DE212019000419U1 - Pyrotechnic isolator - Google Patents

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Abstract

Pyrotechnischer Stromtrenner (1) mit einem Gehäuse, in dem hintereinander ein Zünder (15), ein Druckkolben (11), ein Löschmittel (13) zum Löschen eines beim Trennvorgang entstehenden Lichtbogens und ein Trennstempel (14) angeordnet sind, wobei das Paket aus Druckkolben (11), Löschmittel (13) und Trennstempel (14) durch den Zünder (15) antreibbar ist, wobei weiters durch das Gehäuse ein Leiter (2) hindurchgeführt ist, aus welchem bei Zündung des Zünders (15) durch den Trennstempel (14) eine Platine (3) abtrennbar ist, sodass nach dem Trennvorgang zwei Leiterenden (2a, 2b) mit einem Abstand dazwischen verbleiben, dadurch gekennzeichnet, dass sich während des Trennvorgangs das Löschmittel (13) bereits in dem Bereich, wo der Leiter (2) durch das Gehäuse tritt, befindet, bevor der Stromfluss vollständig unterbrochen ist.

Figure DE212019000419U1_0000
Pyrotechnic current isolator (1) with a housing in which an igniter (15), a pressure piston (11), an extinguishing agent (13) for extinguishing an arc that occurs during the cutting process and a cutting punch (14) are arranged one behind the other, the package of pressure piston (11), extinguishing agent (13) and separating punch (14) can be driven by the detonator (15), a conductor (2) also being passed through the housing, from which when the detonator (15) is ignited by the separating punch (14) a circuit board (3) can be separated so that after the separation process two conductor ends (2a, 2b) remain with a distance between them, characterized in that during the separation process the extinguishing agent (13) is already in the area where the conductor (2) passes the housing occurs before the current flow is completely interrupted.
Figure DE212019000419U1_0000

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft einen pyrotechnischen Stromtrenner mit einem Gehäuse, in dem ein Trennstempel geführt ist, der durch einen Zünder antreibbar ist, wobei weiters durch das Gehäuse ein Leiter hindurchgeführt ist, aus welchem bei Zündung des Zünders durch den Trennstempel eine Platine abtrennbar ist, sodass nach dem Trennvorgang zwei Leiterenden mit einem Abstand dazwischen verbleiben, und wobei weiters - in Bewegungsrichtung des Trennstempels gesehen - hinter dem Trennstempel ein Löschmittel zum Löschen eines beim Trennvorgang entstehenden Lichtbogens vorgesehen ist.The present invention relates to a pyrotechnic current isolator with a housing in which a separating ram is guided, which can be driven by an igniter, wherein a conductor is also passed through the housing, from which a circuit board can be separated when the igniter is ignited by the isolating ram, so that After the cutting process, two conductor ends remain with a distance between them, and furthermore - seen in the direction of movement of the cutting punch - an extinguishing agent is provided behind the cutting punch to extinguish an arc that occurs during the cutting process.

Stand der TechnikState of the art

Pyrotechnische Stromtrenner sind in Elektrofahrzeugen mittlerweile ein üblicher Bestandteil des Sicherheitskonzeptes für den Fall eines Unfalls. War es bei den konventionellen Fahrzeugen nur die 12 V-Batterie, die abgetrennt wurde, müssen bei Hybridfahrzeugen und vollelektrischen Fahrzeugen Batterien mit Spannungen bis zu 1000 V zuverlässig abgetrennt werden. Dem Zwang zu höherer Effizienz folgend sinken die Innenwiderstände der Batterien und damit steigen auch die erreichbaren Kurzschlussströme, die unterbrochen werden müssen.Pyrotechnic current isolators have become a common part of the safety concept in electric vehicles in the event of an accident. While it was only the 12 V battery that was disconnected in conventional vehicles, batteries with voltages of up to 1000 V must be reliably disconnected in hybrid vehicles and fully electric vehicles. As a result of the need for greater efficiency, the internal resistances of the batteries decrease and the short-circuit currents that can be achieved, which have to be interrupted, also increase.

Der Markt bietet eine Vielzahl von pyrotechnischen Stromtrennern, beispielsweise den in der EP 3103131 A beschriebenen Stromtrenner, der unter der Bezeichnung PSS 4 von Autoliv vermarktet wird.The market offers a wide variety of pyrotechnic current isolators, for example the one in the EP 3103131 A described current isolator, which is marketed under the name PSS 4 by Autoliv.

Auch von der Anmelderin wurde in WO 2017/066816 A ein derartiger Stromtrenner beschrieben. Diese Schrift offenbart den Oberbegriff von Patentanspruch 1. Diese Stromtrenner können zwar mittlere bis hohe Ströme trennen, erzeugen jedoch während des Trennvorgangs massive Außenwirkungen in Form des Austritts von heißen Gasen oder Partikeln, die in Schaltboxen Kurzschlüsse verursachen können und damit das Schutzprinzip des Stromtrenners aushebeln oder sogar zu Bränden führen können.The applicant was also informed in WO 2017/066816 A such a current isolator described. This document discloses the preamble of claim 1. Although these current isolators can separate medium to high currents, they generate massive external effects during the separation process in the form of the escape of hot gases or particles that can cause short circuits in switch boxes and thus undermine or cancel the protective principle of the current isolator can even lead to fires.

Wie im Rahmen der vorliegenden Erfindung festgestellt wurde, liegt dies unter anderem daran, dass der Bereich, wo der Leiter in das Gehäuse hinein bzw. aus diesem heraus geführt wird, nicht (jedenfalls nicht mit vernünftigem Aufwand) ausreichend abgedichtet werden kann, sodass heiße Gase und Partikel zwischen Leiter und Gehäuse nach außen dringen können.As was established within the scope of the present invention, this is due, among other things, to the fact that the area where the conductor is led into or out of the housing cannot be adequately sealed (at least not with reasonable effort), so that hot gases and particles between the conductor and the housing can penetrate to the outside.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Stromtrenner zu schaffen, bei dem die Außenwirkung auf ein Minimum verringert ist.It is therefore the object of the present invention to create a current isolator in which the external effect is reduced to a minimum.

Diese Aufgabe wird durch einen pyrotechnischen Stromtrenner der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass sich während des Trennvorgangs das Löschmittel bereits in dem Bereich, wo der Leiter durch das Gehäuse tritt, befindet, bevor der Stromfluss vollständig unterbrochen ist.This object is achieved according to the invention by a pyrotechnic current isolator of the type mentioned at the outset in that, during the cutting process, the extinguishing agent is already in the area where the conductor passes through the housing before the current flow is completely interrupted.

Das Löschmittel steht während des Trennvorgangs unter hohem Druck. Wenn es sich bereits in dem Bereich, wo der Leiter durch das Gehäuse tritt, befindet, bevor der Lichtbogen entsteht, wirkt das Trennmittel als zusätzliche Dichtung, die den Spalt zwischen Leiter und Gehäuse abdichtet. Ein derartiger Stromtrenner hat somit nur eine geringe Außenwirkung.The extinguishing agent is under high pressure during the separation process. If it is already in the area where the conductor passes through the housing before the arc occurs, the separating agent acts as an additional seal that seals the gap between the conductor and the housing. Such a circuit breaker therefore has only a minor external effect.

Eine mögliche Ausführungsform sieht vor, dass der Leiter U-förmig gebogen ist, wobei sich die auszustanzende Platine im Rücken des U befindet und wobei der Rücken des U - in Bewegungsrichtung des Trennstempels gesehen - vor dem Bereich liegt, wo der Leiter durch das Gehäuse tritt.One possible embodiment provides that the conductor is bent in a U-shape, the board to be punched out being in the back of the U and the back of the U - seen in the direction of movement of the cutting punch - lying in front of the area where the conductor passes through the housing .

Eine andere mögliche Ausführungsform sieht vor, dass der Leiter im Wesentlichen eben ist, und dass die beiden Leiterenden jeweils einen Kontakt besitzen, der in Bewegungsrichtung des Trennstempels von den Leiterenden absteht, sodass unmittelbar nach dem Abtrennen der Platine weiterhin eine elektrische Verbindung von einem Leiterende über dessen Kontakt zur Platine und von dieser Platine über den Kontakt des anderen Leiterendes zum anderen Leiterende besteht. Es sind also am Leiter, und zwar am Rand der (zukünftigen) Leiterenden, zwei Kontakte angebracht, sodass unmittelbar nach der mechanischen Trennung weiterhin eine elektrische Verbindung besteht. Durch die beiden Kontakte wird also auch nach der mechanischen Trennung des Leiters mit maximal kurzstreckigen Lichtbögen zwischen Kontakt und Platine weiterhin ein Stromfluss über die Platine ermöglicht. Bei der Bewegung der Platine zwischen den Kontakten sollten nur Lichtbögen mit einer Länge von unter 2 mm auftreten. Die elektrische Trennung findet erst statt, nachdem die Platine die Kontakte verlassen hat. Da die hier auftretenden Lichtbögen nur geringe Ausdehnung besitzen, sind die freigesetzte Energie und damit auch die Außenwirkung gering. Erst wenn die Platine die Kontakte verlässt, entsteht ein großer Lichtbogen, aber zu diesem Zeitpunkt befindet sich das Löschmittel bereits in der Ebene des Leiters und dichtet den Spalt zwischen Leiter und Gehäuse ab. Dadurch wird auch die Trennleistung verbessert, denn lässt man die Gase durch eine Öffnung aus dem Gehäuse treten, ist die Trennleistung deutlich verschlechtert.Another possible embodiment provides that the conductor is essentially flat, and that the two conductor ends each have a contact that protrudes from the conductor ends in the direction of movement of the separating punch, so that an electrical connection continues to be made from one conductor end immediately after the circuit board has been separated whose contact to the board and from this board is via the contact of the other end of the conductor to the other end of the conductor. So there are two contacts attached to the conductor, namely at the edge of the (future) conductor ends, so that an electrical connection continues to exist immediately after the mechanical separation. The two contacts thus continue to enable a current to flow over the board even after the mechanical separation of the conductor with a maximum of short arcs between the contact and the board. When moving the board between the contacts, only arcs with a length of less than 2 mm should occur. The electrical separation only takes place after the circuit board has left the contacts. Since the arcs that occur here are only small, the energy released and thus the external effect are low. Only when the circuit board leaves the contacts does a large arc occur, but at this point the extinguishing agent is already in the plane of the conductor and seals the gap between the conductor and the housing. This also improves the separation efficiency because the gases are left in place step out of the housing through an opening, the separation performance is significantly impaired.

Wenn die Platine den Bereich der Kontakte verlässt, beginnt die elektrische Trennung durch Längung der Lichtbögen und Wechselwirkung mit dem Löschmittel. Die Freisetzung der entstehenden Gase ist erschwert, weil sich bereits Löschmittel in der Leiterebene befindet und die Spalte zwischen Gehäuse und Leiter abdichtet.When the circuit board leaves the area of the contacts, electrical separation begins by elongating the arcs and interacting with the extinguishing agent. The release of the resulting gases is made more difficult because the extinguishing agent is already in the conductor level and seals the gap between the housing and conductor.

Vorzugsweise beträgt der Abstand zwischen Trennstempel und Gehäuse maximal 1 mm, vorzugsweise maximal 0,5 mm. Dadurch werden die Lichtbögen zwischen Trennstempel und Gehäusewand gequetscht, wodurch die Löschwirkung verbessert wird. D.h. es steht zwischen Trennkolben und Gehäusewand nach Verlassen der Platine des Bereichs der Kontakte nur ein schmaler Spalt für die Lichtbögen zur Verfügung.The distance between the cutting punch and the housing is preferably a maximum of 1 mm, preferably a maximum of 0.5 mm. As a result, the arcs are squeezed between the cutting punch and the housing wall, which improves the extinguishing effect. This means that there is only a narrow gap for the arcing between the separating piston and the housing wall after leaving the circuit board in the area of the contacts.

Vorzugsweise sind die Kontakte Teil des Leiters. Dadurch wird die Herstellung vereinfacht.The contacts are preferably part of the conductor. This simplifies production.

Vorzugsweise enthält das Löschmittel Silikon. Silikon hat den Vorteil, zusätzlich zur Löschwirkung Spalte gut abzudichten. Erfindungsgemäß werden zwei Effekte erzielt: erstens bildet sich durch das zumindest teilweise Verschließen des Bereichs des Spalts zwischen Leiter und Gehäuse mit dem Löschmittel ein höherer Innendruck aus, und zweitens führt das Löschmittel zu einer Kühlung eventuell immer noch austretender Gase.The extinguishing agent preferably contains silicone. Silicone has the advantage of sealing gaps well in addition to the extinguishing effect. According to the invention, two effects are achieved: firstly, the at least partially closing of the area of the gap between the conductor and the housing with the extinguishing agent creates a higher internal pressure, and secondly the extinguishing agent cools any gases that may still be escaping.

Die Außenwirkung lässt sich noch zusätzlich verringern, wenn der Stromtrenner ein zusätzliches Gehäuse aufweist. Besonders günstig ist es, wenn sich in dem zusätzlichen Gehäuse energieabsorbierendes Material befindet, vorzugsweise Glas, Stein oder Mineralwolle.The external effect can be further reduced if the circuit breaker has an additional housing. It is particularly favorable if there is energy-absorbing material in the additional housing, preferably glass, stone or mineral wool.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Anhand der beiliegenden Zeichnungen wird die vorliegende Erfindung näher erläutert. Es zeigt: 1 einen erfindungsgemäßen Stromtrenner in der Ausgangsstellung; 2 denselben unmittelbar nach dessen Auslösung; 3 denselben in der Endstellung nach dessen Auslösung; 4 die Stromstärke in Abhängigkeit von der Zeit, sowohl eines bekannten Stromtrenners als auch des erfindungsgemäßen Stromtrenners; 5 zeigt die Spannung in Abhängigkeit von der Zeit wiederum des bekannten Stromtrenners und des erfindungsgemäßen Stromtrenners; 6 zeigt die Leistung in Abhängigkeit von der Zeit wiederum des bekannten Stromtrenners und des erfindungsgemäßen Stromtrenners; und 7 die Außenwirkung in Abhängigkeit von der Zeit wiederum des bekannten Stromtrenners und des erfindungsgemäßen Stromtrenners.The present invention is explained in more detail with the aid of the accompanying drawings. It shows: 1 a current isolator according to the invention in the starting position; 2 the same immediately after its release; 3 the same in the end position after it has been triggered; 4th the current intensity as a function of time, both of a known current isolator and of the current isolator according to the invention; 5 shows the voltage as a function of time again of the known current isolator and the current isolator according to the invention; 6th shows the performance as a function of time again of the known current isolator and the current isolator according to the invention; and 7th the external effect as a function of time, in turn, of the known current isolator and the current isolator according to the invention.

Bester Weg zur Ausführung der ErfindungBest way to carry out the invention

  • 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Stromtrenner 1 in der Ausgangsstellung. Der Stromtrenner 1 besitzt einen Leiter 2. Der Leiter 2 besitzt einen mittleren Bereich 3, der durch Sollbruchstellen 4a, 4b vom restlichen Leiter 2 abgegrenzt ist. Dadurch ergeben sich Leiterenden 2a, 2b. Wird dieser mittlere Bereich 3 aus dem Leiter 2 herausgebrochen, wird er auch als Platine bezeichnet. In der dargestellten Form besitzt der Stromtrenner 1 einen Gehäuseoberteil 5 und einen Gehäuseunterteil 6. Diese werden durch Verstärkungsbleche 7, 8 und Schrauben (sichtbar sind im Schnitt nur zwei Schrauben 9a und 9b) elektrisch leitend zusammengehalten. Alle Schrauben gehen seitlich am Leiter 2 vorbei. Der Stromtrenner 1 besitzt somit ein vom Leiter 2 isoliertes elektrisch leitfähiges Gehäuse, das im Bedarfsfall auf Fahrzeugmasse gelegt werden kann. 1 shows a current isolator according to the invention 1 in the starting position. The power isolator 1 owns a leader 2 . The head 2 has a middle area 3 through predetermined breaking points 4a , 4b from the rest of the leader 2 is delimited. This results in conductor ends 2a , 2 B . Will this middle area 3 from the head 2 broken out, it is also referred to as a circuit board. In the form shown, the circuit breaker has 1 an upper part of the housing 5 and a lower housing part 6th . These are made by reinforcement plates 7th , 8th and screws (only two screws are visible in the section 9a and 9b ) held together in an electrically conductive manner. All screws go on the side of the ladder 2 past. The power isolator 1 thus owns one from the head 2 insulated, electrically conductive housing that can be connected to vehicle ground if necessary.

Der Gehäuseoberteil 5 besitzt im Inneren eine Bohrung 10, in der sich ein Druckkolben 11 mit O-Ring 12, ein Löschmittel 13 und ein Trennstempel 14 mit O-Ring 14' befindet. Zur Auslösung des Stromtrenners 1 ist ein elektrischer Zünder 15 vorgesehen, der durch eine Umspritzung 16, die eine Stahlscheibe 17 beinhaltet, in Position gehalten wird.The upper part of the housing 5 has a hole inside 10 in which there is a plunger 11 with O-ring 12th , an extinguishing agent 13th and a separator 14th with O-ring 14 ' is located. For tripping the circuit breaker 1 is an electric detonator 15th provided by an extrusion coating 16 who have favourited a steel washer 17th is held in position.

Der Gehäuseunterteil 6 besitzt im Inneren ebenfalls eine Bohrung 18, in der sich ein Bremselement 19 und ein Boden 20 befinden. Der Boden 20 kann eine Bohrung 21 besitzen. Diese stellt ein Zusatzvolumen dar, wenn das Bremselement 19 während der Auslösung zusammengedrückt wird.The lower part of the housing 6th also has a hole inside 18th , in which there is a braking element 19th and a floor 20th are located. The floor 20th can be a hole 21 own. This represents an additional volume when the braking element 19th is squeezed during triggering.

Der Leiter 2 besitzt zwei elektrische Kontakte 23a, 23b, die sich vom Leiter in die zünderferne Richtung erstrecken. Der Abstand der beiden Kontakte 23a, 23b ist so gestaltet, dass er der Größe der Platine 3 entspricht.The head 2 has two electrical contacts 23a , 23b extending from the conductor in the direction away from the fuse. The distance between the two contacts 23a , 23b is designed to be the size of the board 3 is equivalent to.

2 zeigt den Stromtrenner 1 kurz nach der Auslösung. Der Druck des Zünders 15 nach der Auslösung drückt über den Druckkolben 11, das Löschmittel 13 und den Trennstempel 14 auf die Platine 3 und bricht sie entlang der Sollbruchstellen 4a, 4b aus dem Leiter 2. Im Weiteren verschiebt sich das gesamte Paket (Druckkolben 11, Löschmittel 13, Trennstempel 14, Platine 3) in die zünderferne Richtung. Dabei bewegt sich die Platine 3 entlang der Kontakte 23a, 23b. Das Bremselement 19 wird zusammengedrückt und stabilisiert die Bewegung der Platine 3. Ist der Leiter 2 beim Heraustrennen der Platine 3 stromdurchflossen, bilden sich zwei Lichtbögen zwischen den Leiterenden 2a, 2b bzw. den Kontakten 23a, 23b und der Platine 3 aus. Diese besitzen jedoch nur sehr geringe Länge und damit einen geringen Energieeintrag. Der Leiter ist in diesem Zustand zwar mechanisch getrennt, aber dennoch - zumindest bei höheren Strömen - elektrisch verbunden. 2 shows the isolator 1 shortly after tripping. The pressure of the detonator 15th after the release presses over the plunger 11 , the extinguishing agent 13th and the separator 14th on the board 3 and breaks it along the predetermined breaking points 4a , 4b from the head 2 . The entire package (pressure piston 11 , Extinguishing agent 13th , Separator 14th , Circuit board 3 ) in the direction away from the ignition. The board moves 3 along the contacts 23a , 23b . The braking element 19th is compressed and stabilizes the movement of the board 3 . Is the head 2 when removing the board 3 When current flows through it, two arcs are formed between the conductor ends 2a , 2 B or the contacts 23a , 23b and the board 3 out. However, these have only a very short length and thus a low energy input. The leader is in this state though mechanically separated, but nevertheless - at least at higher currents - electrically connected.

In 2 befindet sich die Platine 3 an den zünderfernen Enden der (Schleif-)Kontakte 23a, 23b. Im Folgenden verlässt die Platine 3 den Bereich der (Schleif-)Kontakte 23a, 23b, die Lichtbögen zwischen den Enden der (Schleif-)Kontakte 23a, 23b und der Platine 3 werden länger und der eigentliche Löschprozess beginnt. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich das Löschmittel 13 bereits in der Ebene des Leiters 2 und füllt allfällige Spalte zwischen den Leiterenden 2a, 2b und Gehäuseoberteil 5 und Gehäuseunterteil 6 bei Druckbeaufschlagung aus. Die Leiterenden 2a, 2b werden mittels Löcher 24a, 24b, in denen sich Stifte 25a, 25b befinden, im Gehäuse fixiert. Bei dieser Anordnung ist die Trennebene zwischen Gehäuseoberteil 5 und Gehäuseunterteil 6 vom Ort der Lichtbögen getrennt und durch das Löschmittel geschützt. Ein direktes Entweichen heißer Gase entlang des Leiters 2 wird somit vermieden. Das Verschließen des Gehäuses durch das Löschmittel erhöht gleichzeitig den Druck im Gehäuse, wodurch die Lichtbögen besser gelöscht werden können.In 2 is the circuit board 3 at the ends of the (sliding) contacts remote from the fuse 23a , 23b . The following leaves the board 3 the area of the (sliding) contacts 23a , 23b , the arcs between the ends of the (sliding) contacts 23a , 23b and the board 3 become longer and the actual deletion process begins. The extinguishing agent is at this point in time 13th already at the level of the head 2 and fills any gaps between the ends of the conductors 2a , 2 B and upper part of the housing 5 and lower part of the housing 6th off when pressurized. The ends of the ladder 2a , 2 B are means of holes 24a , 24b in which there are pens 25a , 25b are fixed in the housing. In this arrangement, the parting line is between the upper part of the housing 5 and lower part of the housing 6th separated from the location of the arcing and protected by the extinguishing agent. A direct escape of hot gases along the conductor 2 is thus avoided. Closing the housing with the extinguishing agent increases the pressure in the housing at the same time, which means that the arcs can be extinguished more easily.

3 zeigt die Endposition von Trennstempel 14 und Platine 3. Das Bremselement 19 ist zusammengedrückt. Bis zu dieser Position steigt der elektrische Widerstand des Stromtrenners 1 durch Längung der Lichtbögen zwischen Platine 3 und Enden der (Schleif-)Kontakte 23a, 23b an, was sich in einem Anstieg in der Spannungskurve (siehe unten 5) zeigt. Besonders vorteilhaft ist, wenn der Lichtbogen bereits gelöscht ist, wenn die Platine die untere Position erreicht hat. 3 shows the end position of the cutting punch 14th and board 3 . The braking element 19th is squeezed. The electrical resistance of the circuit breaker increases up to this position 1 by lengthening the arcs between the board 3 and ends of the (sliding) contacts 23a , 23b what results in an increase in the voltage curve (see below 5 ) indicates. It is particularly advantageous if the arc has already been extinguished when the board has reached the lower position.

In 4 sind der Stromverlauf 31 eines gewöhnlichen bekannten Stromtrenners und der Stromverlauf 32 eines erfindungsgemäßen Stromtrenners zu sehen. Beide Kurven beginnen bei einer Stromstärke von 17 kA. Startpunkt ist die mechanische Trennung des Leiters, die an einer Änderung der Spannung am Stromtrenner erkennbar ist. Die Kurve des bekannten Stromtrenners beginnt rasch zu sinken, während die Kurve des erfindungsgemäßen Stromtrenners, solange sich die Platine im Bereich der Kontakte befindet, eine Art Plateau zeigt. Nach Verlassen des Bereichs der Kontakte zeigt die Stromkurve einen starken Abfall, der für eine gute Löschwirkung spricht. Die Trennzeit beträgt 0,65 ms beim bekannten Stromtrenner und 0,49 ms beim erfindungsgemäßen Stromtrenner.In 4th the current curve 31 of a conventional, known circuit breaker and the current curve 32 of a circuit breaker according to the invention can be seen. Both curves start at a current strength of 17 kA. The starting point is the mechanical separation of the conductor, which can be recognized by a change in voltage on the current isolator. The curve of the known circuit breaker begins to decrease rapidly, while the curve of the circuit breaker according to the invention shows a kind of plateau as long as the board is in the area of the contacts. After leaving the area of the contacts, the current curve shows a strong drop, which speaks for a good extinguishing effect. The separation time is 0.65 ms for the known current isolator and 0.49 ms for the current isolator according to the invention.

Die Spannungskurven in 5 zeigen das gleiche Verhaltensmuster. Bei der Kurve 31 des herkömmlichen Stromtrenners steigt die Spannung rasch an, weil sich der Widerstand durch Längung der Lichtbögen erhöht, während der Widerstand und damit auch die Spannung am erfindungsgemäßen Stromtrenner (Kurve 32) bis ca. 0,2 ms weitgehend konstant bleibt. Nach Verlassen des Bereichs der Kontakte beginnt die Spannung, die den Innenwiderstand abbildet, stark zu steigen, weil sich die Lichtbögen längen und sie in Kontakt mit dem Löschmittel stehen. Die finale Löschspitze der Kurve des erfindungsgemäßen Stromtrenners ist bei ca. 2100 V abgeschnitten, was durch den Messbereich der verwendeten Geräte bedingt ist. Nach erfolgter Trennung liegt an beiden Stromtrennern die Quellspannung von 500 Van.The voltage curves in 5 show the same behavior pattern. In the case of curve 31 of the conventional current isolator, the voltage rises rapidly because the resistance increases due to the elongation of the arcs, while the resistance and thus also the voltage on the current isolator according to the invention (curve 32) remains largely constant for up to approx. 0.2 ms. After leaving the area of the contacts, the voltage, which represents the internal resistance, begins to rise sharply because the arcs elongate and they are in contact with the extinguishing agent. The final extinguishing peak of the curve of the current isolator according to the invention is cut off at approx. 2100 V, which is due to the measuring range of the devices used. After disconnection, the source voltage of 500 Van is applied to both current isolators.

Auch die Leistungskurven, die sich aus Strom multipliziert mit Spannung berechnen, in 6 zeigen das Verhalten der beiden Stromtrenner. Während die Verlustleistung 31 des bekannten Stromtrenners rasch zu steigen beginnt, hat die Leistung 32 des erfindungsgemäßen Stromtrenners zunächst ein Plateau und beginnt anschließend zu steigen. Die Fläche unter den Leistungskurven entspricht der Energie. Sie wird wesentlich beeinflusst durch die Energie EInd, die in einer Induktivität L bei einem Strom I gespeichert ist (EInd = I2·L/2). Hinzu kommt ein ohmscher Anteil, der größer wird, je länger der Trennvorgang dauert und somit der Lichtbogen weiterbrennt. Der bekannte Stromtrenner zeigt eine etwas höhere Energie als der erfindungsgemäße Stromtrenner.The power curves, which are calculated from current multiplied by voltage, are also shown in 6th show the behavior of the two current isolators. While the power loss 31 of the known current isolator begins to rise rapidly, the power 32 of the current isolator according to the invention initially has a plateau and then begins to rise. The area under the power curves corresponds to the energy. It is significantly influenced by the energy E Ind , which is stored in an inductance L at a current I (E Ind = I 2 · L / 2). In addition, there is an ohmic component that increases the longer the separation process lasts and the longer the arc continues to burn. The known current isolator shows a somewhat higher energy than the current isolator according to the invention.

Zur Quantifizierung der Außenwirkung wurden die Stromtrenner mittels einer Highspeed Kamera unter identen Bedingungen (Shutter, Blende, ...) mit 120 k FPS gefilmt. Zur Analyse wurden die Pixel jedes Videoframes im HSV-Farbraum (HSV = Hue Saturation Value, also Farbton, Sättigung, Helligkeit) untersucht. Der HSV-Farbraum ist ein zylindrisches Farbkoordinatensystem im Gegensatz zum RGB Farbraum, der ein kartesisches Farbkoordinatensystem darstellt. Der Vorteil des HSV-Systems ist, dass die Helligkeit (Value) unabhängig vom Farbton (Hue) und der Farbsättigung (Saturation) bewertet werden kann. Das erleichtert die Detektion der Außenwirkung, da nur ein Wert (Value) bewertet werden muss. Der Maximalwert, den die V-Wertänderung erreichen kann, ist per Definition 1.To quantify the external effect, the power isolators were filmed using a high-speed camera under identical conditions (shutter, aperture, ...) with 120 k FPS. For the analysis, the pixels of each video frame were examined in the HSV color space (HSV = Hue Saturation Value, i.e. hue, saturation, brightness). The HSV color space is a cylindrical color coordinate system in contrast to the RGB color space, which is a Cartesian color coordinate system. The advantage of the HSV system is that the brightness (value) can be assessed independently of the hue (hue) and the color saturation (saturation). This makes it easier to detect the external impact, since only one value has to be assessed. The maximum value that the V value change can reach is by definition 1.

Zur Bewertung der Außenwirkung wurden die Anzahl der Pixel gezählt, die im Lauf der Aufnahme eine untere Grenze der V-Wertänderung überschreiten und diese Zahl im Verhältnis zur Gesamtanzahl der Pixel gesetzt.To evaluate the external effect, the number of pixels was counted that exceeded a lower limit of the V value change in the course of the recording and this number was set in relation to the total number of pixels.

Die untere Grenze der V-Wertänderung, ab der eine Außenwirkung gezählt wird, wurde so gewählt, dass der bekannte Stromtrenner eine Außenwirkung von annähernd 100% hat. Der erfindungsgemäße Stromtrenner hat nur einen maximalen Wert von 30%, d.h. die Außenwirkung ist um mehr als die Hälfte reduziert.The lower limit of the change in V value, from which an external effect is counted, was chosen so that the known current isolator has an external effect of almost 100%. The current isolator according to the invention only has a maximum value of 30%, i.e. the external effect is reduced by more than half.

7 zeigt den zeitlichen Verlauf der Außenwirkung. Während der normale Stromtrenner (Kurve 31) unmittelbar mit Beginn des Trennvorgangs die Au-ßenwirkung zeigt, tritt diese beim erfindungsgemäßen Stromtrenner (Kurve 32) erst später und mit viel geringerer Intensität auf. Genaugenommen tritt die Hauptmenge der heißen Gase erst nach Abschluss des Trennvorgangs auf. 7th shows the course of the external impact over time. While the normal power isolator ( Curve 31) shows the external effect immediately at the beginning of the separation process, in the case of the current isolator according to the invention (curve 32) this does not occur until later and with much lower intensity. Strictly speaking, most of the hot gases only appear after the separation process has been completed.

Die Reduktion der Außenwirkung kann durch Einhausen des Stromtrenners weiter verbessert werden, insbesondere, wenn sich in der Einhausung energieabsorbierendes Material, z.B. Glaswolle, Steinwolle oder Mineralwolle, befindet. Damit lässt sich die Außenwirkung unter die optische Beobachtbarkeit drücken.The reduction of the external effect can be further improved by housing the isolator, especially if there is energy-absorbing material in the housing, e.g. glass wool, rock wool or mineral wool. This allows the external effect to be suppressed under the visual observability.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
StromtrennerIsolator
22
Leiterladder
2a, 2b2a, 2b
LeiterendenLadder ends
33
mittlerer Bereich von 2 bzw. Platinemiddle area of 2 or board
4a, 4b4a, 4b
SollbruchstellenPredetermined breaking points
55
GehäuseoberteilHousing upper part
66th
GehäuseunterteilHousing base
77th
VerstärkungsblechReinforcement plate
88th
VerstärkungsblechReinforcement plate
9a, 9b9a, 9b
SchraubenScrews
1010
Bohrungdrilling
1111
DruckkolbenPlunger
1212th
O-RingO-ring
1313th
LöschmittelExtinguishing agent
1414th
TrennstempelSeparator
14'14 '
O-RingO-ring
1515th
ZünderDetonator
1616
UmspritzungEncapsulation
1717th
StahlscheibeSteel washer
1818th
Bohrungdrilling
1919th
BremselementBraking element
2020th
Bodenfloor
2121
Bohrungdrilling
23a, 23b23a, 23b
Kontaktecontacts
24a, 24b24a, 24b
LöcherHoles
25a, 25b25a, 25b
Stiftepencils

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • EP 3103131 A [0003]EP 3103131 A [0003]
  • WO 2017/066816 A [0004]WO 2017/066816 A [0004]

Claims (8)

Pyrotechnischer Stromtrenner (1) mit einem Gehäuse, in dem hintereinander ein Zünder (15), ein Druckkolben (11), ein Löschmittel (13) zum Löschen eines beim Trennvorgang entstehenden Lichtbogens und ein Trennstempel (14) angeordnet sind, wobei das Paket aus Druckkolben (11), Löschmittel (13) und Trennstempel (14) durch den Zünder (15) antreibbar ist, wobei weiters durch das Gehäuse ein Leiter (2) hindurchgeführt ist, aus welchem bei Zündung des Zünders (15) durch den Trennstempel (14) eine Platine (3) abtrennbar ist, sodass nach dem Trennvorgang zwei Leiterenden (2a, 2b) mit einem Abstand dazwischen verbleiben, dadurch gekennzeichnet, dass sich während des Trennvorgangs das Löschmittel (13) bereits in dem Bereich, wo der Leiter (2) durch das Gehäuse tritt, befindet, bevor der Stromfluss vollständig unterbrochen ist.Pyrotechnic current isolator (1) with a housing in which an igniter (15), a pressure piston (11), an extinguishing agent (13) for extinguishing an arc that occurs during the cutting process and a cutting punch (14) are arranged one behind the other, the package of pressure piston (11), extinguishing agent (13) and separating punch (14) can be driven by the detonator (15), a conductor (2) also being passed through the housing, from which when the detonator (15) is ignited by the separating punch (14) a circuit board (3) can be separated so that after the separation process two conductor ends (2a, 2b) remain with a distance between them, characterized in that during the separation process the extinguishing agent (13) is already in the area where the conductor (2) passes the housing occurs before the current flow is completely interrupted. Stromtrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter (2) U-förmig gebogen ist, wobei sich die auszustanzende Platine im Rücken des U befindet und wobei der Rücken des U in Bewegungsrichtung des Trennstempels (14) gesehen vor dem Bereich liegt, wo der Leiter (2) durch das Gehäuse tritt.Isolator after Claim 1 , characterized in that the conductor (2) is bent into a U-shape, with the board to be punched out being located in the back of the U and with the back of the U lying in front of the area where the conductor (2 ) passes through the housing. Stromtrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter (2) im Wesentlichen eben ist, und dass die beiden Leiterenden (2a, 2b) jeweils einen Kontakt (23a, 23b) besitzen, der in Bewegungsrichtung des Trennstempels (14) von den Leiterenden (2a, 2b) absteht, sodass unmittelbar nach dem Abtrennen der Platine weiterhin eine elektrische Verbindung von einem Leiterende (2a) über dessen Kontakt (23a) zur Platine (3) und von dieser Platine (3) über den Kontakt (23b) des anderen Leiterendes (2b) zum anderen Leiterende (2b) besteht.Isolator after Claim 1 , characterized in that the conductor (2) is essentially flat, and that the two conductor ends (2a, 2b) each have a contact (23a, 23b) which is separated from the conductor ends (2a, 2b) in the direction of movement of the cutting punch (14) ) so that immediately after the circuit board has been cut, an electrical connection continues from one conductor end (2a) via its contact (23a) to the circuit board (3) and from this circuit board (3) via the contact (23b) of the other conductor end (2b) to the other end of the conductor (2b). Stromtrenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Trennstempel (14) und dem Gehäuse maximal 1 mm, vorzugsweise maximal 0,5 mm beträgt.Isolator after Claim 3 , characterized in that the distance between the cutting punch (14) and the housing is a maximum of 1 mm, preferably a maximum of 0.5 mm. Stromtrenner nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakte (23a, 23b) Teil des Leiters (2) sind.Isolator after Claim 3 or 4th , characterized in that the contacts (23a, 23b) are part of the conductor (2). Stromtrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Löschmittel (13) Silikon enthält.Power isolator according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that the extinguishing agent (13) contains silicone. Stromtrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromtrenner (1) ein zusätzliches Gehäuse aufweist.Power isolator according to one of the Claims 1 until 6th , characterized in that the current isolator (1) has an additional housing. Stromtrenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich in dem zusätzlichen Gehäuse energieabsorbierendes Material befindet, vorzugsweise Glas, Stein oder Mineralwolle.Isolator after Claim 7 , characterized in that there is energy-absorbing material in the additional housing, preferably glass, stone or mineral wool.
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