DE102020212125A1

DE102020212125A1 - Stromleitungs-Trennvorrichtung

Info

Publication number: DE102020212125A1
Application number: DE102020212125.7A
Authority: DE
Inventors: Felix Noll; Alois Mauthofer; Max Aulbach
Original assignee: Joyson Safety Systems Germany GmbH
Current assignee: Joyson Safety Systems Germany GmbH
Priority date: 2020-09-25
Filing date: 2020-09-25
Publication date: 2022-03-31

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stromleitungs-Trennvorrichtung (1) mit einem Gehäuse (2), das eine Kammer (4) umgibt, wobei das Gehäuse (2) eine zu der Kammer (4) hingewandte Gehäuseinnenwand (24) aufweist. Erfindungsgemäß ist die Gehäuseinnenwand (24) zumindest abschnittsweise verformbar ausgebildet.Die Erfindung betrifft ferner eine Fahrzeugkomponente und eine stationäre Einrichtung mit einer Stromleitungs-Trennvorrichtung (1) sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Stromleitungs-Trennvorrichtung (1) mittels eines 3D-Druckverfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromleitungs-Trennvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Fahrzeugkomponente nach Anspruch 13 und eine stationäre Vorrichtung nach Anspruch 14 enthaltend diese Stromleitungs-Trennvorrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Stromleitungs-Trennvorrichtung mittels eines 3D-Druckverfahrens gemäß Anspruch 15.
Elektrisch angetriebene Fahrzeuge erfordern einen Batterieeinsatz mit sehr hohen elektrischen Spannungen und Strömen. Im Falle eines Unfalls können die durch die Batterie bedingten hohen Ströme und Spannungen für die Fahrzeuginsassen sowie für Unfalleinsatzkräfte eine Gefahr darstellen. Die Gefahr kann beispielsweise dadurch minimiert werden, dass der Stromfluss in der Nähe von der Batterie schnellstmöglich unterbrochen wird. Die Unterbrechung des elektrischen Stromkreises lässt sich mittels Leitungstrennern zum Beispiel mit Stromleitungs-Trennvorrichtungen für Hochspannungsstromschienen (englisch High Voltage Electric Line Cutter, HV-ELC) realisieren. Solche Notabschaltvorrichtungen können sehr hohe elektrische Ströme (mehrere Kiloampere) und sehr hohe elektrische Spannungen (bis hin zum Kilovoltbereich) in wenigen Millisekunden ausschalten.
Aus dem Stand der Technik sind Leitungstrenner bekannt, die ein bewegbares Trennelement und eine Zündeinheit umfassen. Das Trennelement kann ein Teilstück aus einer Stromschiene herausschlagen, sodass der Stromfluss unterbrochen wird. Nachteilig bei bekannten Leitungstrennern ist, dass es auch nach dem Trennen der Stromschiene und der Unterbrechung des Stroms bedingt durch den Spalt zwischen Gehäuseinnenwand und Trennelement bzw. Gehäuseinnenwand und dem herausgetrennten Teil der Stromschiene zu einem unerwünschten erneuten Lichtbogen mit Stromfluss (Nachzünden) kommen kann.
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem besteht darin, eine Stromleitungs-Trennvorrichtung bereitzustellen, die ein Nachzünden verhindert.
Diese Aufgabe wird durch eine Stromleitungs-Trennvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung betrifft eine Stromleitungs-Trennvorrichtung, insbesondere zum Trennen von Hochspannungsstromschienen oder Hochspannungsstromleitungen, mit einem Gehäuse, das eine Kammer umgibt, wobei das Gehäuse eine zu der Kammer hingewandte Gehäuseinnenwand aufweist, wobei die Gehäuseinnenwand zumindest abschnittsweise verformbar ausgebildet ist.
Durch den verformbaren Abschnitt wird ein Nachzünden verhindert. Der verformbare Abschnitt kann zudem zum Reduzieren von kinetischer Energie (Bewegungsenergie) des Trennelements und/oder des aus der Stromleitung oder der Stromschiene herausgetrennten Teilstücks dienen. Der verformbare Abschnitt kann die kinetische Energie des Trennelements und/oder des aus der Stromleitung oder Stromschiene herausgetrennten Teilstücks aufnehmen und in Verformungsarbeit umwandeln.
Die Kammer ist ein mit Gas oder Löschmittel befüllter oder ein mit Gas befüllbarer Raum. Die Kammer ist von einem Gehäuse umgeben. Die Kammer liegt somit innerhalb des Gehäuses.
Die Kammer weist ein Kammerunterteil und ein Kammeroberteil auf. Als Kammeroberteil wird der Bereich der Kammer verstanden, der oberhalb der Aufnahme für eine Stromschiene oder oberhalb der (horizontal verlaufenden) Stromleitung, insbesondere Stromschiene, angeordnet ist. Als Kammerunterteil wird der Bereich der Kammer verstanden, der unterhalb der Aufnahme für die (horizontal verlaufende) Stromleitung, insbesondere Stromschiene, angeordnet ist. Die Aufnahme für die Stromleitung, insbesondere die Stromschiene, liegt also zwischen dem Kammerunterteil und dem Kammeroberteil.
Das Gehäuse kann als einteiliges, zweiteiliges oder mehrteiliges Gehäuse ausgebildet sein. Das Gehäuse weist eine zur Kammer hingewandte Gehäuseinnenwand auf. Das Gehäuse weist zudem eine Gehäuseaußenwand auf, welche die Gehäuseinnenwand umgibt. Das Gehäuse kann zudem einen Gehäuseboden und eine Gehäusedecke aufweisen, wobei die Gehäuseaußenwand jeweils mit dem Gehäuseboden und der Gehäusedecke verbunden ist und sich die Gehäusedecke und der Gehäuseboden gegenüber liegen.
Das Gehäuse kann ein Gehäuseunterteil und Gehäuseoberteil aufweisen. Als Gehäuseoberteil wird der Bereich des Gehäuses verstanden, der oberhalb der Aufnahme für eine Stromschiene oder oberhalb der (horizontal verlaufenden) Stromleitung, insbesondere Stromschiene, angeordnet ist. Als Gehäuseunterteil wird der Bereich des Gehäuses verstanden, der unterhalb der Aufnahme für die (horizontal verlaufende) Stromleitung, insbesondere Stromschiene, angeordnet ist. Die Aufnahme für die Stromleitung, insbesondere die Stromschiene, liegt also zwischen dem Gehäuseunterteil und dem Gehäuseoberteil. Das Gehäuseunterteil kann mit dem Gehäuseoberteil (lösbar) verbunden sein.
Das Gehäuseoberteil weist eine Gehäuseoberteildecke und mindestens eine Gehäuseoberteilseitenwand auf, wobei die mindestens Gehäuseoberteilseitenwand mit der Gehäuseoberteildecke verbunden ist.
Das Gehäuseunterteil weist einen zur Kammer hingewandten Gehäuseunterteilboden und mindestens eine zur Kammer hingewandte Gehäuseunterteilseitenwand auf, wobei die mindestens eine Gehäuseunterteilseitenwand insbesondere mit dem Gehäuseunterteilboden verbunden ist. Das Gehäuseunterteil umfasst zudem z.B. eine Gehäuseunterteilaußenwand, welche die Gehäuseunterteilseitenwand und den Gehäuseunterteilboden umgibt.
Die Gehäuseunterteilseitenwand kann zumindest in einem Abschnitt verformbar ausgebildet sein. Der zumindest eine verformbare Abschnitt der Gehäuseunterteilseitenwand kann ein elastisch oder plastisch verformbarer Abschnitt sein.
Das Gehäuseunterteil kann beispielsweise zylinderförmig ausgebildet sein, so dass das Gehäuseunterteil eine gekrümmte Gehäuseunterteilseitenwand aufweist. Ist das Gehäuseunterteil dreieckig, viereckig oder vieleckig ausgebildet gibt es drei, vier oder mehr als vier Gehäuseunterteilseitenwände.
Das Gehäuseoberteil enthaltend ein Kammeroberteil und das Gehäuseunterteil enthaltend ein Kammerunterteil können derart miteinander verbunden sein, dass das Kammeroberteil und das Kammerunterteil zusammen eine Kammer bilden (die nur durch die Stromleitung, insbesondere Stromschiene, voneinander getrennt sind). Das Gehäuseoberteil enthaltend das Kammeroberteil und das Gehäuseunterteil enthaltend das Kammerunterteil können formschlüssig, stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden sein. Dabei kann die mindestens eine Gehäuseoberteilseitenwand mit der mindestens einen Gehäuseunterteilseitenwand formschlüssig, stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden sein.
Das Gehäuse, insbesondere das Gehäuseunterteil, kann zumindest teilweise oder vollständig als elektrischer Isolator ausgebildet sein oder einen solchen enthalten. Dadurch wird ein Funkenüberschlag vermindert oder verhindert. Als elektrische Isolatoren (Nichtleiter) werden chemische Elemente oder Materialien mit einer elektrischen Leitfähigkeit von weniger als 10^-8 S·cm^-1 (sowie einem spezifischen Widerstand von über 10⁸ Ω·cm) verstanden.
Das Gehäuse, z.B. der Gehäuseboden und/oder das Gehäuseoberteil und/oder das Gehäuseunterteil, kann mindestens eine Gasöffnung (Gasauslassöffnungen und/oder Gaseinlassöffnungen) für ein Gas oder Gasgemisch aufweisen. Der Gehäuseboden und/oder das Gehäuseunterteil, kann mindestens eine Gasauslassöffnung zum Auslassen ausgestoßener Gase aufweisen. Die Gasauslassöffnung des Gehäuseunterteils kann sich durch die Gehäuseunterteilseitenwand und die Gehäuseunterteilau ßenwand in die äußere Umgebung des Gehäuses erstrecken. Alternativ oder zusätzlich kann mindestens eine Gasauslassöffnung des Gehäuseunterteils in mindestens eine Gaseinlassöffnung des Gehäuseoberteils münden. Das Gehäuseoberteil kann also mindestens eine Gaseinlassöffnung aufweisen, welche mit der Gasauslassöffnung des Gehäuseunterteils verbunden ist. Dadurch können ausgestoßene oder verdrängte Gase zumindest teilweise in die Kammer zurückgeführt werden. Zum einen kann dadurch das Trennelement samt dem aus der Stromleitung oder Stromschiene herausgetrennten Teilstück durch den Druck des zurückführten Gases oder Gasgemisches zusätzlich im unteren Bereich (Gehäuseunterteil) gehalten werden. Zum anderen kann das Gas oder Gasgemisch als lichtbogenlöschendes bzw. lichtbogenkühlendes Element dienen.
Die mindestens eine Gasöffnung kann sich durch den verformbaren Abschnitt der Gehäuseunterteilseitenwand erstrecken.
Die Stromleitungs-Trennvorrichtung kann eine Aufnahme für mindestens eine Stromleitung oder mindestens eine Stromschiene aufweisen. Die Aufnahme für die Stromleitung oder die Stromschiene kann an dem Gehäuse angeordnet sein und insbesondere innerhalb der Kammer und/oder durch die Kammer verlaufen. Die Aufnahme oder die Stromschiene kann (horizontal) zwischen dem Gehäuseoberteil und dem Gehäuseunterteil angeordnet sein. Die Stromschiene kann durch mindestens eine Öffnung bspw. einen Schlitz in oder durch das Gehäuse führbar oder geführt sein.
Eine Stromleitung ist ein elektrischer Leiter (z.B. ein Kabel) zum Transport elektrischer Energie oder von elektrischem Strom. Die Stromleitung kann mit der Batterie und batteriebetriebenen Bauteilen des Fahrzeugs verbunden sein. Die Stromleitung kann eine Hochspannungsstromleitung sein (und kann somit geeignet sein, Hochspannungsströme zu führen). Die mindestens eine Stromleitung kann zudem als mindestens eine Stromschiene ausgebildet sein.
Eine Stromschiene ist ein elektrischer Leiter (aus einem starren Material) zur Versorgung von Fahrzeugen mit elektrischer Energie oder elektrischem Strom. Die Stromschiene ist beispielsweise als eine Hochspannungsstromschiene ausgebildet (und ist somit geeignet, Hochspannungsströme führen zu können). Die Stromschiene kann mit der Batterie und mindestens einem batteriebetriebenen Bauteil eines (elektrisch betriebenen) Fahrzeugs verbunden sein.
Die Stromleitung oder die Stromschiene kann aus einem geeigneten Metall z.B. Aluminium, Kupfer, Eisen oder einem Stahl oder einer Legierung bestehen oder dieses enthalten.
Die Stromleitung oder die Stromschiene kann zwei Enden aufweisen, die außerhalb des Gehäuses (außerhalb des Gehäuseoberteils und des Gehäuseunterteils) angeordnet sind.
An dem Gehäuse, insbesondere innerhalb des Gehäuseoberteils, und/oder innerhalb der Kammer, insbesondere innerhalb des Kammeroberteils, ist ein bewegbares Trennelement zum Zertrennen der Stromleitung angeordnet.
An dem Gehäuse, insbesondere innerhalb des Gehäuseoberteils, und/oder innerhalb der Kammer, insbesondere innerhalb des Kammeroberteils, ist ein Aktuator zum Auslösen einer Bewegung des Trennelements angeordnet. Der Aktuator kann außerhalb oder innerhalb des Gehäuses oder der Kammer angeordnet sein. Der Aktuator kann zumindest teilweise oder vollständig innerhalb des Gehäuses, insbesondere innerhalb des Gehäuseoberteils, und/oder innerhalb der Kammer, insbesondere innerhalb des Kammeroberteils, angeordnet sein. Der Aktuator kann an der Gehäusedecke angeordnet sein. Der Aktuator kann mit dem Trennelement (lösbar) verbunden sein. Durch Aktivieren des Aktuators wird das Trennelements in Richtung der Stromleitung oder Stromschiene beschleunigt, wobei das Trennelement auf die Stromleitung oder Stromschiene auftrifft. Der Impulsübertrag des Trennelements auf die Stromleitung oder Stromschiene ist dabei so stark, dass ein Teilstück aus der Stromschiene herausgetrennt wird.
Unter einem Trennelement wird ein dreidimensionaler Körper verstanden, der geeignet ist, mindestens ein Teilstück aus einer Stromleitung oder Stromschiene (zumindest teilweise oder vollständig) herauszutrennen. Das Trennelement ist derart ausgebildet, dass es eine starke Deformation mit Energieabsorption ermöglicht.
Das Trennelement kann stumpf, spitz oder mit einer scharfen Kante ausgebildet sein. Das Trennelement kann beispielsweise quaderförmig, würfelförmig, zylinderförmig, stempelförmig, kegelförmig oder pyramidenförmig ausgebildet sein. Das Trennelement kann bolzenartig (z.B. als Trennbolzen) ausgebildet sein.
Das Trennelement ist ausgebildet und derart angeordnet, dass es nach einem Aktivieren des Aktuators auf die Stromleitung oder Stromschiene auftrifft und diese (zumindest abschnittsweise oder vollständig) zertrennt, so dass der Stromfluss innerhalb der Stromleitung oder der Stromschiene unterbrochen wird.
Die Stromleitungs-Trennvorrichtung ermöglicht somit durch eine Abtrennung des Lastkreises von der Batterie den Schutz vor Schäden und Risiken durch Kurzschlüsse von Hochspannungsbatterien.
Das Trennelement kann beispielsweise aus einem Material bestehen, das eine geringere Härte (bspw. Shore-, Mohs- oder Rockwell-Härte) aufweist als die zu zertrennende Stromschiene. Das Trennelement kann aus einem Kunststoff (z.B. einem Polymer) bestehen, welches eine geringere Härte als Kupfer aufweist.
Das Trennelement kann (zumindest teilweise oder vollständig) als elektrischer Isolator (Nichtleiter) ausgebildet sein oder einen solchen enthalten. Dadurch wird ein Funkenüberschlag vermindert oder verhindert. Das Trennelement kann beispielsweise aus einem nichtleitenden Kohlenstoff, einem (nichtleitenden) Polymer oder (nichtleitenden) Kunststoff, einer (nichtleitenden) Keramik oder einem (nichtleitenden) Glas bestehen.
Ein Aktuator ist eine Baueinheit, die aufgrund eines Signals und/oder Impulses (durch z.B. ein Fahrzeugunfallerfassungssystem) eine Bewegung des Trennelements auslösen kann oder auslöst. Der Aktuator kann ein Zünder oder Mikrogasgenerator sein, der beispielsweise eine pyrotechnische Treibladung aufweist. Der Aktuator oder der Zünder kann durch ein Signal, insbesondere ein elektrisches oder elektronisches Signal (des Fahrzeugunfallerfassungssystems), aktivierbar sein. Der Aktuator oder der Zünder kann beispielsweise (ausgelöst durch das Signal) durch einen Sensor, beispielsweise einem Airbagsensor, Aufprallsensor (Crashsensor), Unfallsensor und/oder Beschleunigungssensor, aktivierbar sein. An dem Aktuator oder dem Zünder können elektrische Anschlüsse angeordnet sein. Der Aktuator kann ein pyrotechnischer Zünder sein, der durch eine pyrotechnische Zündung eine Bewegung des Trennelements auslöst.
Aufgrund der Aktivierung des Aktuators ist eine Bewegung des bewegbaren Trennelementes auslösbar. Das Trennelement ist aufgrund der Aktivierung des Aktuator in Richtung der Aufnahme für die Stromschiene oder die Stromleitung bewegbar (so dass das Trennelement und die Stromschiene oder die Stromleitung in Kontakt miteinander gelangen).
Die Stromleitung kann (vor dem Zertrennen der Stromleitung) mindestens eine Stromleitungssollbruchstelle aufweisen. Die Stromschiene (vor dem Zertrennen der Stromleitung) kann mindestens eine Stromschienensollbruchstelle aufweisen. Die mindestens eine Stromschienensollbruchstelle oder Stromleitungssollbruchstelle kann einen geringeren Querschnitt als die restlichen Bereiche der Stromschiene oder Stromleitung aufweisen. Die Stromschienensollbruchstelle oder Stromleitungssollbruchstelle kann durch eine Materialverjüngung oder Materialschwachstelle gebildet sein. Die Stromschienensollbruchstelle oder Stromleitungssollbruchstelle kann eine Kerbe (Einbuchtung oder Aussparung) sein. Die mindestens eine Stromschienensollbruchstelle oder Stromleitungssollbruchstelle ist derart ausgebildet, bei einem Aufprall des Trennelements auf die Stromschiene, zumindest abschnittsweise zu (zer-)brechen. Die mindestens eine Stromschienensollbruchstelle oder Stromleitungssollbruchstelle kann derart angeordnet sein, dass das Trennelement auf sie trifft.
Beim Aufprall des Trennelements auf die Stromleitung oder Stromschiene kann ein Teilstück der Stromschiene teilweise oder vollständig aus der Stromschiene herausgetrennt (herausgebrochen) werden. Dadurch wird der Stromfluss zwischen der Batterie und dem batteriebetriebenen Bauteil des Fahrzeugs unterbrochen. Das aus der Stromleitung oder Stromschiene herausgetrennte Teilstück kann als leitfähige Münze ausgebildet sein.
Das Trennelement wird nach dem Zertrennen der Stromleitung in Kontakt mit dem (elastisch oder plastisch) verformbaren Abschnitt der Gehäuseinnenwand, insbesondere der Gehäuseunterteilseitenwand, gebracht.
Als verformbaren Abschnitt (oder auch deformierbar) bezeichnet man einen Abschnitt der Gehäuseinnenwand, insbesondere der Gehäuseunterteilseitenwand, der seine Form infolge des in Kontaktbringens des Trennelements und/oder des aus der Stromschiene herausgetrennten Teilstücks mit dem verformbaren Abschnitt verändert. Hierdurch kann ein Rückprallen des herausgetrennten Teilstücks und/oder des Trennelements und somit ein Funkenüberschlag und Entflammen der Stromleitungstrennvorrichtung (bzw. des Kraftfahrzeugs) verhindert werden.
Beispielsweise weist nur die Gehäuseunterteilseitenwand den mindestens einen verformbaren Abschnitt auf, nicht jedoch der Gehäuseunterteilboden.
Der verformbare Abschnitt der Gehäuseinnenwand, insbesondere der Gehäuseunterteilseitenwand, kann aus einem Kunststoff (Polymer), einem Kompositmaterial (Verbundwerkstoff aus zwei oder mehr Materialien) gebildet sein. Der verformbare Abschnitt kann aus einem Elastomer, beispielsweise einem thermoplastischen Elastomer, gebildet sein oder dieses enthalten. Der verformbare Abschnitt kann aus einem Silikon (Polysiloxane oder Poly(organo)siloxane) gebildet sein oder dieses enthalten.
Der verformbare Abschnitt der Gehäuseinnenwand, insbesondere der Gehäuseunterteilseitenwand, kann aus einem elektrischen Isolator bestehen oder einen solchen enthalten. Dies kann Funkenüberschlag vermindern oder verhindern, so dass ein leichtes Entflammen der Stromtrennvorrichtung verhindert bzw. vermindert werden kann.
Der verformbare Abschnitt der Gehäuseinnenwand, insbesondere der Gehäuseunterteilseitenwand, kann aus einem flammenhemmenden Material, insbesondere halogenfreiem Material, bestehen oder ein Flammschutzmittel enthalten. Dies kann ein leichtes Entflammen der Stromtrennvorrichtung verhindern bzw. vermindern.
Der verformbare Abschnitt der Gehäuseinnenwand, insbesondere der Gehäuseunterteilseitenwand, kann aus einem selbstverlöschenden Material bestehen oder ein solches enthalten. Dies kann die Stromtrennvorrichtung und unter Umständen die Fahrzeugkomponente und/oder das gesamte Kraftfahrzeug vor einem kompletten Abbrennen bewahren.
Der verformbare Abschnitt der Gehäuseinnenwand, insbesondere der Gehäuseunterteilseitenwand, kann beispielsweise aus einem flammenhemmenden und/oder selbstverlöschenden und/oder elektrisch isolierenden Material gebildet sein oder dieses zumindest enthalten.
Der verformbare Abschnitt der Gehäuseinnenwand, insbesondere der Gehäuseunterteilseitenwand, kann in die Kammer hineinragen. Der verformbare Abschnitt der Gehäuseinnenwand, insbesondere der Gehäuseunterteilseitenwand, kann konisch geformt sein. So kann der verformbare Abschnitt der Gehäuseinnenwand, insbesondere der Gehäuseunterteilseitenwand, beispielsweise 0,1 mm bis 0,5 mm in das Kammerunterteil hineinragen. Dadurch kann das Trennelement nach der pyrotechnischen Zündung und nach dem Zertrennen der Stromleitung mit dem verformbaren Abschnitt in Kontakt gelangen und ein Nachzünden verhindern.
Der verformbare Abschnitt der Gehäuseinnenwand, insbesondere der Gehäuseunterteilseitenwand, kann eine Lamellen- oder Rippenstruktur aufweisen.
Die Gehäuseunterteilaußenwand kann druckbeständig ausgebildet sein. Die Gehäuseunterteilaußenwand kann insbesondere eine gegen die pyrotechnisch ausgelöste Zündung des pyrotechnischen Zünders für das Trennelement druckbeständige Gehäuseunterteilaußenwand sein.
Die Elastizität oder die Plastizität der Gehäuseunterteilseitenwand kann größer sein als die Elastizität oder die Plastizität der Gehäuseunterteilaußenwand. Die Härte (bspw. die Shore-, Mohs- oder Rockwell-Härte) der Gehäuseunterteilaußenwand kann größer sein als die Härte der Gehäuseunterteilseitenwand.
Die Gehäuseunterteilaußenwand kann aus einem Kunststoff (Polymer), einem Kompositmaterial (Verbundwerkstoff), einem Metall, einer Legierung oder einer Keramik gebildet sein. Ein Kompositmaterial kann beispielsweise mindestens (einen für Spritzguss geeigneten) Kunststoff und mindestens einen Füllstoff, bspw. Fasern wie Glasfasern oder Carbonfasern, enthalten.
So wird beispielsweise eine Stromleitungs-Trennvorrichtung beschrieben mit einem Gehäuse, das eine Kammer umgibt, wobei das Gehäuse ein Gehäuseoberteil und ein Gehäuseunterteil umfasst und das Gehäuseunterteil mindestens eine zur Kammer hingewandte Gehäuseunterteilseitenwand aufweist, die mit einem zur Kammer hingewandten Gehäuseunterteilboden verbunden ist und das Gehäuse eine Gehäuseunterteilaußenwand aufweist, die die Gehäuseunterteilseitenwand und den Gehäuseunterteilboden umgibt, wobei die Gehäuseunterteilseitenwand zumindest in einem Abschnitt elastisch oder plastisch verformbar ausgebildet ist;

- einer Aufnahme für eine Stromleitung, insbesondere Stromschiene, welche zwischen dem Gehäuseoberteil und dem Gehäuseunterteil angeordnet ist;
- optional einer Stromleitung, insbesondere Stromschiene, die in der Aufnahme für die Stromschiene angeordnet ist,
- einem bewegbaren Trennelement, welches innerhalb des Gehäuseoberteils angeordnet ist und in Richtung der Aufnahme für die Stromleitung, insbesondere die Stromschiene, (und/oder in Richtung der Stromleitung, insbesondere der Stromschiene,) und in Richtung des Gehäuseunterteilbodens bewegbar ist;
- einem Aktuator zum Auslösen einer Bewegung des Trennelements;

Eine solche Stromleitungs-Trennvorrichtung kann auf ein Signal, beispielsweise ein elektrisches Signal, hin einen Stromfluss in weniger als 2 Millisekunden abschalten.
Mindestens eine der vorgenannten Stromleitungs-Trennvorrichtungen kann in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug angeordnet sein. Es wird somit auch ein (elektrisch angetriebenes) Fahrzeug mit mindestens einer der vorgenannten Stromleitungs-Trennvorrichtungen beschrieben.
Elektrisch angetriebene Fahrzeuge können insbesondere Landfahrzeuge, Wasserfahrzeuge oder Luftfahrzeuge sein. Landfahrzeuge sind beispielsweise Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Fahrräder oder Wohnmobile. Wasserfahrzeuge können beispielsweise Motorboote und Luftfahrzeuge beispielsweise Flugzeuge sein.
Auch wird eine Fahrzeugkomponente mit einer der vorgenannten Stromleitungs-Trennvorrichtungen (und einer in einer Aufnahme der Stromleitungs-Trennvorrichtung angeordneten Stromschiene) beschrieben.
Die Stromleitungs-Trennvorrichtung kann aber auch in stationären Einrichtungen, wie z.B. in Photovoltaikanlagen oder Stromspeichern, eingesetzt werden. Somit werden auch stationäre Einrichtungen, wie z.B. Solaranlagen oder Stromspeicher, mit einer der vorgenannten Stromleitungs-Trennvorrichtungen beschrieben.
Es wird zudem ein Verfahren zum Zertrennen einer Stromleitung, insbesondere einer Hochstromleitung, mit einer solchen Stromleitungs-Trennvorrichtung beschrieben. Beispielsweise wird ein Verfahren zum Zertrennen einer Stromschiene, insbesondere einer Hochstromschiene, mit einer solchen Stromleitungs-Trennvorrichtung beschrieben.
Zudem wird ein Verfahren zum Herstellen einer (erfindungsgemäßen) Stromleitungs-Trennvorrichtung mittels eines 3D-Druckverfahrens beschrieben. Auch lassen sich Einzelteile der Stromleitungs-Trennvorrichtung, z.B. das Gehäuse oder Gehäuseteile und/oder das Trennelement mittels eines 3D-Druckverfahrens herstellen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1A eine Stromleitungs-Trennvorrichtung vor dem Zertrennen der Stromleitung
1 B die Stromleitungs-Trennvorrichtung aus 1A nach dem Zertrennen der Stromleitung
2 ein Strom-Spannungs-Diagramm.

1A zeigt eine Stromleitungs-Trennvorrichtung 1 vor dem Zertrennen einer Stromleitung. Die Stromleitungs-Trennvorrichtung 1 umfasst ein bewegbares Trennelement 3 und einen Aktuator 6 (z.B. einen pyrotechnischen Zünder) zum Auslösen einer Bewegung des bewegbaren Trennelements 3. Die Stromleitungs-Trennvorrichtung 1 weist eine Kammer 4 auf, in der das Trennelement 3 angeordnet ist. Die Kammer 4 ist von einem Gehäuse 2 umgeben.
Das Gehäuse 2 weist eine zur Kammer 4 hingewandte Gehäuseinnenwand 24 und eine die Gehäuseinnenwand 24 umgebende Gehäuseaußenwand 25 auf. Das Gehäuse 2 besteht aus einem Gehäuseunterteil 22 und einem Gehäuseoberteil 21. Das Gehäuseunterteil 22 ist mit dem Gehäuseoberteil 21 (lösbar) verbunden. Das Gehäuseoberteil 21 umgibt ein Kammeroberteil 41 und das Gehäuseunterteil 22 umgibt ein Kammerunterteil 42, die derart miteinander verbunden sind, dass das Kammeroberteil 41 und das Kammerunterteil 42 zusammen eine Kammer 4 bilden. Das Gehäuse 2 weist einen Gehäuseboden 23 und eine Gehäusedecke 26 auf, wobei die Gehäuseaußenwand 25 jeweils mit dem Gehäuseboden 23 und der Gehäusedecke 26 verbunden ist und sich die Gehäusedecke 26 und der Gehäuseboden 23 gegenüber liegen. Das Gehäuseunterteil 22 weist einen zur Kammer 4 hingewandten Gehäuseunterteilboden 223 und mindestens eine zur Kammer hingewandte Gehäuseunterteilseitenwand 221 auf, wobei die mindestens eine Gehäuseunterteilseitenwand 221 mit dem Gehäuseunterteilboden 223 verbunden ist. Das Gehäuseunterteil 22 umfasst zudem eine Gehäuseunterteilaußenwand 222, welche die Gehäuseunterteilseitenwand 221 und den Gehäuseunterteilboden 223 umgibt.
Die Gehäuseinnenwand 24, insbesondere die Gehäuseunterteilseitenwand 221, weist mindestens einen verformbaren Abschnitt 9 auf. Der (elastisch oder plastisch) verformbare Abschnitt 9 weist beispielsweise eine Lamellen- oder Rippenstruktur auf und/oder ist aus einem Silikon. Der verformbare Abschnitt 9 kann in das Kammerunterteil 42 hineinragen.
Der Aktuator 6 ist an dem Gehäuseoberteil 21, insbesondere an der Gehäusedecke 26, angeordnet. Das Trennelement ist in dem Kammeroberteil 41 angeordnet. Das Trennelement 3 ist mit dem Gehäuseoberteil 21 oder dem Aktuator 6 lösbar verbunden (so dass sich das Trennelement 3 bei Auslösung des Aktuators 6, beispielsweise bei einer pyrotechnischen Zündung eines pyrotechnischen Zünders, von dem Gehäuseoberteil 21 oder dem Aktuator 6 löst).
Das Gehäuse 2 weist eine Aufnahme 7 für eine Stromleitung 8 (hier eine Stromschiene) auf. Es kann eine Stromleitung 8 in die für sie vorgesehene Aufnahme 7 eingebracht sein. Die Aufnahme für die Stromleitung 8 (und/oder die Stromleitung 8) ist zwischen dem Gehäuseoberteil 21 und dem Gehäuseunterteil 22 und zwischen dem Kammeroberteil 41 und dem Kammerunterteil 42 angeordnet. Die Stromleitung 8 kann mindestens eine Stromleitungssollbruchstelle 81 aufweisen.
Das Gehäuse 2 weist mindestens eine Gasöffnung 5 auf. Die Gasöffnung 5 kann eine Gasauslassöffnung sein, die sich durch die Gehäuseunterteilseitenwand 221 und die Gehäuseunterteilaußenwand 222 in die äußere Umgebung des Gehäuses 2 erstreckt. Die Gasöffnung 5 kann sich durch den verformbaren Abschnitt 9 hindurch erstrecken.
1B zeigt die Stromleitungs-Trennvorrichtung 1 aus 1A nach dem Zertrennen der Stromleitung 8. Durch Aktivieren des Aktuators 6 wird eine Bewegung des Trennelements 3 in Richtung der Stromleitung 8 bewirkt, wodurch es zu einem Auftreffen des Trennelements 3 auf die Stromleitung 8 kommt. Durch das Auftreffen des Trennelementes 3 auf die Stromleitung 8, kann die Stromleitung 8 zertrennt werden, sodass der Stromfluss unterbrochen wird. Dabei wird mindestens ein herausgetrenntes Teilstück 82 (z.B. eine leitfähige Münze teilweise oder vollständig) aus der Stromleitung 8 herausgetrennt. Das Trennelement 3 und/oder das aus der Stromleitung 8 herausgetrennte Teilstück 82 werden in Richtung des Gehäuseunterteils 22 und des Gehäusebodens 23 bewegt und zumindest das aus der Stromleitung 8 herausgetrennte Teilstück 82 trifft auf dem Gehäuseunterteilboden 223 auf.
Das Trennelement 3 und optional das aus der Stromleitung 8 herausgetrennte Teilstück kommen dabei mit dem verformbaren Abschnitt 9 der Gehäuseunterteilseitenwand 221 in Kontakt. Es bildet sich somit kein (Luft-)Spalt zwischen der Gehäuseunterteilseitenwand 221 und dem Trennelement 3 bzw. der Gehäuseunterteilseitenwand 221 und dem herausgetrennten Teil der Stromleitung 82. Durch dieses Auftreffen wird die kinetische Energie des Trennelements 3 und optional des aus der Stromleitung 8 herausgetrennte Teilstücks auf den verformbaren Abschnitt 9 der Gehäuseunterteilseitenwand 221 zumindest teilweise oder vollständig übertragen. Dabei kommt es zu einer elastischen oder plastischen Verformung des verformbaren Abschnitts 9 der Gehäuseunterteilseitenwand 221. Dadurch wird ein Zurückprallen des Trennelements 3 und/oder des aus der Stromleitung 8 herausgetrennten Teilstück 82 in Richtung der Stromleitung 8 und/oder ein unerwünschter Funkenüberschlag (ein Nachzünden) verhindert.
Durch die Bewegung des Trennelements 3 und des aus der Stromleitung herausgetrennten Teilstücks in das Kammerunterteil 42 wird das in dem Kammerunterteil 42 befindliche Medium (z.B. Luft) verdrängt. Die Gasöffnungen 5 stellen somit einen Pfad für das in dem Kammerunterteil 42 verdrängte Gas oder Gasgemisch (z.B. Luft) dar.
2 zeigt ein Strom-Spannungs-Diagramm von verschiedenen Trennversuchen, bei dem eine erfindungsgemäße Stromleitungs-Trennvorrichtung (Muster 2, durchgezogene Linie) mit einer verformbaren Gehäuseunterteilseitenwand mit einer Stromleitungs-Trennvorrichtung verglichen wird, die nach dem Zertrennen der Stromschiene einen Spalt zwischen Gehäuseinnenwand und Trennelement bzw. Gehäuseinnenwand und dem herausgetrennten Teil der Stromschiene aufweist (Muster 1, gepunktete bzw. gestrichelte Linie). Dabei ist zu sehen, dass die erfindungsgemäße Stromleitungs-Trennvorrichtung nach Zertrennen der Stromschiene keinen weiteren Stromfluss zeigt, also kein Nachzünden, wohingegen die andere Stromleitungs-Trennvorrichtung einen Stromfluss nach etwa 3 Millisekunden zeigt. Die erfindungsgemäße Stromleitungs-Trennvorrichtung (durchgezogene Linie) mit einer verformbaren Gehäuseunterteilseitenwand stellt somit eine sicherere Stromleitungs-Trennvorrichtung dar, die ein Nachzünden verhindert und den Stromfluss nach Zertrennen der Stromschiene in weniger als 1 Millisekunde vollständig unterbricht.
Bezugszeichenliste

1: Stromleitungs-Trennvorrichtung
2: Gehäuse
21: Gehäuseoberteil
22: Gehäuseunterteil
221: Gehäuseunterteilseitenwand
222: Gehäuseunterteilaußenwand
223: Gehäuseunterteilboden
23: Gehäuseboden
24: Gehäuseinnenwand
25: Gehäuseaußenwand
26: Gehäusedecke
3: Trennelement
4: Kammer
41: Kammeroberteil
42: Kammerunterteil
5: Gasöffnung
6: Aktuator
7: Aufnahme für Stromleitung
8: Stromleitung
81: Stromleitungssollbruchstelle
82: herausgetrenntes Teilstück der Stromleitung
9: verformbarer Abschnitt

Claims

Stromleitungs-Trennvorrichtung (1), mit einem Gehäuse (2), das eine Kammer (4) umgibt, wobei das Gehäuse (2) eine zu der Kammer (4) hingewandte Gehäuseinnenwand (24) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseinnenwand (24) zumindest abschnittsweise verformbar ausgebildet ist.
Stromleitungs-Trennvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse ein Gehäuseoberteil (21) und ein Gehäuseunterteil (22) umfasst und das Gehäuseunterteil (21) mindestens eine zur Kammer (4) hingewandte Gehäuseunterteilseitenwand (221) aufweist, die einen Teilabschnitt der Gehäuseinnenwand (24) ausbildet.
Stromleitungs-Trennvorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseunterteilseitenwand (221) zumindest in einem Abschnitt (9) verformbar ausgebildet ist.
Stromleitungs-Trennvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine verformbare Abschnitt (9) der Gehäuseunterteilseitenwand (221) ein elastisch oder plastisch verformbarer Abschnitt (9) ist.
Stromleitungs-Trennvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseunterteil (22) eine gegen eine pyrotechnisch ausgelöste Zündung eines pyrotechnischen Zünders (6) für ein Trennelement (3) druckbeständige Gehäuseunterteilaußenwand (222) aufweist.
Stromleitungs-Trennvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastizität oder die Plastizität der Gehäuseunterteilseitenwand (221) größer ist als die Elastizität oder die Plastizität des Gehäuseunterteilaußenwand (222).
Stromleitungs-Trennvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elastisch oder plastisch verformbare Abschnitt (9) in die Kammer (4) hineinragt derart, dass er nach der pyrotechnischen Zündung mit dem Trennelement (3) und/oder einem herausgetrennten Teilstück (82) der Stromleitung (8) in Kontakt gelangt.
Stromleitungs-Trennvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der elastisch oder plastisch verformbare Abschnitt (9) der Gehäuseunterteilseitenwand (221) eine Lamellen- oder Rippenstruktur aufweist.
Stromleitungs-Trennvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der elastisch verformbare Abschnitt (9) der Gehäuseunterteilseitenwand (221) aus einem Silikon besteht.
Stromleitungs-Trennvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der elastisch oder plastisch verformbare Abschnitt (9) aus einem elektrischen Isolator besteht.
Stromleitungs-Trennvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der elastisch oder plastisch verformbare Abschnitt (9) aus einem flammenhemmendem Material (9) besteht.
Stromleitungs-Trennvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der elastisch oder plastisch verformbare Abschnitt aus einem selbstverlöschendem Material besteht.
Fahrzeugkomponente mit einer Stromleitungs-Trennvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und einer in der Stromleitungs-Trennvorrichtung (1) angeordneten Stromleitung (8).
Stationäre Vorrichtung mit einer Stromleitungs-Trennvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und einer in der Stromleitungs-Trennvorrichtung (1) angeordneten Stromleitung (8).
Verfahren zum Herstellen einer Stromleitungs-Trennvorrichtung (1), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mittels eines 3D-Druckverfahrens.