EP1282145A1 - Verfahren und Vorrichtung zum selbstgezündeten pyrotechnischen Kurzschliessen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum selbstgezündeten pyrotechnischen Kurzschliessen Download PDF

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EP1282145A1
EP1282145A1 EP01810744A EP01810744A EP1282145A1 EP 1282145 A1 EP1282145 A1 EP 1282145A1 EP 01810744 A EP01810744 A EP 01810744A EP 01810744 A EP01810744 A EP 01810744A EP 1282145 A1 EP1282145 A1 EP 1282145A1
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EP
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energy
short
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energy store
connections
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Withdrawn
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EP01810744A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Uwe Kaltenborn
Guido Hoffmann
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ABB Research Ltd Switzerland
ABB Research Ltd Sweden
Original Assignee
ABB Research Ltd Switzerland
ABB Research Ltd Sweden
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H39/00—Switching devices actuated by an explosion produced within the device and initiated by an electric current
    • H01H39/004—Closing switches

Definitions

  • the invention relates to a method for short-circuiting two Potential points according to the preamble of claim 1. Furthermore The invention relates to a short-circuiter according to the preamble of claim 4 and a short-circuit proof power semiconductor module according to the preamble of claim 11th
  • the present invention is based on the object fast and reliable method for short-circuiting two To create potential points according to the preamble of claim 1, which does not require separate arc detection.
  • the arc ignites Pyrotechnic center, which releases large amounts of gas exothermic reaction.
  • the present invention is based on the object a short-circuiter according to the preamble of claim 4 create that can be produced easily and inexpensively and a safe and permanent short circuit with minimal Establishes contact resistance and in particular the implementation of the method according to claim 1.
  • This object is achieved in a short-circuiter according to the invention solved according to claim 4 in that one of an arc energy released in a spark gap Energy storage can be supplied and the energy storage through this energy can be released.
  • the object of the present invention based on a short-circuit-proof power semiconductor module to create the preamble of claim 11, in which a short-circuiter, especially according to claim 4, in the event of a fault Short circuit causes.
  • This object is short-circuit proof in accordance with the invention Power semiconductor module according to claim 11 solved in that that one of an arc in a spark gap released energy can be supplied to an energy store and that the energy store can be triggered by this energy.
  • Fig. 1 is a cross section of an embodiment for an inventive short-circuiter according to claim 4 Implementation of the short-circuiting method according to the invention two potential points according to claim 1 shown.
  • the short circuiter has two electrical connections 1a, 1b. This are fixed relative to each other, e.g. through a housing that in the drawing is not shown.
  • a metallic contact element 2b is in a starting position.
  • the Contacting element 2b is movable, whereby the mobility by metallic guide elements 2a and the connections 1a, 1b a shift between the starting position and an ending position is limited.
  • Contacting element and guide elements are preferably radially symmetrical with respect to the axis A.
  • One through the contact element 2b and the connection 1a formed cavity is filled with an energy store 4, that contains a stored first energy.
  • an energy store 4 that contains a stored first energy.
  • material for the energy storage come e.g. Standard pyrotechnics in question as they are used in rifle cartridges.
  • a spark gap 3 is between a shape 21 of the contacting element 2b and the connection 1b formed.
  • the energy store 4 is preferably able to generate large amounts of gas and / or a shock wave when the first energy stored in it is released.
  • the shock wave or an emerging gas pressure move the contacting element 2b towards the opposite connection 1b.
  • the contacting element forms, together with the guide element 2a, an electrical connection between the first connection 1a and the second connection 1b, as shown in FIG. 2
  • FIG. 3a and 3b contains the contacting element 2b resilient locking elements 5. These serve the Contacting element 2b after triggering the energy storage in to fix an end position (Fig. 4a and 4b).
  • recesses 6 are provided in the guide elements 2a, in which the locking elements 5 jump in when the contact element 2b is in the end position.
  • a suitable one Shape of the contacting element 2b can be the contact pressure can be influenced with which the contacting element 2b in the End position is pressed against the connection 1b.
  • this is Contact element not movable, but is fixed to the Connection 1a connected.
  • the contacting element is off an initial state in which there is no metallic conductive contact exists between the contacting element and the connection 1b, in a final state in which there is a metallic conductive contact caused between the two connections 1a and 1b, deformable.
  • the contacting element is preferably shaped such that it together with the connection 1a forms a container in which the energy storage is located.
  • the Energy store an igniter 7, which is also in Fig. 3b is shown.
  • the igniter protrudes through a hole in the contact element 2b into the spark gap 3 into it.
  • the igniter 7 is ignited, which then further Components of the energy storage activated, for example a gas generator. It is advantageous with this configuration that that the requirements for the properties of energy storage regarding sensitivity on the one hand, which among other things determines the ignition temperature, and the energy release on the other hand, by the amount and type of releasable Energy and the time required for release, can be influenced and selected independently of each other.
  • a Energy storage used by a pyrotechnic and a Element made of a shape memory alloy contains.
  • the pyrotechnic center is chosen so that at the release of the first energy stored in it primarily heat is produced. This warmth drives again the SMA element.
  • SMAs are below a critical one Temperature in a martensite structure. In the martensite phase they are relatively soft and easily deformable. When warming the SMA go through a transition temperature Phase transition (weak first order) to a more symmetrical one Austenite phase over. In doing so, they deform back into one original condition with a high modulus of elasticity.
  • Stack of SMA disc springs with different transition temperatures are already for gradual pressure generation in a different context been used (US-A-4,897,006).
  • Material and shape of the SMA element are now selected so that the SMA element before the short circuiter is triggered in the martensite phase is present and the contacting element is fixed in the initial state and this with a transition to the austenite phase in the final state emotional.
  • the phase transition is preferably irreversible, so that the contacting element after the phase transition is kept in the final state by the SMA element.
  • the transition temperature is selected in such a way that it can only be heat released by the pyrotechnic center after activation of the pyrotechnic center is reached.
  • Fig. 5 shows schematically an inventive power semiconductor module according to claim 11, wherein a short-circuiter after Claim 4 is used when an overvoltage is present a short circuit between the connections 1a and 1b to bring about these connections 1a and 1b.
  • IGBT chips 9 with control connections 10 in one Housing combined into a module, with the connections 1a and 1b simultaneously an upper side of the housing and a lower side of the housing form. Close the insulating housing side walls 8a, 8b the housing sideways and define a distance between Top and bottom.
  • the power semiconductor module has instead of the IGBT chips 9 power semiconductors of a different type and / or with a different internal structure on, thyristors or MOSFETs or a combination of different types Power semiconductors.

Abstract

Bei einem Verfahren zum Kurzschliessen zweier Potentialpunkte mittels einer in einem Energiespeicher (4) gespeicherten ersten Energie wird durch eine Spannung zwischen den Potentialpunkten ein Lichtbogen erzeugt, welcher eine zweite Energie abgibt, die dem Energiespeicher (4) zugeführt wird und die Freisetzung der gespeicherten ersten Energie auslöst. <IMAGE>

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kurzschliessen zweier Potentialpunkte nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung einen Kurzschliesser nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 4 und ein kurzschlussfestes Leistungshalbleitermodul nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 11.
Stand der Technik
Aufgrund der immer höheren Leistungsdichten in Stromverteilungs-, Übertragungs- und Umwandlungssystemen besteht in vielen Situationen die Gefahr einer ungewünschten Ausbildung von Funkenüberschlägen oder Lichtbögen, insbesondere bei Fehlschaltungen oder Fehlbedienungen, aber auch bei Ausfall von Geräten oder Bauteilen. Um dadurch bedingte Schäden an Material oder Personen zu minimieren, werden häufig sogenannte Kurzschliesser eingesetzt, die in einem Fehlerfall einen definierten Kurzschluss verursachen. In einigen Anwendungen wird dadurch eine Öffnung eines übergeordneten, leistungsbegrenzenden Schalters ausgelöst. Der Kurzschliesser ist notwendig, weil ein durch einen Lichtbogen verursachter Überstrom wegen des Widerstandes des Lichtbogens wesentlich geringer ist als ein durch einen "metallischen" Kurzschluss verursachter Überstrom; er kann sogar geringer sein als z.B. durch Anlassen grosser Motoren verursachte Überströme. Das bedeutet, dass eine Schnellauslösestufe eines normalen Überstromrelais bei Lichtbogenüberschlag nicht arbeitet und somit mittels einem nur auf Überstrommessung beruhenden Schutzsystem bei Lichtbogenüberschlag weder Geräte noch Personen geschützt werden können.
Um eine optimale Wirksamkeit eines Kurzschliessers zu ermöglichen, ist entscheidend, dass ein Kurzschluss mit möglichst geringer Zeitverzögerung nach Auftreten des Lichtbogens herbeigeführt wird. Um dies zu erreichen, werden häufig pyrotechnische Schalter verwendet, bei denen eine Sprengpatrone eine mechanische Energie für die Beschleunigung eines Schaltelements zuführt. DE 9419141 U1 offenbart einen Kurzschliesser, bei dem sich das eigentliche Schaltelement im Inneren der Sprengpatrone befindet. Eine Zündung der Sprengpatrome im Fehlerfall erfolgt über eine Zündleitung, die durch eine Bohrung nach aussen geführt ist.
Damit ergibt sich jedoch das Problem einer zuverlässigen Detektion des Lichtbogens als Entscheidungskriterium für eine Auslösung der Zündung. Wie bereits oben erwähnt, kann eine reine Überstrommessung wegen des hohen Widerstandes von Lichtbögen nicht zu deren sicherer Detektion herangezogen werden. Gebräuchliche Lichtbogendetektoren, wie z.B. in DE 3890265 T1 vorgestellt, messen aus diesem Grund häufig mittels eines Photosensors eine Lichtintensität und werden bei Überschreiten einer vorgegebenen Schwelle aktiv. Bei manchen Schutzsystemen müssen zwei verschiedene physikalische Auslöseschwellen - vorgewählte Lichtintensitäts- und Stromwerte - gleichzeitig überschritten werden, damit ein Ereignis als Lichtbogen erkannt wird. Einem solchen Detektionsprinzip ist jedoch eine gewisse Fehleranfälligkeit inhärent. Einerseits müssen geeignete Schwellwerte für Lichtintensität und ggf. Strom gewählt werden.
Zum anderen müssen entsprechende Sensoren von einer geeigneten Auswerteelektronik überwacht werden. Störungen der Sensoren, ungeeignete Wahl der Auslöseschwellen oder Fehler der Auswerteelektronik können damit aber zu fehlerhaftem Verhalten des Kurzschliessers führen. Das Vorhandensein einer Auswerteelektronik erhöht zudem durch Überwachung und Auswertung der Messsignale eine Reaktionszeit des gesamten Schutzsystems. Zudem stellen Sensoren und Auswerteelektronik mitsamt der Notwendigkeit einer Kalibrierung der Auslöseschwellen einen nicht unerheblichen Kostenfaktor bei einer Herstellung derartiger Schutzsysteme dar.
Es existieren jedoch zum Beispiel in der Leistungselektronik auch Systeme, bei denen eine auf Systemebene vorgesehene Redundanz eine Verfügbarkeit auch nach Ausfall eines oder mehrerer Bauelemente oder Module gewährleistet. Häufig erfordert dies, dass ausfallende Bauelemente/Module in einen stabilen Kurzschluss übergehen ("short-circuit failure mode", SCFM), in welchem zwischen zwei Hauptanschlüssen des Bauelements/Moduls ein dauerhafter elektrischer Kontakt mit möglichst geringem Widerstand und möglichst grosser Stromkapazität besteht. Solche Bauelemente oder Module bezeichnet man als kurzschlussfest. Eine Möglichkeit, eine Kurzschlussfestigkeit eines Bauelements oder Moduls zu erreichen, besteht darin, dass zwischen die beiden Hauptanschlüsse ein Kurzschliesser geschaltet wird, der im Fehlerfall das Bauelement oder Modul kurzschliesst. In diesem Fall ergibt sich zusätzlich zu der bereits oben erwähnten Problematik der Auslöseschwellen das Problem eines Kontaktwiderstandes, der sich nach einer Auslösung einstellt. Wie bekannt, ist der Kontaktwiderstand und damit eine Kontaktspannung eines metallischen Trockenkontaktes näherungsweise umgekehrt proportional zur Wurzel einer Anpresskraft. In DE 9419141 U1 wird ein Bolzen, der nach der Auslösung einen Kontakt herstellt, in einer Endposition festgekeilt. In DE 19908576 A1 verformt ein pyrotechnischer Gasgenerator beim Auftreten eines Lichtbogens ein gasdichtes, elektrisch leitendes Gehäuse plastisch, wodurch schliesslich ein Kontakt erzeugt wird. In beiden Fällen sind Auflagekraft und -fläche, die sich in der Endposition einstellen, Ergebnis eines hochkomplexen dynamischen Vorganges und hängen somit hochgradig von Ausgangsbedingungen ab. Da diese Ausgangsbedingungen aufgrund von Fertigungstoleranzen, Temperaturänderungen, Materialalterung etc. nicht kontrollierbar sind, kommt es zu erheblichen Schwankungen des Kontaktwiderstandes zwischen einzelnen Exemplaren einer Serie.
Darstellung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein schnelles und zuverlässiges Verfahren zum Kurzschliessen zweier Potentialpunkte nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 zu schaffen, welches ohne separate Lichtbogendetektion auskommt.
Die genannten Ziele werden bei dem Verfahren gemäss Anspruch 1 dadurch erreicht, dass durch eine Spannung zwischen zwei Potentialpunkten ein Lichtbogen erzeugt und eine zweite Energie, welche der Lichtbogen abgibt, einem Energiespeicher zugeführt wird. Diese zweite Energie löst daraufhin die Freisetzung einer im Energiespeicher gespeicherten ersten Energie aus.
In einer bevorzugten Ausführungsform zündet der Lichtbogen ein Pyrotechnikum, das unter Freisetzung grosser Mengen von Gas exotherm reagiert.
Ferner liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kurzschliesser nach dem Oberbegriff von Anspruch 4 zu schaffen, der einfach und kostengünstig hergestellt werden kann und einen sicheren und dauerhaften Kurzschluss mit minimalem Kontaktwiderstand herstellt und insbesondere die Durchführung des Verfahrens gemäss Anspruch 1 ermöglicht.
Diese Aufgabe wird bei einem erfindungsgemässen Kurzschliesser nach Anspruch 4 dadurch gelöst, dass eine von einem Lichtbogen in einer Funkenstrecke freigesetzte Energie einem Energiespeicher zuführbar ist und der Energiespeicher durch diese Energie auslösbar ist.
Schliesslich liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein kurzschlussfestes Leistungshalbleitermodul nach dem Oberbegriff von Anspruch 11 zu schaffen, bei dem ein Kurzschliesser, insbesondere nach Anspruch 4, im Fehlerfall einen Kurzschluss bewirkt.
Diese Aufgabe wird bei einem erfindungsgemässen kurzschlussfesten Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 11 dadurch gelöst, dass eine von einem Lichtbogen in einer Funkenstrecke freigesetzte Energie einem Energiespeicher zuführbar ist und dass der Energiespeicher durch diese Energie auslösbar ist.
Gemäss der vorliegenden Erfindung werden diese Ziele insbesondere durch die Elemente der unabhängigen Ansprüche erreicht. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen gehen ausserdem aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung hervor.
Kurze Beschreibung der Figuren
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen schematisch:
  • Fig. 1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemässen Kurzschliesser vor Auslösung eines Energiespeichers.
  • Fig. 2 einen Schnitt durch einen erfindungsgemässen Kurzschliesser nach Auslösung eines Energiespeichers.
  • Fig. 3a einen erfindungsgemässen Kurzschliesser mit in einem Kontaktierelement integrierten Verriegelungselementen vor Auslösung eines Energiespeichers in Draufsicht.
  • Fig. 3b einen Schnitt durch den Kurzschliesser gemäss Fig. 3a längs der Schnittlinie I-II.
  • Fig. 4a einen Kurzschliesser gemäss Fig. 3a nach Auslösung eines Energiespeichers in Draufsicht.
  • Fig. 4b einen Schnitt durch den Kurzschliesser gemäss Fig. 4a längs der Schnittlinie I-II.
  • Fig. 5 ein erfindungsgemässes Leistungshalbleitermodul
  • Die in den Zeichnungen verwendeten Bezugszeichen und deren Bedeutung sind in der Bezugszeichenliste zusammengefasst.
    • Wege zur Ausführung der Erfindung
    In Abb. 1 ist ein Querschnitt eines Ausführungsbeispiels für einen erfindungsgemässen Kurzschliesser nach Anspruch 4 zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens zum Kurzschliessen zweier Potentialpunkte nach Anspruch 1 gezeigt. Der Kurzschliesser weisst zwei elektrische Anschlüsse 1a, 1b auf. Diese sind relativ zueinander fixiert, z.B. durch ein Gehäuse, das in der Zeichnung nicht gezeigt ist. Ein metallisches Kontaktierelement 2b befindet sich in einer Ausgangsposition. Das Kontaktierelement 2b ist bewegbar, wobei die Bewegbarkeit durch metallische Führungselemente 2a und die Anschlüsse 1a, 1b auf eine Verschiebung zwischen der Ausgangsposition und einer Endposition begrenzt ist. Kontaktierelement und Führungselemente sind vorzugsweise bezüglich der Achse A radialsymmetrisch ausgeführt. Ein durch das Kontaktierelement 2b und den Anschluss 1a gebildeter Hohlraum ist mit einem Energiespeicher 4 gefüllt, der eine gespeicherte erste Energie enthält. Als Material für den Energiespeicher kommen z.B. Standard-Pyrotechnika in Frage, wie sie in Gewehrpatronen eingesetzt werden. Eine Funkenstrecke 3 ist zwischen einer Ausformung 21 des Kontaktierelements 2b und dem Anschluss 1b ausgebildet.
    Übersteigt eine Potentialdifferenz zwischen den beiden Anschlüssen 1a, 1b eine vorgegebene Zündspannung V Zünd, bildet sich in der Funkenstrecke 3 ein Lichtbogen aus. Durch den Lichtbogen wird das Kontaktierelement 2b in einem Bereich in der Nähe der Ausformung 21 erhitzt und zündet dadurch den Energiespeicher 4. Die Länge der Funkenstrecke 3, d.h. der minimale Abstand d zwischen der Ausformung 21 und dem Anschluss 1b bestimmt dabei den Wert der Zündspannung. Für Luft beträgt die Durchschlagsfeldstärke E max annähernd E max = 1kV/mm, so dass sich die Zündspannung annähernd zu V Zünd = d E max ergibt. Der Energiespeicher 4 ist vorzugsweise in der Lage, bei Freisetzung der in ihm gespeicherten ersten Energie grosse Mengen Gas und/oder eine Schockwelle zu erzeugen. Die Schockwelle oder ein entstehender Gasdruck bewegen das Kontaktierelement 2b auf den gegenüberliegenden Anschluss 1b zu. Erreicht das Kontaktierelement die Endposition, bildet es zusammen mit dem Führungselement 2a eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Anschluss 1a und dem zweiten Anschluss 1b, wie in Fig. 2 gezeigt ist
    In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, die in Fig. 3a und Fig. 3b dargestellt ist, enthält das Kontaktierelement 2b federnde Verriegelungselemente 5. Diese dienen dazu, das Kontaktierelement 2b nach Auslösen des Energiespeichers in einer Endposition zu fixieren (Fig. 4a und 4b). Zu diesem Zweck sind in den Führungselementen 2a Aussparungen 6 vorgesehen, in welche die Verriegelungselemente 5 hineinspringen, wenn sich das Kontaktierelement 2b in der Endposition befindet. Mit Hilfe der Verriegelungselemente 5 und beispielsweise einer geeigneten Formgebung des Kontaktierelements 2b kann die Anpresskraft beeinflusst werden, mit welcher das Kontaktierelement 2b in der Endposition gegen den Anschluss 1b gepresst wird. Da, wie im Stand der Technik beschrieben, ein Kontaktwiderstand mit steigender Anpresskraft abnimmt, kann auf diese Weise der Kontaktwiderstand minimiert werden.
    In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Kontaktierelement nicht beweglich, sondern ist fest mit dem Anschluss 1a verbunden. Dabei ist das Kontaktierelement aus einem Ausgangszustand, in dem kein metallisch leitender Kontakt zwischen dem Kontaktierelement und dem Anschluss 1b besteht, in einen Endzustand, in dem es einen metallisch leitenden Kontakt zwischen den beiden Anschlüssen 1a und 1b bewirkt, verformbar. Vorzugsweise ist das Kontaktierelement so geformt, das es zusammen mit dem Anschluss 1a einen Behälter bildet, in welchem sich der Energiespeicher befindet. Vorteilhaft sind auch Kontaktierelemente, die sowohl bewegbar als auch verformbar sind.
    In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung enthält der Energiespeicher einen Zünder 7, der ebenfalls in Fig. 3b gezeigt ist. In einer bevorzugten Weiterbildung ragt der Zünder durch ein Loch im Kontaktierelement 2b in die Funkenstrecke 3 hinein. Durch eine von einem Lichtbogen in der Funkenstrecke 3 abgegebene Wärme wird der Zünder 7 gezündet, welcher dann weitere Komponenten des Energiespeichers aktiviert, beispielsweise einen Gasgenerator. Vorteilhaft bei dieser Ausgestaltung ist, dass die Anforderungen an die Eigenschaften des Energiespeichers bezüglich einer Empfindlichkeit einerseits, die unter anderem die Zündtemperatur bestimmt, und der Energiefreisetzung andererseits, die durch die Menge und Art einer freisetzbaren Energie und der zur Freisetzung benötigten Zeit gegeben sind, unabhängig voneinander beeinflusst und gewählt werden können.
    In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird ein Energiespeicher verwendet, der ein Pyrotechnikum und ein Element aus einer Formgedächtnislegierung (Shape Memory Alloy SMA) enthält. Das Pyrotechnikum ist dabei so gewählt, dass bei der Freisetzung der in ihm gespeicherten ersten Energie in erster Linie Wärme produziert wird. Diese Wärme treibt wiederum das SMA Element an. SMAs befinden sich unterhalb einer kritischen Temperatur in einer Martensitstruktur. In der Martensitphase sind sie relativ weich und leicht verformbar. Bei Erwärmung auf eine Übergangstemperatur gehen die SMA durch einen Phasenübergang (schwach erster Ordnung) in eine höher symmetrische Austenitphase über. Dabei verformen sie sich zurück in einen ursprünglichen Zustand mit einem hohen E-Modul. Stapel von SMA-Tellerfedern mit unterschiedlicher Übergangstemperatur sind bereits zur stufenweisen Druckerzeugung in einem anderen Zusammenhang eingesetzt worden (US-A-4,897,006). Material und Form des SMA-Elements werden nun so gewählt, dass das SMA-Element vor einer Auslösung des Kurzschliessers in der Martensitphase vorliegt und das Kontaktierelement im Ausgangszustand fixiert und dieses bei einem Übergang in die Austenitphase in den Endzustand bewegt. Vorzugsweise ist der Phasenübergang irreversibel, so dass das Kontaktierelement nach dem Phasenübergang durch das SMA-Element im Endzustand gehalten wird. Die Übergangstemperatur ist so gewählt, dass sie nur durch Zufuhr einer vom Pyrotechnikum freigesetzten Wärme nach einer Aktivierung des Pyrotechnikums erreicht wird.
    Abb. 5 zeigt schematisch ein erfindungsgemässes Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 11, bei dem ein Kurzschliesser nach Anspruch 4 dazu verwendet wird, bei Anliegen einer Überspannung zwischen den Anschlüssen 1a und 1b einen Kurzschluss zwischen diesen Anschlüssen 1a und 1b herbeizuführen. Dabei sind vorzugsweise mehrere IGBT-Chips 9 mit Steueranschlüssen 10 in einem Gehäuse zu einem Modul zusammengefasst, wobei die Anschlüsse 1a und 1b gleichzeitig eine Gehäuseoberseite bzw. Gehäuseunterseite bilden. Isolierende Gehäuseseitenwände 8a, 8b schliessen das Gehäuse seitlich ab und definieren einen Abstand zwischen Ober- und Unterseite.
    In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Leistungshalbleitermodul anstelle der IGBT-Chips 9 Leistungshalbleiter von anderer Art und/oder mit anderer interner Struktur auf, Thyristoren oder MOSFETs oder auch eine Kombination verschiedenartiger Leistungshalbleiter.
    Bezugszeichenliste
    1a
    Erster Anschluss
    1b
    Zweiter Anschluss
    2a
    Führungselement
    2b
    Kontaktierelement
    3
    Funkenstrecke
    4
    Energiespeicher
    5
    Verriegelungselement
    6
    Aussparung im Führungselement
    7
    Zünder
    8a,b
    Gehäuseseitenwände
    9
    IGBT-Chips
    10
    Steueranschlüsse
    21
    Ausformung des Kontaktierelements

    Claims (11)

    1. Verfahren zum Kurzschliessen zweier Potentialpunkte,
      unter einer Einwirkung einer in einem Energiespeicher (4) gespeicherten ersten Energie bei einer Freisetzung dieser ersten Energie
         dadurch gekennzeichnet, dass
      durch eine Spannung zwischen den Potentialpunkten ein Lichtbogen erzeugt wird, und dass
      eine zweite Energie, welche der Lichtbogen abgibt, dem Energiespeicher (4) zugeführt wird und
      eine Freisetzung der im Energiespeicher (4) gespeicherten ersten Energie durch Zuführung der zweiten Energie ausgelöst wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
      die Freisetzung der gespeicherten Energie bei Ablauf einer exothermen chemischen Reaktion eines im Energiespeicher enthaltenen Brennstoffes erfolgt und
      die Freisetzung der gespeicherten Energie durch Zuführung einer Aktivierungsenergie ausgelöst wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
      der Energiespeicher (4) einen Gasgenerator enthält, der bei der Freisetzung der gespeicherten ersten Energie grosse Mengen von Gas erzeugt.
    4. Kurzschliesser mit
      zwei elektrischen Anschlüssen (1a, 1b),
      einem Energiespeicher (4) mit einer gespeicherten ersten Energie, der sich zwischen den Anschlüssen (1a, 1b) befindet,
      einem Kontaktierelement (2b), das unter Einwirkung der gespeicherten erste Energie bei einer Freisetzung dieser ersten Energie
      entweder aus einer Ausgangsposition in eine Endposition bewegbar ist, wobei ein metallisch leitender Kontakt zwischen den Anschlüssen (1a, 1b) nur besteht, wenn sich das Kontaktierelement (2b) in der Endposition befindet,
      und/oder aus einem Ausgangszustand in einen Endzustand verformbar ist, wobei ein metallisch leitender Kontakt zwischen den Anschlüssen nur besteht, wenn sich das Kontaktierelement (2b) im Endzustand befindet,
      und einer Funkenstrecke (3),
      insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1,
         dadurch gekennzeichnet, dass
      eine von einem Lichtbogen in der Funkenstrecke (3) freigesetzte zweite Energie dem Energiespeicher (4) zuführbar ist und
      die Freisetzung der gespeicherten ersten Energie durch diese zweite Energie auslösbar ist.
    5. Kurzschliesser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
      der Energiespeicher (4) einen Gasgenerator enthält, der bei der Freisetzung der gespeicherten ersten Energie grosse Mengen von Gas erzeugt.
    6. Kurzschliesser nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass
      das Kontaktierelement (2b) ein mehrteiliger Behälter aus leitendem Material ist, in dem sich der Energiespeicher (4) befindet,
      die Teile des Behälters durch die gespeicherte erste Energie aus ihrer Ausgangsposition in ihre Endposition bewegbar sind und
      in der Endposition durch Verriegelungselemente (5) fixierbar sind.
    7. Kurzschliesser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass
      die Verriegelungselemente (5) federnde Verriegelungselemente sind,
      die Verriegelungselemente (5) in ein erstes Behälterteil integriert sind, und dass
      ein zweites Behälterteil Ausparungen (6) aufweist, welche die Verriegelungselemente (5) in der Endposition aufnehmen können.
    8. Kurzschliesser nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass
      die Funkenstrecke (3) zwischen dem Behälter und einem der beiden Anschlüsse (1a oder 1b) ausgebildet ist.
    9. Kurzschliesser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass
      der Energiespeicher (4) einen Zünder(7) enthält, der durch die von einem Lichtbogen in der Funkenstrecke (3) freigesetzte zweite Energie zündbar ist,
      der Zünder (4) durch ein Loch im Behälter in die Funkenstrecke (3) hineinragt, und dass
      der Gasgenerator durch den Zünder (7) aktivierbar ist.
    10. Kurzschliesser nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass
      der Behälter zwei becherförmige Teile aufweist, die mit zueinander orientierten Öffnungen ineinander geschoben sind.
    11. Kurzschlussfestes Leistungshalbleitermodul mit
      einem ersten und einem zweiten Anschluss (1a, 1b),
      mindestens einem Halbleiterchip (9), welcher mit einer ersten Hauptelektrode mit dem ersten Anschluss (1a) und mit einer zweiten Hauptelektrode mit dem zweiten Anschluss (1b) in elektrischer Verbindung steht,
      einem Energiespeicher (4) mit einer gespeicherten ersten Energie,
      einem elektrisch leitenden Kontaktierelement (2b), das durch die gespeicherte erste Energie aus einer Ausgangsposition in eine Endposition bewegbar ist, wobei das Kontaktierelement (2b) nur in der Endposition mit beiden Anschlüssen (1a, 1b) gleichzeitig leitend verbunden ist,
      einer Funkenstrecke (3), in der bei Anliegen einer einen vorgegebenen Grenzwert übersteigenden Spannung zwischen den Anschlüssen sich ein Lichtbogen ausbildet,
         dadurch gekennzeichnet, dass
      eine von einem Lichtbogen in der Funkenstrecke (3) freigesetzte zweite Energie dem Energiespeicher (4) zuführbar ist und dass
      eine Freisetzung der im Energiespeicher (4) gespeicherten ersten Energie durch diese zweite Energie auslösbar ist.
    EP01810744A 2001-07-30 2001-07-30 Verfahren und Vorrichtung zum selbstgezündeten pyrotechnischen Kurzschliessen Withdrawn EP1282145A1 (de)

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    EP01810744A Withdrawn EP1282145A1 (de) 2001-07-30 2001-07-30 Verfahren und Vorrichtung zum selbstgezündeten pyrotechnischen Kurzschliessen

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    EP (1) EP1282145A1 (de)

    Cited By (6)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    DE10254497B3 (de) * 2002-11-22 2004-06-03 Moeller Gmbh Kurzschließer für eine Störlichtbogen-Schutzvorrichtung
    DE10337958A1 (de) * 2003-02-04 2004-08-12 Dynamit Nobel Ais Gmbh Automotive Ignition Systems Pyromechanisches Trennelement
    DE10329082A1 (de) * 2003-03-31 2004-10-21 Osram Opto Semiconductors Gmbh Elektrisches Bauelement, insbesondere Laserdiodenbauelement, elektronische Schaltungsanordnung mit einer Mehrzahl von seriell zueinander verschalteten elektrischen Serienelementen und Überbrückungselement für ein elektrisches Serienelement
    WO2007095873A1 (de) 2006-02-23 2007-08-30 Siemens Aktiengesellschaft Einrichtung zum kurzschliessen von leistungshalbleitermodulen
    WO2010081555A1 (en) * 2009-01-16 2010-07-22 Abb Technology Ag Fault protection in voltage source converters with redundant switching cells via mechanical switches being closed pyrotechnically
    DE102010010669A1 (de) * 2010-03-04 2011-09-08 Siemens Aktiengesellschaft Schalter mit beidseitig fest verschienten Anschlussklemmen

    Citations (5)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    DE9419141U1 (de) * 1994-11-29 1996-03-28 Kloeckner Moeller Gmbh Kurzschließer zum Löschen von Störlichtbögen zur Verwendung in Schaltanlagen
    WO1996019816A1 (en) * 1994-12-22 1996-06-27 Asea Brown Boveri Ab Electric switching device
    DE19746566A1 (de) * 1997-10-22 1999-04-29 Kloeckner Moeller Gmbh Kurzschließer, insbesondere für eine Störlichtbogen-Schutzvorrichtung zur Verwendung in Anlagen zur Verteilung elektrischer Energie
    DE19908576A1 (de) * 1999-02-27 2000-08-31 Moeller Gmbh Vorrichtung zur elektrischen Verbindung von Stromschienen
    DE10025685A1 (de) * 2000-05-19 2001-11-29 Siemens Ag Trennschalt-Vorrichtung für einen Hochspannungs-Überspannungsableiter

    Patent Citations (5)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    DE9419141U1 (de) * 1994-11-29 1996-03-28 Kloeckner Moeller Gmbh Kurzschließer zum Löschen von Störlichtbögen zur Verwendung in Schaltanlagen
    WO1996019816A1 (en) * 1994-12-22 1996-06-27 Asea Brown Boveri Ab Electric switching device
    DE19746566A1 (de) * 1997-10-22 1999-04-29 Kloeckner Moeller Gmbh Kurzschließer, insbesondere für eine Störlichtbogen-Schutzvorrichtung zur Verwendung in Anlagen zur Verteilung elektrischer Energie
    DE19908576A1 (de) * 1999-02-27 2000-08-31 Moeller Gmbh Vorrichtung zur elektrischen Verbindung von Stromschienen
    DE10025685A1 (de) * 2000-05-19 2001-11-29 Siemens Ag Trennschalt-Vorrichtung für einen Hochspannungs-Überspannungsableiter

    Cited By (11)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    DE10254497B3 (de) * 2002-11-22 2004-06-03 Moeller Gmbh Kurzschließer für eine Störlichtbogen-Schutzvorrichtung
    DE10337958A1 (de) * 2003-02-04 2004-08-12 Dynamit Nobel Ais Gmbh Automotive Ignition Systems Pyromechanisches Trennelement
    DE10329082A1 (de) * 2003-03-31 2004-10-21 Osram Opto Semiconductors Gmbh Elektrisches Bauelement, insbesondere Laserdiodenbauelement, elektronische Schaltungsanordnung mit einer Mehrzahl von seriell zueinander verschalteten elektrischen Serienelementen und Überbrückungselement für ein elektrisches Serienelement
    WO2007095873A1 (de) 2006-02-23 2007-08-30 Siemens Aktiengesellschaft Einrichtung zum kurzschliessen von leistungshalbleitermodulen
    US8164868B2 (en) 2006-02-23 2012-04-24 Siemens Aktiengesellschaft Device for short-circuiting power semiconductor modules
    WO2010081555A1 (en) * 2009-01-16 2010-07-22 Abb Technology Ag Fault protection in voltage source converters with redundant switching cells via mechanical switches being closed pyrotechnically
    JP2012515522A (ja) * 2009-01-16 2012-07-05 エービービー テクノロジー アーゲー 火花により閉じる機械スイッチによって冗長性スイッチングセルを備える電圧形変換器の故障保護
    US8611113B2 (en) 2009-01-16 2013-12-17 Abb Technology Ag Fault protection in voltage source converters with redundant switching cells via mechanical switches being closed pyrotechnically
    CN102282751B (zh) * 2009-01-16 2014-04-16 Abb技术有限公司 具有冗余开关单元的电压源换流器的经由烟火式闭合的机械开关的故障防护
    DE102010010669A1 (de) * 2010-03-04 2011-09-08 Siemens Aktiengesellschaft Schalter mit beidseitig fest verschienten Anschlussklemmen
    WO2011107363A1 (de) * 2010-03-04 2011-09-09 Siemens Aktiengesellschaft Schalter mit beidseitig fest verschienten anschlussklemmen

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