DE19749896A1 - Pyrotechnical safety switch for motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen pyrotechnischen Sicherheitsschalter für Kraft fahrzeuge, bei dem ein im Batteriestromkreis liegendes Leiterelement mit einem durch einen pyroelektrischen Treibsatz antreibbaren Trennmittel mechanisch und elektrisch durchtrennbar ist, wobei die abgetrennten Leiter enden innerhalb eines Gehäuses verbleiben.The invention relates to a pyrotechnic safety switch for power vehicles with a conductor element in the battery circuit a release agent that can be driven by a pyroelectric propellant charge is mechanically and electrically severable, the separated conductors ends remain inside a housing.
Die vorgenannten Sicherheitsschalter für Verbrennungsmotor-getriebene Per sonen- und Lastkraftwagen dienen dazu, bei einem Unfall das Bordnetz von der Kraftfahrzeug-Starterbatterie elektrisch abzutrennen, d. h. bezüglich der Haupt-Stromversorgung stromlos zu schalten. Auf diese Weise wird vermieden, daß durch Kurzschlüsse bzw. Funkenbildung Brände verursacht werden. Zur Gewährleistung eines hohen Sicherheitsstandards müssen dabei die Kabelenden der unterbrochenen Leiterstrecke isoliert voneinander im Gehäuse gehalten werden, damit es nicht durch lose freiliegende Kabelenden durch die Entladung von Restkapazitäten bzw. -induktivitäten doch noch zur Funkenbildung kommt.The aforementioned safety switches for combustion engine driven Per Passenger vehicles and trucks are used to protect the vehicle's electrical system in the event of an accident electrically disconnect the motor vehicle starter battery, d. H. regarding the Disconnect main power supply. That way avoided that fires caused by short circuits or sparking become. To ensure a high security standard, you must the cable ends of the interrupted conductor line insulated from each other Housing are held so that it is not exposed by loose exposed cable ends by discharging residual capacities or inductors Sparking is coming.
Zur sicheren Beherrschung der im Haupt-Batteriestromkreis im Normalbetrieb auftretenden Ströme in der Größenordnung von 1OOA und einer sicheren Unterbrechung im Notfall haben sich Ausführungsformen von Sicherheits schaltern bewährt, wie sie beispielsweise aus der DE 44 13 847 A1 bekannt sind. Ausgelöst wird diese Art von Sicherheitsschaltern durch einen als Unfallsensor wirkenden Beschleunigungssensor, der üblicherweise auch die Betätigung der Airbags ansteuert. Das von dem Sensor abgegebene elektri sche Signal zündet einen pyroelektrischen Treibsatz, der auf ein meißel- oder messerförmig ausgebildetes Trennmittel aus lsoliermaterial derart einwirkt, daß dieses das Leiterelement mechanisch kappt und auf diese Weise gleichzeitig eine elektrische Trennung herbeiführt.For the safe control of the main battery circuit in normal operation occurring currents in the order of 1OOA and a safe Emergency interruptions have become embodiments of security proven switches, as known for example from DE 44 13 847 A1 are. This type of safety switch is triggered by an as Accident sensor acting acceleration sensor, which usually also Actuation of the airbags. The electri emitted by the sensor signal ignites a pyroelectric propellant, which is based on a chisel or knife-shaped release agent made of insulating material such acts that this mechanically cuts the conductor element and on this Way brings about an electrical separation at the same time.
Neben den vorgenannten Unfallsituationen, bei denen der Unfallsensor anspricht und den Sicherheitsschalter aktiviert, entsteht eine Gefährdung auch dann, wenn im Bordnetz ein Kurzschluß auftritt, ohne daß Begleitumstände gegeben sind, die der Unfallsensor registriert. In diesem Fall fließen ebenfalls erhebliche Kurzschlußströme - in der Größenordnung von mehreren 1OOA - wodurch es zu Bränden und anderen Beschädigungen kommen kann. Zur Vermeidung der vorgenannten Gefahren im Kurzschlußfall ist es derzeit üblich, das Bordnetz durch Hochstrom-Sicherungen abzusichern, beispielsweise durch die seit langem in den vielfältigsten Ausführungsformen bekannten Schmelzsicherungen, bei denen ein speziell präpariertes Leiterstück bei Überschreiten einer vorgegebenen Grenzbelastung elektro-thermisch durchtrennt wird, d. h. durchbrennt. Spezielle, auf Anwendungen im Fahrzeugbereich konfigurierte, separate Schmelzsicherungen gehen beispielsweise aus der US-PS 5,229,739 hervor.In addition to the aforementioned accident situations in which the accident sensor responds and activates the safety switch, there is a hazard even if a short circuit occurs in the vehicle electrical system without There are accompanying circumstances that the accident sensor registers. In this case significant short circuit currents also flow - in the order of several 1OOA - causing fire and other damage can come. To avoid the aforementioned dangers in the event of a short circuit It is currently common to use high-current fuses to protect the vehicle electrical system to secure, for example, through the longest in the most diverse Embodiments known fuses, in which a specifically prepared ladder section when a given one is exceeded Limit load is cut electro-thermally, d. H. blows. Special, separate, configured for automotive applications Fuses can be found, for example, in US Pat. No. 5,229,739.
Grundsätzlich ist durch die nach dem Stand der Technik übliche Serienschal tung von pyrotechnischen Sicherheitsschaltern und elektrischen Hochlei stungssicherungen in Kraftfahrzeugen sowohl eine Gefährdung bei Unfällen als auch bei Kurzschlüssen relativ gut abgesichert. Nachteilig ist jedoch, daß beim Anschließen der einzelnen separaten Bauelemente jeweils Kontaktstel len mit unvermeidbaren Übergangswiderständen auftreten. Die Anschlußstel len müssen deswegen bei der Installation der Bauteile besonders sorgfältig gegen Korrosion und sonstige Umwelteinflüsse geschützt werden. Zu diesem Arbeitsaufwand beim Einbau kommt ein erheblicher Fertigungsaufwand hinzu. Weiterhin lassen sich die einzelnen Schalteinrichtungen nicht beliebig weit miniaturisieren, so daß im Fahrzeug relativ viel Einbauraum erforderlich ist.Basically, the standard scarf according to the state of the art processing of pyrotechnic safety switches and electrical high-voltage Fuses in motor vehicles both pose a risk in the event of accidents as well as protected against short circuits. The disadvantage, however, is that when connecting the individual separate components each contact point len with unavoidable contact resistance. The connection point len must therefore be particularly careful when installing the components protected against corrosion and other environmental influences. To this Installation work involves a considerable manufacturing effort added. Furthermore, the individual switching devices can not be arbitrary miniaturize widely so that a relatively large amount of installation space is required in the vehicle is.
Aus der vorangehenden geschilderten Problematik ergibt sich die Aufgaben stellung für die vorliegende Erfindung, einen Sicherheitsschalter zur Verfü gung zu stellen, der die vorteilhaften Wirkungen von pyrotechnischen Sicherheitsschaltern aufweist und darüber hinaus auch eine zuverlässige Kurzschluß-Absicherung gewährleistet, wobei der Herstellungs- und Montageaufwand über dem Stand der Technik minimiert werden soll und bei verbesserten elektrischen Eigenschaften ein kleinerer Einbauraum erforderlich ist.The tasks result from the problem described above position for the present invention, a safety switch to provide the beneficial effects of pyrotechnic Has safety switches and also a reliable one Short-circuit protection guaranteed, the manufacturing and Assembly effort above the prior art should be minimized and at improved electrical properties, a smaller installation space is required is.
Zur Lösung dieser Aufgabenstellung schlägt die Erfindung ausgehend von dem eingangs genannten Sicherheitsschalter vor, daß das Leiterelement eine bezüglich der Trennstelle des Trennmittels elektrisch in Serie angeordnete, elektro-thermisch durchtrennbare Sicherungsstrecke mit definierter Ansprechcharakteristik aufweist.To solve this problem, the invention proposes starting from the safety switch mentioned above that the conductor element a with respect to the point of separation of the separating means, Electro-thermal separable fuse link with a defined Has response characteristics.
Gemäß der Erfindung ist nunmehr erstmals eine Durchschmelz-Sicherungs strecke unmittelbar in einen pyrotechnischen Sicherheitsschalter, d. h. in dessen Gehäuse integriert. Im einzelnen ist hierzu nach wie vor eine über entsprechende Anschlüsse zwischen die Kraftfahrzeugbatterie und das Bord netz einschaltbare Leiterschiene vorhanden, die durch einen pyrotechnisch angetriebenen Trennmeißel aus lsolierstoff mechanisch und damit auch elek trisch unterbrechbar ist. Außer dieser mechanischen Trennstelle ist erfin dungsgemäß eine thermo-elektrische Sicherungsstrecke vorgesehen, bei der ein Abschnitt der Leiterschiene wie der Schmelzdraht einer Schmelzsiche rung ausgebildet ist. Dieser erhält durch seine konkrete Ausbildung, bei spielsweise eine definierte Querschnittsverringerung bzw. die Anbringung von niedrigschmelzenden Bestandteilen, eine definierte Ansprechcharakteri stik, so daß er oberhalb einer vorgegebenen Strombelastung durchbrennt.According to the invention, a fuse is now for the first time immediately go to a pyrotechnic safety switch, d. H. in whose housing is integrated. In detail, there is still an over corresponding connections between the motor vehicle battery and the board Mains switchable conductor rail available through a pyrotechnic driven cutting tool made of insulating material mechanically and thus also electrically is interruptible. In addition to this mechanical separation point is invented According to the invention, a thermo-electrical fuse link is provided, in which a section of the conductor rail like the fuse wire of a fuse box tion is formed. Through his specific training, he receives from for example, a defined reduction in cross-section or the attachment of low-melting components, a defined response characteristics Stik, so that it burns above a predetermined current load.
Die besonderen Vorteile der Erfindung liegen darin, daß man ein ausgespro chen kompaktes Bauteil erhält, welches die Vorteile der vormals getrennten pyrotechnischen und elektro-thermischen Sicherungen in sich vereint. Hinzu kommt, daß die Anzahl der Anschlußstellen und die damit verbundenen Nachteile, wie Übergangswiderstände und dergleichen, weitestgehend redu ziert werden. Die Fertigung als integriertes Bauteil läßt sich mit deutlich geringerem Aufwand als im Stand der Technik durchführen. Die Montage wird ebenfalls vereinfacht. Nicht zuletzt ist durch den kompakten Aufbau ein deutlich geringerer Einbaurraum als bisher erforderlich. The particular advantages of the invention are that you can try it out Chen compact component, which has the advantages of the previously separate pyrotechnic and electro-thermal fuses combined. In addition comes that the number of connection points and the associated Disadvantages, such as contact resistance and the like, largely reduced be decorated. The production as an integrated component can be clearly seen perform less effort than in the prior art. The assembly is also simplified. Last but not least, due to the compact structure significantly smaller installation space than previously required.
Zweckmäßigerweise befindet sich hierzu die elektro-thermische Sicherungs strecke innerhalb desselben Gehäuses wie die Trennstelle des Trennmittels. Damit möglichst kleine Übergangswiderstände auftreten, wird dabei das Lei terelement als einstückig durchgehende, metallische Leiterschiene ausgebil det, beispielsweise aus Kupfer.For this purpose, the electro-thermal fuse is expediently located stretch within the same housing as the separation point of the release agent. In order for the smallest possible contact resistance to occur, the Lei terelement trained as a one-piece continuous, metallic conductor rail det, for example made of copper.
Die elektro-thermische Sicherungsstrecke wird bevorzugt durch einen im Querschnitt verringerten Bereich des Leiterelements gebildet, der als Schmelzstrecke fungiert und im Kurzschlußfall, d. h. bei Überschreiten des zulässigen Belastungsstroms, durchbrennt. Zur optimalen Anpassung der Ansprechcharakteristik kann es weiterhin vorteilhaft sein, daß die Sicherungsstrecke einen Durchschmelzbereich aus einem Material mit niedrigerem Schmelzpunkt als dem des Leiterelements selbst aufweist. In der Praxis ist es hierzu bereits bekannt, Lötpunkte aus Zinn oder dergleichen in Öffnungen der Leiterschiene einzubringen, die bei einer Erwärmung zuerst wegschmelzen und der verbleibende, verkleinerte Leiterquerschnitt danach schlagartig durchbrennt.The electro-thermal fuse link is preferred by an im Cross section reduced area of the conductor element formed as Melting section functions and in the event of a short circuit, d. H. if the permissible load current, blows. For optimal adjustment of the Response characteristics, it may also be advantageous that the Fuse link with a melting area made of one material has a lower melting point than that of the conductor element itself. In the In practice, it is already known for this purpose to solder tin or the like in Introduce openings in the conductor rail, which should be heated first melt away and the remaining, reduced conductor cross-section afterwards suddenly blows.
Davon ausgehend, daß der Querschnitt des Leiterelements im Bereich der Trennstelle des Trennmittels im Leiterquerschnitt verringert ist, ergibt sich die vorteilhafte Möglichkeit, daß diese zugleich die elektro-thermische Siche rungsstrecke, also den Durchschmelzbereich, bildet.Assuming that the cross section of the conductor element in the area of The point of separation of the separating agent in the conductor cross section is reduced the advantageous possibility that this is the electro-thermal safety tion path, i.e. the melting area.
Alternativ kann die Sicherungsstrecke im Verlauf des Leiterelements mit Abstand von der Trennstelle des Trennmittels angeordnet sein. Für eine kleine Baugröße ist es hierbei von Vorteil, daß der Abstand entsprechend gering ist.As an alternative, the securing path can also be used in the course of the conductor element Distance from the separation point of the release agent. For one small size, it is advantageous that the distance accordingly is low.
Für die praktische Handhabung ist es besonders vorteilhaft, daß das Leitere lement am Gehäuse angebrachte Anschlußterminals mit größerem Leiter querschnitt und mindestens einen im Gehäuse dazwischenliegenden Leiter abschnitt mit geringerem Querschnitt aufweist, in dessen Verlauf sich die mechanisch durchtrennbare Trennstelle und die elektro-thermische Siche rungsstrecke befinden. Als Anschlußterminals zum Einbau in das Bordnetz dienen dann beispielsweise vorstehende Anschlußfahnen mit Befestigungs öffnungen zur Verschraubung, Einschraubgewinde, Steckkontakte oder der gleichen. Das Gehäuse selbst kann besonders kompakt ausfallen und dichtet die Funktionselemente hermetisch dicht nach außen ab.For practical handling it is particularly advantageous that the lead Connection terminals with a larger conductor attached to the housing cross section and at least one conductor in between in the housing Section with a smaller cross section, in the course of which mechanically separable separation point and the electro-thermal safety distance. As connection terminals for installation in the vehicle electrical system then serve, for example, the above connection lugs with fastening openings for screwing, screw thread, plug contacts or the same. The housing itself can be particularly compact and seals the functional elements are hermetically sealed from the outside.
Um das Ansprechverhalten bei niedrigen Überströmen zu verbessern, ist es vorteilhaft, daß der im Querschnitt dünnere Leiterabschnitt bei einem gege benen Widerstandswert möglichst lang ist. Um dennoch zu einer kleinen Bauform zu kommen schlägt deswegen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung vor, daß der zwischen den Anschlußterminals liegende Leiter abschnitt mindestens einfach gebogen geformt ist. Durch die U-, S- oder mäanderförmig ausgebildeten Bereiche ergibt sich ein relativ langer Leiter bei besonders kompakten Außenabmessungen.To improve the response at low overcurrents, it is advantageous that the thinner conductor section in cross-section against a level is as long as possible. To be a small one nonetheless Coming in shape therefore beats a preferred embodiment the invention that the conductor lying between the connection terminals section is at least simply bent. By the U, S or meandering areas result in a relatively long conductor particularly compact external dimensions.
Falls mehrere gegen Überstrom abzusichernde Stromkreise des Bordnetzes abzusichern sind, schlägt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung vor, daß mehrere elektro-thermische Sicherungsstrecken vorhanden sind, deren Leiter durch ein gemeinsames Trennmittel durchtrennbar sind. Wäh rend die einzelnen Schmelzsicherungen bei Überstrom jeweils einzeln durch brennen können, unterbricht der pyroelektrisch angetriebene Trennmeißel bei einem Unfall alle Stromkreise gleichzeitig.If there are several circuits of the vehicle electrical system to be protected against overcurrent are to be protected, proposes a preferred embodiment of the invention that there are several electro-thermal fuse links, whose conductors can be cut through a common release agent. Wuh rend the individual fuses in case of overcurrent individually can burn, the pyroelectrically driven cutting bit interrupts in an accident, all circuits at the same time.
Sowohl montagetechnisch als auch im Hinblick auf möglichst geringe Kon taktwiderstände ist es vorteilhaft, daß an das Leiterelement einstückig Anschlußmittel zur Verbindung mit einer Polklemme der Fahrzeugbatterie angebracht sind. Dadurch, daß an die Leiterschiene beispielsweise eine Befe stigungsschelle unmittelbar angeformt ist, läßt sich die gesamte erfindungs gemäße Sicherungsbox besonders leicht unmittelbar an der Fahrzeugbatterie befestigen.Both in terms of assembly technology and with regard to the lowest possible con clock resistors, it is advantageous that in one piece on the conductor element Connection means for connection to a pole terminal of the vehicle battery are attached. The fact that on the conductor rail, for example, a Befe Stigungsschelle is molded directly, the entire invention appropriate fuse box particularly easily directly on the vehicle battery fasten.
Sowohl das Trennmittel, welches meißel-, messer- bzw. schwertförmig aus gebildet ist, als auch das Gehäuse bestehen aus einem lsolierstoff, bei spielsweise Kunststoff, Keramik, Glas oder dergleichen.Both the release agent, which is chisel, knife or sword-shaped is formed, as well as the housing consist of an insulating material, at for example plastic, ceramic, glass or the like.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sicherheitsschalters ist anhand der Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen im einzelnen: An embodiment of a safety switch according to the invention is explained in more detail with reference to the drawings. These show in detail:
Fig. 1: eine Schnittansicht von oben bezüglich des Leiterelements; Fig. 1 is a sectional view from above with respect to the conductor element;
Fig 2: einen Querschnitt des Sicherheitsschal ters gemäß Fig. 1. 2 shows a cross section of the safety switch according to FIG. 1.
In Fig. 1 ist der Sicherheitsschalter als solcher mit dem Bezugszeichen 1 versehen. Dieser weist ein - gestrichelt eingezeichnetes - Gehäuse 2 auf, in dem ein einstückiges, beispielsweise aus Kupferblech geformtes Leiterele ment 3 eingebettet ist.In Fig. 1, the safety switch as such is provided with the reference number 1 . This has a - dashed line - housing 2 , in which a one-piece, for example formed from copper sheet Leiterele element 3 is embedded.
Das Leiterelement 3 weist als Anschlußterminals dienende Anschlußfahnen 3a und 3b auf, die fest in das lsoliermaterial des Gehäuses 2 eingebettet sind und auf ihren nach außen vorstehenden Abschnitten mit Befestigungs bohrungen versehen sind. Zwischen der batterieseitigen Anschlußfahne 3a und den bordnetzseitigen Anschlußfahnen 3b befinden sich Abschnitte mit geringerem Querschnitt 3c, die im hier dargestellten Beispiel Z- bzw. S-förmig sind. Etwa in der Mitte dieser Abschnitte 3c befindet sich jeweils eine elektro-thermisch durchtrennbare Sicherungsstrecke 3d. An dieser Stelle 3d ist der Querschnitt der Bereich 3c nochmals verringert und beispielsweise mit leichter schmelzendem Material, beispielsweise Zinn, ausgefüllt.The conductor element 3, serving as a connection terminal connecting lugs 3 a and 3 b, which are firmly embedded in the insulating material of the housing 2 and are provided holes on their outwardly projecting portions with fixing. Between the battery-side connection lug 3 a and the on-board network-side connection lugs 3 b there are sections with a smaller cross section 3 c, which are Z-shaped or S-shaped in the example shown here. Approximately in the middle of these sections 3 c there is an electro-thermally separable fuse link 3 d. At this point 3 d, the cross section of area 3 c is again reduced and, for example, filled with a more easily melting material, for example tin.
Senkrecht zu den in der Zeichnung rechts liegenden Bereichen der Abschnitte 3c ist die Schneidkante eines pyroelektrisch antreibbaren Trenn meißels 4 aus lsolierstoff sichtbar. Bei dessen Betätigung senkrecht zur Zeichnungsebene, d. h. senkrecht zum Leiterelement 3, wird dieses an den mechanischen Trennstellen 3e mechanisch und mithin auch elektrisch durchtrennt.Perpendicular to the areas of the sections 3 c on the right in the drawing, the cutting edge of a pyroelectrically drivable cutting tool 4 made of insulating material is visible. When it is actuated perpendicular to the plane of the drawing, ie perpendicular to the conductor element 3 , the latter is mechanically and therefore also electrically cut at the mechanical separation points 3 e.
In der dargestellten Ausführungsform ist die Anschlußfahne 3a des Leitere lements 3 mit einer Polklemme 5 verschraubbar. Es ist jedoch auch denkbar, daß die beiden Elemente ein einstückiges Bauteil bilden. In the embodiment shown, the terminal lug 3 a of the conductor element 3 can be screwed to a pole terminal 5 . However, it is also conceivable that the two elements form an integral component.
In dem seitlichen Schnitt gemäß Fig. 2 werden dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet. Man erkennt hier besonders deutlich die Anordnung des Trennmeißels 4 mit dem pyroelektrischen Treibsatz 6. The same reference numerals as in FIG. 1 are used in the lateral section according to FIG. 2. The arrangement of the cutting bit 4 with the pyroelectric propellant charge 6 can be seen particularly clearly here .
Der erfindungsgemäße Sicherheitsschalter 1 funktioniert wie folgt: Falls der Strom zwischen der Anschlußfahne 3a und einer der Anschlußfahnen 3b einen bestimmten Grenzwert übersteigt, wird der Abschnitt 3c im Bereich seiner elektro-thermischen Sicherungsstrecke 3d durchschmelzen, d. h. durchbrennen. Der Kontakt wird dabei unterbrochen, wobei die verbleiben den Leiterenden in definierter, isolierter Stellung in dem Gehäuse 2 verblei ben.The safety switch 1 according to the invention functions as follows: If the current between the connecting lug 3 a and one of the connecting lugs 3 b exceeds a certain limit value, section 3 c will melt through 3 d in the area of its electro-thermal fuse link, ie burn out. The contact is interrupted, with the lead ends remaining in a defined, insulated position in the housing 2 .
Bei einem Unfall wird durch einen Beschleunigungssensor oder dergleichen die pyroelektrische Treibladung 6 gezündet, wobei der aus lsoliermaterial bestehende Trennmeißel 4 so beschleunigt wird, daß er das Leiterelement 3 an den Trennstellen 3e mechanisch und elektrisch durchtrennt. Damit wer den im Gefahrenfall alle an den Anschlußfahnen 3b angeschlossenen Strom kreise unterbrochen.In the event of an accident, the pyroelectric propellant charge 6 is ignited by an acceleration sensor or the like, the cutting bit 4 consisting of insulating material being accelerated so that it mechanically and electrically cuts the conductor element 3 at the separation points 3 e. So that who in the event of danger all circuits connected to the connecting lugs 3 b interrupted.
Durch die Anordnung der Trennstellen 3e und der elektro-thermischen Siche rungsstrecken 3c in dem kompakten Gehäuse 2 ergibt sich insgesamt ein sehr kompakter Aufbau.The arrangement of the separation points 3 e and the electro-thermal fuse sections 3 c in the compact housing 2 results overall in a very compact structure.
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: RENAULT, BOULOGNE BILLANCOURT, FR |
|
| 8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: SCHNEIDERS & BEHRENDT RECHTS- UND PATENTANWAELTE, |
|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |