DE19616993A1

DE19616993A1 - Pyrotechnisches Sicherungselement für Stromkreise

Info

Publication number: DE19616993A1
Application number: DE19616993A
Authority: DE
Inventors: Heinz Kern
Original assignee: Dynamit Nobel AG
Current assignee: Dynamit Nobel AG
Priority date: 1996-04-27
Filing date: 1996-04-27
Publication date: 1997-10-30
Also published as: EP0895644B1; DE59700700D1; WO1997041581A1; EP0895644A1

Description

Die Erfindung betrifft ein pyrotechnisches Sicherungs element für Stromkreise mit mindestens einem Strom leiter und einer pyrotechnisch betreibbaren Trennvor richtung mit mindestens einem Trennelement zum Durch trennen des mindestens einen Stromleiters, wobei das Trennelement infolge der Zündung einer pyrotechnischen Ladung auf einen Trennabschnitt des Stromleiters zu und durch die sen hindurch bewegbar ist und wobei der Strom leiter im Bereich seines Trennabschnitts einteilig aus gebildet ist, wie aus DE 42 11 079 A1 bekannt.

Pyrotechnisch arbeitende Sicherungselemente für Strom kreise sind beispielsweise aus DE 42 11 079 A1 und DE 44 22 177 A1 bekannt. In beiden Fällen durchtrennt eine pyrotechnisch betreibbare Trennvorrichtung mit einem Trennelement einen Stromleiter. Im Falle des Siche rungselements nach DE 42 11 079 A1 wird der Stromlei ter, der im Bereich eines Trennabschnitts, auf den die Trennvorrichtung einwirkt, einstückig und mit gleichem Querschnitt wie im übrigen Bereich ausgebildet ist, durch Zerstörung durchtrennt. Hierzu dient ein Trenn- bzw. Stanzelement/Werkzeug. Bei dem pyrotechnischen Sicherungselement nach DE 44 22 177 A1 wird ein Verbin dungsteil, das elektrisch leitend sowie kraft- und formschlüssig mit zwei sich überlappenden Stromleiter abschnitten verbunden ist, infolge der pyrotechnisch betreibbaren Trennvorrichtung außer Kontakt mit min destens einem der beiden Stromleiterabschnitte ge bracht. Bei beiden bekannten Sicherungselementen wird die pyrotechnische Ladung mittels eines Zündimpulses o. dgl. gezündet, der erzeugt wird, wenn mittels eines Detektors o. dgl. Meßvorrichtung eine Stromstärke in dem zu sichernden Stromkreis gemessen wird, die oberhalb eines Maximalwertes liegt. Auf diese Weise können mit den bekannten pyrotechnischen Sicherungselementen Stromkreise gegen überströme geschützt werden, d. h. gegen Ströme geschützt werden, die oberhalb des Nenn- bzw. Dauerstroms liegen.

Wie sich in der Praxis herausgestellt hat, können bei den bekannten Sicherungselementen nach DE 44 22 177 A1 Langzeitprobleme durch Korrosion o. dgl. an den Kontakt stellen zwischen dem Verbindungselement und den beiden sich überlappenden Stromleiterabschnitten entstehen. Diesbezüglich wäre eine einteilige Ausbildung des Stromleiters im Bereich seines Trennabschnitts vorteil haft. Demgegenüber erfordert das Sicherungselement nach DE 42 11 079 A1 recht hohe Kräfte zum Durchtrennen des Stromleiters, da dieser über seine gesamte Dicke durch getrennt werden muß, was insbesondere bei Stromkreisen für hohe Ströme, wo Stromleiterschienen o. dgl. einge setzt werden, großdimensionierte Sicherungselemente mit großen pyrotechnischen Ladungen erfordert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein pyrotech nisches Sicherungselement für Stromkreise zu schaffen, das über lange Zeit problemlos funktioniert sowie seine elektrischen Eigenschaften beibehält und darüber hinaus möglichst kleindimensionierte pyrotechnische Ladungen erfordert.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung ein pyrotechnisches Sicherungselement für Stromkreise vor geschlagen, das versehen ist mit

- mindestens einem Stromleiter und
- einer pyrotechnisch betreibbaren Trennvorrichtung mit mindestens einem Trennelement, zum Durchtrennen des mindestens einen Stromleiters, wobei das Trennelement infolge der Zündung einer pyrotech nischen Ladung auf einen Trennabschnitt des Strom leiters zu und durch diesen hindurch bewegbar ist und wobei der Stromleiter im Bereich seines Trenn abschnitts einteilig aufgebildet ist,
- wobei der Stromleiter im Bereich seines Trennab schnitts eine Querschnittsfläche aufweist, die kleiner ist als im Bereich außerhalb des Trennab schnitts des Stromleiters.

Nach der Erfindung ist also vorgesehen, den mindestens einen Stromleiter im Bereich seines Trennabschnitts im Querschnitt kleiner auszubilden als außerhalb dieses Trennabschnitts. Die Querschnittsverringerung im Trenn abschnitt ist dabei derart ausgelegt, daß der Span nungsabfall vernachlässigbar klein ist und sich inso fern die Querschnittsverringerung elektrisch praktisch nicht auswirkt. Aufgrund seines verminderten Quer schnitts im Bereich des Trennabschnitts läßt sich der mindestens eine Stromleiter mit vergleichsweise gerin gen Kräften durchtrennen, was sich vorteilhaft auf die Baugröße des erfindungsgemäßen pyrotechnischen Siche rungselements und die Dimensionierung der pyrotechni schen Ladung auswirkt. Wie bei den bekannten pyrotech nischen Sicherungselementen erfolgt auch bei dem erfin dungsgemäßen Sicherungselement die Auslösung dann, wenn mittels eines Stromdetektors erkannt wird, daß im abzu sichernden Stromkreis ein oberhalb eines Schwellwerts liegender Strom fließt.

Grundsätzlich ist es von Vorteil, das Trennelement bzw. die Trennvorrichtung aus einem elektrisch isolierenden Material herzustellen. Infolge der lediglich geringen Kräfte zum Durchtrennen des Stromleiters in dessen Trennabschnitt ist es beispielsweise möglich, die Trennvorrichtung und insbesondere deren Trennelement in Kunststoff auszuführen, was auch im Hinblick auf die einfache Handhabbarkeit und die geringen Herstellungs kosten von Vorteil ist.

In vorteilhafter Weiterbildung der Elfindung ist der Trennabschnitt als in die Außenfläche des Stromleiters eingebrachte Vertiefung insbesondere in Form einer Nute ausgeführt. Diese Vertiefung ist zweckmäßigerweise in dem dem Trennelement zugewandten Seitenabschnitt der Außenfläche des Stromleiters angeordnet. Auf diese Weise dienen die einander gegenüberliegenden Flanken der Vertiefung als Führung für das Trennelement bei dessen Bewegung auf den Trennabschnitt zu und durch den Stromleiter hindurch. Insofern ist es von Vorteil, wenn das mindestens eine Trennelement in seiner Ausgangspo sition, aus der heraus es infolge der Zündung der pyro technischen Ladung zum Durchtrennen des Stromleiters bewegbar ist, bereits in die Vertiefung eingetaucht ist.

Vorzugsweise beträgt die Querschnittsfläche des Strom leiters im Trennabschnitt etwa 50% bzw. weniger als 50% und insbesondere weniger als 30% der Quer schnittsfläche des Stromleiters außerhalb des Trenn abschnitts. Höchst vorzugsweise beträgt die Quer schnittsfläche des Stromleiters im Trennabschnitt 5% bis 15% und insbesondere 10% der Querschnittsfläche des Stromleiters außerhalb des Trennabschnitts.

Die Vorteile und Eigenschaften des erfindungsgemäßen pyrotechnischen Sicherungselements lassen sich wie folgt zusammenfassen:

- Der mindestens eine Stromleiter ist einteilig aus geführt, wodurch elektrische Kontaktzonen, die infolge von Temperatur, Fertigungstoleranzen, Feuchtigkeit oder Korrosion sich bezüglich ihres Übergangswiderstandes verändern können, vermieden sind.
- Die Herstellungskosten sind im Vergleich zu den bekannten pyrotechnischen Sicherungselementen wesentlich reduziert.
- Wegen der geringeren Trennkräfte kann die bewegte Masse reduziert werden, was geringere Material stärken und die Verwendung kostengünstiger Kunst stoffmaterialien ermöglicht.
- Die Baugröße des pyrotechnischen Sicherungs elements ist relativ gering.
- Das pyrotechnische Sicherungselement weist ledig lich wenige Einzelteile auf.
- Die pyrotechnische Ladung braucht lediglich gering ausgelegt zu sein.
- Es entstehen weniger Verlustleistungen.
- Es ist kaum Geräuschentwicklung zu verzeichnen.

Nachfolgend wird anhand der Figuren ein Ausführungsbei spiel der Erfindung näher erläutert. Im einzelnen zei gen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht durch ein pyrotech nisches Sicherungselement bei sich in der Aus gangsposition befindlichem Trennelement,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 eine Schnittansicht des pyrotechnischen Siche rungselements bei durchtrenntem Stromleiter und

Fig. 4 eine Ansicht gemäß der Linie IV-IV der Fig. 3.

In den Fig. 1 bis 4 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen pyrotechnischen Sicherungselements 10 in verschiedenen Querschnittsansichten einerseits im Ausgangszustand bei noch nicht durchtrenntem Stromlei ter (Fig. 1 und 2) und andererseits im Zustand darge stellt, in dem der Stromleiter durchtrennt ist. In den Figuren ist der Einfachheit halber lediglich das pyro technische Sicherungselement 10 dargestellt; aus Grün den der besseren Übersichtlichkeit fehlt die elektro nische Beschaltung zur Erzeugung des Zündimpulses für die pyrotechnische Ladung.

Wie sich aus den Figuren ergibt, weist das Sicherungs element 10 ein Gehäuse 12 aus insbesondere elektrisch nicht leitendem Material auf, in dem ein Hohlraum 14 ausgebildet ist. Durch den Hohlraum 14 hindurch er streckt sich der elektrische Stromleiter 16, der beid seitig aus dem Gehäuse 12 herausgeführt ist. An den herausgeführten Enden des Stromleiters 16 läßt sich der abzusichernde Stromkreis anschließen. In dem insbeson dere zylindrischen Hohlraum 14 befindet sich eine pyro technisch betreibbare Trennvorrichtung 18, die einen Kunststoffkolben 20 aufweist. Der Kunststoffkolben 20 trägt an seiner dem Stromleiter 16 zugewandten Stirn seite ein Trennelement 22 in Form eines Kunststoff schwertes, das vorzugsweise einstückig mit dem Kunst stoffkolben 20 verbunden ist. Auf der dem Trennelement 22 abgewandten Stirnseite des Kunststoffkolbens 20 be findet sich in dem Gehäuse 12 eine pyrotechnische Ladung 24 mit einem (nicht dargestellten) Zündelement, das über elektrische Zuführleitungen 26 elektrisch ge zündet werden kann.

Wie sich aus Fig. 1 ergibt, ist das Trennelement 22 mit seinem vorderen Ende in eine Vertiefung 28 des Strom leiters 16 eingetaucht. Diese Vertiefung 28, bei der es sich im Falle des Ausführungsbeispiels um eine im Quer schnitt rechteckige Nut handelt, die sich über die ge samte Breite des Stromleiters 16 erstreckt, stellt den Trennabschnitt 30 des Stromleiters 16 dar, in dessen Bereich der Stromleiter 16 mittels der Trennvorrichtung 18 durchgetrennt werden kann. Die Vertiefung 28 ist in den der Trennvorrichtung 18 zugewandten Teil 32 der Außenfläche des Stromleiters 16 eingebracht. Auf der der Trennvorrichtung 18 abgewandten Seite des Stromlei ters 16 befindet sich in Verlängerung des Trennelements 22 im Gehäuse 12 ein Aufnahmeraum 34.

Wie man anhand der Fig. 3 und 4 erkennen kann, ist das Trennelement 22 bei ausgelöstem Sicherungselement 10 durch den Trennabschnitt 30 des Stromleiters 16 hin durch bis in den Aufnahmeraum 34 vorbewegt. Dieser Auf nahmeraum 34 dient darüber hinaus aber auch zur Auf nahme desjenigen Teils 36 des Stromleiters 16, inner halb von dessen Trennabschnitt 30, der durch das Trenn element 22 herausgetrennt ist. In gewisser Weise stanzt das Trennelement 22 also aus dem Trennabschnitt 30 des Stromleiters 16 den Teil 36 heraus.

Das pyrotechnische Sicherungselement 10 ist vorstehend anhand eines Beispiels erläutert worden, bei dem der Stromleiter 16 einen Trennabschnitt 30 verringerten Querschnitts aufweist. Der Stromleiter 16 könnte aber auch mit mehreren, z. B. zwei Trennabschnitten versehen sein, wobei das Trennelement 22 dann den Mittelteil des Stromleiters 16 zwischen den beiden Trennabschnitten heraustrennen würde.

Claims

1. Pyrotechnisches Sicherungselement für Stromkreise, mit

- mindestens einem Stromleiter (16) und
- einer pyrotechnisch betreibbaren Trennvorrich tung (18) mit mindestens einem Trennelement (22) zum Durchtrennen des mindestens einen Stromleiters (16), wobei das Trennelement (22) infolge der Zündung einer pyrotechnischen Ladung (24) auf einen Trennabschnitt (30) des Stromleiters (16) zu und durch diesen hindurch bewegbar ist und wobei der Stromleiter (16) im Bereich seines Trennabschnitts (30) einteilig ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet ,
- daß der Stromleiter (16) im Bereich seines Trennabschnitts (30) eine Querschnittsfläche aufweist, die kleiner ist als im Bereich außer halb des Trennabschnitts (30) des Stromleiters (16).

2. Pyrotechnisches Sicherungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennabschnitt (30) des Stromleiters (16) eine in dessen Außen fläche eingebrachte Vertiefung (28) aufweist.

3. Pyrotechnisches Sicherungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (28) in dem dem Trennelement (22) zugewandten Seitenab schnitt (32) der Außenfläche ausgebildet ist.

4. Pyrotechnisches Sicherungselement nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Trennelement (22) in seiner Ausgangsposition, aus der es heraus infolge der Zündung der pyro technischen Ladung (24) zum Durchtrennen des Stromleiters (16) bewegbar ist, in die Vertiefung (28) eingetaucht ist.

5. Pyrotechnisches Sicherungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Trennelement (22) aus einem elek trisch isolierenden Material, insbesondere einem Kunststoffmaterial besteht.

6. Pyrotechnisches Sicherungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des Stromleiters (16) im Trenn abschnitt (30) weniger als 50% der Querschnitts fläche des Stromleiters (16) außerhalb des Trenn abschnitts (30) beträgt.

7. Pyrotechnisches Sicherungselement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des Stromleiters (16) im Trennabschnitt (30) weni ger als 30% der Querschnittsfläche des Stromlei ters (16) außerhalb des Trennabschnitts (30) be trägt.

8. Pyrotechnisches Sicherungselement nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Quer schnittsfläche des Stromleiters (16) im Trennab schnitt (30) 5% bis 15%, insbesondere 10% der Querschnittsfläche des Stromleiters (16) außerhalb des Trennabschnitts (30) beträgt.