EP1287539A1 - Trennschaltereinrichtung mit geringem platzbedarf - Google Patents

Trennschaltereinrichtung mit geringem platzbedarf

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Publication number
EP1287539A1
EP1287539A1 EP01953780A EP01953780A EP1287539A1 EP 1287539 A1 EP1287539 A1 EP 1287539A1 EP 01953780 A EP01953780 A EP 01953780A EP 01953780 A EP01953780 A EP 01953780A EP 1287539 A1 EP1287539 A1 EP 1287539A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
locking mechanism
housing
spring
ppp
trigger element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01953780A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Kautz
Markus Geuder
Matthias Marondel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1287539A1 publication Critical patent/EP1287539A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H61/00Electrothermal relays
    • H01H61/01Details
    • H01H61/0107Details making use of shape memory materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00Contacts
    • H01H1/58Electric connections to or between contacts; Terminals
    • H01H2001/5877Electric connections to or between contacts; Terminals with provisions for direct mounting on a battery pole
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H61/00Electrothermal relays
    • H01H61/01Details
    • H01H61/0107Details making use of shape memory materials
    • H01H2061/0115Shape memory alloy [SMA] actuator formed by coil spring
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H61/00Electrothermal relays
    • H01H61/01Details
    • H01H61/0107Details making use of shape memory materials
    • H01H2061/0122Two SMA actuators, e.g. one for closing or resetting contacts and one for opening them
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10Operating or release mechanisms
    • H01H71/12Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/123Automatic release mechanisms with or without manual release using a solid-state trip unit

Definitions

  • the invention relates to a disconnector device with a small footprint for the load circuit of a vehicle battery with the following features, namely with
  • a contact carrier carrying the movable contact part and switchable between an open position and a closed position and pretensioned into the open position by spring force
  • Such a circuit breaker device emerges from DE 197 01 933 Cl. It has a contact rocker which is rotatably mounted in a housing and carries a movable contact indirectly via a contact spring which acts as a lever arm. A tear spring is provided to reset the contact rocker to the open position.
  • a locking mechanism consists of an actuating arm and a switching pawl, the switching pawl locking the actuating arm on the contact rocker and the actuating arm prestressing the contact rocker in a closed position. As a means for opening the locking mechanism is just as in DE 198 32 573 AI or DE 197 41 919 AI
  • Disconnector switch devices used an electromagnetic system with an armature, which is coupled to the pawl.
  • the magnetic system is excited to open, causing the pawl to unlock the actuating arm and the contact rocker to be opened by the tear spring.
  • the movable contact part located in its open position can only be reset manually to the contact position.
  • the locking mechanism has to be brought back into its starting position ensuring a closed position, for example via a toggle joint that may be present.
  • the object of the present invention is to further develop the disconnector device according to the aforementioned DE-Cl document in such a way that a generally laborious manual reset of the locking mechanism can be dispensed with and remote triggering is made possible. A space-saving structure of the disconnector device should be ensured.
  • the means for opening the locking mechanism contain as at least one trigger element made of a shape-memory alloy, which contracts when heated by the application of a heating current, and in that the locking mechanism has at least one closing position acting on the contact carrier inducing spring element from a form Memory alloy, which expands when heated by applying a heating current.
  • the advantages associated with this design of the disconnector device include to be seen in the fact that the use of the special trigger element as a means for opening the locking mechanism means that it takes up much less space than an electromagnetic system.
  • a triggering element which heats up and contracts when exposed to a heating current, is generally connected to a sensor system which, e.g. this current is applied in the event of a short circuit or a vehicle crash. The element heats up due to the current and thus triggers the opening of the reduction mechanism through its contraction.
  • Appropriate trigger elements are inexpensive to purchase, are light in weight and are therefore not prone to impact. They also require only a small amount of space, so that they can advantageously be used in a disconnector device for the load circuit of a vehicle battery.
  • the contact parts are pressed so strongly against one another that even high currents, in particular as they occur during the starting process of a vehicle, can flow.
  • a disconnector device it can then be ensured that an electromagnetic system can be dispensed with when used on a vehicle battery.
  • the entire isolating switch device is much easier to arrange in a housing which is adapted to a pole terminal of the vehicle battery and which spares the pole terminal itself. The space saving enables additional components to be accommodated in the housing.
  • the locking mechanism can be designed as a toggle clamp. It is advantageous here if the tensioning element consists of a first lever engaging the contact carrier and a second lever mounted in the housing, which are connected via a central knee joint to a toggle lever which, in an approximately extended state, locks the contact carrier in its closed position.
  • Their locking mechanism has a tensioning element which, in its extended position, presses the movable contact part against the fixed contact part, the release element acting on the tensioning element in such a way that the locking element bends out laterally to open the locking mechanism.
  • the release element advantageously engages the tensioning element designed as a toggle lever via an actuating arm, wherein in a special embodiment the actuating arm can also be designed as a return spring for the release element.
  • the release element acts via the actuating arm approximately perpendicular to the extension axis of the knee lever on the middle knee joint and moves this over the dead center when the release element contracts.
  • the actuating arm is formed by a cranked leaf spring, the cranked end of which presses on the knee joint when the trigger element contracts.
  • the at least one spring element is rigidly connected to the housing on one side and engages on the opposite side on a toggle lever of the locking mechanism designed as a toggle lever tensioning mechanism. Such an attack on the spring element enables a safe and quick return to the closed position.
  • the contact carrier can be an elongated contact spring which is clamped on one side in the housing and which bears the movable contact part approximately in the central region of its length and which at its free or movable end engages with the outer end of a first knee joint lever to form a first swivel joint.
  • the trigger element can be controlled by a short-circuit sensor and / or an acceleration sensor.
  • the housing can be arranged on a pole terminal of the vehicle battery.
  • a current sensor can be provided in the housing, which is coupled to an input conductor and applies current to the tripping element when a current threshold is exceeded.
  • An electronic evaluation circuit for controlling the triggering element is expediently arranged in the housing.
  • a NiTi or NiTiCu alloy is selected as the shape memory alloy of the at least one trigger element and / or at least one spring element, which alloy may optionally also contain further components.
  • FIG. 1 shows individual assemblies of an isolating switch device to be designed according to the invention in a perspective illustration
  • FIG. 2 shows a clamping mechanism assembly with a triggering element of FIG. 1
  • FIG. 3 shows a pole terminal assembly according to FIG. 1 in the semi-assembled state
  • FIG. 4 shows a top view of the disconnector device according to FIG. 1
  • FIG. 5 shows parts of the disconnector device according to FIG. 1 in the assembled state, but with the cover open
  • FIG. 6 shows part of the disconnector device according to FIG Installation of a spring element in the open contact state as well
  • FIG. 7 shows the part of the isolating switch device according to FIG. 6 in the closed contact state.
  • corresponding parts are provided with the same reference symbols.
  • disconnector device In the case of the components indicated in the figures, an embodiment of a disconnector device is assumed, as is evident from the DE-Cl document mentioned at the beginning.
  • the disconnector device is usually located on the vehicle battery in the engine or trunk of one
  • the isolating switch device enables particularly space-saving embodiment, the use of at least one spring element according to the invention and at least one trigger element, which advantageously consist of at least one shape memory alloy.
  • Practically all known shape memory alloys come into question for the spring element and / or the triggering element of the disconnector device, and different alloys can also be selected for these two elements.
  • Ti-Ni alloys are particularly suitable.
  • "Materials Science and Engineering" vol. A 202, 1995, pages 148 to 156 show differently composed Ti-Ni and Ti-Ni-Cu alloys. In N Intermetallic ", Vol. 3, 1995, pages 35 to 46 and V ⁇ Scripta METALLURGICA et MATERIALIA'A Vol.
  • Ti-Ni shape memory alloys are described.
  • Other shape-memory alloys are of course also suitable instead of the Ti-Ni alloys.
  • Cu-Al shape-memory alloys are suitable.
  • a corresponding Cu-Zn24Al3 alloy is made of Z. Metallkde. ", Vol. 70, H. 10, 1988, pages 678 to 683.
  • V Scripta Materialia Vol. 34, No. 2, 1996, pages 255 to 260
  • other alloy partners such as Hf in. Can be added to the aforementioned binary or ternary alloys
  • a Ti-Ni shape memory alloy should be selected for the exemplary embodiments explained below.
  • the isolating switch device designated generally T comprises a housing 1, which is composed in particular of plastic and is connected to a pole terminal assembly 2.
  • the housing 1 can be tightly closed from its top with a cover 7 (see FIG. 5).
  • a tensioning mechanism assembly 3, which is to be regarded as a locking mechanism, can be inserted into the opened housing, which with an integrated release element 4 from a shape memory Alloy interacts.
  • an input conductor 5 and an output conductor 6 are inserted into the housing.
  • the output conductor 6 is fastened to the outside of the housing 1.
  • This is L-shaped, a leg 61 being attached to a saw pocket contour in a corresponding pocket on the outside of the housing, while a leg 62 is fixed to the housing by hot stamping.
  • This fixation absorbs the forces of a battery cable screwed to the output conductor 6 via a bolt 63; at the same time the entire housing is stiffened by the L-shaped bend of the output conductor.
  • Fixed on the leg 62 is the fixed contact part 64, which projects through a round passage 15 into the interior of the housing.
  • the bushing 15 for this fixed contact part 64 is sealed with an O-ring 16.
  • the contact part 64 consists, for example, of a round copper part with a plated or welded contact material.
  • the plastic housing 1 has a switching space 11 which is delimited by a base plate and side walls and which accommodates the functional parts of the isolating switch device.
  • a space for receiving a pole terminal 21 is also recessed within the housing by a curved partition wall 12. Since the cover 7 also has a corresponding recess 71 (cf. FIG. 7), the closed and sealed housing of the isolating switch device can be placed on the battery pole of a motor vehicle battery with the pole clamp 21 in such a way that it or a corresponding clamping screw 22 is accessible from the outside remains.
  • the pole clamp 21 interacts with a clamping shoe 23 which is riveted to a base plate 24 made of sheet metal. At the outer edge, this lies with a U-shaped bend 25 on the pole terminal 21, where it is fixed by means of the clamping screw 22.
  • the plastic housing is placed on the base plate 24 and hot stamped, as a result of which the co ⁇ t IV) P 1
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  • Wire diameter 1.2 mm axial spring length (compressed): 9.6 mm; axial spring length (relaxed): 11.2 mm; Number of turns: 7; Inner diameter: 8.2 mm; Outer diameter: 10.6 mm; Travel: up to 8 mm;
  • Positioning force up to 20 N; Power requirement: 9 A at g: 2 V; Reset time: 5 s;
  • the reset time and the tripping time depend on the size of the heating current applied. It shows that the reset time can be shortened with increasing current.
  • the trigger element made of one of the known shape memory alloys such as, in particular, a Ni or NiTiCu alloy in wire or strip form, as an elongated element between a fixed suspension and the mechanical opening of the Contact parts causing locking mechanism is clamped.
  • the trigger element made of the shape memory alloy are also conceivable.
  • Alternative embodiments are e.g. the DE patent application mentioned at the outset.

Landscapes

  • Fuses (AREA)
  • Thermally Actuated Switches (AREA)
  • Materials For Photolithography (AREA)

Abstract

Die Trennschaltereinrichtung für den Laststromkreis einer Fahrzeugbatterie enthält einen beweglichen Kontaktteil (81) und einen feststehenden Kontaktteil (64), die mit einem Verriegelungsmechanismus verbunden sind. Zum Öffnen des Verriegelungsmechanismus wird ein Auslöseelement (4) aus einer Formgedächtnis-Legierung verwendet, welche sich bei einer Erwärmung zusammenzieht. Zum Schließen soll ein Federelement (110) ebenfalls aus einer Formgedächtnis-Legierung vorgesehen sein, das den Schließvorgang durch Ausdehnung hervorruft.

Description

Beschreibung
Trennschaltereinrichtung mit geringem Platzbedarf
Die Erfindung bezieht sich auf eine Trennschaltereinrichtung mit geringem Platzbedarf für den Laststromkreis einer Fahrzeugbatterie mit folgenden Merkmalen, nämlich mit
- einem mit einer Polklemme der Batterie verbindbaren Eingangsleiter, - einem mit dem Laststromkreis verbindbaren Ausgangsleiter,
- einem feststehenden Kontaktteil und einem beweglichen Kontaktteil zur Herstellung einer Schaltverbindung zwischen dem Eingangsleiter und dem Ausgangsleiter,
- einem den beweglichen Kontaktteil tragenden, zwischen ei- ner Öffnungsposition und einer Schließposition umschaltbaren, durch Federkraft in die Öffnungsposition vorgespannten Kontaktträger,
- einem Verriegelungsmechanismus, der den Kontaktträger in der Schließposition fixiert oder in diese Position zu- rückführt, und
- Mitteln zum Öffnen des Verriegelungsmechanismus.
Eine derartige Trennschaltereinrichtung geht aus der DE 197 01 933 Cl hervor. Sie weist eine Kontaktwippe auf, die drehbar in einem Gehäuse gelagert ist und einen beweglichen Kontakt mittelbar über eine als Hebelarm wirkende Kontaktfeder trägt. Zu einer Rückstellung der Kontaktwippe in die Öffnungsposition ist eine Aufreißfeder vorgesehen. Ein Verriege- lungsmechanismus besteht aus einem Stellarm und einer Schaltklinke, wobei die Schaltklinke den Stellarm an der Kontaktwippe verriegelt und der Stellarm die Kontaktwippe in einer Schließposition vorspannt. Als Mittel zum Öffnen des Verriegelungsmechanismus wird dabei ebenso wie bei aus der DE 198 32 573 AI oder der DE 197 41 919 AI zu- entnehmenden
Trennschaltereinrichtungen ein Elektromagnetsystem mit einem Anker eingesetzt, welcher mit der Schaltklinke gekoppelt ist. Zum Öffnen wird das Magnetsystem erregt, wodurch die Schaltklinke den Stellarm entriegelt und die Kontaktwippe durch die Aufreißfeder in die Öffnungsposition gebracht wird. Bei der bekannten Trennschaltereinrichtung kann jedoch der sich in seiner Öffnungsposition befindliche, bewegliche Kontaktteil nur manuell in die Kontaktposition zurückgestellt werden. Hierzu uss der Verriegelungsmechanismus z.B. über ein eventuell vorhandenes Kniehebelgelenk wieder in seine eine geschlossene Stellung gewährleistende Ausgangsposition gebracht werden.
Die Verwendung eines Elektromagnetsystems bei derartigen Trennschaltereinrichtungen birgt jedoch die Gefahr in sich, dass sich bei starken Stößen dessen Anker auch ohne Erregung bewegen kann, so dass dann der Laststromkreis ungewollt geöffnet wird. Außerdem lässt sich ein hoher Anteil des Gewichts und Platzbedarfs des Elektromagnetsystems vermeiden. Insbesondere im Kraftfahrzeugbau ist man nämlich bestrebt, das Gewicht so gering wie möglich zu halten und auf Grund der hohen Stückzahlen auch die Kosten von Kleinbauteilen zu begrenzen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Trennschaltereinrichtung gemäß der genannten DE-Cl-Schrift dahingehend weiterzubilden, dass auf eine im allgemeinen umständliche manuelle Rückstellung des Verriegelungsmechanismus verzichtet werden kann und eine Fernauslösung ermöglicht wird. Dabei soll ein platzsparender Aufbau der Trennschaltereinrichtung zu gewährleisten sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Mittel zum Öffnen des Verriegelungsmechanismus als mindestens ein Auslöseelement aus einer Formged chtnis-Legierung enthalten, das sich bei Erwärmung mittels Beaufschlagung mit einem Heizstrom zusammenzieht, und dass der Verriegelungsmechanismus wenigstens ein auf den Kontaktträger einwirkendes, dessen Schließposition herbeiführendes Federelement aus einer Form- gedächtnis-Legierung aufweist, das sich bei einer Erwärmung mittels Beaufschlagung mit einem Heizstrom ausdehnt.
Die mit dieser Ausgestaltung der Trennschaltereinrichtung verbundenen Vorteile sind u.a. darin zu sehen, dass die Verwendung des speziellen Auslöseelementes als Mittel zum Öffnen des Verriegelungsmechanismus es mit sich bringt, dass dieses im Vergleich zu einem Elektromagnetsystem wesentlich weniger Platz beansprucht. Ein solches sich bei Beaufschlagung mit einem Heizstrom erwärmendes und dabei zusammenziehendes Auslöselement ist im allgemeinen mit einer Sensorik verbunden, welche z.B. bei einem Kurzschluss oder einem Fahrzeugaufprall mit diesem Strom beaufschlagt wird. Durch den Strom erwärmt sich das Element und löst so die Öffnung des Verringerungsme- chanismus durch seine Kontraktion aus. Entsprechende Auslöseelemente sind kostengünstig in der Anschaffung, weisen ein geringes Gewicht auf und sind daher auch nicht stoßanfällig. Sie erfordern zudem nur einen geringen Platzbedarf, so dass sie sich vorteilhaft in einer Trennschaltereinrichtung für den Laststromkreis einer Fahrzeugbatterie einsetzen lassen. Dabei werden durch die Fixierung ihres beweglichen Kontaktteils in der geschlossenen Stellung über den Verriegelungsmechanismus die Kontaktteile so stark aneinander gepresst, dass auch hohe Ströme, insbesondere wie sie beim Startvorgang ei- nes Fahrzeugs auftreten, fließen können. Mit einer derartigen Ausgestaltung einer Trennschaltereinrichtung lässt sich dann gewährleisten, dass bei einem Einsatz an einer Fahrzeugbatterie auf ein Elektromagnetsystem verzichtet werden kann. Somit ist die gesamte Trennschaltereinrichtung wesentlich leichter in einem an eine Polklemme der Fahrzeugbatterie angepassten, die Polklemme selbst aussparenden Gehäuse anzuordnen. Die Raumersparnis ermöglicht es dabei, dass in dem Gehäuse zusätzliche Bauteile unterzubringen sind.
Mit der Verwendung des speziellen Federelementes ist ebenfalls der dazu notwendige mechanische und elektrische Aufbau auf engstem Räume zu realisieren und wird eine Fernschaltung ermöglicht.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Trennschalterein- richtung nach der Erfindung sind aus den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
So kann der Verriegelungsmechanismus insbesondere als Kniehebelspannwerk ausgebildet sein. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn Spannelement aus einem an dem Kontaktträger angreifenden ersten Hebel und einem im Gehäuse gelagerten zweiten Hebel besteht, die über ein mittleres Kniegelenk zu einem Kniehebel verbunden sind, welcher in annähernd gestrecktem Zustand den Kontaktträger in seiner Schließposition verriegelt.
Für die Trennschaltereinrichtung können insbesondere noch die folgenden, als vorteilhaft anzusehenden Ausgestaltungen vorgesehen werden:
Deren Verriegelungsmechanismus weist ein Spannelement auf, das in seiner gestreckten Stellung den beweglichen Kontaktteil gegen den festen Kontaktteil drückt, wobei zum Öffnen des Verriegelungsmechanismus das Auslöseelement so auf das Spannelement einwirkt, dass dieses seitlich aus- knickt.
Das Auslöseelement greift günstigerweise über einen Betätigungsarm an dem als Kniehebel ausgebildeten Spannelement an, wobei in einer speziellen Ausführungsform der Betäti- gungsarm auch gleichzeitig als Rückstellfeder für das Auslöseelement ausgebildet sein kann.
Das Auslöseelement wirkt über den Betätigungsarm annähernd senkrecht zur Streckachse des Kniehebels auf das mittlere Kniegelenk und bewegt dieses bei Kontraktion des Auslöseelementes über den Totpunkt. Der Betätigungsarm ist durch eine abgekröpfte Blattfeder gebildet, dessen abgekröpftes Ende bei Kontraktion des Auslöseelementes auf das Kniegelenk drückt.
Das mindestens eine Federelement ist an einer Seite starr mit dem Gehäuse verbunden und greift an der gegenüber liegenden Seite an einem Kniehebel des als Kniehebelspannwerk gestalteten Verriegelungsmechanismus an. Ein derartiges Angreifen des Federelementes ermöglicht ein sicheres und schnelles Rückstellen in die Schließposition.
Der Kontaktträger kann eine langgestreckte, einseitig im Gehäuse eingespannte Kontaktfeder sein, die etwa im Mittelbereich ihrer Länge den beweglichen Kontaktteil trägt und an ihrem freien bzw. beweglichen Ende mit dem äußeren Ende eines ersten Kniegelenkhebels unter Bildung eines ersten Drehgelenkes ineinander greift.
Selbstverständlich können zusätzlich Mittel zum manuellen Öffnen und/oder Schließen der Kontaktteile vorgesehen sein.
Es ist auch von Vorteil, wenn das Auslöseelement durch einen Kurzschlusssensor und/oder einen Beschleunigungssensor ansteuerbar ist.
Ferner kann das Gehäuse an einer Polklemme der Fahrzeugbatterie anzuordnen sein.
Außerdem kann in dem Gehäuse ein Stromsensor vorgesehen sein, der an einen Eingangsleiter gekoppelt ist und bei Überschreiten einer Stromschwelle das Auslöseelement mit Strom beaufschlagt.
Zeckmäßigerweise ist in dem Gehäuse eine elektronische Aus- werteschaltung zur Ansteuerung des Auslöseelementes angeordnet. Vorteilhaft wird als Formgedächtnis-Legierung des mindestens einen Auslöseelementes und/oder mindestens einen Federelementes eine NiTi- oder NiTiCu-Legierung gewählt, die gegebenenfalls noch weitere Komponenten enthalten kann. Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird nachfolgend auf die Zeichnung Bezug genommen, in der vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Trennschaltereinrichtung erläutert sind. Es zeigen jeweils in leicht schematischer Darstellung deren Figur 1 einzelne Baugruppen einer erfindungsgemäß zu gestaltenden Trennschaltereinrichtung in perspektivischer Darstellung, Figur 2 eine Spannwerk-Baugruppe mit Auslöseelement der
Trennschaltereinrichtung von Figur 1 in teilweise montiertem Zustand,
Figur 3 eine Polklemmenbaugruppe gemäß Figur 1 in halbmontiertem Zustand, Figur 4 eine Draufsicht auf die Trennschaltereinrichtung gemäß Figur 1, Figur 5 Teile der Trennschaltereinrichtung nach Figur 1 im montierten Zustand, jedoch mit offenem Deckel, Figur 6 einen Teil der Trennschaltereinrichtung nach Figur 4 mit einem Einbau eines Federelementes im geöffneten Kontaktzustand sowie
Figur 7 den Teil der Trennschaltereinrichtung nach Figur 6 im geschlossenen Kontaktzustand. Dabei sind in den Figuren sich jeweils entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.
Bei den in den Figuren angedeuteten Bauteilen wird von einer Ausführungsform einer Trennschaltereinrichtung ausgegangen, wie sie aus der eingangs genannten DE-Cl-Schrift hervorgeht. Die Trennschaltereinrichtung befindet sich normalerweise an der Fahrzeugbatterie im Motor- oder im Kofferraum eines
Kraftfahrzeuges und weist einen besonders einfachen Aufbau auf. Die Trennschaltereinrichtung ermöglicht wegen ihrer be- sonders platzsparenden Ausgestaltung die Verwendung mindestens eines Federelementes gemäß der Erfindung sowie mindestens eines Auslöseelementes, die vorteilhaft aus wenigstens einer Formgedächtnis-Legierung bestehen. Dabei kommen für das Federelement und/oder das Auslöseelement der Trennschaltereinrichtung praktisch alle bekannten Formgedächtnis-Legierungen in Frage, wobei für diese beiden Elemente auch unterschiedliche Legierungen gewählt werden können. Als besonders geeignet sind Ti-Ni-Legierungen anzusehen. So gehen z.B. aus "'Materials Science and Engineering", Vol. A 202, 1995, Seiten 148 bis 156 verschieden zusammengesetzte Ti-Ni- und Ti-Ni-Cu- Legierungen hervor. In NIntermetallic" , Vol. 3, 1995, Seiten 35 bis 46 und Scripta METALLURGICA et MATERIALIA'A Vol. 27, 1992, Seiten 1097 bis 1102 sind verschiedene Ti5oNi5o-.xPdx- Formgedächtnis-Legierungen beschrieben. Statt der Ti-Ni-Legierungen sind selbstverständlich auch andere Formgedächtnis- Legierungen geeignet. So kommen beispielsweise Cu-Al-Formge- dächtnis-Legierungen in Frage. Eine entsprechende Cu-Zn24Al3- Legierung ist aus Z. Metallkde.", Bd. 70, H. 10, 1988, Sei- ten 678 bis 683 zu entnehmen. In vScripta Materialia", Vol. 34, No. 2, 1996, Seiten 255 bis 260 ist eine weitere Cu-Al- Ni-Formgedächtnis-Legierung beschrieben. Selbstverständlich können zu den vorerwähnten binären oder ternären Legierungen noch weitere Legierungspartner wie z.B. Hf in an sich bekann- ter Weise hinzulegiert sein. Für die nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispiele sei eine Ti-Ni-Formgedächtnis-Legierung ausgewählt.
Nach Figur 1 umfasst die allgemein T bezeichnete Trennschalt- ereinrichtung ein insbesondere aus Kunststoff bestehendes Gehäuse 1, welches mit einer Polklemmenbaugruppe 2 verbunden wird. Das Gehäuse 1 kann von seiner Oberseite her mit einem Deckel 7 dicht verschlossen werden (vgl. Figur 5). In das geöffnete Gehäuse lässt sich eine als ein Verriegelungsmecha- nismus anzusehende Spannwerk-Baugruppe 3 einsetzen, die mit einem integrierten Auslöseelement 4 aus einer Formgedächtnis- Legierung zusammenwirkt. Außerdem werden in das Gehäuse ein Eingangsleiter 5 und ein Ausgangsleiter 6 eingesteckt.
Wie ferner der Darstellung der Figur 1 zu entnehmen ist, ist an der Außenseite des Gehäuses 1 der Ausgangsleiter 6 befestigt. Dieser ist L-förmig ausgeführt, wobei ein Schenkel 61 über eine Sägezahnkontur in einer entsprechenden Tasche an der Außenseite des Gehäuses angebracht ist, während ein Schenkel 62 durch Warmverprägen an dem Gehäuse fixiert ist. Durch diese Fixierung werden die Kräfte eines an den Ausgangsleiter 6 über einen Bolzen 63 angeschraubten Batteriekabels aufgenommen; gleichzeitig wird durch die L-förmige Biegung des Ausgangsleiters das gesamte Gehäuse versteift. An dem Schenkel 62 ist von der Innenseite der feststehende Kon- taktteil 64 befestigt, der durch eine runde Durchführung 15 in das Gehäuseinnere ragt. Die Durchführung 15 für diesen feststehenden Kontaktteil 64 ist mit eine O-Ring 16 abgedichtet. Der Kontaktteil 64 besteht beispielsweise aus einem Kupfer-Rundteil mit aufplattiertem oder aufgeschweißtem Kon- taktmaterial .
Das Kunststoffgehäuse 1 besitzt einen von einer Bodenplatte und Seitenwänden begrenzten Schaltraum 11, der die Funktionsteile der Trennschaltereinrichtung aufnimmt. Innerhalb des Gehäuses ist außerdem durch eine geschwungene Trennwand 12 ein Raum zur Aufnahme einer Polklemme 21 ausgespart. Da auch der Deckel 7 eine entsprechende Aussparung 71 aufweist (vgl. Figur 7) , kann das verschlossene und abgedichtete Gehäuse der Trennschaltereinrichtung auf den Batteriepol einer Kraftfahr- zeugbatterie mit der Polklemme 21 derart aufgesetzt werden, dass diese oder eine entsprechende Klemmschraube 22 von außen zugänglich bleibt. Die Polklemme 21 wirkt mit einem Klemmschuh 23 zusammen, der mit einer Grundplatte 24 aus Blech vernietet ist. Am Außenrand liegt diese mit einer U-förmigen Biegung 25 auf der Polklemme 21 auf, wo sie über die Klemmschraube 22 fixiert ist. Das Kunststoffgehäuse wird auf die Grundplatte 24 gelegt und warm verprägt, wodurch sich die ge- co ω t IV) P1
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Drahtdurchmesser: 1,2 mm axiale Federlänge (komprimiert): 9,6 mm; axiale Federlänge (entspannt): 11,2 mm; Windungszahl: 7; Innendurchmesser: 8,2 mm; Außendurchmesser: 10,6 mm; Stellweg: bis 8 mm;
Stellkraft: bis 20 N; Strombedarf: 9 A bei ü: 2 V; Rückstellzeit: 5 s;
Auslösung durch ein entsprechendes drahtförmiges Auslöseelement 4 aus der Formgedächtnis-Legierung gegen das Federelement 110 nach etwa 15 s. Die Rückstellzeit und die Auslösungszeit sind dabei von der Größe des angelegten Heizstromes abhängig. Es zeigt sich dabei, dass sich mit zunehmender Stromstärke die Rückstellzeit verkürzen lässt.
Bei den vorstehend dargestellten Ausführungsbeispielen wurde davon ausgegangen, dass das Auslöseelement aus einer der be- kannten Formgedächtnis-Legierungen wie insbesondere einer Ni- Ti- oder NiTiCu-Legierung in Draht- oder Bandform als langgestrecktes Element zwischen einer ortsfesten Aufhängung und einem die mechanische Öffnung der Kontaktteile bewirkenden Verriegelungsmechanismus eingespannt ist. Selbstverständlich sind auch andere Ausgestaltungen des Auslöseelementes aus der Formgedächtnis-Legierung denkbar. Alternative Ausführungsformen sind z.B. der eingangs genannten DE-Patentan eldung entnehmbar.

Claims

Patentansprüche
1. Trennschaltereinrichtung mit geringem Platzbedarf für den Laststromkreis einer Fahrzeugbatterie mit folgenden Merk- malen, nämlich mit
- einem mit einer Polklemme (21) der Batterie verbindbaren Eingangsleiter (5) ,
- einem mit dem Laststromkreis verbindbaren Ausgangsleiter (6), - einem feststehenden Kontaktteil (64) und einem beweglichen Kontaktteil (81) zur Herstellung einer Schaltverbindung zwischen dem Eingangsleiter (5) und dem Ausgangsleiter (6),
- einem den beweglichen Kontaktteil (81) tragenden, zwischen einer Öffnungsposition und einer Schließposition umschaltbaren, durch Federkraft in die Öffnungsposition vorgespannten Kontaktträger (8),
- einem Verriegelungsmechanismus (3) , der den Kontaktträger (8) in der Schließposition fixiert oder in diese Position zurückstellt, und
- Mittel zum Öffnen des Verriegelungsmechanismus, wobei die Mittel zum Öffnen des Verriegelungsmechanismus mindestens ein Auslöseelement (4) aus einer Formgedächtnis- Legierung enthalten, das sich bei Erwärmung mittels Beaufschlagung mit einem Heizstrom zusammenzieht, und wobei der Verriegelungsmechanismus (3) wenigstens ein auf den Kontaktträger (8) einwirkendes, dessen Schließposition herbeiführendes Federelement (110) aus einer Formgedächtnis- Legierung aufweist, das sich bei einer Erwärmung mittels Beaufschlagung eines Heizstromes ausdehnt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Verriegelungsmechanismus als Kniehebelspannwerk ausgebildet ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Verriegelungsmechanismus ein Spannelement (32, 33) aufweist, das in seiner gestreckten Stellung den beweglichen Kontaktteil (81) gegen den festen Kontaktteil (64) drückt und zum Öffnen des Verriegelungsmechanismus das Auslöseelement (4) so auf das Spannelement (32, 33) einwirkt, dass dieses seitlich ausknickt.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t , dass das Auslöseelement (4) über einen Betätigungsarm (42) an dem Spannelement (32, 33) angreift.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t , dass der Betätigungsarm (42) als Rückstellfeder für das Auslöseelement (4) ausgebildet ist.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Spann- element aus einem an dem Kontaktträger (8) angreifenden ersten Hebel (32) und einem im Gehäuse (1) gelagerten zweiten Hebel (33) besteht, die über ein mittleres Kniegelenk (37) zu einem Kniehebel verbunden sind, welcher in annähernd gestrecktem Zustand den Kontaktträger (8) in seiner Schließpo- sition verriegelt.
7. Einrichtung nach Anspruch 6 und einem der Ansprüche 4 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Auslöseelement (4) über den Betätigungsarm (42) annähernd senkrecht zur Streckachse des Kniehebels auf das mittlere
Kniegelenk (37) wirkt und dieses bei Kontraktion des Auslöseelementes (4) über den Totpunkt bewegt.
8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7 und einem der Ansprüche 4 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Betätigungsarm (42) durch eine abgekröpfte Blatt- feder gebildet ist, dessen abgekröpftes Ende bei Kontraktion des Auslöseelementes (4) auf das Kniegelenk (37) drückt.
9. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das mindestens eine Federelement (110) an einer Seite starr mit dem Gehäuse (1) verbunden ist und an der gegenüberliegenden Seite an einem Kniehebel (32, 33, 37) des ein Kniehebelspannwerk aufweisenden Verriegelungsmechanismus angreift.
10. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Kontaktträger (8) eine langgestreckte, einseitig im Gehäuse (1) eingespannte Kontaktfeder ist, die etwa im Mittelbereich ih- rer Länge den beweglichen Kontaktteil (81) trägt und an ihrem freien bzw. beweglichen Ende (82) mit dem äußeren Ende eines ersten Kniegelenkhebels (32) unter Bildung eines ersten Drehgelenkes ineinander greift.
11. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zusätzlich Mittel zum manuellen Öffnen und/oder Schließen der Kontaktteile vorgesehen sind.
12. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Auslöseelement (4) durch einen Kurzschlusssensor und/oder einen Beschleunigungssensor ansteuerbar ist.
13. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Gehäuse (1) an einer Polklemme der Fahrzeugbatterie anzuordnen ist.
14. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in dem Gehäuse (1) ein Stromsensor vorgesehen ist, der an einen Ein- gangsleiter gekoppelt ist und bei Überschreiten einer Stromschwelle das Auslöseelement (4) mit Strom beaufschlagt.
15. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in dem Gehäuse (1) eine elektronische Auswerteschaltung zur Ansteuerung des Auslöseelementes (4) angeordnet ist.
16. Trennschaltereinrichtung nach einem der vorangehenden An- Sprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Formgedächtnis-Legierung des mindestens einen Auslöseelementes (4) und/oder mindestens einen Federelementes (110) eine NiTi- oder NiTiCu-Legierung ist, die gegebenenfalls noch weitere Komponenten enthalten kann.
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