochen ist, die Flanschenden der Stromschiene starr an den beiden gegenüberliegenden Seiten gehalten.
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Die Stromschiene weist zwei Flanschenden auf, die sich außerhalb des Gehäuseoberteils und des Gehäuseunterteils erstrecken. Jedes der Flanschenden ist ausgelegt, an einer elektrischen Verdrahtung oder einem Kabel angebracht zu werden, um einen Stromkreis zu schließen. Die Stromschiene weist weiter ein Paar Bruchstellen auf, wobei jede Bruchstelle innen und benachbart zum Gehäuseoberteil und zum Gehäuseunterteil liegt und eine reduzierte Dicke aufweist, gesehen in einem Querschnitt der Stromschiene, wobei die Bruchstelle ausgelegt ist, bei einem Aufprall des Kolbens zu zerbrechen.
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Der Zünder wird bei einem Signal von einem Sensor elektrisch aktiviert. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Stromleitungs-Schneidvorrichtung ausgelegt, in einem Fahrzeug verwendet zu werden, das in der Lage ist, hohe Spannungen zu erzeugen, wobei die Stromleitungs-Schneidvorrichtung im Falle eines Fahrzeugunfalls durch den Sensor aktiviert wird. Der Zünder ist vorzugsweise eine pyrotechnische Vorrichtung und umfasst weiter eine Treibladungspille. Das Gehäuseoberteil oder das Gehäuseunterteil umfasst weiter einen oder mehrere Ausblaskanäle, die sich aus dem Inneren der Kammer nach außen durch eines aus dem Gehäuseoberteil oder dem Gehäuseunterteil erstrecken. Die Stromleitungs-Schneidvorrichtung weist vorzugsweise ein Filter auf, um Rückstände aufzufangen, die während des Zerbrechens der Stromschiene erzeugt sind, und um insbesondere das Plasma abzukühlen und zu deionisieren. Das Filter besteht aus einem hochtemperaturbeständigen Material, vorzugsweise Stahl oder Stahlgewebe.
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Figurenliste
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Die Erfindung ist beispielhaft und mit Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben:
- 1 ist eine perspektivische Vorderansicht der Stromleitungs-Schneidvorrichtung der vorliegenden Erfindung.
- 2 ist eine perspektivische Draufsicht der Vorrichtung von 1.
- 3 ist eine erste Schnittansicht der Vorrichtung von 1, die die Anbringungs-Befestigungsteile zeigt.
- 4 ist eine zweite Schnittansicht, die zeigt, wie die Stromschiene starr gehalten ist.
- 5A ist eine schematische Ansicht der Vorrichtung, die die Stromschiene in einem geschlossenen Modus zeigt, der einen Stromfluss zulässt.
- 5B ist eine schematische Ansicht der Vorrichtung, die die Stromschiene in einem offenen Modus zeigt, der den Stromfluss unterbricht.
- 6 ist ein Diagramm, das den Schneidvorgang mit Spannung und Strom über der Zeit nach der Aktivierung der Vorrichtung zeigt.
- 7 ist eine Ansicht der Vorrichtung, die die Stromschiene im offenen Modus zeigt.
- 8A ist eine Ansicht der Vorrichtung, die die Vorrichtung mit Metallfilter (Filterstufe 1) und einer zweiten Filterstufe im Standardbetrieb vor einer Aktivierung zeigt. Sie ist eine funktionelle Darstellung für einen beispielhaften Gebrauch der Vorrichtung als Teil eines Fahrzeugunfallsystems.
- 8B ist eine Ansicht der Vorrichtung, die die Vorrichtung mit Metallfilter (Filterstufe 1) und einer zweiten Filterstufe im Gehäuseunterteil und einer dritten Filterstufe im Gehäuseoberteil im Standardbetrieb vor einer Aktivierung zeigt. Sie ist eine funktionelle Darstellung für einen beispielhaften Gebrauch der Vorrichtung als Teil eines Fahrzeugunfallsystems.
- 9 ist ein beispielhaftes Prinzipschaltbild der Vorrichtung, eingebettet in eine Fahrzeugumgebung.
- 10 ist eine Draufsicht der Stromschiene mit einer bevorzugten Form der Stromschiene, die allgemein rechteckig ist, mit einer verengten Mitte. Die gestrichelten Linien NN stellen dar, dass die Mitte der Stromschiene so breit sein kann wie ihre entgegengesetzten Enden MM.
- 11A ist eine isometrische Ansicht, und 11Bist eine Seitenansicht, die schematisch einen pyramiden-/prismenförmigen Kolben mit der Kammer 16 darstellen.
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Genaue Beschreibung der Erfindung
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Eine Stromleitungs-Schneidvorrichtung 10 für Hochspannungsstromschienen 2 ist in den 1 bis 4 dargestellt. Die Vorrichtung 10 weist ein Gehäuseoberteil 12 und ein Gehäuseunterteil 14 auf. Zwischen dem Gehäuseoberteil 12 und dem Gehäuseunterteil 14 befindet sich eine Stromschiene 2. Die Stromschiene 2 ist ausgelegt, Hochspannungsströme zu führen und kann als eine Einrichtung verwendet sein, um beispielsweise Leistung von einem Batteriesystem zu den verschiedenen Bestandteilen eines Fahrzeugs zu bringen.
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An einem oberen Bereich der Vorrichtung 10 sind elektrische Anschlüsse für einen Zünder 30 gezeigt. Wie in 1 dargestellt, sind die beiden Gehäuseteile 12, 14 durch Befestigungsteile 40 zusammengehalten, wenn sie durch Muttern 42 festgezogen sind. Dies ist auch in der Schnittansicht von 3 dargestellt.
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Mit Bezugnahme auf 3 erstrecken sich die Befestigungsteile 40, wenn sie mit den Muttern 42 gekoppelt sind, durch das Gehäuseunterteil 14 und das Gehäuseoberteil 12, und wenn sie festgezogen sind, klemmen sie die Stromschiene 2 fest. Wie gezeigt, enthält der Zünder 30 weiter eine Pille 32 mit Treibmittel. Dies bildet eine pyrotechnische Vorrichtung, die in der Lage ist, einen in den Kammern 16, 18 aufgenommenen Kolben 36 voranzutreiben. Wie in 3 gezeigt, ist der Kolben 36 in der Kammer 16 des Gehäuseoberteils 12 aufgenommen. Die Kammer 18 des Gehäuseunterteils 14 ist mit einer leichten Schräge nach innen gezeigt, wie in 3 dargestellt. Wenn der Zünder 30 durch ein elektronisches Signal aktiviert wird, das von einem Fahrzeugunfallerfassungssystem 50 gesendet wird, wie etwa einer elektronischen Airbag-Steuereinheit /Airbag-ECU (wenn kein Airbag-Sensor vorhanden ist, ist es ein Unfallsensor / Beschleunigungssensor), dann zündet die Pille 32 das Treibmittel und treibt den Kolben 36 zur Stromschiene 2 hin. Falls im Fahrzeug ein Brand ausbricht, kann die Stromschiene zerschnitten werden, wenn die Schneidvorrichtung ein definiertes Signal empfängt. Eine pyrotechnische Betätigungseinrichtung trennt die elektrische Hochspannungsbatterieverbindung in einem Elektrofahrzeug irreversibel vom Antriebsstrang. Sie wird im Falle eines Unfalls durch die Airbag-ECU ausgelöst, um Gefahren durch einen elektrischen Schlag oder Feuer aufgrund einer Überlastung der Batterie oder von Kurzschlüssen im System zu verhindern. Der Zünder empfängt einen bestimmten Strom von beispielsweise 1,75 A über eine bestimmte Zeit, wie etwa 500 ms.
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Die Stromschiene 2 weist, wie in 4 dargestellt, ein Paar Bruchstellen 4 auf jeder Seite der Stromschiene 2 auf. Diese Bruchstellen 4 sind Abschnitte verringerter Dicke der Stromschiene 2, die in der Lage sind, den Strom zu führen, aber ein Mittel vorsehen, die Stromschiene 2 in zwei Teile zu zerbrechen und dadurch den Stromfluss zu unterbrechen, am besten in 5B dargestellt. Unter normalen Betriebsbedingungen ist die Stromschiene 2 ein durchgehendes Teil; während eines Fahrzeugunfalls empfängt der Zünder 30 jedoch ein bestimmtes Signal von einem Unfallerfassungssystem 50 oder von einer anderen Steuereinheit, wie etwa einem Sicherheitscomputer oder einer Airbag-ECU, vorzugsweise einem Airbag-Unfallerfassungssystem, und wird aktiviert. Wenn dies geschieht, wird der Kolben 36 nach unten in die Kammer 18 getrieben, wie weiter unten beschrieben. Während dieses Aufbrechens der Stromschiene 2 und der Unterbrechung des Stroms können Lichtbogen auftreten. Diese Lichtbogen erzeugen Entladungen und Gasausbrüche in der Stromleitungs-Schneidvorrichtung 10; deshalb können diese Gase durch Kanäle 20 ausgestoßen werden, die offene Auslasskanäle bilden, um das Abführen des Gases zu ermöglichen. Der Kolben 36 besteht aus einem nicht leitfähigen Material (typischerweise Kunststoff). Das Material kann auch Keramik sein. Der Kolben 36 weist mehrere Funktionen auf: Umwandlung des Gasdrucks vom Zünder 30 in kinetische Energie des Kolbens 36; Schneiden der elektrischen Stromschienenisolation der beiden Stromschienenflanschenden 2A, 2B nach dem Schneiden; Aufteilen des Stroms in zwei getrennte Stromflüsse und Lichtbogen; Auseinanderziehen der Lichtbogen durch ein Wegbewegen des ausgeschnittenen Stromschienenteils 2C von den Stromschienenflanschenden 2A, 2B.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, sehr hohe Ströme bis zu 16 kA und Spannungen bis zu 1000 V in einem sehr kleinen Raum in einer sehr kurzen Zeit (< 2 ms) ausschalten zu können.
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Die Aufgabe ist gelöst durch eine galvanische Auftrennung einer Stromschiene 2 unter Verwendung einer pyrotechnischen Vorrichtung 30, 32, 36 und durch ein Löschen des Lichtbogens unter gleichzeitiger Verwendung mehrerer Verfahren: Auseinanderziehen des Lichtbogens bei gleichzeitigem Kühlen und Abschnüren.
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Die Stromschiene 2, die zwischen der Hochspannungsbatterie und den Stromverbrauchervorrichtungen montiert ist, ist zwischen einem Gehäuseoberteil 12 und einem Gehäuseunterteil 14 in Isoliermaterial eingebettet. Die Hochspannungsstromleitungs-Schneidvorrichtung 10 im geschlossenen Modus ermöglicht einen Stromfluss über die Stromschiene 2 mit sehr niedrigem Widerstand. Im Falle eines Kurzschlusses im Hochspannungssystem (HS-System) des Fahrzeugs zündet eine externe Steuereinheit 50 eine pyrotechnische Treibeinheit im Gehäuseoberteil 12 der Hochspannungsstromleitungs-Schneidvorrichtung, die dann einen isolierenden Kolben 36 nach unten beschleunigt. Der Kolben 36 trennt einen Teil 2C der Stromschiene 2 an Bruchstellen 4 ab und bewegt sich zwischen die beiden Stromschienenflanschenden 2A, 2B, sodass der Stromfluss unterbrochen wird.
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Die Hochspannungsstromleitungs-Schneidvorrichtung 10 besteht im Wesentlichen aus einer Stromschiene 2, einem pyrotechnischen Zünder 30, einem isolierenden Kolben 36, einem Gehäuseoberteil 12, einem Gehäuseunterteil 14 und einem optionalen Filtersystem.
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Die Stromschiene 2 ist so gestaltet, dass sie im normalen Betriebsmodus den Strom des Hochspannungssystems in dem Fahrzeug von der Hochspannungsbatterie zu den HS-Verbrauchern mit einem minimalen Widerstand leitet. Die Hauptfunktion der Hochspannungsstromleitungs-Schneidvorrichtung 10 ist die schnelle Unterbrechung dieses Stromkreises nach einem externen Auslösen innerhalb von weniger als 2 ms. Zu diesem Zweck ist der pyrotechnische Zünder 30 in das Gehäuseoberteil 12 der Hochspannungsstromleitungs-Schneidvorrichtung 10 eingebaut. Der Zünder 30 ist mit einer externen Airbag-Steuereinheit 50 verbunden, die in einem Notfall ein definiertes Zündsignal an den Zünder 30 sendet. Der Niederspannungs-Zündkreis ist vom Hochspannungskreis durch das isolierende Gehäuse der Vorrichtung 10 getrennt. Der Strom des Zündsignals schmilzt einen Draht im Zünder 30 und bewirkt, dass ein Treibmittel in einer Pille 32 in ungefähr 0,2 bis 0,3 ms gezündet wird. Das Treibmittel kann sich in eine Kammer oder einen Raum 16 unter dem Zünder 30 ausdehnen. Ein beweglicher Kolben 36 ist direkt unter dem Zünder 30 montiert. Der Kolben wird durch den Druck der heißen Gase nach unten beschleunigt. Die Stromschiene 2 weist zum leichteren Zerschneiden an zwei Stellen, Bruchstellen 4 genannt, einen verringerten Querschnitt auf. Sobald der beschleunigte Kolben 36 auf diese Stromschiene 2 an diesem Abschnitt prallt, trennt er diesen Bruchteil 2C ab und schiebt ihn weiter nach unten. Bei hohen Strompegeln fließt der Strom weiter durch einen Lichtbogen, trotz der Tatsache, dass ein Teil der Stromschiene 2 abgetrennt wurde. Der Lichtbogen muss so schnell wie möglich durch ein Auseinanderziehen, Kühlen und/oderAbschnüren des Lichtbogens gelöscht werden.
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Die Hochspannungsstromleitungs-Schneidvorrichtung 10 nutzt mehrere dieser Verfahren. Der isolierende Kolben 36 gleitet zwischen die beiden Stromschienenflanschenden 2A, 2B und bewegt dadurch den mittleren Stromschienenteil 2C weg von den Flanschenden 2A, 2B. Der Lichtbogen wird verlängert. Aufgrund der engen Passung von Kolben 36 und Zylinderkammer 18 wird der Lichtbogen zu einem engen Spalt „abgeschnürt“. In dem Kolben 36 und in den Außenwänden der Kammer 18 direkt unter der Stromschiene 2C sind Gaskanäle 20 für das heiße Gas als „Blaskanäle“ vorgesehen. Das hoch komprimierte pyrotechnische Gas oberhalb des Kolbens 36 strömt nach dem Durchschneiden der Stromschiene 2 und nach dem Durchströmen des Blaskanalbereichs des Kolbens 36 in die Abgaskanäle 20 seitlich unter der Stromschiene 2. Da der Lichtbogen in diesem Bereich brennt, wird der Lichtbogen durch das Gas auch in die Blaskanäle 20 „geblasen“. Als Ergebnis dieses Verlängems und Kühlens des Lichtbogens wird der Spannungsabfall weiter erhöht, bis der Lichtbogen gelöscht ist. Außerdem verringern das hoch komprimierte pyrotechnische Gas vom Zünder und die Metallfilter die Ionisierung.
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Die Gaskanäle 20 in der unteren Kammer 18 können zu einem optionalen Filterbereich führen, der labyrinthartig sein kann, mit mindestens einer Kammer mit Druckkompensation, Kühlung, Deionisierung und Filterfunktionen. Die erste Kammer sollte mit einem Metallfilter zur Deionisierung und Kühlung des Lichtbogens gefüllt sein. Die weitere(n) Kammer(n) (siehe 8A mit 2 Kammern und 8B mit 3 Kammern) können mit Filtermaterial oder Kühlmaterial gefüllt sein, sodass dem Gas / Plasma so viel Energie wie möglich z. B. mittels elektrischer Sublimierung beim Einsetzen der sehr heißen Gase (des Plasmas vom Lichtbogen) entzogen wird. Die Sublimierungsenergie enthält auch die Schmelzwärme zusätzlich zur Verdampfungsenergie.
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Das Labyrinth mit vielen Biegungen verlangsamt auch schwere Partikel durch einen Aufprall an den Wänden und filtert sie aus, bevor das Gas entweicht. Insbesondere soll sich von der Stromschiene verdampftes Kupfer an den Wänden niederschlagen, und nicht vollständig verbrannte heiße Partikel des Treibmittels werden hier verlangsamt, sodass sie im Filter vollständig verbrannt werden. Das Filterlabyrinth mit vielen Biegungen dient auch dazu, schwere Partikel durch Aufprall an den Wänden zu verlangsamen und auszufiltern, bevor das Gas aus dem Auslass entweicht. Insbesondere soll sich von der Stromschiene verdampftes Kupfer an den Wänden niederschlagen, und nicht vollständig verbrannte Partikel des Treibmittels werden hier verlangsamt, sodass sie im Filter vollständig verbrannt werden.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, wie bereits beschrieben, sehr hohe Ströme bis zu 16 kA und Spannungen bis zu 1000 V in einem sehr kleinen Raum in einer sehr kurzen Zeit (< 2 ms) ausschalten zu können, wie in 6 gezeigt.
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Die Aufgabe ist gelöst durch eine galvanische Auftrennung einer Stromschiene 2 unter Verwendung einer pyrotechnischen Vorrichtung 30, 32, 36 und durch ein Löschen des Lichtbogens unter gleichzeitiger Verwendung mehrerer Verfahren: Auseinanderziehen des Lichtbogens bei gleichzeitigem Kühlen und Abschnüren.
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Integrierte „Blaskanäle“ 20 im Gehäuse und im Kolben unterstützen das „Ausblasen“ oder „Wegblasen“ des Lichtbogens. Zu diesem Zweck sind Kanäle in den Kolben seitlich über die Breite der Stromschiene eingefügt, was den pyrotechnischen Gasstrom leitet. Sobald der Kolben 36 die Stromschiene 2 zerschnitten hat und die Abgaskanäle 20 darunter erreicht hat, kann der entstehende Lichtbogen über die Blaskanäle im Kolben in die Gasauslasskanäle 20 geblasen werden. Eine „Abschnür“-Funktion für den Lichtbogen ermöglicht eine schnellere Lichtbogenunterbrechung. Die Form des Kolbens 36 kann verschiedene Profile aufweisen. Verschiedene Varianten des Kolbens 36 wurden geprüft: eine weist eine runde Form ohne Schneidkante auf, eine weitere weist eine rechteckige Form mit Metallschneidkante auf. Ein optionaler Einbau metallener Lichtbogenplatten (nicht gezeigt) kann in die Zylinderkammer 18 im Bereich der Auslassgänge erfolgen. Ebenso sind eingebaute Kanäle im Kolben denkbar, um das Gas direkt nach dem Zerschneiden der Stromschiene vom Zünder zum Lichtbogenplasma zu leiten. Optional kann ein in 10 gezeigter metallener Lichtbogenteilerstapel für eine höhere Lichtbogenspannung in die Zylinderkammer 18 in den Bereich unter den Auslassgängen gesetzt sein.
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Der Kolben 36 weist vorzugsweise ein optimiertes Kantenprofil am unteren Ende für das wirksame Schneiden eines Teils der Stromschiene 2 auf. Der Kolben 36 kann an der Unterseite Schneidkanten (nicht gezeigt) aufweisen. Dies dient zum Erleichtern des Schneidens der Stromschiene 2. Die Schneidkanten des Kolbens 36 können sowohl aus Kunststoff als auch aus Metall bestehen. Die Schneidkanten des Kolbens weisen ein besonderes Schneidprofil auf, mit dem es möglich ist, die Lichtbogenform und -trennung zu beeinflussen, beispielsweise eine umgekehrte V-Form, bei der zuerst an den Seiten und schließlich in der Mitte der Schiene geschnitten wird (9). Der Kolben 36 weist einen oder mehrere „Blaskanäle“ auf, durch die Gase geleitet werden können. Die Blaskanäle können verzweigen und zusammenführen. Der Einlassquerschnitt und der Auslassquerschnitt können unterschiedlich sein. Der Kolben 36 weist am unteren Ende einen Bereich auf, der bündig an der Wand der unteren Kammer 18 oder des Zylinders anliegt, und kann somit den Lichtbogen in einem „Quetschbereich“ abschnüren, behindern oder blockieren. Der Kolben 36 wird nach der Zündung in einer Kammer 16 im Gehäuseoberteil 12 und dann in einer Kammer 18 im Gehäuseunterteil 14 geführt. Der Kolben 36 kann Führungsnuten oder Führungsrippen oder ein beliebiges anderes Führungsprofil zum Zweck des Verhinderns von Verdrehen oder Kippen und zum Sicherstellen einer korrekten Montage aufweisen, wobei das entsprechende Gegenprofil dazu im Zylinder, Quader oder Prisma vorhanden ist (nicht gezeigt).
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Die obere und die untere zylindrische, quaderförmige oder prismenförmige Kammer 16, 18 können eine Führungsnut oder eine Führungsrippe aufweisen, die dem Kolben 36 entspricht. Der Kolben 36 wird sicher in der obersten Stellung gehalten, bis die Zündung ausgelöst ist, beispielsweise durch einen Verriegelungsansatz oder einen Haltevorsprung (4 und 5A).
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Die untere zylindrische, quaderförmige oder prismenförmige Kammer 18 des Gehäuseunterteils 14 weist eine Form oder ein zusätzliches Profil auf, um den Kolben 36 zu verzögern.
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Dies kann sein: ein nach unten verengter konischer Querschnitt; eingebettete Bremsstreben mit progressivem Bremseffekt durch Verengung; integrierte verformbare Profile oder Rippen 60 im unteren Bereich der Kammer 18, die in der Lage sind, die kinetische Energie des Kolbens 36 aufzunehmen, wie in 7 gezeigt. Zusätzliche Verformungselemente am Zylinderboden, beispielsweise in der Form eines Gummirings 62, könnten verwendet sein.
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Der Kolben 36 weist eine Vorrichtung auf, mit der er in der unteren Endstellung sicher gehalten werden kann - nach dem Auslösen der Zündung, dem Durchschneiden der Stromschiene 2 und dem Erreichen der unteren Endstellung (beispielsweise einen Verriegelungsansatz oder einen Haltevorsprung). Das Verriegelungsprofil kann auch aus den oben genannten progressiven Bremsstreben bestehen, die einen Haltevorsprung aufweisen, unter den der Kolben einschnappt.
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Die Kammer 18 weist eine Vorrichtung auf, mit der der Kolben 36 in der unteren Stellung nach dem Auslösen der Zündung, Zerschneiden der Stromschiene 2 und Erreichen der unteren Endstellung sicher gehalten werden kann (beispielsweise ein Profil, in das der Kolben einschnappt).
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Der untere Zylinder weist optional eine Entlastungsbohrung auf, durch die das während der Abwärtsbewegung des Kolbens 36 komprimierte Gas in den Filterbereich 61 oder nach außen ausströmen kann, und die so gestaltet oder verengt ist, dass das komprimierte Gas unter dem Kolben 36 zur Verzögerung und/oder Aufpralldämpfung genutzt wird.
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Die Länge der unteren Kammer 18 ist so ausgelegt, dass sie ausreicht, um den Lichtbogen zu unterbrechen und den Kolben 36 zu verzögern.
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Die Position und das Profil der Auslasskanäle 20 sind so ausgelegt, dass der Lichtbogen nach außerhalb „weggeblasen“ werden kann. Dies erfolgt gewöhnlich auf beiden Seiten direkt unter der Stromschiene über die Breite der Stromschiene 2. Die Auslassgänge können am Außenende verschlossen sein, wobei das Material der Wand am Ende so dünn sein muss, dass die Wand bei erhöhtem Druck aufbricht (Bruchstelle). Die Auslassgänge der unteren Kammer 18 können auch mit Filtermaterial 61, vorzugsweise aus Metall, gefüllt sein (1. Filterstufe), was in 5A gezeigt ist.
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Das Filtermaterial 61 unterhalb der Auslasskanäle 20 im unteren Zylinder besteht aus Metallstrukturen mit einer großen Oberfläche, sodass die heißen Gase durch das Metall besser gekühlt und deionisiert werden können. Dies verbessert auch die Lichtbogenlöschung. Die Dichte des Filtermaterials 61 in den Auslasskanälen 20 in der unteren Kammer
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Wie zuvor erwähnt, gibt es mehrere Maßnahmen zum Verzögern des Kolbens: Konische Form im Gehäuseunterteil, das sich nach unten von 18,3 mm unterhalb der Stromschiene auf 17,0 mm am Boden verengt. Dann beträgt der Durchmesser der Kolbenkante ungefähr 17,5 mm. Dies sollte ausreichen, um den Kolben nach dem Schuss zu klemmen. Abgerundete Ecken im unteren Zylinder des Gehäuseunterteils zum Verringern des Kerbeffekts („Bruchstellen“ während des harten Aufpralls des Kolbens). Bremshöcker am Boden zum Dämpfen des Kolbens (7). Diese Höcker sollten so ausgelegt sein, dass sie mit einer Verformung dem Kolben so viel kinetische Energie wie möglich entziehen. Sie können während des Spritzgusses des Gehäuseunterteils erzeugt werden.
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Abwandlungen der vorliegenden Erfindung sind im Lichte ihrer hier vorgesehenen Beschreibung möglich. Während bestimmte repräsentative Ausführungsformen und Einzelheiten zur Erläuterung des Gegenstands der Erfindung gezeigt sind, wird es Fachleuten augenscheinlich sein, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne vom Geltungsbereich des Gegenstands der Erfindung abzuweichen. Es versteht sich daher, dass Änderungen an den beschriebenen besonderen Ausführungsformen vorgenommen werden können, die innerhalb des vollen beabsichtigten Geltungsbereichs der Erfindung liegen, wie er durch die folgenden angefügten Ansprüche definiert ist.
