DE102023109172A1

DE102023109172A1 - PYROTECHNICAL CURRENT DISCONNECTOR

Info

Publication number: DE102023109172A1
Application number: DE102023109172.7A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Marker; Kurt Aigner; Stefan Rath; Dietmar Haba
Original assignee: Astotec Automotive GmbH
Current assignee: Astotec Automotive GmbH
Priority date: 2022-04-12
Filing date: 2023-04-12
Publication date: 2023-10-12
Also published as: AT526042A1

Abstract

Ein pyrotechnischer Stromtrenner besteht aus einem Kunststoffgehäuse (11) mit einer Bohrung (16), die von einem Leiter (15) durchsetzt ist und in der ein Trennkolben (31) verschiebbar angeordnet ist, wobei der Trennkolben (31) durch einen pyrotechnischen Zünder (25) auf der dem Leiter (15) abgewandten Seite mit Druck beaufschlagbar ist, sodass er bei Auslösung eine Platine (24) aus dem Leiter (15) herausbricht. Der Trennkolben (31) besitzt zumindest ein Dichtelement (32, 33), das in Endlage des Trennkolbens (31), also nach Auslösung des Zünders (25), zu beiden Seiten der Leiterebene dichtend an der Bohrung (16) des Kunststoffgehäuses (11), die zumindest unmittelbar anschließend an die Leiterebene zylindrisch ist und den gleichen Durchmesser aufweist, anliegt, sodass zu beiden Seiten der Leiterebene eine Dichtfläche gebildet ist. Auf diese Weise ist der elektrische Widerstand nach der Auslösung des Trennelements sehr hoch, weil Abbrand-Produkte des Zünders oder eines allfälligen Lichtbogens nicht zu den Leiterenden gelangen können.A pyrotechnic current isolator consists of a plastic housing (11) with a bore (16) through which a conductor (15) passes and in which a separating piston (31) is displaceably arranged, the separating piston (31) being activated by a pyrotechnic igniter (25 ) can be pressurized on the side facing away from the conductor (15), so that when triggered it breaks a circuit board (24) out of the conductor (15). The separating piston (31) has at least one sealing element (32, 33), which in the end position of the separating piston (31), i.e. after the igniter (25) has been triggered, seals against the bore (16) of the plastic housing (11) on both sides of the conductor plane. which is cylindrical at least immediately adjacent to the conductor plane and has the same diameter, so that a sealing surface is formed on both sides of the conductor plane. In this way, the electrical resistance after the separation element is triggered is very high because combustion products from the igniter or any arc cannot reach the conductor ends.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen pyrotechnischen Stromtrenner, bestehend aus einem Kunststoffgehäuse mit einer Bohrung, die von einem Leiter durchsetzt ist und in der ein Trennkolben verschiebbar angeordnet ist, wobei der Trennkolben durch einen pyrotechnischen Zünder auf der dem Leiter abgewandten Seite mit Druck beaufschlagbar ist, sodass er bei Auslösung eine Platine aus dem Leiter herausbricht, und wobei der Trennkolben weiters zumindest ein Dichtelement besitzt, das zumindest eine Dichtelement in Endlage des Trennkolbens, also nach Auslösung des Zünders, zu beiden Seiten der Leiterebene dichtend an der Bohrung des Kunststoffgehäuses anliegt und zu beiden Seiten der Leiterebene eine Dichtfläche gebildet ist.The present invention relates to a pyrotechnic current isolator, consisting of a plastic housing with a bore through which a conductor is traversed and in which a separating piston is slidably arranged, the separating piston being pressurized by a pyrotechnic igniter on the side facing away from the conductor, so that when triggered, a circuit board breaks out of the conductor, and the separating piston further has at least one sealing element, which at least one sealing element in the end position of the separating piston, i.e. after the igniter has been triggered, lies sealingly against the bore of the plastic housing on both sides of the conductor plane and on both A sealing surface is formed on the sides of the conductor plane.

Stromtrenner für elektrische Fahrzeuge sind mittlerweile weit verbreitet, und das Trennen auch von hohen Leistungen im Kurzschlussfall gut möglich. Ein Problem bereiten allerdings die Widerstände nach der Trennung. Eine Möglichkeit, diese zu erhöhen, ist in der WO 2022011401 A1 von Hirtenberger dargestellt. Gemäß dieser Schrift weist der Trennkolben eine Ringnut auf, in der sich ein Löschmittel aus Silikon befindet. Zwischen der Ringnut mit dem Löschmittel und der Platine befindet sich im Trennkolben eine weitere Ringnut, in der ein O-Ring eingelegt ist. Dieser O-Ring soll verhindern, dass das Löschmittel vor der Auslösung aus der Ringnut entweicht. Nach dem Trennvorgang befindet sich diese Ringnut mit dem Löschmittel in der Ebene des Leiters (genauer gesagt der verbliebenen Leiterenden), sodass das Löschmittel die Leiterenden umgibt und somit den elektrischen Widerstand entsprechend erhöht. Da die Bohrung im Gehäuse auf der dem Zünder abgewandten Seite des Leiters einen größeren Durchmesser hat, liegt der O-Ring nach der Auslösung nicht mehr dicht in der Bohrung an, sodass ein entstehender Überdruck entweichen kann.Power isolators for electric vehicles are now widespread, and it is easy to disconnect even high power levels in the event of a short circuit. However, the resistance after the separation causes a problem. One way to increase this is in the WO 2022011401 A1 depicted by Hirtenberger. According to this document, the separating piston has an annular groove in which there is an extinguishing agent made of silicone. Between the annular groove with the extinguishing agent and the circuit board there is another annular groove in the separating piston in which an O-ring is inserted. This O-ring is intended to prevent the extinguishing agent from escaping from the ring groove before it is triggered. After the separation process, this annular groove with the extinguishing agent is located in the plane of the conductor (more precisely, the remaining conductor ends), so that the extinguishing agent surrounds the conductor ends and thus increases the electrical resistance accordingly. Since the hole in the housing on the side of the conductor facing away from the igniter has a larger diameter, the O-ring no longer lies tightly in the hole after it has been triggered, so that any excess pressure that arises can escape.

Allerdings ist die Verwendung von flüssigem oder pastösem Löschmittel mit erheblichem Aufwand und der Gefahr einer Verschleppung des Silikons verbunden.However, the use of liquid or pasty extinguishing agents involves considerable effort and the risk of the silicone being carried over.

Ein Stromtrenner der eingangs genannten Art ist aus FR 3099287 A1 bekannt. Gemäß dieser Schrift hat der Trennkolben drei Abschnitte: einen zylindrischen Abschnitt, der dem Zünder zugewandt ist, daran anschließend einen kegelstumpfförmigen Abschnitt, und schließlich einen weiteren zylindrischen Abschnitt (mit gegenüber dem anderen zylindrischen Abschnitt geringerem Durchmesser), der dem Zünder abgewandt ist. Im dem Zünder zugewandten zylindrischen Abschnitt ist eine Ringnut vorgesehen, in der ein O-Ring eingelegt ist. Die Bohrung des Gehäuses weist ebenfalls zwei zylindrische Abschnitte und einen dazwischen liegenden kegelstumpfförmigen Abschnitt auf, sodass nach Auslösung der kegelstumpfförmige Abschnitt des Trennkolbens am kegelstumpfförmigen Abschnitt des Gehäuses dicht anliegt. Somit kann der konische Abschnitt des Trennkolbens als weiteres Dichtelement aufgefasst werden. Dieser konische Abschnitt des Gehäuses erstreckt sich zu beiden Seiten der Leiterebene.A current isolator of the type mentioned at the beginning is out FR 3099287 A1 known. According to this document, the separating piston has three sections: a cylindrical section which faces the igniter, followed by a frustoconical section, and finally a further cylindrical section (with a smaller diameter than the other cylindrical section) which faces away from the igniter. In the cylindrical section facing the igniter, an annular groove is provided in which an O-ring is inserted. The bore of the housing also has two cylindrical sections and a truncated cone-shaped section in between, so that after triggering the truncated cone-shaped section of the separating piston lies tightly against the truncated cone-shaped section of the housing. The conical section of the separating piston can therefore be viewed as a further sealing element. This conical section of the housing extends on both sides of the conductor plane.

Diese Lösung hat mehrere Nachteile. Erstens entstehen durch das Abbremsen des Trennkolbens, wenn sein konischer Abschnitt auf den konischen Abschnitt des Gehäuses trifft, sehr hohe Kräfte, sodass das Gehäuse entsprechend massiv ausgeführt werden muss. Weiters vergeht nach dem Herausbrechen der Platine einige Zeit, bis die beiden konischen Abschnitte dicht aneinander anliegen. Auch wenn diese Zeit sehr kurz ist, kann sich in dem relativ großen Raum ein Lichtbogen aufbauen, der eine hohe Außenwirkung nach sich zieht und schwer zu löschen ist.This solution has several disadvantages. Firstly, the braking of the separating piston when its conical section hits the conical section of the housing creates very high forces, so that the housing must be made correspondingly solid. Furthermore, after breaking out the board, it takes some time until the two conical sections fit tightly together. Even if this time is very short, an arc can build up in the relatively large room, which has a high external impact and is difficult to extinguish.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Stromtrenner dahingehend zu verbessern, dass er auch ohne Löschmittel einen hohen Widerstand nach dem Trennvorgang aufweist und die oben genannten Nachteile nicht auftreten.It is the object of the present invention to improve a current isolator in such a way that it has a high resistance after the isolating process even without an extinguishing agent and the disadvantages mentioned above do not occur.

Diese Aufgabe wird durch einen Stromtrenner der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Bohrung zumindest unmittelbar anschließend an die Leiterebene zylindrisch ist und dass der dem Zünder zugewandte zylindrische Bereich den gleichen Durchmesser hat wie der dem Zünder abgewandte zylindrische Bereich.This object is achieved according to the invention by a current isolator of the type mentioned in that the bore is cylindrical at least immediately adjacent to the conductor plane and that the cylindrical region facing the igniter has the same diameter as the cylindrical region facing away from the igniter.

Durch die Festlegung des konstanten Querschnitts ergeben sich gegenüber der FR 3099287 A1 einige Vorteile. Erfindungsgemäß bleibt bei konstantem Querschnitt die untere Dichtfläche, (abgesehen von dem Bereich mit Leiter) durchgehend in Kontakt mit dem Gehäuse. Somit kann eine mechanische Reinigung erzielt werden, wie weiter unten noch ausgeführt wird. Weiters findet die mechanische Abschirmung der Leiterebene direkt nach dem Passieren des ersten Dichtelements statt. Somit kann im Vergleich zur FR 3099287 A1 ein verbesserter (erhöhter) elektrischer Widerstand zwischen den Leiterenden erreicht werden.By defining the constant cross section, the FR 3099287 A1 some advantages. According to the invention, with a constant cross section, the lower sealing surface (apart from the area with conductor) remains in constant contact with the housing. Mechanical cleaning can thus be achieved, as will be explained below. Furthermore, the mechanical shielding of the conductor level takes place directly after passing through the first sealing element. Thus, in comparison to FR 3099287 A1 an improved (increased) electrical resistance between the conductor ends can be achieved.

Vorteilhaft sind umlaufende zylindrische Bereiche oberhalb und unterhalb des Leiters, die eine Höhe von zumindest 1 mm besitzen.Circumferential cylindrical areas above and below the conductor, which have a height of at least 1 mm, are advantageous.

Die Untersuchung der Widerstände nach dem Trennen hat gezeigt, dass die Isolationswiderstände auch ohne Löschmittel, insbesondere ohne Silikon, hoch sind, wenn die Leiterebene gleichsam auf beiden Seiten abgedichtet ist. Die Erfinder vermuten, dass der Isolationswiderstand durch zwei unabhängige Strompfade reduziert wird: Ein Strompfad kann sich oberhalb der Leiterebene (d.h. auf der dem Zünder zugewandten Seite) durch die Abbrand-Produkte des Zünders ausbilden, und ein zweiter Strompfad kann sich in der Leiterebene bzw. unterhalb der Leiterebene (d. h. auf der dem Zünder abgewandten Seite) durch Abbrand-Produkte, die während der Trennung aus dem Kupferleiter und den Kunstoffen durch den entstehenden Lichtbogen freigesetzt werden, ausbilden. Wenn nun die Bohrung zumindest unmittelbar anschließend an die Leiterebene zylindrisch ist und der dem Zünder zugewandte zylindrische Bereich den gleichen Durchmesser hat wie der dem Zünder abgewandte zylindrische Bereich, wird durch die doppelte Abdichtung der Niederschlag der zunächst gasförmigen Rückstände im Bereich der Leiterebene verhindert, und zwar sowohl der Rückstände des Zünders als auch der Rückstände des Lichtbogens.The investigation of the resistances after separation has shown that the insulation resistances are high even without extinguishing agents, especially without silicone, if the conductor level is sealed on both sides. The inventors ver assume that the insulation resistance is reduced by two independent current paths: One current path can be formed above the conductor level (ie on the side facing the igniter) through the burn-off products of the igniter, and a second current path can be formed in the conductor level or below the Conductor level (ie on the side facing away from the igniter) is formed by burn-off products that are released during the separation from the copper conductor and the plastics by the resulting arc. If the bore is cylindrical at least immediately adjacent to the conductor level and the cylindrical area facing the igniter has the same diameter as the cylindrical area facing away from the igniter, the double seal prevents the initial gaseous residues from depositing in the area of the conductor level both the igniter residue and the arc residue.

Die Dichtungen wirken zweifach:

a. Durch mechanische Abschirmung der Leiterebene:
- Die Abbrand-Produkte des Leiters und des Kunststoffs sind weitgehend gasförmig, solange der Lichtbogen brennt. Wenn der Lichtbogen erlischt, kondensieren sie. Wenn nun die Passage zum Leiter weitgehend blockiert ist, ergeben sich bessere (höhere) Widerstände nach der Trennung. Ebenso ist es mit den Abbrand-Rückständen des Zünders, die in heißem Zustand leitfähig sind. Wird hier ein Stromfluss etabliert, der das vollständige Abkühlen unterbindet, so kann dieser die Leitfähigkeit erhöhen, was sogar bis zu einer verspäteten Wiederzündung führen kann.
b. Durch mechanische Reinigung:
- Der zweite Wirkmechanismus ist eine mechanische Reinigung. Während des Löschvorgangs abgeschiedene Schichten aus leitfähigem Material (Kupfer, Kohlenstoff) werden durch die Bewegung des O-Rings von der Leiterebene weggewischt.

The seals have a twofold effect:

a. Through mechanical shielding of the conductor level:
- The burn-off products of the conductor and the plastic are largely gaseous as long as the arc burns. When the arc goes out, they condense. If the passage to the conductor is largely blocked, better (higher) resistances result after separation. It is the same with the combustion residues from the igniter, which are conductive when hot. If a current flow is established here that prevents complete cooling, this can increase the conductivity, which can even lead to delayed re-ignition.
b. Through mechanical cleaning:
- The second mechanism of action is mechanical cleaning. Layers of conductive material (copper, carbon) deposited during the erasing process are wiped away from the conductor plane by the movement of the O-ring.

Geeignete Materialien für die Dichtelemente sind Silikon oder allgemein silikonhältiges Material, alternativ können Sie aber auch aus EPDM oder einem Fluorelastomer bestehen.Suitable materials for the sealing elements are silicone or generally silicone-containing material, but alternatively they can also be made of EPDM or a fluoroelastomer.

Die Herstellung eines erfindungsgemäßen Stromtrenners ist dann besonders kostengünstig möglich, wenn zumindest ein Dichtelement Teil des Trennkolbens ist, eine mögliche Ausbildung besteht darin, dass das zumindest eine Dichtelement eine umlaufende Erhebung des Trennkolbens ist. Wenn man vorsieht, dass die zumindest eine umlaufende Erhebung asymmetrisch ist, kann man bei entsprechender Ausgestaltung erreichen, dass die zumindest eine asymmetrische Erhebung eine Rückschiebesperre für den Trennkolben bildet. Die Erhebung kann dann als umlaufende Rippe ausgebildet sein, die einen Hinterschnitt besitzt und dadurch asymmetrisch ist.The production of a flow isolator according to the invention is possible particularly cost-effectively if at least one sealing element is part of the separating piston. One possible embodiment is that the at least one sealing element is a circumferential elevation of the separating piston. If one provides that the at least one circumferential elevation is asymmetrical, it can be achieved with a corresponding design that the at least one asymmetrical elevation forms a push-back lock for the separating piston. The elevation can then be designed as a circumferential rib that has an undercut and is therefore asymmetrical.

Der bei der Trennung entstehende Lichtbogen hat so viel Energie, dass er sich grundsätzlich seinen Weg bahnt, auch wenn der Trennkolben zwischen den beiden Dichtflächen durchgehend an der Innenwand der Bohrung anliegt, er komprimiert dann die Dichtung, um Platz zu schaffen. Wenn allerdings von vornherein für den Lichtbogen kein Platz vorgesehen ist, kann die Dichtung durch den Lichtbogen besonders leicht beschädigt werden.The arc created during the separation has so much energy that it basically makes its way, even if the separating piston is continuously in contact with the inner wall of the bore between the two sealing surfaces, it then compresses the seal to create space. However, if no space is provided for the arc from the outset, the seal can be particularly easily damaged by the arc.

Bevorzugt ist daher, dass der Trennkolben zwischen den beiden Dichtflächen einen Abstand zur Innenwand der Bohrung von zumindest 0,1 mm bis 0,5 mm besitzt und dass die beiden Dichtflächen einen Abstand von zumindest 1 mm zueinander haben. Somit ist ein Kanal vorhanden, in welchem der Lichtbogen zwischen den Leiterenden und der herausgebrochenen Platine kurzzeitig brennen kann, und dieser Kanal hat einen relativ kleinen Querschnitt, sodass bezogen auf den Querschnitt relativ viel Oberfläche zur Kühlung des Lichtbogens zur Verfügung steht, wodurch dieser ausreichend schnell gelöscht wird.It is therefore preferred that the separating piston between the two sealing surfaces has a distance from the inner wall of the bore of at least 0.1 mm to 0.5 mm and that the two sealing surfaces have a distance of at least 1 mm from one another. There is therefore a channel in which the arc can burn for a short time between the conductor ends and the broken-out circuit board, and this channel has a relatively small cross-section, so that, based on the cross-section, a relatively large amount of surface is available for cooling the arc, which means that it operates sufficiently quickly is deleted.

Dies kann mit einem einzigen Dichtelement realisiert werden, wenn das Dichtelement einen K-förmigen Querschnitt oder einen U-förmigen Querschnitt hat; dabei ist es günstig, wenn das Dichtelement ein Verhältnis Höhe zu Dicke von zumindest 1,2:1 besitzt.This can be achieved with a single sealing element if the sealing element has a K-shaped cross-section or a U-shaped cross-section; It is advantageous if the sealing element has a height to thickness ratio of at least 1.2:1.

Es können aber natürlich auch herkömmliche Dichtelemente in jeweils einer entsprechenden Nut des Trennkolbens eingesetzt werden, zum Beispiel O-Ringe oder X-Ringe.Of course, conventional sealing elements can also be used in a corresponding groove of the separating piston, for example O-rings or X-rings.

Wie oben erwähnt kann auch ein einziges Dichtelement in Form einer Flachdichtung vorgesehen werden, d.h. dass das Dichtelement einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt hat (wobei sich die längere Seite parallel zur Symmetrieachse des Trennkolbens erstreckt) und die Abdichtung zu beiden Seiten des Leiters übernimmt. Dies vereinfacht zwar die Montage, wird allerdings mit dem Nachteil erkauft, dass der Lichtbogen diese Flachdichtung komprimieren muss, um sich Platz zu schaffen. Die Abdichtung erfolgt in diesem Fall durch ein im Wesentlichen rechteckiges, entsprechend groß dimensioniertes Dichtelement. Mit „groß dimensioniert“ ist gemeint, dass die Höhe des Dichtelements, also seine Ausdehnung in axialer Richtung des Kolbens, deutlich größer ist als die Dicke des Leiters. Dadurch muss die Endlage des Kolbens nicht so genau eingestellt werden.As mentioned above, a single sealing element can also be provided in the form of a flat seal, that is, the sealing element has a substantially rectangular cross section (with the longer side extending parallel to the axis of symmetry of the separating piston) and provides sealing on both sides of the conductor. Although this simplifies installation, it comes with the disadvantage that the arc has to compress this flat seal to create space. In this case, the sealing is carried out by a substantially rectangular, correspondingly large sealing element. By “largely dimensioned” it is meant that the height of the sealing element, i.e. its extent in the axial direction of the piston, is significantly larger than the thickness of the conductor. This means that the end position of the piston does not have to be set so precisely.

Aus WO 2021168493 A1 ist bekannt, den Leiter zu umspritzen, sodass diese Umspritzung den Mittelteil des Kunststoffgehäuses bildet. Zusammen mit einem Oberteil und einem Unterteil bildet diese Umspritzung das Kunststoffgehäuse. Dies hat den Vorteil, dass zwischen dem Leiter und der Umspritzung automatisch eine gasdichte Verbindung besteht, sodass eine Abdichtung nur zwischen Umspritzung und Oberteil bzw. zwischen Umspritzung und Unterteil, also zwischen Kunststoffteilen, notwendig ist, welche sich einfacher realisieren lässt als eine Abdichtung zwischen metallischem Leiter und Kunststoffteilen.Out of WO 2021168493 A1 It is known to encapsulate the conductor so that this encapsulation forms the middle part of the plastic housing. Together with an upper part and a lower part, this overmolding forms the plastic housing. This has the advantage that there is automatically a gas-tight connection between the conductor and the encapsulation, so that a seal is only necessary between the encapsulation and the upper part or between the encapsulation and the lower part, i.e. between plastic parts, which is easier to implement than a seal between metal Ladder and plastic parts.

Diese Ausbildung ist auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung günstig. Es ist daher bevorzugt, dass der Leiter mit Kunststoff umspritzt ist. Die Erfindung ist aber ebenso durchführbar, wenn sich der Leiter zwischen einem Gehäuseunterteil und einem Gehäuseoberteil befindet.This training is also favorable in the context of the present invention. It is therefore preferred that the conductor is encapsulated with plastic. However, the invention can also be carried out if the conductor is located between a lower housing part and an upper housing part.

Wenn der Trennkolben ungebremst auf den Boden des Kunststoffgehäuses aufschlägt, muss dieses sehr hohen Kräften standhalten. Es ist daher günstig, wenn, wie an sich bekannt, auf der dem Trennkolben abgewandten Seite der Platine ein Bremselement vorgesehen ist.If the separating piston hits the bottom of the plastic housing without braking, it must withstand very high forces. It is therefore advantageous if, as is known per se, a braking element is provided on the side of the circuit board facing away from the separating piston.

Da sich beim Zusammendrücken des Bremselementes in dessen Innerem ein recht hoher Gegendruck aufbauen kann, ist es möglich, dass der Trennkolben dadurch so stark abgebremst wird, dass er die Endlage nicht erreicht. Dies ist bei herkömmlichen Stromtrennern relativ unproblematisch, bei dem erfindungsgemäßen Stromtrenner kann dies aber zur Folge haben, dass beide Dichtflächen auf der dem Zünder zugewandten Seite des Leiters zu liegen kommen, was den erfindungsgemäß angestrebten Zweck vereitelt. Es ist daher in dem Fall, dass ein Bremselement vorgesehen ist, zweckmäßig, wenn im Bremselement oder in der Auflage des Bremselements zumindest eine Freistellung vorgesehen ist. Dadurch kann der Überdruck aus dem Inneren des Bremselements entweichen.Since quite high counter pressure can build up inside when the brake element is compressed, it is possible that the separating piston is braked so strongly that it does not reach the end position. This is relatively unproblematic with conventional current isolators, but with the current isolator according to the invention this can result in both sealing surfaces coming to rest on the side of the conductor facing the igniter, which defeats the purpose intended according to the invention. In the event that a braking element is provided, it is therefore expedient if at least one release is provided in the braking element or in the support of the braking element. This allows excess pressure to escape from inside the brake element.

Allerdings kann sich auch abgesehen vom Bremselement auf der dem Zünder abgewandten Seite des Trennkolbens ein recht erheblicher Überdruck ausbilden, wenn keine zusätzlichen Maßnahmen vorgesehen sind. Es ist daher günstig, wenn, wie an sich bekannt, eine Entlüftung des Trennelements vorgesehen ist. Diese Entlüftung befindet sich auf der dem Zünder abgewandten Seite der Dichtflächen. Es können dort, aber auch sonst im Bereich der Bohrung, Kühlelemente, beispielsweise aus gepresstem Draht oder keramischen Fasern, z.B. Superwool, vorgesehen sein.However, apart from the braking element, a very significant excess pressure can also develop on the side of the separating piston facing away from the igniter if no additional measures are provided. It is therefore advantageous if, as is known per se, ventilation of the separating element is provided. This vent is located on the side of the sealing surfaces facing away from the igniter. Cooling elements, for example made of pressed wire or ceramic fibers, e.g. Superwool, can be provided there, but also elsewhere in the area of the bore.

An Hand der beiliegenden Zeichnungen wird die vorliegende Erfindung näher erläutert. Es zeigt: 1 einen erfindungsgemäßen Stromtrenner vor dessen Auslösung im Längsschnitt; 2 denselben nach der Auslösung; 3, 5, 7 und 9 zeigen alternative Ausführungsformen in einer Ansicht analog zu 1; und 4, 6, 8 und 10 zeigen die entsprechenden Ansichten dieser alternativen Ausführungsformen im ausgelösten Zustand.The present invention is explained in more detail using the accompanying drawings. It shows: 1 A longitudinal section of a current isolator according to the invention before it is triggered; 2 the same after the release; 3 , 5 , 7 and 9 show alternative embodiments in a view analogous to 1 ; and 4 , 6 , 8th and 10 show the corresponding views of these alternative embodiments in the triggered state.

Der Stromtrenner gemäß den 1 und 2 weist ein Kunststoffgehäuse 11 auf, welches eine zylindrische Bohrung 16 aufweist. Diese Bohrung 16 wird von einem Leiter 15 durchsetzt, der im Wesentlichen bandförmig ist, d.h. einen rechteckigen Querschnitt hat. An der Grenzfläche zur Bohrung 16 weist er zwei Sollbruchstellen 23 auf, sodass der dazwischen liegende Bereich, im Folgenden als Platine 24 bezeichnet, relativ leicht herausgebrochen werden kann. Dieser Leiter 15 wurde mit einer Umspritzung 14 umspritzt, sodass er dicht mit dieser verbunden ist. Zur zusätzlichen Stabilisierung weist der Leiter 15 im Inneren der Umspritzung 14 zwei Löcher 22 auf, die während des Spritzgießens mit dem Material der Umspritzung 14 ausgefüllt wurden, sodass der Leiter 15 auch nicht mit großer Kraft aus der Umspritzung 14 herausgezogen werden kann (also in Richtung links bzw. rechts, so wie in den Figuren gesehen).The current isolator according to the 1 and 2 has a plastic housing 11 which has a cylindrical bore 16. This bore 16 is penetrated by a conductor 15, which is essentially band-shaped, ie has a rectangular cross section. At the interface to the bore 16 it has two predetermined breaking points 23, so that the area in between, hereinafter referred to as the circuit board 24, can be broken out relatively easily. This conductor 15 was coated with an overmolding 14 so that it is tightly connected to it. For additional stabilization, the conductor 15 has two holes 22 inside the overmolding 14, which were filled with the material of the overmolding 14 during injection molding, so that the conductor 15 cannot be pulled out of the overmolding 14 with great force (i.e. in the direction left or right, as seen in the figures).

Weiters weist der Leiter 15 außerhalb der Umspritzung 14 Bohrungen 21 auf, die zum Anschluss von Stromkabeln dienen.Furthermore, the conductor 15 has 14 holes 21 outside the encapsulation, which are used to connect power cables.

Die Umspritzung 14 ist mit einem Gehäuseunterteil 12 und mit einem Gehäuseoberteil 13 mittels Schrauben 17 zusammengeschraubt, sodass sich insgesamt das Kunststoffgehäuse 11 ergibt. Oberhalb (so wie in den Figuren gesehen) der Platine 24 befindet sich ein Trennkolben 31, und oberhalb des Trennkolbens 31 befindet sich ein pyrotechnischer Zünder 25. Um für diesen Zünder 25 Platz zu schaffen, weist der Trennkolben 31 an der entsprechenden Stelle eine Bohrung 26 auf. Der Zünder 25 ist mit einem Anschlussstecker 27 versehen, wo ein Kabel zur Auslösung des Zünders 25 angeschlossen werden kann.The overmolding 14 is screwed together with a lower housing part 12 and with an upper housing part 13 using screws 17, so that the plastic housing 11 results overall. Above (as seen in the figures) the circuit board 24 there is a separating piston 31, and above the separating piston 31 there is a pyrotechnic igniter 25. In order to create space for this igniter 25, the separating piston 31 has a bore 26 at the corresponding point on. The igniter 25 is provided with a connection plug 27 where a cable for triggering the igniter 25 can be connected.

Unterhalb der Platine 24 befindet sich in der Bohrung 16 ein Bremselement 28, welches auf einer Auflage 29 aufsetzt. Unterhalb dieser Auflage 29 befindet sich ein Freiraum 30.Below the circuit board 24 there is a braking element 28 in the bore 16, which rests on a support 29. Below this edition 29 there is a free space 30.

Der Trennkolben 31 weist zwei Ringnuten auf, in denen Dichtelemente 32, 33 eingelegt sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den Dichtelementen 32, 33 um O-Ringe. Erfindungsgemäß befinden sich diese beiden Dichtelemente 32, 33 in einer derartigen Höhe im Trennkolben 31, dass sie nach der Auslösung (siehe 2) genau oberhalb und unterhalb der verbliebenen Enden des Leiters 15 zu liegen kommen. Auf diese Weise können die vom Zünder 25 erzeugten Gase nicht bis zu den Enden des Leiters 15 gelangen, weil dies durch das Dichtelement 33 verhindert wird, und die durch den Lichtbogen entstehenden Abbrand-Produkte werden durch das Dichtelement 32 von den Enden des Leiters 15 ferngehalten.The separating piston 31 has two annular grooves in which sealing elements 32, 33 are inserted. In this exemplary embodiment, the sealing elements 32, 33 are O-rings. According to the invention, these two sealing elements 32, 33 are located at such a height in the separating piston 31, that after the triggering (see 2 ) come to lie exactly above and below the remaining ends of the conductor 15. In this way, the gases generated by the igniter 25 cannot reach the ends of the conductor 15 because this is prevented by the sealing element 33, and the combustion products resulting from the arc are kept away from the ends of the conductor 15 by the sealing element 32 .

Damit nun der Trennkolben 31 samt Platine 24 in die vorgesehene Endlage kommt, ist unterhalb der Auflage 29 des Bremselements 28 der Freiraum 30 vorgesehen, sodass genügend Volumen zur Komprimierung des Gases vorhanden ist. Zusätzlich kann, wie an sich bekannt, auch eine Entlüftung vorgesehen sein.So that the separating piston 31 together with the circuit board 24 comes into the intended end position, the free space 30 is provided below the support 29 of the braking element 28, so that there is enough volume to compress the gas. In addition, as is known per se, ventilation can also be provided.

Die Ausführungsform gemäß den 3 und 4 unterscheidet sich von der eben beschriebenen Ausführungsform dadurch, dass anstelle der beiden O-Ring-Dichtelemente 32 und 33 ein Dichtelement 33a in Form einer Flachdichtung vorgesehen ist, die eine entsprechend große Ausdehnung in Richtung der Längsachse des Trennkolbens 31 aufweist. In 4 erkennt man, dass diese Flachdichtung nach der Auslösung zu beiden Seiten der Ebene des Leiters 15 abdichtet, ganz ähnlich wie dies die O-Ring-Dichtelemente 33, 34 tun.The embodiment according to 3 and 4 differs from the embodiment just described in that instead of the two O-ring sealing elements 32 and 33, a sealing element 33a in the form of a flat seal is provided, which has a correspondingly large expansion in the direction of the longitudinal axis of the separating piston 31. In 4 You can see that this flat seal seals on both sides of the plane of the conductor 15 after it has been triggered, very similar to how the O-ring sealing elements 33, 34 do.

Diese Ausführungsform lässt sich sehr einfach herstellen, hat aber den Nachteil, dass von vornherein kein Platz für den Lichtbogen vorhanden ist, der sich diesen Platz erst durch Komprimieren des Dichtelements 33a schaffen muss. Dieser Nachteil tritt bei der Ausführungsform gemäß den 5 und 6 nicht auf, wo statt einer Flachdichtung ein Dichtelement 33b vorgesehen ist, welches im Querschnitt im Wesentlichen U-förmig ist. Wie man aus 6 erkennt, dichtet dieses Dichtelement 33b nach der Auslösung zwar oberhalb und unterhalb der Ebene des Leiters 15 ab, auf Höhe des Leiters 15 ist aber ein Kanal ausgespart, in welchem sich ein Lichtbogen ausbilden kann.This embodiment is very easy to produce, but has the disadvantage that there is no space for the arc from the outset, which must first create this space by compressing the sealing element 33a. This disadvantage occurs in the embodiment according to 5 and 6 not where, instead of a flat gasket, a sealing element 33b is provided, which is essentially U-shaped in cross section. How to get out 6 recognizes, this sealing element 33b seals above and below the level of the conductor 15 after triggering, but a channel is left out at the level of the conductor 15 in which an arc can form.

Die Flachdichtung gemäß den 3 und 4 kann - in Längsrichtung des Trennkolbens 31 gesehen - auch kürzer ausgebildet sein, sodass sie im ausgelösten Zustand zur Gänze unterhalb der Ebene des Leiters 15 liegt, wie dies in 8 dargestellt ist, wo das Dichtelement 32c als solche kurze Flachdichtung ausgebildet ist. Zur Abdichtung oberhalb der Ebene des Leiters 15 dient ein weiteres Dichtelement 33, welches ähnlich wie in den 1 und 2 als O-Ring ausgebildet ist. Diese Ausführungsform mit dem Trennkolben 31 in Ausgangslage ist in 7 dargestellt.The flat gasket according to the 3 and 4 can also be made shorter - seen in the longitudinal direction of the separating piston 31 - so that in the triggered state it lies entirely below the plane of the conductor 15, as shown in 8th is shown where the sealing element 32c is designed as such a short flat gasket. A further sealing element 33 is used to seal above the level of the conductor 15, which is similar to that in FIG 1 and 2 is designed as an O-ring. This embodiment with the separating piston 31 in the starting position is in 7 shown.

In den 9 und 10 ist schließlich ein Trennkolben 31 dargestellt, bei dem die Dichtelemente 32d und 33d keine eigenen Bauteile sind, sondern Teile des Trennkolbens 31. Genau genommen handelt es sich um zwei umlaufende Erhebungen, die asymmetrisch ausgebildet sind. „Asymmetrisch“ bezieht sich auf eine Ebene normal zur Längsachse des Trennkolbens 31, und zwar auf diejenige Ebene, in der sich die Erhebungen befinden. Durch diese Asymmetrie lässt sich der Trennkolben 31 zwar leicht aus der Ausgangsposition in die Endposition verschieben, aber für die Bewegung in der Gegenrichtung ist eine erheblich größere Kraft notwendig, sodass sich eine Rückschiebesperre für den Trennkolben 31 ergibt.In the 9 and 10 Finally, a separating piston 31 is shown, in which the sealing elements 32d and 33d are not separate components, but rather parts of the separating piston 31. Strictly speaking, they are two circumferential elevations that are asymmetrically designed. “Asymmetrical” refers to a plane normal to the longitudinal axis of the separating piston 31, namely the plane in which the elevations are located. Due to this asymmetry, the separating piston 31 can be easily moved from the starting position to the end position, but a significantly greater force is required for the movement in the opposite direction, so that a push-back lock for the separating piston 31 results.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2022011401 A1 [0002]
FR 3099287 A1 [0004, 0008]
WO 2021168493 A1 [0019]

Claims

Pyrotechnic current isolator, consisting of a plastic housing (11) with a bore (16) through which a conductor (15) passes and in which a separating piston (31) is displaceably arranged, the separating piston (31) being activated by a pyrotechnic igniter (25 ) can be pressurized on the side facing away from the conductor (15), so that when triggered it breaks a circuit board (24) out of the conductor (15), and the separating piston (31) also has at least one sealing element (32, 33), the at least one sealing element (32, 33; 33a; 33b; 32c, 33; 32d, 33d) in the end position of the separating piston (31), i.e. after the igniter (25 has been triggered), sealing on the bore (16) on both sides of the conductor plane of the plastic housing (11) and a sealing surface is formed on both sides of the conductor plane, characterized in that the bore (16) is cylindrical at least immediately adjacent to the conductor plane and that the cylindrical region facing the igniter (25) has the same diameter as the cylindrical area facing away from the igniter (25).

Current isolator after Claim 1 , characterized in that the cylindrical areas have a height of at least 1 mm.

Current isolator after Claim 1 or 2 , characterized in that the one sealing element (33a; 33b) or at least one of the sealing elements (32, 33; 32c, 33) consists of silicone or silicone-containing material.

Current isolator after Claim 1 or 2 , characterized in that the one sealing element (33a; 33b) or at least one of the sealing elements (32, 33; 32c, 33) consists of EPDM or fluoroelastomer.

Current isolator according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that at least one sealing element (32d, 33d) is part of the separating piston (31).

Current isolator after Claim 5 , characterized in that the at least one sealing element (32d, 33d) is a circumferential elevation of the separating piston (31).

Current isolator after Claim 6 , characterized in that the at least one circumferential elevation is asymmetrical.

Current isolator after Claim 7 , characterized in that the at least one asymmetrical elevation is a push-back lock for the separating piston (31).

Current isolator according to one of the Claims 1 until 8th , characterized in that the separating piston (31) has a distance from the inner wall of the bore of at least 0.1 mm to 0.5 mm between the two sealing surfaces.

Current isolator after Claim 9 , characterized in that the two sealing surfaces are at least 1 mm apart from each other.

Current isolator after Claim 9 or 10 , characterized in that the sealing element (33b) has a K-shaped cross section or a U-shaped cross section.

Current isolator after Claim 11 , characterized in that the sealing element (33b) has a height to thickness ratio of at least 1.2:1.

Current isolator according to one of the Claims 1 until 12 , characterized in that at least one sealing element (32, 33) is an O-ring.

Current isolator according to one of the Claims 1 until 13 , characterized in that at least one sealing element is an X-ring.

Current isolator according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that the sealing element (33a; 32c) has a substantially rectangular cross section.

Current isolator according to one of the Claims 1 until 15 , characterized in that the conductor (15) is encapsulated with plastic.

Current isolator according to one of the Claims 1 until 16 , characterized in that a braking element (28) is provided on the side of the circuit board (24) facing away from the separating piston (31).

Current isolator after Claim 17 , characterized in that at least one release is provided in the braking element (28) or in the support (29) of the braking element (28).

Current isolator according to one of the Claims 1 until 18 , characterized in that there are cooling elements in the area of the bore.

Current isolator after Claim 19 , characterized in that the cooling elements consist of pressed wire.

Current isolator after Claim 19 , characterized in that the cooling elements consist of ceramic fibers.