DE10296442B4 - Elektrisches Schaltglied, insbesondere zum Schalten hoher Ströme - Google Patents

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    • H01H85/0043Boiling of a material associated with the fusible element, e.g. surrounding fluid

Abstract

Elektrisches Schaltglied, insbesondere zum Schalten hoher Ströme,
mit einem Gehäuse (3), welches eine Kontakteinheit (5) aufweist,
wobei die Kontakteinheit (5) zwei ortsfest mit dem Gehäuse (3) verbundene oder damit einstückig ausgebildete Anschlusskontakte (13, 19) für das Zuführen und Abführen eines zu schaltenden elektrischen Stroms aufweist und
wobei die beiden Anschlusskontakte (13, 19) im Ausgangszustand des Schaltglieds (1) innerhalb des Gehäuses (3) elektrisch leitend verbunden sind,
mit einem im Gehäuse (3) vorgesehenen, aktivierbaren Material, welches nach dem Aktivieren einen Gasdruck zur Beaufschlagung der Kontakteinheit (5) erzeugt, wobei die elektrisch leitende Verbindung durch die Beaufschlagung mit dem Gasdruck aufgetrennt wird,
wobei die Kontakteinheit (5) ein relativ zu den ortsfesten Anschlusskontakten (13, 19) unter der Beaufschlagung des erzeugten Gasdrucks bewegbares Kontaktelement (15) aufweist,
welches durch die Beaufschlagung mit dem erzeugten Gasdruck in Richtung der Achse der Kontakteinheit (5) aus seiner Ausgangsposition in eine Endposition bewegt wird, in...

Description

  • Die Erfindung betrifft ein elektrisches Schaltglied, insbesondere zum Schalten hoher Ströme. Derartige Schaltglieder finden beispielsweise in der Kraftwerks-, Versuchs- und KFZ-Technik zum definierten und schnellen Trennen von elektrischen Starkstromkreisen im Notfall Verwendung. Dabei besteht die Anforderung an ein derartiges Schaltglied, dass dessen Auslösung und Unterbrechungsfunktion selbst ohne Wartung noch nach bis zu 20 Jahren zuverlässig gewährleistet sein muss. Des Weiteren darf von einem solchen Schaltglied kein zusätzliches Gefahrenpotential durch von Heißgas, Partikel, Wurfstücke oder durch hohe, im abgeschalteten Stromkreis induzierte Spannungen ausgehen. Der Begriff Schaltglied wird dabei im Sinne einer Schalteinheit verstanden, welche das einmalige Unterbrechen eines elektrischen Stromkreises ermöglicht.
  • Ein mögliches Einsatzgebiet in der KFZ-Technik ist das definierte irreversible Trennen der Bordverkabelung von der Autobatterie kurz nach einem Unfall, um Zündquellen durch Funken und Plasma zu vermeiden, die entstehen, wenn beispielsweise Kabelisolationen durch während des Unfalls eindringendes Karosserieblech aufgescheuert wurden oder lose Kabelenden gegeneinander oder gegen Blechteile drücken und aufscheuern. Läuft bei einem Unfall gleichzeitig Benzin aus, so können solche Zündquellen zündfähige Benzin-Luft-Gemische entzünden, die sich beispielsweise unter der Motorhaube sammeln. Ein weiteres Einsatzgebiet ist die elektrische Abtrennung einer Baugruppe vom Bordnetz für den Fall eines Kurzschlusses in der betreffenden Baugruppe, beispielsweise in einer elektrischen Standheizung.
  • Im Stand der Technik sind pyrotechnische Sicherungen bekannt, die zur Auslösung aktiv angesteuert werden. Beispielsweise beschreibt die DE-AS 2 103 565 einen Stromunterbrecher, welcher ein metallisches Gehäuse umfasst, das an zwei voneinander abstehenden Anschlussbereichen mit jeweils einem Leiterende eines abzusichernden Leiters verbunden wird. Im Gehäuse ist ein pyrotechnisches Element vorgesehen, das durch eine Sprengladung gebildet ist. Die Sprengladung ist durch einen elektrischen Zünder aktivierbar, welcher ein Zündelement umfasst, das durch einen Speisestrom verdampft wird. Das Gehäuse ist mit einer Isolierflüssigkeit gefüllt. Das axial ausgedehnte Gehäuse weist eine umlaufende Nut auf, entlang der das Gehäuse bei einem Zünden der Sprengladung aufreißt. Das Gehäuse wird dabei in zwei elektrisch voneinander getrennte Teile aufgebrochen, so dass der betreffende Stromkreis aufgetrennt wird. Das beim Auftrennen eines Stromkreises mit sehr hoher Stromstärke entstehende Plasma wird bei diesem Stromunterbrecher durch die zerstäubte Isolierflüssigkeit gelöscht. Das Auslösen kann bei einem KFZ beispielsweise durch das Signal eines Schocksensors erfolgen.
  • Eine Selbstauslösung zur Auftrennung des Stromkreises bei einer Überlastung des abzusichernden Leiters ist bei dieser bekannten Vorrichtung nicht vorgesehen, weil die ganze Hülse bis zur Auslösetemperatur erhitzt werden müsste und dann eine detonative Umsetzung nicht sicher erreicht würde. Denn ein Sprengstoff kann kaum durch eine einfache Erhitzung der Hülse gezündet werden, d. h. zur detonativen Umsetzung gebracht werden. Dies wäre jedoch z. B. bei der in der DE-AS 2 103 565 beschriebenen Gehäuseform notwendig.
  • Dabei sei erwähnt, dass in der Pyrotechnik weltweit von einer detonativen Umsetzung gesprochen wird, wenn Flammfrontgeschwindigkeiten von definitionsgemäß mehr als 2000 m/s erreicht werden.
  • Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Vorrichtung ist die Problematik der Zulassung für Vorrichtungen, die mit Sprengstoffen oder gar Detonatoren gefüllte Baugruppen aufweisen. Aus diesem Grund finden derartige Vorrichtungen bisher keine kommerzielle Verwendung. Sie werden nur sehr vereinzelt in Forschungsinstituten für Sonderexperimente eingesetzt. Die Ursachen hierfür sind zusätzlich der komplizierte Aufbau, die sehr geringe Handhabungssicherheit und das extrem hohe, nur sehr schwer eingrenzbare Gefahrenpotential.
  • Des Weiteren besteht in vielen Fällen die Forderung nach einer Selbstauslöse-Funktion eines derartigen Schalters bzw. einer Sicherungsvorrichtung, beispielsweise um ohne zusätzlichen Aufwand für Überlastungssensoren ein Kabel vor Überlast zu schützen. Ein entsprechendes Schaltglied soll daher nicht nur eine ansteuerbare Auslösemöglichkeit haben, sondern auch die Funktion einer herkömmlichen Hochstromsicherung in Form einer Schmelzsicherung aufweisen, die von jedermann gefahrlos handhabbar ist, wie dies bei herkömmlichen Schmelzsicherungen der Fall ist.
  • Derartige Hochstrom-Schmelzsicherungen weisen den Nachteil einer innerhalb einer großen Bandbreite schwankenden Abschaltzeit nach dem Erreichen der Nennstromstärke der Sicherung auf. Ein damit abgesichertes Kabel kann daher hinsichtlich seiner Stromführungskapazität nur zu einem sehr geringen Teil, z. B. 30 % ausgelastet werden, da im Überlastfall ansonsten beispielsweise ein Kabelbrand auftreten kann.
  • Aus der DE 197 49 133 A1 ist ein Notabschalter für elektrische Stromkreise bekannt, der sowohl eine Selbstauslösung als auch eine ansteuerbare Auslösung ermöglicht. Hierzu wird ein elektrischer Leiter verwendet, der eine pyrotechnische Seele aufweist. Diese kann z. B. aus einem Treibladungspulver bestehen. Die pyrotechnische Seele kann einerseits durch die Erwärmung des elektrischen Leiters bei Überschreiten einer zulässigen Stromstärke (Nennstromstärke) gezündet werden. Andererseits ist vorgesehen, die pyrotechnische Seele durch eine ansteuerbare Zündeinrichtung, beispielsweise in Form eines Glühdrahts, zu zünden. Die DE 197 49 133 A1 stellt jedoch lediglich das Prinzip einer derartigen Vorrichtung dar, gibt jedoch keinerlei Hinweise auf mögliche konstruktiv in vorteilhafter Weise ausführbare Ausgestaltungen. Denn das Herstellen eines Leiters mit einer derartigen pyrotechnischen Seele erfordert einen beträchtlichen Aufwand. Zudem kann auch bei einem derartigen Notabschalter ein sicheres, schnelles Auftrennen des Leiters nur bei Einsatz eines detonativen Explosivstoffs gewährleistet werden. Bei deflagrierenden, d.h. nicht detonativ umsetzenden Stoffen, wie Thermit, erfolgt nur ein Aufplatzen des Leiters und ein Entweichen des restlichen Gases ohne dass der Leiter vollständig getrennt würde. Die vollständige Trennung wird dann allenfalls durch das Durchschmelzen des Leiters infolge des über die Sicherung fließenden Stroms erreicht.
  • Aus der US 3,958,206 ist eine Sicherung bekannt, bei der der abzusichernde Strom über ein mit einem exotherm reaktiven Material gerilltes Schaltglied geführt ist, wobei die Wandung des Sicherungelements durch das Aktivieren des exotherm reaktiven Materials aufplatzt und den Strom unterbricht. Als exotherm reaktives Material wird z. B. PETN eingesetzt, also ein detonativ umsetzendes Material, so dass eine derartige Sicherung strengen Zulassungsvor schriften unterliegt. Das Aktivieren des exotherm reaktiven Materials kann durch die Verlustwärme des abzusichernden Stroms selbst oder durch eine aktive Zündeinrichtung erfolgen. Das Aufreißen des Gehäuses des Schaltgliedes würde jedoch bei einem langsamer abbrennenden Material, z. B. schon bei einem sogenannten Treibladungspulver, undefiniert und unsauber erfolgen. So besteht die Gefahr, dass anfänglich nur Risse oder Löcher im Schaltglied entstehen und das verbleibende Wandmaterial erst durch den abzusichernden Strom durchgeschmolzen werden muss. Dies beeinträchtigt die Reaktionsgeschwindigkeit der Sicherung und ist auch aus Zuverlässigkeitsgründen nicht zulässig.
  • Des Weiteren offenbart die US 3,958,206 eine Sicherung mit einem Schaltglied in Form eines beispielsweise flachen Leiters, der mit einer Aluminium- und einer darüber angeordneten Palladiumschicht beschichtet ist. Das Aluminium und Palladium fungieren als exotherm reaktive Materialien, wobei das Aktivieren des exothermen Prozesses durch die Verlustwärme des abzusichernden Stroms oder mittels einer Aktivierungseinrichtung erfolgen kann.
  • Aus der nachveröffentlichten WO 02/35568 A1 sind pyrotechnische Schaltglieder bekannt, welche die oben beschriebenen Unzulänglichkeiten zwar weitgehend nicht mehr aufweisen, jedoch entweder sehr unflexibel in der Ausgestaltung des Schaltsteges, aufwendig in der Herstellung und sicherheitstechnisch extrem schwer beherrschbar ist. Dies gilt jedenfalls für die Ausführungsformen, bei denen ein deflagrierendes pyrotechnisches Material verwendet wird, um einen speziell gestalteten Schaltsteg in einem Teilbereich über den gesamten Umfang auszubrechen. Bei der Ausführungsform nach 9 der WO 02/35568 A1 wird zusätzlich durch den Gasdruck, der mittels des deflagrierenden pyrotechnischen Materials erzeugt wird, eine axiale Zugkraft auf den Schaltsteg ausgeübt, so dass dieser zuverlässig über den gesamten Umfang aufgetrennt wird. Diese Ausführungsform weist jedoch den Nachteil auf, dass einer der Anschlusskontakte und damit auch das damit verbundene Anschlusskabel eine axiale Bewegung ausführt. Dies ist in vielen Fällen nicht akzeptabel oder jedenfalls unerwünscht, auch wenn der axiale Bewegungsweg relativ gering ist. Insbesondere bei hohen zu schaltenden Strömen muss ein Schaltglied ab beiden Enden bzw. an beiden Anschlusskontakten (auch wenn diese nicht auf einer Achse liegen) fest eingespannt sein.
  • Aus der US 5,808,253 ist eine Unterbrechungsvorrichtung für einen elektrischen Stromkreis bekannt, bei der eine einstückig ausgebildete Einheit zwei Anschlusskontakte umfasst, zwischen welchen ein hiervon abtrennbares, kolbenartiges Verbindungselement vorgesehen ist. In einem der Anschlusskontakte ist ein Detonator 94 vorgesehen, der bei seiner Auslösung das zylindrische Verbindungselement, von den Anschlusskontakten abtrennt und in eine entsprechende Bohrung im gegenüberliegenden Anschlusskontakt bewegt. Auch hierzu ist ein detonatives Element erforderlich, woraus damit verbundene Probleme resultieren.
  • Des Weiteren sind Schalteinheiten bekannt, bei denen mittels eines pyrotechnischen Materials ein hoher Gasdruck erzeugt wir, wobei ein bewegbarer Anschlusskontakt, der in einer Ausgangsstellung mit einem zweiten Anschlusskontakt form- oder kraftschlüssig verbunden ist, kolbenartig in einem Gehäuse in eine Endstellung bewegt wird, in welcher die beiden Anschlusskontakte nicht mehr verbunden sind. Derartige Einheiten sind z. B. in der DE 198 19 662 A1 , der US 3,873,786 oder in der US 3,118,986 beschrieben.
  • Bei derartigen Vorrichtung besteht jedoch das Problem, dass in der Ausgangsstellung der Anschlusskontakte unerwünschte Übergangswiderstände auftreten können, beispielsweise durch Oxidation benachbarter Flächen.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein langzeitstabiles pyrotechnisch betätigtes elektrisches Schaltglied zu schaffen, bei dem während des Schaltvorgangs keinerlei Bewegungen von Teilen außerhalb des Gehäuses und bei dem – unabhängig ob im oder außerhalb des Gehäuses – keinerlei Bewegungen von Teilen, die mit Anschlusskabeln verbunden werden, erfolgt. Darüber hinaus soll ein Schaltglied geschaffen werden, das sicherheitstechnisch vollkommen unbedenklich und auf einfache und kostengünstige Weise herstellbar ist.
  • Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Schaltglied ist, ebenso wie bei dem pyrotechnischen Sicherungselement nach der WO 02/35568 A1 , für das Durchführen des Schaltvorgangs ein aktivierbares Material einsetzbar, welches lediglich einen ausreichend hohen Gasdruck erzeugt, ohne dass, wie bei einer detonativen Umsetzung, Detonations-Stoßwellen erzeugt werden müssten, die aus Sicherheitsgründen nicht akzeptabel sind. Wie bei der Ausführungsform nach 9 der WO 02/35568 A1 wird durch den Gasdruck ein Teil der Kontakteinheit, über die der zu schaltende Strom zwischen zwei Anschlusskontakten der Kontakteinheit fließt, durch den Gasdruck axial beaufschlagt und in axialer Richtung in wenigstens zwei Teile aufgetrennt. Die Kontakteinheit umfasst ein vom Gasdruck beaufschlagbares Kontaktelement, welches gegenüber dem benachbarten, ortsfest mit dem Gehäuse verbundenen Anschlusskontakt bewegbar ist. Das Kontaktelement wird während des Auslösevorgangs aus einer Ausgangsposition in eine Endposition bewegt, in welcher die beiden Teile der Kontakteinheit sicher von einander getrennt sind. Die Bewegung entsteht dabei durch eine plastische Deformation eines Stauchbereichs des Kontaktelements. Durch die mit dem Gehäuse verbundenen oder damit einstückig ausgebildeten Anschlusskontakte tritt nach außen keinerlei unerwünschte mechanische Bewegung auf.
  • Dadurch, dass in der Ausgangsstellung das Kontaktelement, in welchem die für die sichere Auftrennung der Verbindung zwischen den Anschlusskontakten erforderliche Bewegung durch plastische Deformation entsteht, mit dem betreffenden Anschlusskontakt fest verbunden oder einstückig mit diesem ausgebildet ist, wird ein unerwünschter Übergangswiderstand, der insbesondere auch die Langzeitstabilität der Schalteinheit beeinträchtigen kann, sicher vermieden.
  • Zusätzlich wird durch die Deformation des Stauchbereichs zumindest ein Großteil der Bewegungsenergie vernichtet und muss nicht vollständig vom Gehäuse aufgenommen oder durch Reibung zwischen mechanischen Kontaktflächen während des Bewegens des Kontaktelements vernichtet werden.
  • Die Kontakteinheit umfasst vorzugsweise ein Verbindungselement, welches an einem Ende mit einem Anschlusskontakt und am anderen Ende mit dem Kontaktelement verbunden ist. Das Verbindungselement kann einstückig mit dem Kontaktelement und/oder dem Anschlusskontakt ausgebildet oder kraft- oder formschlüssig mit dem Kontaktelement und/oder dem Anschlusskontakt verbunden sein.
  • Zur Durchführung des Schaltvorgangs, d.h. des Auftrennens der elektrischen Verbindung über die Kontakteinheit, kann das Verbindungselement wenigstens in einem Teilbereich vollständig aufgetrennt oder insgesamt zerstört werden. Durch die axiale Bewegung, erzeugt durch die Deformation des Kontaktelements kann eine solche Zugkraft auf das Verbindungselement ausgeübt werden, dass es abreißt, unabhängig davon, ob das Verbindungselement zuvor durch das Aktivieren des aktivierbaren Materials bereits in einem Teilbereich geschwächt, angerissen, aufgerissen oder dergl. wurde.
  • Nach der Erfindung ist das aktivierbare Material innerhalb des Systems Anschlusskontakt-Verbindungselement-Kontaktelement vorgesehen. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass der Gasdruck nicht nur das Kontaktelement beaufschlagt, sondern auch eine Schädigung bzw. ggf. sogar vollständige Zerstörung des Verbindungselements durch das innerhalb des Verbindungselements bzw. des Systems Anschlusskontakt-Verbindungselement-Kontaktelement erfolgt. Dies gilt jedenfalls dann, wenn das Verbindungselement bzw. das System Anschlusskontakt-Verbindungselement-Kontaktelement vollständig geschlossen ist oder lediglich so kleine Öffnungen aufweist, dass durch den Gasdruck eine teilweise oder vollständige Zerstörung erfolgt.
  • Das erzeugte Gas kann, wie vorstehend ausgeführt, entweder durch ein Aufreißen bzw. eine Schädigung des Systems Anschlusskontakt-Verbindungselement-Kontaktelement in den betreffenden Raum im Gehäuse austreten oder durch wenigstens eine Öffnung, die von vornherein in diesem System vorgesehen ist. Durch eine Abdichtung zwischen dem Kontaktelement und dem Gehäuse wird das Kontaktelement bzw. größere Flächen des Kontaktelements mit dem Gasdruck beaufschlagt, so dass ein Auftrennen der Kontakteinheit durch die kombinierte Teilzerstörung des Verbindungselements infolge des Aktivierens des gaserzeugenden Materials und die zusätzlich durch die Druckbeaufschlagung des Kontaktelements erzeugte Zugkraft erfolgt.
  • Die Anschlusskontakte, das Verbindungselement und das Kontaktelement können als Einzelteile gefertigt sein, die alle eine einfache geometrische Struktur aufweisen und einfach miteinander verbunden werden können. Damit ergibt sich ein baukleines, durch das einfache Austauschen des Schaltrohres bei gleichen Kontaktstücken auch an Kundenbedürfnisse anpassbares und gleichzeitig kostengünstig herstellbares Schaltglied.
  • Durch die Herstellung des Verbindungselements als separates Teil, das mit dem Kontaktelement und dem Anschlusskontakt zu einer Einheit verbunden wird, ergeben sich neben einer sauberen Definition des Übergangs Kontaktrohr-Kontaktstück (der Übergangsradius und die Wandstärken im Bereich des Schaltsteges bzw. der schwachen Stelle kann hier wesentlich einfacher definiert und in der Serie später eingehalten werden) vielfältige Gestaltungsmöglichkeiten, die eine flexible Anpassung des Schaltgliedes auf den jeweiligen Einsatzfall ermöglichen, ohne die Montage des Schaltgliedes nennenswert zu verändern. Das bedeutet eine hohe Flexibilität in den Eigenschaften des Schaltgliedes hinsichtlich Auslösung und Wirkung nach der Auslösung, ohne dass die Montagelinien verändert werden müssen. Denn zur Anpassung muss lediglich ein anderes Verbindungselement eingesetzt werden.
  • Die Verbindung zwischen dem Verbindungselement und dem Anschlusskontakt und/oder dem Kontaktelement kann auch so ausgeführt sein, dass das Verbindungselement durch den Schaltvorgang nicht zerstört wird, sondern lediglich eine der Verbindungen zum Anschlusskontakt oder zum Kontaktelement dadurch gelöst wird, dass das Kontaktelement in Richtung axial auf den benachbarten Anschlusskontakt bewegt wird.
  • Durch die Verwendung eines in dem Schaltglied eingebrachten aktivierbaren Materials, insbesondere eines nur deflagrierenden pyrotechnischen Stoffs, der anders als eine Sprengladung, lediglich ein Gas oder Gas/Partikelgemisch erzeugt, wird die behördliche Zulassung relativ unproblematisch – und in dem Fall, dass dieses aktivierbare Material nur Flüssigkeiten oder feste Stoffe sind, die bei deren Aktivierung eine Volumenänderung durchmachen, sogar überhaupt nicht notwendig sind. Für die nachfolgend aufgezeigten Ausgestaltungen des Schaltgliedes, das selbstverständlich auch als Sicherung ausgebildet sein kann, eignen sich jedoch prinzipiell für alle pyrotechnischen oder allgemein gaserzeugenden Stoffe, unabhängig davon, wie schnell dieses Gas erzeugt wird. Damit sind detonative und deflagrierende Stoffe, Thermite, pyrotechnische Mischungen, flüssige Gase aber auch Fluide verwendbar, die rein physikalisch bei einer bestimmten Sprungtemperatur ihr Volumen ausdehnen oder vergasen und damit als Treibmedium für das Auftrennen der Kontakteinheit verwendet werden können.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung ist im Gehäuse ein Dämpfungsmaterial so angeordnet, dass die Deformationsbewegung des Schaltelements in die Endposition nach dem Aktivieren des aktivierbaren Materials gedämpft wird. Hierdurch werden das Gehäuse oder die Gehäuseteile wesentlich geringer mechanisch belastet werden.
  • In einer anderen Ausführungsform besitzt das Kontaktelement eine kegelförmige Außenkontur, um seine durch die Einwirkung des Gasdrucks erreichte Deformationsgeschwindigkeit über einen längeren Bremsweg abzubauen. Gleichzeitig kann durch diese Maßnahme das Gehäuse des Schaltelements abgedichtet werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird die Deformationsbewegung des Kontaktelements dazu benutzt, ein zwischen diesem Kontaktstück und dem Gehäuse vorgesehenes Material zu verdrängen und in den Bereich des Verbindungselements zu drücken. Dieses Material kann dann entweder den nach der Auslösung erreichten Schaltzustand fixieren bzw. stabilisieren oder den hier eventuell entstehenden Plasmabogen zwischen den noch elektrisches Potential führenden Teilen löschen.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Kontakteinheit, vorzugsweise das Verbindungselement, so ausgebildet sein, dass bei Überschreiten eines Schwellenstromwertes die Kontakteinheit oder das Verbindungselement, vorzugsweise an einer oder mehreren definierten Stellen derart erhitzt wird, dass das aktivierbare Material aktiviert wird. Beispielsweise kann das Verbindungselement ganz oder teilweise aus einem elektrisch nicht gut leitfähigen Material, insbesondere aus Graphit oder Kohle, bestehen. Dadurch ergibt sich eine schnelle Erhitzung des Verbindungselements schon bei geringen elektrischen Strömen und damit eine sichere und einfache Selbstauslösung des Schaltgliedes. Zudem ergeben sich relativ geringe notwendige Innendrücke für die Zerstörung des Verbindungselements, wenn das Material spröde ist bzw. nur eine geringe Bruchspannung aufweist.
  • Das Verbindungselement kann auch als einfaches Rohr ausgebildet sein, das ganz oder teilweise aus einem elektrisch nicht oder halbleitenden Material besteht. Hier muss innen oder außen eine elektrisch gut leitfähige Schicht aufgetragen werden, um den geforderten kleinen Innenwiderstand des Schaltgliedes nach außen hin zu realisieren. Aber auch hier kann die Schicht in vorteilhafter Weise so ausgebildet sein, dass sich ein Bereich dieser Schicht beim Überschreiten einer bestimmten elektrischen Stromstärke über das Schaltglied erhitzt und dabei das hier eingebrachte aktivierbare Material auslöst. Diese Schicht kann homogen über den gesamten Innen- oder Außenflächen des Rohres aufgebracht oder auch beispielsweise spiralförmig strukturiert sein, um gewünschte elektrische Widerstände oder Erhitzungsstellen zu verwirklichen. Verwendet man ein halbleiterartiges Material zur Herstellung des Verbindungselements, können auch logische Schaltfunktionen auf oder im Verbindungselement integriert sein, die es ermöglichen, ohne weiteren größeren Aufwand bzw. Verwendung von Teilen die Auslösung des aktivierbaren Materials zu steuern. Hierdurch lassen sich eine Vielzahl von Varianten für eine Fremdauslösung realisieren, beispielsweise durch das Zuführen eines Zündstroms, das Zuführen von Information und Energie über statische oder veränderbare magnetische, elektrische oder elektromagnetische Felder etc.
  • Das Verbindungselement kann auch als einfaches Rohr mit einer innenliegenden Drahtspirale zur Selbstauslösung des Schaltgliedes bei Erwärmung der Drahtspirale bis zur Auslösetemperatur des hier eingebrachten aktivierbaren Materials ausgebildet sein. Die Drahtspirale kann an beiden Enden elektrisch mit dem Anschlusskontakt bzw. dem Kontaktelement verbunden sein.
  • In einer anderen Ausgestaltung kann das Verbindungselement auch als einfaches Rohr mit einer außenliegenden Drahtspirale zur Selbstauslösung des Schaltgliedes bei Erwärmung der Drahtspirale bis zur Auslösetemperatur des hier außerhalb des Kontaktrohres eingebrachten aktivierbaren Materials ausgebildet sein.
  • Selbstverständlich kann das Verbindungselement in allen vorgenannten Varianten als einfaches Rohr mit einer oder mehreren Öffnungen (z. B. radial von innen nach außen eingebrachten Bohrungen) ausgebildet sein, um entweder das im Rohrinneren eingebrachte aktivierbare Material nach außen in das Gehäuse strömen und damit auf die außerhalb des Kon taktrohres liegenden Flächen des Kontaktelements wirken zu lassen, oder um das außerhalb des Kontaktrohres eingebrachte aktivierbare Material von dem im Kontaktrohr eingebrachten aktivierbaren Material auslösen zu lassen, insbesondere zum Auslösen des außerhalb des Kontaktrohres eingebrachten Treibladungspulvers durch ein im Verbindungselement vorgesehenes elektrisches Anzündstück mit oder ohne Beiladung.
  • Das Verbindungselement kann eine vorzugsweise umlaufende Schwächung aufweisen oder insgesamt als Schwächung im System Anschlusskontakt-Verbindungselement-Kontaktelement wirken, welche dazu dient, das Auftrennen der Kontakteinheit zur Erreichung einer Stromunterbrechung in definierter Weise entlang der Schwächung zu bewirken. Andererseits kann die Schwächung im (Strom führenden) Querschnitt des Verbindungselements so ausgebildet sein, dass der über das Schaltglied fließende Strom im Bereich der Schwächung, die einen erhöhten Widerstand aufweist, eine so große Verlustleistung erzeugt, dass bei Überschreiten eines vorbestimmten Stroms eine Selbstauslösung des hier eingebrachten aktivierbaren Materials gezielt an dieser Stelle erreicht wird, ohne das Schaltglied als Ganzes aufheizen zu müssen. Damit wird die Erhitzung auch, wie gewünscht, schnell erfolgen.
  • Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert, wobei die 1 bis 4 sowie 10 und 11 nicht vom Gegenstand der Ansprüche 1 und 2 erfasst sind, jedoch zur Erläuterung einzelner Teilmerkmale der Erfindung dienen. In der Zeichnung zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Schaltglieds mit integriertem Verbindungselement und einem im Anschlusskontakt verschiebbaren Kontaktelement;
  • 2 eine schematische Darstellung des Systems Anschlusskontakt-Verbindungselement-Kontaktelement, bei dem das Verbindungselement als separates rohrförmiges Teil ausgebildet ist;
  • 3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Schaltglieds mit separatem Verbindungselement und einem im Anschlusskontakt verschiebbaren Kontaktelement, welches durch Selbstliderung gegen das Gehäuseinnere abgedichtet ist;
  • 4 eine schematische Darstellung einer Ausführung ähnlich 3, bei der durch die Bewegung des Kontaktelements ein in der Ausgangsposition in Bewegungs richtung vor dem Kontaktelement vorgesehenes Material in den Raum hinter dem Kontaktelement verdrängt wird;
  • 5 eine schematische Darstellung einer Ausführung ähnlich 3, bei der eine Einrichtung zur Rückstellung des Kontaktelements aus der Endposition in die Ausgangsposition vorgesehen ist;
  • 6 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Schaltglieds mit separatem Verbindungselement und einem Kontaktelement, das über einen Stauchbereich mit dem betreffenden Anschlusskontakt verbunden ist;
  • 7 bis 9 eine schematische Darstellung verschiedener Ausführungsformen für ein Verbindungselement, mit welchem eine Selbstauslösung des Schaltgliedes realisierbar ist;
  • 10 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Schaltglieds mit separatem Verbindungselement und einem Kontaktelement, welches in einem topfförmigen Anschlusskontakt verschiebbar geführt ist; und
  • 11 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Schaltglieds ähnlich
  • 10, wobei der topfförmige Anschlusskontakt gleichzeitig als Gehäuseteil dient und wobei eine Rückstelleinrichtung zur Rückstellung des Kontaktelements aus der Endposition in die Ausgangsposition vorgesehen ist
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Schaltglieds 1, welches ein Gehäuse 3 umfasst, in welchem eine Kontakteinheit 5 angeordnet ist. Das Gehäuse weist in dieser Ausführungsform zwei Gehäusehälften 7, 9 auf, die aus einem nicht leitenden Material bestehen, so dass gewährleistet ist, dass der Stromfluss ausschließlich über die Kontakteinheit 5 erfolgt. Die Gehäusehälften 7, 9 sind mittels eines diese umgreifenden und zu einem gesamten Gehäuse fixierenden äußeren Gehäuseteil 11 gehalten.
  • Die Kontakteinheit 5 umfasst einen ersten Anschlusskontakt 13, ein Kontaktelement 15 und ein dazwischen vorgesehenes, integriert mit dem Anschlusskontakt und dem Kontaktelement ausgebildetes Verbindungselement 17 sowie einen zweiten Anschlusskontakt 19, der eine Ausnehmung 19a aufweist, in der ein vorzugsweise zylindrischer Fortsatz 15a des Kontaktelements 15 so gehalten ist, dass ein sicherer elektrischer Kontakt zwischen dem Kontaktelement 15 und dem Anschlusskontakt 19 gewährleistet ist und dass mit entsprechender Kraft eine Verschiebung des Fortsatzes 15a in der Ausnehmung 19a möglich ist, wenn das Schaltelement 1 auslöst.
  • Der von außen dem Schaltglied 1, beispielsweise dem rechten Anschlusskontakt 19 über einen nicht dargestellten elektrischen Leiter, beispielsweise ein Kabel, zugeführte elektrische Strom fließt dann über den Anschlusskontakt 19, das Kontaktelement 15 und das Verbindungselement 17 zum linken Anschlusskontakt 13, der ebenfalls mit einem elektrischen Leiter (nicht dargestellt) des zu schaltenden Stromkreises verbunden ist.
  • Im System bestehend aus dem Anschlusskontakt 13, dem Verbindungselement 17 und dem Kontaktelement 15 ist ein aktivierbares Material vorgesehen. Hierbei kann es sich um eine Mischung aus einem thermisch empfindlichen und einem thermisch sehr stabilen Treibladungspulver handeln.
  • Das aktivierbare Material kann jedoch auch ein Flüssiggas sein (bei Überschreitung einer Sprung- bzw. Auslösetemperatur siedet das Flüssiggas, verdampft und es wird Gas produziert, welches den Schaltvorgang auslöst) oder ein Thermit, der nach seiner Aktivierung Gas erzeugt. Das aktivierbare Material kann aber auch eine gelartige oder pastöse Masse sein (diese würde bei einer Auslösetemperatur dann das Volumen ändern oder wieder vergasen), ein Fluid mit einem bestimmten niedrigen Dampfdruck (dieses würde bei einer Auslösetemperatur dann sieden bzw. wieder vergasen), ein Memomaterial (dessen Volumen würde sich ändern, wenn es bis an seine Auslösetemperatur erwärmt wird und dann die Gestalt wieder einnehmen, die es im warmen Zustand hatte) oder ein pyrotechnischer Stoff, insbesondere ein geeignetes Treibladungspulver, das bei Erwärmung auf die Zünd temperatur vergasen oder einfach durch ein herkömmliches Anzündstück bzw. eine Anzündpille angezündet wird.
  • Das aktivierbare Material 21 ist mittels eines Anzündstücks 23 aktivierbar, welches im Anschlusskontakt 13 vorgesehen ist. Das Anzündstück 23 ist mittels eines Dichtungselements 25 und einer Verschlußschraube 27 gegen Herausdrücken gesichert. Wird das Anzündstück durch elektrische Ansteuerung gezündet, so wird hierdurch das aktivierbare Material aktiviert und es wird explosionsartig Gas erzeugt, wodurch das Verbindungselement 17 ausbricht und der Stromkreis unterbrochen wird. Selbst wenn das Verbindungselement 17 allein durch den Gasdruck nicht vollkommen aufgetrennt oder zerstört würde, gelangt das Gas in den das Verbindungselement umgebenden Raum 29 innerhalb des Gehäuses 3, so dass die rückwärtigen Flächen 15b des Kontaktelements mit dem Gasdruck beaufschlagt wird. Hierdurch entsteht im Verbindungselement 17 eine zusätzliche Zugspannung (zusätzlich zur Spannung die durch den Druck an der Stirnwandung innerhalb der Ausnehmung im Kontaktelement 15 erzeugt wird), die zu einem vollständigen Aufreißen des Verbindungselements 17 unter Bewegung des Kontaktelements in Richtung auf den rechten Anschlusskontakt 19 führt.
  • Diese Bewegung des Kontaktelements wird bei der Ausführungsform in 1 dadurch begrenzt, dass die rechte Gehäusehälfte 7 eine konische Anschlagfläche 31 aufweist, die mit einer konischen Anschlagfläche 33 des Kontaktelements 15 zusammenwirkt. Der Bewegungsweg ist durch den axialen Abstand der beiden Anschlagflächen in der Ausgangsposition des Kontaktelements 15 bestimmt. Die Winkel der konischen Anschlagflächen 31, 33 sind vorzugsweise so gewählt dass beim Bewegen des Kontaktelements 15 in den Anschlusskontakt 19 Selbsthemmung eintritt und so eine sichere Fixierung des Kontaktelements 5 in der Endposition gegeben ist. Gleichzeitig dienen die konischen Anschlagflächen 31, 33 dazu, um eine radiale Verspannung zwischen dem Kontaktstück und dem Gehäuseteil 7 sowie eine Verspannung der Gehäuseteile 7, 9 innerhalb des äußeren Gehäuseteils 11 zu erreichen, um eine Dichtwirkung zwischen den betreffenden Teilen zu erreichen, so dass kein nennenswerter Gasstrom nach außen in die Umgebung des Schaltglieds entweichen kann.
  • Die bei den bisher bei den herkömmlichen Pyrosicherungen verwendeten axial geteilten Gehäusehälften problematische Trennebene (hier strömt im Auslösefall das Heißgas aus und verletzt damit die das Schaltglied gerade umfassende Hand oder die Umgebung des Schaltgliedes) ist hier radial durch das äußere Gehäuseteil 11 umfangen, so dass das im Bereich der Trennebene an der Innenseite des Gehäuseteils anstehende Heißgas zunächst gegen das äußere Gehäuseteil 11 prallt und dort abgekühlt wird. Die am Gehäuseteil 11 anliegenden Bereiche der beiden Gehäusehälften 7, 9, die beispielsweise aus Kunststoff bestehen, wirken infolge des Gasdrucks selbstlidernd, d.h. abdichtend.
  • Die in 1 dargestellte Ausführungsform eines Schaltgliedes kann selbstverständlich auch eine Selbstauslösefunktion besitzen, um selbsttätig, z. B. bei einer ausfallenden Anzündung des Anzündstücks 23 den Stromkreis auftrennen zu können: Fließt Strom in Höhe des vorher bestimmbaren n-fachen des Nennstroms des Schaltglieds über die Kontakteinheit 5, so erwärmt sich das Verbindungselement infolge der Verlustleistung an dessen elektrischem Widerstand so weit, dass die Auslösetemperatur des aktivierbaren Materials 21 erreicht und dieses aktiviert wird. Das aktivierbare Material erzeugt nach seiner Aktivierung einen Gasdruck, durch den das Verbindungselement 17 in der vorbeschriebenen Weise aufgetrennt wird. Für diese Selbstzündfunktion oder Autoignition-Funktion ist keine Aktivierungsvorrichtung (Zündvorrichtung) und demzufolge kein externes Zündsignal erforderlich.
  • Als aktivierbares Material kann ein Treibladungspulver gewählt werden, das aus einer oder mehreren Komponenten besteht. Beispielsweise kann eine Komponente mit niedriger Auslösetemperatur bzw. niedriger Aktivierungsenergie verwendet werden, um damit eine weitere (Haupt-)Komponente anzuzünden, deren Verbrennungsgase dann letztendlich das Gehäuse zerstören. Damit ist es möglich, das Gemisch bereits bei sehr niedrigen Temperaturen zu zünden und so ein mit dem Schaltglied zu schützendes Kabel optimal belasten zu können. Für die Hauptkomponente kann daher ein Stoff gewählt werden, der erst bei sehr hohen Temperaturen zündet. Dies ist besonders vorteilhaft, da derartige Stoffe in der Regel eine sehr hohe Alterungsbeständigkeit aufweisen. Die Anzündfähigkeit des Gemischs kann daher auch bei lang dauernder und/oder relativ hoher Erhitzung des Verbin dungselements 17 gewährleistet werden, das thermisch sensible Material muss lediglich die Hauptkomponente noch zünden können.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung der Systems Anschlusskontakt-Verbindungselement-Kontaktelement ähnlich dem betreffenden System in 1, wobei das Verbindungselement 17 jedoch als separates rohrförmiges Teil ausgebildet ist. Der dünnwandige Rohrabschnitt ist somit nicht mehr integraler Bestandteil des Systems, sondern als extra Bauteil zwischen bzw. in den Anschlusskontakt 13 und das Kontaktelement 15 eingefügt. Damit wird erreicht, dass dieses Verbindungselement 17 von Schaltglied zu Schaltglied sehr gleichmäßig herstellbar ist. Zudem wird auch der kritische Übergangsradius jetzt zur in der Fertigung wesentlich besser kontrollierbaren Fase der Bohrung des Anschlusskontakts 13 bzw. des Kontaktelements 15. Das Verbindungselement kann mittels eines Dichtelements, beispielsweise jeweils eines O-Rings, in entsprechende Bohrungen im Anschlusskontakt 13 bzw. im Kontaktelement 15 eingesetzt sein, um Wasser bzw. Wasserdampf nicht ins Bohrungsinnere eindringen zu lassen bzw. jeglichen Gasschlupf nach der Auslösung zu verhindern, um den Druckanstieg im Verbindungselement 17 ausreichend schnell, hoch und gleichmäßig werden zu lassen.
  • 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Schaltgliedes 1, die im Prinzip aus der Kombination der 1 und 2 entsteht. Des Weiteren sind die Umfangswandungen des Anschlusskontakts 13 und des Kontaktelements 15 bereits in der Ausgangsposition (in 3 dargestellt) gegenüber der Innenwandung des Gehäuses 3 bzw. den Innenwandungen der Gehäusehälften 7, 9 abgedichtet. Dies erfolgt durch eine selbstlidernde Ausbildung der äußeren Bereiche des Anschlusskontakts 13 und des Kontaktelements 15, d.h. es wird eine Nut in der betreffenden stirnseitigen Wandung derart vorgesehen, dass eine umlaufende dünne Wand 35 entsteht, die durch den Gasdruck an die Innenwandung des Gehäuses 3 angedrückt wird. Hierdurch wird das Eintreten von Wasser oder Wasserdampf von außen und gleichzeitig der Gasaustritt nach der Auslösung des Schaltgliedes nach außen verhindert: Durch die hier gezeichneten dickwandigen Gehäuseteile aus Kunststoff wird keine Selbstliderung mehr bewirkt, Gas könnte damit ohne das hier eingezeichnete Dichtsystem nach außen in die Umgebung des Schaltglieds strömen.
  • Anstelle der selbstlidernden Ausbildung des Anschlusskontakts und des Kontaktelements kann jedoch selbstverständlich auch jedes andere geeignete Dichtsystem verwendet werden. Beispielsweise können O-Ringe zwischen den benachbarten Wandungen von Gehäuse 3 und dem Anschlusskontakt 13 bzw. dem Kontaktelement 15 eingesetzt werden.
  • 4 zeigt eine Darstellung im Längsschnitt ähnlich der Ausführung nach 3, wobei hier jedoch der rechte Anschlusskontakt 19 integriert mit dem Gehäuse ausgebildet ist. Gleichzeitig wird auf ein äußeres Gehäuseteil verzichtet. Diese Funktion wird ebenfalls vom Anschlusskontakt bzw. dem dadurch gebildeten topfförmigen Gehäuseteil übernommen. In dieses Gehäuseteil ist das System bestehend aus dem linken Anschlusskontakt 13, dem Verbindungselement 17 und dem Kontaktelement 15 zusammen mit dem elektrisch isolierenden zweiten Gehäuseteil 9 eingesetzt, beispielsweise eingeschraubt. Damit entsteht eine weitere Vereinfachung des Schaltgliedes.
  • In Bewegungsrichtung vor dem Kontaktelement 15 ist ein flüssiges, gelartiges, pastöses oder pulveriges Medium 39 angeordnet, das nach der Auslösung des Schaltvorgangs durch die Bewegung des Kontaktelements 15 in den Anschlusskontakt 19 in den das aufgeborstene Verbindungselement 17 umgebenden Raum getrieben wird und einen dort entstehenden Plasmabogen löschen kann oder einfach nur definiert die Bewegung des Kontaktelements 15 bremst bzw. dämpft. Hierzu sind im Kontaktelement ein oder mehrere Kanäle 37 ausgebildet, welche den Raum in Bewegungsrichtung vor der Stirnseite des Kontaktelements 15 mit dem das Verbindungselement 17 umgebenden Raum verbinden. Die Viskosität des Mediums ist so gewählt, dass das Medium erst bei Druckbeaufschlagung infolge der Bewegung des Kontaktelements 15 durch die Kanäle 37 gepresst wird, im Ausgangszustand dagegen im betreffenden Raum verbleibt. Selbstverständlich könnten die Kanäle auch mit einer Membran (nicht dargestellt) verschlossen sein, die erst bei Überschreiten eines (ggf. relativ geringen) Drucks des Mediums 39 birst und durch die Kanäle 37 gedrückt wird.
  • Auch das so aufgebaute Schaltglied ist nach außen hin abgeschlossen; Es wird nichts ausgetrieben oder ausgeblasen, so dass hiermit die Baugruppe, selbst bei Verwendung von Explosivstoffen, von den wesentlichsten Bestimmungen des deutschen und auch der ausländischen Sprengstoffgesetze freigestellt wird.
  • Wie in 4 dargestellt, können der Anschlusskontakt 19 und das Kontaktelement 15 bzw. der Fortsatz 15a Mittel zum Fixieren des Kontaktelements in dessen Endposition vorgesehen sein. Beispielsweise können, wie in Fig. gezeigt, in der Bohrung oder Ausnehmung 19a des Anschlusskontakts 19, vorzugsweise in dessen Endbereich, eine umlaufende Nut 55 oder auch eine oder mehrere einzelne Ausnehmungen oder Vertiefungen vorgesehen sein. Das Material des Fortsatzes 15a des Kontaktelements 15 ist dann so zu wählen, dass infolge der Kraft, mit dem der Fortsatz 15a in die Ausnehmung 19a (insbesondere gegen dessen Ende oder Boden) gepresst wird, das Material zu fließen beginnt und in die Nut 55 eintritt. Die beiden Teile werden somit praktisch durch das Erzeugen eines Formschlusses fixiert.
  • Selbstverständlich können die Mittel zum Fixieren des Kontaktelements 15 in der Endposition beispielsweise auch als Rastmittel im oder am Anschlusskontakt 19 und am Kontaktelement 15 ausgebildet sein, beispielsweise als Erhebung in der Innenwandung der Ausnehmung 15a und als Nut oder Ausnehmung am Kontaktelement 15 bzw. am Fortsatz 15a.
  • Die in 5 dargestellte Ausführungsform ist im Wesentlichen mit der Ausführungsform nach 4 identisch, weist jedoch zusätzlich eine Rückstelleinrichtung 41 auf, mittels welcher das Kontaktelement nach dem Schaltvorgang, d.h. dem Bewegen in den Endzustand wieder in den Ausgangszustand zurück bewegt werden kann. Die Rückstelleinrichtung 41 kann, wie in 5 dargestellt, beispielsweise als einfache Rückstellschraube ausgebildet sein, die im Anschlusskontakt 19 axial angeordnet ist und zum Rückstellen die Stirnseite des Fortsatzes 15a des Kontaktelements 15 beaufschlagt. Hierdurch ist es möglich, den Stromkreis nach dem Abschalten wieder zu schließen und beispielsweise einen Notbetrieb für eine bestimmte Zeit aufrecht zu erhalten.
  • Das Verbindungselement 17 ist in diesem Fall mit einem oder mehreren Durchbrüchen in der Wandung versehen, über welche das nach dem Aktivieren des aktivierbaren Materials 21 erzeugte Gas in den das Verbindungselement umgebenden Raum tritt und auch hier die rückwärtige Stirnseite des Kontaktelements 15 beaufschlagt. Die Durchbrüche bzw. deren Position und Gesamtquerschnitt sind so gewählt, dass das Verbindungselement nicht zerstört wird, sondern an einem Ende aus dem Kontaktelement 15 bzw. dem Anschlusskontakt 13 gezogen wird. Hierdurch ist gewährleistet, dass durch das Rückstellen des Kontaktelements 15 in den Ausgangszustand wieder ein elektrischer Kontakt über die Kontakteinheit 5 hergestellt wird.
  • Bei dem Schaltglied nach 5 wurde des weiteren auf Kanäle im Kontaktelement 15 verzichtet, da anstelle der Selbstliderung des Kontaktelements als Dichtmittel ein O-Ring verwendet wird. Das Medium kann hier infolge des hohen Drucks, der durch das Kontaktelement während der Schaltbewegung erzeugt wird, durch den Spalt zwischen der Außenwandung des Kontaktelements 15 und der Innenwandung des Gehäuses über den O-Ring in den das Verbindungselement umgebenden Raum gelangen.
  • 6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Schaltgliedes 1, bei dem das Gehäuse 3 aus einem topfförmigen Teil 9, welches aus einem isolierenden Material besteht oder gegen den Anschlusskontakt 13 isolierend ausgebildet ist und welches einen axialen Durchbruch zur Aufnahme des Anschlusskontakts 13 aufweist, sowie aus einem Gehäuseteil 7 aus einem elektrisch leitenden Material, welches gleichzeitg den Anschlusskontakt 19 bildet. Das System bestehend aus Anschlusskontakt 13, Verbindungselement 17 und Kontaktelement 15 weist zusätzlich in Bewegungsrichtung vor dem Kontaktelement 15 einen Stauchbereich 45 auf, der als zylindrische Wandung ausgebildet sein kann, die am anderen Ende mit einem Anschlagelement 47 verbunden ist, welches sich am Anschlusskontakt 19 abstützt. Selbstverständlich bestehen auch der Stauchbereich 45 und das Anschlagelement 47 aus einem elektrisch leitenden Material. Der Stauchbereich ist so ausgebildet, dass durch den während des Schaltvorgangs auf das Kontaktelement ausgeübten Druck eine plastische Deformation eintritt, so dass das Kontaktelement 15 einen vorbestimmten Bewegungsweg zurücklegt, um ein sicheres Trennen der Kontakteinheit 5 zu gewährleisten. Selbstverständlich können das Kontaktelement 15, der Stauchbereich 45, das Anschlagelement 47 und der Anschlusskontakt 19 auch einstückig ausgebildet sein.
  • 7 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines separat ausgebildeten Verbindungselements 17, das mit jedem der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kombinierbar ist. Das Verbindungselement 17 besteht aus einem Trägerrohr 17a, einer außen aufgebrachten, elektrisch gut leitfähigen Schicht 17b (diese nimmt den elektrischen Strom des abzusichernden bzw. später zu schaltenden elektrischen Stroms über das Schaltglied auf), einer Innenstrukturierung 17c (um die Kontaktoberfläche für das innen anliegende aktivierbare Material zu erhöhen und gleichzeitig das Bersten des Trägerrohres 17a durch den durch das aktivierbare Material erzeugten Innendruck nach der Auslösung des Schaltglieds zu vereinfachen, zu beschleunigen oder zuverlässiger über den ganzen Umfang zu machen) und aus einem Dichtsystems 49, das einerseits das Eindringen von Wasser bzw. Wasserdampf in das Verbindungselement 17 verhindern und gleichzeitig die Gasdichtigkeit nach der Auslösung bzw. Aktivierung des eingebrachten aktivierbaren Materials sicherstellen soll. Je nach Einsatzfall bzw. Schalt- und Auslöseaufgabe können die einzelnen hier aufgeführten Eigenschaften bzw. Merkmale auch entfallen. Im einfachsten Fall wird nur ein einfaches Metallrohr mit oder ohne eventuell noch eingebrachter Schwächung in dessen Wandstärke für das Verbindungselement verwendet und so einfach zwischen den Anschlusskontakt 13 und das Kontaktelement 15 des Schaltgliedes 1 gesetzt.
  • 8 ist eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform des Verbindungselements 17, bestehend aus einem Trägerrohr 17a, einer außen nur an beiden Enden des Trägerrohres 17a aufgebrachten, elektrisch gut leitfähigen Schicht 17b (diese übernimmt hier nur die Aufgabe der Kontaktierung zum Anschlusskontakt 13 bzw. zum Kontaktelement 15), einer innen eingeführten schraubenförmigen Windung 51 aus einem Material mit bestimmtem spezifischen Widerstand, welches sich bei Stromdurchfluss so weit erhitzt, dass das im Verbindungselement vorgesehene aktivierbare Material aktiviert wird. Hierdurch kann eine Selbstauslösung des Schaltgliedes erreicht werden. Wie in 7 ist wiederum ein Dichtsystem 49 vorgesehen. Je nachdem, ob ein Bypass zur eingebrachten Spirale für den elektrischen Strom über das Schaltglied gewünscht wird oder nicht, wird die außen am Schaltrohr aufgebrachte, elektrisch gut leitfähige Schicht geschlossen über die ganze Rohroberfläche und mehr oder weniger dick oder mit mehr oder weniger gut elektrisch leitfähigem Schichtmaterial ausgeführt.
  • 9 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Verbindungselements 17, das weitgehend mit der Ausführungsform in 8 identisch ist. Die schraubenförmige Windung 51 ist jedoch außen am Umfang des Trägerrohres 17a angeordnet, um eine Auslösung eines außerhalb des Schaltrohres vorgesehenen aktivierbaren Materials zu bewirken. Bei dieser Ausführung des Verbindungselements 17 sind in der Wandung des Trägerrohrs 17a ein oder mehrere Bohrungen oder Durchbrüche 43 vorgesehen, damit das vom innen vorgesehenen aktivierbare Material erzeugte Gas nach außen zu einem außen eingebrachten aktivierbaren Material strömen und dieses ebenfalls aktivieren kann, oder einfach nur, um dem aktivierbaren Material nach dessen Auslösung die Möglichkeit zu geben, die Oberfläche der Kontaktstücke auch außerhalb zu bedrücken, um damit die Ausdrückkraft des Kontaktelements 15 zu erhöhen.
  • 10 zeigt ein Schaltglied 1, bei dem die Anschlusskontakte 13, 19 gleichzeitig die Funktion von Gehäusehälften 7, 9 übernehmen bzw. einstückig mit diesen ausgebildet sind. Die Anschlusskontakte bzw. Gehäuseteile sind über einen Ring 53 aus isolierendem Material voneinander elektrisch isoliert. Wie in 1 ist ein äußeres Gehäuseteil 11 vorgesehen, welches die Anschlusskontakte 13, 19 und den Ring 53 umfasst und zu einer Einheit fixiert. Das Kontaktelement 15 ist im Raum zwischen den topfförmig ausgebildeten Anschlusskontakten 13, 19 und dem Ring 53 axial verschiebbar geführt und über ein als Draht oder dergl. ausgebildetes Verbindungselement 17 mit dem Anschlusskontakt 13 verbunden. In der Ausgangsposition ist das Kontaktelement 15 so positioniert, dass es über seine Umfangswandung elektrisch leitend mit dem Anschlusskontakt 19 verbunden ist. Das aktivierbare Material 21 ist in einer Kammer im Anschlusskontakt 13 angeordnet und kann mittels des, wie bei den Ausführungsformen nach den 1 bis 6 im Anschlusskontakt 13 vorgesehenen Anzündstücks 23 aktiviert werden. Das erzeugte Gas gelangt über Kanäle oder Durchbrüche 55 in den Raum zwischen dem Anschlusskontakt 13 und der Rückseite des Kontaktelements 15.
  • Bei der Ausführungsform nach 11 ist der Anschlusskontakt 19, ähnlich der Ausführungsform in 5 derart topfförmig ausgebildet, dass auf ein äußeres Gehäuseteil 11 verzichtet werden kann. Im Ausgangszustand ist ein scheibenförmig ausgebildetes Kon taktelement 15 über ein als Draht oder dergl. ausgebildetes Verbindungselement 17 mit dem Anschlusskontakt 13 elektrisch verbunden. Die Umfangswandungen des Kontaktelements 15 stellen einen elektrischen Kontakt zum Anschlusskontakt 19 her. Ebenso wie in 10 reißt das Verbindungselement 17 bei einem Schaltvorgang durch die Druckbeaufschlagung des Verbindungselements 15 und die hierdurch erzeugte, auf das Verbindungselement 17 erzeugte Zugkraft.
  • Des Weiteren ist, wie bei der Ausführungsform in 5 eine Rückstelleinrichtung 41 vorgesehen, mittels der das scheibenförmige Kontaktelement 15 aus seiner Endposition nach einem Schaltvorgang wieder in die Ausgangsposition zurück bewegt werden kann.

Claims (11)

  1. Elektrisches Schaltglied, insbesondere zum Schalten hoher Ströme, mit einem Gehäuse (3), welches eine Kontakteinheit (5) aufweist, wobei die Kontakteinheit (5) zwei ortsfest mit dem Gehäuse (3) verbundene oder damit einstückig ausgebildete Anschlusskontakte (13, 19) für das Zuführen und Abführen eines zu schaltenden elektrischen Stroms aufweist und wobei die beiden Anschlusskontakte (13, 19) im Ausgangszustand des Schaltglieds (1) innerhalb des Gehäuses (3) elektrisch leitend verbunden sind, mit einem im Gehäuse (3) vorgesehenen, aktivierbaren Material, welches nach dem Aktivieren einen Gasdruck zur Beaufschlagung der Kontakteinheit (5) erzeugt, wobei die elektrisch leitende Verbindung durch die Beaufschlagung mit dem Gasdruck aufgetrennt wird, wobei die Kontakteinheit (5) ein relativ zu den ortsfesten Anschlusskontakten (13, 19) unter der Beaufschlagung des erzeugten Gasdrucks bewegbares Kontaktelement (15) aufweist, welches durch die Beaufschlagung mit dem erzeugten Gasdruck in Richtung der Achse der Kontakteinheit (5) aus seiner Ausgangsposition in eine Endposition bewegt wird, in welcher die elektrische Verbindung über die Kontakteinheit (5) unterbrochen ist, wobei die Kontakteinheit (5) ein Verbindungselement (17) aufweist, welches an einem Ende mit einem Anschlusskontakt (13) und am anderen Ende mit dem Kontaktelement (15) verbunden ist, wobei das aktivierbare Material (21) innerhalb der aus dem Anschlusskontakt (13), dem Verbindungselement (17) und dem Kontaktelement (15) gebildeten Einheit vorgesehen ist, und wobei nach dem Aktivieren des aktivierbaren Materials (21) das Gas durch wenigstens eine Öffnung (43) in der Kontakteinheit (5), vorzugsweise im Verbindungselement (17), in einen Raum innerhalb des Gehäuses (3) eintritt, welcher durch das Kontaktelement (15) begrenzt ist, wobei das Kontaktelement (15) gegen das Gehäuse (3) abgedichtet ist und mit dem Gasdruck beaufschlagt wird, wodurch das Kontaktelement (15) relativ zu dem ortsfesten Anschlusskontakt (13), mit welchem das Kontaktelement (15) im Ausgangszustand über das Verbindungselement (17) verbunden ist, axial bewegt und die elektrische Verbindung innerhalb der Kontakteinheit unterbrochen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (15) an seinem in Bewegungsrichtung zeigenden Ende am benachbarten Anschlusskontakt (19) anliegt oder einstückig mit dem benachbarten Anschlusskontakt (19) ausgebildet ist und dass das Kontaktelement (15) an seinem in Bewegungsrichtung zeigenden Ende einen Stauchbereich (45) aufweist, welcher unter der Druckbeaufschlagung des Kontaktelements (15) plastisch deformierbar ist.
  2. Elektrisches Schaltglied, insbesondere zum Schalten hoher Ströme, mit einem Gehäuse (3), welches eine Kontakteinheit (5) aufweist, wobei die Kontakteinheit (5) zwei ortsfest mit dem Gehäuse (3) verbundene oder damit einstückig ausgebildete Anschlusskontakte (13, 19) für das Zuführen und Abführen eines zu schaltenden elektrischen Stroms aufweist und wobei die beiden Anschlusskontakte (13, 19) im Ausgangszustand des Schaltglieds (1) innerhalb des Gehäuses (3) elektrisch leitend verbunden sind, mit einem im Gehäuse (3) vorgesehenen, aktivierbaren Material, welches nach dem Aktivieren einen Gasdruck zur Beaufschlagung der Kontakteinheit (5) erzeugt, wobei die elektrisch leitende Verbindung durch die Beaufschlagung mit dem Gasdruck aufgetrennt wird, wobei die Kontakteinheit (5) ein relativ zu den ortsfesten Anschlusskontakten (13, 19) unter der Beaufschlagung des erzeugten Gasdrucks bewegbares Kontaktelement (15) aufweist, welches durch die Beaufschlagung mit dem erzeugten Gasdruck in Richtung der Achse der Kontakteinheit (5) aus seiner Ausgangsposition in eine Endposition bewegt wird, in welcher die elektrische Verbindung über die Kontakteinheit (5) unterbrochen ist, wobei die Kontakteinheit (5) ein Verbindungselement (17) aufweist, welches an einem Ende mit einem Anschlusskontakt (13) und am anderen Ende mit dem Kontaktelement (15) verbunden ist, wobei das aktivierbare Material (21) innerhalb der aus dem Anschlusskontakt (13), dem Verbindungselement (17) und dem Kontaktelement (15) gebildeten Einheit vorgesehen ist, und wobei nach dem Aktivieren des aktivierbaren Materials (21) das Verbindungselement (17) durch die Druckbeaufschlagung mit dem Gasdruck an wenigstens einer Stelle aufreißt oder vollständig abreißt oder das Kontaktelement (15) vom Verbindungselement (17) oder das Verbindungselement (17) vom Anschlusskontakt (15) abgetrennt wird, wobei das Gas in einen Raum innerhalb des Gehäuses (3) eintritt, welcher durch das Kontaktelement (15) begrenzt ist, wobei das Kontaktelement (15) gegen das Gehäuse (3) abgedichtet ist und mit dem Gasdruck beaufschlagt wird, wodurch das Kontaktelement (15) relativ zu dem ortsfesten Anschlusskontakt (13), mit welchem das Kontaktelement (15) im Ausgangszustand über das Verbindungselement (17) verbunden ist, axial bewegt und die elektrische Verbindung innerhalb der Kontakteinheit unterbrochen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (15) an seinem in Bewegungsrichtung zeigenden Ende am benachbarten Anschlusskontakt (19) anliegt oder einstückig mit dem benachbarten Anschlusskontakt (19) ausgebildet ist und dass das Kontaktelement (15) an seinem in Bewegungsrichtung zeigenden Ende einen Stauchbereich (45) aufweist, welcher unter der Druckbeaufschlagung des Kontaktelements (15) plastisch deformierbar ist.
  3. Schaltglied nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (17) einstückig mit dem Kontaktelement (15) und/oder einem oder beiden Anschlusskontakten (13, 19) ausgebildet ist.
  4. Schaltglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (17) kraft- oder formschlüssig mit dem Kon taktelement (15) und/oder einem oder beiden Anschlusskontakten (13, 19) verbunden ist.
  5. Schaltglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aktivierbare Material (21) ein deflagrierendes pyrotechnisches Material ist.
  6. Schaltglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (3) ein Dämpfungsmaterial (39) so angeordnet ist, dass die Bewegung des Schaltelements (15) in die Endposition nach dem Aktivieren des aktivierbaren Materials (21) gedämpft wird.
  7. Schaltglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (3) ein durch die Bewegung des Schaltelements (15) zu verdrängendes Material, vorzugsweise eine Flüssigkeit oder ein Medium bestimmter Viskosität, vorgesehen ist, wobei dieses Material durch die Bewegung des Kontaktelements (15) in den Raum verdrängt wird, der nach dem Auftrennen der Kontakteinheit (5) zwischen den Teilen der Kontakteinheit (5) entsteht und/oder diesen umgibt.
  8. Schaltglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine vorzugsweise elektrisch ansteuerbare Zündeinrichtung (23) für das Aktivieren des aktivierbaren Materials (21) vorgesehen ist.
  9. Schaltglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakteinheit (5), vorzugsweise das Verbindungselement (17) so ausgebildet ist, dass bei Überschreiten eines Schwellenstromwertes die Kontakteinheit (5) oder das Verbindungselement (17), vorzugsweise an einer oder mehreren definierten Stellen derart erhitzt wird, dass das aktivierbare Material (21) aktiviert wird.
  10. Schaltglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakteinheit (5) eine Rückstelleinrichtung (41) aufweist, mittels welcher das in die Endposition bewegte Kontaktelement (15) in eine Position, vorzugsweise die Ausgangsposition, bewegbar ist, in welcher eine elektrischer Kontakt zwischen den beiden Anschlusskontakten (13, 19) besteht.
  11. Schaltglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlusskontakt (19), in Richtung auf welchen das Kontaktelement (15) bewegt wird, und das Kontaktelement (15) Mittel zum Fixieren des Kontaktelements in dessen Endposition aufweisen, die beispielsweise als umlaufende Nut oder als eine oder mehrere einzelne Ausnehmungen oder Vertiefungen in der Ausnehmung des Anschlusskontakts (19) ausgebildet sind, vorzugsweise in dessen Endbereich, wobei das Material des in die Ausnehmung eingreifenden Fortsatzes des Kontaktelements (15) so gewählt ist, dass infolge der Kraft, mit der der Fortsatz in die Ausnehmung gepresst wird, das Material zu fließen beginnt und in die Nut oder die eine oder mehreren einzelnen Ausnehmungen oder Vertiefungen eintritt.
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