Die Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung, insbesondere für ein Fahrzeug, zum Verbinden oder Trennen von Abschnitten eines elektrischen Leiters mit einem elektromagnetischen Schaltelement. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Trennen eines Strompfades in einem elektrischen Leiter mit einer Sicherheitseinrichtung.The invention relates to a safety device, in particular for a vehicle, for connecting or disconnecting sections of an electrical conductor with an electromagnetic switching element. The invention further relates to a method for separating a current path in an electrical conductor with a safety device.
Aus dem Stand der Technik sind elektromagnetische Schaltelemente bekannt, mit Hilfe derer sich ein elektrischer Leiter bzw. Abschnitte eines solchen elektrischen Leiters verbinden oder trennen lassen, sodass entsprechend ein elektrischer Stromfluss durch den elektrischen Leiter bzw. dessen Abschnitte hergestellt bzw. aufrechterhalten werden oder unterbrochen bzw. getrennt werden kann. Derartige elektromagnetische Schaltelemente sind auch beispielsweise unter den Begrifflichkeiten „(elektromagnetischer) Schütz“ oder „(elektromagnetisches) Relais“ bekannt, mit denen sich entsprechend Strompfade schalten lassen. Derartige Schaltelemente müssen zum Schalten von Strompfaden in elektrischen Leitern naturgemäß umso robuster ausgelegt sein, je größer die elektrische Stromstärke und/oder elektrische Spannung ist, mit der die elektrischen Leiter beaufschlagt sind. Dabei kann es erforderlich sein, mit steigender elektrischen Stromstärke und/oder elektrischen Spannung einzelne Bauteile des elektromagnetischen Schaltelements, wie beispielsweise ein Elektromagnet oder ein mechanisches Federelement, wie z.B. eine Schraubenfeder, zum Öffnen oder Schließen des elektromagnetischen Schaltelements massiver bzw. größer und/oder schwerer auszulegen.Electromagnetic switching elements are known from the prior art, by means of which an electrical conductor or sections of such an electrical conductor can be connected or disconnected, so that an electrical current flow through the electrical conductor or its sections can be established or maintained or interrupted or interrupted can be separated. Such electromagnetic switching elements are also known, for example, under the terms “(electromagnetic) contactor” or “(electromagnetic) relay”, with which current paths can be switched accordingly. Such switching elements must of course be designed to be more robust for switching current paths in electrical conductors, the greater the electrical current and / or electrical voltage that is applied to the electrical conductors. It may be necessary, with increasing electrical current and / or electrical voltage, for individual components of the electromagnetic switching element, such as an electromagnet or a mechanical spring element, such as e.g. a coil spring, for opening or closing the electromagnetic switching element to be more solid or larger and / or heavier.
Für bekannte Fahrzeuge, insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeugen, werden Energiequellen, z.B. in Form von leistungsstarken Batterien bzw. Akkus, verwendet, welche einen elektrischen Leiter des Fahrzeugs, beispielsweise zum Antreiben des Fahrzeugs, mit sehr hohen Strömen und/oder Spannungen, beispielsweise 1250 Ampere und/oder 800 Volt, beaufschlagen. Bei einem Unfallszenario für ein solches Fahrzeug kann es erforderlich sein, in einer möglichst kurzen Zeit sehr hohe elektrische Ströme und/oder Spannungen entsprechend zu schalten, insbesondere abzuschalten bzw. zu trennen. Hierdurch soll vermieden werden, dass sich bei einem Unfall durch einen ungewollten Kurzschluss bzw. Massekontakt die Energiequelle (bzw. Batterie) unzulässig stark erhitzt. Anders ausgedrückt besteht in einem derartigen Fall der Bedarf, die Energiequelle von dem Rest des Fahrzeugs derart zu trennen, dass sich ein vorgenannter Kurzschluss nicht nachteilig ausbilden kann.For known vehicles, especially electric or hybrid vehicles, energy sources, e.g. in the form of powerful batteries or rechargeable batteries, which act on an electrical conductor of the vehicle, for example for driving the vehicle, with very high currents and / or voltages, for example 1250 amperes and / or 800 volts. In an accident scenario for such a vehicle, it may be necessary to switch very high electrical currents and / or voltages accordingly, in particular to switch it off or to separate it, in the shortest possible time. This is to prevent the energy source (or battery) from heating up excessively in the event of an accident due to an undesired short circuit or ground contact. In other words, in such a case there is a need to separate the energy source from the rest of the vehicle in such a way that the aforementioned short circuit cannot be disadvantageous.
Ein eingangs genanntes bekanntes elektromagnetisches Schaltelement, beispielsweise in Form eines elektromagnetischen Schützes oder Relais, kommt für den vorgenannten Anwendungsfall, nämlich Schalten von sehr hohen Strömen und/oder Spannungen, um eine Energiequelle von dem Rest des Fahrzeugs zu trennen, unter gewissen Umständen an seine Grenzen. Unter anderem ist damit gemeint, dass ein solches elektromagnetisches Schaltelement zum einen nachteilig sehr massiv, insbesondere sehr groß und/oder sehr schwer, für diese Anwendung auszulegen wäre. Zum anderen könnte auch die Schaltzeit, also die Zeit in welcher ein ordnungsgemäßes Verbinden oder Trennen eines elektrischen Leiters stattfindet, nachteilig zu lange sein. Eine derartige zu lange Schaltzeit hätte den Nachteil, dass sich bei der Trennung des elektrischen Leiters während eines Stromflusses ein in der Regel entstehender Lichtbogen zwischen zu trennenden Kontakten nicht schnell bzw. nicht schnell genug löschen lässt. Ein derartig nachteilig zu langsam gelöschter Lichtbogen könnte zu einem bekannten „Kleben“ des elektromagnetischen Schaltelements, insbesondere zu einer Verschweißung oder Mikroverschweißung der zu trennenden Kontakten, führen. Dadurch könnte der gewünschte Trennvorgang zusätzlich erschwert, im Extremfall sogar verhindert werden.A known electromagnetic switching element mentioned at the outset, for example in the form of an electromagnetic contactor or relay, reaches its limits under certain circumstances for the aforementioned application, namely switching very high currents and / or voltages in order to separate an energy source from the rest of the vehicle . Among other things, this means that such an electromagnetic switching element would on the one hand be disadvantageously very massive, in particular very large and / or very difficult, to be designed for this application. On the other hand, the switching time, that is to say the time in which an electrical conductor is properly connected or disconnected, could also be disadvantageously too long. Such a switching time that is too long would have the disadvantage that when the electrical conductor is disconnected while a current is flowing, an arc that generally arises between contacts to be disconnected cannot be extinguished quickly or quickly enough. Such an arcing, which is disadvantageously too slowly extinguished, could lead to known “sticking” of the electromagnetic switching element, in particular to welding or micro-welding of the contacts to be separated. This could make the desired separation process even more difficult, or even prevent it in extreme cases.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Sicherheitseinrichtung, insbesondere für ein Fahrzeug, zum Verbinden oder Trennen von Abschnitten eines elektrischen Leiters anzugeben, die zumindest einen der vorgenannten Nachteile überwindet bzw. reduziert, wobei insbesondere in einer möglichst kurzen Zeit sehr hohe elektrische Ströme und/oder Spannungen schaltbar sind.Against this background, it is an object of the present invention to provide a safety device, in particular for a vehicle, for connecting or disconnecting sections of an electrical conductor which overcomes or reduces at least one of the aforementioned disadvantages, in particular very high electrical ones in the shortest possible time Currents and / or voltages are switchable.
Zudem ist es Aufgabe der Erfindung ein weiterentwickeltes Verfahren zum Trennen eines Strompfades in einem elektrischen Leiter mit einer Sicherheitseinrichtung anzugeben, welches zumindest einen der vorgenannten Nachteile überwindet.It is also an object of the invention to provide a further developed method for separating a current path in an electrical conductor with a safety device, which overcomes at least one of the aforementioned disadvantages.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Hinblick auf die Sicherheitseinrichtung durch den Gegenstand des Patentanspruches 1 und im Hinblick auf das Verfahren durch den Gegenstand des Patentanspruches 10 gelöst.According to the invention, this object is achieved with regard to the safety device by the subject matter of patent claim 1 and with regard to the method by the subject matter of patent claim 10.
Zur Lösung der genannten Aufgaben sieht die Erfindung eine Sicherheitseinrichtung vor, insbesondere für ein Fahrzeug, zum Verbinden oder Trennen von Abschnitten eines elektrischen Leiters mit einem elektromagnetischen Schaltelement, wobei die Abschnitte des elektrischen Leiters in einem Ruhezustand der Sicherheitseinrichtung elektrisch leitend miteinander verbunden sind und bei Anliegen eines Trennsignals in einem Aktivierungszustand voneinander trennbar sind, um einen Stromfluss durch den Leiter zu unterbrechen, und wobei die Sicherheitseinrichtung ferner ein pyrotechnisches Stellglied aufweist, das ausgebildet ist, bei Anliegen des Trennsignals eine Trennung der Abschnitte des elektrischen Leiters zu unterstützen.To achieve the above-mentioned objects, the invention provides a safety device, in particular for a vehicle, for connecting or disconnecting sections of an electrical conductor to an electromagnetic switching element, the sections of the electrical conductor being electrically conductively connected to one another when the safety device is in an idle state and in the event of a concern of a separation signal in an activation state can be separated from one another in order to interrupt a current flow through the conductor, and wherein the safety device further comprises a pyrotechnic actuator which is designed when the Separation signal to support separation of the sections of the electrical conductor.
Indem die Sicherheitseinrichtung ein elektromagnetisches Schaltelement und zusätzlich ein pyrotechnisches Stellglied, das ausgebildet ist, bei Anliegen des Trennsignals eine Trennung der Abschnitte des elektrischen Leiters zu unterstützen, aufweist, kann zum einen die Sicherheitseinrichtung bei Anliegen des Trennsignals die Trennung des elektrischen Leiters bzw. die Trennung der Abschnitte des elektrischen Leiters effektiver, robuster und/oder zuverlässiger ausführen. Hierbei verstärken sich insbesondere die beiden Baugruppen, das elektromagnetische Schaltelement und das ein pyrotechnische Stellglied, bezüglich ihrer Wirkung, Schnelligkeit und Effektivität für die Trennung der Abschnitte des elektrischen Leiters. Insbesondere vermag das pyrotechnische Stellglied das elektromagnetische Schaltelement bei dessen Trennung der Abschnitte des elektrischen Leiters zu unterstützen, vorzugsweise bezüglich Schnelligkeit des Trennvorgangs. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Konstruktion ist, dass beide Baugruppen, das elektromagnetische Schaltelement und das pyrotechnische Stellglied, aber insbesondere das elektromagnetische Schaltelement bezüglich Gewicht, Größe und/oder Kosten vorteilhaft optimiert ausgelegt werden können, insbesondere derart, dass eine oder beide Baugruppen diesbezüglich wesentlich günstiger ausgelegt werden können im Vergleich zu einer Konstruktion, bei der lediglich nur eine der beiden Baugruppen vorhanden wäre bzw. für den Trennvorgang wirken könnte.
Unter dem Begriff „Ruhezustand der Sicherheitseinrichtung“ ist im Sinne der Erfindung zu verstehen, dass sich die Sicherheitseinrichtung Zustand für eine „normale“, „alltägliche“ bzw. länger andauernde Benutzungsphase befindet, wie es beispielsweise bei einem „normalen“ Fahrbetrieb eines Fahrzeugs, insbesondere Elektrofahrzeugs, das mit einer elektrischen Energiequelle betrieben wird, der Fall ist. Hierbei gewährleistet die Sicherheitseinrichtung einen elektrischen Stromfluss in bzw. über einen elektrischen Leiter, insbesondere in/über Abschnitte des elektrischen Leiters. Man kann hierbei auch von einem „geschlossenen Zustand“ der Sicherheitseinrichtung sprechen.
Weiters kann hier der Begriff „Trennsignal“ dahingehend verstanden werden, dass es sich insbesondere um ein elektrisches Signal handelt, welches von einem elektrischen Signalgeber, insbesondere einem Airbagsteuergerät, und/oder einem Sensor, insbesondere einem Crash-Sensor ausgelöst bzw. übermittelt wird, wenn ein Fall bzw. Zustand vorliegt, bei dem die Sicherheitseinrichtung aktiviert, also von ihrem Ruhezustand in einen Aktivierungszustand versetzt, werden soll. Beispielsweise kann dies bei einem Unfall eines Fahrzeugs, in welches die Sicherheitsvorrichtung eingebaut ist, der Fall sein.Since the safety device has an electromagnetic switching element and additionally a pyrotechnic actuator, which is designed to support separation of the sections of the electrical conductor when the separation signal is present, the safety device can separate the electrical conductor or the separation when the separation signal is present make the sections of the electrical conductor more effective, robust and / or reliable. In particular, the two assemblies, the electromagnetic switching element and the one pyrotechnic actuator, are reinforced with regard to their effect, speed and effectiveness for the separation of the sections of the electrical conductor. In particular, the pyrotechnic actuator can assist the electromagnetic switching element in separating the sections of the electrical conductor, preferably with regard to the speed of the separation process. A further advantage of the construction according to the invention is that both assemblies, the electromagnetic switching element and the pyrotechnic actuator, but in particular the electromagnetic switching element, can be advantageously optimized in terms of weight, size and / or cost, in particular in such a way that one or both assemblies are significantly cheaper in this regard can be designed in comparison to a construction in which only one of the two assemblies would be present or could act for the separation process.
The term “idle state of the safety device” is to be understood in the sense of the invention that the safety device is in a “normal”, “everyday” or longer-lasting use phase, as is the case, for example, in the “normal” driving mode of a vehicle, in particular Electric vehicle that is powered by an electrical energy source is the case. In this case, the safety device ensures an electrical current flow in or via an electrical conductor, in particular in / over sections of the electrical conductor. One can also speak of a “closed state” of the safety device.
Furthermore, the term “separation signal” can be understood to mean that it is in particular an electrical signal which is triggered or transmitted by an electrical signal transmitter, in particular an airbag control unit, and / or a sensor, in particular a crash sensor, if there is a case or state in which the safety device is to be activated, that is to say switched from its idle state to an activation state. For example, this can be the case in the event of an accident in a vehicle in which the safety device is installed.
Vorzugsweise ist das pyrotechnische Stellglied an das elektromagnetische Schaltelement gekoppelt, insbesondere darin integriert, wobei insbesondere das pyrotechnische Stellglied an einen Kontaktanker des elektromagnetischen Schaltelements angeordnet ist. Dabei kann das pyrotechnische Stellglied mittelbar oder unmittelbar an das elektromagnetische Schaltelement gekoppelt sein und/oder dieses kontaktieren oder auch einen, insbesondere geringen, Abstand dazu einnehmen. Vorzugsweise ist das pyrotechnische Stellglied dabei derart gegenüber dem elektromagnetischen Stellglied angeordnet, dass es nach seiner Aktivierung äußerst schnell und mit einem hohen Wirkungsgrad auf das elektromagnetische Schaltelement bzw. einem Teilbereich oder Unterbauteil dessen einwirken kann, um die Trennung der Abschnitte des elektrischen Leiters zu unterstützen. Eine Integration des pyrotechnischen Stellglieds in bzw. mit dem elektromagnetischen Schaltelement kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass das pyrotechnische Stellglied in bzw. an einem Gehäuse, insbesondere Außengehäuse, des elektromagnetischen Schaltelements angeordnet, insbesondere fest mit diesem verbunden, ist, oder auch, indem das pyrotechnische Stellglied innerhalb des Gehäuses, insbesondere in einer Unterbaugruppe, vorzugsweise an bzw. in einen Elektromagneten, des elektromagnetischen Schaltelements angeordnet bzw. gekoppelt ist. Eine derartige Anordnung bzw. Koppelung des pyrotechnischen Stellglieds zu dem elektromagnetischen Schaltelement hat den Vorteil, dass bei Aktivierung des pyrotechnischen Stellglieds dessen verstärkende Wirkung, insbesondere eine Kraft und/oder Beschleunigungsübertragung, auf das elektromagnetische Schaltelement mit höchster Effizienz und bestem Wirkungsgrad zu erreichen ist.The pyrotechnic actuator is preferably coupled to the electromagnetic switching element, in particular integrated therein, in particular the pyrotechnic actuator being arranged on a contact armature of the electromagnetic switching element. The pyrotechnic actuator can be indirectly or directly coupled to the electromagnetic switching element and / or contact it, or can also be at a particularly small distance from it. The pyrotechnic actuator is preferably arranged relative to the electromagnetic actuator in such a way that after it has been activated, it can act extremely quickly and with a high degree of efficiency on the electromagnetic switching element or on a partial area or sub-component thereof, in order to support the separation of the sections of the electrical conductor. Integration of the pyrotechnic actuator in or with the electromagnetic switching element can be achieved, for example, by the pyrotechnic actuator being arranged in or on a housing, in particular the outer housing, of the electromagnetic switching element, in particular firmly connected to it, or also by the fact that pyrotechnic actuator is arranged or coupled within the housing, in particular in a subassembly, preferably on or in an electromagnet, of the electromagnetic switching element. Such an arrangement or coupling of the pyrotechnic actuator to the electromagnetic switching element has the advantage that when the pyrotechnic actuator is activated, its reinforcing effect, in particular force and / or acceleration transmission, on the electromagnetic switching element can be achieved with the highest efficiency and best efficiency.
Insbesondere ist eine Trennbewegung des elektromagnetischen Schaltelementes, insbesondere eines/des Kontaktankers des Schaltelementes, zur Trennung der Abschnitte des elektrischen Leiters durch eine Aktivierung des pyrotechnischen Stellglieds verstärkbar und/oder beschleunigbar, um insbesondere eine Trennzeit von geringer als 5ms zu erreichen, wodurch sich ebenfalls vorgenannte Vorteile ergeben. Dabei kann der „Kontaktanker“ als Bauteil bzw. eine Unterbaugruppe des elektromagnetischen Schaltelements aufgefasst werden und insbesondere als ein Tauchanker ausgebildet sein, welcher zumindest bereichsweise, vorzugsweise mit einem Ankerschaft, in bzw. innerhalb einer Magnetspule eintauchbar bzw. einführbar ausgebildet ist. Der Ankerschaft kann auch als beweglicher Spulenkern der Magnetspule aufgefasst werden bzw. als ein solcher ausgebildet sein und insbesondere bei Stromfluss durch die Magnetspule in einer Haltestellung in der bzw. im Inneren der Magnetspule gehalten werden.In particular, a separating movement of the electromagnetic switching element, in particular of a / the contact armature of the switching element, for separating the sections of the electrical conductor can be amplified and / or accelerated by activating the pyrotechnic actuator, in particular to achieve a separation time of less than 5 ms, which also mentioned above Advantages. The “contact armature” can be understood as a component or a subassembly of the electromagnetic switching element and in particular can be designed as a plunger armature, which is designed to be immersible or insertable into or within a magnet coil at least in regions, preferably with an armature shaft. The armature shaft can also be understood as a movable coil core of the magnetic coil or can be designed as such and can be held in a holding position in or inside the magnetic coil, in particular when current flows through the magnetic coil.
Vorzugsweise weist das pyrotechnische Stellglied ein Gehäuse, insbesondere in Form eines Zylinders, ein darin bewegbares Stellelement, insbesondere in Form eines Kolbens, und einen pyrotechnisch-elektrischen Anzünder auf, wobei bei Anliegen des Trennsignals zur Trennung der Abschnitte das pyrotechnische Stellglied durch Auslösen des Anzünders aktivierbar und das Stellelement aus dem Gehäuse zumindest teilweise heraus bewegbar ist. Dabei kann der pyrotechnisch-elektrische Anzünder, der im Folgenden der Einfachheit halber nur als Anzünder bezeichnet wird, eine für sich bekannte vorgefertigte Einheit ausbilden, welche insbesondere zwei elektrisch leitende Kontaktmittel, insbesondere Kontaktstifte, aufweist, die mit einem elektrisch leitenden Mittel, insbesondere einem Brückendraht, verbunden sind, wobei an das elektrisch leitende Mittel ein pyrotechnisches Material angrenzen kann, welches nach außen hin durch ein äußeres Gehäuse des Anzünders, insbesondere eine Kappe, abgegrenzt sein kann. Dabei können die zwei elektrisch leitende Kontaktmittel an einen elektrischen Stecker angesteckt sein, welcher mit einer Energiequelle zur Auslösung des Anzünders verbunden sein kann. Im Falle des Anliegens des Trennsignals kann die Energiequelle ein geeignetes elektrisches Auslösesignal an den Anzünder übertragen, um diesen und damit das pyrotechnische Stellglied zu aktivieren bzw. auszulösen. Der Anzünder kann dabei derart an das pyrotechnische Stellglied bzw. an dessen Gehäuse bzw. Zylinder angeordnet sein, dass mit bzw. nach einer Aktivierung des Anzünders durch eine entsprechende Freisetzung von Energie aus einem Abbrand des pyrotechnischen Materials, insbesondere Gas das dabei freigesetzt wird, das bewegbare Stellelement bzw. der Kolben aus dem Zylinder bzw. Gehäuse zumindest teilweise herausgeschoben wird. Somit ist das pyrotechnische Stellglied insbesondere auch als eine pyrotechnisch antreibbares Kolben-Zylinder System aufzufassen, wobei nach/mit Aktivierung des Anzünders der Kolben aus dem Zylinder heraus bewegt bzw. geschoben werden kann. The pyrotechnic actuator preferably has a housing, in particular in the form of a cylinder, an actuating element movable therein, in particular in the form of a piston, and a pyrotechnic-electric igniter, wherein the pyrotechnic actuator can be activated by triggering the igniter when the separation signal is applied to separate the sections and the actuating element is at least partially movable out of the housing. In this case, the pyrotechnic-electric igniter, which for the sake of simplicity is referred to only as igniter, can form a prefabricated unit which is known per se and in particular has two electrically conductive contact means, in particular contact pins, which are connected to an electrically conductive means, in particular a bridging wire , are connected, wherein a pyrotechnic material can adjoin the electrically conductive means, which can be delimited to the outside by an outer housing of the igniter, in particular a cap. The two electrically conductive contact means can be plugged into an electrical connector, which can be connected to an energy source for triggering the igniter. If the isolation signal is present, the energy source can transmit a suitable electrical trigger signal to the igniter in order to activate or trigger it and thus the pyrotechnic actuator. The igniter can be arranged on the pyrotechnic actuator or on its housing or cylinder in such a way that with or after activation of the igniter by a corresponding release of energy from a combustion of the pyrotechnic material, in particular gas that is released, the movable control element or the piston is at least partially pushed out of the cylinder or housing. The pyrotechnic actuator is thus also to be understood in particular as a pyrotechnically drivable piston-cylinder system, the piston being able to be moved or pushed out of the cylinder after / with activation of the igniter.
Vorzugsweise ist das bewegbare Stellelement mit seiner Längsachse parallel, insbesondere konzentrisch, zu einer axialen Längserstreckung des Kontaktankers, insbesondere eines Ankerschafts des Kontaktankers, positioniert, wobei insbesondere die Längsachse des Stellelements und die axiale Längserstreckung des Kontaktankers parallel zu einer Öffnungsrichtung des Schaltelementes ausgerichtet sind. Eine derartige Konstruktion ist besonders effizient und kann im Aktivierungszustand der Sicherheitseinrichtung eine Übertragung eines Kraftimpulses von dem bewegbaren Stellelement auf den Kontaktanker besonders wirksam durchführen bzw. die Trennung der Abschnitte des elektrischen Leiters besonders effizient unterstützen, da hierdurch alle oder zumindest die meisten daran beteiligten Bauteile mit ihren jeweilig entsprechenden Richtungen bei einer entsprechenden Kraftübertragung bzw. Kraftunterstützung quasi gleichgeschaltet sind, oder anders ausgedrückt die relevanten Kraftrichtungen im Wesentlichen in dieselbe Richtung wirken können. Konkret kann dies bedeuten, dass im Aktivierungszustand das bewegbare Stellelement den Kontaktanker in Richtung dessen Längserstreckung anschiebt bzw. dessen Bewegung impulsartig in Öffnungsrichtung des Schaltelements verstärkt.The movable adjusting element is preferably positioned with its longitudinal axis parallel, in particular concentric, to an axial longitudinal extent of the contact armature, in particular an anchor shaft of the contact armature, in particular the longitudinal axis of the adjusting element and the axial longitudinal extent of the contact armature being aligned parallel to an opening direction of the switching element. Such a construction is particularly efficient and, when the safety device is activated, can transmit a force pulse from the movable actuating element to the contact armature particularly effectively or can support the separation of the sections of the electrical conductor particularly efficiently, since all or at least most of the components involved are thereby involved their respective corresponding directions with a corresponding power transmission or power support are virtually switched, or in other words the relevant directions of force can act essentially in the same direction. Specifically, this can mean that, in the activated state, the movable actuating element pushes the contact armature in the direction of its longitudinal extension or reinforces its movement in a pulsed manner in the opening direction of the switching element.
Insbesondere kann dabei der bzw. ein Kontaktanker des elektromagnetischen Schaltelementes, insbesondere ein Ankerschaft des Kontaktankers, bei Aktivierung des pyrotechnischen Stellglieds, insbesondere mittels des bewegbaren Stellelements, in Richtung Öffnungsrichtung antreibbar sein, um insbesondere eine in derselben Richtung wirkende Federkraft eines vorgespannten Federelements des Schaltelementes zur Trennung der Abschnitte zu unterstützen oder dieser entgegenzuwirken. Dabei kann das elektromagnetische Schaltelement ein Federelement, insbesondere in Form einer kompressiblen Schraubenfeder bzw. Spiralfeder, aufweisen, welches im Auslösefall die Trennung der Abschnitte des elektrischen Leiters bewirkt bzw. unterstützt, indem im Ruhezustand der Kontaktanker mittels elektromagnetischer Kraft in einer Position gehalten wird, in der er das Federelement vorspannt und im Aktivierungszustand das elektromagnetische Schaltelement, insbesondere eine Magnetspule davon, stromlos geschalten wird, wodurch der Kontaktanker nicht mehr durch elektromagnetische Kraft in seiner Position gehalten wird und demzufolge das vorgespannte Federelement sich in Öffnungsrichtung des elektromagnetischen Schaltelementes entspannen bzw. ausdehnen kann.
Alternativ dazu bzw. entsprechend umgekehrt kann der Kontaktanker, wenn er als ein Permanentmagnet ausgebildet ist, auch der Federkraft des vorgespannten Federelements bei Aktivierung des pyrotechnischen Stellglieds entgegenwirken, wenn im Ruhezustand der Sicherheitseinrichtung der Kontaktanker mittels der Federkraft des vorgespannten Federelements in einem geschlossenen Zustand der Sicherheitseinrichtung in Position gehalten wird und dann im Aktivierungszustand aus der Magnetspule heraus bewegt wird und demzufolge entgegen der Federkraft des Federelements bewegt werden muss. In diesem Fall bietet sich eine Einrastvorrichtung für den Kontaktanker in der geöffneten Stellung an, also dem Zustand nach Aktivierung des pyrotechnischen Stellglieds, damit der Kontaktanker nicht ungewollt durch das Federelement in einen Schließzustand zurückgedrückt wird.In particular, the or an contact armature of the electromagnetic switching element, in particular an armature shaft of the contact armature, can be driven in the direction of the opening direction when the pyrotechnic actuator is activated, in particular by means of the movable actuating element, in order in particular to provide a spring force of a prestressed spring element of the switching element that acts in the same direction Support or counteract separation of the sections. The electromagnetic switching element can have a spring element, in particular in the form of a compressible coil spring or spiral spring, which, in the event of tripping, brings about or supports the separation of the sections of the electrical conductor by holding the contact armature in one position in the idle state by means of electromagnetic force which he prestresses the spring element and in the activation state the electromagnetic switching element, in particular a solenoid thereof, is de-energized, as a result of which the contact armature is no longer held in position by electromagnetic force and consequently the prestressed spring element can relax or expand in the opening direction of the electromagnetic switching element .
As an alternative to this, or vice versa, the contact anchor, if it is designed as a permanent magnet, can also counteract the spring force of the pretensioned spring element when the pyrotechnic actuator is activated, if, in the idle state of the safety device, the contact anchor by means of the spring force of the pretensioned spring element in a closed state of the safety device is held in position and then moved out of the magnet coil in the activated state and consequently must be moved against the spring force of the spring element. In this case, a latching device for the contact armature is appropriate in the open position, that is to say the state after activation of the pyrotechnic actuator, so that the contact armature is not inadvertently pressed back into a closed state by the spring element.
Vorzugsweise kann das bewegbare Stellelement des pyrotechnischen Stellgliedes von einem Teilbereich des Kontaktankers, insbesondere einem/dem Ankerschaft, gebildet sein. Hierbei wird vorteilhaft mindestens ein Bauteil eingespart, indem quasi ein Teilbereich des Kontaktankers, insbesondere dessen Ankerschaft, mit dem bewegbaren Stellelement quasi einstückig „verschmolzen“ bzw. konstruktionstechnisch „zusammengelegt“ wird. Dabei kann vorteilhaft der Teilbereich des Kontaktankers direkt bzw. unmittelbar von dem pyrotechnischen Stellglied angetrieben werden. Hier übernimmt also der Teilbereich des Kontaktankers bzw. dessen Ankerschaft die Funktion des bewegbaren Kolbens, welcher aus dem Gehäuse bzw. Zylinder des pyrotechnischen Stellglieds aufgrund einer Aktivierung des Anzünders herausbewegt wird.The movable actuating element of the pyrotechnic actuator can preferably be formed by a partial area of the contact armature, in particular one / the armature shaft. In this case, at least one component is advantageously saved by quasi a partial area of the contact armature, in particular its armature shaft, is “fused” with the movable actuating element in one piece or “folded” in terms of construction. The partial area of the contact armature can advantageously be driven directly or directly by the pyrotechnic actuator. Here, therefore, the portion of the contact armature or its armature shaft takes over the function of the movable piston, which is moved out of the housing or cylinder of the pyrotechnic actuator due to activation of the igniter.
Vorteilhaft kann das pyrotechnische Stellglied in einen Elektromagneten des elektromagnetischen Schaltelementes integriert sein. Insbesondere kann dabei der Großteil, vorzugsweise das Gehäuse und das bewegbare Stellelement des pyrotechnischen Stellglieds von einer Magnetspule des Elektromagneten umgeben sein und/oder zumindest zum großen Teil im Inneren des Elektromagneten positioniert sein, wodurch eine äußerst kurz bauenden, kompakte Bauart der Sicherheitseinrichtung erreicht wird.The pyrotechnic actuator can advantageously be integrated in an electromagnet of the electromagnetic switching element. In particular, the major part, preferably the housing and the movable adjusting element of the pyrotechnic actuator can be surrounded by a magnet coil of the electromagnet and / or at least for the most part positioned inside the electromagnet, whereby an extremely short, compact design of the safety device is achieved.
In einer Ausführungsform ist es möglich, dass das bewegbare Stellelement mit seiner Längsachse in einem Winkel von O° bis 180°, insbesondere im Wesentlichen senkrecht, zu einer axialen Längserstreckung des Kontaktankers, insbesondere eines Ankerschafts des Kontaktankers, positioniert ist, um die Abschnitte des elektrischen Leiters mittels des Stellelements zu trennen. Durch diese Konstruktion kann insbesondere die axiale Baulänge der Sicherheitseinrichtung reduziert werden und eine kompakte Baugröße erreicht bzw. dorthin optimiert werden. Vorzugsweise ist dabei ein Keilelement aus elektrisch isolierenden Material mittels des bewegbaren Stellelements antreibbar oder das bewegbare Stellelement ist als ein solches Keilelement ausgebildet, wobei das Keilelement zwischen Kontaktelementen der Abschnitte des elektrischen Leiters verschiebbar ist, um einen Stromfluss zwischen den Kontaktelementen zu unterbrechen. Bei einer derartigen Konstruktion kann unterstützend zu einer Öffnungsbewegung des Kontaktankers in Öffnungsrichtung des Schaltelementes in einer Richtung quer dazu, insbesondere rechtwinklig dazu, das Keilelement zwischen die Kontaktelemente, welche auch von aktivierten Kontaktanker zu trennen sind, eingeschoben bzw. dazwischen keilartige eingetrieben werden, um so den Trennvorgang des elektromagnetischen Schaltelements bzw. des Kontaktankers zu verstärken bzw. zu beschleunigen. Insbesondere verhindert dabei das zwischen die zu trennenden Kontaktelemente eingeschobene Keilelement das eingangs genannte „Kleben“ des elektromagnetischen Schaltelements bzw. es wird eine Mikroverschweißung der zu trennenden Kontaktelemente durch das eingeschobene Keilelement vorteilhaft mechanisch verhindert. Indem das bewegbare Stellelement als Keilelement ausgebildet sein kann wird vorteilhaft ein Bauteil eingespart und das pyrotechnische Stellglied kann kürzer gebaut werden, da bereits ein Teilbereich des Keilelements in das Innere des pyrotechnische Stellglieds im Ruhezustand positioniert bzw. dorthin eingeschoben gelagert werden kann.In one embodiment, it is possible for the movable actuating element to be positioned with its longitudinal axis at an angle of 0 ° to 180 °, in particular essentially perpendicular, to an axial longitudinal extension of the contact armature, in particular an armature shaft of the contact armature, around the sections of the electrical Separate the conductor using the actuator. This construction in particular allows the axial length of the safety device to be reduced and a compact size to be achieved or optimized there. A wedge element made of electrically insulating material is preferably drivable by means of the movable adjusting element or the movable adjusting element is designed as such a wedge element, the wedge element being displaceable between contact elements of the sections of the electrical conductor in order to interrupt a current flow between the contact elements. With such a construction, in support of an opening movement of the contact armature in the opening direction of the switching element in a direction transverse to it, in particular at right angles to it, the wedge element can be inserted between the contact elements, which are also to be separated from activated contact anchors, or can be driven in between in a wedge-like manner to intensify or accelerate the separation process of the electromagnetic switching element or the contact armature. In particular, the wedge element inserted between the contact elements to be separated prevents the “switching” of the electromagnetic switching element mentioned at the outset, or micro-welding of the contact elements to be separated is advantageously mechanically prevented by the inserted wedge element. Since the movable control element can be designed as a wedge element, a component is advantageously saved and the pyrotechnic actuator can be made shorter, since a partial area of the wedge element can already be positioned in the interior of the pyrotechnic actuator in the idle state or can be inserted there.
Ein weiterer nebengeordneter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen eines Strompfades in einem elektrischen Leiter mit einer Sicherheitseinrichtung, insbesondere mit einer zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung, mit den folgenden Schritten:
- a) Empfangen eines Trennsignals von einem elektrischen Signalgeber, insbesondere einem Airbagsteuergerät, und/oder einem Sensor, insbesondere einem Crash-Sensor;
- b) Ansteuerung eines elektromagnetischen Schaltelementes durch das Trennsignal, Aktivierung des elektromagnetischen Schaltelementes und dadurch Trennung von Abschnitten des elektrischen Leiters zur Unterbrechung eines Stromflusses durch den elektrischen Leiter, und
- c) Aktivierung eines pyrotechnischen Stellglieds, im Wesentlichen gleichzeitig zu Schritt b), und dadurch Unterstützung, insbesondere Verstärkung und/oder Beschleunigung, der Trennung der Abschnitte des elektrischen Leiters.
Indem das pyrotechnische Stellglied aktiviert wird kann das elektromagnetische Schaltelement vorteilhaft schnell bzw. beschleunigt bei der Trennung der Abschnitte des elektrischen Leiters unterstützt werden, sodass sich insgesamt eine robuste und zuverlässige Trennung durch die Sicherheitseinrichtung gewährleisten lässt.Another secondary aspect of the invention relates to a method for separating a current path in an electrical conductor with a safety device, in particular with a previously described safety device according to the invention, with the following steps: - a) receiving a separation signal from an electrical signal transmitter, in particular an airbag control unit, and / or a sensor, in particular a crash sensor;
- b) control of an electromagnetic switching element by the separation signal, activation of the electromagnetic switching element and thereby separation of sections of the electrical conductor for interrupting a current flow through the electrical conductor, and
- c) activation of a pyrotechnic actuator, essentially simultaneously with step b), and thereby support, in particular amplification and / or acceleration, of the separation of the sections of the electrical conductor.
By activating the pyrotechnic actuator, the electromagnetic switching element can advantageously be supported quickly or accelerated in the separation of the sections of the electrical conductor, so that overall a robust and reliable separation can be ensured by the safety device.
Insbesondere kann dabei im Schritt eine Trennbewegung eines Kontaktankers des elektromagnetischen Schaltelementes in eine Öffnungsrichtung durchgeführt werden, und im Schritt c) ein bewegbares Stellelement des pyrotechnischen Stellglieds aus einem Gehäuse des pyrotechnischen Stellglieds herausbewegt werden, auf einen Bereich des Kontaktankers treffen und die Trennbewegung des Kontaktankers unterstützend den Kontaktanker in die Öffnungsrichtung schieben. Hierbei stellt die Bewegung bzw. eine entsprechende Beschleunigung des bewegbares Stellelement des pyrotechnischen Stellglieds sozusagen einen zusätzlichen Antrieb für den Kontaktanker dar, welcher durch eine Übertragung eines Bewegungsimpulses des Stellelements in seiner Trennbewegung unterstützt bzw. unterstützend mit angetrieben wird.In particular, a separation movement of a contact armature of the electromagnetic switching element in an opening direction can be carried out in the step, and in the step c ) a movable actuating element of the pyrotechnic actuator is moved out of a housing of the pyrotechnic actuator, strikes an area of the contact armature and, in support of the separating movement of the contact armature, push the contact armature in the opening direction. Here, the movement or a corresponding acceleration of the movable actuating element of the pyrotechnic actuator represents, so to speak, an additional drive for the contact armature, which is supported or assisted in its separating movement by transmission of a movement pulse of the actuating element.
Alternativ dazu kann im Schritt c) ein bewegbares Stellelement des pyrotechnischen Stellglieds unmittelbar als der Kontaktanker ausgeführt sein und damit selbst die Trennbewegung des Kontaktankers durchführen. Hierbei kann das bewegbare Stellelement des pyrotechnischen Stellgliedes insbesondere als Ankerschaft des Kontaktankers ausgebildet sein. Folglich kann hierbei zusätzlich zu einer elektromagnetisch angetriebenen Bewegung des Kontaktankers als quasi Addition eine pyrotechnisch angetriebene Bewegung des Kontaktankers hinzugefügt bzw. an dem einen Bauteil Kontaktanker/bewegbares Stellelement angewandt werden. Eine Bewegung bzw. eine Hubbewegung zur Trennung der Abschnitte des elektrischen Leiters wird damit wesentlich effektiver, robuster und schneller ausgeführt, im Vergleich zu nur einer der vorgenannten Bewegungsarten.Alternatively, in step c ) a movable control element of the pyrotechnic actuator can be designed directly as the contact anchor and to perform the separation movement of the contact anchor itself. Here, the movable control element of the pyrotechnic actuator can be designed in particular as an anchor shaft of the contact anchor. Consequently, in addition to an electromagnetically driven movement of the contact armature, a pyrotechnically driven movement of the contact armature can be added as a quasi addition or applied to the one contact armature / movable actuating element. A movement or a lifting movement for separating the sections of the electrical conductor is thus carried out much more effectively, robustly and quickly, compared to only one of the aforementioned types of movement.
Insbesondere ist es möglich, dass im Schritt b) eine Trennbewegung eines Kontaktankers des elektromagnetischen Schaltelementes in eine Öffnungsrichtung durchgeführt wird, und im Schritt c) mittels des pyrotechnischen Stellglieds ein Keilelement aus elektrisch isolierenden Material in einem Winkel von O° bis 180°, insbesondere im Wesentlichen senkrecht, zu der Öffnungsrichtung zwischen Kontaktelementen der Abschnitte bewegt wird und damit ein Stromfluss zwischen den Kontaktelementen unterbrochen wird. Es ergeben sich dadurch vergleichbar ähnliche Vorteile, wie sie bereits weiter oben in Bezug auf die Sicherheitseinrichtung mit einem entsprechenden Keilelement beschrieben sind. Insbesondere kann das Keilelement zwischen die Kontaktelemente eingeschoben bzw. dazwischen keilartig eingetrieben werden, um so den Trennvorgang eines elektromagnetischen Schaltelements bzw. des Kontaktankers zu verstärken bzw. zu beschleunigen. Vorteilhaft kann dabei ein sogenanntes „Kleben“ des elektromagnetischen Schaltelements bzw. eine Mikroverschweißung der zu trennenden Kontaktelemente beim Trennungsvorgang mechanisch verhindert werden.In particular, it is possible that in step b ) a separating movement of a contact armature of the electromagnetic switching element is carried out in an opening direction, and in the step c ) by means of the pyrotechnic actuator, a wedge element made of electrically insulating material is moved at an angle of 0 ° to 180 °, in particular essentially perpendicular, to the opening direction between contact elements of the sections and thus a current flow between the contact elements is interrupted. This results in advantages similar to those described above with regard to the safety device with a corresponding wedge element. In particular, the wedge element can be inserted between the contact elements or driven in between in a wedge-like manner, so as to reinforce or accelerate the separation process of an electromagnetic switching element or the contact armature. So-called “sticking” of the electromagnetic switching element or micro-welding of the contact elements to be separated can advantageously be prevented mechanically during the separation process.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten, schematischen Figuren näher erläutert:The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment with reference to the attached schematic figures:
Darin zeigen:
- 1a eine schematische Schnittansicht durch ein aus dem Stand der Technik bekanntes elektromagnetisches Schaltelement in einem Ruhezustand mit einem geschlossenen elektrischen Leiter;
- 1b das elektromagnetische Schaltelement wie es aus der 1a bekannt ist, jedoch in einem Aktivierungszustand mit einem getrennten elektrischen Leiter;
- 2a - 2b eine schematische Schnittansicht durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung im Ruhezustand (2a) und im Aktivierungszustand (2b);
- 3a - 3b eine schematische Schnittansicht durch eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung im Ruhezustand (3a) und im Aktivierungszustand (3b);
- 4a - 4b eine schematische Schnittansicht durch eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung im Ruhezustand (4a) und im Aktivierungszustand (4b),
- 5a - 5b eine schematische Schnittansicht durch eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung im Ruhezustand (5a) und im Aktivierungszustand (5b); und
- 6a - 6b eine schematische Schnittansicht durch eine fünfte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung im Ruhezustand (6a) und im Aktivierungszustand (6b).
In it show: - 1a a schematic sectional view through a known from the prior art electromagnetic switching element in an idle state with a closed electrical conductor;
- 1b the electromagnetic switching element as it from the 1a is known, but in an activation state with a separate electrical conductor;
- 2a - 2 B a schematic sectional view through a first embodiment of a safety device according to the invention in the idle state ( 2a ) and in the activation state ( 2 B );
- 3a - 3b a schematic sectional view through a second embodiment of a safety device according to the invention in the idle state ( 3a ) and in the activation state ( 3b );
- 4a - 4b a schematic sectional view through a third embodiment of a safety device according to the invention in the idle state ( 4a ) and in the activation state ( 4b ),
- 5a - 5b a schematic sectional view through a fourth embodiment of a safety device according to the invention in the idle state ( 5a ) and in the activation state ( 5b ); and
- 6a - 6b a schematic sectional view through a fifth embodiment of a safety device according to the invention in the idle state ( 6a ) and in the activation state ( 6b ).
Im Folgenden werden für gleiche und gleichwirkende Bauteile dieselben Bezugsziffern verwendet.In the following, the same reference numerals are used for identical and equivalent components.
1a zeigt eine schematische Schnittansicht durch ein elektromagnetisches Schaltelement (30), wie es aus dem Stand der Technik, beispielsweise in Form eines Relais oder Schützes, bekannt ist. Das dort dargestellte Schaltelement (30) zeigt einen Ruhezustand bzw. geschlossenen Zustand, in dem ein elektrischer Stromfluss durch einen elektrischen Leiter (10) möglich ist bzw. stattfinden kann. Der elektrische Leiter (10) weist drei Abschnitte (12) auf, welche jeweils elektrisch leitende Kontaktelemente (20, 22, 24, 26) haben, über die sie zueinander in elektrisch leitenden Kontakt gebracht sind. Wie in 2 dargestellt, kann bei einer Beabstandung der Abschnitte (12) und damit einer Beabstandung der leitenden Kontaktelemente (20, 22, 24, 26) der elektrische Leiter (10) derart unterbrochen werden, dass der elektrische Stromfluss entsprechend auch unterbrochen ist. Der in 1a dargestellte elektrische Leiter (10) mit seinen Abschnitten (12) kann als Teil eines umfangreicheren (nicht dargestellten) elektrischen Leiters bzw. stromführenden Systems, beispielsweise eines elektrischen Verbrauchers (nicht dargestellt), verstanden werden. In 1a sind die Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) skizzenhaft in einen symbolischen Rahmen, der mit dem Bezugszeichen (30) versehen ist, eingezeichnet. Dieser Rahmen kann beispielsweise ein Gehäuse des elektromagnetischen Schaltelements (30) darstellen, in dem die Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) integriert bzw. angebunden sind. Das bekannte elektromagnetische Schaltelement (30) hat die Aufgabe, einen elektrischen Stromfluss durch einen elektrischen Leiter (10) in dem Ruhezustand (1a) zu ermöglichen und bei Anliegen bzw. Übermittlung eines Trennsignals den elektrischen Stromfluss zu unterbrechen und den elektrischen Leiter (10) zu trennen, indem Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) für einen Aktivierungszustand entsprechend beabstandet werden (1b). Im Detail ist dies wie folgt bekannt. Das elektromagnetische Schaltelement (30) hat neben den leitenden Kontaktelementen, die konkret als ein erstes Kontaktelement (20), ein zweites Kontaktelement (22), ein drittes Kontaktelement (24) und ein viertes Kontaktelement (26) ausgebildet sind, einen Elektromagneten (31), der als Baugruppe eine Grundplatte (39), ein mit der Grundplatte (39) fest verbundenes Endstück (38) und eine Magnetspule (34), aufweist. Im Innenbereich der Magnetspule (34) ist dabei ein Ankerschaft (37) eines Kontaktankers (36) positioniert. Als Kontaktanker (36) ist hier, wie in 1a skizziert, eine Baueinheit umfassend den Ankerschaft (37) und den mittleren Abschnitt (12) der dargestellten drei Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) zu verstehen, wobei der Ankerschaft (37) fest mit dem mittleren Abschnitt (12) verbunden ist. Konkret ist dabei der mittlere Abschnitt (12) derjenige Abschnitt, welcher das erste und das zweite Kontaktelement (20, 22) aufweist und im Aktivierungszustand von den anderen beiden Abschnitten (12) beabstandet bzw. getrennt werden kann, wie in 1b ersichtlich.
In anderen Worten ausgedrückt wird hier im Sinne vorliegenden Erfindung der Kontaktanker (36) als eine Baugruppe von Ankerschaft (37) und des mittleren Abschnitts (12) des elektrischen Leiters (10) aufgefasst. Demnach ist der Ankerschaft (37) und damit auch der Kontaktanker (36) als ein bekannter Tauchanker ausgebildet, welcher im Innenbereich der Magnetspule (34) gelagert ist bzw. zumindest bereichsweise dort von dieser umgeben ist.
Ein Federelement (40), vorzugsweise in Form einer Schraubenfeder, das entlang seiner Längsachse komprimierbar ist, ist entsprechend komprimiert bzw. vorgespannt eingebaut zwischen dem Kontaktanker (36), insbesondere dessen Abschnitt (12), und dem Elektromagneten (31), insbesondere der Oberseite dessen Magnetspule (34), die der Grundplatte (39) gegenüber liegt.
Weiters ist in den 1a, 1b lediglich skizzenhaft eine elektrische Stromversorgung bzw. ein elektrischer Stromanschluss für den Elektromagneten (31) bzw. für dessen Betätigung wie folgt dargestellt. Eine Stromquelle (95) ist über einen Schalter (90) durch elektrische Zuleitungen, die durch einfache Linien, ausgehend von der Stromquelle (95), dargestellt sind, mit dem Elektromagneten (31) verbunden, insbesondere an dessen Magnetspule (34) angeschlossen. 1a shows a schematic sectional view through an electromagnetic switching element ( 30th ), as is known from the prior art, for example in the form of a relay or contactor. The switching element shown there ( 30th ) shows an idle state or closed state in which an electrical current flows through an electrical conductor ( 10th ) is possible or can take place. The electrical conductor ( 10th ) has three sections ( 12 ), which each have electrically conductive contact elements ( 20th , 22 , 24th , 26 ) through which they are brought into electrically conductive contact with one another. As in 2nd shown, if the sections ( 12 ) and thus a spacing of the conductive contact elements ( 20th , 22 , 24th , 26 ) the electrical conductor ( 10th ) are interrupted in such a way that the electrical current flow is also interrupted accordingly. The in 1a illustrated electrical conductor ( 10th ) with its sections ( 12 ) can be understood as part of a more extensive (not shown) electrical conductor or current-carrying system, for example an electrical consumer (not shown). In 1a are the sections ( 12 ) of the electrical conductor ( 10th ) sketchy in a symbolic frame, which with the reference symbol ( 30th ) is provided. This frame can, for example, be a housing of the electromagnetic switching element ( 30th ) in which the sections ( 12 ) of the electrical conductor ( 10th ) are integrated or connected. The well-known electromagnetic switching element ( 30th ) has the task of an electrical current flow through an electrical conductor ( 10th ) in the idle state ( 1a ) enable and with concerns or transmission of a separation signal to interrupt the electrical current flow and the electrical conductor ( 10th ) by separating sections ( 12 ) of the electrical conductor ( 10th ) are appropriately spaced for an activation state ( 1b) . This is known in detail as follows. The electromagnetic switching element ( 30th ) has in addition to the conductive contact elements, which are specifically used as a first contact element ( 20th ), a second contact element ( 22 ), a third contact element ( 24th ) and a fourth contact element ( 26 ) are designed, an electromagnet ( 31 ) which, as an assembly, a base plate ( 39 ), one with the base plate ( 39 ) firmly connected end piece ( 38 ) and a magnetic coil ( 34 ), having. Inside the magnetic coil ( 34 ) is an anchor ( 37 ) a contact anchor ( 36 ) positioned. As a contact anchor ( 36 ) is here, as in 1a outlines a structural unit comprising the anchor shaft ( 37 ) and the middle section ( 12 ) of the three sections shown ( 12 ) of the electrical conductor ( 10th ) to understand, with the anchorage ( 37 ) firmly with the middle section ( 12 ) connected is. The middle section is concrete ( 12 ) the section which the first and the second contact element ( 20th , 22 ) and when activated from the other two sections ( 12 ) can be spaced or separated, as in 1b evident.
In other words, in the sense of the present invention, the contact anchor ( 36 ) as an assembly of anchorage ( 37 ) and the middle section ( 12 ) of the electrical conductor ( 10th ) understood. Accordingly, the anchorage ( 37 ) and thus also the contact anchor ( 36 ) designed as a known plunger anchor, which is located in the interior of the solenoid ( 34 ) is stored or at least partially surrounded by it.
A spring element ( 40 ), preferably in the form of a helical spring, which can be compressed along its longitudinal axis, is suitably compressed or preloaded between the contact anchor ( 36 ), especially its section ( 12 ), and the electromagnet ( 31 ), especially the top of its magnetic coil ( 34 ) of the base plate ( 39 ) is opposite.
Furthermore, in the 1a , 1b merely an electrical power supply or an electrical power connection for the electromagnet ( 31 ) or for its operation as shown below. A power source ( 95 ) is via a switch ( 90 ) by means of electrical supply lines, which are represented by simple lines starting from the power source ( 95 ), are shown with the electromagnet ( 31 ) connected, especially to its magnetic coil ( 34 ) connected.
1a zeigt den Ruhezustand bzw. geschlossenen Zustand des elektromagnetischen Schaltelements (30), bei dem der Schalter (90) geschlossen ist und somit mittels der Stromquelle (95) die Magnetspule (34) entsprechend bestromt bzw. angeregt und aktiviert ist, derart dass der Kontaktanker (36) in Schließrichtung (S) bewegt wird bzw. gehalten wird, insbesondere auf Anschlag an dem Endstück (38) positioniert ist. Durch derartige elektromagnetische Kraft wird also der Kontaktanker (36) in Schließrichtung (S) gehalten und kann die Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) elektrisch über die jeweiligen Kontaktelemente (20, 22, 24, 26) verbinden, wobei die mechanische Federkraft des vorgespannten Federelements (40) überwunden werden muss bzw. der elektromagnetischen Kraft entgegensteht. In anderen Worten muss in der dargestellten Ruhestellung (1a) die elektromagnetische Kraft des Elektromagneten (31) derart groß sein, dass zum einen die mechanische Gegenkraft des vorgespannten Federelements (40) überwunden wird und zusätzlich eine ausreichend hohe Haltekraft in Schließrichtung (S) auf den Kontaktanker (36) ausgeübt wird, um einen Stromfluss durch alle Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) zuverlässig zu gewährleisten. Liegt nun ein Trennsignal an (nicht dargestellt), um den elektrischen Stromfluss durch alle Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) zu unterbrechen, muss das elektromagnetische Schaltelement in seinen Aktivierungszustand gebracht werden, um die Abschnitte (12) entsprechend zu beabstanden, wie in 1b dargestellt. Dies wird dadurch erreicht, dass der Schalter (90) geöffnet wird bzw. ist (1b) und die Magnetspule (34) dadurch stromlos geschalten wird, wodurch die elektromagnetische Kraft, welche den Kontaktanker (36) in Position hält (1a), quasi abgeschaltet wird bzw. nicht mehr wirkt bzw. nicht mehr vorhanden ist. Dementsprechend wirkt auf den Kontaktanker (36) nur noch die mechanische Federkraft des vorgespannten Federelements (40), wodurch der Kontaktanker (36) in Richtung Öffnungsrichtung (O) gedrückt wird bzw. ist, wie in 1b dargestellt. Dadurch werden bzw. sind die Abschnitte (12) voneinander beabstandet bzw. werden voneinander getrennt, sodass kein elektrischer Stromfluss durch den elektrischen Leiter (10) über die Kontaktelemente (20, 22, 24, 26) mehr möglich ist. Anders ausgedrückt wird (nach 1b) durch das Stromlosschalten des Elektromagneten (31) bzw. dessen Magnetspule (34) über ein Öffnen des Schalters (90) das elektromagnetische Schaltelement (30) von einem Ruhezustand, in dem ein elektrischer Stromfluss über die Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) möglich ist, in einen Aktivierungszustand versetzt, bei dem der elektrische Leiter (10) bzw. ein Stromfluss durch den elektrischen Leiter (10) unterbrochen ist.
In den 1a, 1b ist bei dem bekannten elektromagnetischen Schaltelement (30) eine Löschkammer (80) lediglich skizzenhaft dargestellt. Eine derartige Löschkammer (80) ist ebenfalls bekannt und dient zum Löschen eines Lichtbogens, der naturgemäß bei einer Trennung von stromdurchflossenen Leitern auftreten kann, wodurch nachteilige elektrische Kurzschlüsse vermieden werden können. Gegebenenfalls kann eine solche Löschkammer (80) auch einen oder mehrere Lichtbögen zumindest abschwächen, sodass kein nachteiliger Kurzschlusseffekt eintritt. 1a shows the idle state or closed state of the electromagnetic switching element ( 30th ) where the switch ( 90 ) is closed and thus by means of the power source ( 95 ) the magnetic coil ( 34 ) is energized or excited and activated accordingly, such that the contact armature ( 36 ) in the closing direction ( S ) is moved or held, especially when it stops on the end piece ( 38 ) is positioned. The contact armature ( 36 ) in the closing direction ( S ) and the sections ( 12 ) of the electrical conductor ( 10th ) electrically via the respective contact elements ( 20th , 22 , 24th , 26 ) connect, the mechanical spring force of the prestressed spring element ( 40 ) must be overcome or opposes the electromagnetic force. In other words, in the rest position shown ( 1a ) the electromagnetic force of the electromagnet ( 31 ) be so large that, on the one hand, the mechanical counterforce of the prestressed spring element ( 40 ) is overcome and in addition a sufficiently high holding force in the closing direction ( S ) on the contact anchor ( 36 ) is applied to current flow through all sections ( 12 ) of the electrical conductor ( 10th ) to ensure reliable. If there is now a separation signal (not shown) to stop the electrical current flowing through all sections ( 12 ) of the electrical conductor ( 10th ), the electromagnetic switching element must be brought into its activation state in order to 12 ) spaced accordingly, as in 1b shown. This is achieved by the switch ( 90 ) is opened or is ( 1b ) and the magnetic coil ( 34 ) is thereby de-energized, so that the electromagnetic force that the contact armature ( 36 ) holds in position ( 1a) , is quasi switched off or no longer works or is no longer available. Accordingly, the contact anchor ( 36 ) only the mechanical spring force of the preloaded spring element ( 40 ), whereby the contact anchor ( 36 ) in the direction of opening ( O ) is pressed, as in 1b shown. This means that the sections ( 12 ) spaced from each other or separated from each other so that no electrical current flows through the electrical conductor ( 10th ) via the contact elements ( 20th , 22 , 24th , 26 ) is more possible. In other words, 1b ) by de-energizing the electromagnet ( 31 ) or its magnetic coil ( 34 ) by opening the switch ( 90 ) the electromagnetic switching element ( 30th ) from an idle state in which an electrical current flows over the sections ( 12 ) of the electrical conductor ( 10th ) is possible in an activation state in which the electrical conductor ( 10th ) or a current flow through the electrical conductor ( 10th ) is interrupted.
In the 1a , 1b is in the known electromagnetic switching element ( 30th ) an extinguishing chamber ( 80 ) is only shown as a sketch. Such an extinguishing chamber ( 80 ) is also known and is used to extinguish an arc, which can naturally occur when current-carrying conductors are disconnected, as a result of which disadvantageous electrical short circuits can be avoided. If necessary, such an arcing chamber ( 80 ) also at least weaken one or more arcs, so that there is no disadvantageous short-circuit effect.
Wie bereits eingangs beschrieben kann ein derartiges bekanntes elektrisches Schaltelement, wie es in den 1a und 1b gezeigt und beschrieben ist, diverse Nachteile bei einem Einsatz bzw. für den Anwendungsfall in einem, insbesondere elektrisch angetriebenen, Fahrzeug haben, bei dem in besonderen Fällen, beispielsweise einem Unfall des Fahrzeugs, sehr hohe Ströme und/oder Spannungen geschaltet bzw. getrennt werden müssen, um eine elektrische Energiequelle von dem Rest des Fahrzeugs zu trennen. Ein bekanntes elektrisches Schaltelement kann dabei ungeeignet bzw. nachteilig wirken, da insbesondere die Schaltzeit, also die Zeitspanne in welcher eine sichere Trennung eines elektrischen Leiters durch das Schaltelement zu lange sind. Auch kann der Kraftimpuls beim Öffnen bzw. Trennen des elektrischen Leiters zu schwach bzw. nicht robust genug sein.As already described at the beginning, such a known electrical switching element as shown in FIGS 1a and 1b is shown and described, have various disadvantages when used or for the application in a, in particular electrically powered, vehicle in which, in special cases, for example an accident of the vehicle, very high currents and / or voltages have to be switched or separated to separate an electrical power source from the rest of the vehicle. A known electrical switching element can have an unsuitable or disadvantageous effect here, since in particular the switching time, that is to say the time period in which a reliable separation of an electrical conductor by the switching element is too long. The force pulse when opening or disconnecting the electrical conductor can also be too weak or not robust enough.
Die 2a bis 6b zeigen verschiedene Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung (100), wobei alle Ausführungsformen ein elektromagnetisches Schaltelement (30) aufweisen, welches im Wesentlichen dem bereits beschriebenen bekannten elektromagnetischen Schaltelement entspricht und auch im Wesentlichen nach dessen Prinzip funktioniert, so wie es auch in den 1a und 1b dargestellt und hierzu schon beschrieben ist. Der Einfachheit halber werden für die erfindungsgemäße Sicherheitseinrichtung (100) deshalb gleiche und/oder gleichwirkende Bauteile, wie sie bereits für das bekannte elektromagnetische Schaltelement beschrieben sind, nicht nochmals neu eingeführt bzw. im Detail nicht nochmals ausführlich beschrieben. Zudem werden diesbezüglich auch entsprechend dieselben Bezugsziffern verwendet.
Bei allen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist bei den entsprechenden Figuren mit einem Index „a“ ein Ruhezustand der Sicherheitseinrichtung (100) dargestellt, bei dem ein Stromfluss durch den elektrischen Leiter (10) bzw. über Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) ermöglicht ist, wobei man hier von einer Schließstellung der Sicherheitseinrichtung (100) sprechen kann.
Dagegen ist mit einem Index „b“ bei den entsprechenden Figuren ein Aktivierungszustand der Sicherheitseinrichtung (100) dargestellt, bei dem der Stromfluss durch den elektrischen Leiter (10) bzw. über Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) unterbrochen bzw. getrennt ist, wobei man hier von einer Öffnungsstellung der Sicherheitseinrichtung (100) sprechen kann.The 2a to 6b show different embodiments of a safety device according to the invention ( 100 ), all embodiments being an electromagnetic switching element ( 30th ) which essentially corresponds to the known electromagnetic switching element already described and also functions essentially according to its principle, as is also shown in FIGS 1a and 1b shown and has already been described. For the sake of simplicity, for the safety device according to the invention ( 100 ) Therefore, the same and / or equivalent components, as already described for the known electromagnetic switching element, are not introduced again or are not described in detail again in detail. In addition, the same reference numbers are used accordingly in this regard.
In all of the embodiments according to the invention, in the corresponding figures with an index “a”, the safety device is in an idle state ( 100 ) in which a current flows through the electrical conductor ( 10th ) or across sections ( 12 ) of the electrical conductor ( 10th ) is made possible, whereby here from a closed position of the safety device ( 100 ) can speak.
In contrast, with an index "b" in the corresponding figures, an activation state of the safety device ( 100 ), in which the current flow through the electrical conductor ( 10th ) or across sections ( 12 ) of the electrical conductor ( 10th ) is interrupted or disconnected, whereby an opening position of the safety device ( 100 ) can speak.
Die 2a, 2b zeigen eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung (100), welche demnach das elektromagnetische Schaltelement (30) aufweist, das im Wesentlichen wie das eingangs beschriebene bekannte elektromagnetische Schaltelement (Fig, 1a, 1b) aufgebaut ist und auch im Wesentlichen so funktioniert und damit folgende Bauteile umfasst: elektrischer Leiter (10) mit mehreren Abschnitten (12), welche entsprechend Kontaktelemente (20, 22, 24, 26) haben, Kontaktanker (36), der als Baugruppe von Ankerschaft (37) und dem mittleren Abschnitt (12) des elektrischen Leiters (10), welcher das erste und das zweite Kontaktelement (20, 22) hat, aufzufassen ist, Elektromagnet (31) mit Endstück (38), Grundplatte (39) und Magnetspule (34), und Federelement (40), das vorgespannt zwischen Kontaktanker (36) und dem Elektromagnet (31) positioniert ist. Der Ankerschaft kann auch als beweglicher Spulenkern der Magnetspule (34) aufgefasst werden bzw. als ein solcher ausgebildet sein.
Insbesondere hervorzuheben ist hierbei, dass hier das Endstück (38) nicht fest mit der Grundplatte (39) verbunden ist, sondern vielmehr durch einen relativ geringen Kraftaufwand von der Grundplatte (39) lösbar an bzw. in der Grundplatte (39) positioniert ist. Wie in 2a dargestellt, ist dabei das Endstück (38) in eine entsprechend große Öffnung bzw. in einen Durchbruch in der Grundplatte (39) eingeschoben bzw. darin eingepresst, beispielsweise mittels einer relativ leicht lösbaren Presspassung. Auch ist in 2a erkennbar, dass im Unterschied zu 1a, 1b sich das Endstück (38) im Ruhezustand der Sicherheitseinrichtung (100) gänzlich durch die Öffnung bzw. den Durchbruch in der Grundplatte (39) hindurch erstreckt. Insbesondere schließt dabei das Endstück (38) mit seiner dem Ankerschaft (37) abgewandten Stirnseite im Wesentlichen planar mit der dem Ankerschaft (37) abgewandten Stirnseite der Grundplatte (39) ab. Das Endstück (38) könnte aber auch geringfügig über die dem Ankerschaft (37) abgewandten Stirnseite der Grundplatte (39) hinaus hervorstehen oder geringfügig in die entgegengesetzte Richtung, also in Richtung Ankerschaft (37), entsprechend in die Öffnung quasi versenkt gelagert sein.
Bei dieser Konstruktion nach 2a ist entscheidend, dass das Endstück (38) durch eine gewisse Kraft- bzw. Druckausübung auf seine dem Ankerschaft (37) abgewandten Stirnseite durch die Öffnung bzw. den Durchbruch in der Grundplatte (39) hindurch verschiebbar gelagert ist.
Zudem dient bzw. wirkt das Endstück (38) im Ruhezustand der Sicherheitseinrichtung (100), also in der der Schließstellung (2a), als ein Anschlag bzw. als ein Positionierungselement für den Kontaktanker (36), insbesondere dessen Ankerschaft (37), in axialer Richtung. Anders ausgedrückt, sitzt der Ankerschaft (37) in der Schließstellung an dem Endstück (38) auf, bzw. kontaktiert dieses an der dem Ankerschaft (37) zugewandten Stirnseite des Endstücks (38), bzw. wird auch konkret gegen das Endstück (38) gedrückt oder gepresst durch die Magnetkraft der in der Schließstellung stromdurchflossenen Magnetspule (34).The 2a , 2 B show a first embodiment of the safety device according to the invention ( 100 ), which accordingly the electromagnetic switching element ( 30th ), which is constructed essentially like the known electromagnetic switching element (Fig. 1a, 1b) described at the outset and also functions essentially as it does and thus comprises the following components: electrical conductor ( 10th ) with several sections ( 12 ), which corresponding contact elements ( 20th , 22 , 24th , 26 ) have contact anchors ( 36 ), which as an assembly of anchor shaft ( 37 ) and the middle section ( 12 ) of the electrical conductor ( 10th ), which the first and the second contact element ( 20th , 22 ) has to be understood, electromagnet ( 31 ) with end piece ( 38 ), Base plate ( 39 ) and magnetic coil ( 34 ), and spring element ( 40 ) that is prestressed between contact anchors ( 36 ) and the electromagnet ( 31 ) is positioned. The anchor shaft can also be used as a movable coil core of the solenoid ( 34 ) are understood or designed as such.
It should be emphasized in particular that the end piece ( 38 ) not fixed to the base plate ( 39 ) is connected, but rather by a relatively small effort from the base plate ( 39 ) detachable on or in the base plate ( 39 ) is positioned. As in 2a shown, the end piece ( 38 ) in a correspondingly large opening or in an opening in the base plate ( 39 ) inserted or pressed therein, for example by means of a relatively easily releasable press fit. Is also in 2a recognizable that unlike 1a , 1b the end piece ( 38 ) in the idle state of the safety device ( 100 ) entirely through the opening or opening in the base plate ( 39 ) extends through. In particular, the end piece ( 38 ) with its anchorage ( 37 ) facing away essentially planar with that of the anchor shaft ( 37 ) facing end of the base plate ( 39 ). The tail ( 38 ) could also be slightly above that of the anchor shaft ( 37 ) facing end of the base plate ( 39 ) protrude or slightly in the opposite direction, i.e. towards the anchor shaft ( 37 ), so that it is virtually sunk into the opening.
According to this construction 2a it is crucial that the end piece ( 38 ) by exerting a certain force or pressure on the anchor shaft ( 37 ) facing away through the opening or the opening in the base plate ( 39 ) is slidably supported through it.
The end piece also serves or acts ( 38 ) in the idle state of the safety device ( 100 ), i.e. in the closed position ( 2a) , as a stop or as a positioning element for the contact anchor ( 36 ), especially its anchorage ( 37 ), in the axial direction. In other words, the anchor shaft ( 37 ) in the closed position on the end piece ( 38 ) or contact this at the anchor shaft ( 37 ) facing end face of the end piece ( 38 ), or is also specifically against the end piece ( 38 ) pressed or pressed by the magnetic force the magnet coil through which current flows in the closed position ( 34 ).
Zudem ist in dem Ruhezustand der Sicherheitseinrichtung (100), wie in 2a dargestellt, gegenüber der dem Ankerschaft (37) abgewandten Stirnseite des Endstücks (38) ein pyrotechnisches Stellglied (50), insbesondere ein bewegbares Stellelement (56) des pyrotechnischen Stellglieds (50), angebracht, wobei ein geringer Spalt bzw. Luftspalt zwischen dem pyrotechnischen Stellglied (50) bzw. dessen bewegbaren Stellelement (56) und dem Endstück (38) ausgebildet ist. Dabei ist das pyrotechnische Stellglied (50) insbesondere derart positioniert, dass eine Längsachse (L) seines bewegbaren Stellelements (56) parallel, insbesondere konzentrisch zu einer axiale Längserstreckung (A) des Kontaktankers (36), insbesondere des Ankerschafts (37) des Kontaktankers (36) positioniert ist. Anders ausgedrückt ist das bewegbare Stellglied (56) in einer axialen Verlängerung zu der axialen Längserstreckung (A) und/oder der axialen Längserstreckung des Endstücks (38) positioniert.In addition, in the idle state of the safety device ( 100 ), as in 2a compared to the anchor shaft ( 37 ) facing end of the end piece ( 38 ) a pyrotechnic actuator ( 50 ), in particular a movable control element ( 56 ) of the pyrotechnic actuator ( 50 ), with a small gap or air gap between the pyrotechnic actuator ( 50 ) or its movable control element ( 56 ) and the end piece ( 38 ) is trained. The pyrotechnic actuator ( 50 ) in particular positioned such that a longitudinal axis ( L ) of its movable control element ( 56 ) parallel, in particular concentric to an axial longitudinal extension ( A ) of the contact anchor ( 36 ), especially the anchor shaft ( 37 ) of the contact anchor ( 36 ) is positioned. In other words, the movable actuator ( 56 ) in an axial extension to the axial longitudinal extent ( A ) and / or the axial length of the end piece ( 38 ) positioned.
Das Pyrotechnische Stellglied (50), wie in 2a gezeigt, umfasst das bewegbare Stellelement (56), das auch als ein Kolben (58) aufgefasst werden bzw. so bezeichnet werden kann und ein im Wesentlichen zylindrischer Körper, insbesondere aus Metall oder Kunststoff, ist. Das bewegbare Stellelement (56) ist dabei zumindest teilweise innerhalb eines Gehäuses (52) des pyrotechnischen Stellglieds (50) gelagert bzw. von diesem zumindest bereichsweise umgeben. Das Gehäuse (52) stellt hier auch einen Abschnitt eines Außengehäuses des pyrotechnischen Stellglieds (50) dar und hat insbesondere die Form eines Zylinders (54) bzw. Hohlzylinders. Konkret ist dabei das bewegbare Stellelement (56) als Kolben (58) mit bzw. axial entlang seiner Längsachse (L) bewegbar bzw. verschiebbar in dem Gehäuse (52) bzw. in dem Zylinder (54) gelagert, sodass man hier auch von einem Kolben-Zylinder System sprechen kann, bei dem der Kolben im Inneren des Zylinders bewegt werden kann, insbesondere aus dem Zylinder heraus bzw. in diesen hinein geschoben werden kann. Konkret kann dabei das bewegbare Stellelement (56) von dem Ruhezustand der Sicherheitseinrichtung (100), der auch der Schließstellung der Sicherheitseinrichtung (100) entspricht, in dem es relativ weit in das Gehäuse (52) eingeschoben ist, wie in 2a dargestellt, aus dem Gehäuse (52) ein Stück weit herausgeschoben bzw. herausbewegt werden, um ein entsprechend weiteres Stück aus dem Gehäuse (52) herauszustehen, wie es in dem Aktivierungszustand der Sicherheitseinrichtung (100), der auch der Öffnungsstellung der Sicherheitseinrichtung (100) entspricht, in 2b dargestellt ist.
Das Pyrotechnische Stellglied (50) umfasst weiter einen Anzünder (51), der insbesondere als ein pyrotechnisch-elektrischer Anzünder (51) ausgebildet ist und vorzugsweise zu einem Großteil von dem Gehäuse (52) umgeben ist. Wie in 2b dargestellt, kann der Anzünder derart weit in dem Gehäuse (52) positioniert sein, dass lediglich zwei elektrische Anschlussstellen aus dem Gehäuse (52) herausragen. In 2a ist demnach nicht der komplette Anzünder (51) dargestellt, sondern lediglich dessen zwei elektrische Anschlussstellen, welche als stabförmige sogenannte Anschlusspins ausgebildet sein können und in 2a beide mit dem Bezugszeichen 51, quasi auch symbolisch für den kompletten Anzünder (51), markiert sind.
Auch hier ist eine Stromquelle (95) über einen Schalter (90) durch elektrische Zuleitungen, die durch einfache Linien, ausgehend von der Stromquelle (95), dargestellt sind, mit dem Elektromagneten (31) verbunden, insbesondere an dessen Magnetspule (34) angeschlossen. Zusätzlich sind auch der Anzünder (51), insbesondere dessen zwei elektrische Anschlussstellen, über den Schalter (90) durch elektrische Zuleitungen an die Stromquelle (95) anschließbar bzw. verbindbar, wie es dort auch dementsprechende einfache Linien skizzieren. Wie in 2a ersichtlich, ist in dem Ruhezustand der Sicherheitseinrichtung (100) der Anzünder (51) stromlos geschalten, also nicht derart durchgängig mit der Stromquelle (95) verbunden, dass sich ein geschlossener Stromkreis über den Anzünder (51), insbesondere dessen zwei elektrische Anschlussstellen ausbilden könnte. Vielmehr ist dort ein möglicher geschlossener Stromkreis durch einen entsprechenden offenen Schalter (90) bezüglich des Anzünders (51) unterbrochen. Der Anzünder (51), wie er in 2a dargestellt ist, ist also nicht bzw. noch nicht aktiviert und seinerseits auch in einem entsprechenden Ruhezustand.
Dabei sind die elektrischen Zuleitungen, welche den Anzünder (51) durch den Schalter (90) an die Stromquelle (95) anschließen in 2a lediglich in einer möglichen vereinfachten bzw. idealisierten Weise dargestellt, in welcher durch einen einzigen Schalter (90) bzw. einen dort ausgeführten einzigen Schaltvorgang zugleich der Elektromagnet (31) stromlos und der Anzünder (51) stromführend geschaltet werden können, also entsprechend ein Magnetfeld für den Kontaktanker (36) deaktiviert und gleichzeitig der Anzünder (51) aktiviert werden kann. In der Praxis muss bzw. wird der Anzünder (51) nicht unbedingt an dieselbe Stromquelle (95), wie der Elektromagnet (31) bzw. dessen Magnetspule (34) angeschlossen sein. Vielmehr kann der Anzünder (51) an eine eigene Stromversorgung bzw. an einen eigenen Auslösestromstromkreis angeschlossen sein, insbesondere gesteuert mit bzw. durch ein Airbagsteuergerät. Insbesondere kann ein/das Trennsignal, welches bestimmend für die Trennung der Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) ist, von dem Airbagsteuergerat (nicht dargestellt) oder einem Sensor, insbesondere Crash-Sensor (nicht dargestellt), beispielsweise bei einem entsprechenden Unfall eines Fahrzeugs mit elektrischen Antrieb, initiiert werden. Ein derartiges Trennsignal kann direkt ein bzw. das Auslösesignal zur Aktivierung des Anzünders (51) darstellen oder aber erst durch eine passende elektrische Umwandlung bzw. elektrisches Wandelgerät in das Auslösesignal für den Anzünder (51) transformiert werden.The pyrotechnic actuator ( 50 ), as in 2a shown, the movable actuating element ( 56 ) which is also called a piston ( 58 ) can be understood or can be designated and is an essentially cylindrical body, in particular made of metal or plastic. The movable control element ( 56 ) is at least partially inside a housing ( 52 ) of the pyrotechnic actuator ( 50 ) stored or at least partially surrounded by it. The housing ( 52 ) also represents a section of an outer housing of the pyrotechnic actuator ( 50 ) and in particular has the shape of a cylinder ( 54 ) or hollow cylinder. The movable control element ( 56 ) as a piston ( 58 ) with or axially along its longitudinal axis ( L ) movable or slidable in the housing ( 52 ) or in the cylinder ( 54 ) mounted, so that one can also speak of a piston-cylinder system in which the piston can be moved inside the cylinder, in particular can be pushed out of the cylinder or into it. Specifically, the movable control element ( 56 ) from the idle state of the safety device ( 100 ), which is also the closed position of the safety device ( 100 ) by being relatively far into the housing ( 52 ) is inserted, as in 2a shown from the housing ( 52 ) can be pushed out or moved out a little to get a corresponding further piece out of the housing ( 52 ) stand out as it is in the activation state of the safety device ( 100 ), which is also the opening position of the safety device ( 100 ) corresponds to 2 B is shown.
The pyrotechnic actuator ( 50 ) also includes a lighter ( 51 ), which in particular as a pyrotechnic-electric lighter ( 51 ) is formed and preferably largely from the housing ( 52 ) is surrounded. As in 2 B shown, the lighter can be so far in the housing ( 52 ) that only two electrical connection points from the housing ( 52 ) stick out. In 2a is therefore not the complete igniter ( 51 ), but only its two electrical connection points, which can be designed as rod-shaped so-called connection pins, and in 2a both with the reference symbol 51 , also symbolic for the complete lighter ( 51 ) are marked.
There is also a power source here ( 95 ) via a switch ( 90 ) by means of electrical supply lines, which are represented by simple lines starting from the power source ( 95 ), are shown with the electromagnet ( 31 ) connected, especially to its magnetic coil ( 34 ) connected. In addition, the lighter ( 51 ), in particular its two electrical connection points, via the switch ( 90 ) through electrical leads to the power source ( 95 ) connectable or connectable, as outlined there by corresponding simple lines. As in 2a can be seen in the idle state of the safety device ( 100 ) the lighter ( 51 ) disconnected from the power supply, i.e. not as consistent with the power source ( 95 ) that there is a closed circuit across the igniter ( 51 ), especially its two electrical connection points. Rather, there is a possible closed circuit through a corresponding open switch ( 90 ) regarding the lighter ( 51 ) interrupted. The lighter ( 51 ) as he is in 2a is not activated or not yet activated and in turn also in a corresponding idle state.
The electrical leads that connect the igniter ( 51 ) by the switch ( 90 ) to the power source ( 95 ) connect in 2a only presented in a possible simplified or idealized manner, in which a single switch ( 90 ) or a single switching operation carried out there, the electromagnet ( 31 ) de-energized and the lighter ( 51 ) can be switched live, correspondingly a magnetic field for the contact armature ( 36 ) deactivated and at the same time the lighter ( 51 ) can be activated. In practice, the lighter ( 51 ) not necessarily to the same power source ( 95 ), like the electromagnet ( 31 ) or its magnetic coil ( 34 ) be connected. Rather, the lighter ( 51 ) be connected to its own power supply or to its own trigger circuit, in particular controlled with or by an airbag control unit. In particular, a / the separation signal which determines the separation of the sections ( 12 ) of the electrical conductor ( 10th ) is initiated by the airbag control device (not shown) or a sensor, in particular a crash sensor (not shown), for example in the event of a corresponding accident of a vehicle with an electric drive. A such a disconnection signal can be used directly or the trigger signal to activate the igniter ( 51 ) represent or only by a suitable electrical conversion or electrical converter into the trigger signal for the lighter ( 51 ) are transformed.
Der Anzünder (51) ist als eine bekannte vorgefertigte Einheit in bzw. an dem Gehäuse (52) befestigt, insbesondere durch eine Kunststoffeinspritzung und/oder kraft- und/oder formschlüssige Verbindung, wie beispielsweise eine Rollierung, Krimpung oder Bördelung. Der Anzünder (51) kann durch ein/das Auslösesignal, beispielsweise einen Stromfluss durch bzw. über seine beiden elektrischen Anschlussstellen bekanntermaßen ausgelöst bzw. aktiviert werden, sodass er, insbesondere durch Öffnen eines Bereichs seines Außengehäuses, eine Energie in Form von Gas, insbesondere in Form einer erzeugten heißen Druckgaswelle, und/oder in Form von heißen Partikeln freisetzt (nicht dargestellt). Der Anzünder (51) ist derart in bzw. an dem Gehäuse (52) positioniert, dass er bei seiner Auslösung bzw. Aktivierung eine Art Antrieb, insbesondere pyrotechnischen Antrieb durch eine solche entsprechende Gas- und/oder Partikelfreisetzung für das bewegbare Stellelement (56) darstellt.
Der Anzünder (51) kann demnach das bewegbare Stellelement (56) in axialer Richtung antreiben, sodass das bewegbare Stellelement (56) aus dem Gehäuse (52) heraus bewegt werden kann.
Konkret ist dabei in dem Ruhezustand der Sicherheitseinrichtung (100) der Anzünder (51) noch nicht aktiviert, was auch insbesondere durch den offenen Stromkreis bezüglich des Anzünders (51) mit dem geöffneten Schalter (90) in 2a ersichtlich ist. Zudem bzw. zugleich ist in diesem Ruhezustand der Elektromagnet (31) aktiviert bzw. dessen Magnetspule (34) an die Stromquelle (95) entsprechend leitend angeschlossen und damit ein entsprechendes elektromagnetisches Magnetfeld aktiviert, sodass der Kontaktanker (36) entgegen der Federkraft des vorgespannten Federelements (40) in Schließrichtung bewegt bzw. gehalten wird, sodass ein Stromfluss über den elektrischen Leiter (10) bzw. über alle seine entsprechenden Abschnitte (12) und deren Kontaktelemente (20, 22, 24 ,26) stattfindet. Das pyrotechnischen Stellglieds (50) befindet sich dabei bzw. dazu zeitgleich auch in einem Ruhezustand, wobei sich das bewegbare Stellelement (56) in einem gewissen geringen Abstand zu dem Endstück (38) des Elektromagneten (31) befindet bzw. einen entsprechenden Spalt diesbezüglich ausbildet bzw. freilässt, wie in 2a dargestellt.The lighter ( 51 ) is a known prefabricated unit in or on the housing ( 52 ) attached, in particular by a plastic injection and / or non-positive and / or positive connection, such as a curling, crimping or flanging. The lighter ( 51 ) can be triggered or activated by a / the trigger signal, for example a current flow through or via its two electrical connection points, so that it, in particular by opening a region of its outer housing, means an energy in the form of gas, in particular in the form of a generated one Compressed gas wave, and / or released in the form of hot particles (not shown). The lighter ( 51 ) is in or on the housing ( 52 ) positioned that when it is triggered or activated, it has a type of drive, in particular a pyrotechnic drive, through such a corresponding gas and / or particle release for the movable actuating element ( 56 ) represents.
The lighter ( 51 ) the movable control element ( 56 ) drive in the axial direction so that the movable actuator ( 56 ) from the housing ( 52 ) can be moved out.
Specifically, the safety device is in the idle state ( 100 ) the lighter ( 51 ) not yet activated, which is also due in particular to the open circuit with regard to the igniter ( 51 ) with the switch open ( 90 ) in 2a can be seen. In addition, or at the same time, the electromagnet ( 31 ) activated or its magnetic coil ( 34 ) to the power source ( 95 ) connected in a correspondingly conductive manner, thus activating a corresponding electromagnetic magnetic field, so that the contact armature ( 36 ) against the spring force of the preloaded spring element ( 40 ) is moved or held in the closing direction so that a current flows through the electrical conductor ( 10th ) or across all of its corresponding sections ( 12 ) and their contact elements ( 20th , 22 , 24th , 26 ) takes place. The pyrotechnic actuator ( 50 ) is or at the same time in an idle state, the movable actuating element ( 56 ) at a certain short distance from the end piece ( 38 ) of the electromagnet ( 31 ) or forms or leaves a corresponding gap in this regard, as in 2a shown.
Demgegenüber stellt 2b einen Aktivierungszustand der Sicherheitseinrichtung (100) dar, bei dem der Stromfluss durch den elektrischen Leiter (10) bzw. über Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) unterbrochen bzw. getrennt ist, was einer Öffnungsstellung der Sicherheitseinrichtung (100) entspricht. Dieser Aktivierungszustand (2b) ergibt sich aus dem Ruhezustand (2a) heraus in folgender Art und Weise. Aus dem Ruhezustand der Sicherheitseinrichtung (100), wie er in 2a dargestellt und weiter oben bereits beschrieben ist, wird zum einen der Elektromagnet (31), insbesondere dessen Magnetspule (34) stromlos geschalten; d.h. von der Stromquelle (95) derart getrennt, dass kein elektrischer Strom mehr über die Magnetspule (34) fließen kann. Ein derartiges Stromlosschalten ist durch ein Öffnen des Schalters (90), insbesondere mit einem entsprechenden Pfeilbewegungssymbol, in 2b dargestellt. Zum anderen wird im Wesentlichen gleichzeitig das pyrotechnische Stellglied (50) aktiviert, indem dessen Anzünder (51) durch einen elektrischen Stromfluss aktiviert wird. Dies ist ebenfalls mit dem Schalter (90), der hier insbesondere als ein Öffner/Schließer-Schalter ausgebildet ist, und dem vorgenannten Pfeilbewegungssymbol in 2b dargestellt. Durch dieses bekannte Aktivieren des Anzünders (51) kann insbesondere im Inneren des Anzünders (51) durch den Stromfluss über dessen beiden zwei elektrische Anschlussstellen ein dazwischen positioniertes Brückendrahtelement erhitzt und eine angrenzende Pyrotechnik des Anzünders (51) aktiviert und abgebrannt werden (nicht dargestellt). Durch einen entsprechenden Energie-/Druckaufbau im Inneren des Anzünders (51) kann ein Bereich dessen Außenhülle aufreißen bzw. aufplatzen, um eine dementsprechend erzeugte Energie, insbesondere in Form von heißem Gas, freisetzten und somit insbesondere auch eine Druckerhöhung bzw. Druckwelle im Inneren des pyrotechnischen Stellglieds (50) bewirken (nicht dargestellt). Eine derartige Energiefreisetzung, insbesondere die Druckerhöhung bzw. Druckwelle, wirkt dann auf das bewegliche Stellelement (56) im Inneren des pyrotechnischen Stellglieds (50), um dieses in axialer Richtung, insbesondere in Öffnungsrichtung (O), aus den pyrotechnischen Stellglied (50) zumindest teilweise herauszubewegen bzw. herauszutreiben bzw. herauszupressen. Anders ausgedrückt kann das pyrotechnischen Stellglied (50) als eine pyrotechnisch aktivierbares Kolben-Zylinder System verstanden werden, das durch ein elektrisches Signal ausgelöst bzw. aktiviert werden und dadurch der Kolben eine gewisse Hubstrecke zumindest teilweise aus dem Zylinder herausbewegt bzw. „ausfahren“ werden kann.Contrast this 2 B an activation state of the safety device ( 100 ) in which the current flow through the electrical conductor ( 10th ) or across sections ( 12 ) of the electrical conductor ( 10th ) is interrupted or disconnected, which indicates an open position of the safety device ( 100 ) corresponds. This activation state ( 2 B ) results from the idle state ( 2a ) out in the following way. From the idle state of the safety device ( 100 ) as he is in 2a shown and already described above, the electromagnet ( 31 ), especially its magnetic coil ( 34 ) de-energized; ie from the power source ( 95 ) separated in such a way that no more electrical current flows through the solenoid ( 34 ) can flow. Such a de-energizing can be done by opening the switch ( 90 ), in particular with a corresponding arrow movement symbol, in 2 B shown. On the other hand, the pyrotechnic actuator ( 50 ) activated by its igniter ( 51 ) is activated by an electrical current flow. This is also with the switch ( 90 ), which is designed here in particular as an opener / closer switch, and the aforementioned arrow movement symbol in 2 B shown. This known activation of the lighter ( 51 ) can be found inside the igniter ( 51 ) heated by the current flow via its two two electrical connection points, a bridge wire element positioned in between and an adjacent pyrotechnics of the igniter ( 51 ) activated and burned down (not shown). Through a corresponding build-up of energy / pressure inside the igniter ( 51 ) an area of its outer shell can tear open or burst in order to release a correspondingly generated energy, in particular in the form of hot gas, and thus in particular also a pressure increase or pressure wave inside the pyrotechnic actuator ( 50 ) cause (not shown). Such energy release, in particular the pressure increase or pressure wave, then acts on the movable control element ( 56 ) inside the pyrotechnic actuator ( 50 ) around this in the axial direction, especially in the opening direction ( O ), from the pyrotechnic actuator ( 50 ) at least partially to move out or to drive out or to press out. In other words, the pyrotechnic actuator ( 50 ) can be understood as a pyrotechnically activatable piston-cylinder system that can be triggered or activated by an electrical signal and thereby the piston can be at least partially moved out of the cylinder or “extended”.
Wird nun, wie in 2b dargestellt, das bewegbare Stellelement (56) aus dem Gehäuse (52) des pyrotechnischen Stellglieds (50) in Öffnungsrichtung (O) herausbewegt, dann kontaktiert bzw. stößt es an das in der Öffnung der Grundplatte (39) positionierte, dem Stellelement (56) naheliegenden, Endstück (38). Hierdurch wird ein Bewegungsimpuls des bewegten Stellelements (56) auf das Endstück (38) derart übertragen, dass dies ebenso in Öffnungsrichtung (O) bewegt bzw. mitbewegt wird. Dabei kann das Endstück (38) gänzlich aus der Öffnung der Grundplatte (39) herausbewegt werden, wie in 2b dargestellt. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass es in diesem Aktivierungszustand noch über eine gewisse Restlänge in der Öffnung der Grundplatte (39) verbleibt. Da das Endstück (38) bereits in dem Ruhezustand (2a) an den Kontaktanker (36), insbesondere dessen Ankerschaft (37), stirnseitig angrenzt, wird im Aktivierungszustand (2b) der Kontaktanker (36), insbesondere sein Ankerschaft (37), ebenfalls in Öffnungsrichtung (O) durch die Bewegung des Endstücks (38) entsprechend mitbewegt. Anders ausgedrückt kann mit Aktivierung des pyrotechnischen Stellglieds (50) dessen bewegbares Stellelement (56) derart in die Öffnungsrichtung (O) bewegt bzw. beschleunigt werden, dass ein daraus resultierender Bewegungsimpuls des bewegbaren Stellelements (56) insbesondere unmittelbar zunächst auf das Endstück (38) und von diesem weiter auf den Kontaktanker (36), insbesondere dessen Ankerschaft (37) übertragbar ist, sodass der Kontaktanker (36) in die Öffnungsstellung der Sicherheitseinrichtung (100) bewegbar ist bzw. bewegt wird, um den Stromfluss durch den elektrischen Leiter (10) bzw. dessen Abschnitte (12) zu trennen. In anderen Worten, die Sicherheitseinrichtung (100) kann durch Aktivierung des pyrotechnischen Stellglieds (50) derart für eine Trennung eines elektrischen Leiters (10) betrieben werden, indem durch das pyrotechnische Stellglied (50 ein Bewegungsimpuls auf den Kontaktanker (36) übertragbar ist bzw. der Kontaktanker (36) entsprechend bewegbar ist, sodass die Sicherheitseinrichtung (100) in eine Öffnungsstellung bringbar ist.Now, as in 2 B shown, the movable actuator ( 56 ) from the housing ( 52 ) of the pyrotechnic actuator ( 50 ) in opening direction ( O ) moved out, then it contacts or hits the in the opening of the base plate ( 39 ) positioned, the control element ( 56 ) obvious end piece ( 38 ). As a result, a movement impulse of the moving control element ( 56 ) on the end piece ( 38 ) transferred in such a way that this is also in the opening direction ( O ) is moved or moved. Here can the end piece ( 38 ) entirely from the opening of the base plate ( 39 ) are moved out as in 2 B shown. However, it is also conceivable that in this activation state there is still a certain remaining length in the opening of the base plate ( 39 ) remains. Since the end piece ( 38 ) already in the idle state ( 2a ) to the contact anchor ( 36 ), especially its anchorage ( 37 ), adjoining on the face, is in the activation state ( 2 B ) the contact anchor ( 36 ), especially his anchorage ( 37 ), also in the opening direction ( O ) by the movement of the end piece ( 38 ) moved accordingly. In other words, when the pyrotechnic actuator ( 50 ) whose movable control element ( 56 ) in the opening direction ( O ) are moved or accelerated so that a resulting movement impulse of the movable actuating element ( 56 ) in particular immediately on the end piece ( 38 ) and from there to the contact anchor ( 36 ), especially its anchorage ( 37 ) is transferable so that the contact anchor ( 36 ) in the open position of the safety device ( 100 ) is movable or is moved to the current flow through the electrical conductor ( 10th ) or its sections ( 12 ) to separate. In other words, the security device ( 100 ) can be activated by activating the pyrotechnic actuator ( 50 ) for a separation of an electrical conductor ( 10th ) are operated by the pyrotechnic actuator ( 50 a movement impulse on the contact anchor ( 36 ) is transferable or the contact anchor ( 36 ) can be moved accordingly, so that the safety device ( 100 ) can be brought into an open position.
Bei dem vorbeschriebenen Übergang von Ruhezustand (2a) in den Aktvierungszustand (2b) der Sicherheitseinrichtung (100) ist noch der Einfluss des Federelements (40) und des Elektromagnets (31) wie folgt zu berücksichtigen. Im Ruhezustand (2a) ist der Elektromagnet (31) aktiviert, indem seine Magnetspule (34) elektrisch leitend an die Stromquelle (95) angeschlossen ist, wodurch der Kontaktanker (36) durch eine entsprechende elektromagnetische Kraft in Schließrichtung (S) angezogen bzw. gehalten wird, sodass ein Stromfluss durch die Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) ermöglicht ist. Hierbei muss jedoch die Federkraft des Federelements (40), welches zwischen Elektromagnet (31) und Kontaktanker (36) eingespannt bzw. vorgespannt ist überwunden werden. Konkret muss dabei die elektromagnetische Kraft des Elektromagneten (31) auf den Kontaktanker (36) in Schließrichtung (S) höher sein, dass die auf den Kontaktanker (36) entgegen der Schließrichtung (S) wirkende mechanische Federkraft überwunden wird, insbesondere derart, dass eine zuverlässige und robuste Haltestellung des Kontaktankers (36) in dieser Stellung, also in der Schließstellung der Sicherheitseinrichtung (100), gegeben ist, um einen Stromfluss durch die Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) robust und zuverlässig zu ermöglichen. In diesem Zustand ist das pyrotechnische Stellglied (50) noch nicht aktiviert und kann noch keinen kräfterelevanten Einfluss auf den Kontaktanker (36) ausüben.In the previously described transition from hibernation ( 2a ) in the activation state ( 2 B ) the safety device ( 100 ) is the influence of the spring element ( 40 ) and the electromagnet ( 31 ) as follows. At rest ( 2a ) is the electromagnet ( 31 ) activated by its solenoid ( 34 ) electrically conductive to the power source ( 95 ) is connected, whereby the contact anchor ( 36 ) by a corresponding electromagnetic force in the closing direction ( S ) is tightened or held so that a current flow through the sections ( 12 ) of the electrical conductor ( 10th ) is possible. However, the spring force of the spring element ( 40 ) which is between the electromagnet ( 31 ) and contact anchor ( 36 ) can be overcome. Specifically, the electromagnetic force of the electromagnet ( 31 ) on the contact anchor ( 36 ) in the closing direction ( S ) higher than that on the contact anchor ( 36 ) against the closing direction ( S ) mechanical spring force acting is overcome, in particular in such a way that a reliable and robust holding position of the contact armature ( 36 ) in this position, i.e. in the closed position of the safety device ( 100 ), is given to a current flow through the sections ( 12 ) of the electrical conductor ( 10th ) robust and reliable. In this state, the pyrotechnic actuator ( 50 ) has not yet been activated and cannot yet exert a force-relevant influence on the contact anchor ( 36 ) exercise.
Im Aktivierungszustand (2b) der Sicherheitseinrichtung (100) ist bzw. wird zum einen der Elektromagnet (31) deaktiviert, indem seine Magnetspule (34) von der Stromquelle (95) elektrisch getrennt ist/wird, wodurch der Kontaktanker (36) nicht mehr durch eine entsprechende elektromagnetische Kraft in Schließrichtung (S) angezogen bzw. gehalten wird. Dabei ist nun die Federkraft des Federelements (40) derart groß, dass sie den Kontaktanker (36) in Öffnungsrichtung (O) schieben bzw. drücken kann, um eine Trennung der Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) zu bewirken. Jedoch kann die Federkraft des Federelements (40) alleine bzw. der diesbezügliche Öffnungsmechanismus für sich genommen nicht schnell genug, nicht stark genug und/oder nicht robust genug sein, um ein geeignetes Design eines elektromagnetischen Schaltelements (30) für eine Anwendung für ein Fahrzeug, insbesondere ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, darzustellen.
Zum anderen wird im Aktivierungszustand (2b) im Wesentlichen gleichzeitig zur vorbeschriebenen Deaktivierung des Elektromagneten (31) das pyrotechnische Stellglied (50) aktiviert und dessen bewegbares Stellelement (56) entsprechend in Öffnungsrichtung (O) bewegt, beschleunigt bzw. geschoben, wodurch auf das Endstück (38) und den Kontaktanker (36) ein derartiger Bewegungsimpuls des Stellelements (56) übertragen wird, wie weiter oben bereits beschrieben. Der Kontaktanker (36) wird hierbei zusätzlich zu der ebenfalls in Öffnungsrichtung (O) wirkenden Federkraft des Federelements (40) durch die Aktivierung des pyrotechnischen Stellglieds (50) angetrieben, bzw. eine Trennung der Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) durch das Federelement (40) wird durch das pyrotechnische Stellglied (50) unterstützt.
Vorzugsweise ist hierbei die Krafteinwirkung bzw. Beschleunigungswirkung des pyrotechnischen Stellglieds (50) zur Bewegung des Kontaktankers (36) in die Öffnungsrichtung (O) bzw. in die Öffnungsstellung der Sicherheitseinrichtung (100) um ein vielfaches größer als die des Federelements (40). In anderen Worten, die Federkraft des Federelements (40) kann beim Trennen der Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) eine untergeordnete Rolle spielen bzw. lediglich einen geringen Beitrag leisten. Vielmehr kann die Aktivierung des pyrotechnischen Stellglieds (50) den entscheidenden Bewegungsimpuls für eine schnelle, ausreichend starke und/oder zuverlässig robuste Trennung des Leiters (10), wie sie bei einem elektrisch betriebenen Fahrzeug benötigt wird, beitragen, insbesondere sogar alleinig dafür verantwortlich sein.
Konkret kann durch die Aktivierung des pyrotechnischen Stellglieds (50) ein derart schneller und/oder kraftvoller Beschleunigungsimpuls auf den Kontaktanker (36) zu dessen Bewegung in die Öffnungsrichtung (O) bereitgestellt werden, dass äußerst geringe Trennzeiten zum Trennen der Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10), insbesondere Trennzeiten, welche geringer als 5 Millisekunden sind, erreichbar sind. Insbesondere ist es dadurch auch möglich, dass ein Lichtbogen wesentlich schneller, mit weniger Aufwand und damit effektiver gelöscht werden kann, sodass die in 2a, 2b dargestellte Löschkammer (80) zur Löschung eines Lichtbogens sehr klein und damit platzsparend ausfallen kann.In the activation state ( 2 B ) the safety device ( 100 ) is or will be the electromagnet ( 31 ) disabled by its solenoid ( 34 ) from the power source ( 95 ) is / is electrically isolated, whereby the contact armature ( 36 ) no longer by a corresponding electromagnetic force in the closing direction ( S ) is attracted or held. The spring force of the spring element ( 40 ) so large that it 36 ) in opening direction ( O ) can push or push to separate the sections ( 12 ) of the electrical conductor ( 10th ) to effect. However, the spring force of the spring element ( 40 ) alone or the related opening mechanism itself is not fast enough, not strong enough and / or not robust enough to design a suitable electromagnetic switching element ( 30th ) for an application for a vehicle, in particular an electrically operated vehicle.
On the other hand, in the activation state ( 2 B ) essentially at the same time as the above-described deactivation of the electromagnet ( 31 ) the pyrotechnic actuator ( 50 ) activated and its movable control element ( 56 ) accordingly in the opening direction ( O ) moved, accelerated or pushed, causing the end piece ( 38 ) and the contact anchor ( 36 ) such a movement impulse of the control element ( 56 ) is transmitted, as already described above. The contact anchor ( 36 ) is in addition to that also in the opening direction ( O ) acting spring force of the spring element ( 40 ) by activating the pyrotechnic actuator ( 50 ) driven, or a separation of the sections ( 12 ) of the electrical conductor ( 10th ) by the spring element ( 40 ) is activated by the pyrotechnic actuator ( 50 ) supports.
The force or acceleration effect of the pyrotechnic actuator ( 50 ) for moving the contact anchor ( 36 ) in the opening direction ( O ) or in the open position of the safety device ( 100 ) many times larger than that of the spring element ( 40 ). In other words, the spring force of the spring element ( 40 ) when separating the sections ( 12 ) of the electrical conductor ( 10th ) play a subordinate role or only make a small contribution. Rather, the activation of the pyrotechnic actuator ( 50 ) the decisive movement impulse for a fast, sufficiently strong and / or reliably robust separation of the conductor ( 10th ), as is required in an electrically powered vehicle, in particular even be solely responsible for it.
Specifically, by activating the pyrotechnic actuator ( 50 ) such a fast and / or powerful acceleration pulse on the contact anchor ( 36 ) to move it in the opening direction ( O ) that extremely short separation times for separating the sections ( 12 ) of the electrical conductor ( 10th ), in particular separation times that are less than 5 milliseconds can be achieved. In particular, this also makes it possible for an arc to be extinguished much more quickly, with less effort and thus more effectively, so that the arc 2a , 2 B shown extinguishing chamber ( 80 ) for extinguishing an arc can be very small and thus save space.
Es ist auch vorstellbar, dass in einem Extremfall, bei dem der Elektromagnet (31) bei der Aktivierung des pyrotechnischen Stellglieds (50) entgegen seiner Bestimmung nicht bzw. noch nicht stromlos geschaltet ist und damit auf den Kontaktanker (36) eine elektromagnetische Kraft entgegen der Öffnungsrichtung (O) ausübt, der Bewegungsimpuls bzw. Beschleunigungsimpuls, den das pyrotechnische Stellglied (50) auf den Kontaktanker (36) überträgt, ausreichend für eine sichere Trennung des elektrischen Leiters (10) ist. Anders ausgedrückt kann die Wirkung bzw. Kraft des pyrotechnischen Stellglieds (50) zum Trennen des elektrischen Leiters (10) ausreichend sein, um auch ein nicht bestimmungsgemäßes Entgegenwirken des Elektromagneten (31) für ein sicheres Trennen des Leiters (10) zu überwinden.It is also conceivable that in an extreme case where the electromagnet ( 31 ) when the pyrotechnic actuator is activated ( 50 ) is not or not yet de-energized, contrary to its intended purpose, and thus on the contact anchor ( 36 ) an electromagnetic force against the opening direction ( O ) exercises the movement impulse or acceleration impulse that the pyrotechnic actuator ( 50 ) on the contact anchor ( 36 ) transmits, sufficient for a safe separation of the electrical conductor ( 10th ) is. In other words, the effect or force of the pyrotechnic actuator ( 50 ) to disconnect the electrical conductor ( 10th ) should be sufficient to prevent the electromagnet from 31 ) for a safe disconnection of the conductor ( 10th ) to overcome.
In allen weiteren 3a bis 5b ist der Übersichtlichkeit halber die Stromquelle (95), der Schalter (90) und die entsprechenden skizzenhaften elektrischen Zuleitungen, welche diese Bauteile untereinander und mit dem Elektromagneten (31) und dem Anzünder (51) verbinden, nicht mehr gezeigt. Hier gilt eine analog zu den 1a und 1b gezeigte entsprechende elektrische Verschaltung. In anderen Worten, auch in den Ausführungsformen der weiteren 3a bis 5b gilt, dass zum einen in der jeweiligen Schließstellung der Sicherheitseinrichtung (100), also gemäß 3a, 4a und 5a, der Elektromagnet (31) aktiviert, also stromleitend, und der Anzünder (51) nicht aktiviert, also nichtstromleitend, an die Stromquelle (95) angeschlossen ist. Und es gilt zum anderen, dass in der jeweiligen Öffnungsstellung der Sicherheitseinrichtung (100), also gemäß 3b, 4b und 5b, der Elektromagnet (31) deaktiviert, also stromlos geschaltet ist, und der Anzünder (51) aktiviert, also stromleitend, an die Stromquelle (95) angeschlossen istIn all others 3a to 5b is the power source for the sake of clarity ( 95 ), the desk ( 90 ) and the corresponding sketchy electrical leads, which these components with each other and with the electromagnet ( 31 ) and the lighter ( 51 ) connect, no longer shown. Here applies an analog to the 1a and 1b corresponding electrical circuit shown. In other words, also in the embodiments of the others 3a to 5b applies that, on the one hand, in the respective closed position of the safety device ( 100 ), according to 3a , 4a and 5a , the electromagnet ( 31 ) activated, i.e. conductive, and the igniter ( 51 ) not activated, i.e. not conducting electricity, to the power source ( 95 ) connected. On the other hand, in the respective open position of the safety device ( 100 ), according to 3b , 4b and 5b , the electromagnet ( 31 ) is deactivated, i.e. switched off, and the igniter ( 51 ) activated, i.e. conductive, to the power source ( 95 ) connected
Die 5a, 5b zeigen eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung (100), welche der ersten Ausführungsform (2a, 2b) relativ ähnlich ist. Im Folgenden wird im Wesentlichen nur auf diesbezügliche Unterschiede eingegangen. Die Ausführungsform der 5a, 5 b zeigen ebenfalls das Federelement (40), welches hier jedoch in der Ruhestellung der Sicherheitseinrichtung (100) gemäß 5a derart in einer vorgespannten Lage positioniert ist, dass die Federkraft des Federelements (40) in Schließrichtung (S) auf den Kontaktanker (36) einwirkt. Hierzu kann das vorgespannte Federelement (40) zwischen einem Innenbereich einer Gehäusewand des elektromagnetischen Schaltelements (30) und dem Kontaktanker (36), insbesondere dessen mittleren Abschnitts (12) des Leiters (10), eingespannt sein, wie in 5a skizzenhaft angedeutet. Ein Vorteil einer solchen Konstruktion im Vergleich zu einer Konstruktion wie sie in 2a dargestellt ist, wäre, dass bei der Konstruktion nach 5a ein kleiner bauender bzw. leistungsschwächerer Elektromagnet (31) möglich ist, da zur Schließstellung der Sicherheitseinrichtung (100) eine geringere magnetische Kraft bzw. Energie zum Halten des Kontaktankers (36) nötig ist, weil das Federelement (40) hier einen Teil der magnetischen Kraft quasi ersetzen kann. Der Ankerschaft (37) umfasst bei dieser Konstruktion insbesondere einen Permanentmagneten.
Bei einer derartigen Konstruktion muss dann allerdings, wie in 5b dargestellt, im Aktivierungszustand der Sicherheitseinrichtung (100) das pyrotechnische Stellglied (50) entgegen der Federkraft des Federelements (40) arbeiten. In anderen Worten, der Bewegungsimpuls, der bei der Aktivierung des pyrotechnischen Stellglieds (50) bzw. dessen bewegten Stellelements (56) auf den Kontaktanker (36) in Öffnungsrichtung (O) übertragen wird, muss entgegen der Federkraft des Federelements (40) wirken bzw. diese bei der Trennung der Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) überwinden. Vorteilhafterweise ist noch eine nicht dargestellte Einrastvorrichtung an dem bzw. für den Kontaktanker (36) vorgesehen, welche in der Öffnungsstellung der Sicherheitseinrichtung (100) eine durch das Federelement (40) mögliche zurück gerichtete Bewegung des Kontaktankers (36) in Richtung Schließrichtung (S) verhindert.The 5a , 5b show a fourth embodiment of the safety device according to the invention ( 100 ) which of the first embodiment ( 2a , 2 B ) is relatively similar. Essentially, only differences in this regard will be discussed below. The embodiment of the 5a , 5 b also show the spring element ( 40 ), which, however, is in the rest position of the safety device ( 100 ) according to 5a is positioned in a pretensioned position such that the spring force of the spring element ( 40 ) in the closing direction ( S ) on the contact anchor ( 36 ) acts. For this purpose, the prestressed spring element ( 40 ) between an inner region of a housing wall of the electromagnetic switching element ( 30th ) and the contact anchor ( 36 ), especially its middle section ( 12 ) of the leader ( 10th ), be clamped, as in 5a sketched out. An advantage of such a construction compared to a construction as in 2a is shown, that would be in the construction after 5a a small building or less powerful electromagnet ( 31 ) is possible because the safety device ( 100 ) a lower magnetic force or energy for holding the contact armature ( 36 ) is necessary because the spring element ( 40 ) can replace part of the magnetic force here. The anchorage ( 37 ) includes in this construction in particular a permanent magnet.
With such a construction, however, as in 5b shown in the activated state of the safety device ( 100 ) the pyrotechnic actuator ( 50 ) against the spring force of the spring element ( 40 ) work. In other words, the movement impulse that occurs when the pyrotechnic actuator ( 50 ) or its moving control element ( 56 ) on the contact anchor ( 36 ) in opening direction ( O ) must be transferred against the spring force of the spring element ( 40 ) act or these when separating the sections ( 12 ) of the electrical conductor ( 10th ) overcome. Advantageously, a not shown locking device on or for the contact anchor ( 36 ) is provided, which is in the open position of the safety device ( 100 ) one by the spring element ( 40 ) possible backward movement of the contact anchor ( 36 ) in the direction of closing ( S ) prevented.
Die 3a, 3b zeigen eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung (100), welche im Wesentlichen auch nach dem Prinzip der ersten Ausführungsform (2a, 2b) funktioniert und diesbezüglich als eine Art Weiterentwicklung bzw. als eine weiter integrierte Konstruktion aufgefasst werden kann. Im Folgenden werden bezüglich der 3a und 3b nur die wesentlichen Unterschiede zu der ersten Ausführungsform, wie sie in 2a, 2b gezeigt und beschrieben sind, erläutert.
Demnach ist bei der zweiten Ausführungsform nach 3a, 3b das bewegbare Stellelement (56) des pyrotechnischen Stellglieds (50) von einem Teilbereich des Kontaktankers (36), insbesondere von dessen Ankerschaft (37), ausgebildet. Anders ausgedrückt bildet der Ankerschaft (37) das bewegbare Stellelement (56). Somit kann auf unmittelbarer Art und Weise bei Aktivierung des pyrotechnischen Stellglieds (50) der Ankerschaft (37) und somit der Kontaktanker (369, welcher den Ankerschaft (37) umfasst, aus dem Gehäuse (52) des pyrotechnischen Stellglieds (50) in Öffnungsrichtung (O) herausbewegt werden, wie in 3b dargestellt. Bei dieser Konstruktion kann somit das Endstück (38), wie es bei der Konstruktion nach 2a, 2b verwendet wird, entfallen. Somit ist ein Endstück als quasi mechanisches Übertragungselement eines Bewegungs- bzw. Beschleunigungsimpulses eines bewegbaren Stellelements auf einen Kontaktanker bei der Konstruktion nach 3a, 3b nicht mehr notwendig. Die zweite Ausführungsform weist damit den Vorteil auf, dass durch ein quasi einstückiges Zusammenlegen von Ankerschaft (37) und bewegbaren Stellelement (56) eines dieser beiden Bauteile eingespart werden kann. Bei der zweiten Ausführungsform ist zudem das pyrotechnische Stellglied (50) in den Elektromagneten (31) des Schaltelements (30) integriert. Dies heißt, dass vorzugsweise ein Großteil des pyrotechnischen Stellglieds (50) nicht mehr außerhalb des Elektromagneten (31) positioniert ist, so wie bei einer Konstruktion nach 2a, sondern innerhalb des Elektromagneten (31) verbaut ist, was vorteilhaft eine Reduzierung der gesamten Baugröße der Sicherheitseinrichtung (100) bedeutet. Konkret kann dabei das pyrotechnische Stellglied (50) fast zur Gänze innerhalb der Magnetspule (34) des Elektromagneten (31) positioniert sein, wobei lediglich ein Weg für eine elektrische Zuleitung zu dem pyrotechnischen Stellglied (50) von der Umgebund des Elektromagneten (31) vorgesehen sein sollte. Dies wird in der Konstruktion nach 3a, 3b derart ausgeführt, dass lediglich die zwei elektrisch leitenden Kontaktmittel des Anzünders (51) bzw. elektrisch leitende Zuleitungen dorthin, aus dem Außengehäuse des Elektromagneten (31) heraus, insbesondere aus dessen Grundplatte (39) heraus, ragen bzw. sich dorthin erstrecken.The 3a , 3b show a second embodiment of the safety device according to the invention ( 100 ), which is also essentially based on the principle of the first embodiment ( 2a , 2 B ) works and can be seen as a kind of further development or as a more integrated construction. In the following, regarding the 3a and 3b only the essential differences from the first embodiment, as shown in 2a , 2 B shown and described are explained.
Accordingly, in the second embodiment 3a , 3b the movable control element ( 56 ) of the pyrotechnic actuator ( 50 ) from a section of the contact anchor ( 36 ), especially from its anchorage ( 37 ), educated. In other words, the anchor shaft ( 37 ) the movable control element ( 56 ). Thus, on immediate How to activate the pyrotechnic actuator ( 50 ) the anchorage ( 37 ) and thus the contact anchor ( 369 which the anchorage ( 37 ) includes, from the housing ( 52 ) of the pyrotechnic actuator ( 50 ) in opening direction ( O ) are moved out as in 3b shown. With this construction, the end piece ( 38 ), as with the construction 2a , 2 B is used. Thus, an end piece as a quasi-mechanical transmission element of a movement or acceleration pulse of a movable actuating element on a contact armature in the construction 3a , 3b not necessary anymore. The second embodiment therefore has the advantage that, by quasi one-piece folding of the anchor shaft ( 37 ) and movable control element ( 56 ) one of these two components can be saved. In the second embodiment, the pyrotechnic actuator ( 50 ) in the electromagnets ( 31 ) of the switching element ( 30th ) integrated. This means that preferably a large part of the pyrotechnic actuator ( 50 ) no longer outside the electromagnet ( 31 ) is positioned, as with a construction 2a but within the electromagnet ( 31 ) is installed, which is advantageous in reducing the overall size of the safety device ( 100 ) means. Specifically, the pyrotechnic actuator ( 50 ) almost entirely within the magnetic coil ( 34 ) of the electromagnet ( 31 ) be positioned, with only one path for an electrical lead to the pyrotechnic actuator ( 50 ) from the area around the electromagnet ( 31 ) should be provided. This is reflected in the design 3a , 3b designed such that only the two electrically conductive contact means of the igniter ( 51 ) or electrically conductive leads there, from the outer housing of the electromagnet ( 31 ), especially from its base plate ( 39 ) stick out, stick out or extend there.
Die 4a, 4b zeigen eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung (100), bei der ein wesentlicher Unterschied verglichen zu der ersten Ausführungsform (2a, 2b) darin besteht, dass das pyrotechnische Stellglied (50) bei seiner Aktivierung mit seinem bewegbaren Stellelement (56) nicht in Öffnungsrichtung (O), sondern quer dazu wirkt. Hierbei ist das bewegbare Stellelement (56) mit seiner Längsachse (L) in einem Winkel von O° bis 180°, insbesondere im Wesentlichen senkrecht, zu der axialen Längserstreckung (A) des Kontaktankers (36), insbesondere eines Ankerschafts (37) des Kontaktankers (36), positioniert, um die Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) mittels des Stellelements (56) zu trennen bzw. eine solche Trennung zu unterstützen. Konkret ist dabei, wie in 4a dargestellt, das pyrotechnische Stellglied (50) derart positioniert, dass sein bewegbares Stellelement (56) mit seiner Längsachse (L) im Wesentlichen parallel zu dem elektrischen Leiter (10) bzw. parallel zu den Abschnitten 12) des Leiters (10) positioniert. Die Längsachse (L) des bewegbares Stellelements (56) ist damit im Wesentlichen senkrecht zu der axialen Längserstreckung (A) des Kontaktankers (36) bzw. dessen Ankerschaftes (37) ausgerichtet.
In relativ kurzer Distanz zu dem bewegbaren Stellelement (56) des pyrotechnischen Stellglieds (50) ist ein Keilelement (60) derart positioniert, dass es mit der Aktivierung des pyrotechnischen Stellglieds (50) und der daraus resultierenden Bewegung des Stellelements (56) durch das Stellelement (56) in Richtung dessen Bewegungsrichtung mitbewegt werden kann. Konkret handelt es sich bei dem Keilelement (60) um ein elektrisch isolierendes Material das mittels des bewegbaren Stellelements (56) antreibbar ist, derart dass das Keilelement (60) zwischen Kontaktelementen (20, 22, 24, 26) der Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) verschiebbar ist, um einen Stromfluss zwischen den Kontaktelementen (20, 22, 24, 26) zu unterbrechen (siehe 4b).
In dem Ruhezustand der Sicherheitseinrichtung (100) ist, wie in 4a dargestellt, das Keilelement (60) zum einen mit einer flachen Stirnseite in einem geringen Abstand zu dem bewegbaren Stellelement (56) positioniert, sodass sich dadurch ein gewisser Spalt dorthin ergibt, und zum anderen ist das Keilelement (60) mit einer spitzen Stirnseite, die der flachen Stirnseite gegenüberliegt, zwischen den zu trennenden Abschnitten (12) des elektrischen Leiters (10) angeordnet. Somit ist das Keilelement (60) bereits in dem Ruhezustand auch geometrisch optimal positioniert, um für bzw. bei der Trennung der entsprechenden Abschnitte (12) effektiv wirken zu können. Das Keilelement (60) kann dabei in einer nicht dargestellten Führung gelagert sein, um bei seiner Bewegung (4b) optimale Wirkung zu erreichen.
In dem Aktivierungszustand der Sicherheitseinrichtung (100), wie in 4b dargestellt, wird das Keilelement (60) durch einen mechanischen Übertrag bzw. Übergang des Bewegungsimpulses des durch Aktivierung des pyrotechnischen Stellglieds (50) bewegten Stellelements (56) zwischen bzw. weiter zwischen die zu trennenden Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) bewegt bzw. hineinbewegt. Dabei wird das Keilelement (60) insbesondere zwischen die entsprechenden Kontaktelemente (20 ,24), insbesondere zwischen das erste Kontaktelement (20) und das dritte Kontaktelement (24), bewegt, um so eine mechanische Trennung bzw. eine Trennung durch mechanische Krafteinwirkung der entsprechenden zu trennenden Abschnitte (12) herbeizuführen bzw. zu unterstützen. Die elektromechanisch ausgelöste bzw. unterstütze Bewegung des Kontaktankers (36) wird in der Konstruktion nach 4a, 4b so ausgeführt bzw. ist die Konstruktion dazu so ausgelegt, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist und bezüglich den 1a und 1b gezeigt und beschrieben ist. In anderen Worten, der Beitrag bzw. Kräftebeitrag für das Trennen der Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10), der ausschließlich durch den Elektromagneten (31) durchführbar ist, ist in der Konstruktion nach 4a und 4b derselbe wie bei 1a und 1b. Dementsprechend wird für den Ruhezustand der Sicherheitseinrichtung (100) der Elektromagnet (31) stromführend mit der Stromquelle (95) verbunden, sodass der Kontaktanker (36) in Schließrichtung (S) gehalten und die Abschnitte (12) des Leiters (10) elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Danach wird für den Aktivierungszustand der Sicherheitseinrichtung (100) der Elektromagnet (31) stromlos geschaltet, also von der Stromquelle (95) elektrisch getrennt, sodass der Kontaktanker (36) mittels Federkraft des vorgespannten Federelements (40) in Öffnungsrichtung (O) bewegt wird, um die Abschnitte (12) des Leiters (10) voneinander zu trennen. Bei diesem Trennvorgang wirkt nun das pyrotechnische Stellglied (50) mit dem bewegten Keilelement (60), wie oben beschrieben, unterstützend oder sogar hauptsächlich mit bei der Trennung der Abschnitte (12) des Leiters (10). Das Endstück (38) ist hierbei ähnlich fest mit der Grundplatte (39) verbunden, wie es bereits in den 1a, 1b gezeigt ist.
Bei einer modifizierte Ausführungsform bezüglich der Konstruktion wie sie in 4a und 4b dargestellt ist, kann das bewegbare Stellelement (56) ein bzw. das Keilelement (60) ausgebildet sein (nicht dargestellt). In anderen Worten wird in diesem Fall das bewegbare Stellelement (56) quasi einstückig zusammengelegt mit dem Keilelement (60) und kann somit eingespart werden. Bei dieser Alternative würde dann ein Teilbereich des Keilelements (60), insbesondere dessen flache Stirnseite, innerhalb des Gehäuses (52) des pyrotechnischen Stellglieds (50) positioniert sein.The 4a , 4b show a third embodiment of the safety device according to the invention ( 100 ), in which a significant difference compared to the first embodiment ( 2a , 2 B ) is that the pyrotechnic actuator ( 50 ) when activated with its movable control element ( 56 ) not in the opening direction ( O ), but acts across it. The movable control element ( 56 ) with its longitudinal axis ( L ) at an angle of 0 ° to 180 °, in particular essentially perpendicular, to the axial longitudinal extent ( A ) of the contact anchor ( 36 ), especially an anchor shaft ( 37 ) of the contact anchor ( 36 ), positioned around the sections ( 12 ) of the electrical conductor ( 10th ) by means of the control element ( 56 ) to separate or to support such a separation. It is specific, as in 4a shown, the pyrotechnic actuator ( 50 ) positioned such that its movable control element ( 56 ) with its longitudinal axis ( L ) essentially parallel to the electrical conductor ( 10th ) or parallel to the sections 12 ) of the leader ( 10th ) positioned. The longitudinal axis ( L ) of the movable control element ( 56 ) is therefore essentially perpendicular to the axial longitudinal extent ( A ) of the contact anchor ( 36 ) or its anchor shaft ( 37 ) aligned.
At a relatively short distance from the movable control element ( 56 ) of the pyrotechnic actuator ( 50 ) is a wedge element ( 60 ) positioned such that when the pyrotechnic actuator ( 50 ) and the resulting movement of the control element ( 56 ) by the control element ( 56 ) can be moved in the direction of its movement. Specifically, the wedge element ( 60 ) around an electrically insulating material which is moved by means of the movable adjusting element ( 56 ) can be driven such that the wedge element ( 60 ) between contact elements ( 20th , 22 , 24th , 26 ) of the sections ( 12 ) of the electrical conductor ( 10th ) is displaceable in order to allow a current to flow between the contact elements ( 20th , 22 , 24th , 26 ) to interrupt (see 4b) .
In the idle state of the safety device ( 100 ) is like in 4a shown the wedge element ( 60 ) on the one hand with a flat end face at a short distance from the movable adjusting element ( 56 ) positioned so that there is a certain gap there, and secondly the wedge element ( 60 ) with a pointed end face, which is opposite the flat end face, between the sections to be separated ( 12 ) of the electrical conductor ( 10th ) arranged. Thus the wedge element ( 60 ) already geometrically optimally positioned in the idle state in order to for or during the separation of the corresponding sections ( 12 ) to work effectively. The wedge element ( 60 ) can be mounted in a guide (not shown) so that when it moves ( 4b ) to achieve optimal effect.
In the activation state of the safety device ( 100 ), as in 4b shown, the wedge element ( 60 ) by a mechanical transfer or transition of the movement impulse of the activation of the pyrotechnic actuator ( 50 ) moving actuator ( 56 ) between or further between the sections to be separated ( 12 ) of the electrical conductor ( 10th ) moved or moved in. The wedge element ( 60 ) especially between the corresponding contact elements ( 20th , 24th ), in particular between the first contact element ( 20th ) and the third contact element ( 24th ), so as to achieve a mechanical separation or a separation due to the mechanical action of the corresponding sections to be separated ( 12 ) bring about or support. The electromechanically triggered or supported movement of the contact anchor ( 36 ) is followed in the construction 4a , 4b so executed or the construction is designed as it is known from the prior art and with respect to 1a and 1b is shown and described. In other words, the contribution or force contribution for separating the sections ( 12 ) of the electrical conductor ( 10th ), which is exclusively controlled by the electromagnet ( 31 ) is feasible, is in the design 4a and 4b the same as for 1a and 1b . Accordingly, for the idle state of the safety device ( 100 ) the electromagnet ( 31 ) live with the power source ( 95 ) connected so that the contact anchor ( 36 ) in the closing direction ( S ) and the sections ( 12 ) of the leader ( 10th ) are connected to each other in an electrically conductive manner. Then the activation status of the safety device ( 100 ) the electromagnet ( 31 ) disconnected from the power source ( 95 ) electrically isolated so that the contact anchor ( 36 ) by means of the spring force of the prestressed spring element ( 40 ) in opening direction ( O ) is moved to the sections ( 12 ) of the leader ( 10th ) separate from each other. The pyrotechnic actuator ( 50 ) with the moving wedge element ( 60 ) as described above, supportive or even mainly with the separation of the sections ( 12 ) of the leader ( 10th ). The tail ( 38 ) is similarly firm to the base plate ( 39 ) connected, as already in the 1a , 1b is shown.
In a modified embodiment in terms of construction as shown in 4a and 4b is shown, the movable control element ( 56 ) or the wedge element ( 60 ) be formed (not shown). In other words, the movable control element ( 56 ) quasi-integrally folded with the wedge element ( 60 ) and can thus be saved. In this alternative, a partial area of the wedge element ( 60 ), especially its flat face, inside the housing ( 52 ) of the pyrotechnic actuator ( 50 ) be positioned.
Die 6a, 6b zeigen eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung (100), welche der ersten Ausführungsform (2a, 2b) sehr ähnlich ist. Im Folgenden wird im Wesentlichen nur auf diesbezügliche Unterschiede eingegangen. Die Konstruktion gemäß der 6a und 6b weist ein Endstück (38) auf, welches fest mit der Grundplatte (39) des Elektromagneten (31) verbunden ist. Das Endstück (38) weist eine mittige Durchgangsbohrung auf, durch welche in dem Ruhezustand der Sicherheitseinrichtung (100) das bewegbare Stellelement (56) des pyrotechnischen Stellglieds (50) hineinragt bzw. hindurchragt, wie in 6a dargestellt. Das bewegbare Stellelement (56) ist dazu entsprechend schmäler bzw. geringer in seinem Durchmesser ausgebildet, als es vergleichsweise in der Konstruktion nach 2a ausgebildet ist. Dabei kann das somit stiftartige bewegbare Stellelement, wie in 6a dargestellt, mit seiner dem Ankerschaft (37) zugewandten Stirnseite an den Ankerschaft (37) anstehen bzw. diesen kontaktieren, oder aber in einem gewissen Abstand dazu positioniert sein. Vorzugsweise ist dabei das bewegbare Stellelement (56) zumindest teilweise in die mittige Durchgangsbohrung des Endstücks (38) eingeführt bzw. ragt in diese hinein. Als alternative Variante zu dieser Konstruktion ist es auch vorstellbar, dass das Endstück (38) mit der Grundplatte (39) ein einstückiges Bauelement ausbildet und somit als separates Bauteil eingespart werden kann (nicht dargestellt).
In dem Aktivierungszustand der Sicherheitseinrichtung (100), wie in 6b dargestellt, wird das bewegbare Stellglied (56) nach Aktivierung des pyrotechnischen Stellglieds (50) in Richtung Öffnungsrichtung (O) weiter durch die mittige Durchgangsbohrung des Endstücks (38) bewegt, sodass es den Ankerschaft (37) bzw. den Kontaktanker (36) in die Öffnungsstellung der Sicherheitseinrichtung (100) mitbewegt, bzw. im Falle eines vorherigen Abstands zu diesem an diesen anschlägt und diesen danach entsprechend mitbewegt.
Vorteilhaft bei dieser Konstruktion nach 6a und 6b ist, dass das Endstück (38) nicht als ein zusätzliches Bauteil bei der Aktivierung der Sicherheitseinrichtung (100) mitbewegt werden muss und zudem, dass hierbei der Bereich des bewegbaren Stellelements (56), der zumindest teilweise in die mittige Durchgangsbohrung des Endstücks (38) hineinragt, eine entsprechende Führung erfährt.The 6a , 6b show a fifth embodiment of the safety device according to the invention ( 100 ) which of the first embodiment ( 2a , 2 B ) is very similar. Essentially, only differences in this regard will be discussed below. The construction according to the 6a and 6b has an end piece ( 38 ) which is firmly attached to the base plate ( 39 ) of the electromagnet ( 31 ) connected is. The tail ( 38 ) has a central through-hole through which the safety device ( 100 ) the movable control element ( 56 ) of the pyrotechnic actuator ( 50 ) protrudes or protrudes, as in 6a shown. The movable control element ( 56 ) is designed to be correspondingly narrower or smaller in diameter than it is comparatively in terms of construction 2a is trained. The pin-like movable control element, as in 6a with its anchorage ( 37 ) facing end face on the anchor shaft ( 37 ) queue or contact him or be positioned at a certain distance from it. The movable control element ( 56 ) at least partially in the central through hole of the end piece ( 38 ) introduced or protrudes into it. As an alternative variant to this construction, it is also conceivable that the end piece ( 38 ) with the base plate ( 39 ) forms a one-piece component and can thus be saved as a separate component (not shown).
In the activation state of the safety device ( 100 ), as in 6b shown, the movable actuator ( 56 ) after activation of the pyrotechnic actuator ( 50 ) in the direction of opening ( O ) further through the central through hole of the end piece ( 38 ) moves so that the anchor shaft ( 37 ) or the contact anchor ( 36 ) in the open position of the safety device ( 100 ) moves, or in the case of a previous distance to this strikes it and then moves it accordingly.
Advantageous with this construction 6a and 6b is that the tail ( 38 ) not as an additional component when activating the safety device ( 100 ) must also be moved and that the area of the movable adjusting element ( 56 ), which is at least partially in the central through bore of the end piece ( 38 ) protrudes, experiences a corresponding tour.
BezugszeichenlisteReference symbol list
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1010th
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Leiterladder
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1212
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Abschnittsection
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2020th
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erstes Kontaktelementfirst contact element
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2222
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zweites Kontaktelementsecond contact element
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2424th
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drittes Kontaktelementthird contact element
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2626
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viertes Kontaktelementfourth contact element
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3030th
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SchaltelementSwitching element
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3131
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ElektromagnetElectromagnet
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3434
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MagnetspuleSolenoid
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3636
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KontaktankerContact anchor
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3737
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AnkerschaftAnchorage
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3838
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EndstückTail
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3939
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GrundplatteBase plate
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4040
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FederelementSpring element
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5050
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pyrotechnisches Stellgliedpyrotechnic actuator
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5151
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AnzünderLighter
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5252
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Gehäusecasing
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5454
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Zylindercylinder
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5656
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StellelementActuator
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5858
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Kolbenpiston
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6060
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KeilelementWedge element
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8080
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LöschkammerQuenching chamber
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9090
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Schaltercounter
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9595
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StromquellePower source
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100100
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SicherheitseinrichtungSafety device
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LL
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LängsachseLongitudinal axis
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AA
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axiale Längserstreckungaxial longitudinal extent
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OO
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ÖffnungsrichtungOpening direction
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SS
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SchließrichtungClosing direction
