EP2187417A1 - Pyromechanische Trennvorrichtung - Google Patents

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Publication number
EP2187417A1
EP2187417A1 EP08019939A EP08019939A EP2187417A1 EP 2187417 A1 EP2187417 A1 EP 2187417A1 EP 08019939 A EP08019939 A EP 08019939A EP 08019939 A EP08019939 A EP 08019939A EP 2187417 A1 EP2187417 A1 EP 2187417A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
separating
connecting element
pyromechanical
pistons
housing
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Withdrawn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
EP08019939A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Dubbert
Markus Gärtner
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.)
Delphi Technologies Inc
Original Assignee
Delphi Technologies Inc
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 Delphi Technologies Inc filed Critical Delphi Technologies Inc
Priority to EP08019939A priority Critical patent/EP2187417A1/de
Publication of EP2187417A1 publication Critical patent/EP2187417A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • H01H39/006—Opening by severing a conductor
    • 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
    • H01H2039/008—Switching devices actuated by an explosion produced within the device and initiated by an electric current using the switch for a battery cutoff

Definitions

  • the invention relates to a pyromechanical separation device.
  • Pyromechanical separators are well known and typically include a housing forming a pressure chamber and a separator piston disposed in the pressure chamber that is movable relative to the housing upon application of a pressure pulse generated by a pyrotechnic driver to sever a conductor disposed within the housing.
  • Such pyromechanical separation devices are used for example in motor vehicles to disconnect an electrical system from the vehicle battery in an accident.
  • the pyromechanical separation devices may for this purpose be connected to a central control unit (ECU), which is additionally provided with at least one safety device, e.g. a belt tensioner and / or an airbag, is in communication and which transmits an electrical release signal to the drive element of the pyromechanical separation device and the at least one safety device in an accident.
  • ECU central control unit
  • Modern motor vehicles not only have a large number of to-be-controlled safety devices for personal protection, but may also comprise a plurality of separate electric circuits, for example in a hybrid drive technology and / or to provide a start / stop functionality in an accident respectively a pyromechanical separator can be interrupted or disconnected from a power source.
  • the invention has for its object to provide an improved pyromechanical separation device with which at least two conductors are substantially simultaneously severable.
  • the pyromechanical separation device has a housing forming a pressure chamber and at least two separating pistons arranged in the pressure chamber, which are movable relative to the housing upon application of a pressure pulse generated by a pyrotechnic drive element, in order to sever at least two conductors arranged in the housing.
  • the separating pistons are connected to one another by a connecting element, which can be severed when the separating piston is acted upon by the pressure pulse.
  • the separating piston Due to the connection of the separating piston through the connecting element, the separating piston can only move when acted upon by the pressure pulse when the connecting element is severed. In this way, it is ensured that the pistons start to move substantially simultaneously, ie, a substantially synchronous movement of the separating pistons is achieved. In a suitable relative arrangement of separating piston and conductor in the housing can Thus, a substantially simultaneous separation of the conductors are guaranteed.
  • the connecting element holds the separating pistons in their respective normal or rest position.
  • the connecting element contributes to the fact that the separating pistons align correctly when acted upon by the pressure pulse, whereby a jamming and / or jamming of the separating piston is prevented in the housing. In this way a reliable separation of the conductors is ensured.
  • the separating device provides at least two separating pistons, which are connected by a severable connecting element and require only a pyrotechnic driving element and only one control output on a control unit provided for triggering the separating device.
  • the separator according to the invention has a compact design and is at most insignificantly larger than a conventional separator for interrupting a single circuit.
  • the separator also has a simple structure and can be produced with little economic effort.
  • the connecting element mechanically rigidly connects the separating pistons with one another.
  • the assembly of the separating piston and the connecting element in the housing of the separating device is facilitated because the separating piston and the connecting element can be used as a rigid structure in the housing.
  • the separating pistons connected by the connecting element are arranged in the housing such that the current conductors can be severed substantially simultaneously by the separating pistons.
  • the transit times of the separating pistons are the same length until the current conductors are cut through. Equally long running times can be realized for identically designed separating pistons, for example, by the fact that the same length of travel paths are provided for the separation of their associated current conductors.
  • the connecting element between the separating piston is arranged in the pressure chamber.
  • two effects can contribute to the severing of the connecting element, namely, on the one hand, the gas released by the pyrotechnic driving element and striking the connecting element directly, through which the connecting element can be broken, and, on the other hand, the tensile forces exerted on the connecting element by the diverging separating pistons by which the connecting element is torn to some extent.
  • the connecting element is rod-shaped, cylindrical or rod-shaped.
  • the connecting element has a predetermined breaking point.
  • This specifies a defined break point at which the severing of the connecting element preferably takes place.
  • the resulting by the severance of the connecting element thus parts have a defined size and mass, which can be considered in the positioning of the separating piston in its rest or normal position relative to the conductors to ensure that the maturities of the separating piston including the with these connected parts of the connecting element to the conductors are the same, so that the conductors are cut simultaneously.
  • the predetermined breaking point allows a simpler severing of the connecting element, so that a smaller proportion of the amount of energy provided by the pyrotechnic drive must be applied for the severing of the connecting element. This leaves a larger proportion of the released energy for the acceleration of the separating piston.
  • the predetermined breaking point is arranged substantially in the middle of the connecting element, so that the connecting element can be divided substantially into two parts of equal size.
  • the predetermined breaking point is arranged in a tapered region of the connecting element or formed by itself.
  • the separating pistons are movable in different directions. This is made possible by the propagation of a pressure gas released by the drive element in an area located at least partially between the separating piston, preferably a central area of the pressure chamber, whereby a particularly efficient admission of the separating piston and thus a particularly rapid and reliable separation of Conductor and possibly also the connecting element is achieved.
  • At least two of the separating pistons can be movable in opposite directions and / or at least two of the separating pistons can be moved transversely to one another.
  • the drive element and the separating piston preferably extend in a plane.
  • the separating piston and the drive element can be arranged in a T-shape, with the separating pistons extending in one direction, while the drive element is oriented at right angles thereto.
  • a Y-shaped arrangement of the separating piston and the drive element is conceivable.
  • the separating piston can also cross, X-shaped or star-shaped arrangement, so that a correspondingly higher number of separating piston can be acted upon by a single pyrotechnic drive element.
  • the connecting piston connecting the connecting element is also correspondingly cross, X-shaped or star-shaped.
  • a plurality of connecting elements can be used to connect, for example, two separating pistons with each other.
  • the separating piston and the connecting element are integrally formed.
  • the separating pistons and the connecting element can, for example, be cast in one piece, for example by an injection molding process.
  • the connecting element can also be connected to at least one of the separating pistons by means of a welding, latching or clamping connection be. This can also be a particularly simple and inexpensive connection between the connecting element and separating piston realize.
  • the separating pistons can each be made with a part of the connecting element, e.g. cast integrally, and then joined together, for example, by a joining process such as joining. Ultrasonic welding. The resulting joint may form the above-mentioned predetermined breaking point of the connecting element.
  • a holding device is provided to position the separating piston connected by the connecting element in a desired position in the pressure chamber.
  • the holding device is designed as a one-piece component, in particular as an injection-molded part.
  • the holding device is preferably arranged on a side of the pressure chamber opposite the drive element.
  • the holding device has a holder which is designed to hold the connecting element.
  • the holder may in particular form a latching or clip connection with the connecting element.
  • the holder forms a latching or clip connection with the tapered region of the connecting element.
  • the tapered portion defines a portion of the connector that can be snapped or clipped into the bracket.
  • the holding device preferably has at least one deflection device in order to redirect the pressure pulse generated by the drive element to the separating piston.
  • each separating piston preferably has at least one cutting bit for severing a corresponding current conductor.
  • Separator 10 shown comprises a housing 12, of which in Fig. 1 only a lower part is shown.
  • the housing 12 two rail-like current conductors 14, 16 are arranged.
  • the current conductors 14, 16 are formed, for example, from multiply bent metal sheet strips and led out of the housing 12.
  • the current conductors 14, 16 each have a connection piece 18, which enables an electrical connection of the connection of the current conductors 14, 16 to a circuit.
  • a pyrotechnic drive element 20 is further arranged.
  • the drive element 20 comprises a space containing a pyrotechnic fuel or fuel space 22, which points into the interior of the housing 12. At its rear side facing away from the installation space section 22, the drive element 20 further comprises at least one Partially protruding from the housing 12 Needlesierabêt 24 which allows electrical connection of the drive member 20 to a control unit for triggering the separator 10.
  • the drive element 20 is preferably pressure-tightly connected to the housing 12, for example by being welded or glued to the housing 12.
  • the installation space portion 22 of the drive element 20 defines a central portion 26 of a defined by the housing pressure chamber 28, which is also referred to as a pressure chamber.
  • the pressure chamber 28 further comprises two extending from the central portion 26 in opposite directions extending separating piston 30, in each of which a separating piston 32 is slidably mounted, which is made Fig. 1 is apparent.
  • Each separating piston 32 has on its rear side facing the central portion 26 a recess 48, which contributes to a better absorption of the pressure pulse generated by the drive element 20 and implementation thereof in an acceleration of the separating piston 32.
  • each separating piston 32 facing away from the central portion 26, a cutting bit 34 is formed, which points in the direction of a separation point 36 of the respective electrical conductor 14, 16 assigned to the separating piston 32.
  • a holding device 40 is provided, which is the drive member 20 disposed opposite to the central portion 26 and which has a holder 42 which forms a latching connection with a tapered portion 44 in the middle of the connecting element 38, which in particular Fig. 6 . 7 and 8th can be seen by this partially engages and thereby fixes the connecting element 38 and the separating piston 32 in the normal or rest position in the housing 12.
  • the separating device 10 If the separating device 10 is triggered upon activation of the drive element 20, the fuel located in the installation space section 22 ignites.
  • the installation space section 22 bursts open on its front side facing the central section 26. Due to the gas released by the reaction of the fuel, a gas pressure builds up in the pressure chamber 28, so that the sides of the separating pistons 32 facing the central section 38 are subjected to a pressure pulse.
  • the separating pistons 32 are held together by the connecting element 38 until the forces acting on the separating pistons 32 due to the released gas become so great that they form the connecting element 38 at a predetermined breaking point, which is arranged in the tapered region 44 or through which tears.
  • the separating pistons 32 Due to the connection of the separating pistons 32 through the connecting element 38, the separating pistons 32 can only set in motion along the separating piston sections 30 when the connecting element 38 has been severed. In this way, it is achieved that the two separating pistons 32 move substantially simultaneously to the current conductors 14, 16 assigned to them, in order to sever them.
  • the connecting element 38 and the associated separating piston 32 in the normal or rest position centered between the conductors 14, 16 are arranged. Due to the symmetrical arrangement of the separating piston 32 relative to the current conductors 14, 16, the distances between the separating pistons and their respective current conductors 14, 16 to be cut are of equal length. The symmetrical arrangement ensures that the separating pistons 32 are not only set in motion simultaneously when the separating device 10 is activated, but also cut through the current conductors 14, 16 and the circuits connected to them at the same time. In other words, a synchronous movement of the separating piston 32, in the sense that they are set in motion simultaneously and at the same time cut through the current conductors 14, 16, achieved.
  • the holding element 40 opposite the drive element 20 has, for example, spherical or parabolic surface areas 46.
  • the surface regions 46 are in particular shaped such that, when the drive element 20 is triggered, the pressure pulse built up in the pressure chamber 28 is directed in an optimum manner onto the sides of the separating pistons 32 facing the central section 26. This contributes to a more efficient utilization of the pressure pulse generated by the drive element 20 and to an optimal acceleration of the separating piston 32.
  • each separating piston 32 on its outer side on two opposite guide portions 50 which are guided in correspondingly formed recesses of the housing in order for improved guidance of the separating piston 32 in a movement from the normal or rest position towards the conductors 14, 16th to care.
  • the connecting element 38 is connected to each separating piston 32 in a region 52 which is located substantially in the middle of the recess 48 and extends at least approximately along the longitudinal center axes of the substantially cylindrical separating pistons 32.
  • the connecting element 38 extends approximately centrally through the Central portion 26 of the pressure chamber 28, as for example Fig. 1 or Fig. 8 can be seen, and the predetermined breaking point comprehensive tapered portion 44 of the connecting element 38 is positioned in the pressure chamber 28 directly opposite the space portion 22.
  • the predetermined breaking point is exposed to the released gas directly upon activation of the drive element 20, so that the severing of the connecting element 38 takes place directly by the impinging released gas and / or indirectly by the tensile forces exerted by the diverging due to the pressure pulse separating piston on the connecting element ,
  • the holding device 40 further comprises latching noses 54.
  • the holding device 40 may be arranged in the mounting position in a recess of the housing 12, so that a wall portion of the housing 12 engages in the region between the locking lugs 54 and a side surface 56 of the holding device 40 and thereby the holding device 40 is fixed to the housing 12.
  • the holding device 40 may further be welded to the housing 12.
  • the detents 54 then act in particular as Wegentlastened to divert the force acting on the holding means 40, which is generated by the gas released from the drive member 20 in the gas pressure chamber 28, on the housing 12 and thus avoiding damage to the pressure-resistant connection between the holding device 40 and the housing 12.

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Abstract

Eine pyromechanische Trennvorrichtung umfasst ein eine Druckkammer bildendes Gehäuse und mindestens zwei in der Druckkammer angeordnete Trennkolben, die bei Beaufschlagung mit einem durch ein pyrotechnisches Antriebselement erzeugten Druckimpuls relativ zu dem Gehäuse bewegbar sind, um wenigstens zwei in dem Gehäuse angeordnete Stromleiter zu durchtrennen. Die Trennkolben sind durch ein Verbindungselement miteinander verbunden, das bei Beaufschlagung der Trennkolben mit dem Druckimpuls durchtrennbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine pyromechanische Trennvorrichtung.
  • Pyromechanische Trennvorrichtungen sind grundsätzlich bekannt und umfassen typischerweise ein eine Druckkammer bildendes Gehäuse sowie einen in der Druckkammer angeordneten Trennkolben, der bei Beaufschlagung mit einem durch ein pyrotechnisches Antriebselement erzeugten Druckimpuls relativ zu dem Gehäuse bewegbar ist, um einen in dem Gehäuse angeordneten Stromleiter zu durchtrennen.
  • Derartige pyromechanische Trennvorrichtungen werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um bei einem Unfall ein elektrisches Bordnetz von der Fahrzeugbatterie zu trennen. Die pyromechanischen Trennvorrichtungen können zu diesem Zweck mit einer zentralen Steuereinheit (ECU) verbunden sein, welche zusätzlich mit wenigstens einer Sicherheitseinrichtung, z.B. einem Gurtstraffer und/oder einem Airbag, in Verbindung steht und welche bei einem Unfall ein elektrisches Auslösesignal an das Antriebselement der pyromechanischen Trennvorrichtung und an die wenigstens eine Sicherheitseinrichtung übermittelt.
  • Moderne Kraftfahrzeuge weisen nicht nur eine Vielzahl von anzusteuernden Sicherheitseinrichtungen zum Personenschutz auf, sondern können auch mehrere voneinander getrennte elektrische Stromkreise umfassen, beispielsweise bei einer Hybridantriebstechnik und/oder zur Bereitstellung einer Start/Stopp-Funktionalität, die bei einem Unfall jeweils durch ein pyromechanisches Trennelement unterbrochen bzw. von einer Stromquelle getrennt werden können.
  • Hierbei kann es wünschenswert sein, zwei oder mehrere voneinander getrennte elektrische Stromkreise, beispielsweise bei einem Unfall, im Wesentlichen zeitgleich zu durchtrennen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte pyromechanische Trennvorrichtung anzugeben, mit der wenigstens zwei Stromleiter im Wesentlichen gleichzeitig durchtrennbar sind.
  • Die Aufgabe wird durch eine pyromechanische Trennvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Die erfindungsgemäße pyromechanische Trennvorrichtung weist ein eine Druckkammer bildendes Gehäuse und mindestens zwei in der Druckkammer angeordnete Trennkolben auf, die bei Beaufschlagung mit einem durch ein pyrotechnisches Antriebselement erzeugten Druckimpuls relativ zu dem Gehäuse bewegbar sind, um wenigstens zwei in dem Gehäuse angeordnete Stromleiter zu durchtrennen. Die Trennkolben sind durch ein Verbindungselement miteinander verbunden, welches bei Beaufschlagung der Trennkolben mit dem Druckimpuls durchtrennbar ist.
  • Aufgrund der Verbindung der Trennkolben durch das Verbindungselement können sich die Trennkolben bei einer Beaufschlagung mit dem Druckimpuls erst dann bewegen, wenn das Verbindungselement durchtrennt ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass sich die Kolben im Wesentlichen gleichzeitig in Bewegung setzen, d.h. es wird eine im Wesentlichen synchrone Bewegung der Trennkolben erreicht. Bei einer geeigneten Relativanordnung von Trennkolben und Stromleiter im Gehäuse kann somit eine im Wesentlichen gleichzeitige Durchtrennung der Stromleiter gewährleistet werden.
  • Ferner hält das Verbindungselement die Trennkolben in ihrer jeweiligen Normal- oder Ruheposition. Außerdem trägt das Verbindungselement dazu bei, dass sich die Trennkolben bei Beaufschlagung mit dem Druckimpuls korrekt ausrichten, wodurch eine Verkantung und/oder Verklemmung der Trennkolben in dem Gehäuse verhindert wird. Auf diese Weise ist eine zuverlässige Durchtrennung der Stromleiter sichergestellt.
  • Erfindungsgemäß sieht die Trennvorrichtung mindestens zwei, durch ein durchtrennbares Verbindungselement verbundene Trennkolben vor, die lediglich ein pyrotechnisches Antriebselement und zur Ansteuerung nur einen einzigen Steuerausgang an einer zur Auslösung der Trennvorrichtung vorgesehenen Steuereinheit benötigen.
  • Die erfindungsgemäße Trennvorrichtung weist eine kompakte Bauform auf und ist allenfalls unwesentlich größer als eine herkömmliche Trennvorrichtung zur Unterbrechung eines einzigen Stromkreises. Die Trennvorrichtung besitzt außerdem einen einfachen Aufbau und ist mit einem geringen wirtschaftlichen Aufwand herstellbar.
  • Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verbindet das Verbindungselement die Trennkolben mechanisch starr miteinander. Dadurch wird die Montage der Trennkolben und des Verbindungselements im Gehäuse der Trennvorrichtung erleichtert, weil die Trennkolben und das Verbindungselement als starres Gebilde in das Gehäuse eingesetzt werden können.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die durch das Verbindungselement verbundenen Trennkolben derart im Gehäuse angeordnet, dass die Stromleiter im Wesentlichen gleichzeitig von den Trennkolben durchtrennbar sind. Insbesondere sind die Laufzeiten der Trennkolben bis zur Durchtrennung der Stromleiter gleich lang. Gleich lange Laufzeiten lassen sich für gleichartig ausgebildete Trennkolben beispielsweise dadurch realisieren, dass für diese gleich lange Laufwege bis zur Durchtrennung der ihnen zugeordneten Stromleiter vorgesehen sind. Dadurch ist, weil die Trennkolben, wie bereits weiter oben erwähnt, zum selben Zeitpunkt in Bewegung gesetzt werden, sichergestellt, dass eine gleichzeitige Durchtrennung der Stromleiter durch die Trennkolben erfolgt.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Verbindungselement zwischen den Trennkolben in der Druckkammer angeordnet. Auf diese Weise können zwei Effekte zur Durchtrennung des Verbindungselements beitragen, nämlich zum einen das von dem pyrotechnischen Antriebselement freigesetzte und direkt auf das Verbindungselement auftreffende Gas, durch welches das Verbindungselement zerbrochen werden kann, und zum anderen die durch die auseinanderstrebenden Trennkolben auf das Verbindungselement ausgeübten Zugkräfte, durch die das Verbindungselement gewissermaßen zerrissen wird.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Verbindungselement stangen-, zylinder- oder stabförmig ausgebildet.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Verbindungselement eine Sollbruchstelle auf. Damit wird eine definierte Bruchstelle vorgegeben, an der die Durchtrennung des Verbindungselements bevorzugt erfolgt. Die durch die Durchtrennung des Verbindungselements entstehenden Teile haben somit eine definierte Größe und Masse, welche bei der Positionierung der Trennkolben in ihrer Ruhe- oder Normalposition relativ zu den Stromleitern in Betracht gezogen werden kann, um sicherzustellen, dass die Laufzeiten der Trennkolben einschließlich der mit diesen verbundenen Teilen des Verbindungselements zu den Stromleitern gleich sind, so dass die Stromleiter gleichzeitig durchtrennt werden. Ferner ermöglicht die Sollbruchstelle eine einfachere Durchtrennung des Verbindungselements, so dass für die Durchtrennung des Verbindungselements ein geringerer Anteil der von dem pyrotechnischen Antrieb bereitgestellten Energiemenge aufgebracht werden muss. Damit verbleibt ein größerer Anteil der freigesetzten Energie für die Beschleunigung der Trennkolben.
  • Bevorzugt ist die Sollbruchstelle im Wesentlichen in der Mitte des Verbindungselements angeordnet, so dass das Verbindungselement im Wesentlichen in zwei gleich große Teile durchtrennbar ist.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist die Sollbruchstelle in einem verjüngten Bereich des Verbindungselements angeordnet oder durch diesen selbst gebildet.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Trennkolben in unterschiedliche Richtungen bewegbar. Dies wird durch die Ausbreitung eines durch das Antriebselement freigesetzten Druckgases in einem zumindest teilweise zwischen den Trennkolben gelegenen Bereich, vorzugsweise einem zentralen Bereich der Druckkammer ermöglicht, wodurch eine besonders effiziente Beaufschlagung der Trennkolben und somit eine besonders schnelle und zuverlässige Durchtrennung der Stromleiter und gegebenenfalls auch des Verbindungselements erreicht wird.
  • Je nach zur Verfügung stehendem Bauraum und/oder nach Anzahl der zu durchtrennenden Stromleiter können wenigstens zwei der Trennkolben in entgegengesetzte Richtungen bewegbar sein und/oder wenigstens zwei der Trennkolben quer zueinander bewegbar sein.
  • Zur Erreichung einer möglichst kompakten Bauform erstrecken sich das Antriebselement und die Trennkolben vorzugsweise in einer Ebene. Beispielsweise können die Trennkolben und das Antriebselement T-förmig angeordnet sein, wobei sich die Trennkolben in einer Richtung erstrecken, während das Antriebselement dazu rechtwinklig orientiert ist. Grundsätzlich ist aber auch eine Y-förmige Anordnung der Trennkolben und des Antriebselements denkbar. Darüber hinaus lassen sich die Trennkolben auch kreuz-, X-förmig oder sternförmig anordnen, so dass eine entsprechend höhere Zahl von Trennkolben durch ein einziges pyrotechnisches Antriebselement beaufschlagbar ist. Dabei ist das die Trennkolben verbindende Verbindungselement ebenso entsprechend kreuz-, X-förmig oder sternförmig ausgebildet. Gegebenenfalls können auch mehrere Verbindungselemente verwendet werden, um beispielsweise jeweils zwei Trennkolben miteinander zu verbinden.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Trennkolben und das Verbindungselement einstückig ausgebildet. Die Trennkolben und das Verbindungselement können zum Beispiel einstückig gegossen werden, beispielsweise durch ein Spritzgussverfahren.
  • Alternativ kann das Verbindungselement auch mit zumindest einem der Trennkolben durch eine Schweiß-, Rast- oder Klemmverbindung verbunden sein. Damit lässt sich ebenfalls eine besonders einfache und günstige Verbindung zwischen Verbindungselement und Trennkolben realisieren.
  • Des Weiteren können die Trennkolben jeweils mit einem Teil des Verbindungselements hergestellt, z.B. einstückig gegossen, und anschließend miteinander verbunden werden, zum Beispiel durch einen Fügeprozess, wie z.B. Ultraschallschweißen. Die hieraus resultierende Fügestelle kann dabei die oben erwähnte Sollbruchstelle des Verbindungselements bilden.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Halteeinrichtung vorgesehen, um die durch das Verbindungselement verbundenen Trennkolben in einer gewünschten Position in der Druckkammer zu positionieren. Bevorzugt ist die Halteeinrichtung als einstückiges Bauelement, insbesondere als Spritzgussteil, ausgebildet.
  • Die Halteeinrichtung ist bevorzugt auf einer dem Antriebselement gegenüberliegenden Seite der Druckkammer angeordnet.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Halteeinrichtung eine Halterung auf, die zum Halten des Verbindungselements ausgebildet ist. Die Halterung kann mit dem Verbindungselement insbesondere eine Rast- oder Clipsverbindung bilden. Hierdurch lassen sich das Verbindungselement und die damit verbundenen Trennkolben schnell und einfach an der Halterung montieren und somit in einfacher Weise im Gehäuse fixieren.
  • Bevorzugt bildet die Halterung eine Rast- oder Clipsverbindung mit dem verjüngten Bereich des Verbindungselements. Der verjüngte Bereich definiert einen Abschnitt des Verbindungselements, der in die Halterung eingerastet oder eingeclipst werden kann. Somit lassen sich das Verbindungselement und die damit verbundenen Trennkolben auf einfache Weise korrekt, z.B. zentriert, im Gehäuse fixieren.
  • Ferner weist die Halteeinrichtung bevorzugt mindestens eine Umlenkeinrichtung auf, um den durch das Antriebselement erzeugten Druckimpuls zu den Trennkolben umzuleiten. Hierdurch kann der von dem Antriebselement erzeugte Druckimpuls effektiver genutzt und das Antriebselement kleiner dimensioniert werden.
  • Um eine möglichst schnelle und zuverlässige Unterbrechung des Stromkreises sicherzustellen, weist jeder Trennkolben bevorzugt mindestens einen Trennmeißel zum Durchtrennen eines entsprechenden Stromleiters auf.
  • Eine noch schnellere und zuverlässigere Durchtrennung der Stromleiter wird außerdem erreicht, wenn diese jeweils eine Trennstelle besitzen, an welcher die Stromleiter eine reduzierte Stärke aufweisen.
  • Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand einer vorteilhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Trennvorrichtung mit offenem Gehäuse;
    Fig. 2
    eine weitere perspektivische Ansicht der Trennvorrichtung von Fig. 1 mit geschlossenem Gehäuse;
    Fig. 3
    eine Draufsicht auf die Trennvorrichtung von Fig. 2;
    Fig. 4
    eine seitliche Ansicht der kürzeren Seite der Trennvorrichtung von Fig. 2;
    Fig. 5
    eine seitliche Ansicht der längeren Seite der Trennvorrichtung von Fig. 2;
    Fig. 6
    eine perspektivische Ansicht zweier durch das Verbindungselement verbundener Trennkolben und einer Halteeinrichtung der Trennvorrichtung von Fig. 1;
    Fig. 7
    eine Draufsicht auf die in Fig. 6 gezeigte Anordnung; und
    Fig. 8
    eine seitliche Ansicht der in Fig. 6 gezeigten Anordnung.
  • Die in Fig. 1 bis Fig. 5 gezeigte Trennvorrichtung 10 umfasst ein Gehäuse 12, von dem in Fig. 1 nur ein unterer Teil dargestellt ist. In dem Gehäuse 12 sind zwei schienenartige Stromleiter 14, 16 angeordnet. Die Stromleiter 14, 16 sind beispielsweise aus mehrfach umgebogenen Metallblechstreifen gebildet und aus dem Gehäuse 12 herausgeführt. Im Bereich ihrer Enden weisen die Stromleiter 14, 16 jeweils ein Anschlussstück 18 auf, welches eine elektrische Anschlussverbindung der Stromleiter 14, 16 an einen Stromkreis ermöglicht.
  • In dem Gehäuse 12 ist ferner ein pyrotechnisches Antriebselement 20 angeordnet. Das Antriebselement 20 umfasst einen einen pyrotechnischen Treibstoff bzw. Brennstoff beherbergenden Bauraumabschnitt 22, der in das Innere des Gehäuses 12 weist. An seiner dem Bauraumabschnitt 22 abgewandten Rückseite umfasst das Antriebselement 20 ferner einen zumindest teilweise aus dem Gehäuse 12 herausragenden Kontaktierabschnitt 24, welcher einen elektrischen Anschluss des Antriebselements 20 an eine Steuereinheit zur Auslösung der Trennvorrichtung 10 ermöglicht. Das Antriebselement 20 ist bevorzugt druckfest mit dem Gehäuse 12 verbunden, beispielsweise indem es mit dem Gehäuse 12 verschweißt oder verklebt ist.
  • Der Bauraumabschnitt 22 des Antriebselements 20 begrenzt einen Zentralabschnitt 26 eines durch das Gehäuse definierten Druckraums 28, der auch als Druckkammer bezeichnet wird. Der Druckraum 28 umfasst ferner zwei sich von dem Zentralabschnitt 26 ausgehend in entgegengesetzte Richtungen erstreckende Trennkolbenabschnitte 30, in denen jeweils ein Trennkolben 32 verschiebbar gelagert ist, was aus Fig. 1 ersichtlich ist.
  • Jeder Trennkolben 32 weist an seiner zum Zentralabschnitt 26 weisenden Rückseite eine Ausnehmung 48 auf, die zu einer besseren Aufnahme des durch das Antriebselement 20 erzeugten Druckimpulses und Umsetzung desselben in eine Beschleunigung des Trennkolbens 32 beiträgt.
  • An der dem Zentralabschnitt 26 abgewandten Vorderseite jedes Trennkolbens 32 ist ein Trennmeißel 34 ausgebildet, der in Richtung einer Trennstelle 36 des dem Trennkolben 32 jeweils zugeordneten Stromleiters 14, 16 weist.
  • In einer Normal- oder Ruheposition, d.h. also vor einer Auslösung der Trennvorrichtung 10, befindet sich ein Verbindungselement 38 zwischen den Trennkolben 32, das die Trennkolben 32 mechanisch starr miteinander verbindet.
  • Im Gehäuse 12 ist eine Halteeinrichtung 40 vorgesehen, die dem Antriebselement 20 gegenüberliegend am Zentralabschnitt 26 angeordnet ist und die eine Halterung 42 aufweist, welche mit einem verjüngten Bereich 44 in der Mitte des Verbindungselements 38 eine Rastverbindung ausbildet, was insbesondere aus Fig. 6, 7 und 8 ersichtlich ist, indem es diesen teilweise umgreift und dadurch das Verbindungselement 38 und die Trennkolben 32 in der Normal- oder Ruheposition im Gehäuse 12 fixiert.
  • Wird die Trennvorrichtung 10 bei einer Aktivierung des Antriebselements 20 ausgelöst, so zündet der in dem Bauraumabschnitt 22 befindliche Brennstoff. Der Bauraumabschnitt 22 platzt an seiner zum Zentralabschnitt 26 weisenden Vorderseite auf. Durch das durch die Umsetzung des Brennstoffs freigesetzte Gas baut sich in dem Druckraum 28 ein Gasdruck auf, so dass die dem Zentralabschnitt 38 zugewandten Seiten der Trennkolben 32 mit einem Druckimpuls beaufschlagt werden.
  • Die Trennkolben 32 werden durch das Verbindungselement 38 so lange zusammengehalten, bis die durch das freigesetzte Gas auf die Trennkolben 32 wirkenden Kräfte so groß werden, dass es das Verbindungselement 38 an einer Sollbruchstelle, die im verjüngten Bereich 44 angeordnet ist oder durch diesen gebildet wird, zerreißt.
  • Aufgrund der Verbindung der Trennkolben 32 durch das Verbindungselement 38 können sich die Trennkolben 32 erst dann entlang der Trennkolbenabschnitte 30 in Bewegung setzen, wenn das Verbindungselement 38 durchtrennt ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass sich die beiden Trennkolben 32 im Wesentlichen gleichzeitig auf die ihnen zugeordneten Stromleiter 14, 16 zu bewegen, um diese zu durchtrennen.
  • Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, sind das Verbindungselement 38 und die damit verbundenen Trennkolben 32 in Normal- oder Ruheposition zentriert zwischen den Stromleitern 14, 16 angeordnet. Durch die symmetrische Anordnung der Trennkolben 32 relativ zu den Stromleitern 14, 16 sind die Abstände der Trennkolben zu ihren jeweiligen zu durchtrennenden Stromleitern 14, 16 gleich lang. Durch die symmetrische Anordnung ist sichergestellt, dass die Trennkolben 32 bei Aktivierung der Trennvorrichtung 10 nicht nur gleichzeitig in Bewegung gesetzt werden, sondern die Stromleiter 14, 16 und die damit verbundenen Stromkreise jeweils auch gleichzeitig durchtrennen. Mit anderen Worten wird ein synchroner Bewegungsablauf der Trennkolben 32, in dem Sinne, dass diese gleichzeitig in Bewegung gesetzt werden und auch gleichzeitig die Stromleiter 14, 16 durchtrennen, erreicht.
  • Wie insbesondere aus Fig. 8 ersichtlich ist, weist die dem Antriebselement 20 gegenüberliegende Halteeinrichtung 40 beispielsweise sphärisch oder parabolisch ausgebildete Oberflächenbereiche 46 auf. Die Oberflächenbereiche 46 sind insbesondere so geformt, dass bei Auslösung des Antriebselements 20 der in der Druckkammer 28 aufgebaute Druckimpuls in optimaler Weise auf die dem Zentralabschnitt 26 zugewandten Seiten der Trennkolben 32 gelenkt wird. Dies trägt zu einer effizienteren Ausnutzung des von dem Antriebselement 20 erzeugten Druckimpulses und zu einer optimalen Beschleunigung der Trennkolben 32 bei.
  • Wie insbesondere aus Fig. 6 ersichtlich ist, weist jeder Trennkolben 32 an seiner Außenseite zwei gegenüberliegende Führungsabschnitte 50 auf, die in entsprechend ausgebildeten Aussparungen des Gehäuses geführt sind, um für eine verbesserte Führung der Trennkolben 32 bei einer Bewegung aus der Normal- oder Ruheposition hin zu den Stromleitern 14, 16 zu sorgen.
  • Das Verbindungselement 38 ist in einem Bereich 52, der im Wesentlichen in der Mitte der Ausnehmung 48 liegt, mit jedem Trennkolben 32 verbunden und erstreckt sich zumindest annähernd entlang der Längsmittelachsen der im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildeten Trennkolben 32. Dadurch verläuft das Verbindungselement 38 etwa mittig durch den Zentralabschnitt 26 des Druckraums 28, wie dies beispielsweise aus Fig. 1 oder Fig. 8 ersichtlich ist, und der die Sollbruchstelle umfassende verjüngte Bereich 44 des Verbindungselements 38 ist in der Druckkammer 28 direkt gegenüber dem Bauraumabschnitt 22 positioniert. Hierdurch ist die Sollbruchstelle bei Aktivierung des Antriebselements 20 dem freigesetzten Gas unmittelbar ausgesetzt, so dass die Durchtrennung des Verbindungselements 38 direkt durch das auftreffende freigesetzte Gas und/oder indirekt durch die Zugkräfte erfolgt, die durch die aufgrund des Druckimpulses auseinanderstrebenden Trennkolben auf das Verbindungselement ausgeübt werden.
  • Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, weist die Halteeinrichtung 40 ferner Rastnasen 54 auf. Die Halteeinrichtung 40 kann in Montageposition in einer Aussparung des Gehäuses 12 angeordnet sein, so dass ein Wandabschnitt des Gehäuses 12 in den Bereich zwischen den Rastnasen 54 und einer Seitenfläche 56 der Halteeinrichtung 40 eingreift und dadurch die Halteeinrichtung 40 am Gehäuse 12 fixiert wird.
  • Zur Ausbildung einer druckfesten Verbindung zwischen der Halteeinrichtung 40 und dem Gehäuse 12 kann die Halteeinrichtung 40 ferner mit dem Gehäuse 12 verschweißt sein. Die Rastnasen 54 wirken dann insbesondere als Zugentlastungen, um die auf die Halteeinrichtung 40 wirkende Kraft, die durch das von dem Antriebselement 20 freigesetzte Gas in der Druckkammer 28 erzeugt wird, auf das Gehäuse 12 abzuleiten und damit eine Beschädigung der druckfesten Verbindung zwischen der Halteeinrichtung 40 und dem Gehäuse 12 zu vermeiden.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Trennvorrichtung
    12
    Gehäuse
    14
    Stromleiter
    16
    Stromleiter
    18
    Anschlussstück
    20
    pyrotechnisches Antriebselement
    22
    Bauraumabschnitt
    24
    Kontaktierabschnitt
    26
    Zentralabschnitt
    28
    Druckkammer
    30
    Trennkolbenabschnitt
    32
    Trennkolben
    34
    Trennmeißel
    36
    Trennstelle
    38
    Verbindungselement
    40
    Halteeinrichtung
    42
    Halterung
    44
    verjüngter Bereich
    46
    Oberflächenbereich
    48
    Ausnehmung
    50
    Führungsabschnitt
    52
    Bereich
    54
    Rastnase
    56
    Seitenfläche

Claims (15)

  1. Pyromechanische Trennvorrichtung (10) mit einem eine Druckkammer (28) bildenden Gehäuse (12) und mindestens zwei in der Druckkammer (28) angeordneten Trennkolben (32), die bei Beaufschlagung mit einem durch ein pyrotechnisches Antriebselement (20) erzeugten Druckimpuls relativ zu dem Gehäuse (12) bewegbar sind, um wenigstens zwei in dem Gehäuse (12) angeordnete Stromleiter (14, 16) zu durchtrennen,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Trennkolben (32) durch ein Verbindungselement (38) miteinander verbunden sind, welches bei Beaufschlagung der Trennkolben (32) mit dem Druckimpuls durchtrennbar ist.
  2. Pyromechanische Trennvorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Verbindungselement (38) die Trennkolben (32) mechanisch starr miteinander verbindet.
  3. Pyromechanische Trennvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die durch das Verbindungselement (38) verbundenen Trennkolben (32) derart in dem Gehäuse (12) angeordnet sind, dass die Stromleiter (14, 16) im Wesentlichen gleichzeitig durch die Trennkolben (32) durchtrennbar sind.
  4. Pyromechanische Trennvorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Verbindungselement (38) zwischen den Trennkolben (32) in der Druckkammer (28) angeordnet ist.
  5. Pyromechanische Trennvorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Verbindungselement (38) mindestens eine Sollbruchstelle aufweist.
  6. Pyromechanische Trennvorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Trennkolben (32) in unterschiedliche Richtungen bewegbar sind.
  7. Pyromechanische Trennvorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    wenigstens zwei der Trennkolben (32) in entgegengesetzte Richtungen bewegbar sind.
  8. Pyromechanische Trennvorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Trennkolben (32) und das Verbindungselement (38) einstückig ausgebildet, insbesondere gegossen, sind.
  9. Pyromechanische Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Verbindungselement (38) mit zumindest einem der Trennkolben (32) durch eine Schweiß-, Rast- oder Klebeverbindung verbunden ist.
  10. Pyromechanische Trennvorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Halteeinrichtung (40) vorgesehen ist, um die durch das Verbindungselement (32) verbundenen Trennkolben (32) in einer gewünschten Position in der Druckkammer (28) zu positionieren.
  11. Pyromechanische Trennvorrichtung nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Halteeinrichtung (40) eine Halterung (42) für das Verbindungselement (38) aufweist.
  12. Pyromechanische Trennvorrichtung nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Verbindungselement (38) einen verjüngten Bereich (44) aufweist, den die Halterung (42) zumindest teilweise umschließt, um das Verbindungselement (38) in einer gewünschten Position zu fixieren.
  13. Pyromechanische Trennvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Halterung (42) mit dem Verbindungselement (38), insbesondere einem verjüngten Bereich (44) des Verbindungselements (38), eine Rastverbindung bildet.
  14. Pyromechanische Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Halteeinrichtung (40) mindestens eine Umlenkeinrichtung (46) aufweist, um den durch das Antriebselement (20) erzeugten Druckimpuls zu den Trennkolben (32) umzuleiten.
  15. Pyromechanische Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Halteeinrichtung (40) auf einer dem Antriebselement (20) gegenüberliegenden Seite der Druckkammer (26) angeordnet ist.
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