EP3152777A1 - ELEKTRISCHES UNTERBRECHUNGSSCHALTGLIED, INSBESONDERE ZUM UNTERBRECHEN VON HOHEN STRÖMEN BEI HOHEN SPANNUNGEn - Google Patents

ELEKTRISCHES UNTERBRECHUNGSSCHALTGLIED, INSBESONDERE ZUM UNTERBRECHEN VON HOHEN STRÖMEN BEI HOHEN SPANNUNGEn

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EP3152777A1
EP3152777A1 EP15742175.1A EP15742175A EP3152777A1 EP 3152777 A1 EP3152777 A1 EP 3152777A1 EP 15742175 A EP15742175 A EP 15742175A EP 3152777 A1 EP3152777 A1 EP 3152777A1
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EP
European Patent Office
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sabot
extinguishing agent
region
circuit breaker
compression
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EP15742175.1A
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EP3152777B1 (de
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Peter Lell
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Publication of EP3152777B1 publication Critical patent/EP3152777B1/de
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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

  • Electric circuit breaker in particular for
  • the invention relates to an electrical interrupting switching element, in particular for interrupting high currents at high voltages, having the features of the preamble of patent claim 1.
  • Such switching elements are used, for example, in power plant and motor vehicle technology for the defined and rapid disconnection of electrical power circuits in an emergency. There is a requirement for such a switching element that its triggering and interruption function must be reliably guaranteed even without maintenance even after up to 20 years. Furthermore, such a switching element must not pose any additional danger potential due to hot gas, particles, pieces of throw, plasma or high voltages induced in the switched-off circuit.
  • a possible field of application in motor vehicle technology is the defined irreversible disconnection of the on-board cabling from the car battery or drive battery shortly after an accident, in order to avoid sources of ignition by sparks and plasma, which are caused, for example, by cable insulation being chafed by loose body panels during the accident or loose Press cable ends against each other or against sheet metal parts and scrub. If gasoline runs out in an accident at the same time, such ignition sources can ignite flammable gasoline-air mixtures that collect under the bonnet, for example. Further applications are the electrical separation of an assembly from the electrical system in the event of a short circuit in the relevant module, for example in an electric auxiliary heater or in an electric brake, as well as the emergency shutdown of a lithium battery, such as today in electric and hybrid vehicles, and in aircraft Application come.
  • pyrotechnic fuses which are actively driven to trigger.
  • DE 2 103 565 describes a circuit breaker which comprises a metallic housing, which is connected to two mutually projecting connection areas, each having a conductor end of a conductor to be protected. The current path runs over the housing.
  • a pyrotechnic element is provided, which is formed by an explosive charge.
  • the explosive charge can be activated by an electric igniter, which comprises an ignition element which is vaporized by a feed current.
  • the housing is filled with an insulating liquid.
  • the axially extending housing has a circumferential groove along which the housing ruptures when the explosive charge is ignited.
  • the housing is thereby broken into two electrically separate parts, so that the relevant circuit is separated. The resulting in the separation of a circuit with a very high current plasma is extinguished in this circuit breaker by the atomized insulating liquid.
  • the triggering can be done in a car, for example, by the signal of a shock sensor.
  • a self-triggering for the separation of the circuit in an overload of the conductor to be protected is not provided in this known device, because the entire sleeve would have to be heated to the triggering temperature and then a detonati- ve implementation would not be reached safely. Because an explosive can hardly be ignited by simply heating the sleeve, i. be brought to the detonative implementation. However, this would be e.g. necessary in the housing shape described in DE 2 103 565.
  • a corresponding switching element should therefore not only have a triggerable triggering possibility, but also have the function of a conventional high-current fuse in the form of a fuse, which can be handled safely by anyone, as is the case with conventional fuses.
  • Such high-current fuses have the disadvantage of fluctuating within a wide bandwidth turn-off after reaching the rated current level of the fuse.
  • a cable secured therewith can therefore only with regard to its current carrying capacity to a very small extent, e.g. 30% are utilized, since in case of overload otherwise, for example, a cable fire can occur.
  • an emergency switch for electrical circuits which allows both a self-triggering and a triggerable triggering.
  • an electrical conductor is used, which has a pyrotechnic soul. This can for example consist of a propellant charge powder.
  • the pyrotechnic core can be ignited by the heating of the electrical conductor when an admissible current intensity (nominal current intensity) is exceeded.
  • a controllable ignition device for example in the form of a filament.
  • the switching element has a housing, which comprises a contact unit, wherein the contact unit has two fixedly connected to the housing or integrally formed terminal contacts for supplying and discharging an electrical current to be switched and wherein the two terminal contacts in the initial state of the switching element within the housing electrically are conductively connected.
  • an activatable material is provided, which generates after activating a gas pressure for acting on the contact unit, wherein the electrically conductive connection is separated by the application of the gas pressure.
  • the contact unit comprises a relative to the fixed terminal contacts under the action of the gas pressure generated movable contact element which is moved by the application of the generated gas pressure in the direction of the axis of the contact unit from its initial position to an end position in which interrupted the electrical connection via the contact unit is.
  • This switching element is designed so that no movement of parts occurs to the outside. In addition, no hazardous gases or fractions escape when activated.
  • this switching unit is only limitedly suitable for switching off higher voltages, since then there is the danger that an arc will be drawn by the interruption of the separation area as a result of the moving apart of the torn ends of the separation area.
  • the present invention seeks to provide a pyrotechnic interruption switch, in particular for interrupting high currents at high voltages, in which also the switching off of high currents at high voltages by avoiding a current maintained by an arc sure is guaranteed.
  • a switching element to be created, which is completely safe and safe to produce in a simple and cost-effective manner.
  • an activatable material can be used for carrying out the switching operation, which only generates a sufficiently high gas pressure without detonations, as in a detonative reaction Shock waves would have to be generated, which are not acceptable for safety reasons in the manufacture of the switching element or its handling.
  • the electrical interruption switching element has a housing which surrounds a contact unit defining the current path through the interruption switching element.
  • a propellant charge is provided which is a gas-generating, activatable material includes.
  • the contact unit has a first and a second terminal contact, an upsetting area, a separation area and a sabot.
  • the propellant charge and the contact unit are designed such that a current to be interrupted can be supplied via the first connection contact and can be dissipated therefrom via the second connection contact and that upon ignition of the propellant charge the propellant is subjected to a gas pressure generated by the gas-generating activatable material in that the sabot in the housing moves in a direction of movement from a starting position to an end position and plastically deforms the swaged area, the separating area being completely separated and in the end position of the sabot reaching an isolation distance between the severed ends of the separating area.
  • the isolation distance is chosen so that it is sufficient for each voltage to be switched.
  • an extinguishing agent such that the volume for receiving the extinguishing agent is reduced by the movement of the sabot and / or by the compression process of the compression area such that the extinguishing agent through at least one discharge channel connecting the volume for receiving the extinguishing agent with the space in which the separation area is located, for extinguishing or for avoiding the generation of an arc is injected between the ends of the separation area.
  • the volume may be provided for receiving the extinguishing agent within the compression area.
  • the volume for receiving the extinguishing agent is reduced by the compression process and the extinguishing agent is injected through the at least one discharge channel in the space between the separated ends of the separation region of the contact unit. An arc can be extinguished or prevented from its formation.
  • the swage area can be designed with regard to the material and the geometry such that the wall of the swaged area is folded, preferably meander-shaped, as a result of the swaging movement.
  • the swaged region can be hollow-cylindrical and preferably annular in cross-section. Inside the hollow cylinder so the extinguishing agent can be introduced. An annular cross-section favors, over the circumference, uniform folding of the hollow cylinder wall during the upsetting process. The expulsion of the extinguishing agent from the receiving volume can be carried out unhindered by the entry of wall parts in the discharge path.
  • the extinguishing agent may be provided in at least one closed, preferably flexible shell which can be destroyed by the swaging operation within the swage region. It is not absolutely necessary to close the at least one discharge channel and to open it only during the switching process. In addition, the extinguishing agent can be very easily introduced into the receiving volume. It is also possible to use a plurality of destructible shells in the form of microspheres, the shell of which is destroyed under the pressure generated by the volume reduction (and possibly that of the gas generated by the activatable material), so that the extinguishing agent is released.
  • a rigid container such as a glass or plastic container, which may be formed as a glass or plastic tube, as a destructible shell, wherein preferably a certain area of the glass container is provided with a predetermined breaking point, which provided in the region of the discharge channel can be.
  • the at least one discharge channel may be formed like a nozzle at least in an area in front of the discharge opening. In this way, a favorable for the deletion process delivery in terms of the direction, the cross-section and the speed of the extinguishing agent to be dispensed can be achieved.
  • the discharge channel can be designed so that the jet of extinguishing agent is directed to the stationary separated end of the separation region.
  • the extinguishing agent into a receiving volume lying outside the swage area, in order then to move the extinguishing agent through the movement of the sabot through one or more channels in the sabot into the combustion chamber. to inject space.
  • the one or more channels have at least one inlet opening for the extinguishing agent, through which the extinguishing agent from the receiving volume in the channel or channels, and at least one discharge opening, from which the extinguishing agent is discharged.
  • the at least one dispensing opening can here also be positioned and the course of the relevant channel can be formed, at least in a sufficiently long area in front of the dispensing opening, such that a dispensing jet for the extinguishing agent with the desired parameters, such as dispensing speed, diameter, direction, etc. , results.
  • substances in the combustion chamber are preferably explosives, in particular nitrocellulose suitable, which are ignited by lighters or brought to implementation.
  • flammable gases in particular liquefied gases or other fuels, may also be used together with liquid, solid or gaseous oxidizers which are reacted by lighters, electrical discharges, heat wires or explosion wires.
  • propellant charge in the sense of the present description is understood to include below all substances or substance mixtures which, after activation, generate gases or vapors which exert the desired pressure on the sabot in any manner.
  • Suitable extinguishing agent is any medium that can be expelled from the receiving volume in a suitable manner under the pressure in question.
  • it can be designed as an extinguishing fluid, as a gaseous, gelatinous, foamy or even multiphase medium.
  • the at least one discharge channel may be closed, preferably in the region of the at least one discharge opening, by a membrane which can be destroyed during the triggering operation of the interruption switching element. This is at least necessary if the extinguishing agent is such that it can already emerge from the receiving volume in the initial state of the switching element.
  • the one or more discharge channels are provided in the sabot so that the one or more discharge openings of the discharge channels in the region of the cross section of a, at least in the unseparated state, subsequent to the sabot separating region are formed.
  • the contact unit may have a straight longitudinal axis, along which the sabot is displaceable.
  • the separation area can then be provided adjacent to the sabot and lying in the longitudinal axis and then lie a discharge opening in the longitudinal axis.
  • an extinguishing jet of extinguishing agent can be generated, which lies exactly in the axis, in which most likely will form an arc.
  • switching elements are also conceivable in which the sabot of the contact unit can move in a more or less curved housing, so that switching elements are manufacturable, in which both power connections are at an angle between 1 ° and 360 °, preferably less than 45 ° , 90 ° or 180 °.
  • the sabot would thus move in a 180 ° bent housing after triggering and breaking the land area in a semicircle in the housing, so that both power connections come to rest on the same side.
  • the sabot may be formed in two parts, wherein a second sabot portion consisting of an insulating material surrounds and urges a first sabot portion fixed to or integrally formed with the contact unit, and wherein the second sabot portion is preferably sealed against the first sabot portion and the housing is.
  • a second sabot portion consisting of an insulating material surrounds and urges a first sabot portion fixed to or integrally formed with the contact unit, and wherein the second sabot portion is preferably sealed against the first sabot portion and the housing is.
  • This variant allows the use of a conductive material, in particular a metal, at least for the inner wall of the housing, whereby, due to the strength of the metal, a small construction of the switching element is possible.
  • the separation region and the propellant charge can be designed so that the separation area is torn open during ignition of the propellant charge or at least partially ruptured and completely separated by a displacement movement of the sabot.
  • the propellant can be arranged at least partially within the separation area.
  • the separation area is torn over the circumference completely or at least partially.
  • the complete separation takes place by the sliding movement of the sabot and thus still connected after the separation part of the separation area, whereby the compression area is upset.
  • the separation area can also be designed so that when igniting the propellant charge two non-destructively separable parts of the separation area are pushed apart by a sliding movement of the sabot.
  • the contact unit can have at least two partial contact units, each of which has an upsetting area, a separating area and a sabot.
  • the partial contact units can then each be designed such that upon ignition of the propellant each sabot is acted upon by a gas pressure generated by the gas generating material gas pressure that moves the respective sabot in the housing in a direction of movement from an initial position to an end position and thereby the associated compression area is plastically deformed, wherein the respective separation area is completely separated and in the end position of the respective sabot an isolation distance between the separated ends of the respective separation area is reached.
  • the extinguishing agent is provided such that the volume for receiving the extinguishing agent is reduced by the movement of one, several or all sabot and / or by the compression process of one or more or all compression areas such that the extinguishing agent by a respective discharge channel, the volume for receiving the extinguishing agent connects to the space in which there is an associated separation area, for extinguishing or to avoid the emergence of an arc between the ends of the respective separation area is injected.
  • Such a serial multiple interruption has the advantage that during a simultaneous interruption process only a proportionate voltage between the réellet Marieden ends of the separation areas is applied and so the risk of an arc is reduced.
  • two partial contact units are provided and the contact unit and the housing are mirror-symmetrical with respect to a central plane, wherein the separation areas and the sabot are preferably provided outside of the upsetting areas arranged therebetween.
  • the mechanical movements run in opposite directions and thus at least largely compensate outwards.
  • the motions of the sabot and the associated upsetting of the swaged areas may act on a single, common volume for an extinguishing agent, but with dispensing channels provided for each of the subcontact units.
  • the common volume for receiving the extinguishing agent can be provided within the mutually facing compression areas of the partial contact units.
  • each partial contact unit can be assigned a separate partial propellant charge and a controllable device for the active and substantially simultaneous ignition of the separate partial propellant charges can be provided.
  • a controllable device for the active and substantially simultaneous ignition of the separate partial propellant charges can be provided.
  • the housing itself may be provided as a tube with screwed or crimped on both sides lids, preferably from a cup-like part into which a lid is screwed together with the entire contact unit.
  • the housing may also be formed in one piece, provided that its material is well formed, for example by crimping or bending.
  • the housing can also be made of several parts to a one-piece housing, for example by gluing or welding of the individual parts.
  • An integral arrangement of one or more contact units in a higher-level collecting housing or in a higher-level payload module is also possible.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a first embodiment of a breaker circuit according to the invention in the initial state.
  • Fig. 2 is a longitudinal section through the embodiment in Fig. 1 in the triggered
  • Fig. 3 is a longitudinal section through a second embodiment of a breaker circuit according to the invention in the initial state
  • Fig. 4 is a longitudinal section through the embodiment in Fig. 2 triggered
  • FIG. 5 shows a longitudinal section through a third embodiment of a disconnection switching element according to the invention in the form of a multi-interrupting switching element in the initial state
  • Fig. 6 is a longitudinal section through the embodiment in Fig. 5 triggered
  • Fig. 8 is a longitudinal section through the embodiment in Fig. 7 in the triggered
  • an interrupting switching element 1 comprises a housing 3, in which a contact unit 5 is arranged.
  • the housing 3 is designed such that it withstands a pressure generated within the housing, which is generated during a pyrotechnic activation of the interruption switching element 1, without the risk of damage or even bursting.
  • the housing may in particular consist of a suitable metal.
  • an insulating layer 7 may be provided on the inner wall of the housing, which consists of a suitable insulating material, for example a plastic.
  • the housing can be made entirely of an insulating material, in particular a suitable plastic.
  • the wall thickness of the housing 3 will usually be thicker than in the case of a metallic housing at low voltages.
  • the contact unit 5 is formed in the illustrated embodiment as a continuous switching tube 9.
  • the switching tube 9 has in the illustrated embodiment, a first terminal contact 1 1 with a larger diameter and a second terminal contact 13 with a smaller diameter.
  • a radially outwardly extending flange 15 connects, which is supported on an annular insulator member 17, which consists of an insulating material, such as a plastic, such that the switching tube 9 is not in the axial direction the housing 3 can be moved out.
  • the insulator element 17 has an annular shoulder on which the flange 15 of the switching tube 9 is supported.
  • the insulator element 17 insulates the housing against over the switching tube 9.
  • the annular insulator element 17 has an inner diameter in an axially outer region, which essentially corresponds to the outer diameter of the switching tube 9 in the region of the first connection contact 11. As a result, a sealing effect is achieved which is reinforced by an additional, annular sealing element 19, for example an O-ring.
  • the insulator element 17 may also be connected to the switching tube 9 via a press fit or be sprayed onto this.
  • the insulator element 17 and thus the switching tube 9 or the contact unit 5 is held on the relevant end face of the interrupting switching element 1 by means of a lock nut 21 in the housing 3 or fixed in this way in the housing 3.
  • the lock nut 21 may be made of metal.
  • the housing 3 can also be formed on the left side shown in Fig. 1 in the assembly of the interruption switching member 1 such that a radially inwardly extending part of the housing, the insulator element 17 is fixed. If the housing is made of plastic, the insulator element 17 can also be dispensed with.
  • the switching tube 9 has an adjoining the flange 15 in the axis of the switching tube 9 compression region 23.
  • the wall thickness of the switching tube 9 is in
  • Upset region 23 which has a predetermined axial extent, chosen and matched to the material that results in a triggering of the interruption switching element 1 due to a plastic deformation of the switching tube 9 in the swage region 23, a shortening of the swaged portion in the axial direction by a predetermined distance.
  • a sabot 25 Adjoining the compression region 23 in the axial direction of the switching tube 9 to a sabot 25, which is formed in two parts in the illustrated embodiment.
  • a first sabot part 25a is formed integrally with the switching tube 9 and extends radially to almost the inner wall of the housing 3 to the outside.
  • a second sabot portion 25b which in the illustrated embodiment consists of an insulating material, for example a suitable plastic, surrounds the switching tube with the first sabot portion 25a such that between the outer periphery of the first sabot portion 25a and the inner wall of the housing 3, an insulating region of the second sabot portion 25b engages.
  • the sabot portions 25a, 25b are formed so that the second sabot portion transmits the respective force in the axial direction to the first sabot portion 25a when pressure is applied from the side facing away from the crush portion 23.
  • This force is chosen so that during the triggering operation of the interruption switching member 1 results in a compression of the swage area, the sabot 25 is moved from its initial position (status before the release of the interruption switch 1) in an end position (after completion of the switching operation).
  • the second sabot portion can be selected such that its outer diameter substantially corresponds to the inner diameter of the housing 3, so that an axial guidance of the second sabot portion 25 b and thus also an axially guided compression movement during the switching operation is achieved.
  • the second sabot part 25b can also have an annular region extending into the compression region 23 in the axial direction, which cooperates with a corresponding annular region of the insulator element 17, which likewise extends into the compression region 23 in the axial direction.
  • the annular region of the insulator element 17 can define an annular gap between its axial outer wall and the axial inner wall of the housing 3, in which the annular region of the second blowing mirror part 25b which bears against the inner wall of the housing 3 is moved in axially.
  • annular gap defined by the annular region of the insulator element 17 is selected to be slightly smaller than the wall thickness of the annular region of the second sabot part 25b, a secure fixation of the sabot 25 results in the triggered state, ie in the end position of the sabot 25b.
  • a separation region 27 connects, which in turn is adjacent in the axial direction of a flange 29 of the switching tube 9.
  • the second connection contact 13 of the switching tube 9 then adjoins the flange 29.
  • the flange 29 in turn serves to securely fix the switching tube 9 or the contact unit 5 in the axial direction in the housing 3.
  • This purpose is served by a radially inwardly extending annular region 3a of the housing 3 and an insulator element 31 which is provided between a corresponding abutment surface of the flange 29, the inner wall of the frontal ring portion 3a of the housing 3 and the axial inner wall of the housing 3 and which the second terminal contact of the switching tube 9 engages annularly.
  • the second sabot portion 25 b is pushed in the assembly of the interruption switching member from the side of the terminal 13 forth on the switching tube 9 and must therefore be dimensioned so that its inner diameter is greater than or equal to the outer diameter of the flange 29. Since the annular second sabot portion 25b can not be made arbitrarily thin and also the insulator element 31 in the region of the axial inner wall of the annular portion housing wall 3a of the housing 3 must have a predetermined minimum thickness, in this embodiment, a metal plate 32 on the switching tube 9 to the flange 29 pushed, which has a larger outer diameter than the inner diameter of the annular portion 3 a of the housing 3.
  • the metal disc can, for example made of titanium and prevented in case of fire, i. when softening or destroying the insulator member 31, the switching tube 9 leaks out of the housing 3 even if the interruption switch member 1 is released in this state.
  • annular filling piece 33 In the interior of the housing between an end face of the second sabot portion 25b facing away from the swage region 23 and an end wall of the insulating element 31 facing the swage region 23, an annular filling piece 33 is provided, which has an outer diameter substantially corresponding to the inner diameter of the housing 3, and an inner diameter which substantially corresponds to the outer diameter of the flange 29.
  • the filling piece 33 serves to reduce the volume of the interior space between the compression region 23. th end face of the sabot 25, the inner wall of the housing 3, the insulator member 31 and the outer wall of the separation region 27 to reduce, to allow a faster pressure build-up.
  • an ignition device 35 is provided in the axial end of the contact tube 9 in the region of the second connection contact 13.
  • the outer circumference of the ignition device 35 is sealed with respect to the inner wall of the switching tube 9 and the second terminal 13 with a sealing element 37, for example, an O-ring.
  • a sealing element 37 for example, an O-ring.
  • a small shoulder may be provided in the inner wall of the switching tube 9 or of the second connection contact 13, the ignition device being pushed into the switching tube 9 as far as the assembly of the interruption switching element 1 up to the shoulder.
  • a closure element 39 is then screwed into the second connection contact 13. Through an opening of the annular closure element 33, the electrical connection lines of the ignition devices 35 can be led to the outside.
  • the interior of the closure element 39 may be potted, in particular with a suitable epoxy resin. This then serves at the same time to strain relief of the connecting lines 41st
  • the interior of the switching tube 9 in the region of the separating region 27 between the sabot 25 and the ignition device 35 is filled with a propellant charge, for example in powder form.
  • the propellant charge can be activated by the ignition device 35 and, when activated, generates a gas which fills the interior space within the separation region 27.
  • the separation area is dimensioned so that it at least partially ruptures due to the generated gas pressure, so that the gas also penetrates into the surrounding annular space and the gap between the sabot 25 and the filling piece 33.
  • the wall of the switching tube 9 in the separation region 27 may also have one or more openings.
  • propellant charge material can also be provided in the annular space which surrounds the separation region 27.
  • the ignition device may consist of a simple, quickly heatable filament. In the immediate vicinity or applied to the ignition device 35, a primer mixture or a corresponding material may be provided.
  • the activation of the ignition device can be done by a corresponding electrical control.
  • the ignition device 35 may be formed in any other way that causes activation of the propellant charge.
  • a passive activation of the interruption switching element 1 may be provided.
  • the temperature increase of the material of the switching tube 9 in the separation region 27 is utilized.
  • the most direct possible contact between the propellant and the inner wall and / or outer wall of the switching tube 9 should be given in the separation region 27.
  • an easily activatable material in particular a priming mixture, in the immediate vicinity or applied to the inner wall and / or outer wall of the separating region.
  • Fig. 1 shows such a layer of an igniting mixture 43, which is pasty applied to the outer wall of the separation area.
  • a propellant charge should also be provided in the annular space which surrounds the separation region 27, if possible in direct contact with the igniting mixture 43.
  • the electrical resistance, and thus also the thermal behavior of the separation region, can be improved by providing apertures in the wall of the separation region 27 (of course in conjunction with the wall thickness of the separation region and the radii sizing at the junctions of the separation region, which substantially remove heat from the separation region and determine its tearing behavior).
  • the rated current can be defined at which the interruption switching element 1 triggers passively.
  • the inertia can also be determined by such a dimensioning.
  • This force is chosen by a suitable dimensioning of the propellant charge so that the switching tube 9 plastically deformed in the compression region 23 and consequently the sabot is moved in the direction of the first terminal contact 1 1.
  • the propellant charge is dimensioned so that the movement of the sabot 25 takes place in the end position shown in FIG.
  • the separation region 27 is at least partially torn. If the rupture does not occur even before the axial movement of the slosh mirror 25 over the entire circumference of the separation region 27, then a remaining remainder of the separation region, which still causes an electrical contact, is completely ruptured by the axial movement of the sabot 25.
  • the separation area initially does not rupture after activation, but the gas pressure is generated only by corresponding openings in the wall of the separation area in the annular area surrounding the separation area 27.
  • the tearing of the separation region 27 can then take place substantially only by the axial force on the sabot 25, which also leads to its axial movement.
  • the disruption behavior can be further controlled.
  • the gas pressure generated by the burnup can be achieved by introducing readily gasifiable liquids or solids into the space in which the propellant charge is contained or in which the generated hot gases penetrate are well controlled.
  • water for example bound in nitrocellulose or in the form of microcapsules, gels etc., increases the gas pressure considerably.
  • An increase in the gas pressure caused in this way can be even more extreme if the water introduced in the combustion chamber is brought to bumping, in particular because the strongly heated water experiences a pressure fall when the separating region breaks open.
  • the interior of the swage region 23 and optionally also a channel-like region of the interior of the switching tube 9 can be filled with an extinguishing agent 45 in the area of the sabot 25.
  • the extinguishing agent may be formed as a liquid, gaseous, gel-like, foam-like or as a multi-phase extinguishing agent.
  • a multiphase extinguishing agent could be, for example, a gas-containing liquid or a solid-containing liquid, such as sand.
  • the extinguishing agent must in any case be such that it can be discharged from a discharge opening into the separation area between the separated ends of the separation region 27 with a reduction of the receiving volume 47 within the contact unit, which is reduced by the swaging process.
  • the extinguishing agent is introduced directly into the receiving volume 47, which includes a corresponding space within the swaged portion 23 and a centrally and axially provided in the sabot 25 discharge channel 49.
  • the discharge channel 49 is closed at its side facing away from the swage region 23 by means of a destructible membrane 51.
  • a filler 53 which is formed as a cylindrical part.
  • the cylindrical filler 53 is pressed into the hollow cylindrical first terminal contact 1 1.
  • the filler may also be made of metal, such as copper.
  • another sealing element 55 can seal between the axialromewan- tion of the filler 53 and the inner wall of the first terminal 1 1 effect.
  • the extinguishing agent Due to the central delivery of the extinguishing agent in the axis of the switching tube 9 and the contact unit 5, the extinguishing agent is given immediately at the beginning of the triggering operation (or at the beginning of the axial movement of the sabot 25) exactly in that area or exactly in that volume, in which an arc can form. The arc is thus safely deleted or prevented from its formation.
  • the extinguishing agent in a container are introduced into the receiving volume 47.
  • the container may be rigid and be inserted into the receiving volume during assembly of the interrupting switching element 1, before the filler 53 is introduced into the first terminal contact 1 1.
  • a rigid container for the extinguishing agent 45 may be formed, for example, as a glass tube, which has a shape corresponding to the receiving volume 47.
  • the container can also additionally engage in the discharge channel 49 and aligned with its end face with the discharge opening of the discharge channel 49.
  • the end face of the container may be designed such that it is destroyed by the pressure of the gas generated when the interruption switching element 1 is triggered.
  • the destruction can only be effected by the actual upsetting process.
  • the destruction of the shell at least in the region of the front side ensures that the extinguishing agent 45 is pressed out during the compression process through the discharge channel 49.
  • the extinguishing agent 45 may also be provided in a flexible sheath, which is introduced during assembly of the interruption switching element 1 in the receiving volume 47.
  • the shell is also designed such that it is destroyed by the pressure of the gas and / or by the actual compression process (ie by mechanical forces), whereby the extinguishing agent is released.
  • the extinguishing agent 45 can of course also be introduced into the receiving volume 47 in a plurality of closed shells. It is also possible to use microspheres, each microbead consisting of a rigid or flexible shell, for example a plastic, in which a corresponding quantity of extinguishing agent 45 is provided.
  • the entire receiving volume 47 (possibly except for the volume of the discharge channel 49) is filled with the extinguishing agent or the corresponding shells or containers.
  • the membrane 51 for sealing the discharge channel 49 and the discharge opening of the discharge channel 49 can be omitted.
  • the swage region 23 of the contact unit 5 is preferably formed such that the wall of the contact tube 9 is folded in a meandering manner in the swage region 23.
  • the meandering fold should preferably take place predominantly outside the dispensing volume in order to avoid that a folded area lies in front of the inlet opening of the dispensing channel 49 and prevents the extinguishing agent 45 from being pressed out.
  • folding in an area outside the receiving volume is anyway preferred by the internal pressure of the extinguishing agent 45 resulting from the compression of the switching tube 9, without that additional measures, such as predetermined kinks or the like, must be provided for this purpose.
  • the desired folding properties can be generated or optimized.
  • predetermined bending points can be generated by corresponding structuring of the compression area on the outer and / or inner wall.
  • the axially interlocking axial projections of the insulator element 17 and the second sabot portion 25b are also designed with respect to their axial length that they during the compression operation and in the final state, a touching of the radially outer parts of the folded portion of the wall of the switching tube 9 with the inner wall of the housing 3 is prevented. As a result, damage to the insulating layer 7 is connected when such is provided on the inner wall of the housing 3.
  • FIG. 3 further embodiment of an interrupting switching member 100 differs from the embodiment of FIGS. 1 and 2 in that instead of a one-piece switching tube 9, a two-part switching tube 109 is used.
  • a first part 109a of the switching tube 109 is identical to the corresponding part of the switching tube 9, which comprises the first terminal contact 1 1, the flange 15, the swaging area 23 and the sabot 25.
  • a second part 109b of the switching tube 109 comprises the separation region 27, which is received with an end facing the sabot 25 in a receiving recess 160 in the end face of the sabot 25 facing away from the crush area.
  • the second part 109b of the switching tube 109 comprises the flange 29 and the second connection contact 13.
  • the embodiment shown in Fig. 3 with the embodiment in Figs. 1 and 2 is virtually identical. Corresponding parts, areas and components are therefore provided with identical reference numerals.
  • the electrical contact required between the parts 109a and 109b of the switching tube 109 can also be achieved by a simple insertion or pressing in of the end region of the separating region 27 into the receiving recess 16 of FIG.
  • Sealing mirror 25 are produced. However, there is the danger that a permanent electrical contract is not produced or maintained with the desired quality by corrosion, mechanical vibration or other influences.
  • This is a contact spring insert which is provided on the axial inner wall of the receiving recess 16.
  • the contact spring insert may, for example, have axial grooves, in each of which a contact spring is contained, which rises radially inwards beyond the axial inner wall of the receiving recess 16 or of the contact spring insert 162.
  • the contact springs are compressed when inserting the front portion of the separation region 27 into the receiving recess 1 16 resiliently radially outward.
  • the large number of electrically conductive, resilient elements therefore ensures long-term stable and reliable electrical contact, via which even high currents can be conducted.
  • the basic operation of the breaker switch 100 of Fig. 3 is largely similar to the above-described operation of the embodiment of Figs. 1 and 2. It differs, however, in that the breaker portion 27 is no longer destroyed but only the front end, i. that the sabot 25 facing the end of the separation region 27 is pulled out of the receiving recess 1 16 of the sabot 25.
  • the final state of the breaker 100 after tripping is shown in FIG.
  • the pressure can act immediately on the entire end face of the sabot 25, it is in the embodiment according to FIGS. 3 and 4 required that the separation area breakthroughs in the wall of the switching tube 109 and of the second part 109b of the switching tube 109.
  • the discharge channel 49 for the extinguishing agent 45 should be designed such that the jet of the extinguishing agent 45 is directed onto the fixed end of the second part 109b of the switching tube 109.
  • the jet of extinguishing agent 45 should be designed so that this directed to the end face of the wall of the separation area 27.
  • the shape of the jet of extinguishing agent 45 can be achieved by a corresponding design of the discharge channel 49, preferably by a corresponding nozzle-like design, whereby the diameter of the extinguishing agent jet can be influenced depending on the distance from the discharge opening.
  • Fig. 5 shows another embodiment of a breaker switch 200 having a switching tube 209 and a contact unit 205, respectively, which enables a substantially simultaneous two-fold disconnection of the current path at two serial breakpoints.
  • the breaker switch 200 has a housing 203, which may be composed of two housings 3 of the embodiments according to FIGS. 1 and 2 or 3 and 4.
  • the two housing parts 3 are aligned axially against each other, that face the end faces, in which in the variant according to FIGS. 1 and 2, the lock nut 21 is screwed.
  • a connecting element 221 can be screwed in here, or the housing parts 3 can be screwed onto the connecting element 221.
  • a switching tube 209 with two separation regions 27 is provided in the variant according to FIG. 5.
  • the switching tube 209 substantially corresponds to two switching tubes 9 according to FIG. 1, which are integrally connected to one another with a shortened first connection contact 1 1.
  • a two-part contact tube can be used, which is made of two contact tubes 9 of FIG.
  • an optionally too long trained first terminal contact 1 1 shortened, for example sawn be.
  • a filler 53 may be used, which is formed so long that it can be pressed or screwed with one end in the respective (shortened) first terminal contact 1 1 of the respective switching tube 9.
  • a receiving volume 247 is provided for the extinguishing agent 45, which is formed in the entire first and second swaged region 23 and also in the intervening interior of the switching tube 209, ie in the portion of the switching tube 209, which of the connecting element 221 and corresponding insulator elements 217 is encompassed.
  • the outer regions of the interrupting switching element 200 are identical in each case to the partial region of the switching element 1 shown on the right in FIG. 1, both in terms of structure and in terms of components and functionality. It can thus be made to the corresponding preceding explanations in connection with FIGS. 1 and 2.
  • the switching element 200 has on both sides a connection contact 21 1 or 213, in which an ignition device 35 is provided.
  • the respective sabot 25 upon activation of the igniter devices 35, the respective sabot 25 is pressurized and moved in the direction of the center plane E (plane of symmetry of the interrupt switch element 200 which is perpendicular to the longitudinal axis).
  • the two compression regions 23 act like a pump, with which the extinguishing agent 45 exits through the two discharge channels 49 and fills the space between the two separated ends of the separation region 27.
  • the variant of an interrupting switching element 300 shown in FIG. 7 also largely corresponds to this function.
  • the essential difference between the breaker switch 300 of FIG. 7 and the breaker switch 200 of FIG. 5 is that the breaker switch 300 has a housing 303 integrally formed.
  • the switching element 309, which defines terminal contacts 31 1, 313, is also integrally formed, wherein instead of the connecting element 221 and the insulator elements 217 in the embodiment of FIG. 5, a stabilizer element 317 is provided.
  • the stabilizer element 317 is also made of an insulating material and essentially serves to fix the switching tube radially and axially in the housing.
  • the slightly differently shaped flanges 29 of the switching tube 309 define here a circumferential groove in which the annular stabilizer element 317 engages with its radially inner region.
  • a receiving volume for the extinguishing agent 45 is provided, which extends in the entire interior of the switching tube 309 between the discharge openings of the two discharge channels 49.
  • a first receiving volume in the left swaging area 23 and a second receiving volume in the right swaging area 23 may be provided.
  • the extinguishing agent may be incorporated as such or included in at least one rigid or flexible sheath in the receiving volume.
  • the mode of operation of the embodiment according to FIG. 7 corresponds practically identical to the mode of operation of the embodiment according to FIG. 5.
  • the relevant end state after completion of the switching operation is shown in FIG.
  • a multi-part switching tube according to the principle of the embodiment in Figures 3 and 4 may be used.
  • the area of the switching tube 209 or 309 shown in FIGS. 5 and 6 or 7 and 8 or the respective sabot and the respective separating region need be configured as described in connection with the embodiment according to FIGS. 3 and 4 is described.
  • the end region of the respective separating region then engages in the respective receiving recess of the sabot and establishes an electrical contact between the parts of the switching tube 209 or 309.
  • the function or the shutdown can be made to the above embodiments in connection with the embodiment of FIGS. 3 and 4.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Unterbrechungsschaltglied, insbesondere zum Unterbrechen von hohen Strömen bei hohen Spannungen, mit einem Gehäuse, welches eine den Strompfad durch das Unterbrechungsschaltglied definierende Kontakteinheit umgreift und mit einer Treibladung, welche ein gaserzeugendes, aktivierbares Material umfasst, wobei die Kontakteinheit einen ersten und zweiten Anschlusskontakt, einen Stauchbereich, einen Trennbereich und einen Treibspiegel aufweist, wobei die Treibladung und die Kontakteinheit so ausgebildet sind, dass ihr über den ersten Anschlusskontakt ein zu unterbrechender Strom zuführbar und von ihr über den zweiten Anschlusskontakt abführbar ist und dass bei einem Zünden der Treibladung der Treibspiegel derart mit einem durch das gaserzeugende aktivierbare Material erzeugten Gasdruck beaufschlagt wird, dass der Treibspiegel im Gehäuse in einer Bewegungsrichtung aus einer Ausgangsposition in eine Endposition bewegt und dabei der Stauchbereich plastisch verformt wird, wobei der Trennbereich vollständig aufgetrennt wird und in der Endposition des Treibspiegels ein Isolationsabstand zwischen den aufgetrennten Enden des Trennbereichs erreicht ist. Gemäß der Erfindung ist ein Löschmittel derart vorgesehen, dass durch die Bewegung des Treibspiegels und/oder durch den Stauchvorgang des Stauchbereichs das Volumen zur Aufnahme des Löschmittels derart verringert wird, dass das Löschmittel durch wenigstens einen Abgabekanal, der das Volumen zur Aufnahme des Löschmittels mit dem Raum verbindet, in dem sich der Trennbereich befindet, zum Löschen oder zum Vermeiden des Entstehens eines Lichtbogens zwischen die Enden des Trennbereichs eingespritzt wird.

Description

Elektrisches Unterbrechungsschaltglied, insbesondere zum
Unterbrechen von hohen Strömen bei hohen Spannungen
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Unterbrechungsschaltglied, insbesondere zum Unterbrechen von hohen Strömen bei hohen Spannungen, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 .
Derartige Schaltglieder finden beispielsweise in der Kraftwerks- und KFZ-Technik zum definierten und schnellen Trennen von elektrischen Starkstromkreisen im Notfall Verwendung. Dabei besteht die Anforderung an ein derartiges Schaltglied, dass dessen Auslösung und Unterbrechungsfunktion selbst ohne Wartung noch nach bis zu 20 Jahren zuverlässig gewährleistet sein muss. Des Weiteren darf von einem solchen Schaltglied kein zusätzliches Gefahrenpotential durch von Heißgas, Partikel, Wurfstücke, Plasma oder durch hohe, im abgeschalteten Stromkreis induzierte Spannungen ausgehen.
Ein mögliches Einsatzgebiet in der KFZ-Technik ist das definierte irreversible Trennen der Bordverkabelung von der Autobatterie oder Antriebsbatterie kurz nach einem Unfall, um Zündquellen durch Funken und Plasma zu vermeiden, die entstehen, wenn beispielsweise Kabelisolationen durch während des Unfalls eindringendes Karosserieblech aufgescheuert wurden oder lose Kabelenden gegeneinander oder gegen Blechteile drücken und aufscheuern. Läuft bei einem Unfall gleichzeitig Benzin aus, so können solche Zündquellen zündfähige Benzin-Luft-Gemische entzünden, die sich beispielsweise unter der Motorhaube sammeln. Weitere Einsatzgebiete sind die elektrische Abtrennung einer Baugruppe vom Bordnetz für den Fall eines Kurzschlusses in der betreffenden Baugruppe, beispielsweise in einer elektrischen Standheizung oder in einer elektrischen Bremse, sowie die Notabschaltung einer Lithiumbatterie, wie sie heute in Elektro- und Hybridfahrzeugen, sowie in Flugzeugen zur Anwendung kommen. Diese Batterien haben bei kleinem Bauvolumen eine hohe Klemmenspannung von bis zu 1200V bei extrem kleinem Innenwiderstand. Aus beiden resultiert ein möglicher Kurzschlussstrom von bis zu 5000A, ohne dass hierbei die Quellspannung stark einbrechen würde. Auch zur Notabschaltung von einzelnen Solarzellenmodulen oder ganzen Solarzellenfeldern im Notfall ist das hier vorgestellte Unterbrechungsschaltglied sehr gut geeignet, weil es ansteuerbar bzw. fernsteuerbar ausgebildet sein kann. Darüber hinaus kann es auch zusätzlich oder stattdessen so ausgebildet sein, dass es passiv auslöst, also wie eine herkömmliche Schmelzsicherung.
Im Stand der Technik sind pyrotechnische Sicherungen bekannt, die zur Auslösung aktiv angesteuert werden. Beispielsweise beschreibt die DE 2 103 565 einen Stromunterbrecher, welcher ein metallisches Gehäuse umfasst, das an zwei voneinander abstehenden Anschlussbereichen mit jeweils einem Leiterende eines abzusichernden Leiters verbunden wird. Der Strompfad verläuft dabei über das Gehäuse. Im Gehäuse ist ein pyrotechnisches Element vorgesehen, das durch eine Sprengladung gebildet ist. Die Sprengladung ist durch einen elektrischen Zünder aktivierbar, welcher ein Zündelement umfasst, das durch einen Speisestrom verdampft wird. Das Gehäuse ist mit einer Isolierflüssigkeit gefüllt. Das axial ausgedehnte Gehäuse weist eine umlaufende Nut auf, entlang der das Gehäuse bei einem Zünden der Sprengladung aufreißt. Das Gehäuse wird dabei in zwei elektrisch voneinander getrennte Teile aufgebrochen, so dass der betreffende Stromkreis aufgetrennt wird. Das beim Auftrennen eines Stromkreises mit sehr hoher Stromstärke entstehende Plasma wird bei diesem Stromunterbrecher durch die zerstäubte Isolierflüssigkeit gelöscht. Das Auslösen kann bei einem KFZ beispielsweise durch das Signal eines Schocksensors erfolgen.
Eine Selbstauslösung zur Auftrennung des Stromkreises bei einer Überlastung des abzusichernden Leiters ist bei dieser bekannten Vorrichtung nicht vorgesehen, weil die ganze Hülse bis zur Auslösetemperatur erhitzt werden müsste und dann eine detonati- ve Umsetzung nicht sicher erreicht würde. Denn ein Sprengstoff kann kaum durch eine einfache Erhitzung der Hülse gezündet werden, d.h. zur detonativen Umsetzung gebracht werden. Dies wäre jedoch z.B. bei der in der DE 2 103 565 beschriebenen Gehäuseform notwendig.
Dabei sei erwähnt, dass in der Pyrotechnik weltweit von einer detonativen Umsetzung gesprochen wird, wenn Flammfrontgeschwindigkeiten von definitionsgemäß mehr als 2000 m/s erreicht werden. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Vorrichtung ist die Problematik der Zulassung für Vorrichtungen, die mit Sprengstoffen oder gar Detonatoren gefüllte Baugruppen aufweisen. Aus diesem Grund finden derartige Vorrichtungen bisher keine kommerzielle Verwendung. Sie werden nur sehr vereinzelt in Forschungsinstituten für Sonderexperimente eingesetzt. Die Ursachen hierfür sind zusätzlich die sehr geringe Handhabungssicherheit und das extrem hohe, nur sehr schwer eingrenzbare Gefahrenpotential.
Des Weiteren besteht in vielen Fällen die Forderung nach einer Selbstauslöse- Funktion eines derartigen Schalters bzw. einer Sicherungsvorrichtung, beispielsweise um ohne zusätzlichen Aufwand für Überlastungssensoren ein Kabel vor Überlast zu schützen oder bei Ausfall der Auslösesensorik oder Auslöseschaltung. Ein entsprechendes Schaltglied soll daher nicht nur eine ansteuerbare Auslösemöglichkeit haben, sondern auch die Funktion einer herkömmlichen Hochstromsicherung in Form einer Schmelzsicherung aufweisen, die von jedermann gefahrlos handhabbar ist, wie dies bei herkömmlichen Schmelzsicherungen der Fall ist.
Derartige Hochstrom-Schmelzsicherungen weisen den Nachteil einer innerhalb einer großen Bandbreite schwankenden Abschaltzeit nach dem Erreichen der Nennstromstärke der Sicherung auf. Ein damit abgesichertes Kabel kann daher hinsichtlich seiner Stromführungskapazität nur zu einem sehr geringen Teil, z.B. 30 % ausgelastet werden, da im Überlastfall ansonsten beispielsweise ein Kabelbrand auftreten kann.
Aus der DE 197 49 133 A1 ist ein Notabschalter für elektrische Stromkreise bekannt, der sowohl eine Selbstauslösung als auch eine ansteuerbare Auslösung ermöglicht. Hierzu wird ein elektrischer Leiter verwendet, der eine pyrotechnische Seele aufweist. Diese kann z.B. aus einem Treibladungspulver bestehen. Die pyrotechnische Seele kann einerseits durch die Erwärmung des elektrischen Leiters bei Überschreiten einer zulässigen Stromstärke (Nennstromstärke) gezündet werden. Andererseits ist vorgesehen, die pyrotechnische Seele durch eine ansteuerbare Zündeinrichtung, beispielsweise in Form eines Glühdrahts, zu zünden. Die DE 197 49 133 A1 stellt jedoch lediglich das Prinzip einer derartigen Vorrichtung dar, gibt jedoch keinerlei Hinweise auf mögliche konstruktiv in vorteilhafter Weise ausführbare Ausgestaltungen. Denn das Herstellen eines Leiters mit einer derartigen pyrotechnischen Seele erfordert einen beträchtlichen Aufwand. Zudem kann auch bei einem derartigen Notabschalter ein sicheres, schnelles Auftrennen des Leiters nur bei Einsatz eines detonativen Explosivstoffs gewährleistet werden. Bei deflagrierenden, d.h. nicht detonativ umsetzenden Stoffen, wie Thermit oder Nitrozellulosepulver, erfolgt nur ein Aufplatzen des Leiters und ein Entweichen des restlichen Gases ohne dass der Leiter vollständig getrennt würde. Die vollständige Trennung wird dann allenfalls durch das Durchschmelzen des Leiters infolge des über die Sicherung fließenden Stroms erreicht. Dies würde jedoch bei höheren Spannungen, insbesondere bereits bei Schaltspannungen von mehr als 100V, zwangsweise zur lonenerzeugung und damit Plasmabildung in der Sicherung führen und damit das Unterbrechen des Stromkreises mit großer Wahrscheinlichkeit verhindern.
Aus der DE 100 28 168 A1 der Anmelderin ist ein elektrisches Schaltglied, insbesondere zum Schalten hoher Ströme, bekannt, welche sowohl aktiv, d.h. mittels einer ansteuerbaren Zündvorrichtung, als auch passiv, d.h. über die Stromstärke des abzuschaltenden Stroms, aktivierbar ausgebildet werden kann. Das Schaltglied weist ein Gehäuse auf, welches eine Kontakteinheit umfasst, wobei die Kontakteinheit zwei ortsfest mit dem Gehäuse verbundene oder damit einstückig ausgebildete Anschlusskontakte für das Zuführen und Abführen eines zu schaltenden elektrischen Stroms aufweist und wobei die beiden Anschlusskontakte im Ausgangszustand des Schaltglieds innerhalb des Gehäuses elektrisch leitend verbunden sind. Im Gehäuse ist ein aktivierbares Material vorgesehen, welches nach dem Aktivieren einen Gasdruck zur Beaufschlagung der Kontakteinheit erzeugt, wobei die elektrisch leitende Verbindung durch die Beaufschlagung mit dem Gasdruck aufgetrennt wird. Die Kontakteinheit umfasst ein relativ zu den ortsfesten Anschlusskontakten unter der Beaufschlagung des erzeugten Gasdrucks bewegbares Kontaktelement, welches durch die Beaufschlagung mit dem erzeugten Gasdruck in Richtung der Achse der Kontakteinheit aus seiner Ausgangsposition in eine Endposition bewegt wird, in welcher die elektrische Verbindung über die Kontakteinheit unterbrochen ist. Dieses Schaltglied ist so ausgestaltet, dass nach außen keinerlei Bewegung von Teilen auftritt. Zudem treten bei einer Aktivierung keinerlei gefährdende Gase oder Bruchteile nach außen.
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass diese Schalteinheit nur begrenzt zum Abschalten von höheren Spannungen geeignet ist, da dann die Gefahr besteht, dass durch die Unterbrechung des Trennbereichs infolge des Auseinanderbewegens der aufgerissenen Enden des Trennbereichs ein Lichtbogen gezogen wird. Versuche, ein Löschmittel einzusetzen, welches den Trennbereich im Ausgangszustand vor dem Aktivieren umgibt, haben gezeigt, dass hierdurch nicht der gewünschte Erfolg erreicht wird, nämlich das Entstehen eines Lichtbogens zu vermeiden oder einen bereits bestehenden Lichtbogen sicher zu löschen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein pyrotechnisches Unterbrechungsschaltglied, insbesondere zum Unterbrechen von hohen Strömen bei hohen Spannungen, zu schaffen, bei dem auch das Abschalten von hohen Strömen bei hohen Spannungen durch das Vermeiden eines durch einen Lichtbogen aufrechterhaltenen Stroms sicher gewährleistet ist. Darüber hinaus soll ein Schaltglied geschaffen werden, das sicherheitstechnisch vollkommen unbedenklich und auf einfache und kostengünstige Weise herstellbar ist.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 .
Bei dem erfindungsgemäßen elektrischen Unterbrechungsschaltglied ist, ebenso wie bei dem Schaltglied nach der DE 100 28 168 A1 der Anmelderin, für das Durchführen des Schaltvorgangs ein aktivierbares Material einsetzbar, welches lediglich einen ausreichend hohen Gasdruck erzeugt, ohne dass, wie bei einer detonativen Umsetzung, Detonations-Stoßwellen erzeugt werden müssten, die aus Sicherheitsgründen bei der Herstellung des Schaltglieds bzw. dessen Handhabung nicht akzeptabel sind.
Das elektrische Unterbrechungsschaltglied nach der Erfindung weist ein Gehäuse auf, welches eine den Strompfad durch das Unterbrechungsschaltglied definierende Kontakteinheit umgreift. Es ist eine Treibladung vorgesehen, die ein gaserzeugendes, aktivierbares Material umfasst. Die Kontakteinheit weist einen ersten und zweiten Anschlusskontakt, einen Stauchbereich, einen Trennbereich und einen Treibspiegel auf. Die Treibladung und die Kontakteinheit sind so ausgebildet, dass ihr über den ersten Anschlusskontakt ein zu unterbrechender Strom zuführbar und von ihr über den zweiten Anschlusskontakt abführbar ist und dass bei einem Zünden der Treibladung der Treibspiegel derart mit einem durch das gaserzeugende aktivierbare Material erzeugten Gasdruck beaufschlagt wird, dass der Treibspiegel im Gehäuse in einer Bewegungsrichtung aus einer Ausgangsposition in eine Endposition bewegt und dabei der Stauchbereich plastisch verformt wird, wobei der Trennbereich vollständig aufgetrennt wird und in der Endposition des Treibspiegels ein Isolationsabstand zwischen den aufgetrennten Enden des Trennbereichs erreicht ist. Der Isolationsabstand ist dabei so gewählt, dass er für die jeweils zu schaltende Spannung ausreicht.
Erfindungsgemäß ist ein Löschmittel derart vorgesehen, dass durch die Bewegung des Treibspiegels und/oder durch den Stauchvorgang des Stauchbereichs das Volumen zur Aufnahme des Löschmittels derart verringert wird, dass das Löschmittel durch wenigstens einen Abgabekanal, der das Volumen zur Aufnahme des Löschmittels mit dem Raum verbindet, in dem sich der Trennbereich befindet, zum Löschen oder zum Vermeiden des Entstehens eines Lichtbogens zwischen den Enden des Trennbereichs eingespritzt wird.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann das Volumen zur Aufnahme des Löschmittels innerhalb des Stauchbereichs vorgesehen sein. Dabei wird das Volumen zur Aufnahme des Löschmittels durch den Stauchvorgang verringert und das Löschmittel durch den wenigstens einen Abgabekanal in den Raum zwischen den aufgetrennten Enden des Trennbereichs der Kontakteinheit eingespritzt. Ein Lichtbogen kann dadurch gelöscht oder bereits an seiner Entstehung gehindert werden.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann der Stauchbereich hinsichtlich des Materials und der Geometrie so ausgelegt werden, dass die Wandung des Stauchbereichs infolge der Stauchbewegung gefaltet, vorzugsweise mäanderförmig gefaltet wird. Der Stauchbereich kann hierzu hohlzylindrisch und im Querschnitt vorzugsweise ringförmig ausgebildet ist. Im Inneren des Hohlzylinders kann so das Löschmittel eingebracht werden. Ein ringförmiger Querschnitt begünstigt ein, über den Umfang gesehen, gleichmäßiges Falten der Hohlzylinderwandung während des Stauchvorgangs. Das Austreiben des Löschmittels aus dem Aufnahmevolumen kann dabei ungehindert durch das Eintreten von Wandungsteilen in den Abgabepfad erfolgen.
Das Löschmittel kann in wenigstens einer geschlossenen, vorzugsweise flexiblen, durch den Stauchvorgang zerstörbaren Hülle innerhalb des Stauchbereichs vorgesehen sein. Dabei ist es nicht zwingend nötig, den wenigstens einen Abgabekanal zu verschließen und diesen erst beim Schaltvorgang zu öffnen. Zudem kann das Löschmittel sehr einfach in das Aufnahmevolumen eingebracht werden. Es ist auch möglich, eine Vielzahl von zerstörbaren Hüllen in Form von Mikrokügelchen zu verwenden, deren Hülle unter dem Druck, der durch die Volumenverringerung erzeugt wird (und ggf. dem des durch das aktivierbare Material erzeugten Gases), zerstört wird, so dass das Löschmittel freigegeben wird.
Es ist auch möglich, einen starren Behälter, beispielsweise einen Glas- oder Kunststoffbehälter, der als Glas oder Kunststoffröhrchen ausgebildet sein kann, als zerstörbare Hülle zu verwenden, wobei vorzugsweise ein bestimmter Bereich des Glasbehälters mit einer Sollbruchstelle versehen ist, welcher im Bereich des Abgabekanals vorgesehen sein kann.
Der wenigstens eine Abgabekanal kann zumindest in einem Bereich vor der Abgabeöffnung düsenartig ausgebildet sein. Hierdurch kann eine für den Löschvorgang günstige Abgabe hinsichtlich der Richtung, des Querschnitts und der Geschwindigkeit des abzugebenden Löschmittels erreicht werden. Insbesondere kann der Abgabekanal so ausgestaltet werden, dass der Strahl des Löschmittels auf das ortsfeste aufgetrennte Ende des Trennbereichs gerichtet ist.
Es ist jedoch ebenfalls möglich, das Löschmittel in ein außerhalb des Stauchbereichs liegendes Aufnahmevolumen einzubringen, um das Löschmittel dann durch die Bewegung des Treibspiegels durch eine oder mehrere Kanäle im Treibspiegel in den Brenn- räum einzuspritzen. Der oder die Kanäle weisen dabei wenigstens eine Eintrittsöffnung für das Löschmittel auf, durch welche das Löschmittel aus dem Aufnahmevolumen in den oder die Kanäle eintritt, und wenigstens eine Abgabeöffnung, aus welcher das Löschmittel abgegeben wird. Die wenigstens eine Abgabeöffnung kann auch hier so positioniert und der Verlauf des betreffenden Kanals kann, zumindest in einem ausreichend langen Bereich vor der Abgabeöffnung so ausgebildet sein, dass sich ein Abgabestrahl für das Löschmittel mit den gewünschten Parametern, wie Abgabegeschwindigkeit, Durchmesser, Richtung etc., ergibt.
Als Stoffe in der Brennkammer sind bevorzugt Explosivstoffe, insbesondere Nitrozellulosepulver geeignet, die durch Anzünder entflammt bzw. zur Umsetzung gebracht werden. Es ist können jedoch auch brennbare Gase, insbesondere Flüssiggase oder andere Brennstoffe zusammen mit flüssigen, festen oder gasförmigen Oxidatoren verwendet werden, die durch Anzünder, elektrische Entladungen, Hitzedrähte oder Explosionsdrähte zur Umsetzung gebracht werden.
Generell wird der Begriff der Treibladung im Sinne der vorliegenden Beschreibung so verstanden, dass hierunter alle Stoffe oder Stoffgemische fallen, die nach einer Aktivierung in beliebiger weise, Gase oder Dämpfe erzeugen, die auf den Treibspiegel den gewünschten Druck ausüben.
Als Löschmittel eignet sich dabei jedes Medium, das unter dem betreffenden Druck in geeigneter weise aus dem Aufnahmevolumen ausgetrieben werden kann. Es kann insbesondere als Löschfluid, als gasförmiges, gelartiges, schaumartiges oder auch mehrphasiges Medium ausgebildet sein.
Der wenigstens eine Abgabekanal kann, vorzugsweise im Bereich der wenigstens einen Abgabeöffnung, durch eine während des Auslösevorgangs des Unterbrechungsschaltglieds zerstörbare Membran verschlossen sein. Dies ist zumindest dann erforderlich, wenn das Löschmittel so beschaffen ist, dass es im Ausgangszustand des Schaltgliedes bereits aus dem Aufnahmevolumen austreten kann. Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind die ein oder mehreren Abgabekanäle im Treibspiegel derart vorgesehen, dass die ein oder mehreren Abgabeöffnungen der Abgabekanäle im Bereich des Querschnittes eines sich, zumindest im ungetrennten Zustand, an den Treibspiegel anschließenden Trennbereichs ausgebildet sind. Hierdurch wird das Löschmittel aus dem während des Auslösevorgangs bewegten Teil der Kontakteinheit innerhalb des Querschnitts abgegeben, in dem sich ein Lichtbogen ausbilden kann, wodurch dieser sicher gelöscht bzw. bereits an seiner Entstehung gehindert werden kann.
Die Kontakteinheit kann eine gerade Längsachse aufweisen, entlang welcher der Treibspiegel verschiebbar ist. Der Trennbereich kann dann angrenzend an den Treibspiegel und in der Längsachse liegend vorgesehen sein und eine Abgabeöffnung dann in der Längsachse liegen. Damit kann ein Löschstrahl des Löschmittels erzeugt werden, der genau in der Achse liegt, in der sich mit größter Wahrscheinlichkeit auch ein Lichtbogen ausbilden wird.
Es sind jedoch auch Schaltglieder denkbar, bei denen sich der Treibspiegel der Kontakteinheit in einem mehr oder weniger gekrümmten Gehäuse bewegen kann, so dass Schaltglieder fertigbar sind, bei denen beide Stromanschlüsse sich unter einem Winkel zwischen 1 ° und 360° befinden, vorzugsweise unter 45°, 90° oder 180°. Der Treibspiegel würde sich also bei einem um 180° gebogenen Gehäuse nach der Auslösung und dem Aufbrechen des Stegbereichs im Halbkreis im Gehäuse bewegen, so dass beide Stromanschlüsse auf derselben Seite zu liegen kommen.
In einer Ausführungsform kann der Treibspiegel zweiteilig ausgebildet sein, wobei ein aus einem isolierenden Material bestehender zweiter Treibspiegelteil einen mit der Kontakteinheit fest verbundenen oder einstückig damit ausgebildeten ersten Treibspiegelteil umgreift und diesen beaufschlagt, und wobei der zweite Treibspiegelteil vorzugsweise gegenüber dem ersten Treibspiegelteil und dem Gehäuse abgedichtet ist. Diese Variante ermöglicht die Verwendung eines leitenden Materials, insbesondere eines Metalls, zumindest für die Innenwandung des Gehäuses, wodurch, infolge der Festigkeit des Metalls, eine baukleine Realisierung des Schaltglieds möglich ist. Der Trennbereich und die Treibladung können so ausgebildet sein, dass der Trennbe- reich bei einem Zünden der Treibladung aufgerissen oder zumindest teilweise aufgerissen und durch eine Verschiebebewegung des Treibspiegels völlig aufgetrennt wird. Beispielsweise kann die Treibladung zumindest teilweise innerhalb des Trennbereichs angeordnet werden. Bei einem Zünden der Treibladung wird der Trennbereich über den Umfang ganz oder zumindest teilweise aufgerissen. Bei einem teilweisen Aufreißen erfolgt das vollständige Auftrennen durch die Verschiebebewegung des Treibspiegels und des damit nach dem Auftrennen noch verbunden Teils des Trennbereichs, wodurch der Stauchbereich gestaucht wird.
Der Trennbereich kann jedoch auch so ausgestaltet sein, dass bei einem Zünden der Treibladung zwei zerstörungsfrei trennbare Teile des Trennbereichs durch eine Verschiebebewegung des Treibspiegels auseinandergeschoben werden.
Zur Schaffung eines Unterbrechungsschaltgliedes, welches eine serielle Mehrfachunterbrechung realisiert, kann die Kontakteinheit wenigstens zwei Teil-Kontakteinheiten aufweisen, die jeweils einen Stauchbereich, einen Trennbereich und einen Treibspiegel aufweisen. Die Teil-Kontakteinheiten können dann jeweils so ausgebildet sein, dass bei einem Zünden der Treibladung jeder Treibspiegel derart mit einem durch das gaserzeugende aktivierbare Material erzeugten Gasdruck beaufschlagt wird, dass der betreffende Treibspiegel im Gehäuse in einer Bewegungsrichtung aus einer Ausgangsposition in eine Endposition bewegt und dabei der zugehörige Stauchbereich plastisch verformt wird, wobei der betreffende Trennbereich vollständig aufgetrennt wird und in der Endposition des betreffenden Treibspiegels ein Isolationsabstand zwischen den aufgetrennten Enden des betreffenden Trennbereichs erreicht ist. Das Löschmittel ist dabei derart vorgesehen, dass durch die Bewegung eines, mehrerer oder aller Treibspiegel und/oder durch den Stauchvorgang eines oder mehrerer oder aller Stauchbereiche das Volumen zur Aufnahme des Löschmittels derart verringert wird, dass das Löschmittel durch jeweils einen Abgabekanal, der das Volumen zur Aufnahme des Löschmittels mit dem Raum verbindet, in dem sich ein zugeordneter Trennbereich befindet, zum Löschen oder zum Vermeiden des Entstehens eines Lichtbogens zwischen die Enden des betreffenden Trennbereichs eingespritzt wird. Eine solche serielle Mehrfachunterbrechung hat den Vorteil, dass während eines gleichzeitig erfolgenden Unterbrechungsvorgangs nur jeweils eine anteilige Spannung zwischen den aufzutrennenden Enden der Trennbereiche anliegt und so die Gefahr eines Lichtbogens reduziert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind zwei Teil-Kontakteinheiten vorgesehen und die Kontakteinheit und das Gehäuse sind in Bezug auf eine Mittelebene spiegelsymmetrisch ausgebildet, wobei die Trennbereiche und die Treibspiegel vorzugsweise außerhalb der dazwischen angeordneten Stauchbereiche vorgesehen sind. Zusätzlich zur seriellen Trennung ergibt sich hier der Vorteil, dass die mechanischen Bewegungen in entgegengesetzten Richtungen verlaufen und sich so nach außen zumindest weitgehend kompensieren.
Die Bewegungen der Treibspiegel und die damit verbundenen Stauchvorgänge der Stauchbereiche können auf ein einziges gemeinsames Aufnahmevolumen für ein Löschmittel wirken, wobei jedoch Abgabekanäle für jede der Teil-Kontakteinheiten vorgesehen sind. Das gemeinsame Volumen zur Aufnahme des Löschmittels kann innerhalb der einander zugewandten Stauchbereiche der Teil-Kontakteinheiten vorgesehen sein.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann jeder Teil-Kontakteinheit eine separate Teil-Treibladung zugeordnet und eine ansteuerbare Vorrichtung für das aktive und im Wesentlichen gleichzeitige Zünden der separaten Teil-Treibladungen vorgesehen sein. Hierdurch kann auf einfache Weise sichergestellt werden, dass der Vorteil der seriell angeordneten Trennbereiche, nämlich das Auftreten der jeweils nur halben Spannung an den Enden der Trennbereiche während des Abschaltvorgangs, auch genutzt werden kann.
Nach außen ist das Unterbrechungsschaltglied nach der Erfindung rückwirkungsfrei. Es treten keine Abgase, kein Licht und kein Plasma aus, das Auslösegeräusch ist nur als leiser Klick zu vernehmen und die beiden elektrischen Anschlüsse des Unterbrechungsschaltglieds können fest eingespannt werden, da für die Funktion des Schaltglieds keine Bewegung des einen oder anderen Anschlusses notwendig ist. Das Gehäuse selbst kann als Rohr mit beidseitig eingeschraubten oder eingebördelten Deckeln versehen sein, vorzugsweise aus einem topfartigen Teil, in das ein Deckel zusammen mit der gesamten Kontakteinheit eingeschraubt wird. Das Gehäuse kann auch einstückig ausgebildet sein, sofern dessen Material gut umformbar ist, beispielsweise durch Bördeln oder Biegen. Das Gehäuse kann auch aus mehreren Teilen zu einem einstückigen Gehäuse hergestellt werden, beispielsweise durch Kleben oder Verschweißen der einzelnen Teile.
Auch eine integrale Anordnung eines oder mehrerer Kontakteinheiten in ein übergeordnetes Sammelgehäuse oder in eine übergeordnete Nutzbaugruppe ist möglich.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform eines Unterbrechungsschaltglieds nach der Erfindung im Ausgangszustand;
Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Ausführungsform in Fig. 1 im ausgelösten
Zustand;
Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Unterbrechungsschaltglieds nach der Erfindung im Ausgangszustand;
Fig. 4 einen Längsschnitt durch die Ausführungsform in Fig. 2 im ausgelösten
Zustand;
Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines Unterbrechungsschaltglieds nach der Erfindung in Form eines Mehrfachunterbre- chungsschaltglieds im Ausgangszustand;
Fig. 6 einen Längsschnitt durch die Ausführungsform in Fig. 5 im ausgelösten
Zustand; Fig. 7 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Mehrfachun- terbrechungsschaltglieds im Ausgangszustand; und
Fig. 8 einen Längsschnitt durch die Ausführungsform in Fig. 7 im ausgelösten
Zustand.
Die in Fig. 1 dargestellte erste Ausführungsform eines Unterbrechungsschaltglieds 1 umfasst ein Gehäuse 3, in welchem eine Kontakteinheit 5 angeordnet ist. Das Gehäuse 3 ist so ausgebildet, dass es einem innerhalb des Gehäuses erzeugten Druck, der bei einer pyrotechnischen Auslösung des Unterbrechungsschaltglieds 1 erzeugt wird, standhält, ohne dass die Gefahr einer Beschädigung oder gar eines Aufplatzens besteht. Das Gehäuse kann insbesondere aus einem geeigneten Metall bestehen. In diesem Fall kann an der Innenwandung des Gehäuses eine Isolierschicht 7 vorgesehen sein, die aus einem geeigneten Isolierstoff, beispielsweise einem Kunststoff, besteht. Hierdurch werden bei höheren Spannungen Überschläge bzw. ein elektrischer Kontakt zwischen der Kontakteinheit 5, die selbstverständlich aus einem leitenden Metall, beispielsweise aus Kupfer, besteht, und dem Gehäuse 3 vermieden, insbesondere während und nach dem Auslösen des Unterbrechungsschaltglieds 1 . Für noch höhere Spannungen von beispielsweise mehr als 2000 V kann das Gehäuse insgesamt aus einem isolierenden Material, insbesondere einem geeigneten Kunststoff, bestehen. In diesem Fall wird die Wandstärke des Gehäuses 3 üblicherweise dicker ausfallen als im Fall eines metallischen Gehäuses bei niederen Spannungen.
Die Kontakteinheit 5 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als durchgängiges Schaltrohr 9 ausgebildet. Das Schaltrohr 9 besitzt im dargestellten Ausführungsbeispiel einen ersten Anschlusskontakt 1 1 mit einem größeren Durchmesser und einen zweiten Anschlusskontakt 13 mit einem geringeren Durchmesser. An den ersten Anschlusskontakt 1 1 schließt sich ein sich radial nach außen erstreckender Flansch 15 an, der sich an einem ringförmigen Isolatorelement 17, welches aus einem isolierenden Material, beispielsweise einem Kunststoff, besteht, derart abstützt, dass das Schaltrohr 9 nicht in axialer Richtung aus dem Gehäuse 3 herausbewegt werden kann. Das Isolatorelement 17 weist hierzu eine ringförmige Schulter auf, an welcher sich der Flansch 15 des Schaltrohrs 9 abstützt. Zusätzlich isoliert das Isolatorelement 17 das Gehäuse gegen- über dem Schaltrohr 9. Das ringförmige Isolatorelement 17 weist in einem axial äußeren Bereich einen Innendurchmesser auf, der im Wesentlichen dem Außendurchmesser des Schaltrohrs 9 im Bereich des ersten Anschlusskontakts 1 1 entspricht. Hierdurch wird eine Dichtwirkung erzielt, die durch ein zusätzliches, ringförmiges Dichtelement 19, beispielsweise einen O-Ring, verstärkt wird. Das Isolatorelement 17 kann auch mit dem Schaltrohr 9 über eine Presspassung verbunden oder auf dieses aufgespritzt sein. Das Isolatorelement 17 und damit das Schaltrohr 9 bzw. die Kontakteinheit 5 wird an der betreffenden Stirnseite des Unterbrechungsschaltglieds 1 mittels einer Verschlussmutter 21 im Gehäuse 3 gehalten bzw. auf diese Weise im Gehäuse 3 fixiert. Die Verschlussmutter 21 kann aus Metall bestehen. Hierdurch ist auch sichergestellt, dass das Schaltrohr bei einem Erweichen oder Verbrennen der Kunststoffteile des Unterbrechungsschaltglieds 1 nicht aus dem Gehäuse austreten kann, selbst wenn in diesem Zustand noch ein Auslösen des Unterbrechungsschaltglieds 1 bewirkt wird. Denn der Außendurchmesser des Flanschs 15 ist größer gewählt als der Innendurchmesser der Verschlussmutter 21 .
Selbstverständlich kann das Gehäuse 3 jedoch auch an der in Fig. 1 links dargestellten Stirnseite bei der Montage des Unterbrechungsschaltglieds 1 derart umgeformt werden, dass ein sich radial einwärts erstreckender Teil des Gehäuses das Isolatorelement 17 fixiert. Besteht das Gehäuse aus Kunststoff, so kann auch das Isolatorelement 17 entfallen.
Das Schaltrohr 9 weist einen sich an den Flansch 15 in der Achse des Schaltrohrs 9 anschließenden Stauchbereich 23 auf. Die Wandstärke des Schaltrohrs 9 ist im
Stauchbereich 23, der eine vorbestimmte axiale Ausdehnung aufweist, so gewählt und auf das Material abgestimmt, dass sich bei einem Auslösen des Unterbrechungsschaltglieds 1 infolge einer plastischen Deformation des Schaltrohrs 9 im Stauchbereich 23 eine Verkürzung des Stauchbereichs in axialer Richtung um eine vorbestimmte Wegstrecke ergibt.
An den Stauchbereich 23 schließt sich in axialer Richtung des Schaltrohrs 9 ein Treibspiegel 25 an, der im dargestellten Ausführungsbeispiel zweiteilig ausgebildet ist. Ein erster Treibspiegelteil 25a ist einstückig mit dem Schaltrohr 9 ausgebildet und erstreckt sich radial fast bis an die Innenwandung des Gehäuses 3 nach außen. Ein zweiter Treibspiegelteil 25b, der im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Isoliermaterial, beispielsweise einem geeigneten Kunststoff, besteht, umgreift das Schaltrohr mit dem ersten Treibspiegelteil 25a derart, dass zwischen dem Außenumfang des ersten Treibspiegelteils 25a und der Innenwandung des Gehäuses 3 ein isolierender Bereich des zweiten Treibspiegelteils 25b eingreift. Des Weiteren sind die Treibspiegelteile 25a, 25b so ausgebildet, dass der zweite Treibspiegelteil bei einer Druckbeaufschlagung bzw. Kraftbeaufschlagung von der dem Stauchbereich 23 abgewandten Seite her die betreffende Kraft in axialer Richtung auf den ersten Treibspiegelteil 25a überträgt. Diese Kraft wird so gewählt, dass sich während des Auslösevorgangs des Unterbrechungsschaltglieds 1 ein Stauchen des Stauchbereichs ergibt, wobei der Treibspiegel 25 aus seiner Ausgangslage (Status vor der Auslösung des Unterbrechungsschaltglieds 1 ) in eine Endposition (nach Beendigung des Schaltvorgangs) bewegt wird.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, kann der zweite Treibspiegelteil so gewählt werden, dass dessen Außendurchmesser im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Gehäuses 3 entspricht, so dass eine axiale Führung des zweiten Treibspiegelteils 25b und damit auch eine axial geführte Stauchbewegung während des Schaltvorgangs erreicht wird.
Der zweite Treibspiegelteil 25b kann auch einen sich in axialer Richtung bis in den Stauchbereich 23 hineinreichenden Ringbereich aufweisen, welcher mit einem entsprechenden Ringbereich des Isolatorelements 17, welcher sich in axialer Richtung ebenfalls bis in den Stauchbereich 23 hinein erstreckt, zusammenwirkt. Der Ringbereich des Isolatorelements 17 kann dabei einen Ringspalt zwischen seiner axialen Außenwandung und der axialen Innenwandung des Gehäuses 3 definieren, in welchen der sich an der Innenwandung des Gehäuses 3 anliegende Ringbereich des zweiten Treibspiegelteils 25b axial hineinbewegt wird. Wird der Ringspalt, den der Ringbereich des Isolatorelements 17 definiert, geringfügig geringer gewählt als die Wandstärke des Ringsbereichs des zweiten Treibspiegelteils 25b, so ergibt sich im ausgelösten Zustand, d.h. in der Endposition des Treibspiegels 25b, eine sichere Fixierung des Treibspiegels 25. An den Treibspiegel 25 des Schaltrohrs 9 bzw. der Kontakteinheit 5 schließt sich ein Trennbereich 27 an, welcher in axialer Richtung wiederum von einem Flansch 29 des Schaltrohrs 9 benachbart ist. An den Flansch 29 schließt sich dann der zweite Anschlusskontakt 13 des Schaltrohrs 9 an. Der Flansch 29 dient wiederum dazu, das Schaltrohr 9 bzw. die Kontakteinheit 5 in axialer Richtung sicher im Gehäuse 3 zu fixieren. Hierzu dient ein sich radial nach innen erstreckender Ringbereich 3a des Gehäuses 3 und ein Isolatorelement 31 , welches zwischen einer entsprechenden Anschlagsfläche des Flanschs 29, der Innenwandung des stirnseitigen Ringbereichs 3a des Gehäuses 3 und der axialen Innenwandung des Gehäuses 3 vorgesehen ist und welches den zweiten Anschlusskontakt des Schaltrohrs 9 ringförmig umgreift.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird der zweite Treibspiegelteil 25b bei der Montage des Unterbrechungsschaltglieds von der Seite des Anschlusskontakts 13 her auf das Schaltrohr 9 aufgeschoben und muss daher so dimensioniert sein, dass sein Innendurchmesser größer oder gleich dem Außendurchmesser des Flanschs 29 ist. Da der ringförmige zweite Treibspiegelteil 25b nicht beliebig dünn gemacht werden kann und auch das Isolatorelement 31 im Bereich der axialen Innenwandung des Ringbereichs Gehäusewand 3a des Gehäuses 3 eine vorgegebene Mindestdicke aufweisen muss, ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Metallscheibe 32 auf das Schaltrohr 9 bis an den Flansch 29 aufgeschoben, welches einen größeren Außendurchmesser aufweist als der Innendurchmesser des Ringbereichs 3a des Gehäuses 3. Die Metallscheibe kann z.B. aus Titan bestehen und verhindert im Brandfall, d.h. bei einem Erweichen oder zerstören des Isolatorelements 31 , dass das Schaltrohr 9 aus dem Gehäuse 3 austritt, auch wenn das Unterbrechungsschaltglied 1 in diesem Zustand ausgelöst wird.
Im Innenraum des Gehäuses zwischen einer dem Stauchbereich 23 abgewandten Stirnseite des zweiten Treibspiegelteils 25b und einer dem Stauchbereich 23 zugewandten Stirnwandung des Isolierelements 31 ist ein ringförmiges Füllstück 33 vorgesehen, welches einen Außendurchmesser besitzt, der im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Gehäuses 3 entspricht, und einen Innendurchmesser, der im Wesentlichen dem Außendurchmesser des Flanschs 29 entspricht. Das Füllstück 33 dient dazu, das Volumen des Innenraums zwischen der dem Stauchbereich 23 abgewand- ten Stirnfläche des Treibspiegels 25, der Innenwandung des Gehäuses 3, dem Isolatorelement 31 und der Außenwandung des Trennbereichs 27 zu verringern, um einen schnelleren Druckaufbau zu ermöglichen.
In dem axialen Ende des Kontaktrohrs 9 im Bereich des zweiten Anschlusskontakts 13 ist eine Anzündvorrichtung 35 vorgesehen. Der Außenumfang der Anzündvorrichtung 35 ist gegenüber der Innenwandung des Schaltrohrs 9 bzw. des zweiten Anschlusskontakts 13 mit einem Dichtelement 37, beispielsweise einem O-Ring, abgedichtet. Zur axialen Fixierung der Anzündvorrichtung 35 kann in der Innenwandung des Schaltrohrs 9 bzw. des zweiten Anschlusskontakts 13 eine kleine Schulter vorgesehen sein, wobei die Anzündvorrichtung bei der Montage des Unterbrechungsschaltglieds 1 bis an die Schulter heran in das Schaltrohr 9 eingeschoben wird. Zur axialen Fixierung der Anzündvorrichtung 35 wird dann ein Verschlusselement 39 in den zweiten Anschlusskontakt 13 eingeschraubt. Durch einen Durchbruch des ringförmigen Verschlusselements 33 können die elektrischen Anschlussleitungen der Anzündvorrichtungen 35 nach außen geführt werden. Zur vollständigen Abdichtung und Fixierung kann der Innenraum des Verschlusselements 39 vergossen sein, insbesondere mit einem geeigneten Epoxidharz. Dieses dient dann gleichzeitig zur Zugentlastung der Anschlussleitungen 41 .
Der Innenraum des Schaltrohrs 9 im Bereich des Trennbereichs 27 zwischen dem Treibspiegel 25 und der Anzündvorrichtung 35 ist mit einer Treibladung, beispielsweise in Pulverform, ausgefüllt. Die Treibladung ist durch die Anzündvorrichtung 35 aktivierbar und erzeugt bei Aktivierung ein Gas, welches den Innenraum innerhalb des Trennbereichs 27 ausfüllt.
Der Trennbereich ist dabei so dimensioniert, dass er durch den erzeugten Gasdruck zumindest teilweise aufreißt, so dass das Gas auch in den umgebenden Ringraum und den Spalt zwischen dem Treibspiegel 25 und dem Füllstück 33 eindringt. Zur Erleichterung des Aufreißens kann die Wandung des Schaltrohrs 9 im Trennbereich 27 auch einen oder mehrere Durchbrüche aufweisen. Zudem kann auch im Ringraum, welcher den Trennbereich 27 umgibt, Treibladungsmaterial vorgesehen sein. Die Anzündvorrichtung kann aus einem einfachen, schnell aufheizbaren Glühdraht bestehen. In unmittelbarer Nähe oder aufgebracht auf die Anzündvorrichtung 35 kann auch eine Anzündmischung oder ein entsprechendes Material vorgesehen sein.
Die Aktivierung der Anzündvorrichtung kann durch eine entsprechende elektrische Ansteuerung erfolgen.
Selbstverständlich kann die Anzündvorrichtung 35 jedoch auch in beliebiger anderer Weise ausgebildet sein, die eine Aktivierung der Treibladung bewirkt.
Zusätzlich oder stattdessen kann ein passives Aktivieren des Unterbrechungsschaltglieds 1 vorgesehen sein. Hierzu wird die Temperaturerhöhung des Materials des Schaltrohrs 9 im Trennbereich 27 ausgenutzt. In diesem Fall sollte ein möglichst unmittelbarer Kontakt zwischen der Treibladung und der Innenwandung und/oder Außenwandung des Schaltrohrs 9 im Trennbereich 27 gegeben sein. Zusätzlich kann auch ein leichter aktivierbares Material, insbesondere eine Anzündmischung, in unmittelbarer Nähe oder aufgebracht auf die Innenwandung und/oder Außenwandung des Trennbereichs vorgesehen sein.
Fig. 1 zeigt eine derartige Schicht einer Anzündmischung 43, die pastös auf die Außenwandung des Trennbereichs aufgebracht ist. In diesem Fall sollte auch im Ringraum, welcher den Trennbereich 27 umgibt, eine Treibladung vorgesehen sein, möglichst in unmittelbarem Kontakt zur Anzündmischung 43.
Der elektrische Widerstand und damit auch das thermische Verhalten des Trennbereichs kann durch das Vorsehen von Durchbrüchen in der Wandung des Trennbereichs 27 (selbstverständlich in Verbindung mit der Wandstärke des Trennbereichs und der Dimensionierung der Radien an den Übergängen des Trennbereichs, die wesentlich den Wärmeabfluß aus dem Trennbereich und dessen Aufreißverhalten bestimmen) beeinflusst werden. Hierdurch kann der Nennstrom definiert werden, bei dem das Unterbrechungsschaltglied 1 passiv auslöst. Auch die Trägheit kann durch eine derartige Dimensionierung festgelegt werden. Bei einer Aktivierung des Unterbrechungsschaltglieds 1 mittels der Anzündvorrichtung 35 oder mittels einer passiven Aktivierung wird also ein Gasdruck an der dem Staubbereich 23 abgewandten Seite des Treibspiegels 25 erzeugt, wodurch der Treibspiegel mit einer entsprechenden Axialkraft beaufschlagt wird. Diese Kraft wird durch eine geeignete Dimensionierung der Treibladung so gewählt, dass das Schaltrohr 9 im Stauchbereich 23 plastisch deformiert und demzufolge der Treibspiegel in Richtung auf den ersten Anschlusskontakt 1 1 bewegt wird. Die Treibladung wird dabei so dimensioniert, dass die Bewegung des Treibspiegels 25 bis in die Fig. 2 dargestellte Endposition erfolgt.
Unmittelbar nach dem Aktivieren der Treibladung wird also der Trennbereich 27 zumindest teilweise aufgerissen. Erfolgt das Aufreißen nicht bereits vor Beginn des axialen Bewegung des Treibspiegels 25 über den vollständigen Umfang des Trennbereichs 27, so wird ein verbleibender Rest des Trennbereichs, der noch einen elektrischen Kontakt verursacht, durch die axiale Bewegung des Treibspiegels 25 vollständig aufgerissen.
Abhängig von der Dimensionierung des Trennbereichs und der Treibladung ist es auch denkbar, dass der Trennbereich nach dem Aktivieren zunächst nicht aufreißt, sondern der Gasdruck nur durch entsprechende Öffnungen in der Wandung des Trennbereichs auch in dem den Trennbereich 27 umgebenden Ringbereich erzeugt wird. Das Aufreißen des Trennbereichs 27 kann dann im Wesentlichen nur durch die axiale Kraft auf den Treibspiegel 25 erfolgen, welche auch zu dessen axialer Bewegung führt.
Durch entsprechende Wahl der Treibladung und ggf. der von dieser umfassten Anzündmischung kann zudem das Aufbrechverhalten weiter gesteuert werden. So reißt das Verbrennungstemperaturen von ca. 1000°C erzeugende Nitrozellulosepulver den Trennbereich nur auf, während beispielsweise Thermit bei Verbrennungstemperaturen von bis zu 3400°C das Material des Trennbereichs sogar zusätzlich aufschmelzen und vergasen würde.
Insbesondere der durch den Abbrand erzeugte Gasdruck kann durch das Einbringen von leicht vergasbaren Flüssigkeiten oder Feststoffen in die den Raum, in welchem dieTreibladung enthalten ist oder in welchen die erzeugten Heißgase eindringen, gut gesteuert werden. So erhöht insbesondere Wasser, beispielsweise in Nitrozellulose gebunden oder in Form von Mikrokapseln, Gelen etc., den Gasdruck beträchtlich. Eine so bewirkte Erhöhung des Gasdrucks kann noch extremer ausfallen, wenn das in der Brennkammer eingebrachte Wasser zum Siedeverzug gebracht wird, insbesondere dadurch, dass das stark erhitzte Wasser beim Aufbrechen des Trennbereichs einen Drucksturz erfährt,.
Wie in Fig. 1 dargestellt, kann der Innenraum des Stauchbereichs 23 und gegebenenfalls auch ein kanalartiger Bereich des Innenraums des Schaltrohrs 9 im Bereich des Treibspiegels 25 mit einem Löschmittel 45 gefüllt sein. Selbstverständlich kann auch nur ein Teil des treffenden Volumens mit einem Löschmittel 45 gefüllt sein. Das Löschmittel kann als Flüssigkeit, gasförmig, gelartig, schaumartig oder auch als mehrphasiges Löschmittel ausgebildet sein. Ein mehrphasiges Löschmittel könnte beispielsweise eine Flüssigkeit mit Gasanteil oder eine Flüssigkeit mit einem Festkörperanteil, beispielsweise Sand, sein. Das Löschmittel muss in jedem Fall so beschaffen sein, dass es bei einer Verringerung des Aufnahmevolumens 47 innerhalb der Kontakteinheit, welche durch den Stauchprozess verringert wird, aus einer Abgabeöffnung in den Trennbereich zwischen den aufgetrennten Enden des Trennbereichs 27 hinein abgegeben werden kann.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist das Löschmittel unmittelbar in das Aufnahmevolumen 47 eingebracht, welches einen entsprechenden Raum innerhalb des Stauchbereichs 23 und einen zentral und axial im Treibspiegel 25 vorgesehenen Abgabekanal 49 einschließt.
Der Abgabekanal 49 ist an seiner dem Stauchbereich 23 abgewandten Seite mittels einer zerstörbaren Membran 51 verschlossen. An der dem ersten Anschlusskontakt 1 1 zugewandten axialen Seite ist das Aufnahmevolumen 47 mittels eines Füllstücks 53 verschlossen, welches als zylindrisches Teil ausgebildet ist. Das zylindrische Füllstück 53 wird in den hohlzylindrischen ersten Anschlusskontakt 1 1 eingepresst. Das Füllstück kann ebenfalls aus Metall bestehen, beispielsweise aus Kupfer. Zusätzlich kann auch ein weiteres Dichtelement 55 eine Abdichtung zwischen der axialen Außenwan- dung des Füllstücks 53 und der Innenwandung des ersten Anschlusskontakts 1 1 bewirken.
Bei einem Auslösevorgang des Unterbrechungsschaltglieds 1 wird somit nicht nur ein elektrisches Auftrennen des Trennbereichs 27 des Schaltrohrs 9 bzw. der Kontakteinheit 5 bewirkt, sondern durch den Stauchvorgang des Schaltrohrs 9 im Trennbereich 27 wird auch das Aufnahmevolumen 47 für das Löschmittel 45 verringert, so dass das Löschmittel durch den Abgabekanal 49 im Treibspiegel 25 in Richtung auf das ortsfeste aufgetrennte Ende des Trennbereichs 27 abgegeben wird. Das Abgeben erfolgt unter hohem Druck, so dass ein kräftiger Strahl des Löschmittels 45 in Richtung auf das ortsfeste aufgetrennte Ende des Trennbereichs 27 gespritzt wird.
Durch das zentrale Abgeben des Löschmittels in der Achse des Schaltrohrs 9 bzw. der Kontakteinheit 5 wird das Löschmittel sofort bei Beginn des Auslösevorgangs (bzw. bei Beginn der axialen Bewegung des Treibspiegels 25) genau in denjenigen Bereich bzw. genau in dasjenige Volumen abgegeben, in welchem sich ein Lichtbogen bilden kann. Der Lichtbogen wird somit sicher gelöscht bzw. bereits an seiner Entstehung gehindert.
Anstelle eines zumindest teilweisen Ausfüllens des Aufnahmevolumens 47 mit dem Löschmittel 45 kann das Löschmittel auch in einem Behältnis (nicht dargestellt) in das Aufnahmevolumen 47 eingebracht werden. Das Behältnis kann starr ausgebildet sein und in das Aufnahmevolumen bei der Montage des Unterbrechungsschaltglieds 1 eingeschoben werden, bevor das Füllstück 53 in den ersten Anschlusskontakt 1 1 eingebracht wird. Ein starres Behältnis für das Löschmittel 45 kann beispielsweise als Glasröhrchen ausgebildet sein, welches eine dem Aufnahmevolumen 47 entsprechende Form aufweist. Dabei kann das Behältnis auch zusätzlich in den Abgabekanal 49 eingreifen und mit seiner Stirnseite mit der Abgabeöffnung des Abgabekanals 49 fluchten. Die Stirnseite des Behältnisses kann so ausgestaltet sein, dass diese durch den Druck des erzeugten Gases bei einem Auslösen des Unterbrechungsschaltglieds 1 zerstört wird. Die Zerstörung kann jedoch auch erst durch den eigentlichen Stauchvorgang bewirkt werden. Durch die Zerstörung der Hülle zumindest im Bereich der Stirnseite ist gewährleistet, dass das Löschmittel 45 während des Stauchvorgangs durch den Abgabekanal 49 ausgepresst wird. Anstelle einer starren Hülle kann das Löschmittel 45 auch in einer flexiblen Hülle vorgesehen sein, welche bei der Montage des Unterbrechungsschaltglieds 1 in das Aufnahmevolumen 47 eingebracht wird. Die Hülle wird dabei ebenfalls derartig ausgebildet, dass diese durch den Druck des Gases und/oder durch den eigentlichen Stauchvorgang (d.h. durch mechanische Kräfte) zerstört wird, wodurch das Löschmittel freigegeben wird.
Anstelle in einer einzigen Hülle, flexibel oder starr, kann das Löschmittel 45 selbstverständlich auch in mehreren geschlossenen Hüllen in das Aufnahmevolumen 47 eingebracht sein. Auch die Verwendung von Mikrokügelchen ist möglich, wobei jedes Mikrokügelchen aus einer starren oder flexiblen Hülle besteht, beispielsweise einem Kunststoff, in welcher ein entsprechendes Quantum des Löschmittels 45 vorgesehen ist.
Um möglichst den gesamten Stauchvorgang für das Auspressen des Löschmittels 45 verwenden zu können, ist es vorteilhaft, wenn möglichst das gesamte Aufnahmevolumen 47 (gegebenenfalls bis auf das Volumen des Abgabekanals 49) mit dem Löschmittel bzw. den entsprechenden Hüllen oder Behältnissen gefüllt ist.
Bei der Verwendung von Behältnissen, die so groß sind, dass diese nicht mehr durch den Abgabekanal 49 passen, ohne zerstört werden zu müssen, kann selbstverständlich die Membran 51 zur Abdichtung des Abgabekanals 49 bzw. der Abgabeöffnung des Abgabekanals 49 entfallen.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, die den Endzustand der Kontakteinheit 5 nach einer Auslösung des Unterbrechungsschaltglieds 1 darstellt, wird der Stauchbereich 23 der Kontakteinheit 5 vorzugsweise so ausgebildet, dass die Wandung des Kontaktrohrs 9 im Stauchbereich 23 mäanderförmig gefaltet wird. Die mäanderförmige Faltung soll dabei vorzugsweise überwiegend außerhalb des Abgabevolumens erfolgen, um zu vermeiden, dass sich ein gefalteter Bereich vor die Eintrittsöffnung des Abgabekanals 49 legt und das Auspressen des Löschmittels 45 verhindert. Das Falten in einem Bereich außerhalb des Aufnahmevolumens wird jedoch ohnehin durch den sich bei der Stauchung des Schaltrohrs 9 ergebenden Innendruck des Löschmittels 45 präferiert, ohne dass hierfür zusätzliche Maßnahmen, wie Sollknickstellen oder dergleichen, vorgesehen sein müssen. Selbstverständlich können jedoch durch solche zusätzlichen Maßnahmen die gewünschten Falteigenschaften erzeugt oder optimiert werden. Insbesondere können Sollknickstellen durch entsprechende Strukturierungen des Stauchbereichs an der Außen- und/oder Innenwandung erzeugt werden. Die im Endzustand ineinander greifenden axialen Vorsprünge des Isolatorelements 17 und des zweiten Treibspiegelteils 25b sind dabei hinsichtlich ihrer axialen Länge auch so ausgebildet, dass diese während des Stauchvorgangs und im Endzustand ein Berühren der radial außenliegenden Teile des gefalteten Bereichs der Wandung des Schaltrohrs 9 mit der Innenwandung des Gehäuses 3 verhindert wird. Hierdurch wird eine Beschädigung der Isolierschicht 7 verbunden, wenn eine solche an der Innenwandung des Gehäuses 3 vorgesehen ist.
Bei Varianten ohne eine derartige Isolierschicht 7 wird hierdurch verhindert, dass sich ein metallisches Gehäuse 3 auf demselben elektrischen Potenzial befindet wie der erste Anschlusskontakt 1 1 .
Die in Fig. 3 dargestellte weitere Ausführungsform eines Unterbrechungsschaltglieds 100 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 dadurch, dass anstelle eines einstückigen Schaltrohrs 9 ein zweiteiliges Schaltrohr 109 verwendet ist. Ein erster Teil 109a des Schaltrohrs 109 ist mit dem entsprechenden Teil des Schaltrohrs 9, welcher den ersten Anschlusskontakt 1 1 , den Flansch 15, den Stauchbereich 23 und den Treibspiegel 25 umfasst, identisch. Ein zweiter Teil 109b des Schaltrohrs 109 umfasst den Trennbereich 27, welcher mit einem dem Treibspiegel 25 zugewandten Ende in eine Aufnahmeausnehmung 160 in der dem Stauchbereich abgewandten Stirnseite des Treibspiegels 25 aufgenommen ist. Des Weiteren umfasst der zweite Teil 109b des Schaltrohrs 109 den Flansch 29 und den zweiten Anschlusskontakt 13.
Bis auf die zweiteilige Ausbildung des Schaltrohrs 109 ist die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform mit der Ausführungsform in den Fig. 1 und 2 praktisch identisch. Entsprechende Teile, Bereiche und Komponenten sind daher mit identischen Bezugszeichen versehen. Grundsätzlich kann der zwischen den Teilen 109a und 109b des Schaltrohrs 109 erforderliche elektrische Kontakt auch durch ein einfaches Einschieben oder Einpressen des Endbereichs des Trennbereichs 27 in die Aufnahmeausnehmung 1 16 des
Treibspiegels 25 hergestellt werden. Dabei besteht jedoch die Gefahr, dass durch Korrosion, mechanische Vibrationen oder andere Einflüsse ein dauerhafter elektrischer Kontrakt nicht mit der gewünschten Güte hergestellt wird bzw. erhalten bleibt.
Fig. 3 zeigt daher ein spezielles Mittel zur Herstellung eines langzeitstabilen und sicheren elektrischen Kontakts zwischen den beiden Teilen 109a und 109b des Schaltrohrs 109. Hierbei handelt es sich um einen Kontaktfederneinsatz, der an der axialen Innenwandung der Aufnahmeausnehmung 1 16 vorgesehen ist. Der Kontaktfederneinsatz kann beispielsweise axiale Nuten aufweisen, in welcher jeweils eine Kontaktfeder enthalten ist, die sich radial nach innen über die axiale Innenwandung der Aufnahmeausnehmung 1 16 bzw. des Kontaktfederneinsatzes162 hinaus erhebt. Die Kontaktfedern werden beim Einschieben des vorderen Bereichs des Trennbereichs 27 in die Aufnahmeausnehmung 1 16 federnd radial nach außen zusammengedrückt. Durch die Vielzahl von elektrischen leitenden, federnden Elementen wird daher ein langzeitstabi- ler und sicherer elektrischer Kontakt gewährleistet, über den auch hohe Ströme geführt werden können.
Die grundsätzliche Funktionsweise des Unterbrechungsschaltglieds 100 nach Fig. 3 ähnelt weitgehend der oben beschriebenen Funktionsweise der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2. Sie unterscheidet sich jedoch darin, dass der Trennbereich 27 nicht mehr zerstört wird, sondern lediglich das vordere Ende, d.h. das dem Treibspiegel 25 zugewandte Ende des Trennbereichs 27 aus der Aufnahmeausnehmung 1 16 des Treibspiegels 25 herausgezogen wird.
Der Endzustand des Unterbrechungsschaltglieds 100 nach erfolgter Auslösung ist in Fig. 4 dargestellt. Um zu gewährleisten, dass nach der Aktivierung des gaserzeugenden Materials der Treibladung der Druck sofort die gesamte Stirnfläche des Treibspiegels 25 beaufschlagen kann, ist es bei der Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 erforderlich, dass der Trennbereich Durchbrüche in der Wandung des Schaltrohrs 109 bzw. des zweiten Teils 109b des Schaltrohrs 109 aufweist. Auch bei dieser Variante sollte der Abgabekanal 49 für das Löschmittel 45 so ausgestaltet sein, dass der Strahl des Löschmittels 45 auf das ortsfeste Ende des zweiten Teils 109b des Schaltrohrs 109 gerichtet ist. Da sich der Lichtbogen zwischen der ringförmigen Wandung bzw. der Stirnseite der ringförmigen Wandung des ortsfesten Teils des Trennbereichs 27 und einem gegenüberliegenden Teil der Stirnfläche des ersten Teils 109a des Schaltrohrs 109 ausbilden wird, sollte der Strahl des Löschmittels 45 so ausgestaltet sein, dass sich dieser auf die Stirnfläche der Wandung des Trennbereichs 27 richtet.
Wie vorstehend erläutert, kann die Form des Strahls des Löschmittels 45 durch eine entsprechende Gestaltung des Abgabekanals 49 erreicht werden, vorzugsweise durch eine entsprechende düsenartige Gestaltung, wodurch der Durchmesser des Löschmittelstrahls abhängig von der Entfernung von der Abgabeöffnung beeinflusst werden kann.
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Unterbrechungsschaltglieds 200, welches ein Schaltrohr 209 bzw. eine Kontakteinheit 205 aufweist, welche ein im Wesentlichen gleichzeitiges zweifaches Auftrennen des Strompfades an zwei seriellen Unterbrechungsstellen ermöglicht.
Das Unterbrechungsschaltglied 200 weist ein Gehäuse 203 auf, welches aus zwei Gehäusen 3 der Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 2 bzw. 3 und 4 zusammengesetzt sein kann. Die beiden Gehäuseteile 3 sind so axial gegeneinander ausgerichtet, dass sich die Stirnseiten gegenüberstehen, in welche bei der Variante nach Fig. 1 und 2 die Verschlussmutter 21 eingeschraubt ist. Anstelle der Verschlussmutter 21 kann hier ein Verbindungselement 221 eingeschraubt werden bzw. die Gehäuseteile 3 können auf das Verbindungselement 221 aufgeschraubt werden.
Anstelle eines Schaltrohrs mit einem einzigen Trennbereich ist bei der Variante nach Fig. 5 ein Schaltrohr 209 mit zwei Trennbereichen 27 vorgesehen. Das Schaltrohr 209 entspricht im Wesentlichen zwei Schaltrohren 9 nach Fig. 1 , welche mit einem verkürzten ersten Anschlusskontakt 1 1 einstückig miteinander verbunden sind. Anstelle eines einstückig ausgebildeten Kontaktrohrs 209, wie dies bei der Ausführungsform nach Fig. 5 verwendet wird, kann selbstverständlich auch ein zweiteiliges Kontaktrohr verwendet werden, das aus zwei Kontaktrohren 9 nach Fig. 1 hergestellt wird. Hierzu kann ein gegebenenfalls zu lang ausgebildeter erster Anschlusskontakt 1 1 verkürzt, beispielsweise abgesägt, werden. Zum Verbinden der beiden Kontaktrohre kann ein Füllstück 53 verwendet werden, welches so lang ausgebildet ist, dass es mit jeweils einem Ende in den betreffenden (verkürzten) ersten Anschlusskontakts 1 1 des betreffenden Schaltrohrs 9 eingepresst oder eingeschraubt werden kann.
Bei dem Unterbrechungsschaltglied 200 nach Fig. 5 ist ein Aufnahmevolumen 247 für das Löschmittel 45 vorgesehen, welches im gesamten ersten und zweiten Stauchbereich 23 und auch in dem dazwischen liegenden Innenraum des Schaltrohrs 209 ausgebildet, also in dem Teilbereich des Schaltrohrs 209, welches vom Verbindungselement 221 und entsprechenden Isolatorelementen 217 umgriffen ist.
Die außen liegenden Bereiche des Unterbrechungsschaltglieds 200 sind jeweils mit dem in Fig. 1 rechts dargestellten Teilbereich des Schaltglieds 1 sowohl hinsichtlich der Struktur als auch hinsichtlich der Komponenten und Funktionalität identisch. Es kann somit auf die entsprechenden vorstehenden Erläuterungen im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 verwiesen werden.
Das Schaltglied 200 weist an beiden Seiten einen Anschlusskontakt 21 1 bzw. 213 auf, in welchem eine Anzündvorrichtung 35 vorgesehen ist.
Zwar ist bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform auch eine passive Aktivierung mittels einer Erwärmung der Trennbereiche 27 vorgesehen, jedoch ist hierdurch nicht in jedem Fall sichergestellt, dass ohne spezielle zusätzliche Maßnahmen eine im Wesentlichen gleichzeitige Zündung der Treibladungen gewährleistet ist. Eine solche gleichzeitige Aktivierung ist jedoch erforderlich, um das gewünschte gleichzeitige Trennen des Strompfads an zwei seriell verschalteten Punkten zu erreichen. Durch das gleichzeitige Unterbrechen wird während des Abschaltvorgangs über jede aufzutrennende bzw. aufgetrennte Strecke nur jeweils die Hälfte der Spannung als Spannungsabfall auftreten, welche an den Anschlusskontakten 21 1 , 213 anliegt. Eine elektrisch ansteuerbare Aktivierung erleichtert ein derart gleichzeitiges Abschalten. Im Übrigen entspricht der Auslösevorgang der Ausführungsform nach Fig. 5 im Wesentlichen der Ausführungsform nach Fig. 1 . Wie in Fig. 6 gezeigt, wird bei einer Aktivierung der Anzündvorrichtungen 35 der jeweilige Treibspiegel 25 mit Druck beaufschlagt und in Richtung auf die Mittelebene E (Symmetrieebene des Unterbrechungsschaltglieds 200, die senkrecht zur Längsachse liegt) bewegt. Hierdurch wirken die beiden Stauchbereiche 23 wiederum wie eine Pumpe, mit welcher das Löschmittel 45 durch die beiden Abgabekanäle 49 austritt und den Raum zwischen den beiden aufgetrennten Enden des Trennbereichs 27 ausfüllt.
Auch die in Fig. 7 dargestellte Variante eines Unterbrechungsschaltglieds 300 entspricht weitestgehend dieser Funktion. Der wesentliche Unterschied zwischen dem Unterbrechungsschaltglied 300 nach Fig. 7 und dem Unterbrechungsschaltglied 200 nach Fig. 5 besteht darin, dass das Unterbrechungsschaltglied 300 ein Gehäuse 303 aufweist, welches einteilig ausgebildet ist. Das Schaltglied 309, welches Anschlusskontakte 31 1 , 313 definiert, ist ebenfalls einteilig ausgebildet, wobei anstelle des Verbindungselements 221 und der Isolatorelemente 217 bei der Ausführungsform nach Fig. 5 ein Stabilisatorelement 317 vorgesehen ist. Das Stabilisatorelement 317 besteht ebenfalls aus einem isolierenden Material und dient im Wesentlichen dazu, das Schaltrohr radial und axial im Gehäuse zu fixieren. Die etwas anders gestalteten Flansche 29 des Schaltrohrs 309 definieren hier eine Umfangsnut, in welche das ringförmige Stabilisatorelement 317 mit seinem radial inneren Bereich eingreift.
Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform wurde auf sich axial jeweils nach außen in Richtung auf die Stauchbereiche 23 erstreckende Vorsprünge verzichtet, welche mit den Vorsprüngen der Treibspiegel 25 zusammenwirken.
Auch bei der Ausführungsform nach Fig. 7 ist ein Aufnahmevolumen für das Löschmittel 45 vorgesehen, welches sich im gesamten Innenraum des Schaltrohrs 309 zwischen den Abgabeöffnungen der beiden Abgabekanäle 49 erstreckt. Selbstverständlich kann auch hier wiederum anstelle eines einzigen Aufnahmevolumens 47 jeweils ein erstes Aufnahmevolumen im linken Stauchbereich 23 und ein zweites Aufnahmevolumen im rechten Stauchbereich 23 vorgesehen sein. Wie oben in Verbindung mit der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 beschrieben, kann das Löschmittel als solches oder eingeschlossen in wenigstens einer starren oder flexiblen Hülle in das Aufnahmevolumen eingebracht sein.
Die Funktionsweise der Ausführungsform nach Fig. 7 entspricht praktisch identisch der Funktionsweise der Ausführungsform nach Fig. 5. Der betreffende Endzustand nach Beendigung des Schaltvorgangs ist in Fig. 8 dargestellt.
Selbstverständlich kann auch bei den Zweifach-Unterbrechungsschaltgliedern 200 und 300 nach den Fig. 5 und 6 bzw. 7 und 8 ein mehrteiliges Schaltrohr nach dem Prinzip der Ausführungsform in Fig.3 und 4 verwendet sein. Hierzu muss lediglich der in den Fig. 5 und 6 bzw. 7 und 8 jeweils außen dargestellte Bereich des Schaltrohrs 209 bzw. 309 bzw. der jeweilige Treibspiegel und der jeweilige Trennbereich so ausgebildet sein, wie dies in Verbindung mit der Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 beschrieben ist. Der Endbereich des jeweiligen Trennbereichs greift dann in die jeweilige Aufnahme- ausnehmung des Treibspiegels ein und stellt einen elektrischen Kontakt zwischen den Teilen des Schaltrohrs 209 bzw. 309 her. Hinsichtlich der Funktion bzw. des Abschaltvorgangs kann auf die vorstehenden Ausführungen in Verbindung mit der Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 verwiesen werden.
In sämtlichen Varianten der Erfindung wird erreicht, dass infolge des bei einem Schaltvorgang bewegten Treibspiegels ein sich an den Treibspiegel anschließender Stauchbereich der Kontakteinheit 5 derart deformiert wird, dass sich ein darin befindliches Aufnahmevolumen für das Löschmittel verringert, wodurch das Löschmittel durch wenigstens eine Abgabeöffnung in den Raum zwischen den aufgetrennten Teilen des Trennbereichs eintritt und das Entstehen eines Lichtbogens zwischen diesen beiden Enden vermeidet oder einen bereits entstandenen Lichtbogen löscht. Bezugszeichenliste
1 Unterbrechungsschaltglied
3 Gehäuse
5 Kontaktelement
7 Isolierschicht
9 Schaltrohr
1 1 erster Anschlusskontakt
13 zweiter Anschlusskontakt
15 Flansch
17 Isolatorelement
19 Dichtelement (O-Ring)
21 Verschlussmutter
23 Stauchbereich
25 Treibspiegel
25a erster Treibspiegel
25b zweiter Treibspiegel
27 Trennbereich
29 Flansch
31 Isolatorelement
33 Füllstück
35 Anzündvorrichtung
37 Dichtelement
39 Verschlusselement
41 elektrische Anschlussleitungen
43 Anzündmischung
45 Löschmittel
47 Aufnahmevolumen
49 Abgabekanal
51 Membran
53 Füllstück
55 Dichtelement
100 Unterbrechungsschaltglied Schaltrohr
a erster Teil des Schaltrohrs 109b zweiter Teil des Schaltrohrs 109
Aufnahmeausnehmung
Kontaktfederneinsatz
Unterbrechungsschaltglied
Gehäuse
Kontakteinheit
Schaltrohr
Anschlusskontakt
Anschlusskontakt
Isolatorelement
Verbindungselement
Aufnahmevolumen
Unterbrechungsschaltglied
Gehäuse
Schaltglied
Anschlusskontakt
Anschlusskontakt
Stabilisatorelement

Claims

Patentansprüche Elektrisches Unterbrechungsschaltglied, insbesondere zum Unterbrechen von hohen Strömen bei hohen Spannungen,
(a) mit einem Gehäuse, welches eine den Strompfad durch das Unterbrechungsschaltglied definierende Kontakteinheit umgreift und
(b) mit einer Treibladung, welche ein gaserzeugendes, aktivierbares Material umfasst,
(c) wobei die Kontakteinheit einen ersten und zweiten Anschlusskontakt, einen Stauchbereich, einen Trennbereich und einen Treibspiegel aufweist,
(d) wobei die Treibladung und die Kontakteinheit so ausgebildet sind,
(i) dass ihr über den ersten Anschlusskontakt ein zu unterbrechender Strom zuführbar und von ihr über den zweiten Anschlusskontakt abführbar ist und
(ii) dass bei einem Zünden der Treibladung der Treibspiegel derart mit einem durch das gaserzeugende aktivierbare Material erzeugten Gasdruck beaufschlagt wird, dass der Treibspiegel im Gehäuse in einer Bewegungsrichtung aus einer Ausgangsposition in eine Endposition bewegt und dabei der Stauchbereich plastisch verformt wird, wobei der Trennbereich vollständig aufgetrennt wird und in der Endposition des Treibspiegels ein Isolationsabstand zwischen den aufgetrennten Enden des Trennbereichs erreicht ist, dadurch gekennzeichnet, (e) dass ein Löschmittel derart vorgesehen ist, dass durch die Bewegung des Treibspiegels und/oder durch den Stauchvorgang des Stauchbereichs das Volumen zur Aufnahme des Löschmittels derart verringert wird, dass das Löschmittel durch wenigstens einen Abgabekanal, der das Volumen zur Aufnahme des Löschmittels mit dem Raum verbindet, in dem sich der Trennbereich befindet, zum Löschen oder zum Vermeiden des Entstehens eines Lichtbogens zwischen die Enden des Trennbereichs eingespritzt wird.
2. Elektrisches Unterbrechungsschaltglied nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen zur Aufnahme des Löschmittels innerhalb des Stauchbereichs vorgesehen ist.
3. Elektrisches Unterbrechungsschaltglied nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stauchbereich hinsichtlich des Materials und der Geometrie so ausgelegt ist, dass die Wandung des Stauchbereichs infolge der Stauchbewegung gefaltet, vorzugsweise mäanderförmig gefaltet wird.
4. Elektrisches Unterbrechungsschaltglied nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stauchbereich hohlzylindrisch und im Querschnitt vorzugsweise ringförmig ausgebildet ist.
5. Elektrisches Unterbrechungsschaltglied nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Löschmittel in wenigstens einer geschlossenen, vorzugsweise flexiblen, durch den Stauchvorgang zerstörbaren Hülle innerhalb des Stauchbereichs vorgesehen ist.
6. Elektrisches Unterbrechungsschaltglied nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Abgabekanal düsenartig ausgebildet ist.
7. Elektrisches Unterbrechungsschaltglied nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Abgabekanal, vorzugswei- se im Bereich wenigstens einer Abgabeöffnung, durch eine während des Auslösevorgangs des Unterbrechungsschaltglieds zerstörbare Membran verschlossen ist.
8. Elektrisches Unterbrechungsschaltglied nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Abgabekanäle im Treibspiegel derart vorgesehen sind, dass die ein oder mehreren Abgabeöffnungen der Abgabekanäle im Bereich des Querschnittes eines sich, zumindest im ungetrennten Zustand, an den Treibspiegel anschließenden Trennbereichs ausgebildet sind.
9. Elektrisches Unterbrechungsschaltglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakteinheit eine gerade Längsachse aufweist, entlang welcher der Treibspiegel verschiebbar ist, dass der Trennbereich angrenzend an den Treibspiegel und in der Längsachse liegend vorgesehen ist und dass eine Abgabeöffnung in der Längsachse liegt.
10. Elektrisches Unterbrechungsschaltglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Treibspiegel zweiteilig ausgebildet ist, wobei ein aus einem isolierenden Material bestehender zweiter Treibspiegelteil einen mit der Kontakteinheit fest verbunden oder einstückig damit ausgebildeten ersten Treibspiegelteil umgreift und diesen beaufschlagt, und wobei der zweite Treibspiegelteil vorzugsweise gegenüber dem ersten Treibspiegelteil und dem Gehäuse abgedichtet ist.
1 1 . Elektrisches Unterbrechungsschaltglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennbereich und die Treibladung so ausgebildet sind,
(a) dass der Trennbereich bei einem Zünden der Treibladung aufgerissen oder zumindest teilweise aufgerissen und durch eine Verschiebebewegung des Treibspiegels völlig aufgetrennt wird, oder (b) dass der Trennbereich bei einem Zünden der Treibladung zwei zerstörungsfrei trennbare Teile des Trennbereichs durch eine Verschiebebewegung des Treibspiegels auseinandergeschoben werden.
12. Elektrisches Unterbrechungsschaltglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakteinheit wenigstens zwei Teil-Kontakteinheiten aufweist, die jeweils einen Stauchbereich, einen Trennbereich und einen Treibspiegel aufweisen,
(a) wobei die Teil-Kontakteinheiten jeweils so ausgebildet sind,
(i) dass bei einem Zünden der Treibladung jeder Treibspiegel derart mit einem durch das gaserzeugende aktivierbare Material erzeugten Gasdruck beaufschlagt wird, dass der betreffende Treibspiegel im Gehäuse in einer Bewegungsrichtung aus einer Ausgangsposition in eine Endposition bewegt und dabei der zugehörige Stauchbereich plastisch verformt wird, wobei der betreffende Trennbereich vollständig aufgetrennt wird und in der Endposition des betreffenden Treibspiegels ein Isolationsabstand zwischen den aufgetrennten Enden des betreffenden Trennbereichs erreicht ist, und
(ii) dass das Löschmittel derart vorgesehen ist, dass durch die Bewegung eines, mehrerer oder aller Treibspiegel und/oder durch den Stauchvorgang eines oder mehrerer oder aller Stauchbereiche das Volumen zur Aufnahme des Löschmittels derart verringert wird, dass das Löschmittel durch jeweils einen Abgabekanal, der das Volumen zur Aufnahme des Löschmittels mit dem Raum verbindet, in dem sich ein zugeordneter Trennbereich befindet, zum Löschen oder zum Vermeiden des Entstehens eines Lichtbogens zwischen die Enden des betreffenden Trennbereichs eingespritzt wird.
13. Elektrisches Unterbrechungsschaltglied nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Teil-Kontakteinheiten vorgesehen sind und die Kontaktein- heit und das Gehäuse in Bezug auf eine Mittelebene spiegelsymmetrisch ausgebildet sind, wobei die Trennbereiche und die Treibspiegel vorzugsweise außerhalb der dazwischen angeordneten Stauchbereiche vorgesehen sind.
14. Elektrisches Unterbrechungsschaltglied nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Teil-Kontakteinheiten so ausgebildet sind, dass die beiden Stauchbereiche einander zugewandt sind, und dass ein gemeinsames Volumen zur Aufnahme des Löschmittels innerhalb des Stauchbereiche vorgesehen ist.
15. Elektrisches Unterbrechungsschaltglied nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Teil-Kontakteinheit eine separate Teil- Treibladung zugeordnet ist und dass eine ansteuerbare Vorrichtung für das aktive und im Wesentlichen gleichzeitige Zünden der separaten Teil-Treibladungen vorgesehen ist.
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