DE19749133A1

DE19749133A1 - Notabschalter für elektrische Stromkreise

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Publication number: DE19749133A1
Application number: DE1997149133
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-11-06
Filing date: 1997-11-06
Publication date: 1999-05-27
Anticipated expiration: 2017-11-07
Also published as: DE19749133C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum definierten und schnellen Trennen von elektrischen Starkstromkreisen im Notfall, die selbst ohne Wartung noch nach bis zu 20 Jahren zuverlässig die Funktion ausübt und dabei kein zusätzliches Gefahrenpo tential in Form von Heißgas, Partikel, Wurfstücke oder hohe, im abgeschalteten Stromkreis induzierte Spannungen nach außen darstellt.

Der Einsatz ist vornehmlich in der KFZ-Technik geplant zum definierten irreversiblen Trennen der Bordverkabelung von der Autobatterie kurz nach einem Unfall, um Zünd quellen durch Funken und Plasma zu vermeiden, die entstehen, wenn beispielsweise Kabelisolationen durch während des Unfalls eindringendes Karosserieblech aufge scheuert wurden oder lose Kabelende gegeneinander oder gegen Blechteile schwin gen - insbesondere dann, wenn Benzin ausläuft und sich Benzindampf unter der Mo torhaube ansammeln und sich dort zündfähige Benzin-Luft-Gemische bilden können.

Bisher eingesetzte Vorrichtungen, wie die von der DNAG zur Trennung der Autover kabelung von der Autobatterie bei einem Unfall zur Vermeidung zusätzlicher Zünd quellen für eventuell ausgeströmtes und danach verdampftes Benzin entwickelte und eingesetzte Baugruppe sind begrenzt bezüglich der Schneidleistung und/oder erzeu gen durch den Trennvorgang im getrennten Stromkreis so hohe induzierte Spannun gen, daß hier angeschlossene elektrische Geräte beschädigt werden, was aber nicht zulässig und erwünscht ist.

So drückt ein aus einer Brennkammer und einem elektrisch nicht leitfähigen Material gefertigten Werkzeug bestehendes, quasi herkömmliches Kraftelement nach der Auslösung durch den Airbagsensor auf den sehr stark gekerbten elektrischen Leiter mit einem Querschnitts von beispielsweise 10mm × 4mm, worauf das Material dieses Leiters bricht und der Stromfluß zu den an der Verkabelung angeschlossenen Ver brauchern bzw. den eventuell aufgescheuerten Kabelstücken abbricht.

Durch die Einkerbung des Materials-wird zunächst relativ wenig Kraft zur Trennung benötigt, andererseits bricht der Leiter und damit der Stromfaden so schnell ab, daß im Stromkreis sehr hohe Spannungen induziert werden und dadurch angeschlossene Geräte und Isolationen irreversibel beschädigt werden.

Anders aufgebaute Vorrichtung zur Trennung von Kraftströmen, wie sie aus der Starkstromtechnik her bekannt sind, werden hier nicht betrachtet, weil sie entweder relaisartig aufgebaut sind (d. h. hier in diesem Zusammenhang das Öffnen von Kon takten durch eine Magnetspule oder durch ein kleines Kraftelement, wie es heute schon in der Überlandleitungstechnik hier und da eingesetzt wird) und damit die ge forderten Zuverlässigkeiten nach 20 Jahren ohne einzige Schaltung und ohne War tung bei der im PKW vorkommenden mechanischen und thermisch/klimatischen Um welt nicht im Ansatz erreichen, oder bei entsprechender Ausführung einfach um Grö ßenordnungen zu teuer sind (die angestrebte Baugruppe hat heute einen Verkaufs preis von ca. 7 DM) oder einfach zu schwer und zu groß - die Baugruppe soll ohne Bauänderungen anstelle der heute üblichen Batterieklemme verwendet werden!

Bereits zuverlässiger und ohne den Leiter kerben zu müssen arbeitet die aus der An meldung Nr. 197 32 650.1 bekannt gewordene Vorrichtung, wobei der Leiterquerschnitt durch einen Leistungskutter im vollen einfach abgeschnitten bzw. getrennt wird.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine kleine und kostengünstige Bau gruppe der eingangs genannten Art so zu schaffen, die in autarker und fernsteuerba rer Arbeitsweise imstande ist, einen mindestens ebenso großen Leitungsquer schnitt zu trennen, möglichst ohne diesen kerben zu müssen und gleichzeitig den Stromfluß nicht so schnell zu unterbrechen, daß das durch den eventuell beim Trennen noch im Stromkreis fließenden Strom erzeugte magnetische Feld nicht so schnell zusammenfällt und damit kleinere Gegenspannungen induziert werden, die diesen Feldzusammenbruch bekanntlich verzögern wollen. - Damit kann die mechani sche Belastbarkeit des Leiters, wie stets von allen Konstrukteuren gewünscht, erhal ten bleiben und zusätzliche Maßnahmen zur Unterdrückung der Spannungsspitzen in der Verkabelung und/oder vor den einzelnen elektrischen Verbrauchern eingespart werden, wenn das überhaupt sonst möglich wäre! Anders als bei den bisher erwähn ten Vorrichtungen soll dies aber einfachheitshalber nicht durch mechanisches Schnei den/Trennen des Leiters erfolgen, sondern durch die pyrotechnische Zerstörung des Leiters selbst! Die hierbei immer entstehenden Bruchstücke werden durch ein Gehäu se so aufgefangen, daß damit die Umgebung des Notabschalters nicht gestört wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekenn zeichnet.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, daß es für die Unterbrechung des Stromflusses keine bewegten Teile mehr gibt und damit die Funktionszuverlässigkeit noch weiter ansteigt bei noch niedrigeren Fertigungskosten.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der Tatsache, daß der Trennvorgang nunmehr durch die richtige Wahl die pyrotechnischen Mischung und dessen Abbrands bzw. Verhaltens so gesteuert werden kann, daß die Stromabschaltung nicht mehr so schnell erfolgt, sich damit bei fließendem Strom (und nur dann treten ja die uner wünschten Spannungsspitzen durch Induktion auf) ein Plasma ausbilden kann und hierbei bzw. hierin die sonst zerstörerisch wirkende Induktionsenergie "verbraucht" werden kann!

Unterstützt werden kann das durch das entsprechende Ausbilden des Querschnitts des zu trennenden Stromleiters.

Mit einer der wichtigsten Vorteile der Erfindung gegenüber allen bisher bestehenden Geräten aber ist die Tatsache, daß hier je nach Ausführung spezielle Anzündstücke zum Anzünden die pyrotechnische Seele 4 nicht mehr erforderlich sind, was ein we sentlicher Kostenvorteil gerade in der Automobilindustrie ist, können hier doch 3 bis 4 DM eingespart werden!

Darüberhinaus vermeidet man auch die Abhängigkeit von einem Schlüsselzulieferan ten, die Folgen eines nicht ausentwickelten Anzündstücks und steigert so die Wert schöpfung in der eigenen Firma beträchtlich.

Die Aufgabe wird so erreicht, daß die aus den Treibgasen stammende Energie von innen her auf den elektrischen Leiter so einwirkt, daß er entweder definiert aufreißt, zerfetzt, oder ausgebildete Segmente so abgestoßen werden, daß damit der Leiter desintegriert wird.

Als Treibstoff kann, wie üblich, beispielsweise einbasiges oder mehrbasiges Nitrozellu losepulver als Granulat oder in Blättchenform, sowie neuere Treibstoffentwicklungen, sogenannte Composite, verwendet werden, die außer CO2 nur noch Wasser und ei nen ungiftigen Stoff, beispielsweise KCL im Treibgas haben. Auch Thermitmischun gen und Sprengstoffrezepturen können zur Anwendung kommen, wenn man sie ent sprechend schützt.

Mit der Vorrichtung kann jedes gängige Leitermaterial geöffnet werden.

Die Anzündung die pyrotechnische Seele 4 in der Kartusche kann mit oder ohne Zün delektronik erfolgen, die interne Anzündung entweder direkt durch Glühdraht, durch handelsübliche Anzünder, durch pyrotechnische Zündübertragungsleitungen oder durch primäre Explosivstoffe, die resonanzmäßig ähnlich der Blitzlichtlampenzündung so angebracht sind, daß nur ganz bestimmte kleine Stöße dieses Explosivstoffplätt chen oder -stäbchen brechen bzw. abplatzen lassen, wodurch dann diese relativ empfindlichen Stoffe gezündet werden. Durch die resonanzmäßige Anpassung des Trägers dieser Stoffe auf den stoßenden oder schlagenden Draht ähnlich der Kugel stoßmaschine wird eine Fehlauslösung weitgehend ausgeschlossen. Ergänzende An zündarten wie durch Reibdraht oder durch Schlagbolzen sind hier ebenfalls möglich, in der Regel hier aber nicht erwünscht. Die technischen Ausführungsmöglichkeiten hierzu entsprechen den Ausführungen in Patentschrift 197 32 650.1.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der beigegebenen 5 Figuren erläutert:

Fig. 1

Fig. 1 zeigt den Notabschalter, bestehend aus dem stromführenden Leiter 3, dem Gehäuse 22 mit seinen Armierungen 20 und 21, der Abdichtung 5 und der eventuell vorhandenen Kerbung bzw. Schwächung des Querschnitts 19.

In den Leiter 3 ist eine pyrotechnische Seele 4 eingebracht, die aus Treibladungspul ver, Sprengstoff, einem pyrotechnischen Satz oder einem Thermit besteht.

Nach Auslösung die pyrotechnischen Seele 4 wird der Leiter an dieser Stelle regel recht zerfetzt bzw. desintegriert, so daß der Stromfluß wie gewünscht zuverlässig und vollständig unterbrochen wird.

Die beim Zerbersten des Leiters entstehenden Trümmer werden zunächst vom Split terschutzmantel 23 abgebremst und letztendlich vom Gehäuse 22 zurückgehalten.

Fig. 2

Gezeichnet ist hier die Anzündung die pyrotechnischen Seele 4 durch ein elektrisch initiiertes Anzünd- oder Zündmittel 7, dessen Ausgang über die eventuell mit Explo sivstoff gefüllte Bohrung 6 gezündet wird.

Mit 1 ist wieder der in die Vorrichtung einfließende elektrische Strom gekennzeichnet, mit 2 der aus der Vorrichtung über den Leiter wieder abfließende Strom.

Fig. 3

Es ist hier die Anzündung die pyrotechnischen Seele 4 mittels einer Mittelelektrode 9 gezeichnet, deren ein Ende (9) im Leitermaterial selbst steckt und damit kontaktiert, aber deren anderes Ende in der Seele frei ist und dort kontaktiert ist, insbesondere über den Anschluß 11, der gegenüber dem Leitermaterial durch den Isolator 10 elek trisch isoliert ist.

Fig. 4

Fig. 4 zeigt die möglichen Ausbildungen des Leiteraufbaus. Während bis jetzt nur einfach Leiter aus homogenem Material radial auseinander getrieben wurden, ist nun das Leitermaterial axial mit den Schlitzen 14 versehen, um das Auseinandergehen des Leiters zu erleichtern.

Fig. 5

Wie in Fig. 4, hier besteht der Leiterquerschnitt aus aneinandergelegten Segmenten, die über die Außenhaut 17 und/oder die Spannringe 18 zusammengehalten werden.

Claims

1. Vorrichtung zum definierten und schnellen Schalten von elektrischen Stark stromkreisen, dadurch gekennzeichnet, daß der stromführende Leiter eine py rotechnische Seele 4 enthält, die den Leiter nach der Anzündung so desinte griert, daß der Stromfluß zuverlässig unterbrochen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pyrotechni sche Seele 4 aus einem Treibladungspulver besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pyrotechni sche Seele 4 aus einem Sprengstoff besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pyrotechni sche Seele 4 aus einem pyrotechnischen Satz besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pyrotechni sche Seele 4 aus einem Thermit besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die pyrotechni sche Seele 4 zusätzlich inerte oder teilinerte Stützstoffe wie Fett, Wasser oder Öl eingefüllt sind, um den schiebenden Charakter der heißen Gase zu verstär ken.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Brenn kammer Heizmischungen eingebracht sind, die durch die Aufheizung der eben falls eingebrachten inerten oder teilinerten Stützstoffe wie Fett, Wasser oder Öl den Gasdruck erzeugen und gleichzeitig den schiebenden Charakter der heißen Gase verstärken.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pyrotechni sche Seele 4 durch einen einfachen, geraden oder gewendelten Glühdraht an gezündet wird, wobei dieser entweder frei tragend ausgeführt sein kann, oder auf einer Platine quasi gedruckt oder einfach um diese herum geführt sein kann.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pyrotechni sche Seele 4 durch ein Glühdrahtknäuel angezündet wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pyrotechni sche Seele 4 durch einen elektrischen Anzünder oder Zünder (EED) angezündet wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pyrotechni sche Seele 4 durch einen reib- oder stoßempfindlichen Anzünder oder Zünder angezündet wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pyrotechni sche Seele 4 durch eine Shock Tube (TLX, NONEL) angezündet wird.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pyrotechni sche Seele 4 durch eine Sprengschnur gezündet wird.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pyrotechni sche Seele 4 durch eine Stoßwelle direkt durch den Leiter mit oder ohne einer Bohrung 6 gezündet wird.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pyrotechni sche Seele 4 durch eine Elektrode 9 gezündet wird, insbesondere durch eine Elektrode aus einem nur wenig elektrisch leitfähigem Material, beispielsweise aus Graphit oder Kohle.

16. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Glüh draht oder die Mittelelektrode mit einem Zünd- oder Anzündsatz beschichtet oder getaucht ist, um so die notwendigen Glühtemperaturen drastisch zu redu zieren.

17. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pyrotechni sche Seele 4 durch ein darin eingebettetes Plättchen aus primärem Explosivstoff gezündet wird, das durch einen definierten Schlag auf den Leiter zündet.

18. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pyrotechni sche Seele 4 durch ein darin eingebettetes Plättchen aus primärem Explosivstoff angezündet wird, das durch eine Laserdiode durch ein Loch oder ein optisches

Fenster in der Wand des Leiters 3 hindurch gezündet wird.

19. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter 3 axial oder/und radial geschlitzt oder ähnlich mechanisch geschwächt ist, um das Auseinandergehen des Leiters nach der Zündung der pyrotechnischen Seele 4

zu erleichtern

20. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter 3 aus mehreren Segmenten, axial oder radial verteilt, zusammengesetzt ist und geeig net insbesondere mittels Außenhaut 17 oder extra Haltebändern 18 zusammen gehalten wird, um das Auseinandergehen des Leiters nach der Zündung der py rotechnischen Seele 4 zu erleichtern

21. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse 22 innen oder außen durch eine Armierung oder Isolierung 20 bzw. 21 geschützt ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pyrotechni sche Seele pulverförmig ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pyrotechni sche Seele pulverförmig ist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pyrotechni sche Seele 4 aus Formkörpern, d. h. aus Teilchen mit Innen und/oder Innen- und/oder Außenstruktur besteht, um damit den Massenstrom quasi vorpro grammieren zu können.

25. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pyrotechni sche Seele ein Formkörper ist, der in den Leiter einfach eingeschoben ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver der pyrotechnischen Seele in den Leiter eingepreßt oder eingegossen ist.

27. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver der pyrotechnischen Seele in den Leiter bei dessen Herstellung mit eingerollt oder eingehämmert wird.

28. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pyrotechni sche Seele 4 eine Innenstruktur aufweist.

29. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pyrotechni sche Seele aus vielen einzelnen Formkörpern bestehen, die einfach in den Lei terhohlraum eingeschüttet sind.

30. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pyrotechni sche Seele 4 beispielsweise wie in Fig. 7b oder 7b gezeichnet tablettiert und entweder in Tablettenebenen oder in Form von Tablettenstangen in die Brenn kammer eingebracht werden.