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. 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.
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
Auch von der Anmelderin wurde in
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:
Bester Weg zur Ausführung der ErfindungBest way to carry out the invention
-
1 zeigt einen erfindungsgemäßen Stromtrenner1 in der Ausgangsstellung. Der Stromtrenner1 besitzt einen Leiter2 . Der Leiter2 besitzt einen mittleren Bereich3 , der durch Sollbruchstellen4a ,4b vom restlichen Leiter2 abgegrenzt ist. Dadurch ergeben sich Leiterenden2a ,2b . Wird dieser mittlere Bereich3 aus dem Leiter2 herausgebrochen, wird er auch als Platine bezeichnet. In der dargestellten Form besitzt der Stromtrenner1 einen Gehäuseoberteil5 und einen Gehäuseunterteil6 . Diese werden durch Verstärkungsbleche7 ,8 und Schrauben (sichtbar sind im Schnitt nur zwei Schrauben9a und9b ) elektrisch leitend zusammengehalten. Alle Schrauben gehen seitlich am Leiter2 vorbei. Der Stromtrenner1 besitzt somit ein vom Leiter2 isoliertes elektrisch leitfähiges Gehäuse, das im Bedarfsfall auf Fahrzeugmasse gelegt werden kann.1 shows a current isolator according to theinvention 1 in the starting position. Thepower isolator 1 owns aleader 2 . Thehead 2 has amiddle area 3 throughpredetermined breaking points 4a ,4b from the rest of theleader 2 is delimited. This results inconductor ends 2a ,2 B . Will thismiddle area 3 from thehead 2 broken out, it is also referred to as a circuit board. In the form shown, the circuit breaker has1 an upper part of thehousing 5 and a lower housing part6th . These are made by reinforcement plates7th ,8th and screws (only two screws are visible in thesection 9a and9b ) held together in an electrically conductive manner. All screws go on the side of theladder 2 past. Thepower isolator 1 thus owns one from thehead 2 insulated, electrically conductive housing that can be connected to vehicle ground if necessary.
Der Gehäuseoberteil
Der Gehäuseunterteil
Der Leiter
In
In
Die Spannungskurven in
Auch die Leistungskurven, die sich aus Strom multipliziert mit Spannung berechnen, in
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
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.
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
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification | ||
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |