EP3555900B1 - Electrical interruption switch, in particular for interrupting high currents at high voltages - Google Patents
Electrical interruption switch, in particular for interrupting high currents at high voltages Download PDFInfo
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Definitions
- 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, as well as in general mechanical and electrical engineering in switch cabinets of machines and systems, as well as in the context of electromobility in electric and hybrid vehicles, but also in electrically operated helicopters and aircraft for defined and quick disconnection of high power electrical circuits in emergency use.
- the requirement for such a switching element is that its tripping and interrupting function must be reliably guaranteed even after up to 20 years without maintenance.
- such a switching element must not emanate any additional hazard potential from hot gas, particles, projectiles or escaping plasma.
- a possible area of application in automotive technology is the defined irreversible disconnection of the on-board wiring from the car battery or drive battery shortly after an accident or generally after a short-circuit process caused by other means, for example a defective unit or a defective electric motor, in order to avoid sources of ignition caused by sparks and To avoid plasma that occurs when, for example, cable insulation has been chafed by body sheet metal penetrating during the accident or loose cable ends press against each other or against sheet metal parts and chafe. If petrol escapes at the same time as an accident, such ignition sources can ignite flammable petrol-air mixtures that collect under the hood, for example.
- the interrupting switching element presented here is also very well suited for the emergency shutdown of individual solar cell modules or entire solar cell arrays in an emergency, because it can be designed to be controllable or remote-controllable. Furthermore, it can additionally or instead be designed in such a way that it triggers passively, that is to say it can take over the function of a conventional safety fuse at the same time.
- pyrotechnic fuses which are actively controlled to trigger.
- a circuit breaker which comprises a metallic housing which is connected to two terminal areas that are spaced apart from one another, each having a conductor end of a conductor to be protected. The current path runs through the housing.
- a pyrotechnic element which is formed by an explosive charge, is provided in the housing.
- the explosive charge can be activated by an electrical detonator, which includes an ignition element that is vaporized by a supply current.
- the housing is filled with an insulating liquid.
- the axially extended housing has a circumferential groove along which the housing tears open when the explosive charge is ignited.
- the housing is broken into two electrically separate parts so that the relevant circuit is separated.
- this circuit breaker the plasma that occurs when a circuit is opened with a very high current intensity is extinguished by the atomized insulating liquid.
- it can be triggered by the signal from a shock sensor.
- a self-triggering to disconnect the circuit when the conductor to be protected is overloaded is not provided in this known device, because the entire sleeve would have to be heated to the triggering temperature and then a detonative reaction would not be reliably achieved. Because an explosive can hardly be ignited by simply heating the case, ie brought to the detonative conversion. However, this would be the case, for example, in the DE 2 103 565 described housing shape necessary.
- a corresponding switching element should therefore not only have a controllable tripping option, but also the function of a conventional high-current fuse in the form of a fuse have that can be handled safely by anyone, as is the case with conventional fuses.
- Such high-current fuses have the disadvantage of a switch-off time that fluctuates within a large bandwidth after the rated current of the fuse has been reached.
- a cable protected in this way can therefore only be utilized to a very small extent, e.g. 30%, in terms of its current-carrying capacity, since otherwise, for example, a cable fire can occur in the event of an overload.
- the most serious disadvantage of fuses is the fact that when very small overcurrents are switched off, they form a conductive channel internally around the fuse element, with the result that although the fuse element melts, the current is still not switched off afterwards because the Current flows through the conductive channel.
- an emergency stop switch for electrical circuits which enables both self-triggering and triggerable triggering.
- an electrical conductor which has a pyrotechnic core.
- This can consist of a pyrotechnic material, for example.
- the pyrotechnic core can be ignited by the heating of the electrical conductor when a permissible current intensity (rated current intensity) is exceeded.
- a controllable ignition device for example in the form of a glow wire.
- the applicant is aware of an electrical switching element, in particular for switching high currents, which can be configured to be activated both actively, ie by means of a controllable ignition device, and passively, ie via the current intensity of the current to be switched off.
- the switching element has a housing which includes a contact unit, the contact unit having two connection contacts which are connected to the housing in a stationary manner or are formed in one piece therewith for the supply and removal of an electric current to be switched, and the two connection contacts in the initial state of the switching element within the housing are electrically connected.
- An activatable material is provided in the housing which, after activation, generates a gas pressure to act upon the contact unit, the electrically conductive connection being broken by the actuation of the gas pressure.
- the contact unit comprises a contact element that can be moved relative to the stationary connection contacts when the gas pressure generated is applied, which is moved in the direction of the axis of the contact unit from its starting position to an end position by the application of the gas pressure generated, in which the electrical connection via the contact unit is interrupted is.
- This switching element is designed in such a way that no outward movement of parts occurs. In addition, no hazardous gases or fragments of any kind escape when activated.
- Another switching unit from the prior art is from DE 10 2014 107853 A1 known.
- switching units of this type are only suitable to a limited extent for switching off very high direct currents at higher voltages, since the interruption of the isolating area as a result of the circuit being opened always causes an arc to be drawn here, which as a result of the inductance in the line at the moment of the The energy stored in the magnetic field and released at the moment the circuit is separated cannot be prevented from being separated. Try to use an extinguishing agent that leaves the separation area in its original state surrounding before activation have shown that this alone does not achieve the desired result, namely avoiding the occurrence of an arc or safely extinguishing an arc that already exists.
- the activatable material which is provided for generating the pressure or the pressure surge (hereinafter also referred to as shock wave), is introduced into a combustion chamber.
- the volume of the combustion chamber is usually also the volume of the powder chamber and usually includes the volume that the pyrotechnic material requires for storage in the assembly before it is triggered.
- the residual volume filled with air or a gas thus reduces the transmission of a rapid mechanical impulse to the drive element of the pyrotechnic drive device (hereinafter also referred to as the sabot).
- both the smallest possible mass of pyrotechnic material and at the same time the smallest possible empty volume in the assembly are desirable: every empty volume can be destroyed by the pyrotechnic reaction are depressed by the resulting gaseous reaction products, i.e. an energy reservoir is created after ignition, which is discharged if, for example, the assembly was overloaded and breaks.
- the "high-pressure gas reservoir" created in this way would then be discharged with a corresponding bang and parts being thrown around - which cannot happen if there are no empty volumes in the assembly or no gas-filled volumes after the assembly has been triggered.
- any material that converts to deflagration or detonation is referred to as an activatable material.
- This also includes deflagrating mixtures of substances, such as thermite mixtures or tetrazene.
- a deflagrating material generates, among other things, gaseous reaction products and an increase in pressure or a pressure wave, the propagation speed of which is less than or equal to the speed of sound of the medium in question.
- a detonatively converting material also generates a pressure change in the medium in question, referred to as a pressure surge or shock wave, the propagation speed of which is greater than the speed of sound in the loaded medium.
- the pressure surge generated or the shock wave emanating from it should be used in order to first tear open a component segment, in this case a pipe segment or the separation area, i.e. in this case the electrical conductor, quickly and violently and thereafter to generate the output power of the pyrotechnic material.
- the property of detonative materials is used to be able to generate a significantly higher energy density in comparison to deflagrating materials, the effect of which can be implemented more effectively at the desired location while at the same time using significantly less material.
- the coupling of the detonative material or the shock wave generated by it to the desired site of action is important.
- the object of the invention is to create a pyrotechnical interrupting switching element, in particular for interrupting high currents at high voltages, in which high currents at high voltages can also be switched off by avoiding or at least effectively damping a current sustained by an arc is assured.
- the amount of pyrotechnic material to be used should be as small as possible and still ensure the shutdown.
- a switching element is to be created which is largely unobjectionable in terms of safety and can be produced in a simple and cost-effective manner.
- a pyrotechnic material can be used in such a small amount for carrying out the switching process that the shock wave generated does not damage the housing of the interrupting switching element, but can still interrupt high currents at high voltages.
- deflagrating pyrotechnic materials can be used here, but also advantageously detonative pyrotechnic materials that generate shock waves.
- the electrical circuit breaker according to the invention thus has a housing which surrounds a contact unit defining the current path through the circuit breaker.
- a pyrotechnic material is provided, which is a gas-generating and/or shock-wave-generating, activatable material.
- the contact unit has a first and second connection contact and a disconnection area.
- the pyrotechnic material and the contact unit are designed in such a way that a current to be interrupted can be fed to it via the first connection contact and removed from it via the second connection contact (or vice versa) and that when the pyrotechnic material is ignited, the separating area is connected to a material that can be activated by the material generated gas pressure and / or shock wave is applied, so that the separation area is torn open or pressed and thereby separated.
- the insulation distance is selected so that it is well sufficient for the voltage to be switched in each case to keep the source voltage safe, i.e. discharge-free, after separation.
- At least one chamber in the interrupting switching element is at least partially delimited by the isolating area and is essentially completely filled with a filling material, preferably silicone oil. In this way, the separation area is in contact with the filling material.
- substantially completely filled is understood to mean that, apart from the unavoidable gas bubbles that are present, for example, due to the surface tension of the filling material or due to difficulties during filling, the entire space in the respective chamber is filled with the filling material.
- the separating area can be designed in such a way that it at least partially surrounds a chamber, preferably a combustion chamber, ie the wall of the separating area delimits one chamber at least partially.
- the separating area can separate one chamber from another chamber.
- This further chamber surrounds the separating area, preferably in the form of a ring. If not only one chamber is filled with filling material, but also the space of the other chamber, the separating process of the separating area takes place completely in the filling material, so that an arc that forms at the first opening is extinguished immediately or quickly and further discharge phenomena are well prevented can.
- one chamber can be connected to the other chamber when the separation area is separated.
- both the one chamber and the other chamber can be essentially completely filled with the filling material.
- the pyrotechnic material can be located in the chamber filled with the filling material.
- the shock wave can act directly through the filling material with its specific, usually very low, shock wave resistance.
- the pyrotechnic material is preferably provided with a protective layer, preferably of natural rubber and/or epoxy resin, which prevents the filler material from inactivating the pyrotechnic material before it is activated.
- the pyrotechnic material is preferably present in the interrupting switching element according to the invention in the form of a so-called mini detonator or an ignition or ignition pellet, but it can also be introduced in another form.
- the pyrotechnic material is located in one chamber, ie one chamber is then the combustion chamber.
- the pyrotechnic material is provided in the further chamber, for example in an outer area of the further chamber within the housing (see Fig 11 ) or even outside the housing, whereby the generated energy or the pressure or the shock wave is transmitted via a pressure line (see 12 ). acts on the separation area and the sabot.
- the filling material preferably has an electrically good insulating material. It preferably contains a material that itself breaks down into an insulator when exposed to energy or when it decomposes. However, both properties can also be fulfilled by one material alone, as is the case with silicone oils: The electrically insulating oil is decomposed, e.g. by the influence of electric arcs, and in the process it becomes silicon dioxide, which is also a good electrical insulator.
- the pyrotechnic material is usually housed in one chamber, but embodiments are also conceivable that house the pyrotechnic material in the outer area of the other chamber within the housing (see Fig 11 ) or even outside the housing via a pressure line (see 12 ) and in this way feeds the pressure or the shock wave to the separation area.
- all the empty volumes can be filled with fluid, as can be seen in the two figures.
- the web material in the separation area would either be pressed inwards after the separation or would simply be torn lengthwise.
- the presence of a filling material in at least one of the chambers also has the advantage that the surface, for example of the mini detonator, is electrically well insulated from the inner or outer wall of the separating area.
- the presence of a filling material in one chamber or the other chamber also has the advantage that the proportion of gas in it can be greatly reduced, so that with a small amount of gas generated by the mini detonator, high pressure can be exerted on the separation area and any sabot. So much pressure can be generated very effectively, i.e.
- the shock wave resistance in one chamber or the other chamber is greatly reduced by the filling material, or the separating area is quasi-acoustically coupled to the mini detonator.
- pressures of far more than 1 kbar are reached in the shock wave front.
- the migration of this pressure disturbance or the pressure energy in the direction of the wall of the separation area would be impeded, weakened or dampened by a gas volume.
- the energy generated by the mini detonator for example, can be used as undiminished as possible for the destruction of the separation area and for the impact of any sabot that may be present, and not for the heating and suppression of the gas.
- silicone oils for example, there is an improvement or amplification of the shock wave compared to air between 1000x and 4000x.
- the interrupting switching element according to the invention can switch much more efficiently and quickly compared to a switching element that has a gaseous filling material. It has also been found that by using a filling material according to the invention, the thickness of the separating area can also be greatly increased without having to use a larger amount of pyrotechnic material, which is otherwise usual, for successful separation. In this way, the interrupting switching element according to the invention can be used for far higher currents at higher voltages, without the isolating region being heated to an impermissible extent.
- the contact unit can have a compression area.
- the swage area can be designed to enclose yet another chamber.
- the compression area can be designed in such a way that it is compressed during the process of separating the separation area. It is preferred that the material of the upset area is a readily deformable, possibly also soft-annealed material in order to to improve the folding behavior of the upset area.
- the still further chamber of the compression area can also be completely filled with the filling material.
- the movement of the sabot and/or the upsetting process of the upsetting area reduces the volume of the further chamber in such a way that the vaporizable medium is injected through the at least one channel between the at least two parts of the separating area.
- the further chamber is connected to the one chamber via a bore (channel).
- the filling material can be pressed from the still further chamber via the channel during the upsetting process into one chamber and thus further effectively suppresses or cools any arc that may still be present in the separating region.
- the extinguishing agent that may have already partially decomposed in one chamber is diluted by the new medium flowing in, thus also improving the insulating properties of the "stressed" extinguishing agent.
- the upsetting area can be designed in terms of material and geometry such that the wall of the upsetting area is folded as a result of the upsetting movement, preferably folded in a meandering shape.
- the compression area can have at least one perforation, which enables a connection between the still further chamber with a volume surrounding the still further chamber.
- additional filling material can be made available during the upsetting process, and the volume of one chamber and the other chamber, which volume increases as a result of moving the sabot, can be refilled with filling material.
- more quenching agent is available for the switching arc and additional work options are available for the magnetic energy stored in the circuit inductance at the moment the separating area is separated, so that the material of the upset area can be better formed.
- the arc occurring in the separation area can be better cooled or disrupted.
- the amount of gas in the pressurized space can also be kept as low as possible after triggering, and the risk of explosion associated with a highly pressurized gas space can thus be minimized.
- the filling material partially converted by the arc can be diluted by the newly injected filling material. This achieves better insulation values.
- the extinguishing time is also lengthened by the delay in the upsetting process due to the filling of the still further chamber.
- the upsetting time determines the time in which the filling material is injected into one chamber and another chamber and thus particularly effectively cools, disrupts and penetrates the arc located there Material conversion or evaporation can work. If the time constant from the load resistance and the circuit inductance is greater than the time that is available during or as a result of the compression, the interrupting switching element can no longer cool the current that is still flowing after the end of the disconnection process and thus the arc that is still there . As a result, the internal pressure increases due to vaporized filling material, and the interrupting contact element can be destroyed or explode in an undesired manner.
- the magnetic energy stored in the circuit inductance at the time when the switching element is switched off or triggered must be converted into other forms of energy.
- the introduction of a perforation in the compression area has the advantage that its size means that the flow resistance of the liquid flowing over here when the compression area is compressed is large enough or can be set optimally for the switching process.
- the filling material can better absorb the magnetic energy stored in the circular inductance at the time of separation or convert it into other forms of energy.
- thermite can be introduced into the filling material. All configurations are conceivable here: the admixture of thermites in the filling material of one chamber, the further chamber and/or the still further chamber. In one embodiment, the further chamber can also contain thermite in powder form.
- the at least one channel can be designed like a nozzle.
- the channel can be aligned in such a way that its extension direction is directed towards the stationary severed end of the separating area.
- the separating area can be hollow-cylindrical and preferably ring-shaped in cross-section.
- one chamber is located in the interior of the hollow cylinder and is thus partially delimited by it.
- the additional chamber preferably surrounds the compression area in a ring shape.
- the compression area can also be hollow-cylindrical and preferably ring-shaped in cross-section.
- the filling material can thus be introduced inside the hollow cylinder become.
- a ring-shaped cross-section favors a uniform folding of the hollow cylinder wall during the upsetting process, seen over the circumference.
- the length of the hollow cylinder in the separation area/the length of the switching land is preferably in the range from 3 mm to 15 mm, more preferably in the range from 5 mm to 10 mm and even more preferably in the range from 6 mm to 8 mm.
- web widths of 1mm are also advantageous, especially if switching is to be carried out particularly quickly.
- the wall thickness of the hollow-cylindrical separating area/the material thickness of the switching bridge can be up to 1000 ⁇ m, the range from 400 ⁇ m to 700 ⁇ m being preferred here.
- the wall thickness had to be reduced to as much as 150 ⁇ m here, since this was the only way to ensure separation in the separation area without the amount of pyrotechnic material having to be undesirably increased.
- the amount of pyrotechnic material can be kept very low. According to the invention, only about 30 mg to 100 mg of an activatable material are necessary. With earlier interrupter switching elements without filling material in the combustion chamber or the other chamber, up to five times the amount of activatable material had to be used so that the isolating area was safely severed.
- the separating area can be formed from a metal that can form an alloy with a soft solder material.
- the effect that an alloy has a far lower melting point compared to the metal in the non-alloy state is utilized.
- a temperature can be reached from a certain threshold current strength at which, in combination with the exposure time to this temperature, alloy formation begins, with the effect that the melting temperature of the separation area is drastically reduced at this point. Due to the reduction in the melting temperature, the isolating area is separated much earlier and the arc is formed between the two ends of the isolating area.
- the module can therefore switch passively even at lower currents or simply open the circuit earlier/quicker after the effects of an overcurrent .
- the soft solder material is preferably arranged on the surface of the metal of the separation area.
- the soft solder material can be applied all around.
- the soft solder material can also be applied to one or more limited areas.
- the soft solder material can also completely wet the separation area.
- the application of the soft solder material can take place thermally, by pressing or other suitable methods.
- the base material of the separating area can consist of copper, for example. In this case, for example, tin can be used as the soft solder material.
- the base material and the soft solder material are also conceivable for the base material and the soft solder material. Two or more different soft solder materials can also be used in combination.
- the solder atoms can penetrate into the base material and create an intercrystalline area there, in which the melting temperature is reduced.
- the melting temperature of a copper used for the contact unit can be reduced from 1075° C. to just 175° C. while the contact unit is being heated by the current flowing through it. This effect is well known, it is already used in some safety fuses - and can also be used successfully in the protective element described here.
- the separating area is preferably designed in such a way that it has predetermined breaking points, for example in the form of constrictions, notches, bores or cross-sectional jumps.
- the separating area can be designed in such a way that it is more easily separated into at least two parts, and as a result the interrupting switching element opens the circuit faster and cleaner, i.e. releasing as few as possible and, if unavoidable, at least as small particles as possible and shuts down.
- one chamber can be connected to the other chamber when the separation area is separated. It is preferred here that both the one chamber and the other chamber are filled with the filling material.
- the additional chamber can also contain a medium that is in powder form or in the form of an oil-moist powder.
- the powder can be made from all conceivable types of rock (preferably as powdered rock), cements, chamottes, clays, ground or sintered silicates or corundums. Is it a oil-moist powder, silicone oil is preferably used here.
- the hollow-cylindrical separating area can have one or more grooves, which are preferably circumferential grooves.
- the separating area can, for example, have a circumferential groove in the middle of the outside with respect to its width, in order to ensure that, when the interrupting switching element is triggered or shortly after it is triggered, it also breaks open early due to the use of relatively little pyrotechnic material and the two severed ends roll up/flare up almost well. This ensures that no larger scraps of material are created.
- both of the resulting contact ends are reinforced by the flanging, thus preventing the arc that also occurs here from evaporating too much material from the relatively thin web of the isolating area and thus being fed further.
- the hollow-cylindrical separating area can also have two circumferential grooves, preferably one near the geometric start of the separating area (e.g. at the end of the radius of the cross-sectional jump) and one near the end of the separating area (e.g. at the end of the radius of the cross-sectional jump).
- This ensures that when the pyrotechnic material is triggered or after it has been activated, a sufficiently large part of the web of the isolating region breaks off, is thrown away inside the fuse and is thus no longer vaporized by the arc that is or has been created.
- significantly less conductive material is generated inside the interrupting switching element by the arc, so that the insulating behavior after the function or disconnection process is drastically improved and the arc is additionally weakened, i.e. fuel is withdrawn from it.
- the hollow-cylindrical separating area can also have further circumferential grooves. If the width of the grooves is selected to be sufficiently narrow in relation to the length of the hollow-cylindrical separating area in the direction of extension of the hollow cylinder, then the grinding resistance is not increased by these grooves, but they only have the desired mechanical effect.
- the hollow-cylindrical separating area can also have a circumferential thickening, for example in the form of a lump.
- a cuddle acts as a heat sink and as a stiffener.
- the hollow-cylindrical separating area preferably has two circumferential grooves on both sides of the cuddle. Such an arrangement ensures that the separating area is separated at the grooves and two smaller arcs are formed, which can be cooled or extinguished more easily.
- a wall of the combustion chamber opposite the pyrotechnic material preferably the mini detonator, can be shaped in such a way that shock waves are deflected, as is shown in 10 can be seen above and below.
- Explosives in particular detonative substances, e.g. in particular silver azide, are preferably suitable as activatable (pyrotechnic) material in the combustion chamber and can be reacted by heating or electrical discharge.
- Silver azide is particularly preferably used, it reacts detonatively and is free of heavy metals.
- combustible gases in particular liquid gases or other fuels, can also be used together with liquid, solid or gaseous oxidizers, which can be reacted by igniters, electrical discharges, hot wires or explosive wires.
- the term "pyrotechnical material” in the sense of the present description is understood to mean that it includes all substances or mixtures of substances that, after activation, generate gases or vapors or shock waves in any way that break up the separation area and the desired one on any sabot that may be present can exert pressure or the desired shock wave.
- the filling material which has a lower shock wave resistance than a gas, is preferably a liquid, gel-like, paste-like, soft rubber-like or granular material.
- the filler material is preferably a liquid material, for example an oil, in particular silicone oil, or silanes, in particular hexasilane.
- the choice of silicone oil has the advantage over many other oils that when it comes into contact with converted into solid silicon dioxide by the hot arc that breaks down the molecules of the oil. In this way, the formation of mostly electrically conductive smoke or torn molecular chains of liquid or solid substances containing carbon can be avoided.
- the silicone oil is preferably a low-viscosity silicone oil with a dynamic viscosity of less than 150 cp, preferably less than or equal to 100 cp.
- the filling material can be filled with a substance for trapping or oxidizing elemental carbon or which may also be caused by the direct contact of the arc with the filling material or the surrounding materials - also part of the material of the sabot, the inner insulation, the housing and also the contact unit itself evaporate here - are added or mixed in.
- a substance can be added to the filling material, which reacts exothermally when the arc is created or releases additional energy for additional heating and evaporation of the filling material.
- a substance can be added to the filling material that increases the capacity of the filling material to absorb mechanical energy.
- one or more substances can also be added to the filling material, which increase the insulating strength between the two separated parts of the separation area by being able to dissipate very large amounts of energy through their heating, melting and evaporation, without at the same time - as in the case of silicone oil - to release electrically conductive substances.
- the filling material can also be added to the filling material, which increase the insulating strength between the two separated parts of the separation area by being able to dissipate very large amounts of energy through their heating, melting and evaporation, without at the same time - as in the case of silicone oil - to release electrically conductive substances.
- rock, cement, clay, chamotte, ground or sintered silicates or corundum preferably dispersed in powder form (rock flour) in the extinguishing medium, can be used or mixed in here.
- a material can be added in one of the chambers of the interrupting switching element, for example in the still further chamber, which locally weakens the influence of the shock waves occurring when the interrupting switching element is triggered, in order to prevent defined and local damage to the materials used .
- a material can, for example, be rubber, preferably in the form of a rubber ball.
- this rubber is placed within the contact assembly on the side of the swage area to prevent tearing of the swage area shortly after initiation of the pyrotechnic material.
- a rubber ball can be inserted or placed on the inside of a hollow screw that closes the interrupting switching element on the side mentioned.
- the at least one channel can be closed by a membrane that can be destroyed during the tripping process of the interrupting switching element. This is necessary at least when the filling material is to be present only in one chamber but not in the other chamber, or vice versa.
- the at least one channel can also be omitted if the tube of the upset area is not to be or does not need to be filled with filling material.
- the contact unit has neither a channel nor a membrane.
- the interrupting switching element can have a sabot that, when the pyrotechnic material is ignited, is acted upon by a gas pressure and/or shock wave generated by the activatable material in such a way that the sabot in the housing moves in a direction of movement from an initial position to an end position and in the process the upset area is plastically deformed, the separating area being completely severed and an insulating distance between the severed ends of the separating area being reached in the end position of the sabot.
- 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.
- the contact unit is preferably constructed in such a way that it has a flange between the upsetting area and the separating area, into which the sabot engages and the movement of which can upset the upsetting area.
- the contact unit can be made of an electrically conductive material, preferably copper or aluminum or brass, with copper or aluminum being preferred.
- 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 can be produced in which both power connections are at an angle between 1° and 300°, preferably under 30° , 45°, 90°, 120° or 180°. With a housing bent by 180°, the sabot would therefore move in a semicircle in the housing after the triggering and the breaking of the isolating area, so that both power connections come to rest on the same side.
- the separating area and the pyrotechnic material can be designed in such a way that the separating area is torn open or at least partially torn open when the pyrotechnic material is ignited and is completely and further separated by a displacement movement of the sabot.
- the pyrotechnic material can be arranged at least partially within the separation area.
- the separating area is completely or at least partially torn open over the circumference.
- the complete separation takes place through the displacement movement of the sabot and the part of the separation area still connected to it after the separation, whereby the compression area is compressed at the same time.
- the separating area can also be designed in such a way that when the pyrotechnic material is ignited, two parts of the separating area that can be separated non-destructively are pulled apart by a displacement movement of the sabot.
- concentric copper strips can be embedded on the inner insulation, i.e. the inner insulated side of the housing, or copper laminations or copper discs can be embedded in the sabot.
- the arc can transfer energy quickly and easily to them via heat conduction and temporarily store heat/energy here.
- the resulting arc is extremely cooled upon contact or energy is quickly withdrawn from the arc or the circuit inductance.
- This effect can be intensified if the arc is pushed in the direction of these copper strips or copper laminations by an external magnetic field.
- the strong permanent magnets available today are just as suitable for generating the strong magnetic fields required here as are coils through which the current to be switched flows in series - but here again with the disadvantage that they increase the line inductance, which is actually undesirable.
- the one chamber, the further chamber and the still further chamber are filled with a filling material, it being possible for the filling material in the various chambers to be the same or different. It is preferred that the filling material in the other chamber is different from the filling material in the one chamber and the still further chamber. “Different” is also to be understood as meaning filling materials whose base material is the same but can contain one or more of the same or different substances in different concentrations. A medium with a higher viscosity is preferably used in the further chamber than in the other two chambers.
- silicone oil is used as the base material, to which a substance for capturing or oxidizing elemental carbon is added, it is preferable for the silicone oil in the other chamber to have a higher concentration of said substance than the silicone oil in one and the still other chamber .
- the concentration is at least 5 times higher, more preferably at least 10 times higher.
- Highly disperse silicic acid (HDK) is preferably used as such a substance.
- the concentration of HDK in the further chamber is in a range from 30 g/L to 70 g/L silicic acid, more strongly 45 g/L to 55 g/L silicic acid.
- the interrupting switching element can also have a magnet.
- a magnet should be designed in such a way that the arc is deflected. By deflecting the arc, the undesired flow of current between the two severed ends of the separating region can at least be reduced.
- a magnet can be arranged outside or inside the housing of the interrupting contact element. Either permanent magnets or coils can be used for this. When arranging a magnet outside the housing, a permanent magnet is preferred. If the magnet is a coil, this is preferably arranged in series with the current flow through the interrupting switching element. The latter would have the advantage that the magnetic field would also increase with increasing overcurrent and would deflect the arc more strongly.
- such a magnet also has the advantage that the effect of a U-shaped conductor loop could be compensated for when the interrupting switching element is connected. If the interrupting switching element is part of such a U-shaped conductor loop, then the arc occurring in the interrupting switching element would be pushed away from the current loop by its own field. In order not to destroy the internal insulation of the interrupting switching element, such a magnet can be used to prevent this being pushed away. However, such a coil or coil arrangement would also increase the circuit inductance, which is undesirable in principle.
- the interrupting switching element according to the invention can be connected in an arrangement in parallel with a safety fuse.
- the present invention also relates to a device in which an interrupting switching element according to the invention is connected in an arrangement in parallel with one or more safety fuses.
- the interrupting switching element only has the task of switching off the partial current through itself when the switching voltages are then only very low here (only the voltage is present at the interrupting switching element here, which is caused by the current flow via the fuse(s) connected in parallel to it). whose internal resistance drops), so that a corresponding overcurrent then flows through the safety fuse and switches it off.
- the interrupting switching element only has to hold the applied source voltage, which is not a problem, however, because switching does not have to be carried out while current is flowing.
- the switching capacity of the arrangement can be drastically increased, in particular in the direction of medium-voltage applications up to 10kV and currents of up to 50kADC and above, and can then also be used in particular for line protection with very high circuit inductances.
- the interrupting switching element according to the invention can be connected in an arrangement in series with one or two safety fuses.
- the present invention also relates to a device in which an interrupting switching element according to the invention is connected in an arrangement in series with one or two safety fuses.
- Two fuses are preferably used in these embodiments.
- the two safety fuses are preferably connected before and after the interrupting switching element, ie connected to the negative and positive terminals of the interrupting switching element, in order to be able to protect both connection poles, since a short circuit can occur both in the negative and in the positive circuit loop.
- the fuses have the task of forming a series resistance for the interrupting switching element in the event of severe overloading and thus above all the voltage present at the isolating area due to the voltage in the fuses to limit the voltage dropping to the arc voltage. In this way, the turning off of the interrupting switching element can be ensured more securely.
- the interrupting switching element according to the invention can be connected in series with one or two relays in an arrangement.
- the present invention also relates to a device in which an interrupting switching element according to the invention is connected in an arrangement in series with one or two relays.
- Preferably two relays are used in these embodiments.
- the switching capacity of the interrupting switching element can be increased.
- the relays have the task of limiting the overcurrent in the overload range to such an extent that the current can be safely switched off by the interrupting switching element.
- the relays preferably have electrodynamic lifting contacts (levitating contacts) in the event of an overload.
- the increase in voltage measured at the moment the separation area is separated is reduced to just above the operating voltage and, similar to the described safety fuses in series with the interrupting switching element, the voltage present or effective on the module at the moment of the separation process is reduced reduced. Without such contacts, the voltage would increase by up to three times the operating voltage due to the discharging of the inductance on the load side. This would ignite a powerful arc that would be much more difficult to extinguish.
- line clips or line brackets are electrically and mechanically connected to one or both contacts of the interrupting switching element in such a way that the interrupting switching element can be simply screwed or placed on a flat plate and contact blocks no longer have to be used. This is particularly important in aviation and the automotive sector, because it can save a lot of weight.
- interrupting switching element this is designed as part of a slide with or without a handle, which is so easy in an existing circuit can be inserted or removed again.
- Simple safety measures can also be integrated here, for example to switch off the circuit when the slide is pulled using a closed circuit, which, for example, causes a contactor to drop out before the switching element is finally separated from the circuit when it is pulled out, so that it is safe when the module is pulled out force de-energized state.
- the internal insulation can be formed as a hard anodized layer on an aluminum housing or as a ceramic or AVC coating on a steel housing.
- Most O-rings can be injected into or molded onto the plastic parts, so they no longer have to be pulled on individually and can then no longer be forgotten. All non-moving electrically insulating parts, i.e. all except for the housing and the sabot, can also be overmoulded on the contact unit. In this way, the number of individual parts and assembly steps and, as a result, the manufacturing costs of the assembly can be drastically reduced.
- the interrupting switching element can have one or more heat sinks.
- Heat sinks can be applied in the further chamber, for example on the sabot, and/or on the inner insulation of the housing.
- Cu, Ag, brass or steel can be used as material for heat sinks.
- the heat sinks are coated with Ni in order to prevent corrosion and thus poorer heat transfer. Heat sinks can absorb energy and thereby cool the interrupting contact element or the arc.
- the contact element can have a first connection contact area with the first connection contact and a second connection contact area with the second connection contact, with the first connection contact area lying in the longitudinal axis and adjoining the compression area and the second connection contact area being arranged in the longitudinal axis and adjoining the isolating area can be.
- the first terminal contact area can be configured as a hollow cylinder and preferably ring-shaped in cross section.
- the electrical interrupting switch element of the invention can have a third connection contact or sensor which is mechanically and/or electrically actuated while the sabot is being moved towards the end position.
- the third connection contact or sensor can serve as a detection means for a tripping of the interrupting switching element.
- the third connection contact can be electrically connected to the first connection contact. In this way, voltages can also be reduced via the third connection contact, see here Fig.9 .
- the third connection contact (also called center electrode) is preferably designed as a wire, rod or spring, preferably as a copper or brass wire/rod or copper spring, which preferably extends in the interior space formed by the first connection contact area along the longitudinal direction of the contact unit, and preferably extends from the outside of the interrupting contact element to the chamber surrounded by the compression area.
- a spring has the advantage that it counteracts the compression process less than a stiff wire or rod. If the third connection contact is in the form of a rod or wire, it is therefore preferred that its end which projects into the interrupting switching element is split into at least two parts.
- This so-called center electrode can be used to short-circuit the magnetic energy stored in the inductance of the load circuit at the moment of switching after the connection element has been disconnected outside of the disconnection point and thus relieve the disconnection point in terms of energy, see here Fig.9 .
- this center electrode can also only be used to give the higher-level system feedback about a module that has been triggered once or a connecting element that has been opened once.
- a further embodiment of the present invention is also directed to an electrical interrupting switching element according to the invention--as described above--which has the third connection contact.
- the interrupting switching element according to the invention can have no filling material in the combustion chamber or the further chamber.
- the present invention is also directed to an electrical circuit breaker according to claim 16, which does not have feature (g) of claim 1. All (preferred) features associated with the embodiments of the invention having a filler material may also be features of this further embodiment in which there is no filler material.
- the upset region can also be designed as a region which is solid, i.e. has no further chamber, i.e. in this case the sabot is pressurised, but is stationary even after ignition of the pyrotechnic material.
- the sabot is referred to as the impingement element. All (preferred) features in connection with the embodiments of the invention with an upset area can also be features of this further embodiment (with the exception of the third connection contact), in which this area is present as a solid area.
- All configurations of the interrupting switching element of the invention which have a third connection contact, can be used to ground energy stored in the load (e.g. electric motor).
- the interrupting switching element is installed via the first and the second connection contact in an electric circuit which has a current source and any consumer.
- the first connection contact is preferably connected to any consumer and the second connection contact is connected to the power source. If the circuit is interrupted by the switching of the interrupting contact element, the energy stored in the consumer can result in the formation of an arc between the separated parts of the isolating area of the interrupting contact element.
- the third connection contact is connected to the other side of any consumer than the first connection contact, then when the interrupting switching element according to the invention is switched, the resulting connection of the first and third connection contact, the energy stored in the consumer is dissipated to ground. In this way, the resulting arc can be "starved out” so to speak, because the energy outside the separation point is then short-circuited.
- the third connection contact or the so-called middle electrode is used as a short-circuit electrode in this case.
- the interrupting switching element according to the invention with a third connection contact can also be used as a sensor for an interrupting switching element that has already been tripped. To do this, only the resistance between the second connection contact and the third connection contact needs to be measured. If the resistance is close to zero ohms, then the interrupting switching element has already been triggered.
- other button designs sensors can also be used here, e.g. to enable isolated feedback.
- the contact unit can have at least two partial contact units, each of which has a compression area, a disconnection area and a sabot.
- the partial contact units can then each be designed in such a way that when the pyrotechnic material is ignited, each sabot is subjected to a gas pressure or shock wave generated by the gas-generating or shock-wave-generating activatable material in such a way that the relevant sabot in the housing moves in a direction of movement from a starting position in moves to an end position and the associated compression area is plastically deformed, the relevant separating area being completely severed and in the end position of the relevant sabot an insulating distance between the severed ends of the relevant separating area is reached.
- Such a serial multiple interruption has the advantage that during a simultaneously occurring interruption process only a proportional voltage is present between the ends of the separation areas to be separated and the energy converted in a partial arc is correspondingly reduced in each case and the partial arcs can be dampened more effectively and more quickly.
- two sub-contact units are provided and the contact unit and the housing are mirror-symmetrical with respect to a central plane, with the separating areas and the sabots preferably being provided outside the compression areas arranged between them.
- the mechanical movements run in opposite directions and thus at least largely compensate each other to the outside.
- each partial contact unit can be assigned a separate pyrotechnic material and a controllable device can be provided for the active and essentially simultaneous ignition of the separate pyrotechnic materials.
- the interrupting switching element is non-reactive to the outside. No exhaust gases, no light and no plasma escape, the triggering noise can only be heard as a soft click and the two electrical connections of the interrupting contact element can be firmly clamped, since no movement of one or the other connection is necessary for the function of the contact element.
- the housing itself can be provided as a tube with covers screwed in or flanged on both sides, preferably made of a pot-like part into which a cover is screwed together with the entire contact unit.
- the housing can also be designed in one piece, provided that its material can be easily deformed, for example by flanging or bending.
- the housing can also be assembled from several parts to form a one-piece housing, for example by gluing or welding the individual parts.
- the mini detonator or the triggering element for example, can be completely screwed in as a detonator screw, or just pushed in and then firmly connected to the contact unit at the end of the contact unit by rolling, clinching or flanging.
- the break contact elements according to the invention are preferably covered with a so-called shrink tube, which is insulated from the outside and sits over the housing of the break contact element.
- the shrink tube can preferably consist of a good insulating, preferably transparent, material, for example polyolefin. This protects the housing/assembly from corrosion and at the same time prevents the metal housing, which is shown here in the examples, from short-circuiting live parts. Labels or inscriptions can also be permanently protected with it and also against aggressive media.
- the housing can also be made of a non-conductive material, for example ceramic, POM, PA6 or ABS. In all these cases there is no need to use shrink tubing.
- an interrupting switching element 1 comprises a housing 3 in which a contact unit 5, also known as a connecting element, is arranged.
- the housing 3 is designed in such a way that it withstands a pressure generated inside the housing, which is generated when the interrupting switching element 1 is triggered pyrotechnically, without there being any risk of damage or even bursting open.
- the housing 3 can in particular consist of a suitable metal, preferably steel.
- an insulating layer 7 can be provided on the inner wall of the housing 3, which consists of a suitable insulating material, for example a plastic. Polyoxymethylene (POM), for example, can be used here as the plastic for this.
- POM Polyoxymethylene
- the contact unit 5 which is of course made of a conductive metal, for example made of copper
- the housing 3 is avoided, in particular during and after the tripping of the interrupting contact element 1.
- electrically non-conductive materials such as ceramics, POM, PA6 or ABS are also possible as the housing material here, but these are usually suitable, for example, with ribs need to be stiffened.
- the wall thickness of the housing 3 is usually thicker than in the case of a metallic housing.
- the contact unit 5 is designed as a switching tube 9 pressed by the sabot 25b in the compression area, so that it is designed as a tube only in the separating 27 and the compression area 23 .
- the switching tube 9 has a first connection contact 11 with a larger diameter and a second connection contact 13 with a smaller diameter.
- a radially outwardly extending flange 15 connects to the first connection contact 11, which is supported on an annular insulator element A 17, which consists of an insulating material, for example a plastic, in such a way that the switching tube 9 does not protrude in the axial direction the housing 3 can be moved out.
- the plastic used for this can be polyoxymethylene, ABS or nylon, but ceramics are also possible and useful in special cases.
- the insulator element A 17 has an annular shoulder on which the flange 15 of the switching tube 9 is supported.
- the insulator element A 17 insulates the housing 3 from the switching tube 9 . This achieves a sealing effect which is reinforced by an additional annular sealing element 19, for example an O-ring becomes.
- the insulator element A 17 can also be connected to the switching tube 9 via a press fit or sprayed onto it.
- the insulator element A 17 and thus the switching tube 9 or the contact unit 5 is held in the housing 3 by means of a lock nut 21 or a welded-in washer 21 on the relevant end face of the interrupting switching element 1 and is fixed in the housing 3 in this way.
- the locking nut 21 or the washer 21 can be made of metal, preferably steel. This also ensures that the switching tube cannot exit the housing 3 if the plastic parts of the interrupting contact element 1 soften or burn, even if the interrupting contact element 1 is still triggered in this state. Because the outer diameter of the flange 15 is larger than the inner diameter of the lock nut 21.
- the housing 3 can also be attached to the in 1
- the end face shown on the left can be deformed during assembly of the interrupting switching element 1 in such a way that a part of the housing 3 that extends radially inwards fixes the insulator element 17 .
- the insulator element 17 can also be omitted.
- the switching tube 9 has a compression area 23 adjoining the flange 15 in the axis of the switching tube 9 .
- the wall thickness of the switching tube 9 in the upset area 23, which has a predetermined axial extent, is selected and matched to the material such that when the interrupting switching element 1 is tripped as a result of plastic deformation of the switching tube 9 in the upset area 23, the upset area 23 is shortened in the axial direction Direction by a predetermined distance results.
- a flange 25a adjoins the compression area 23 in the axial direction of the switching tube 9, on which a sabot 25b is seated in the exemplary embodiment shown.
- the sabot 25b which in the illustrated embodiment is made of an insulating material, for example a suitable plastic, surrounds the switching tube 9 with its part 25b in such a way that an insulating area of the sabot 25b engages between the outer circumference of the flange 25a and the inner wall of the housing 3.
- a pressure acts on the surface of the sabot 25b, a force generated, which compresses the upset area 23 of the switching tube 9 via the flange 25a.
- This force is selected in such a way that during the tripping process of the interrupting switching element 1 there is a compression of the upsetting area 23, with the sabot 25b being moved from its initial position (status before the tripping of the interrupting switching element 1) to an end position (after the end of the switching process).
- the sabot part 25b can be selected so that its outer diameter essentially corresponds to the inner diameter of the housing 3, so that an axial guidance of the flange 25a and thus also an axially guided upsetting movement is achieved during the switching process.
- the lugs of the insulator 17 and the sabot 25b which are close to the housing 3, fully overlap one another, so that the upset area 23, which has been pushed together in a meandering manner after the release and the upsetting process, is completely surrounded by electrically insulating materials.
- the sabot 25b or the flange 25a of the switching tube 9 or the contact unit 5 is adjoined by a separating region 27 which in turn is preferably adjacent to a flange 29 of the switching tube 9 in the axial direction.
- the second connection contact 13 of the switching tube 9 is then connected to 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 .
- a radially inwardly extending ring area of the housing 3 (not provided with a reference number) and a closure 31, which is provided between a corresponding stop surface of the flange 29, the inner wall of the end-side ring area 3a of the housing 3 and the axial inner wall of the housing 3, are used for this purpose and which surrounds the second connection contact of the switching tube 9 in the form of a ring.
- the flange 29 can - as in 1 shown - engage in the axial direction in the closure 31. Alternatively, it can also be placed on the closure 31 in the axial direction (see Figures 3 to 6 ).
- the closure 31 can be made of metal, in particular steel.
- the shutter 31 is not made of metal or ceramics, but of plastic, then after the flange 29, a metal disc with a diameter larger than the right opening of the case must be introduced to prevent in the event of a fire - in the event of a fire are yes the plastic parts are no longer there - that parts leak out of the housing.
- the housing 3, the closure 31 and the closure nut/washer 21 are made of steel, it is possible to join these parts together by electron beam or ultrasonic welding. A connection by laser beam is also possible.
- the sabot 25b is pushed onto the switching tube 9 from the side of the connection contact 13 during the assembly of the interrupting switching element 1 and must therefore be dimensioned such that its inner diameter is greater than or equal to the outer diameter of the flange 29.
- the closure 31 is designed as an annular component which has an outer diameter which essentially corresponds to the inner diameter of the housing 3 and an inner diameter which essentially corresponds to the outer diameter of the flange 29 or the second connection contact 13 .
- an ignition device 35 with pyrotechnic material In the axial end of the switching tube 9 in the area of the second connection contact 13 there is an ignition device 35 with pyrotechnic material, often referred to here as a mini detonator or ignition screw.
- the outer circumference of the ignition device 35 is sealed against the inner wall of the switching tube 9 or the second connection contact 13 with a sealing element (dark circular element in a recess), for example an O-ring.
- a small shoulder can be provided in the inner wall of the switching tube 9 or the second connection contact 13 for axially fixing the igniting device 35, with the igniting device being pushed into the switching tube 9 up to the shoulder when the interrupting switching element 1 is installed.
- a closure element 39 is then screwed into the second connection contact 13 for axially fixing the ignition device 35 .
- the electrical connection lines 41 of the ignition devices 35 can be routed to the outside through an opening in the ring-shaped closure 31 .
- the interior of the closure element 39 can be sealed and fixed, in particular with a suitable epoxy resin. This then simultaneously serves to relieve the strain on the connecting lines 41.
- the connecting lines can be fixed with a casting compound 57.
- the closure element 39 is in the 1 provided with a thread so that it can be screwed into the second connection contact 13 of the switching tube 9, but later in a series version of the assembly it is only pushed into the second connection contact 13, which is preferably designed as a tube part, and then flanged, clinched or rolled in for reasons of cost.
- the closure 31 can be made of a metal, in particular steel. This has the advantage of the potential connection of the housing 3 to the second connection contact 13. In this way "the housing knows where it belongs in terms of potential”. The latter is important in high-voltage circuits in order to avoid unwanted arcing with non-potential-connected parts.
- the case 3 shields the inner portion of the breaker switch 1 from electromagnetic radiation such as a radar beam.
- the separating area 27 is dimensioned in such a way that it is at least partially ruptured by the gas pressure generated or the shock wave generated by the mini detonator 35, so that the pressure or the shock wave also escapes from one chamber (combustion chamber 61) into the other chamber designed as a surrounding annular space 63 can spread.
- the wall of the switching tube 9 in the separating area 27 can also have one or more openings or bores.
- an ignition mixture 43 can also be provided in the separating area 27 on the side of the further chamber 63 .
- the openings and the ignition mixture are preferably coated with a protective lacquer 55 (shown as an example in figure 5 ) overdrawn.
- the ignition mixture 43 can also be covered with a layer of natural rubber to protect against the influences of the filling material.
- the ignition mixture 43 can be used to cause passive shutdown if the mini detonator 35 fails to be activated, i.e. to separate the isolating area 27 without the ignition device 35 having been actively triggered quickly and ignites when it reaches the Ignition temperature, the ignition mixture, which then again suitably ignites the ignition device 35 or the pyrotechnic material.
- the igniting mixture 43 can also be an igniting mixture which, when heated up to its ignition temperature, generates a shock wave on its own and thus already ruptures the separating area--in this case inwards--and then depresses the sabot. Cooperation or joint ignition of the ignition device 35 or the mini detonator would therefore not be necessary in this case. If one does not want to actively trigger the assembly, this ignition mixture would already be sufficient to separate the switching bridge and to compress the compression area 23 of the switching tube 9 .
- the ignition device 35 for igniting the pyrotechnic material can consist of a simple glow wire that can be heated up quickly.
- the ignition device can be activated by a corresponding electrical control.
- the ignition device 35 can also be designed in any other way that activates the pyrotechnic material, including in the form of a conventional igniter, an ignition pill, a squib or a mini detonator.
- passive activation of the interrupting switching element 1 can be provided.
- the temperature increase of the material of the switching tube 9 in the separating area 27 is used.
- a material that can be activated more easily, in particular an ignition or ignition mixture 43 can be provided in the immediate vicinity of or applied to the inner wall and/or outer wall of the separation area.
- FIG. 1 shows such a layer of an ignition mixture 43 which is applied in paste form to the outer wall of the separating area. If a filling material is filled in, this ignition mixture must be protected on all sides against the filling material, for example by a layer of epoxy resin or natural rubber.
- the electrical resistance and thus also the thermal behavior of the separating area 27 can be reduced by providing openings in the wall of the separating area 27 (of course in connection with the wall thickness of the separating area and the dimensioning of the radii at the transitions of the separating area, which significantly reduce the heat dissipation from the determine the separation area and its tearing behavior) can be influenced.
- the current-time integral can be defined or set at which the interrupting switching element 1 passively trips.
- the inertia can also be influenced by such a dimensioning.
- a pressure or a shock wave is generated on the side of the sabot 25b facing away from the compression area 23, as a result of which the sabot is subjected to a corresponding axial force.
- This force is selected by suitably dimensioning the pyrotechnic material so that the switching tube 9 is plastically deformed, torn open or pressed in the compression area 23 and the sabot is then moved in the direction of the first connection contact 11 .
- the pyrotechnic material is dimensioned in such a way that after the separating area 27 of the switching tube 9 has been broken open or pressed in, the movement of the sabot 25b into the in 6 shown end position takes place.
- the separating area 27 is at least partially torn open or pressed in. If the tearing or pressing does not take place before the beginning of the axial movement of the sabot 25b over the entire circumference of the separating area 27, a remainder of the separating area, which still causes an electrical contact, is completely torn open by the axial movement of the sabot 25b.
- the separating area does not initially tear open after activation, but that the gas pressure only acts through corresponding openings in the wall of the separating area also in the ring area surrounding the separating area 27 .
- the tearing of the separation area 27 can then essentially only by the axial Force done on the sabot 25b, which also leads to its axial movement.
- the break-up behavior can also be further controlled by appropriate selection of the pyrotechnic material and, if applicable, the ignition mixture it contains.
- the gas pressure generated by the combustion or the shock wave generated can be well controlled by introducing easily gassable liquids or solids into the space in which the pyrotechnic material is contained or into which the generated hot gases penetrate.
- An increase in the gas pressure caused in this way can be even more extreme if the water introduced into the combustion chamber is caused to retard boiling, in particular because the strongly heated water experiences a drop in pressure when the separating area 27 is broken open.
- the filling material 45 in the combustion chamber 61 and in the further chamber 63 which promotes the propagation of the shock wave during the detonation or deflagration of the pyrotechnic material, so that less activatable material has to be used in this way and the walls of the separating area 27 are sufficient can be kept thick, so that the module can also be used at high operating currents.
- the filling material is preferably at the same time an extinguishing material, so that after switching of the interrupting switching element, this can prevent the formation of an arc between the separated ends of the isolating region 27 - if not completely prevent it - but can dampen and cool it or extinguish it.
- the interrupting switching element can have a housing bore 71 and a threaded bore 73, the threaded bore 73 being present in the closure 31 and adjoining the housing bore, so that a passage through the housing and the closure 31 can be passed from the outside in the further chamber 63 is present.
- the holes are sealed with a screw, for example.
- these openings can also be closed by another conventional method, such as pressing in a ball, by soldering or welding.
- a membrane By using a membrane here, a kind of overload valve could also be created, which opens when the assembly is overloaded, ie when the pressure in the housing 3 builds up too much, before the housing 3 is destroyed.
- the interrupting switching element according to the invention can have an overload valve which is provided between the outside of the housing 3 and the further chamber 63 .
- FIG. 2 shows an interrupting switching element 1 according to the invention, which is essentially identical to the interrupting switching element 1 in 1 but inside the switching tube 9 on the axial side facing the first connection contact 11 has an insulator element B 53 as a filler piece, through which a third connection contact 81, the so-called center electrode, runs from the outer space of the interrupting switching element into the still further chamber 65 which preferably has a fanned out or split end 83.
- the insulator element B 53 also serves as a closure for the further chamber 65.
- the insulator element B 53 is preferably designed as a cylindrical part.
- the insulator member B 53 may be made of a plastic such as PEEK, polyoxymethylene, ABS, or nylon.
- the cylindrical insulator element B 53 is pressed into the hollow-cylindrical first connection contact 11 .
- the insulator element B 53 preferably has recesses 37 for accommodating sealing elements, which bring about a seal between the axial outer wall of the insulator element B 53 and the inner wall of the first connection contact 11 .
- the combustion chamber 61 and the still further chamber 63 are filled with the filler material 45, while the still further chamber 65 is not filled with the filler material 45.
- none of the chambers 61, 63 and 65 is filled with a filling material 45.
- only a sealing screw (not shown) is used instead of the center electrode 81 .
- the 3 shows an interrupting switching element 1 according to the invention, which is essentially identical to the interrupting switching element 1 of FIG 2 is constructed.
- the combustion chamber 61 is filled with the filling material 45 .
- the filling material 45 from the combustion chamber 61 can also be distributed in the additional chamber 65.
- the filling material 45 can also function as an extinguishing agent and prevent or at least greatly impede the formation of an arc between the two separate ends of the isolating region 27 .
- the embodiment shown is essentially identical to that in FIG 3 shown embodiment, with the only difference that no filling material 45 in the combustion chamber 61, but filling material 45 only in the other chamber 63 is present.
- pressure builds up in the combustion chamber 61, so that the separating area 27 is completely or partially torn open in the direction of the further chamber 63, so that a shock wave can then propagate through the filling material 45. which acts on the sabot 25b.
- filling material 45 can also penetrate into the area of the combustion chamber 61, so that it can serve as an extinguishing agent to prevent or impede an arc between the separated ends of the separating area.
- FIG. 5 The embodiment shown shows an interrupting switching element 1 according to the invention, which has a channel 49 of the contact unit 5, which extends below the sabot 25b, in particular in the flange 25a, preferably centrally in the axial direction and connects the combustion chamber 61 to the still further chamber 65.
- the contact unit 5 is further designed as a continuous switching tube 9 in the illustrated embodiment.
- both the combustion chamber 61, the channel 49, the still further chamber 65 and the further chamber 63 with be filled with the filling material 45 . All other configurations of the in figure 5 shown embodiment are essentially identical to those in FIGS Figures 2 to 4 embodiments shown.
- the channel 49 ensures that when the interrupting switching element 1 is triggered and the associated movement of the sabot 25 from the starting position to the end position, the increasing volume in the area of the combustion chamber 61 and the further chamber 63 is also refilled with filling material 45.
- the movement of the sabot 25 from the starting position to the end position compresses filling material 45 in the further chamber 65 and sprays it through the channel 49 in the direction of the area of the combustion chamber 61 and here directly onto the separation point 27 . In this way it is ensured that no arc occurs between the separated parts of the separating region 27 or is at least strongly dampened.
- the compression area 23 of the contact unit 5 is preferably designed in such a way that the wall of the contact tube 9 is folded in a meandering shape in the compression area 23.
- the meandering folds should preferably take place predominantly outside of the further chamber 65 in order to prevent a folded area from being placed in front of the inlet opening of the channel 49 and preventing the filling agent 45 from being pressed out.
- folding in a region outside the accommodation volume is preferred anyway due to the internal pressure of the filler 45 resulting from the compression of the switching tube 9, without additional measures such as predetermined kinks or the like having to be provided for this purpose.
- predetermined buckling points can be introduced by appropriate structuring of the compression area 23 on the outer and/or inner wall.
- the axial projections of the insulator element A 17 and of the second sabot part 25b, which engage in one another in the final state, are also designed with regard to their axial length in such a way that during the upsetting process and in the final state, they prevent the radially outer parts of the folded region of the wall of the switching tube 9 from touching the inner wall of the housing 3 is prevented. This prevents damage to the insulating layer 7 when such is provided on the inner wall of the housing 3.
- the 6 shows only an example of the final state of a break switching element figure 5 . Apart from the minor changes in structure (lack of channel 49), the end state of the interrupting switching elements is as per FIG Figures 2 to 4 identical.
- the illustrated embodiment of an interrupting switching element 1 comprises, like the previously described embodiments, a housing 3 in which a contact unit 5 is arranged.
- the housing 3 is designed in such a way that it withstands a pressure generated inside the housing, which is generated when the interrupting switching element 1 is triggered pyrotechnically, without there being any risk of damage or even bursting open.
- the housing can in particular consist of a suitable metal.
- an insulating layer 7 made of a suitable insulating material, for example a plastic, can be provided on the inner wall of the housing.
- the contact unit 5 which of course consists of a conductive metal, for example copper
- the housing 3 are avoided, in particular during and after the tripping of the interrupting contact element 1.
- the housing can also be completely an insulating material, in particular ceramic or a suitable plastic.
- the wall thickness of the housing 3 will usually be thicker than in the case of a metal housing, and stiffening ribs must then generally be introduced here.
- the contact unit 5 is solid in the area of the first connection contact 11, in the area 23 and in the area of the actuating element 25, in contrast to the previously explained embodiments. Only in the separation area 27 is the contact unit 5 as in the previous ones described embodiments formed as a tube.
- an interrupting switching element 1 comprises a housing 3 in which a contact unit 5, also known as a connecting element, is arranged.
- the housing 3 is designed in such a way that it withstands a pressure generated inside the housing, which is generated when the interrupting switching element 1 is triggered pyrotechnically, without there being any risk of damage or even bursting open.
- the housing can in particular consist of a suitable metal, preferably steel.
- an insulating layer 7 made of a suitable insulating material, for example a plastic can be provided on the inner wall of the housing. Polyoxymethylene, for example, can be used here as the plastic for this.
- the housing material here is electrically non-conductive materials such as ceramics, POM, PA6 or ABS are also possible, but these usually have to be suitably reinforced with ribs, for example.
- the wall thickness of the housing 3 is usually thicker than in the case of a metallic housing.
- the contact unit 5 is designed as a switching tube 9 pressed by the sabot 25b in the compression area, so that it is designed as a tube only in the separating 27 and the compression area 23 .
- the switching tube 9 has a first connection contact 11 with a larger diameter and a second connection contact 13 with a smaller diameter.
- a radially outwardly extending flange 15 connects to the first connection contact 11, which is supported on an annular insulator element A 17, which consists of an insulating material, for example a plastic, in such a way that the switching tube 9 does not protrude in the axial direction the housing 3 can be moved out.
- the plastic used for this can be polyoxymethylene, ABS or nylon, but ceramics are also possible and useful in special cases.
- the insulator element A 17 has an annular shoulder on which the flange 15 of the switching tube 9 is supported. Insulator element A 17 also insulates the housing from switching tube 9 . Ring-shaped insulator element A 17 has an inner diameter in an axially outer area that essentially corresponds to the outer diameter of switching tube 9 in the area of first connection contact 11 . This achieves a sealing effect which is reinforced by an additional annular sealing element 19, for example an O-ring.
- the insulator element A 17 can also be connected to the switching tube 9 via a press fit or sprayed onto it.
- the insulator element A 17 and thus the switching tube 9 or the contact unit 5 is held in the housing 3 by means of a lock nut 21 or a welded-in washer 21 on the relevant end face of the interrupting switching element 1 and is fixed in the housing 3 in this way.
- the locking nut 21 or the washer 21 can be made of metal, preferably steel. This also ensures that the switching tube cannot escape from the housing if the plastic parts of the interrupting contact element 1 soften or burn, even if the interrupting contact element 1 is still triggered in this state. Because the outer diameter of the flange 15 is larger than the inner diameter of the lock nut 21.
- the housing 3 can also be attached to the in 8
- the end face shown on the left can be shaped during assembly of the interrupting switching element 1 in such a way that a radially inwardly extending part of the housing is the insulator element 17 fixed. If the housing is made of plastic, the insulator element 17 can also be omitted.
- the switching tube 9 has a compression area 23 adjoining the flange 15 in the axis of the switching tube 9 .
- the wall thickness of the switching tube 9 in the upset area 23, which has a predetermined axial extent, is selected and matched to the material such that when the interrupting switching element 1 is tripped as a result of plastic deformation of the switching tube 9 in the upset area 23, the upset area shortens in the axial direction by a predetermined distance.
- a flange 25a adjoins the compression area 23 in the axial direction of the switching tube 9, on which a sabot 25b is seated in the exemplary embodiment shown.
- the sabot 25b which in the illustrated embodiment is made of an insulating material, for example a suitable plastic, surrounds the switching tube 9 with its part 25b in such a way that an insulating area of the sabot 25b engages between the outer circumference of the flange 25a and the inner wall of the housing 3. If pressure acts on the surface of the sabot 25b, a force is generated which compresses the upset area 23 of the switching tube 9 via the flange 25a.
- This force is selected in such a way that during the tripping process of the interrupting switching element 1 there is a compression of the upsetting area 23, with the sabot 25b being moved from its initial position (status before the tripping of the interrupting switching element 1) to an end position (after the end of the switching process).
- the sabot part 25b can be selected so that its outer diameter essentially corresponds to the inner diameter of the housing 3, so that an axial guidance of the flange 25a and thus also an axially guided upsetting movement is achieved during the switching process.
- the lugs of the insulator 17 and the sabot 25b which are close to the housing, fully overlap, so that after the release and the upsetting process is completely surrounded by electrically insulating materials.
- the sabot 25b or the flange part 25a of the switching tube 9 or the contact unit 5 is adjoined by a separating region 27 which in turn is preferably adjacent to a flange 29 of the switching tube 9 in the axial direction.
- the second connection contact 13 of the switching tube 9 is then connected to 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 .
- a radially inwardly extending ring area of the housing 3 (not provided with a reference number) and a closure 31, which is provided between a corresponding stop surface of the flange 29, the inner wall of the end-side ring area 3a of the housing 3 and the axial inner wall of the housing 3, are used for this purpose and which surrounds the second connection contact of the switching tube 9 in the form of a ring.
- the flange can - as in 8 shown - engage in the axial direction in the closure 31. Alternatively, it can also be placed on the closure 31 in the axial direction (see Figures 3 to 6 ).
- the closure 31 can be made of metal, in particular steel.
- the shutter 31 is not made of a metal or ceramics, but of a plastic material, then after the flange 29 it is necessary to put a metal disc with a diameter larger than the right opening of the case to prevent in case of fire - in case of fire the plastic parts are no longer there - that parts escape from the housing.
- the housing 3, the closure 31 and the closure nut/washer 23 are made of steel, it is possible to join these parts together by electron beam or ultrasonic welding. A connection by laser beam is also possible.
- the sabot 25b is pushed onto the switching tube 9 from the side of the connection contact 13 during the assembly of the interrupting switching element 1 and must therefore be dimensioned such that its inner diameter is greater than or equal to the outer diameter of the flange 29.
- the closure 31 is designed as an annular component which has an outer diameter which essentially corresponds to the inner diameter of the housing 3 and an inner diameter which essentially corresponds to the outer diameter of the flange 29 or the second connection contact 13 .
- an ignition device 35 with pyrotechnic material In the axial end of the switching tube 9 in the area of the second connection contact 13 there is an ignition device 35 with pyrotechnic material, often referred to here as a mini detonator or ignition screw.
- the outer circumference of the ignition device 35 is sealed against the inner wall of the switching tube 9 or the second connection contact 13 with a sealing element (dark circular element in a recess), for example an O-ring.
- a small shoulder can be provided in the inner wall of the switching tube 9 or the second connection contact 13 for axially fixing the igniting device 35, with the igniting device being pushed into the switching tube 9 up to the shoulder when the interrupting switching element 1 is installed.
- a closure element 39 is then screwed into the second connection contact 13 for axially fixing the ignition device 35 .
- the electrical connection lines 41 of the ignition devices 35 can be routed to the outside through an opening in the ring-shaped closure 31 .
- the interior of the closure element 39 can be cast, in particular with a suitable epoxy resin. This then simultaneously serves to relieve the strain on the connecting lines 41.
- the connecting lines can be fixed with a casting compound 57.
- the closure element 39 is in the 8 provided with a thread so that it can be screwed into the second connection contact 13 of the switching tube 9, but later in a series version of the assembly it is only pushed into the second connection contact 13, which is preferably designed as a tube part, and then flanged, clinched or rolled in for reasons of cost.
- the closure 31 can be made of a metal, in particular steel. This has the advantage of the potential connection of the housing 3 to the second connection contact 13. In this way "the housing knows where it belongs in terms of potential”. The latter is important in high-voltage circuits in order to avoid unwanted arcing with non-potential-connected parts. Also, it shields Housing 3 from the inner region of the interrupting switching element 1 against electromagnetic radiation, such as a radar beam.
- the separating area 27 is dimensioned in such a way that it is at least partially ruptured by the gas pressure generated or the shock wave generated by the mini detonator 35, so that the pressure or the shock wave also escapes from one chamber (combustion chamber 61) into the other chamber designed as a surrounding annular space 63 can spread.
- the wall of the switching tube 9 in the separating area 27 can also have one or more openings or bores.
- an ignition mixture 43 can also be provided in the separating area 27 on the side of the further chamber 63 .
- the openings and the ignition mixture are preferably coated with a protective lacquer 55 (shown as an example in figure 5 ) overdrawn.
- the ignition mixture 43 can also be covered with a layer of natural rubber to protect against the influences of the filling material.
- the ignition mixture 43 can be used to cause passive shutdown if the mini detonator 35 fails to be activated, i.e. to separate the isolating area 27 without the ignition device 35 having been actively triggered quickly and ignites the ignition mixture when the ignition temperature is reached, which then again suitably ignites the ignition device 35 or the pyrotechnic material.
- the igniting mixture 43 can also be an igniting mixture which, when heated up to its ignition temperature, generates a shock wave on its own and thus already ruptures the separating area--in this case inwards--and then depresses the sabot. Cooperation or joint ignition of the ignition device 35 or the mini detonator would therefore not be necessary in this case. If one does not want to actively trigger the assembly, this ignition mixture would already be sufficient to separate the switching bridge and to compress the compression area 23 of the switching tube 9 .
- the ignition device 35 for igniting the pyrotechnic material can consist of a simple glow wire that can be heated up quickly.
- the ignition device can be activated by a corresponding electrical control.
- the ignition device 35 can also be of any type be designed in any other way that causes activation of the pyrotechnic material, also in the form of a conventional igniter, an igniter pill, a squib or a mini detonator.
- passive activation of the interrupting switching element 1 can be provided.
- the temperature increase of the material of the switching tube 9 in the separating area 27 is used.
- a material that can be activated more easily, in particular an ignition or ignition mixture can be provided in the immediate vicinity of or applied to the inner wall and/or outer wall of the separating area.
- FIG 8 shows such a layer of an ignition mixture 43 which is applied in paste form to the outer wall of the separating area. If a filling material is filled in, this ignition mixture must be protected on all sides against the filling material, for example by a layer of epoxy resin or natural rubber.
- the electrical resistance and thus also the thermal behavior of the separating area 27 can be reduced by providing openings in the wall of the separating area 27 (of course in connection with the wall thickness of the separating area and the dimensioning of the radii at the transitions of the separating area, which significantly reduce the heat dissipation from the determine the separation area and its tearing behavior) can be influenced.
- the current-time integral can be defined or set at which the interrupting switching element 1 passively trips.
- the inertia can also be influenced by such a dimensioning.
- a pressure or a shock wave is generated on the side of the sabot 25b facing away from the compression area 23, as a result of which the sabot is subjected to a corresponding axial force.
- This force is selected by a suitable dimensioning of the pyrotechnic material so that the switching tube 9 is plastically deformed in the compression area 23 and consequently the Sabot is moved in the direction of the first connection contact 11.
- the pyrotechnic material is dimensioned in such a way that after the separating area 27 of the switching tube 9 has been broken open, the movement of the sabot 25b into the in 6 shown end position takes place.
- the separating area 27 is at least partially torn open. If the tearing does not occur before the start of the axial movement of the sabot 25b over the entire circumference of the separating area 27, a remainder of the separating area, which still causes electrical contact, is completely torn open by the axial movement of the sabot 25b.
- the separating area does not initially tear open after activation, but that the gas pressure only acts through corresponding openings in the wall of the separating area also in the ring area surrounding the separating area 27 .
- the separating area 27 can then essentially only be torn open by the axial force on the sabot 25b, which also leads to its axial movement.
- the break-up behavior can also be further controlled by appropriate selection of the pyrotechnic material and, if applicable, the ignition mixture it contains.
- the gas pressure generated by the combustion or the shock wave generated can be well controlled by introducing easily gassable liquids or solids into the space in which the pyrotechnic material is contained or into which the generated hot gases penetrate.
- An increase in the gas pressure caused in this way can be even more extreme if the water introduced into the combustion chamber is caused to retard boiling, in particular because the strongly heated water experiences a drop in pressure when the separating area 27 is broken open.
- the interrupting switching element shown has an interior of the switching tube 9 on the axial side facing the first connecting contact 11 as an insulator element B 53 as a filler piece, through which a third connecting contact 81, the so-called center electrode, can be connected from the outer space of the interrupting switching element to the still further chamber 65 can be performed, which preferably has a fanned or split end 83.
- the insulator element B 53 also serves as a closure for the further chamber 65.
- the insulator element B 53 is preferably designed as a cylindrical part.
- the insulator member B 53 may be made of a plastic such as PEEK, polyoxymethylene, ABS, or nylon. The cylindrical insulator element B 53 is pressed into the hollow-cylindrical first connection contact 11 .
- the insulator element B 53 preferably has recesses 37 for accommodating sealing elements, which bring about a seal between the axial outer wall of the insulator element B 53 and the inner wall of the first connection contact 11 .
- the combustion chamber 61 and the still further chamber 63 are filled with the filler material 45, while the still further chamber 65 is not filled with filler material.
- none of the chambers 61, 63 and 65 is filled with a filling material.
- only a sealing screw (not shown) is used instead of the center electrode 81 .
- FIG. 9 shows an example of a circuit diagram of a circuit before activation, in which an interruption switching element S1 according to the invention is integrated.
- the first connection contact (thick) is connected to the load circuit consisting of R2, L1, C2 and R5, the second connection contact (thin) is connected to the positive pole of the power source, for example (Batt 1).
- the third connection contact (the so-called center electrode) is connected here to the ground or the negative pole of the power source or to the negative terminal of the consumer.
- L2 is the inductance of the power source (Batt 1) and the wiring up to the interrupting switching element
- R1 is the internal resistance of the power source
- C3 is the capacitance of the power source.
- R3 is the loss resistance of the wiring to the break contact.
- R2 is the load resistance and L1 is the inductance of the load circuit including the wiring to the break contact.
- C2 is the capacitance of the entire load circuit and R5 is the loss resistance of the wiring up to the break contact.
- C1 and R4 are an RC combination, i.e. a so-called spark quenching combination for switching contacts that open, as is usually used for relay contacts, but it does not necessarily have to be present in the circuit when using the module, and this is usually not done for cost reasons .
- the combustion chamber 10 shows in the upper part a part of a switching tube 9 in the region of the combustion chamber 61 with a concave configuration of the combustion chamber wall, which is opposite the pyrotechnic mass, while in the lower part of this combustion chamber wall is convex.
- the cone tips drawn here can also have a different shape, for example be rounded accordingly.
- the combustion chamber 61 is filled with filling material, preferably silicone oil, and the pyrotechnic mass is a mini detonator, shock wave deflection occurs here.
- the electrical connections of the ignition device are routed out of the top of the housing.
- the sequence is similar to that of the in Figures 1 to 5 described embodiments, only here the separating area 27 is not torn open from the inside, but is compressed from the outside and the sabot 25b is already pressed beforehand.
- the arc suppression or obstruction at the point of separation is again effected by the filling material flowing around, preferably the silicone oil.
- This embodiment is to be used for very large assemblies in which the required pyrotechnic mass can no longer be accommodated in chamber 63 - in this case, for example, the mini detonator would also become a normal-sized detonator.
- the ignition device 35 is located directly outside the housing:
- the pressure energy required for the pressurization of the separating area 27 and the sabot 25b would be introduced here, for example, with fluid coupling from the outside via a pipe system into the assembly.
- This embodiment would be suitable for particularly large assemblies or circuit breakers - for all these cases, however, other pressure generators would also have to be considered, such as compressed gas storage tanks, CO2 cartridges, chemical gas generators or vaporizers, but also carburetors of all kinds.
- All sealing elements 19 (or O-rings) in the Figures 1 to 8 and Figures 11 to 12 which may be present in the recesses 37, may be nitrile butadiene rubber, Viton or silicone, with nitrile butadiene rubber being preferred.
- FIG. 13 shows an interrupting switching element according to the invention with two isolating areas 27 on opposite sides in the state before the ignition device 35 is triggered. Essentially how each mirror symmetric part works is as to 1 described.
- the chamber 61 and/or the further chamber 63 and/or the still further chamber 65 can be filled with a filling material (not shown).
- 14 shows the break contact element 13 after triggering the ignition device 35.
- FIG. 15 shows an arrangement in which an interrupting switching element 1 according to the invention is connected in parallel with a safety fuse 87, as described above.
- the current I is divided by the parallel connection into the partial currents I 1 and I 2 , I 1 being the current of the safety fuse 87 and I 2 being the current of the interrupting switching element 1 .
- FIG. 16 shows an example of an arrangement in which an interrupting switching element 1 according to the invention is connected in series with two safety fuses 87 to which the current I is applied.
- the two safety fuses 87 are in this case connected before and after the interrupting switching element 1, ie connected to the negative and positive terminals of the interrupting switching element 1.
- the fuses have the task mentioned above.
- the 15 and 16 each a breaking switch comprising a rubber ball 89 as an example of the above material, which locally mitigates the influence of shock waves generated when the breaking switch trips.
- the rubber ball 89 is preferably attached to the inside of the hollow nut 33 .
- Figure 17A shows a hollow-cylindrical separating area 27 with two circumferential grooves 91—as generally described above.
- Figure 17B shows an interrupting switching element 1 according to the invention with an isolating area 27 - as in Figure 17A shown.
- FIG. 18A shows a hollow-cylindrical separating area 27 with a circumferential thickening (cuddling) 93—as generally described further above. Furthermore, the in 18A Separation area 27 shown on the left and right of the circumferential thickening 93 each have a circumferential groove 91 .
- Figure 18B shows an interrupting switching element 1 according to the invention with an isolating area 27 - as in 18A shown.
- the interruption switching element 1 in the Figure 17B and 18B also has a heat sink 1 95 and and a heat sink 2 97 - as generally described above.
- the heat sinks 95 and 97 are shown in these figures only by way of example and can be combined with any other embodiment of the invention.
- the heat sink 1 95 is preferably mounted in the further chamber on the sabot, and the heat sink 2 97 on the inner insulation of the housing 3 .
- the heat sink 1 95 can be circumferential, ie tubular, or lamellar.
- the heat sink 2 97 preferably runs circumferentially on the inside of the housing 3 or its internal insulation, ie it is tubular.
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Description
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Unterbrechungsschaltglied, insbesondere zum Unterbrechen von hohen Strömen bei hohen Spannungen, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.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
Derartige Schaltglieder finden beispielsweise in der Kraftwerks- und KFZ-Technik, wie auch im allgemeinen Maschinen- und Elektrobau in Schaltschränken von Maschinen und Anlagen, sowie im Rahmen der Elektromobilität in Elektro- und Hybridfahrzeugen, aber auch in elektrisch betriebenen Hubschraubern und Flugzeugen 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 Heißgas, Partikel, Wurfstücke oder austretendes Plasma ausgehen.Such switching elements are used, for example, in power plant and motor vehicle technology, as well as in general mechanical and electrical engineering in switch cabinets of machines and systems, as well as in the context of electromobility in electric and hybrid vehicles, but also in electrically operated helicopters and aircraft for defined and quick disconnection of high power electrical circuits in emergency use. The requirement for such a switching element is that its tripping and interrupting function must be reliably guaranteed even after up to 20 years without maintenance. Furthermore, such a switching element must not emanate any additional hazard potential from hot gas, particles, projectiles or escaping plasma.
Ein mögliches Einsatzgebiet in der KFZ-Technik ist das definierte irreversible Trennen der Bordverkabelung von der Autobatterie oder Antriebsbatterie kurz nach einem Unfall oder allgemein nach einem auch anderweitig, beispielsweise durch ein defektes Aggregat oder einen defekten E-Motor verursachten Kurzschlussvorgang, 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, teilweise und kurzzeitig sogar bis zu 30kA, ohne dass hierbei die Quellspannung stark einbrechen würde, was schon nach wenigen Sekunden zur Entzündung der Batterie bzw. zu deren Explosion führen kann. 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 die Funktion einer herkömmlichen Schmelzsicherung gleich mit übernehmen kann.A possible area of application in automotive technology is the defined irreversible disconnection of the on-board wiring from the car battery or drive battery shortly after an accident or generally after a short-circuit process caused by other means, for example a defective unit or a defective electric motor, in order to avoid sources of ignition caused by sparks and To avoid plasma that occurs when, for example, cable insulation has been chafed by body sheet metal penetrating during the accident or loose cable ends press against each other or against sheet metal parts and chafe. If petrol escapes at the same time as an accident, such ignition sources can ignite flammable petrol-air mixtures that collect under the hood, for example. Other areas of application are the electrical disconnection of an assembly from the vehicle electrical system in the event of a short circuit in the assembly in question, for example in an electric parking heater or in an electric brake, as well as the emergency shutdown of a lithium battery, such as those used today in electric and hybrid vehicles and in aircraft for apply. These batteries have a high terminal voltage of up to 1200V with a small construction volume extremely low internal resistance. Both result in a possible short-circuit current of up to 5000A, sometimes even up to 30kA for a short time, without the source voltage dropping sharply, which can lead to the battery igniting or exploding after just a few seconds. The interrupting switching element presented here is also very well suited for the emergency shutdown of individual solar cell modules or entire solar cell arrays in an emergency, because it can be designed to be controllable or remote-controllable. Furthermore, it can additionally or instead be designed in such a way that it triggers passively, that is to say it can take over the function of a conventional safety fuse at the same time.
Bei allen hier aufgeführten Einsatzfällen handelt es sich in der Regel um das Abschalten von Gleichstrom, der anders als Wechselstrom keinen Nulldurchgang aufweist. Das bedeutet, dass ein Lichtbogen, einmal im oder am Schalter entstanden, nicht von alleine löscht, sondern stabil stehen bleibt und hierbei durch seine extrem hohe Temperatur von mehreren 1000°C alle Materialien in seinem Wirkungsbereich verdampft und neben seiner extremen thermischen Wirkung und emittierten Strahlungsenergie dabei auch noch hochgiftige gasförmige Stoffe erzeugt.All of the applications listed here usually involve switching off direct current, which, unlike alternating current, does not have a zero crossing. This means that an arc, once it has occurred in or on the switch, does not extinguish by itself, but remains stable and vaporizes all materials in its effective area due to its extremely high temperature of several 1000°C and in addition to its extreme thermal effect and emitted radiant energy it also generates highly toxic gaseous substances.
Hochgespannte Gleichströme zu trennen ist daher ungleich schwieriger als das Trennen bzw. Abschalten hochgespannter Wechselströme und auch schwieriger, je höher die Leitungsinduktivität und umso kleiner der effektive Leitungswiderstand im Augenblick des Stromkreises ist.Separating high-voltage direct currents is therefore much more difficult than isolating or switching off high-voltage alternating currents and also more difficult the higher the line inductance and the smaller the effective line resistance at the moment of the circuit.
Im Stand der Technik sind pyrotechnische Sicherungen bekannt, die zur Auslösung aktiv angesteuert werden. Beispielsweise beschreibt die
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 detonative 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
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.It should be mentioned that in pyrotechnics worldwide a detonative conversion is spoken of when flame front speeds of more than 2000 m/s are reached, by definition.
Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Vorrichtung ist die Problematik der Zulassung für Vorrichtungen, die mit Sprengstoffen oder gar Detonatoren gefüllte Baugruppen aufweisen und Wirkungen nach außen haben. 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.Another disadvantage of this known device is the problem of approval for devices that have assemblies filled with explosives or even detonators and have external effects. For this reason, devices of this type have hitherto not been used commercially. They are only used very occasionally in research institutes for special experiments. The reasons for this are also the very low handling safety and the extremely high risk potential that is very difficult to limit.
Des Weiteren besteht in vielen Fällen die Forderung nach einer Selbstauslösefunktion 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.Furthermore, in many cases there is a requirement for a self-triggering function of such a switch or a safety device, for example to protect a cable from overload without additional expense for overload sensors, or in the event of failure of the triggering sensors or triggering circuit. A corresponding switching element should therefore not only have a controllable tripping option, but also the function of a conventional high-current fuse in the form of a fuse have that can be handled safely by anyone, as is the case with conventional fuses.
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 anderenfalls beispielsweise ein Kabelbrand auftreten kann. Der gravierendste Nachteil von Schmelzsicherungen aber ist der Umstand, dass diese beim Abschalten von sehr kleinen Überströmen intern um den Schmelzleiter einen leitfähigen Kanal bilden, mit der Folge, dass zwar der Schmelzleiter schmilzt, aber danach der Strom dennoch nicht abgeschaltet ist, weil jetzt hier der Strom über den leitfähigen Kanal fließt.Such high-current fuses have the disadvantage of a switch-off time that fluctuates within a large bandwidth after the rated current of the fuse has been reached. A cable protected in this way can therefore only be utilized to a very small extent, e.g. 30%, in terms of its current-carrying capacity, since otherwise, for example, a cable fire can occur in the event of an overload. The most serious disadvantage of fuses, however, is the fact that when very small overcurrents are switched off, they form a conductive channel internally around the fuse element, with the result that although the fuse element melts, the current is still not switched off afterwards because the Current flows through the conductive channel.
Aus der
Aus der
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 Eine weitere Schalteinheit vom Stand der Technik ist aus der
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass derartige Schalteinheiten nur begrenzt zum Abschalten von sehr hohen Gleichströmen bei höheren Spannungen geeignet sind, da durch die Unterbrechung des Trennbereichs infolge des Auftrennens des Stromkreises hier stets ein Lichtbogen gezogen wird, der infolge der in der Leitungsinduktivität im Augenblick des Auftrennens in deren magnetischem Feld gespeicherten und im Augenblick des Trennens des Stromkreises frei werdenden Energie nicht verhindert werden kann. Versuche, ein Löschmittel einzusetzen, welches den Trennbereich im Ausgangszustand vor dem Aktivieren umgibt, haben gezeigt, dass hierdurch allein nicht der gewünschte Erfolg erreicht wird, nämlich das Entstehen eines Lichtbogens zu vermeiden oder einen bereits bestehenden Lichtbogen sicher zu löschen.However, it has been found that switching units of this type are only suitable to a limited extent for switching off very high direct currents at higher voltages, since the interruption of the isolating area as a result of the circuit being opened always causes an arc to be drawn here, which as a result of the inductance in the line at the moment of the The energy stored in the magnetic field and released at the moment the circuit is separated cannot be prevented from being separated. Try to use an extinguishing agent that leaves the separation area in its original state surrounding before activation have shown that this alone does not achieve the desired result, namely avoiding the occurrence of an arc or safely extinguishing an arc that already exists.
Bei bekannten pyrotechnischen Antrieben, ob integriert in eine beliebige Vorrichtung oder als eigenständige Vorrichtung, wird das aktivierbare Material, welches zur Erzeugung des Drucks oder des Druckstoßes (im Folgenden auch als Stoßwelle bezeichnet) vorgesehen ist, in eine Brennkammer eingebracht. Das Volumen der Brennkammer ist dabei meist auch das Volumen der Pulverkammer und schließt dabei üblicherweise das Volumen ein, welches das pyrotechnische Material für die Lagerung in der Baugruppe vor dessen Auslösung benötigt. Wird jedoch, abhängig von der Lebhaftigkeit bzw. Abbrandgeschwindigkeit des pyrotechnischen Materials, nur eine geringe Menge des aktivierbaren Materials benötigt oder soll aus Gründen möglichst hoher Sicherheit im Störfall möglichst wenig aktivierbares Material in der Baugruppe enthalten sein, so besteht häufig das Problem, dass die Brennkammer nicht klein genug ausgebildet werden kann, oder dass das aktivierbare Material, welches häufig in fester, beispielsweise gepresster Form vorliegt, nicht mit der erforderlichen Toleranz hergestellt werden kann, um die gesamte Brennkammer auszufüllen. Das Restvolumen der Brennkammer, welches nicht von dem aktivierbaren Material beansprucht wird, und die darin vorhandene Luft bzw. das darin vorhandene Gas begrenzt insbesondere die Steilheit des Druckanstiegs, welcher nach dem Aktivieren des aktivierbaren Materials erzeugt wird, benötigt zusätzlich Energie, die dem eigentlichen Aufbrechvorgang des sogenannten Trennbereichs und danach dem Beschleunigungsvorgang der Membran oder des Kolbens verloren geht und dämpft zudem jegliche Arten von Stoßwellen, die für das Aufbrechen des Trennbereichs bei minimalem Einsatz von pyrotechnischer Masse hätte verwendet werden können. Damit verringert das mit Luft oder einem Gas gefüllte Restvolumen die Übertragung eines schnellen mechanischen Impulses auf das Antriebselement der pyrotechnischen Antriebseinrichtung (im Folgenden auch als Treibspiegel bezeichnet).In known pyrotechnic drives, whether integrated into any device or as an independent device, the activatable material, which is provided for generating the pressure or the pressure surge (hereinafter also referred to as shock wave), is introduced into a combustion chamber. The volume of the combustion chamber is usually also the volume of the powder chamber and usually includes the volume that the pyrotechnic material requires for storage in the assembly before it is triggered. However, if only a small amount of the activatable material is required, depending on the liveliness or burning rate of the pyrotechnic material, or if as little activatable material as possible is to be contained in the assembly for reasons of maximum safety in the event of an accident, there is often the problem that the combustion chamber cannot be made small enough, or that the activatable material, which is often in solid, for example pressed form, cannot be manufactured with the required tolerance to fill the entire combustion chamber. The remaining volume of the combustion chamber, which is not occupied by the activatable material, and the air or gas present therein limits in particular the steepness of the pressure increase, which is generated after the activation of the activatable material, requires additional energy that the actual breaking process of the so-called separating zone and then the acceleration process of the diaphragm or piston and also dampens any type of shock wave that could have been used to rupture the separating zone with minimal use of pyrotechnic mass. The residual volume filled with air or a gas thus reduces the transmission of a rapid mechanical impulse to the drive element of the pyrotechnic drive device (hereinafter also referred to as the sabot).
Auch im Hinblick auf Sicherheitsaspekte ist sowohl eine möglichst geringe Masse an pyrotechnischem Material und zugleich ein möglichst kleines Leervolumen in der Baugruppe wünschenswert: Jedes Leervolumen kann durch die pyrotechnische Reaktion durch die hierbei entstehenden gasförmigen Reaktionsprodukte bedrückt werden, also ein Energiereservoir nach der Zündung geschaffen werden, das sich entlädt, wenn beispielsweise die Baugruppe doch einmal überlastet wurde und bricht. Danach würde sich der so geschaffene "Hochdruckgasspeicher" mit entsprechendem Knall und herumgeschleuderten Teilen entladen - was nicht geschehen kann, wenn es in der Baugruppe keine Leervolumina bzw. nach der Auslösung der Baugruppe gasgefüllten Volumina gibt.Also with regard to safety aspects, both the smallest possible mass of pyrotechnic material and at the same time the smallest possible empty volume in the assembly are desirable: every empty volume can be destroyed by the pyrotechnic reaction are depressed by the resulting gaseous reaction products, i.e. an energy reservoir is created after ignition, which is discharged if, for example, the assembly was overloaded and breaks. The "high-pressure gas reservoir" created in this way would then be discharged with a corresponding bang and parts being thrown around - which cannot happen if there are no empty volumes in the assembly or no gas-filled volumes after the assembly has been triggered.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass im Rahmen dieser Beschreibung jegliches deflagrierend oder detonativ umsetzendes (beispielsweise abbrennendes) Material als aktivierbares Material bezeichnet wird. Hierunter fallen auch deflagrierend umsetzende Stoffgemische, wie beispielsweise Thermitmischungen oder Tetrazen. Ein deflagrierend umsetzendes Material erzeugt dabei unter anderem gasförmige Reaktionsprodukte und einen Druckanstieg oder eine Druckwelle, deren Ausbreitungsgeschwindigkeit kleiner oder gleich der Schallgeschwindigkeit des betreffenden Mediums ist. Ein detonativ umsetzendes Material erzeugt dagegen zusätzlich eine als Druckstoß oder Stoßwelle bezeichnete Druckänderung in dem betreffenden Medium, deren Ausbreitungsgeschwindigkeit größer ist als die Schallgeschwindigkeit in dem belasteten Medium.At this point it should be pointed out that in the context of this description any material that converts to deflagration or detonation (for example burning up) is referred to as an activatable material. This also includes deflagrating mixtures of substances, such as thermite mixtures or tetrazene. A deflagrating material generates, among other things, gaseous reaction products and an increase in pressure or a pressure wave, the propagation speed of which is less than or equal to the speed of sound of the medium in question. A detonatively converting material, on the other hand, also generates a pressure change in the medium in question, referred to as a pressure surge or shock wave, the propagation speed of which is greater than the speed of sound in the loaded medium.
Damit ergeben sich im Wesentlichen zwei unterschiedliche Typen von pyrotechnischen Antriebseinrichtungen:
Wird ein deflagrierend, d.h. relativ langsam umsetzendes aktivierbares Material verwendet, so ergibt sich ein relativ langsamer Druckanstieg bzw. eine relativ langsame Druckänderung oder Druckwelle im umgebenden Medium im Millisekundenbereich. Beaufschlagt dieser relativ "langsame" Druckanstieg beispielsweise einen Treibspiegel oder ein Rohrsegment, so erfährt dieser eine Verformung oder wird bewegt. Auch beide Auswirkungen auf den Treibspiegel oder ein Rohrsegment sind möglich. Ein solcher relativ langsamer Druckanstieg wird üblicherweise ausgenutzt, um eine Vergrößerung des Brennkammervolumens zu bewirken.This essentially results in two different types of pyrotechnic propulsion devices:
If a deflagrating, ie relatively slowly reacting, activatable material is used, then there is a relatively slow increase in pressure or a relatively slow change in pressure or pressure wave in the surrounding medium in the millisecond range. If this relatively “slow” pressure increase acts on a sabot or a tube segment, for example, then this is deformed or moved. Both effects on the sabot or a pipe segment are also possible. Such a relatively slow increase in pressure is usually used to increase the volume of the combustion chamber.
Wird ein detonativ umsetzendes aktivierbares Material verwendet, so soll vor allem der erzeugte Druckstoß bzw. die von ihm ausgehende Stoßwelle ausgenutzt werden, um zunächst beispielsweise ein Baugruppensegment, hier ein Rohrsegment bzw. den Trennbereich, d.h. hier den elektrischen Leiter, schnell und heftig aufzureißen und danach die Abtriebsleistung des pyrotechnischen Materials zu erzeugen.If an activatable material that converts detonatively is used, the pressure surge generated or the shock wave emanating from it should be used in order to first tear open a component segment, in this case a pipe segment or the separation area, i.e. in this case the electrical conductor, quickly and violently and thereafter to generate the output power of the pyrotechnic material.
Hierbei wird die Eigenschaft detonativer Materialien ausgenutzt, eine im Vergleich zu deflagrierenden Materialen deutlich höhere Energiedichte erzeugen zu können, deren Wirkung bei gleichzeitig deutlich niedrigerem Materialeinsatz effektiver am gewünschten Ort umgesetzt werden kann. Von besonderer Bedeutung ist hier allerdings die Ankoppelung des detonativen Materials bzw. der von ihm erzeugten Stoßwelle an den gewünschten Wirkungsort.Here, the property of detonative materials is used to be able to generate a significantly higher energy density in comparison to deflagrating materials, the effect of which can be implemented more effectively at the desired location while at the same time using significantly less material. Of particular importance here, however, is the coupling of the detonative material or the shock wave generated by it to the desired site of action.
Weiterhin ist es wünschenswert, die Menge des pyrotechnischen Materials in derartigen Unterbrechungsschaltgliedern möglichst klein zu halten, so dass nicht nur detonativ umsetzende pyrotechnische Materialien, sondern auch deflagrierend umsetzende pyrotechnische Materialien verwendet werden können, und dabei dennoch eine ausreichende Trennung des Strompfades bewirkt wird. Weiterhin ist es auch aus Sicherheits- und Kostengründen wünschenswert, die Menge des pyrotechnischen Materials zu minimieren.Furthermore, it is desirable to keep the amount of pyrotechnic material in such interrupting switching elements as small as possible, so that not only detonatively converting pyrotechnic materials but also deflagratingly converting pyrotechnic materials can be used, and an adequate separation of the current path is nevertheless achieved. Furthermore, it is also desirable for safety and cost reasons to minimize the amount of pyrotechnic material.
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 oder zumindest das effektive Dämpfen eines durch einen Lichtbogen aufrechterhaltenen Stroms sicher gewährleistet ist. Dabei soll die Menge an zu verwendendem pyrotechnischen Material möglichst gering sein und trotzdem das Abschalten gewährleisten. Darüber hinaus soll ein Schaltglied geschaffen werden, das sicherheitstechnisch weitgehend unbedenklich und auf einfache und kostengünstige Weise herstellbar ist.Proceeding from this prior art, the object of the invention is to create a pyrotechnical interrupting switching element, in particular for interrupting high currents at high voltages, in which high currents at high voltages can also be switched off by avoiding or at least effectively damping a current sustained by an arc is assured. The amount of pyrotechnic material to be used should be as small as possible and still ensure the shutdown. In addition, a switching element is to be created which is largely unobjectionable in terms of safety and can be produced in a simple and cost-effective manner.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.The invention solves this problem with the features of
Bei dem erfindungsgemäßen elektrischen Unterbrechungsschaltglied ist für das Durchführen des Schaltvorgangs ein pyrotechnisches Material in einer so geringen Menge einsetzbar, dass die erzeugte Stoßwelle zwar das Gehäuse des Unterbrechungsschaltglieds nicht beschädigt, aber dennoch hohe Ströme bei hohen Spannungen unterbrechen kann. Hierbei können nicht nur deflagrierende pyrotechnische Materialen, sondern vorteilshaft auch Stoßwellen erzeugende detonative pyrotechnische Materialen verwendet werden.In the electrical interrupting switching element according to the invention, a pyrotechnic material can be used in such a small amount for carrying out the switching process that the shock wave generated does not damage the housing of the interrupting switching element, but can still interrupt high currents at high voltages. Not only deflagrating pyrotechnic materials can be used here, but also advantageously detonative pyrotechnic materials that generate shock waves.
Das elektrische Unterbrechungsschaltglied nach der Erfindung weist also ein Gehäuse auf, welches eine den Strompfad durch das Unterbrechungsschaltglied definierende Kontakteinheit umgreift. Es ist ein pyrotechnisches Material vorgesehen, das ein gaserzeugendes und/oder stoßwellenerzeugendes, aktivierbares Material ist. Die Kontakteinheit weist einen ersten und zweiten Anschlusskontakt und einen Trennbereich auf. Das pyrotechnische Material 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 (oder umgekehrt) und dass bei einem Zünden des pyrotechnischen Materials der Trennbereich mit einem durch das aktivierbare Material erzeugten Gasdruck und/oder Stoßwelle beaufschlagt wird, so dass der Trennbereich aufgerissen oder eingedrückt und dadurch getrennt wird. Der Isolationsabstand ist dabei so gewählt, dass er für die jeweils zu schaltende Spannung gut ausreicht, die Quellspannung nach der Trennung sicher, d.h. entladungsfrei zu halten. Mindestens eine Kammer im Unterbrechungsschaltglied ist zumindest teilweise von dem Trennbereich begrenzt und im Wesentlichen vollständig mit einem Füllmaterial, vorzugsweise mit Silikonöl, gefüllt. Auf diese Weise steht der Trennbereich mit dem Füllmaterial in Kontakt.The electrical circuit breaker according to the invention thus has a housing which surrounds a contact unit defining the current path through the circuit breaker. A pyrotechnic material is provided, which is a gas-generating and/or shock-wave-generating, activatable material. The contact unit has a first and second connection contact and a disconnection area. The pyrotechnic material and the contact unit are designed in such a way that a current to be interrupted can be fed to it via the first connection contact and removed from it via the second connection contact (or vice versa) and that when the pyrotechnic material is ignited, the separating area is connected to a material that can be activated by the material generated gas pressure and / or shock wave is applied, so that the separation area is torn open or pressed and thereby separated. The insulation distance is selected so that it is well sufficient for the voltage to be switched in each case to keep the source voltage safe, i.e. discharge-free, after separation. At least one chamber in the interrupting switching element is at least partially delimited by the isolating area and is essentially completely filled with a filling material, preferably silicone oil. In this way, the separation area is in contact with the filling material.
Unter "im Wesentlichen vollständig gefüllt" wird verstanden, dass abgesehen von unvermeidlichen Gasblasen, die beispielsweise aufgrund der Oberflächenspannung des Füllmaterials oder bedingt durch Schwierigkeiten beim Befüllen vorhanden sind, der gesamte Raum der jeweiligen Kammer mit dem Füllmaterial ausgefüllt ist.“Substantially completely filled” is understood to mean that, apart from the unavoidable gas bubbles that are present, for example, due to the surface tension of the filling material or due to difficulties during filling, the entire space in the respective chamber is filled with the filling material.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann der Trennbereich so gestaltet sein, dass er eine Kammer, vorzugsweise eine Brennkammer, zumindest teilweise umgibt, d.h. die Wand des Trennbereichs begrenzt die eine Kammer zumindest teilweise.According to one embodiment of the invention, the separating area can be designed in such a way that it at least partially surrounds a chamber, preferably a combustion chamber, ie the wall of the separating area delimits one chamber at least partially.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann der Trennbereich die eine Kammer von einer weiteren Kammer abtrennen. Diese weitere Kammer umgibt den Trennbereich vorzugsweise ringförmig. Wird nicht nur die eine Kammer mit Füllmaterial gefüllt, sondern auch der Raum der weiteren Kammer, so findet der Auftrennvorgang des Trennbereichs, vollständig im Füllmaterial statt, so dass ein sich ein beim ersten Aufbrechen bildender Lichtbogen sofort bis schnell gelöscht und weitere Entladungserscheinungen gut verhindert werden können. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann also bei der Auftrennung des Trennbereichs die eine Kammer mit der weiteren Kammer verbunden werden. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann also sowohl die eine Kammer, als auch die weitere Kammer im Wesentlichen vollständig mit dem Füllmaterial gefüllt sein.According to one embodiment of the invention, the separating area can separate one chamber from another chamber. This further chamber surrounds the separating area, preferably in the form of a ring. If not only one chamber is filled with filling material, but also the space of the other chamber, the separating process of the separating area takes place completely in the filling material, so that an arc that forms at the first opening is extinguished immediately or quickly and further discharge phenomena are well prevented can. According to one embodiment of the invention, one chamber can be connected to the other chamber when the separation area is separated. According to one embodiment of the invention, both the one chamber and the other chamber can be essentially completely filled with the filling material.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann sich das pyrotechnische Material in der Kammer befinden, die mit dem Füllmaterial gefüllt ist. Auf diese Weise kann die Stoßwelle direkt über das Füllmaterial mit seinem spezifischen, in der Regel sehr kleinen Stoßwellenwiderstand wirken.According to one embodiment of the invention, the pyrotechnic material can be located in the chamber filled with the filling material. In this way, the shock wave can act directly through the filling material with its specific, usually very low, shock wave resistance.
Das pyrotechnische Material ist vorzugsweise mit einer Schutzschicht, vorzugsweise aus Naturgummi und/oder Epoxidharz, versehen, die verhindert, dass das Füllmaterial das pyrotechnische Material inaktiviert, bevor es aktiviert wird. Das pyrotechnische Material ist dem erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglied vorzugsweise in Form eines sogenannten Minidetonators, oder einer Anzünd- oder Zündpille vorhanden, kann jedoch auch in anderer Form eingebracht sein.The pyrotechnic material is preferably provided with a protective layer, preferably of natural rubber and/or epoxy resin, which prevents the filler material from inactivating the pyrotechnic material before it is activated. The pyrotechnic material is preferably present in the interrupting switching element according to the invention in the form of a so-called mini detonator or an ignition or ignition pellet, but it can also be introduced in another form.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung befindet sich das pyrotechnische Material in der einen Kammer, d.h. die eine Kammer ist dann die Brennkammer. Es sind jedoch auch Ausführungsformen denkbar, bei denen das pyrotechnische Material in der weiteren Kammer vorgesehen ist, beispielsweise in einem Außenbereich der weiteren Kammer innerhalb des Gehäuses (siehe
Das Füllmaterial weist vorzugsweise ein elektrisch gut isolierendes Material auf. Es beinhaltet vorzugsweise ein Material, das bei Energieeinwirkung bzw. seiner Zersetzung selbst wieder in einen Isolator zerfällt. Beide Eigenschaften können aber auch von einem Material alleine erfüllt sein, wie dies bei Silikonölen der Fall ist: Das gut elektrisch isolierende Öl wird z.B. durch Lichtbogeneinfluss zersetzt und hierbei zum Siliziumdioxid, das ebenfalls ein guter elektrischer Isolator ist.The filling material preferably has an electrically good insulating material. It preferably contains a material that itself breaks down into an insulator when exposed to energy or when it decomposes. However, both properties can also be fulfilled by one material alone, as is the case with silicone oils: The electrically insulating oil is decomposed, e.g. by the influence of electric arcs, and in the process it becomes silicon dioxide, which is also a good electrical insulator.
Das pyrotechnische Material ist üblicherweise in der einen Kammer untergebracht, es sind jedoch auch Ausführungsformen denkbar, die das pyrotechnische Material im Außenbereich der weiteren Kammer innerhalb des Gehäuses (siehe
Die Anwesenheit eines Füllmaterials in mindestens einer der Kammern hat zudem den Vorteil, dass die Oberfläche beispielsweise des Minidetonators gegen die Innen- oder Außenwand des Trennbereiches elektrisch gut isoliert wird. Die Anwesenheit eines Füllmaterials in der einen Kammer oder der weiteren Kammer hat außerdem den Vorteil, dass der Gasanteil darin stark verkleinert werden kann, damit mit wenig durch den Minidetonator erzeugter Gasmenge schon ein hoher Druck auf den Trennbereich und einen eventuellen Treibspiegel ausgeübt werden kann. Damit kann sehr effektiv, d.h. mit wenig Gas bzw. umgesetzter pyrotechnischer Masse, so viel Druck erzeugt werden, dass auch ein mit dickem Material ausgeführter Trennbereich der Kontakteinheit gut aufreißt und danach auch noch einen eventuell vorhandenen Treibspiegel bedrückt und damit einen eventuell vorhandenen Stauchbereich zusammenpresst bzw. zusammenfaltet wird. Durch das durch das Füllmaterial verringerte Gasvolumen in der Kammer und/oder der weiteren Kammer kann zudem erreicht werden, dass wenig Druckenergie gespeichert wird und so beim Aufplatzen des Gehäuses des Unterbrechungsschaltglieds nach einer Überlastung der Baugruppe keine große unerwünschte Wirkung nach außen auftritt. Nur in einem Gasvolumen könnte nennenswert Energie gespeichert werden, die sich dann beim Aufgehen des Gehäuses des Unterbrechungsschaltglieds explosionsartig zeigen könnte. Weiterhin wird durch das Füllmaterial der Stoßwellenwiderstand in der einen Kammer oder der weiteren Kammer stark verringert, bzw. der Trennbereich quasi akustisch an den Minidetonator angekoppelt. Hierbei werden in der Stoßwellenfront Drücke von weit mehr als 1 kbar erreicht. Die Wanderung dieser Druckstörung bzw. der Druckenergie in Richtung der Wandung des Trennbereichs würde durch ein Gasvolumen behindert, abgeschwächt oder gedämpft. Durch die Einfüllung eines Füllmaterials mit einem geringeren Stoßwellenwiderstand als ein Gas kann die beispielsweise durch den Minidetonator erzeugte Energie so ungeschwächt wie möglich für die Zerstörung des Trennbereichs und für die Beaufschlagung eines eventuell vorhandenen Treibspiegels, und nicht für die Erwärmung und Bedrückung des Gases eingesetzt werden. Bei der Verwendung von beispielsweise Silikonölen kommt es zu einer Verbesserung bzw. Verstärkung der Stoßwelle gegenüber Luft zwischen 1000x bis 4000x.The presence of a filling material in at least one of the chambers also has the advantage that the surface, for example of the mini detonator, is electrically well insulated from the inner or outer wall of the separating area. The presence of a filling material in one chamber or the other chamber also has the advantage that the proportion of gas in it can be greatly reduced, so that with a small amount of gas generated by the mini detonator, high pressure can be exerted on the separation area and any sabot. So much pressure can be generated very effectively, i.e. with little gas or converted pyrotechnic mass, that even a separating area of the contact unit made of thick material tears open and then also presses any sabot that may be present and thus compresses or compresses any compression area that may be present . Due to the reduced gas volume in the chamber and/or the further chamber due to the filling material, it is also possible to store little pressure energy so that no major undesired external effect occurs when the housing of the interrupting switching element bursts open after the assembly is overloaded. Only in a gas volume could appreciable energy are stored, which could then show up explosively when the housing of the interrupting contact element opens. Furthermore, the shock wave resistance in one chamber or the other chamber is greatly reduced by the filling material, or the separating area is quasi-acoustically coupled to the mini detonator. Here, pressures of far more than 1 kbar are reached in the shock wave front. The migration of this pressure disturbance or the pressure energy in the direction of the wall of the separation area would be impeded, weakened or dampened by a gas volume. By filling in a filling material with a lower shock wave resistance than a gas, the energy generated by the mini detonator, for example, can be used as undiminished as possible for the destruction of the separation area and for the impact of any sabot that may be present, and not for the heating and suppression of the gas. When using silicone oils, for example, there is an improvement or amplification of the shock wave compared to air between 1000x and 4000x.
Wird das pyrotechnische Material gezündet, so ermöglicht die Anwesenheit des Füllmaterials die Ausbreitung der Stoßwelle mit einer wesentlich geringeren Dämpfung, so dass der Trennbereich wesentlich effektiver aufgerissen und der Treibspiegel bedrückt werden kann, als bei Vorhandensein eines gasförmigen Materials. Dadurch kann das erfindungsgemäße Unterbrechungsschaltglied wesentlich effizienter und schneller schalten, verglichen mit einem Schaltglied, das ein gasförmiges Füllmaterial aufweist. Es hat sich auch herausgestellt, dass durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Füllmaterials auch die Dicke des Trennbereichs stark erhöht werden kann, ohne dass dabei eine sonst übliche höhere Menge an pyrotechnischem Material zur erfolgreichen Trennung eingesetzt werden müsste. Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße Unterbrechungsschaltglied für weit höhere Ströme bei höheren Spannungen eingesetzt werden, ohne dass es zu einer unzulässigen Erwärmung des Trennbereichs kommt.When the pyrotechnic material is ignited, the presence of the filler material allows the shock wave to propagate with much less attenuation, so that the separating region can be ruptured and the sabot depressed much more effectively than in the presence of a gaseous material. As a result, the interrupting switching element according to the invention can switch much more efficiently and quickly compared to a switching element that has a gaseous filling material. It has also been found that by using a filling material according to the invention, the thickness of the separating area can also be greatly increased without having to use a larger amount of pyrotechnic material, which is otherwise usual, for successful separation. In this way, the interrupting switching element according to the invention can be used for far higher currents at higher voltages, without the isolating region being heated to an impermissible extent.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Kontakteinheit einen Stauchbereich aufweisen. Der Stauchbereich kann derart gestaltet sein, dass er eine noch weitere Kammer umgibt. Der Stauchbereich kann so gestaltet sein, dass er während des Auftrennvorgangs des Trennbereichs gestaucht wird. Es ist bevorzugt, dass das Material des Stauchbereichs ein gut verformbares, evtl. auch weichgeglühtes Material ist, um das Faltverhalten des Stauchbereichs zu verbessern.According to one embodiment of the invention, the contact unit can have a compression area. The swage area can be designed to enclose yet another chamber. The compression area can be designed in such a way that it is compressed during the process of separating the separation area. It is preferred that the material of the upset area is a readily deformable, possibly also soft-annealed material in order to to improve the folding behavior of the upset area.
In Versuchen mit einer derartigen Baugruppe hat es sich zudem gezeigt, dass nach dem Auftrennen des Trennbereichs und dem Entstehen des Lichtbogens eine kleine Menge des Füllmaterials verdampft, damit Energie dem Lichtbogen entzieht, aber gleichzeitig damit eine zusätzliche Gasmenge erzeugt, die auf den Trennbereich und den Treibspiegel einwirkt und diese effektiv bedrückt. Dadurch wird die Trennung und das Stauchen des Stauchbereichs immer schneller und effektiver, je höher der abzuschaltende Strom und damit der zunächst erzeugte Lichtbogen ist. Das ist ein sehr willkommener Effekt, der dazu führt, dass das erfindungsgemäße Unterbrechungsschaltglied noch bei extrem hohen zu trennenden Strömen eingesetzt werden kann.In tests with such an assembly, it has also been shown that after the separation area has been separated and the arc has formed, a small amount of the filling material evaporates so that energy is withdrawn from the arc, but at the same time an additional amount of gas is generated, which affects the separation area and the arc Sabot acts and depresses it effectively. As a result, the separation and compression of the compression area becomes faster and more effective, the higher the current to be switched off and thus the arc initially generated. This is a very welcome effect, which means that the interrupting switching element according to the invention can still be used in the case of extremely high currents to be separated.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann auch die noch weitere Kammer des Stauchbereichs vollständig mit dem Füllmaterial gefüllt werden. Durch die Bewegung des Treibspiegels und/oder den Stauchvorgang des Stauchbereichs wird das Volumen der noch weiteren Kammer derart verringert, dass das verdampfbare Medium durch den wenigstens einen Kanal zwischen die mindestens zwei Teile des Trennbereichs eingespritzt wird. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass die noch weitere Kammer über eine Bohrung (Kanal) mit der einen Kammer verbunden ist. Dadurch kann das Füllmaterial aus der noch weiteren Kammer über den Kanal während des Stauchvorgangs in die eine Kammer gedrückt werden und unterbindet bzw. kühlt damit weiter effektiv den evtl. an dem Trennbereich noch stehenden Lichtbogen. Gleichzeitig wird das in der einen Kammer evtl. schon teilweise zersetzte Löschmittel durch das neu zuströmende Medium verdünnt und so ebenfalls die Isoliereigenschaften des "gestressten" Löschmittels verbessert. In dieser Ausgestaltung der Erfindung kann es auch bevorzugt sein, dass nur die eine Kammer und die noch weitere Kammer sowie der verbindende Kanal mit einem Füllmaterial gefüllt sind. Hier kann es bevorzugt sein, dass die weitere Kammer kein Füllmaterial enthält.According to one embodiment of the invention, the still further chamber of the compression area can also be completely filled with the filling material. The movement of the sabot and/or the upsetting process of the upsetting area reduces the volume of the further chamber in such a way that the vaporizable medium is injected through the at least one channel between the at least two parts of the separating area. In this case it is preferred that the further chamber is connected to the one chamber via a bore (channel). As a result, the filling material can be pressed from the still further chamber via the channel during the upsetting process into one chamber and thus further effectively suppresses or cools any arc that may still be present in the separating region. At the same time, the extinguishing agent that may have already partially decomposed in one chamber is diluted by the new medium flowing in, thus also improving the insulating properties of the "stressed" extinguishing agent. In this embodiment of the invention, it can also be preferred that only the one chamber and the further chamber as well as the connecting channel are filled with a filling material. It can be preferred here that the further chamber does not contain any filling material.
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.According to one embodiment of the invention, the upsetting area can be designed in terms of material and geometry such that the wall of the upsetting area is folded as a result of the upsetting movement, preferably folded in a meandering shape.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann der Stauchbereich mindestens eine Lochung aufweisen, die eine Verbindung zwischen der noch weiteren Kammer mit einem die noch weitere Kammer umgebenden Volumen ermöglicht. Auf diese Weise kann zusätzliches Füllmaterial während des Stauchvorgangs zur Verfügung gestellt, und das durch Bewegen des Treibspiegels größer werdende Volumen der einen und der weiteren Kammer mit Füllmaterial nachgefüllt werden. Dadurch steht mehr Löschmittel für den Schaltlichtbogen und zusätzliche Arbeitsmöglichkeit für die in der Kreisinduktivität im Augenblick des Auftrennens des Trennbereichs gespeicherte magnetische Energie zur Verfügung, so dass das Material des Stauchbereichs besser umgeformt werden kann. Durch mehr zur Verfügung stehendes Löschmittel kann der im Trennbereich entstehende Lichtbogen besser gekühlt bzw. gestört werden. Weiterhin kann auch verhindert werden, dass in dem Kammervolumen um den Trennbereich ein Gasraum entsteht. Dabei kann auch die Gasmenge des bedrückten Raums nach der Auslösung so gering wie möglich gehalten werden, und somit die mit einem hoch bedrückten Gasraum einhergehende Explosionsgefahr minimiert werden. Weiterhin kann auf diese Weise das durch den Lichtbogen teilweise umgesetzte Füllmaterial durch das neu eingespritze Füllmaterial verdünnt werden. Dadurch werden bessere Isolationswerte erzielt. Auch wird durch die Befüllung der noch weiteren Kammer die Löschzeit durch Verzögerung des Stauchvorgangs verlängert. Dadurch wird erreicht, dass die Stromabschaltung auch noch bei größeren Zeitkonstanten aus Kreisinduktivität und Stromkreiswiderstand funktioniert: Die Stauchzeit bestimmt die Zeit, in der das Füllmaterial in die eine Kammer und weitere Kammer eingespritzt wird und so den dort stehenden Lichtbogen besonders effektiv kühlt, stört und durch Stoffumwandlung bzw. Verdampfen arbeiten lässt. Wenn die Zeitkonstante aus Lastwiderstand und der Kreisinduktivität größer ist als die Zeit, die während des bzw. durch das Stauchen zur Verfügung steht, kann das Unterbrechungsschaltglied den dann nach Ende des Trennvorgangs immer noch fließenden Strom und damit den dann immer noch stehenden Lichtbogen nicht mehr kühlen. Dadurch steigt der Innendruck durch verdampftes Füllmaterial an, und es kann zur unerwünschten Zerstörung bzw. Explosion des Unterbrechungsschaltglieds kommen. Die durch die in der Kreisinduktivität gespeicherte magnetische Energie zum Zeitpunkt der Abschaltung bzw. der Auslösung des Unterbrechungsschaltglieds muss in andere Energieformen umgewandelt werden. Für diese Umwandlung stehen erfindungsgemäß folgende Möglichkeiten zur Verfügung:
Erwärmung und letztlich die Verdampfung des Füllmaterials bzw. dessen zumindest teilweise chemische Umwandlung bei dessen Lichtbogenkontakt, Stauchen des Materials des Kontaktelements im Stauchbereich, Erwärmung des Füllmaterials durch Strömungswiderstände während des Stauchens des Stauchbereichs (durch die richtige Auslegung der Überströmflächen kann hier die Stauchzeit an die maximale bzw. real vorhandene Zeitkonstante aus Kreisinduktivität und Lastwiderstand nach der Gleichung tau = L * R angepasst werden).In one embodiment of the invention, the compression area can have at least one perforation, which enables a connection between the still further chamber with a volume surrounding the still further chamber. In this way, additional filling material can be made available during the upsetting process, and the volume of one chamber and the other chamber, which volume increases as a result of moving the sabot, can be refilled with filling material. As a result, more quenching agent is available for the switching arc and additional work options are available for the magnetic energy stored in the circuit inductance at the moment the separating area is separated, so that the material of the upset area can be better formed. With more extinguishing agent available, the arc occurring in the separation area can be better cooled or disrupted. Furthermore, it is also possible to prevent a gas space from forming in the chamber volume around the separating area. The amount of gas in the pressurized space can also be kept as low as possible after triggering, and the risk of explosion associated with a highly pressurized gas space can thus be minimized. Furthermore, in this way the filling material partially converted by the arc can be diluted by the newly injected filling material. This achieves better insulation values. The extinguishing time is also lengthened by the delay in the upsetting process due to the filling of the still further chamber. This ensures that the power cut-off also works with larger time constants from circuit inductance and circuit resistance: The upsetting time determines the time in which the filling material is injected into one chamber and another chamber and thus particularly effectively cools, disrupts and penetrates the arc located there Material conversion or evaporation can work. If the time constant from the load resistance and the circuit inductance is greater than the time that is available during or as a result of the compression, the interrupting switching element can no longer cool the current that is still flowing after the end of the disconnection process and thus the arc that is still there . As a result, the internal pressure increases due to vaporized filling material, and the interrupting contact element can be destroyed or explode in an undesired manner. The magnetic energy stored in the circuit inductance at the time when the switching element is switched off or triggered must be converted into other forms of energy. According to the invention, the following options are available for this conversion:
Heating and ultimately the evaporation of the filling material or its at least partial chemical conversion when it comes into contact with an arc, compression of the material of the contact element in the compression area, heating of the filling material due to flow resistance during the compression of the compression area (through the correct design of the overflow surfaces, the compression time can be reduced to the maximum or actually existing time constant from circuit inductance and load resistance according to the equation tau = L * R).
Das Einbringen einer Lochung im Stauchbereich hat den Vorteil, dass über deren Größe der Strömungswiderstand der hier beim Zusammenpressen des Stauchbereichs überströmenden Flüssigkeit groß genug ist bzw. optimal für den Schaltvorgang eingestellt werden kann. Dadurch kann das Füllmaterial die zum Zeitpunkt des Trennens in der Kreisinduktiviät gespeicherte magnetische Energie besser aufnehmen bzw. in andere Energieformen umwandeln.The introduction of a perforation in the compression area has the advantage that its size means that the flow resistance of the liquid flowing over here when the compression area is compressed is large enough or can be set optimally for the switching process. As a result, the filling material can better absorb the magnetic energy stored in the circular inductance at the time of separation or convert it into other forms of energy.
In einer Ausgestaltung der Erfindung können in das Füllmaterial Thermite eingebracht sein. Hierbei sind alle Ausgestaltungen denkbar: Beimischung von Thermiten in das Füllmaterial der einen Kammer, der weiteren Kammer und/oder der noch weiteren Kammer. In einer Ausgestaltung kann die weitere Kammer auch Thermite in Pulverform enthalten.In one embodiment of the invention, thermite can be introduced into the filling material. All configurations are conceivable here: the admixture of thermites in the filling material of one chamber, the further chamber and/or the still further chamber. In one embodiment, the further chamber can also contain thermite in powder form.
Der wenigstens eine Kanal kann düsenartig ausgebildet sein. Insbesondere kann der Kanal so ausgerichtet sein, dass er in seiner Erstreckungsrichtung auf das ortsfeste aufgetrennte Ende des Trennbereichs gerichtet ist.The at least one channel can be designed like a nozzle. In particular, the channel can be aligned in such a way that its extension direction is directed towards the stationary severed end of the separating area.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann der Trennbereich hohlzylindrisch und im Querschnitt vorzugsweise ringförmig ausgebildet sein. In diesem Fall befindet sich die eine Kammer im Innenraum des Hohlzylinders und wird somit durch diesen teilweise begrenzt. Die weitere Kammer umgibt den Stauchbereich dabei vorzugsweise ringförmig.According to one embodiment of the invention, the separating area can be hollow-cylindrical and preferably ring-shaped in cross-section. In this case, one chamber is located in the interior of the hollow cylinder and is thus partially delimited by it. The additional chamber preferably surrounds the compression area in a ring shape.
Auch der Stauchbereich kann hohlzylindrisch und im Querschnitt vorzugsweise ringförmig ausgebildet sein. Im Inneren des Hohlzylinders kann so das Füllmaterial eingebracht werden. Ein ringförmiger Querschnitt begünstigt ein, über den Umfang gesehen, gleichmäßiges Falten der Hohlzylinderwandung während des Stauchvorgangs.The compression area can also be hollow-cylindrical and preferably ring-shaped in cross-section. The filling material can thus be introduced inside the hollow cylinder become. A ring-shaped cross-section favors a uniform folding of the hollow cylinder wall during the upsetting process, seen over the circumference.
Die Länge des Hohlzylinders im Trennbereich / die Länge des Schaltstegs liegt vorzugsweise im Bereich von 3 mm bis 15 mm, stärker bevorzugt im Bereich von 5 mm bis 10 mm und noch stärker bevorzugt im Bereich von 6 mm bis 8 mm. Für Sonderfälle sind jedoch auch Stegbreiten von 1mm von Vorteil, insbesondere, wenn besonders schnell geschaltet werden soll. Die Wanddicke des hohlzylindrischen Trennbereichs/die Materialdicke des Schaltstegs kann bis zu 1000 µm betragen, bevorzugt ist hier der Bereich von 400 µm bis 700 µm. Bei bisherigen Unterbrechungsschaltgliedern ohne Füllmaterial in der Brennkammer oder der weiteren Kammer musste die Wanddicke hier auf bis zu 150 µm reduziert werden, da nur dann eine Trennung im Trennbereich sichergestellt werden konnte, ohne dass die Menge an pyrotechnischem Material unerwünscht erhöht werden musste. Trotz der nun sehr großen Materialdicke des Schaltstegs kann die Menge an pyrotechnischem Material sehr gering gehalten werden. So sind erfindungsgemäß nur etwa 30 mg bis 100 mg eines aktivierbaren Materials notwendig. Bei früheren Unterbrechungsschaltgliedern ohne Füllmaterial in der Brennkammer oder der weiteren Kammer musste die bis zu fünffache Menge an aktivierbarem Material eingesetzt werden, damit der Trennbereich sicher durchtrennt wurde. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann der Trennbereich aus einem Metall gebildet sein, das mit einem Weichlotmaterial eine Legierung bilden kann. Hierbei wird der Effekt ausgenützt, dass eine Legierung im Vergleich zu dem Metall im Nichtlegierungszustand einen bei weitem niedrigeren Schmelzpunkt aufweist. Auf diese Weise kann ab einer bestimmten Schwellstromstärke eine Temperatur erreicht werden, bei der in Kombination mit der Einwirkdauer dieser Temperatur die Legierungsbildung einsetzt, mit der Wirkung, dass die Schmelztemperatur des Trennbereichs an dieser Stelle drastisch herabgesetzt wird. Durch die Herabsetzung der Schmelztemperatur kommt es deutlich früher zum Auftrennen des Trennbereichs und zur Bildung des Lichtbogens zwischen den beiden Enden des Trennbereichs, die Baugruppe kann damit bereits bei niedrigeren Strömen passiv schalten oder auch einfach nur früher/schneller nach dem Einwirken eines Überstroms den Stromkreis auftrennen. Das Weichlotmaterial ist vorzugsweise auf der Oberfläche des Metalls des Trennbereichs angeordnet. Hierbei kann im Fall einer hohlzylindrischen oder hohlprismatischen Ausgestaltung des Trennbereichs das Weichlotmaterial umlaufend aufgebracht sein. Weiterhin kann - unabhängig von der Ausgestaltung des Trennbereichs - das Weichlotmaterial auch auf einer oder mehreren begrenzten Fläche(n) aufgebracht sein. Das Weichlotmaterial kann den Trennbereich aber auch ganz benetzen. Das Aufbringen des Weichlotmaterials kann thermisch, durch Aufpressen oder andere geeignete Verfahren stattfinden. Das Basismaterial des Trennbereichs kann beispielsweise aus Kupfer bestehen. In diesem Fall kann beispielsweise Zinn als Weichlotmaterial eingesetzt werden. Es sind für das Basismaterial und das Weichlotmaterial aber auch alle Kombinationen von Materialien denkbar, aus denen eine Legierung gebildet werden kann. Es können auch zwei oder mehrere verschiedene Weichlotmaterialien in Kombination verwendet werden. Bei Erreichen der Schwellstromstärke können die Lotatome in das Basismaterial eindringen und dort einen interkristallinen Bereich erzeugen, bei dem die Schmelztemperatur herabgesetzt wird. Beispielsweise kann hiermit während des Aufheizens der Kontakteinheit durch den durch sie fließenden Strom die Schmelztemperatur eines für die Kontakteinheit verwendeten Kupfers von 1075°C auf nur mehr 175°C gesenkt werden. Dieser Effekt ist bekannt, er wird so bereits in einigen Schmelzsicherungen eingebracht - und kann auch bei dem hier beschriebenen Schutzelement mit Erfolg eingesetzt werden.The length of the hollow cylinder in the separation area/the length of the switching land is preferably in the range from 3 mm to 15 mm, more preferably in the range from 5 mm to 10 mm and even more preferably in the range from 6 mm to 8 mm. For special cases, however, web widths of 1mm are also advantageous, especially if switching is to be carried out particularly quickly. The wall thickness of the hollow-cylindrical separating area/the material thickness of the switching bridge can be up to 1000 μm, the range from 400 μm to 700 μm being preferred here. In the case of previous interrupting switching elements without filling material in the combustion chamber or the other chamber, the wall thickness had to be reduced to as much as 150 µm here, since this was the only way to ensure separation in the separation area without the amount of pyrotechnic material having to be undesirably increased. Despite the now very large material thickness of the switching bridge, the amount of pyrotechnic material can be kept very low. According to the invention, only about 30 mg to 100 mg of an activatable material are necessary. With earlier interrupter switching elements without filling material in the combustion chamber or the other chamber, up to five times the amount of activatable material had to be used so that the isolating area was safely severed. According to one embodiment of the invention, the separating area can be formed from a metal that can form an alloy with a soft solder material. Here, the effect that an alloy has a far lower melting point compared to the metal in the non-alloy state is utilized. In this way, a temperature can be reached from a certain threshold current strength at which, in combination with the exposure time to this temperature, alloy formation begins, with the effect that the melting temperature of the separation area is drastically reduced at this point. Due to the reduction in the melting temperature, the isolating area is separated much earlier and the arc is formed between the two ends of the isolating area. The module can therefore switch passively even at lower currents or simply open the circuit earlier/quicker after the effects of an overcurrent . The soft solder material is preferably arranged on the surface of the metal of the separation area. In this case, in the case of a hollow-cylindrical or hollow-prismatic configuration of the separating area, the soft solder material can be applied all around. Furthermore--regardless of the design of the separating area--the soft solder material can also be applied to one or more limited areas. However, the soft solder material can also completely wet the separation area. The application of the soft solder material can take place thermally, by pressing or other suitable methods. The base material of the separating area can consist of copper, for example. In this case, for example, tin can be used as the soft solder material. However, all combinations of materials from which an alloy can be formed are also conceivable for the base material and the soft solder material. Two or more different soft solder materials can also be used in combination. When the threshold current is reached, the solder atoms can penetrate into the base material and create an intercrystalline area there, in which the melting temperature is reduced. For example, the melting temperature of a copper used for the contact unit can be reduced from 1075° C. to just 175° C. while the contact unit is being heated by the current flowing through it. This effect is well known, it is already used in some safety fuses - and can also be used successfully in the protective element described here.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Trennbereich vorzugsweise so ausgestaltet, dass er Sollbruchstellen, beispielsweise in Form von Verengungen, Kerben, Bohrungen oder Querschnittssprüngen, aufweist. Auf diese Weise kann der Trennbereich so ausgestaltet werden, dass er leichter in mindestens zwei Teile aufgetrennt wird, und in der Folge das Unterbrechungsschaltglied schneller und sauberer, d.h. unter Freisetzung möglichst weniger und, wenn schon nicht vermeidbar, dann zumindest möglichst kleiner Partikel den Stromkreis auftrennt und abschaltet. Nach dieser Ausgestaltung der Erfindung kann also bei der Auftrennung des Trennbereichs die eine Kammer mit der weiteren Kammer verbunden werden. Hierbei ist es bevorzugt, dass sowohl die eine Kammer, als auch die weitere Kammer mit dem Füllmaterial gefüllt sind. Die weitere Kammer kann jedoch auch ein Medium enthalten, das pulverförmig ist oder in Form eines ölfeuchten Pulvers vorliegt. Hier kann das Pulver aus allen denkbaren Gesteinsarten (vorzugsweise als Gesteinsmehl), Zementen, Schamotten, Tonerden, gemahlenen oder gesinterten Silikaten oder Korunden sein. Handelt es sich um ein ölfeuchtes Pulver, so wird hier vorzugsweise Silikonöl eingesetzt.In one embodiment of the invention, the separating area is preferably designed in such a way that it has predetermined breaking points, for example in the form of constrictions, notches, bores or cross-sectional jumps. In this way, the separating area can be designed in such a way that it is more easily separated into at least two parts, and as a result the interrupting switching element opens the circuit faster and cleaner, i.e. releasing as few as possible and, if unavoidable, at least as small particles as possible and shuts down. According to this embodiment of the invention, one chamber can be connected to the other chamber when the separation area is separated. It is preferred here that both the one chamber and the other chamber are filled with the filling material. However, the additional chamber can also contain a medium that is in powder form or in the form of an oil-moist powder. Here the powder can be made from all conceivable types of rock (preferably as powdered rock), cements, chamottes, clays, ground or sintered silicates or corundums. Is it a oil-moist powder, silicone oil is preferably used here.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann der hohlzylindrische Trennbereich eine oder mehrere Nuten aufweisen, die vorzugsweise umlaufende Nuten sind. Der Trennbereich kann beispielsweise außen mittig bzgl. seiner Breite eine umlaufende Nut aufweisen, um bei bzw. kurz nach der Auslösung des Unterbrechungsschaltglieds sicherzustellen, dass er auch bei hier sehr dicker Wandstärke durch die Verwendung von relativ wenig pyrotechnischem Material früh aufbricht und die beiden aufgetrennten Enden quasi gut aufrollen/aufbördeln. Damit wird sichergestellt, dass keine größeren Materialfetzen entstehen. Gleichzeitig werden beide entstandenen Kontaktenden durch das Aufbördeln verstärkt und so verhindert, dass der hier auch entstehende Lichtbogen zu viel Material des relativ dünnen Stegs des Trennbereichs verdampft und so weiter genährt wird.According to one embodiment of the invention, the hollow-cylindrical separating area can have one or more grooves, which are preferably circumferential grooves. The separating area can, for example, have a circumferential groove in the middle of the outside with respect to its width, in order to ensure that, when the interrupting switching element is triggered or shortly after it is triggered, it also breaks open early due to the use of relatively little pyrotechnic material and the two severed ends roll up/flare up almost well. This ensures that no larger scraps of material are created. At the same time, both of the resulting contact ends are reinforced by the flanging, thus preventing the arc that also occurs here from evaporating too much material from the relatively thin web of the isolating area and thus being fed further.
Der hohlzylindrische Trennbereich kann aber auch zwei umlaufende Nuten aufweisen, vorzugsweise eine in der Nähe des geometrischen Beginns des Trennbereichs (z.B. am Ende des Radius des Querschnittsprungs) und eine in der Nähe des Endes des Trennbereichs (z.B. am Ende des Radius des Querschnittsprungs). Dadurch wird erreicht, dass bei bzw. nach der Auslösung des pyrotechnischen Materials nach dessen Aktivierung ein ausreichend großer Teil des Stegs des Trennbereichs ausbricht, innerhalb der Sicherung weggeschleudert wird und so durch den entstehenden bzw. entstandenen Lichtbogen nicht mehr verdampft wird. Dadurch wird bedeutend weniger leitfähiges Material im Inneren des Unterbrechungsschaltglieds durch den Lichtbogen erzeugt, damit das Isolationsverhalten nach Funktion bzw. Trennvorgang drastisch verbessert und der Lichtbogen zusätzlich geschwächt, diesem also quasi Brennmaterial entzogen.However, the hollow-cylindrical separating area can also have two circumferential grooves, preferably one near the geometric start of the separating area (e.g. at the end of the radius of the cross-sectional jump) and one near the end of the separating area (e.g. at the end of the radius of the cross-sectional jump). This ensures that when the pyrotechnic material is triggered or after it has been activated, a sufficiently large part of the web of the isolating region breaks off, is thrown away inside the fuse and is thus no longer vaporized by the arc that is or has been created. As a result, significantly less conductive material is generated inside the interrupting switching element by the arc, so that the insulating behavior after the function or disconnection process is drastically improved and the arc is additionally weakened, i.e. fuel is withdrawn from it.
Weiterhin kann der hohlzylindrische Trennbereich auch weitere umlaufende Nuten aufweisen. Wird die Breite der Nuten ausreichend schmal bezogen auf die Länge des hohlzylindrischen Trennbereichs in der Erstreckungsrichtung des Hohlzylinders gewählt, dann wird durch diese Nuten nicht der Einschleifwiderstand erhöht, sondern sie wirken sich nur wie gewünscht mechanisch aus.Furthermore, the hollow-cylindrical separating area can also have further circumferential grooves. If the width of the grooves is selected to be sufficiently narrow in relation to the length of the hollow-cylindrical separating area in the direction of extension of the hollow cylinder, then the grinding resistance is not increased by these grooves, but they only have the desired mechanical effect.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann der hohlzylindrische Trennbereich auch eine umlaufende Verdickung, bspw. in Form eines Knuddels aufweisen. Ein solcher Knuddel wirkt als Wärmesenke und als Versteifung. Vorzugsweise weist der hohlzylindrische Trennbereich an beiden Seiten des Knuddels zwei umlaufende Nuten auf. Bei einer solchen Anordnung wird sichergestellt, dass der Trennbereich an den Nuten aufgetrennt wird, und sich zwei kleinere Lichtbögen bilden, die leichter gekühlt bzw. gelöscht werden können.According to one embodiment of the invention, the hollow-cylindrical separating area can also have a circumferential thickening, for example in the form of a lump. Such a cuddle acts as a heat sink and as a stiffener. The hollow-cylindrical separating area preferably has two circumferential grooves on both sides of the cuddle. Such an arrangement ensures that the separating area is separated at the grooves and two smaller arcs are formed, which can be cooled or extinguished more easily.
Ist das pyrotechnische Material in der einen Kammer untergebracht, so kann eine dem pyrotechnischen Material, vorzugsweise Minidetonator gegenüberliegende Wand der Brennkammer so geformt sein, dass es zu einer Stoßwellenlenkung kommt, wie es in
Als aktivierbares (pyrotechnisches) Material in der Brennkammer sind bevorzugt Explosivstoffe, insbesondere detonative Stoffe, z.B. insbesondere Silberazid geeignet, die durch Erwärmung oder elektrische Entladung zur Umsetzung gebracht werden können. Besonders bevorzugt wird Silberazid verwendet, es reagiert detonativ und ist schwermetallfrei. Es 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 können.Explosives, in particular detonative substances, e.g. in particular silver azide, are preferably suitable as activatable (pyrotechnic) material in the combustion chamber and can be reacted by heating or electrical discharge. Silver azide is particularly preferably used, it reacts detonatively and is free of heavy metals. However, combustible gases, in particular liquid gases or other fuels, can also be used together with liquid, solid or gaseous oxidizers, which can be reacted by igniters, electrical discharges, hot wires or explosive wires.
Generell wird der Begriff "pyrotechnisches Material" im Sinne der vorliegenden Beschreibung so verstanden, dass hierunter alle Stoffe oder Stoffgemische fallen, die nach einer Aktivierung in beliebiger Weise Gase oder Dämpfe oder Stoßwellen erzeugen, die den Trennbereich aufbrechen und auf einen eventuell vorhandenen Treibspiegel den gewünschten Druck oder die gewünschte Stoßwelle ausüben können.In general, the term "pyrotechnical material" in the sense of the present description is understood to mean that it includes all substances or mixtures of substances that, after activation, generate gases or vapors or shock waves in any way that break up the separation area and the desired one on any sabot that may be present can exert pressure or the desired shock wave.
Das Füllmaterial, das einen geringeren Stoßwellenwiderstand als ein Gas aufweist, ist vorzugsweise ein flüssiges, gelartiges, pastöses, ein weiches gummiartiges oder körniges Material. Vorzugsweise ist das Füllmaterial ein flüssiges Material, beispielsweise ein Öl, insbesondere Silikonöl, oder Silane, insbesondere Hexasilan. Die Wahl von Silikonöl hat gegenüber vielen anderen Ölen den Vorteil, dass dieses bei Kontakt mit dem heißen, die Moleküle des Öls zersetzenden Lichtbogen in festes Siliziumdioxid umgewandelt wird. Auf diese Weise kann die Bildung von meist elektrisch leitfähigem Schmauch oder zerrissenen Molekülketten von kohlenstoffhaltigen flüssigen oder festen Stoffen vermieden werden. Vorzugsweise ist das Silikonöl ein dünnflüssiges Silikonöl mit einer dynamischen Zähigkeit von weniger als 150 cp, bevorzugt kleiner oder gleich 100 cp.The filling material, which has a lower shock wave resistance than a gas, is preferably a liquid, gel-like, paste-like, soft rubber-like or granular material. The filler material is preferably a liquid material, for example an oil, in particular silicone oil, or silanes, in particular hexasilane. The choice of silicone oil has the advantage over many other oils that when it comes into contact with converted into solid silicon dioxide by the hot arc that breaks down the molecules of the oil. In this way, the formation of mostly electrically conductive smoke or torn molecular chains of liquid or solid substances containing carbon can be avoided. The silicone oil is preferably a low-viscosity silicone oil with a dynamic viscosity of less than 150 cp, preferably less than or equal to 100 cp.
Insbesondere um die Isolationsfestigkeit bzw. Isolationseigenschaften zwischen den beiden Anschlusskontakten nach der Trennung zu verbessern, kann in einer Ausgestaltung der Erfindung dem Füllmaterial ein Stoff zum Einfangen oder Aufoxidieren von elementarem Kohlenstoff oder der evtl. noch durch den direkten Kontakt des Lichtbogens mit dem Füllmaterial oder auch den umgebenden Materialien - auch ein Teil des Materials des Treibspiegels, der Innenisolation, des Gehäuses und auch der Kontakteinheit selbst verdampfen hier - beigefügt bzw. beigemischt werden. Dies hat den Vorteil, dass die durch den Lichtbogenkontakt in elektrisch leitfähige Stoffe oder Elemente zersetzten Materialien, wie beispielsweise der elementare Kohlenstoff aus der Zersetzung eines als Füllmaterial eingesetzten Silikonöls selbst (=elektrisch leitfähig) eingefangen bzw. zu elektrisch nicht oder nur extrem schwach leitenden Stoffen aufoxidiert werden, um zu verhindern, dass die elektrische Leitfähigkeit des Füllmaterials erhöht wird. Zum Einfangen von elementarem Kohlenstoff kann beispielsweise hochdisperse Kieselsäure (HDK) zugesetzt werden. Als Stoffe zum Oxidieren von elementarem Kohlenstoff können beispielsweise Perchlorate oder besser Permanganate, wie KMnO4, KClO4, KClO3 oder Zirkonium-Kaliumperchlorat (ZPP) eingesetzt werden. Gleichzeitig haben alle genannten Stoffe die Eigenschaft, dass sie bei der Oxidation exotherm reagieren. Auf diese Weise kann der Abstand zwischen den beiden aufgetrennten Teilen des Trennbereichs schneller erhöht werden, was zur schnelleren Löschung des Lichtbogens führt. In anderen Worten kann in einer Ausgestaltung der Erfindung dem Füllmaterial ein Stoff beigefügt werden, der bei der Entstehung des Lichtbogens exotherm reagiert bzw. zusätzliche Energie zum zusätzlichen Erhitzen und Verdampfen des Füllmaterials freisetzt.In particular, in order to improve the insulation strength or insulation properties between the two connection contacts after separation, in one embodiment of the invention the filling material can be filled with a substance for trapping or oxidizing elemental carbon or which may also be caused by the direct contact of the arc with the filling material or the surrounding materials - also part of the material of the sabot, the inner insulation, the housing and also the contact unit itself evaporate here - are added or mixed in. This has the advantage that the materials decomposed into electrically conductive substances or elements by the arcing contact, such as the elementary carbon from the decomposition of a silicone oil used as a filling material, are themselves (= electrically conductive) captured or become electrically non-conductive or only extremely weakly conductive substances be oxidized to prevent the electrical conductivity of the filling material from being increased. For example, highly disperse silicic acid (HDK) can be added to trap elemental carbon. For example, perchlorates or better permanganates, such as KMnO 4 , KClO 4 , KClO 3 or zirconium potassium perchlorate (ZPP) can be used as substances for oxidizing elementary carbon. At the same time, all the substances mentioned have the property that they react exothermically during oxidation. In this way, the distance between the two separated parts of the separation area can be increased faster, which leads to faster extinguishing of the arc. In other words, in one embodiment of the invention, a substance can be added to the filling material, which reacts exothermally when the arc is created or releases additional energy for additional heating and evaporation of the filling material.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann dem Füllmaterial ein Stoff beigefügt werden, der die Kapazität zur Aufnahme von mechanischer Energie des Füllmaterials erhöht.In one embodiment of the invention, a substance can be added to the filling material that increases the capacity of the filling material to absorb mechanical energy.
Auf diese Weise kann die in die Flüssigkeit eindringbare Energie effektiv dissipativ umgewandelt werden.In this way, the energy that can penetrate the liquid can be effectively dissipated.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann/können dem Füllmaterial auch ein oder mehrere Stoffe zugesetzt werden, die die Isolationsfestigkeit zwischen den beiden aufgetrennten Teilen des Trennbereichs erhöhen, indem sie durch ihr Erhitzen, Aufschmelzen und Verdampfen sehr hohe Energiemengen dissipativ aufnehmen können, ohne gleichzeitig - wie im Fall des Silikonöls - elektrisch leitfähige Stoffe freizusetzen. Hier können beispielsweise alle denkbaren Gesteinsarten, Zemente, Tonerden, Schamotte, gemahlene oder gesinterte Silikate oder Korunde, vorzugsweise dispergiert in Pulverform (Gesteinsmehl) in dem Löschmedium, eingesetzt bzw. eingemischt werden.In a further embodiment of the invention, one or more substances can also be added to the filling material, which increase the insulating strength between the two separated parts of the separation area by being able to dissipate very large amounts of energy through their heating, melting and evaporation, without at the same time - as in the case of silicone oil - to release electrically conductive substances. For example, all conceivable types of rock, cement, clay, chamotte, ground or sintered silicates or corundum, preferably dispersed in powder form (rock flour) in the extinguishing medium, can be used or mixed in here.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann in einer der Kammern des Unterbrechungsschaltglieds, beispielsweise in der noch weiteren Kammer, ein Material beigefügt werden, das lokal den Einfluss der bei der Auslösung des Unterbrechungsschaltglieds entstehenden Stoßwellen abschwächt, um so definiert und lokal Vorschädigungen der eingesetzten Materialien zu verhindern. Ein solches Material kann beispielsweise ein Gummi, vorzugsweise in Form einer Gummikugel, sein. Vorzugsweise wird dieser Gummi innerhalb der Kontakteinheit auf der Seite des Stauchbereichs angebracht, um das Aufreißen des Stauchbereichs kurz nach Initiierung des pyrotechnischen Materials zu verhindern. Hierzu kann beispielsweise eine Gummikugel in eine auf der genannten Seite das Unterbrechungsschaltglied verschließende Hohlschraube innen eingesetzt oder aufgesetzt werden.In one embodiment of the invention, a material can be added in one of the chambers of the interrupting switching element, for example in the still further chamber, which locally weakens the influence of the shock waves occurring when the interrupting switching element is triggered, in order to prevent defined and local damage to the materials used . Such a material can, for example, be rubber, preferably in the form of a rubber ball. Preferably, this rubber is placed within the contact assembly on the side of the swage area to prevent tearing of the swage area shortly after initiation of the pyrotechnic material. For this purpose, for example, a rubber ball can be inserted or placed on the inside of a hollow screw that closes the interrupting switching element on the side mentioned.
Der wenigstens eine Kanal kann durch eine während des Auslösevorgangs des Unterbrechungsschaltglieds zerstörbare Membran verschlossen sein. Dies ist zumindest dann erforderlich, wenn das Füllmaterial nur in der einen Kammer, aber nicht in der noch weiteren Kammer vorliegen soll, oder umgekehrt.The at least one channel can be closed by a membrane that can be destroyed during the tripping process of the interrupting switching element. This is necessary at least when the filling material is to be present only in one chamber but not in the other chamber, or vice versa.
Der wenigstens eine Kanal kann jedoch auch entfallen, wenn das Rohr des Stauchbereichs nicht mit Füllmaterial gefüllt werden soll oder braucht. Hier besitzt die Kontakteinheit dann weder einen Kanal, noch eine Membran.However, the at least one channel can also be omitted if the tube of the upset area is not to be or does not need to be filled with filling material. Here the contact unit has neither a channel nor a membrane.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das Unterbrechungsschaltglied einen Treibspiegel aufweisen, der bei einem Zünden des pyrotechnischen Materials derart mit einem durch das aktivierbare Material erzeugten Gasdruck und/oder Stoßwelle 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.According to one embodiment of the invention, the interrupting switching element can have a sabot that, when the pyrotechnic material is ignited, is acted upon by a gas pressure and/or shock wave generated by the activatable material in such a way that the sabot in the housing moves in a direction of movement from an initial position to an end position and in the process the upset area is plastically deformed, the separating area being completely severed and an insulating distance between the severed ends of the separating area being reached in the end position of the sabot.
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. Ebenso kann der wenigstens eine Kanal - sofern vorhanden - in der Längsachse liegen. Die Kontakteinheit ist vorzugsweise so aufgebaut, dass die einen Flansch zwischen dem Stauchbereich und dem Trennbereich aufweist, in den der Treibspiegel eingreifen und durch dessen Bewegung der Stauchbereich gestaucht werden kann.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. Likewise, the at least one channel—if present—can lie in the longitudinal axis. The contact unit is preferably constructed in such a way that it has a flange between the upsetting area and the separating area, into which the sabot engages and the movement of which can upset the upsetting area.
Liegt ein Kanal vor, und ist dieser bzw. die noch weitere Kammer mit Füllmaterial gefüllt, so wird das Löschen eines Lichtbogens bzw. das Behindern einer Lichtbogenausbildung auch dadurch unterstützt, dass sich nach dem Auftrennvorgang des Trennbereichs und der beginnenden Bewegung des Treibspiegels eine heftige Flüssigkeitsströmung ausbildet, die über den aufgebrochenen Trennbereich fließt.If there is a channel and if this or the other chamber is filled with filling material, the extinguishing of an arc or the impeding of an arc formation is also supported by the fact that after the separation process of the separation area and the beginning movement of the sabot, a violent flow of liquid occurs forms, which flows over the fractured separation area.
Die Kontakteinheit kann aus einem elektrisch leitenden Material, vorzugsweise Kupfer oder Aluminium oder Messing bestehen, wobei Kupfer oder Aluminium bevorzugt ist.The contact unit can be made of an electrically conductive material, preferably copper or aluminum or brass, with copper or aluminum being preferred.
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 300° befinden, vorzugsweise unter 30°, 45°, 90°, 120° oder 180°. Der Treibspiegel würde sich also bei einem um 180° gebogenen Gehäuse nach der Auslösung und dem Aufbrechen des Trennbereichs im Halbkreis im Gehäuse bewegen, so dass beide Stromanschlüsse auf derselben Seite zu liegen kommen.However, 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 can be produced in which both power connections are at an angle between 1° and 300°, preferably under 30° , 45°, 90°, 120° or 180°. With a housing bent by 180°, the sabot would therefore move in a semicircle in the housing after the triggering and the breaking of the isolating area, so that both power connections come to rest on the same side.
Der Trennbereich und das pyrotechnische Material können so ausgebildet sein, dass der Trennbereich bei einem Zünden des pyrotechnischen Materials aufgerissen oder zumindest teilweise aufgerissen und durch eine Verschiebebewegung des Treibspiegels völlig und weiter aufgetrennt wird. Beispielsweise kann das pyrotechnische Material zumindest teilweise innerhalb des Trennbereichs angeordnet werden. Bei einem Zünden des pyrotechnischen Materials 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 verbundenen Teils des Trennbereichs, wodurch zugleich der Stauchbereich gestaucht wird.The separating area and the pyrotechnic material can be designed in such a way that the separating area is torn open or at least partially torn open when the pyrotechnic material is ignited and is completely and further separated by a displacement movement of the sabot. For example, the pyrotechnic material can be arranged at least partially within the separation area. When the pyrotechnic material is ignited, the separating area is completely or at least partially torn open over the circumference. In the case of a partial tearing, the complete separation takes place through the displacement movement of the sabot and the part of the separation area still connected to it after the separation, whereby the compression area is compressed at the same time.
Der Trennbereich kann jedoch auch so ausgestaltet sein, dass bei einem Zünden des pyrotechnischen Materials zwei zerstörungsfrei trennbare Teile des Trennbereichs durch eine Verschiebebewegung des Treibspiegels auseinandergezogen werden.However, the separating area can also be designed in such a way that when the pyrotechnic material is ignited, two parts of the separating area that can be separated non-destructively are pulled apart by a displacement movement of the sabot.
In einer Ausgestaltung der Erfindung können auf der Innenisolation, d.h. der inneren isolierten Seite des Gehäuses, konzentrische Kupferbänder, oder im Treibspiegel Kupferlamellen oder Kupferscheiben eingelassen sein. Auf diese Weise kann der Lichtbogen an diese gut und schnell Energie über Wärmeleitung abgeben und hier Wärme-/ Energie zwischenspeichern. Dadurch wird der entstehende Lichtbogen bei Kontakt extrem stark abgekühlt bzw. dem Lichtbogen oder der Kreisinduktivität schnell Energie entzogen. Dieser Effekt kann verstärkt werden, wenn der Lichtbogen durch ein äußeres magnetisches Feld in Richtung dieser Kupferbänder oder Kupferlamellen gedrückt wird. Für die Erzeugung der hier notwendigen starken Magnetfelder eignen sich die heute verfügbaren starken Dauermagnete genauso wie Spulen, die in Serie von dem zu schaltenden Strom selbst durchflossen werden - allerdings hier wieder mit dem Nachteil, dass diese die Leitungsinduktivität erhöhen, was eigentlich unerwünscht ist.In one embodiment of the invention, concentric copper strips can be embedded on the inner insulation, i.e. the inner insulated side of the housing, or copper laminations or copper discs can be embedded in the sabot. In this way, the arc can transfer energy quickly and easily to them via heat conduction and temporarily store heat/energy here. As a result, the resulting arc is extremely cooled upon contact or energy is quickly withdrawn from the arc or the circuit inductance. This effect can be intensified if the arc is pushed in the direction of these copper strips or copper laminations by an external magnetic field. The strong permanent magnets available today are just as suitable for generating the strong magnetic fields required here as are coils through which the current to be switched flows in series - but here again with the disadvantage that they increase the line inductance, which is actually undesirable.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist es bevorzugt, dass die eine Kammer, die weitere Kammer und die noch weitere Kammer mit einem Füllmaterial gefüllt sind, wobei das Füllmaterial in den verschiedenen Kammern gleich oder verschieden sein kann. Dabei ist es bevorzugt, dass das Füllmaterial in der weiteren Kammer verschieden von dem Füllmaterial in der einen Kammer und der noch weiteren Kammer ist. Unter "verschieden" sollen auch Füllmaterialien verstanden werden, deren Basismaterial das gleiche ist, jedoch einen oder mehrere gleiche oder verschiedene Stoffe in unterschiedlichen Konzentrationen enthalten kann. Vorzugsweise wird in der weiteren Kammer ein Medium mit einer höheren Viskosität verwendet als in den beiden anderen Kammern. Wird als Basismaterial Silikonöl verwendet, dem ein Stoff zum Einfangen bzw. Oxidieren von elementarem Kohlenstoff beigemischt ist, so ist es bevorzugt, dass das Silikonöl in der weiteren Kammer eine höhere Konzentration an genanntem Stoff aufweist als das Silikonöl in der einen und der noch weiteren Kammer. Hierbei ist es bevorzugt, dass die Konzentration um mindestens das 5-fache höher, stärker bevorzugt um mindestens das 10-fache höher ist. Vorzugsweise wird als solcher Stoff hochdisperse Kieselsäure (HDK) verwendet. In einer stark bevorzugten Ausführungsform liegt die Konzentration an HDK in der weiteren Kammer in einem Bereich 30 g/L bis 70 g/L Kieselsäure, stärker 45 g/L bis 55 g/L Kieselsäure.In one embodiment of the invention, it is preferred that the one chamber, the further chamber and the still further chamber are filled with a filling material, it being possible for the filling material in the various chambers to be the same or different. It is preferred that the filling material in the other chamber is different from the filling material in the one chamber and the still further chamber. “Different” is also to be understood as meaning filling materials whose base material is the same but can contain one or more of the same or different substances in different concentrations. A medium with a higher viscosity is preferably used in the further chamber than in the other two chambers. If silicone oil is used as the base material, to which a substance for capturing or oxidizing elemental carbon is added, it is preferable for the silicone oil in the other chamber to have a higher concentration of said substance than the silicone oil in one and the still other chamber . Here, it is preferred that the concentration is at least 5 times higher, more preferably at least 10 times higher. Highly disperse silicic acid (HDK) is preferably used as such a substance. In a highly preferred embodiment, the concentration of HDK in the further chamber is in a range from 30 g/L to 70 g/L silicic acid, more strongly 45 g/L to 55 g/L silicic acid.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann das Unterbrechungsschaltglied auch einen Magneten aufweisen. Ein solcher Magnet soll so ausgestaltet sein, dass der Lichtbogen abgelenkt wird. Durch die Ablenkung des Lichtbogens kann der unerwünschte Stromfluss zwischen den beiden aufgetrennten Enden des Trennbereichs zumindest vermindert werden. Ein solcher Magnet kann außerhalb oder innerhalb des Gehäuses des Unterbrechungsschaltglieds angeordnet sein. Hierzu können entweder Dauermagneten oder Spulen verwendet werden. Bei der Anordnung eines Magneten außerhalb des Gehäuses wird ein Dauermagnet bevorzugt. Ist der Magnet eine Spule, so wird diese vorzugsweise in Reihe mit dem Stromfluss durch das Unterbrechungsschaltglied angeordnet. Letzteres hätte den Vorteil, dass mit steigendem Überstrom auch das Magnetfeld größer werden und den Lichtbogen stärker ablenken würde. Ein solcher Magnet hat aber auch den Vorteil, dass der Effekt einer U-förmigen Leiterschleife beim Anschluss des Unterbrechungsschaltglieds kompensiert werden könnte. Ist das Unterbrechungsschaltglied Teil einer solchen U-förmigen Leiterschleife, dann würde der im Unterbrechungsschaltglied entstehende Lichtbogen durch das Eigenfeld der Stromschleife von dieser weggedrückt werden. Um dabei nicht die Innenisolation des Unterbrechungsschaltglieds zu zerstören, kann ein solcher Magnet gegen dieses Wegdrücken eingesetzt werden. Allerdings würde eine solche Spule bzw. Spulenanordnung auch die Kreisinduktivität erhöhen, was prinzipiell unerwünscht ist.In one embodiment of the invention, the interrupting switching element can also have a magnet. Such a magnet should be designed in such a way that the arc is deflected. By deflecting the arc, the undesired flow of current between the two severed ends of the separating region can at least be reduced. Such a magnet can be arranged outside or inside the housing of the interrupting contact element. Either permanent magnets or coils can be used for this. When arranging a magnet outside the housing, a permanent magnet is preferred. If the magnet is a coil, this is preferably arranged in series with the current flow through the interrupting switching element. The latter would have the advantage that the magnetic field would also increase with increasing overcurrent and would deflect the arc more strongly. However, such a magnet also has the advantage that the effect of a U-shaped conductor loop could be compensated for when the interrupting switching element is connected. If the interrupting switching element is part of such a U-shaped conductor loop, then the arc occurring in the interrupting switching element would be pushed away from the current loop by its own field. In order not to destroy the internal insulation of the interrupting switching element, such a magnet can be used to prevent this being pushed away. However, such a coil or coil arrangement would also increase the circuit inductance, which is undesirable in principle.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das erfindungsgemäße Unterbrechungsschaltglied in einer Anordnung parallel zu einer Schmelzsicherung geschaltet sein. Mit anderen Worten betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Vorrichtung, in der ein erfindungsgemäßes Unterbrechungsschaltglied in einer Anordnung parallel zu einer oder mehreren Schmelzsicherungen geschaltet ist. In einem solchen Schaltkreis hat das Unterbrechungsschaltglied nur die Aufgabe, den Teilstrom durch sich selbst bei den dann hier nur sehr geringen Schaltspannungen abzuschalten (an dem Unterbrechungsschaltglied liegt hier nur die Spannung an, die durch den Stromfluss über die parallel zu ihm geschalteten Sicherung(en) durch deren Innenwiderstand abfällt), damit dann ein entsprechender Überstrom durch die Schmelzsicherung fließt und diese abschaltet. Das Unterbrechungsschaltglied muss dann nach dem Schalten der Schmelzsicherung(en) nur die anliegende Quellspannung halten, was aber kein Problem ist, weil hier ja nicht unter Stromfluss geschaltet werden muss. Mit einer derartigen Anordnung kann das Schaltvermögen der Anordnung drastisch gesteigert werden, insbesondere auch Richtung Mittelspannungsanwendungen bis 10kV und Strömen bis 50kADC und darüber und ist dann insbesondere auch für den Leitungsschutz mit sehr hohen Kreisinduktivitäten einsetzbar.In a further embodiment of the invention, the interrupting switching element according to the invention can be connected in an arrangement in parallel with a safety fuse. In other words, the present invention also relates to a device in which an interrupting switching element according to the invention is connected in an arrangement in parallel with one or more safety fuses. In such a circuit, the interrupting switching element only has the task of switching off the partial current through itself when the switching voltages are then only very low here (only the voltage is present at the interrupting switching element here, which is caused by the current flow via the fuse(s) connected in parallel to it). whose internal resistance drops), so that a corresponding overcurrent then flows through the safety fuse and switches it off. After the fuse(s) have been switched, the interrupting switching element only has to hold the applied source voltage, which is not a problem, however, because switching does not have to be carried out while current is flowing. With such an arrangement, the switching capacity of the arrangement can be drastically increased, in particular in the direction of medium-voltage applications up to 10kV and currents of up to 50kADC and above, and can then also be used in particular for line protection with very high circuit inductances.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das erfindungsgemäße Unterbrechungsschaltglied in einer Anordnung in Serie zu einer oder zwei Schmelzsicherungen geschaltet sein. Mit anderen Worten betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Vorrichtung, in der ein erfindungsgemäßes Unterbrechungsschaltglied in einer Anordnung in Serie zu einer oder zwei Schmelzsicherungen geschaltet ist. Vorzugsweise werden in diesen Ausführungsformen zwei Schmelzsicherungen verwendet. Die beiden Schmelzsicherungen sind hierbei vorzugsweise vor und nach dem Unterbrechungsschaltglied, d.h. angeschlossen an den Minus- und Plusanschluss des Unterbrechungsschaltglieds, geschaltet, um beide Anschlusspole absichern zu können, da ein Kurzschluss sowohl in der Minus- als auch in der Plus-Stromkreisschlaufe auftreten kann. In einer solchen Anordnung haben die Schmelzsicherungen die Aufgabe, einen Vorwiderstand bei starker Überlastung für das Unterbrechungsschaltglied zu bilden und damit vor allem die am Trennbereich anliegende Spannung durch die in den Sicherungen bis auf die Lichtbogenspannung abfallende Spannung zu begrenzen. Auf diese Weise kann das Abschalten des Unterbrechungsschaltglieds sicherer gewährleistet werden.In a further embodiment of the invention, the interrupting switching element according to the invention can be connected in an arrangement in series with one or two safety fuses. In other words, the present invention also relates to a device in which an interrupting switching element according to the invention is connected in an arrangement in series with one or two safety fuses. Two fuses are preferably used in these embodiments. The two safety fuses are preferably connected before and after the interrupting switching element, ie connected to the negative and positive terminals of the interrupting switching element, in order to be able to protect both connection poles, since a short circuit can occur both in the negative and in the positive circuit loop. In such an arrangement, the fuses have the task of forming a series resistance for the interrupting switching element in the event of severe overloading and thus above all the voltage present at the isolating area due to the voltage in the fuses to limit the voltage dropping to the arc voltage. In this way, the turning off of the interrupting switching element can be ensured more securely.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das erfindungsgemäße Unterbrechungsschaltglied in einer Anordnung in Serie zu einem oder zwei Relais geschaltet sein. Mit anderen Worten betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Vorrichtung, in der ein erfindungsgemäßes Unterbrechungsschaltglied in einer Anordnung in Serie zu einem oder zwei Relais geschaltet ist. Vorzugsweise werden in diesen Ausführungsformen zwei Relais verwendet. Auf diese Weise kann die Schaltleistung des Unterbrechungsschaltglieds vergrößert werden. Die Relais haben die Aufgabe, neben ihrer Funktion als gewöhnliche Betriebsschalter, im Überlastbereich den Überstrom so weit zu begrenzen, dass der Strom von dem Unterbrechungsschaltglied sicher abgeschaltet werden kann. Die Relais haben vorzugsweise bei Überlast elektrodynamisch abhebende Kontakte (levitierende Kontakte). Durch das Abheben der Kontakte bei Überlast wird der im Augenblick der Trennung des Trennbereichs gemessene Anstieg der Spannung bis knapp über der Betriebsspannung gesenkt und damit ähnlich wie die beschriebenen Schmelzsicherungen in Reihe mit dem Unterbrechungsschaltglied die im Augenblick des Trennvorgangs an der Baugruppe anliegende bzw. wirksame Spannung verringert. Ohne solche Kontakte stiege die Spannung durch das Entladen der Induktivität auf der Lastseite auf bis das Dreifache der Betriebsspannung an. Dadurch würde ein kräftiger Lichtbogen gezündet werden, der deutlich schwieriger zu löschen wäre.In a further embodiment of the invention, the interrupting switching element according to the invention can be connected in series with one or two relays in an arrangement. In other words, the present invention also relates to a device in which an interrupting switching element according to the invention is connected in an arrangement in series with one or two relays. Preferably two relays are used in these embodiments. In this way, the switching capacity of the interrupting switching element can be increased. In addition to their function as normal operating switches, the relays have the task of limiting the overcurrent in the overload range to such an extent that the current can be safely switched off by the interrupting switching element. The relays preferably have electrodynamic lifting contacts (levitating contacts) in the event of an overload. By lifting the contacts in the event of an overload, the increase in voltage measured at the moment the separation area is separated is reduced to just above the operating voltage and, similar to the described safety fuses in series with the interrupting switching element, the voltage present or effective on the module at the moment of the separation process is reduced reduced. Without such contacts, the voltage would increase by up to three times the operating voltage due to the discharging of the inductance on the load side. This would ignite a powerful arc that would be much more difficult to extinguish.
In einer weiteren Ausgestaltung werden auf einen oder beide Kontakte des Unterbrechungsschaltglieds Leitungsbügel bzw. Leitungswinkel elektrisch und mechanisch so verbunden, dass das Unterbrechungsschaltglied damit einfach auf eine ebene Platte geschraubt bzw. aufgesetzt werden kann und keine bis dahin zu verwendende Kontaktböcke mehr verwendet werden müssen. Dies ist besonders in der Luftfahrt und im Automotive-Bereich wichtig, weil damit stark Gewicht eingespart werden kann.In a further embodiment, line clips or line brackets are electrically and mechanically connected to one or both contacts of the interrupting switching element in such a way that the interrupting switching element can be simply screwed or placed on a flat plate and contact blocks no longer have to be used. This is particularly important in aviation and the automotive sector, because it can save a lot of weight.
In einer weiteren Ausgestaltung des Unterbrechungsschaltglieds ist dieses als Teil eines Schiebers mit oder ohne Handgriff ausgebildet, der so einfach in einen bestehenden Stromkreis eingeführt oder wieder herausgezogen werden kann. Integriert werden können hier auch einfache sicherheitstechnische Maßnahmen, beispielsweise zum Abschalten des Stromkreises beim Ziehen des Schiebers durch einen Ruhestromkreis, der beim Ziehen vor der endgültigen Trennung des Schaltglieds vom Stromkreis bei dessen Herausziehen beispielsweise ein Schütz abfallen lässt, um so beim Herausziehen der Baugruppe sicher dessen stromlosen Zustand zu erzwingen.In a further embodiment of the interrupting switching element, this is designed as part of a slide with or without a handle, which is so easy in an existing circuit can be inserted or removed again. Simple safety measures can also be integrated here, for example to switch off the circuit when the slide is pulled using a closed circuit, which, for example, causes a contactor to drop out before the switching element is finally separated from the circuit when it is pulled out, so that it is safe when the module is pulled out force de-energized state.
So kann die Innenisolation als Harteloxalschicht bei einem Gehäuse aus Aluminium gebildet werden oder als Keramik- oder AVC-Beschichtung eines Stahlgehäuses. Die meisten O-Ringe sind in die Kunststoffteile ein- oder anspritzbar, müssen dann hier auch nicht mehr einzeln aufgezogen werden und können dann auch nicht mehr vergessen werden. Alle nicht beweglichen elektrisch isolierenden Teile, d.h. alle bis auf Gehäuse und den Treibspiegel, können zudem der Kontakteinheit umspritzt werden. So kann die Anzahl der Einzelteile und der Montageschritte, sowie daraus folgend die Herstellungskosten der Baugruppe drastisch reduziert werden.The internal insulation can be formed as a hard anodized layer on an aluminum housing or as a ceramic or AVC coating on a steel housing. Most O-rings can be injected into or molded onto the plastic parts, so they no longer have to be pulled on individually and can then no longer be forgotten. All non-moving electrically insulating parts, i.e. all except for the housing and the sabot, can also be overmoulded on the contact unit. In this way, the number of individual parts and assembly steps and, as a result, the manufacturing costs of the assembly can be drastically reduced.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann das Unterbrechungsschaltglied eine oder mehrere Wärmesenken aufweisen. Wärmesenken können in der weiteren Kammer, beispielsweise auf dem Treibspiegel, und/oder auf der Innenisolation des Gehäuses aufgebracht sein. Als Material für Wärmesenken kommen Cu, Ag, Messing oder Stahl in Frage. Dabei ist es bevorzugt, dass die Wärmesenken mit Ni beschichtet sind, um eine Korrosion und damit schlechteren Wärmeübergang zu verhindern. Wärmesenken können Energie aufnehmen und dabei das Unterbrechungsschaltglied bzw. den Lichtbogen abkühlen.In one embodiment of the invention, the interrupting switching element can have one or more heat sinks. Heat sinks can be applied in the further chamber, for example on the sabot, and/or on the inner insulation of the housing. Cu, Ag, brass or steel can be used as material for heat sinks. In this case, it is preferred that the heat sinks are coated with Ni in order to prevent corrosion and thus poorer heat transfer. Heat sinks can absorb energy and thereby cool the interrupting contact element or the arc.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann das Kontaktelement einen ersten Anschlusskontaktbereich mit dem ersten Anschlusskontakt und einen zweiten Anschlusskontaktbereich mit dem zweiten Anschlusskontakt aufweisen, wobei der erste Anschlusskontaktbereich in der Längsachse liegend angrenzend an den Stauchbereich und der zweite Anschlusskontaktbereich in der Längsachse liegend angrenzend an den Trennbereich angeordnet sein kann.In one configuration of the invention, the contact element can have a first connection contact area with the first connection contact and a second connection contact area with the second connection contact, with the first connection contact area lying in the longitudinal axis and adjoining the compression area and the second connection contact area being arranged in the longitudinal axis and adjoining the isolating area can be.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann der erste Anschlusskontaktbereich hohlzylindrisch und im Querschnitt vorzugsweise ringförmig ausgestaltet sein. Auf diese Weise kann bei dem elektrischen Unterbrechungsschaltglied der Erfindung ein dritter Anschlusskontakt oder eine Sensor vorhanden sein, der, während der Treibspiegel in Richtung der Endposition bewegt wird, mechanisch und/oder elektrisch betätigt wird. Auf diese Weise kann der dritte Anschlusskontakt oder Sensor als Detektionsmittel für eine erfolgte Auslösung des Unterbrechungsschaltglieds dienen. Der dritte Anschlusskontakt kann dabei mit dem ersten Anschlusskontakt elektrisch in Verbindung gebracht werden. Auf diese Weise können auch Spannungen über den dritten Anschlusskontakt abgebaut werden, siehe hierzu
Der dritte Anschlusskontakt (auch Mittelelektrode genannt) ist vorzugsweise als Draht, Stab oder Feder, vorzugsweise als Kupfer- oder Messingdraht/stab oder Kupferfeder, ausgebildet, der/die sich vorzugsweise im vom ersten Anschlusskontaktbereich gebildeten Innenraum entlang der Längsrichtung der Kontakteinheit erstreckt, und vorzugsweise vom Außenbereich des Unterbrechungsschaltglieds bis in die vom Stauchbereich umgebene Kammer reicht. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass bei dem Stauchvorgang des Stauchbereichs der gestauchte Stauchbereich mit dem Stab, Draht oder der Feder des dritten Anschlusskontakts in Verbindung kommt, wodurch der erste und der dritte Anschlusskontakt miteinander leitend verbunden werden können. Die Verwendung einer Feder hat den Vorteil, dass diese dem Stauchvorgang weniger entgegenwirkt als ein steifer Draht oder Stab. Ist der dritte Anschlusskontakt als Stab oder Draht ausgebildet, so ist es deshalb bevorzugt, dass sein in das Unterbrechungsschaltglied ragendes Ende in mindestens zwei Teile aufgesplittet ist.The third connection contact (also called center electrode) is preferably designed as a wire, rod or spring, preferably as a copper or brass wire/rod or copper spring, which preferably extends in the interior space formed by the first connection contact area along the longitudinal direction of the contact unit, and preferably extends from the outside of the interrupting contact element to the chamber surrounded by the compression area. In this way it can be ensured that during the upsetting process of the upset area, the upset upset area comes into contact with the rod, wire or spring of the third connection contact, as a result of which the first and the third connection contact can be conductively connected to one another. The use of a spring has the advantage that it counteracts the compression process less than a stiff wire or rod. If the third connection contact is in the form of a rod or wire, it is therefore preferred that its end which projects into the interrupting switching element is split into at least two parts.
Diese sogenannte Mittelelektrode kann dazu dienen, die nach dem Auftrennen des Verbindungselements in der Induktivität des Lastkreises im Augenblick des Schaltens gespeicherte magnetische Energie außerhalb der Trennstelle kurzzuschließen und damit die Trennstelle energiemäßig zu entlasten, siehe hierzu
Diese Mittelektrode kann jedoch auch nur dazu dienen, dem übergeordneten System eine Rückmeldung über eine einmal ausgelöste Baugruppe bzw. ein einmal geöffnetes Verbindungselement zu geben.However, this center electrode can also only be used to give the higher-level system feedback about a module that has been triggered once or a connecting element that has been opened once.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist auch auf ein erfindungsgemäßes elektrisches Unterbrechungsschaltglied - wie vorstehend beschrieben - gerichtet, das den dritten Anschlusskontakt aufweist. In dieser Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Unterbrechungsschaltglied kein Füllmaterial in der Brennkammer oder der weiteren Kammer aufweisen. In anderen Worten ist die vorliegende Erfindung auch auf ein elektrisches Unterbrechungsschaltglied nach Patentanspruch 16 gerichtet, das das Merkmal (g) des Patentanspruchs 1 nicht aufweist. Alle (bevorzugten) Merkmale in Verbindung mit den Ausgestaltungen der Erfindung mit einem Füllmaterial können auch Merkmale dieser weiteren Ausführungsform sein, in der kein Füllmaterial vorliegt.A further embodiment of the present invention is also directed to an electrical interrupting switching element according to the invention--as described above--which has the third connection contact. In this embodiment, the interrupting switching element according to the invention can have no filling material in the combustion chamber or the further chamber. In other words, the present invention is also directed to an electrical circuit breaker according to claim 16, which does not have feature (g) of
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Stauchbereich auch als ein Bereich gestaltet sein, der massiv ist, d.h. keine noch weitere Kammer aufweist, d.h. in diesem Fall wird der Treibspiegel zwar druckbeaufschlagt, ist jedoch auch nach der Zündung des pyrotechnischen Materials ortsfest. Hier wird der Treibspiegel als Beaufschlagungselement bezeichnet. Alle (bevorzugten) Merkmale in Verbindung mit den Ausgestaltungen der Erfindung mit einem Stauchbereich können auch Merkmale dieser weiteren Ausführungsform sein (mit Ausnahme des dritten Anschlusskontakts), in der dieser Bereich als massiver Bereich vorliegt.In a further embodiment of the present invention, the upset region can also be designed as a region which is solid, i.e. has no further chamber, i.e. in this case the sabot is pressurised, but is stationary even after ignition of the pyrotechnic material. Here the sabot is referred to as the impingement element. All (preferred) features in connection with the embodiments of the invention with an upset area can also be features of this further embodiment (with the exception of the third connection contact), in which this area is present as a solid area.
Alle Ausgestaltungen des Unterbrechungsschaltglieds der Erfindung, die einen dritten Anschlusskontakt aufweisen, können von im Verbraucher (bspw. Elektromotor) gespeicherter Energie gegen Masse verwendet werden. Dabei ist das Unterbrechungsschaltglied über den ersten und den zweiten Anschlusskontakt in einen Stromkreis eingebaut, der eine Stromquelle und einen beliebigen Verbraucher aufweist. Dabei sind vorzugsweise der erste Anschlusskontakt mit dem beliebigen Verbraucher und der zweite Anschlusskontakt mit der Stromquelle verbunden. Wird der Stromkreis durch das Schalten des Unterbrechungsschaltglieds unterbrochen, so kann es durch die gespeicherte Energie im Verbraucher zur Ausbildung eines Lichtbogens zwischen den getrennten Teilen des Trennbereichs des Unterbrechungsschaltglieds kommen. Ist der dritte Anschlusskontakt mit der anderen Seite des beliebigen Verbrauchers als dem ersten Anschlusskontakt verbunden, so kann bei Schalten des erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieds durch die entstehende Verbindung des ersten und des dritten Anschlusskontaktes die im Verbraucher gespeicherte Energie gegen Masse abgeführt werden. Auf diese Weise kann der entstehende Lichtbogen quasi "ausgehungert" werden, weil hiernach die Energie außerhalb der Trennstelle kurzgeschlossen wird. Das heißt, der dritte Anschlusskontakt bzw. die so genannte Mittelelektrode wird in diesem Fall als Kurzschlusselektrode verwendet.All configurations of the interrupting switching element of the invention, which have a third connection contact, can be used to ground energy stored in the load (e.g. electric motor). In this case, the interrupting switching element is installed via the first and the second connection contact in an electric circuit which has a current source and any consumer. In this case, the first connection contact is preferably connected to any consumer and the second connection contact is connected to the power source. If the circuit is interrupted by the switching of the interrupting contact element, the energy stored in the consumer can result in the formation of an arc between the separated parts of the isolating area of the interrupting contact element. If the third connection contact is connected to the other side of any consumer than the first connection contact, then when the interrupting switching element according to the invention is switched, the resulting connection of the first and third connection contact, the energy stored in the consumer is dissipated to ground. In this way, the resulting arc can be "starved out" so to speak, because the energy outside the separation point is then short-circuited. This means that the third connection contact or the so-called middle electrode is used as a short-circuit electrode in this case.
Alternativ dazu kann das erfindungsgemäße Unterbrechungsschaltglied mit drittem Anschlusskontakt auch als Sensor für ein bereits ausgelöstes Unterbrechungsschaltglied verwendet werden. Dazu braucht nur der Widerstand zwischen dem zweiten Anschlusskontakt und dem dritten Anschlusskontakt gemessen werden. Ist der Widerstand gegen Null Ohm, dann wurde das Unterbrechungsschaltglied bereits ausgelöst. Jedoch können hier auch andere Tasterausführungen (Sensoren) verwendet werden, um z.B. potentialgetrennt eine Rückmeldung zu ermöglichen.As an alternative to this, the interrupting switching element according to the invention with a third connection contact can also be used as a sensor for an interrupting switching element that has already been tripped. To do this, only the resistance between the second connection contact and the third connection contact needs to be measured. If the resistance is close to zero ohms, then the interrupting switching element has already been triggered. However, other button designs (sensors) can also be used here, e.g. to enable isolated feedback.
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 des pyrotechnischen Materials jeder Treibspiegel derart mit einem durch das gaserzeugende oder stoßwellenerzeugende aktivierbare Material erzeugten Gasdruck oder Stoßwelle 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.In order to create an interrupting switching element which implements a serial multiple interruption, the contact unit can have at least two partial contact units, each of which has a compression area, a disconnection area and a sabot. The partial contact units can then each be designed in such a way that when the pyrotechnic material is ignited, each sabot is subjected to a gas pressure or shock wave generated by the gas-generating or shock-wave-generating activatable material in such a way that the relevant sabot in the housing moves in a direction of movement from a starting position in moves to an end position and the associated compression area is plastically deformed, the relevant separating area being completely severed and in the end position of the relevant sabot an insulating distance between the severed ends of the relevant separating area is reached.
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 in einem Teillichtbogen umgesetzte Energie jeweils entsprechend reduziert wird und so die Teillichtbögen effektiver und schneller bedämpft werden können.Such a serial multiple interruption has the advantage that during a simultaneously occurring interruption process only a proportional voltage is present between the ends of the separation areas to be separated and the energy converted in a partial arc is correspondingly reduced in each case and the partial arcs can be dampened more effectively and more quickly.
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.In a preferred embodiment, two sub-contact units are provided and the contact unit and the housing are mirror-symmetrical with respect to a central plane, with the separating areas and the sabots preferably being provided outside the compression areas arranged between them. In addition to the serial separation, there is the advantage here that the mechanical movements run in opposite directions and thus at least largely compensate each other to the outside.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann jeder Teil-Kontakteinheit ein separates pyrotechnisches Material zugeordnet und eine ansteuerbare Vorrichtung für das aktive und im Wesentlichen gleichzeitige Zünden der separaten pyrotechnischen Materialien 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. Es ist deshalb bevorzugt, dass eine solche Vorrichtung zwei Brennkammern innerhalb von zwei Trennbereichen aufweist, die beide die weiter oben beschriebenen Merkmale enthalten können.According to one embodiment of the invention, each partial contact unit can be assigned a separate pyrotechnic material and a controllable device can be provided for the active and essentially simultaneous ignition of the separate pyrotechnic materials. This makes it possible to ensure in a simple manner that the advantage of the isolating regions arranged in series, namely the occurrence of only half the voltage at the ends of the isolating regions during the switch-off process, can also be used. It is therefore preferred that such an apparatus has two combustion chambers within two separation regions, both of which may include the features described above.
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.According to the invention, the interrupting switching element is non-reactive to the outside. No exhaust gases, no light and no plasma escape, the triggering noise can only be heard as a soft click and the two electrical connections of the interrupting contact element can be firmly clamped, since no movement of one or the other connection is necessary for the function of the contact element.
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 zusammengesetzt werden, beispielsweise durch Kleben oder Verschweißen der einzelnen Teile.The housing itself can be provided as a tube with covers screwed in or flanged on both sides, preferably made of a pot-like part into which a cover is screwed together with the entire contact unit. The housing can also be designed in one piece, provided that its material can be easily deformed, for example by flanging or bending. The housing can also be assembled from several parts to form a one-piece housing, for example by gluing or welding the individual parts.
Auch eine integrale Anordnung eines oder mehrerer Kontakteinheiten in ein übergeordnetes Sammelgehäuse oder in eine übergeordnete Nutzbaugruppe ist möglich.An integral arrangement of one or more contact units in a higher-level collective housing or in a higher-level useful assembly is also possible.
Der beispielsweise Minidetonator bzw. das Auslöseelement kann als Zünderschraube komplett eingeschraubt, oder aber auch nur eingeschoben und am Ende der Kontakteinheit dann per Rollen, Clinchen oder Bördeln fest mit der Kontakteinheit verbunden werden.The mini detonator or the triggering element, for example, can be completely screwed in as a detonator screw, or just pushed in and then firmly connected to the contact unit at the end of the contact unit by rolling, clinching or flanging.
Die erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieder werden vorzugsweise mit einem so genannten Schrumpfschlauch überzogen, der nach außen hin isoliert und über dem Gehäuse des Unterbrechungsschaltglieds sitzt. Der Schrumpfschlauch kann vorzugsweise aus einem gut isolierenden, vorzugsweise transparenten, Material, beispielsweise Polyolefin bestehen. Damit wird das Gehäuse/die Baugruppe vor Korrosion geschützt und gleichzeitig verhindert, dass das hier in den Beispielen metallene Gehäuse naheliegende, Spannung führende Teile kurzschließt. Auch können damit Etiketten bzw. Beschriftungen dauerhaft und auch gegen aggressive Medien dauerhaft geschützt werden.The break contact elements according to the invention are preferably covered with a so-called shrink tube, which is insulated from the outside and sits over the housing of the break contact element. The shrink tube can preferably consist of a good insulating, preferably transparent, material, for example polyolefin. This protects the housing/assembly from corrosion and at the same time prevents the metal housing, which is shown here in the examples, from short-circuiting live parts. Labels or inscriptions can also be permanently protected with it and also against aggressive media.
Selbstverständlich kann das Gehäuse auch aus einem nichtleitenden Material bestehen, beispielsweise aus Keramik, POM, PA6 oder ABS. In all diesen Fällen erübrigt sich die Verwendung eines Schrumpfschlauches.Of course, the housing can also be made of a non-conductive material, for example ceramic, POM, PA6 or ABS. In all these cases there is no need to use shrink tubing.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further configurations of the invention emerge from the dependent claims.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Alle Merkmale, die in Bezug auf eine bestimmte Figur beschreiben werden, können auch auf die Unterbrechungsschaltglieder der anderen Figuren übertragen werden, sofern technisch realisierbar:
- Fig. 1
- zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Unterbrechungsschaltglied im Ausgangszustand, wobei das Verbindungselement keinen Kanal aufweist, und die eine Kammer und die weitere Kammer mit dem Füllmaterial gefüllt sind;
- Fig. 2
- zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Unterbrechungsschaltglied im Ausgangszustand wie in
Fig. 1 , wobei ein dritter Anschlusskontakt, die sogenannte Mittelektrode, im ersten Kontaktbereich vorgesehen ist; - Fig. 3
- zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Unterbrechungsschaltglied im Ausgangszustand mit einem dritten Anschlusskontakt, wobei das Verbindungselement keinen Kanal aufweist, und nur die Brennkammer mit dem Füllmaterial gefüllt ist;
- Fig. 4
- zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Unterbrechungsschaltglied im Ausgangszustand mit einem dritten Anschlusskontakt, wobei das Verbindungselement keinen Kanal aufweist, und nur die weitere Kammer mit dem Füllmaterial gefüllt ist;
- Fig. 5
- zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Unterbrechungsschaltglied im Ausgangszustand mit einem dritten Anschlusskontakt, wobei das Verbindungselement hier einen Kanal aufweist, und sowohl die eine Kammer, die weitere Kammer, der Kanal und das Rohr des Stauchbereichs (die noch weitere Kammer) mit dem Füllmaterial gefüllt sind;
- Fig. 6
- zeigt einen Längsschnitt durch die Ausführungsform in
Fig. 5 im ausgelösten Zustand; der Trennbereich ist aufgerissen, der Treibspiegel hat das Rohr des Stauchbereichs mäanderförmig zusammengeschoben und damit die Trennstrecke zwischen den beiden Kontaktstellen des Trennbereichs deutlich vergrößert; - Fig. 7
- zeigt einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieds im Ausgangszustand, wobei der Treibspiegel als festes Beaufschlagungselement installiert ist, es gibt hier keinen Stauchbereich;
- Fig. 8
- zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Unterbrechungsschaltglied im Ausgangszustand wie in
Fig. 1 , wobei ein dritter Anschlusskontakt vorgesehen ist, und in dem keine der Kammern mit einem Füllmittel gefüllt ist; - Fig. 9
- zeigt exemplarisch das Schaltbild eines Stromkreises mit einer Stromquelle (Batt 1) und einem beliebigen Verbraucher R2, in den das erfindungsgemäße Unterbrechungsschaltglied eingebaut ist. Gezeichnet ist der Zustand des Unterbrechungsschaltglieds vor seiner Auslösung, der erste Kontaktbereich (dick) ist mit dem zweiten Kontaktbereich (dünn) noch verbunden. Hieraus ist auch die Wirkung der Mittelelektrode als Kurzschlusselement erkennbar, sofern sie eingesetzt wird;
- Fig. 10
- zeigt die mögliche Ausgestaltung der dem beispielhaft hier eingesetzten Minidetonator gegenüberliegenden Brennkammerwand zur Stoßwellenlenkung: Oben konkav geformt, unten konvex geformt; anstelle der gezeichneten Kegelspitzen sind auch Kuhlen bzw. Rundungen möglich und sinnvoll;
- Fig. 11
- zeigt das Einbringen des pyrotechnischen Materials in den Raum über der früher so bezeichneten Brennkammer bzw. dem Schaltsteg, beide Volumina sind hier wieder mit Füllmaterial gefüllt;
- Fig. 12
- zeigt das Bedrücken des Treibspiegels bzw. des Trennbereichs durch die Reaktion des pyrotechnischen Materials, das nun außerhalb des Gehäuses untergebracht ist und bei der die Druckenergie über ein Verbindungsrohr in das Gehäuse einbringt;
- Fig. 13
- zeigt ein erfindungsgemäßes Unterbrechungsschaltglied vor der Auslösung des pyrotechnischen Materials, das spiegelsymmetrisch aufgebaut ist, und somit zwei Trennbereiche und zwei Stauchbereiche auf gegenüberliegenden Seiten aufweist;
- Fig. 14
- zeigt das Unterbrechungsschaltglied aus
Fig. 13 nach der Auslösung der Anzündvorrichtung. - Fig. 15
- zeigt eine Anordnung, in der ein erfindungsgemäßes Unterbrechungsschaltglied parallel zu einer Schmelzsicherung geschaltet ist.
- Fig. 16
- zeigt eine Anordnung, in der ein erfindungsgemäßes Unterbrechungsschaltglied in Serie mit zwei Schmelzsicherungen geschaltet ist.
- Fig. 17A
- zeigt einen Trennbereich eines erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieds mit zwei umlaufenden Nuten.
- Fig. 17B
- zeigt ein erfindungsgemäßes Unterbrechungsschaltglied mit einem Trennbereich gemäß
Fig. 17A . - Fig. 18A
- zeigt einen Trennbereich eines erfindungsgemäßen Unterbrechungsschaltglieds mit einer umlaufenden Verdickung (Knuddel).
- Fig. 18B
- zeigt ein erfindungsgemäßes Unterbrechungsschaltglied mit einem Trennbereich gemäß
Fig. 18A .
- 1
- shows a longitudinal section through a circuit breaker according to the invention in the initial state, the connecting element having no channel and one chamber and the other chamber being filled with the filling material;
- 2
- shows a longitudinal section through an interrupting switching element according to the invention in the initial state as in FIG
1 , wherein a third connection contact, the so-called center electrode, is provided in the first contact region; - 3
- shows a longitudinal section through an interrupting switching element according to the invention in the initial state with a third connection contact, the connecting element having no channel and only the combustion chamber being filled with the filling material;
- 4
- shows a longitudinal section through an interrupting switching element according to the invention in the initial state with a third connection contact, the connecting element having no channel and only the further chamber being filled with the filling material;
- figure 5
- shows a longitudinal section through an interrupting switching element according to the invention in the initial state with a third connection contact, with the connecting element having a channel here, and both the one chamber, the additional chamber, the channel and the tube of the compression area (the still additional chamber) are filled with the filling material ;
- 6
- shows a longitudinal section through the embodiment in FIG
figure 5 in the tripped state; the separating area is torn open, the sabot has pushed the tube of the compression area together in a meandering shape and thus significantly increased the separating distance between the two contact points of the separating area; - 7
- shows a longitudinal section through a further embodiment of a breaker element according to the invention in the initial state, wherein the sabot is installed as a fixed urging element, there is no compression area here;
- 8
- shows a longitudinal section through an interrupting switching element according to the invention in the initial state as in FIG
1 wherein a third terminal contact is provided and in which none of the chambers is filled with a filler; - 9
- shows an example of the circuit diagram of a circuit with a current source (Batt 1) and any consumer R2, in which the interrupting switching element according to the invention is installed. The state of the interrupting switching element before it was triggered is drawn, the first contact area (thick) is still connected to the second contact area (thin). This also shows the effect of the center electrode as a short-circuit element, provided it is used;
- 10
- shows the possible configuration of the combustion chamber wall opposite the mini detonator used here as an example for shock wave guidance: concave at the top, convex at the bottom; instead of the drawn cone tips, depressions or curves are also possible and useful;
- 11
- shows the introduction of the pyrotechnical material into the space above the previously designated combustion chamber or the switching bridge, both volumes are here again filled with filling material;
- 12
- Figure 13 shows the depressing of the sabot or separating area by the reaction of the pyrotechnic material now housed outside of the housing and in which the depressing energy is introduced into the housing via a connecting tube;
- 13
- shows an interrupting switching element according to the invention before the pyrotechnic material is triggered, which has a mirror-symmetrical structure and thus has two isolating areas and two upsetting areas on opposite sides;
- 14
- shows the
break contact element 13 after triggering the ignition device. - 15
- shows an arrangement in which an interruption switching element according to the invention is connected in parallel with a safety fuse.
- 16
- shows an arrangement in which an interrupting switching element according to the invention is connected in series with two safety fuses.
- Figure 17A
- shows a separating area of an interrupting switching element according to the invention with two circumferential grooves.
- Figure 17B
- shows an interrupting switching element according to the invention with an isolating area according to FIG
Figure 17A . - 18A
- shows a separating area of a circuit breaker according to the invention with a peripheral thickening (cuddling).
- Figure 18B
- shows an interrupting switching element according to the invention with an isolating area according to FIG
18A .
Die in
Die in
Die Kontakteinheit 5 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als ein durch den Treibspiegel 25b im Stauchbereich bedrücktes Schaltrohr 9 ausgebildet, so dass es nur in dem Trenn- 27 und dem Stauchbereich 23 als Rohr ausgebildet ist. Das Schaltrohr 9 besitzt im dargestellten Ausführungsbeispiel einen ersten Anschlusskontakt 11 mit einem größeren Durchmesser und einen zweiten Anschlusskontakt 13 mit einem geringeren Durchmesser. An den ersten Anschlusskontakt 11 schließt sich ein sich radial nach außen erstreckender Flansch 15 an, der sich an einem ringförmigen Isolatorelement A 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. Der hierfür eingesetzte Kunststoff kann Polyoxymethylen, ABS oder Nylon sein, jedoch sind auch Keramiken möglich und in Sonderfällen sinnvoll. Das Isolatorelement A 17 weist hierzu eine ringförmige Schulter auf, an welcher sich der Flansch 15 des Schaltrohrs 9 abstützt. Zusätzlich isoliert das Isolatorelement A 17 das Gehäuse 3 gegenüber dem Schaltrohr 9. Das ringförmige Isolatorelement A 17 weist in einem axial äußeren Bereich einen Innendurchmesser auf, der im Wesentlichen dem Außendurchmesser des Schaltrohrs 9 im Bereich des ersten Anschlusskontakts 11 entspricht. Hierdurch wird eine Dichtwirkung erzielt, die durch ein zusätzliches, ringförmiges Dichtelement 19, beispielsweise einen O-Ring, verstärkt wird. Das Isolatorelement A 17 kann auch mit dem Schaltrohr 9 über eine Presspassung verbunden oder auf dieses aufgespritzt sein. Das Isolatorelement A 17 und damit das Schaltrohr 9 bzw. die Kontakteinheit 5 wird an der betreffenden Stirnseite des Unterbrechungsschaltglieds 1 mittels einer Verschlussmutter 21 oder einer eingeschweißten Ringscheibe 21 im Gehäuse 3 gehalten bzw. auf diese Weise im Gehäuse 3 fixiert. Die Verschlussmutter 21 oder die Ringscheibe 21 kann aus Metall, vorzugsweise Stahl, bestehen. Hierdurch ist auch sichergestellt, dass das Schaltrohr bei einem Erweichen oder Verbrennen der Kunststoffteile des Unterbrechungsschaltglieds 1 nicht aus dem Gehäuse 3 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.In the exemplary embodiment shown, the
Selbstverständlich kann das Gehäuse 3 jedoch auch an der in
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 23 in axialer Richtung um eine vorbestimmte Wegstrecke ergibt.The switching
An den Stauchbereich 23 schließt sich in axialer Richtung des Schaltrohrs 9 ein Flansch 25a an, auf dem im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Treibspiegel 25b sitzt. Der Treibspiegel 25b, der im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Isoliermaterial, beispielsweise einem geeigneten Kunststoff, besteht, umgreift das Schaltrohr 9 mit seinem Teil 25b derart, dass zwischen dem Außenumfang des Flanschs 25a und der Innenwandung des Gehäuses 3 ein isolierender Bereich des Treibspiegels 25b eingreift. Wirkt ein Druck auf die Fläche des Treibspiegels 25b ein, wird eine Kraft erzeugt, die über den Flansch 25a den Stauchbereich 23 des Schaltrohres 9 zusammenpresst. Diese Kraft wird so gewählt, dass sich während des Auslösevorgangs des Unterbrechungsschaltglieds 1 ein Stauchen des Stauchbereichs 23 ergibt, wobei der Treibspiegel 25b aus seiner Ausgangslage (Status vor der Auslösung des Unterbrechungsschaltglieds 1) in eine Endposition (nach Beendigung des Schaltvorgangs) bewegt wird.A
Wie aus
Nach dem Pressvorgang greifen die nahe dem Gehäuse 3 liegenden Nasen des Isolators 17 und des Treibspiegels 25b voll übereinander, so dass das nach der Auslösung und dem Stauchvorgang mäanderförmig zusammengeschobene Stauchbereich 23 voll von elektrisch isolierenden Materialien umschlossen ist.After the pressing process, the lugs of the
An den Treibspiegel 25b bzw. den Flansch 25a des Schaltrohrs 9 bzw. der Kontakteinheit 5 schließt sich ein Trennbereich 27 an, welcher in axialer Richtung vorzugsweise wiederum zu 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 des Gehäuses 3 (nicht mit Bezugszeichen versehen) und ein Verschluss 31, welcher 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 welcher den zweiten Anschlusskontakt des Schaltrohrs 9 ringförmig umgreift. Der Flansch 29 kann - wie in
Wenn der Verschluss 31 nicht aus einem Metall oder einer Keramik besteht, sondern aus einem Kunststoff, muss nach dem Flansch 29 eine Metallscheibe mit einem Durchmesser, der größer ist als die rechte Öffnung des Gehäuses eingebracht sein, um im Brandfall zu verhindern - im Brandfall sind ja die Kunststoffteile nicht mehr da -, dass Teile aus dem Gehäuse austreten.If the
Sind das Gehäuse 3, der Verschluss 31 und die Verschlussmutter/Ringscheibe 21 aus Stahl, so ist es möglich, diese Teile per Elektronenstrahl- oder Ultraschallschweißen miteinander zu verbinden. Auch ein Verbinden per Laserstrahl ist möglich.If the
Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Treibspiegel 25b bei der Montage des Unterbrechungsschaltglieds 1 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.In the exemplary embodiment shown, the
Der Verschluss 31 ist als ein ringförmiges Bauteil gestaltet, welches einen Außendurchmesser besitzt, der im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Gehäuses 3 entspricht, und einen Innendurchmesser, der im Wesentlichen dem Außendurchmesser des Flanschs 29 bzw. dem zweiten Anschlusskontakt 13 entspricht.The
In dem axialen Ende des Schaltrohrs 9 im Bereich des zweiten Anschlusskontakts 13 ist eine Anzündvorrichtung 35 mit pyrotechnischem Material vorgesehen, hier oft auch als Minidetonator oder Zünderschraube benannt. Der Außenumfang der Anzündvorrichtung 35 ist gegenüber der Innenwandung des Schaltrohrs 9 bzw. des zweiten Anschlusskontakts 13 mit einem Dichtelement (dunkles kreisförmiges Element in Aussparung), 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 Verschlusses 31 können die elektrischen Anschlussleitungen 41 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. In dem Bereich des Einmündens der Anschlussleitungen 41 in die Anzündvorrichtung 35 können die Anschlussleitungen mit einer Vergussmasse 57 fixiert sein. Das Verschlusselement 39 ist in der
Der Verschluss 31 kann aus einem Metall, insbesondere Stahl, bestehen. Dies hat den Vorteil der Potentialanbindung des Gehäuses 3 an den zweiten Anschlusskontakt 13. Auf diese Weise "weiß das Gehäuse, wo es hinsichtlich des Potentials hingehört". Letzteres ist wichtig in Hochspannungsschaltkreisen, um keine unerwünschten Lichtbögen mit nicht potentialangebundenen Teilen zu erhalten. Außerdem schirmt das Gehäuse 3 den inneren Bereich des Unterbrechungsschaltglieds 1 gegen elektromagnetische Strahlung, z.B. einen Radarstrahl ab.The
Der Trennbereich 27 ist so dimensioniert, dass er durch den erzeugten Gasdruck oder die erzeugte Stoßwelle des Minidetonators 35 zumindest teilweise aufreißt, so dass sich der Druck bzw. die Stoßwelle auch aus der einen Kammer (Brennkammer 61) in die als umgebenden Ringraum ausgestaltete weitere Kammer 63 ausbreiten kann. Zur Erleichterung des Aufreißens kann die Wandung des Schaltrohrs 9 im Trennbereich 27 auch einen oder mehrere Durchbrüche bzw. Bohrungen aufweisen. Zudem kann auch an dem Trennbereich 27 auf der Seite der weiteren Kammer 63 eine Anzündmischung 43 vorgesehen sein. Die Durchbrüche und die Anzündmischung sind dabei vorzugsweise mit einem Schutzlack 55 (beispielhaft gezeigt in
Die Anzündmischung 43 kann ebenfalls bereits eine Zündmischung sein, die bereits für sich alleine bei Erwärmung bis an ihre Zündtemperatur eine Stoßwelle erzeugt und damit bereits den Trennbereich - hier jetzt nach innen - aufreißt und dann den Treibspiegel bedrückt. Eine Mitwirkung bzw. Mitzündung der Anzündvorrichtung 35 bzw. des Minidetonators wäre in diesem Fall also gar nicht notwendig. Will man die Baugruppe nicht aktiv auslösen, würde auch bereits diese Zündmischung ausreichen, um den Schaltsteg zu trennen und den Stauchbereich 23 des Schaltrohres 9 zu stauchen.The igniting
Die Anzündvorrichtung 35 zum Zünden des pyrotechnischen Materials (Anzündvorrichtung) kann aus einem einfachen, schnell aufheizbaren Glühdraht bestehen. 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 des pyrotechnischen Materials bewirkt, auch in Form eines herkömmlichen Anzünders, einer Anzündpillle, einer Zündpille oder eines Minidetonators.The
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 dem pyrotechnischen Material und der Innenwandung und/oder Außenwandung des Schaltrohrs 9 im Trennbereich 27 gegeben sein. Zusätzlich kann auch ein leichter aktivierbares Material, insbesondere eine Anzünd- oder Zündmischung 43, in unmittelbarer Nähe oder aufgebracht auf die Innenwandung und/oder Außenwandung des Trennbereichs vorgesehen sein.In addition or instead, passive activation of the interrupting
Der elektrische Widerstand und damit auch das thermische Verhalten des Trennbereichs 27 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 das Strom-Zeit-Integral definiert bzw. eingestellt werden, bei dem das Unterbrechungsschaltglied 1 passiv auslöst. Auch die Trägheit kann durch eine derartige Dimensionierung beeinflusst werden.The electrical resistance and thus also the thermal behavior of the separating
Bei einer Aktivierung des Unterbrechungsschaltglieds 1 mittels der Anzündvorrichtung 35 oder mittels einer passiven Aktivierung wird also ein Druck oder eine Stoßwelle an der dem Stauchbereich 23 abgewandten Seite des Treibspiegels 25b erzeugt, wodurch der Treibspiegel mit einer entsprechenden Axialkraft beaufschlagt wird. Diese Kraft wird durch eine geeignete Dimensionierung des pyrotechnischen Materials so gewählt, dass das Schaltrohr 9 im Stauchbereich 23 plastisch deformiert, aufgerissen oder eingedrückt und danach der Treibspiegel in Richtung auf den ersten Anschlusskontakt 11 bewegt wird. Das pyrotechnische Material wird dabei so dimensioniert, dass nach dem Aufbrechen bzw. Eindrücken des Trennbereichs 27 des Schaltrohres 9 die Bewegung des Treibspiegels 25b bis in die in
Unmittelbar nach dem Aktivieren des pyrotechnischen Materials wird also der Trennbereich 27 zumindest teilweise aufgerissen bzw. eingedrückt. Erfolgt das Aufreißen bzw. Eindrücken nicht bereits vor Beginn der axialen Bewegung des Treibspiegels 25b 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 25b vollständig aufgerissen.Immediately after the activation of the pyrotechnic material, the separating
Abhängig von der Dimensionierung des Trennbereichs und des pyrotechnischen Materials 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 wirkt. Das Aufreißen des Trennbereichs 27 kann dann im Wesentlichen nur durch die axiale Kraft auf den Treibspiegel 25b erfolgen, welche auch zu dessen axialer Bewegung führt.Depending on the dimensions of the separating area and the pyrotechnic material, it is also conceivable that the separating area does not initially tear open after activation, but that the gas pressure only acts through corresponding openings in the wall of the separating area also in the ring area surrounding the separating
Durch entsprechende Wahl des pyrotechnischen Materials und ggf. der von dieser umfassten Anzündmischung kann zudem das Aufbrechverhalten weiter gesteuert werden.The break-up behavior can also be further controlled by appropriate selection of the pyrotechnic material and, if applicable, the ignition mixture it contains.
Insbesondere der durch den Abbrand erzeugte Gasdruck oder die erzeugte Stoßwelle kann durch das Einbringen von leicht vergasbaren Flüssigkeiten oder Feststoffen in den Raum, in welchem das pyrotechnische Material enthalten ist oder in welchen die erzeugten Heißgase eindringen, gut gesteuert werden. So erhöht insbesondere Wasser, gelöst im Füllmaterial oder in Form von Mikrokapseln, Gelen etc., den Gasdruck beträchtlich. Eine so bewirkte Erhöhung des Gasdrucks kann noch extremer ausfallen, wenn das in die Brennkammer eingebrachte Wasser zum Siedeverzug gebracht wird, insbesondere dadurch, dass das stark erhitzte Wasser beim Aufbrechen des Trennbereichs 27 einen Drucksturz erfährt.In particular, the gas pressure generated by the combustion or the shock wave generated can be well controlled by introducing easily gassable liquids or solids into the space in which the pyrotechnic material is contained or into which the generated hot gases penetrate. Water in particular, dissolved in the filling material 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 into the combustion chamber is caused to retard boiling, in particular because the strongly heated water experiences a drop in pressure when the separating
In der in
Zum Einfüllen des Füllmaterials 45 in die weitere Kammer 63 kann das Unterbrechungsschaltglied eine Gehäusebohrung 71 und eine Gewindebohrung 73 aufweisen, wobei die Gewindebohrung 73 im Verschluss 31 vorliegt und sich an die Gehäusebohrung anschließt, so dass ein Durchgang durch das Gehäuse und den Verschluss 31 von außen in die weitere Kammer 63 vorhanden ist. Nach dem Befüllen der weiteren Kammer werden die Bohrungen beispielsweise mit einer Schraube verschlossen. Selbstverständlich können diese Öffnungen auch durch ein anderes herkömmliches Verfahren verschlossen werden wie z.B. das Einpressen einer Kugel, durch Verlöten oder Verschweißen. Durch den Einsatz einer Membran hier könnte zusätzlich eine Art Überlastventil geschaffen werden, das bei Überlastung der Baugruppe, d.h. bei einem zu starken Druckaufbau im Gehäuse 3, aufgeht, bevor das Gehäuse 3 zerstört wird. In diesem Fall würde man evtl. auch mehr als eine Bohrung bzw. Membran im Verschluss vorsehen, um den im Überlastfall notwendigen, austretenden Massenstrom an Fluid und Gas sicherzustellen. In anderen Worten kann also das erfindungsgemäße Unterbrechungsschaltglied ein Überlastventil aufweisen, das zwischen dem Äußeren des Gehäuses 3 und der weiteren Kammer 63 vorgesehen ist.To fill the filling
Die
Die in
Die in
Wie aus
Bei Varianten ohne eine derartige Isolierschicht 7 wird hierdurch auch verhindert, dass ein metallisches Gehäuse 3 nach der Auslösung ungewollt auf dasselbe elektrische Potential gelegt wird wie der erste Anschlusskontakt 11.In the case of variants without such an
Die
Die in
Die Kontakteinheit 5 ist jedoch im dargestellten Ausführungsbeispiel im Bereich des ersten Anschlusskontaktes 11, im Bereich 23 und im Bereich des Beaufschlagungselements 25 im Gegensatz zu den bisher ausgeführten Ausführungsformen massiv ausgestaltet. Nur in dem Trennbereich 27 ist die Kontakteinheit 5 wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen als Rohr ausgebildet.However, in the exemplary embodiment shown, the
Der Vorteil dieser Ausführungsform, bei der kein Stauchen des früheren Stauchbereichs 23 vorhanden ist liegt darin, dass nach dem Aufbrechen des Trennbereichs hier kein Fluid durch die Bewegung des Treibspiegels 25b dem Trennbereich entzogen wird, der gesamte Schaltvorgang also quasi stationär erfolgt. Damit wird der Abschaltvorgang schneller abgeschlossen. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass der Einschleifwiderstand der Baugruppe, also der ohmsche Widerstand zwischen den Anschlusskontaktbereichen 11 und 13, hier minimal ist und auch bei hohen Betriebsströmen hier deutlich weniger Verlustwärme erzeugt wird, die abgeführt werden müsste - das bei den anderen Ausführungen der Baugruppe relativ dünne Material im Stauchbereich 23 ist ja hier massives Metall. Als Nachteil lässt sich hier der relativ geringe Trennabstand nach der Auslösung der Baugruppe anführen und die relativ geringe Bewegung des Füllmaterials während des Schaltvorgangs.The advantage of this embodiment, in which there is no upsetting of the earlier upsetting
Die in
Die Kontakteinheit 5 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als ein durch den Treibspiegel 25b im Stauchbereich bedrücktes Schaltrohr 9 ausgebildet, so dass es nur in dem Trenn- 27 und dem Stauchbereich 23 als Rohr ausgebildet ist. Das Schaltrohr 9 besitzt im dargestellten Ausführungsbeispiel einen ersten Anschlusskontakt 11 mit einem größeren Durchmesser und einen zweiten Anschlusskontakt 13 mit einem geringeren Durchmesser. An den ersten Anschlusskontakt 11 schließt sich ein sich radial nach außen erstreckender Flansch 15 an, der sich an einem ringförmigen Isolatorelement A 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. Der hierfür eingesetzte Kunststoff kann Polyoxymethylen, ABS oder Nylon sein, jedoch sind auch Keramiken möglich und in Sonderfällen sinnvoll. Das Isolatorelement A 17 weist hierzu eine ringförmige Schulter auf, an welcher sich der Flansch 15 des Schaltrohrs 9 abstützt. Zusätzlich isoliert das Isolatorelement A 17 das Gehäuse gegenüber dem Schaltrohr 9. Das ringförmige Isolatorelement A 17 weist in einem axial äußeren Bereich einen Innendurchmesser auf, der im Wesentlichen dem Außendurchmesser des Schaltrohrs 9 im Bereich des ersten Anschlusskontakts 11 entspricht. Hierdurch wird eine Dichtwirkung erzielt, die durch ein zusätzliches, ringförmiges Dichtelement 19, beispielsweise einen O-Ring, verstärkt wird. Das Isolatorelement A 17 kann auch mit dem Schaltrohr 9 über eine Presspassung verbunden oder auf dieses aufgespritzt sein. Das Isolatorelement A 17 und damit das Schaltrohr 9 bzw. die Kontakteinheit 5 wird an der betreffenden Stirnseite des Unterbrechungsschaltglieds 1 mittels einer Verschlussmutter 21 oder einer eingeschweißten Ringscheibe 21 im Gehäuse 3 gehalten bzw. auf diese Weise im Gehäuse 3 fixiert. Die Verschlussmutter 21 oder die Ringscheibe 21 kann aus Metall, vorzugsweise Stahl, 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.In the exemplary embodiment shown, the
Selbstverständlich kann das Gehäuse 3 jedoch auch an der in
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.The switching
An den Stauchbereich 23 schließt sich in axialer Richtung des Schaltrohrs 9 ein Flansch 25a an, auf dem im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Treibspiegel 25b sitzt. Der Treibspiegel 25b, der im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Isoliermaterial, beispielsweise einem geeigneten Kunststoff, besteht, umgreift das Schaltrohr 9 mit seinem Teil 25b derart, dass zwischen dem Außenumfang des Flanschs 25a und der Innenwandung des Gehäuses 3 ein isolierender Bereich des Treibspiegels 25b eingreift. Wirkt ein Druck auf die Fläche des Treibspiegels 25b ein, wird eine Kraft erzeugt, die über den Flansch 25a den Stauchbereich 23 des Schaltrohres 9 zusammenpresst. Diese Kraft wird so gewählt, dass sich während des Auslösevorgangs des Unterbrechungsschaltglieds 1 ein Stauchen des Stauchbereichs 23 ergibt, wobei der Treibspiegel 25b aus seiner Ausgangslage (Status vor der Auslösung des Unterbrechungsschaltglieds 1) in eine Endposition (nach Beendigung des Schaltvorgangs) bewegt wird.A
Wie aus
Nach dem Pressvorgang greifen die nahe dem Gehäuse liegenden Nasen des Isolators 17 und des Treibspiegels 25b voll übereinander, so dass das nach der Auslösung und dem Stauchvorgang mäanderförmig zusammengeschobene Stauchbereich 23 voll von elektrisch isolierenden Materialien umschlossen ist.After the pressing process, the lugs of the
An den Treibspiegel 25b bzw. dem Flanschteil 25a des Schaltrohrs 9 bzw. der Kontakteinheit 5 schließt sich ein Trennbereich 27 an, welcher in axialer Richtung vorzugsweise wiederum zu 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 des Gehäuses 3 (nicht mit Bezugszeichen versehen) und ein Verschluss 31, welcher 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 welcher den zweiten Anschlusskontakt des Schaltrohrs 9 ringförmig umgreift. Der Flansch kann - wie in
Wenn der Verschluss 31 nicht aus einem Metall oder einer Keramik besteht, sondern aus einem Kunststoff, muss nach dem Flansch 29 eine Metallscheibe mit einem Durchmesser, der größer ist als die rechte Öffnung des Gehäuses, eingebracht sein, um im Brandfall zu verhindern - im Brandfall sind ja die Kunststoffteile nicht mehr da -, dass Teile aus dem Gehäuse austreten.If the
Sind das Gehäuse 3, der Verschluss 31 und die Verschlussmutter/Ringscheibe 23 aus Stahl, so ist es möglich, diese Teile per Elektronenstrahl- oder Ultraschallschweißen miteinander zu verbinden. Auch ein Verbinden per Laserstrahl ist möglich.If the
Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Treibspiegel 25b bei der Montage des Unterbrechungsschaltglieds 1 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.In the exemplary embodiment shown, the
Der Verschluss 31 ist als ein ringförmiges Bauteil gestaltet, welches einen Außendurchmesser besitzt, der im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Gehäuses 3 entspricht, und einen Innendurchmesser, der im Wesentlichen dem Außendurchmesser des Flanschs 29 bzw. dem zweiten Anschlusskontakt 13 entspricht.The
In dem axialen Ende des Schaltrohrs 9 im Bereich des zweiten Anschlusskontakts 13 ist eine Anzündvorrichtung 35 mit pyrotechnischem Material vorgesehen, hier oft auch als Minidetonator oder Zünderschraube benannt. Der Außenumfang der Anzündvorrichtung 35 ist gegenüber der Innenwandung des Schaltrohrs 9 bzw. des zweiten Anschlusskontakts 13 mit einem Dichtelement (dunkles kreisförmiges Element in Aussparung), 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 Verschlusses 31 können die elektrischen Anschlussleitungen 41 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. In dem Bereich des Einmündens der Anschlussleitungen 41 in die Anzündvorrichtung 35 können die Anschlussleitungen mit einer Vergussmasse 57 fixiert sein. Das Verschlusselement 39 ist in der
Der Verschluss 31 kann aus einem Metall, insbesondere Stahl, bestehen. Dies hat den Vorteil der Potentialanbindung des Gehäuses 3 an den zweiten Anschlusskontakt 13. Auf diese Weise "weiß das Gehäuse, wo es hinsichtlich des Potentials hingehört". Letzteres ist wichtig in Hochspannungsschaltkreisen, um keine unerwünschten Lichtbögen mit nicht potentialangebundenen Teilen zu erhalten. Außerdem schirmt das Gehäuse 3 den inneren Bereich des Unterbrechungsschaltglieds 1 gegen elektromagnetische Strahlung, z.B. einen Radarstrahl ab.The
Der Trennbereich 27 ist so dimensioniert, dass er durch den erzeugten Gasdruck oder die erzeugte Stoßwelle des Minidetonators 35 zumindest teilweise aufreißt, so dass sich der Druck bzw. die Stoßwelle auch aus der einen Kammer (Brennkammer 61) in die als umgebenden Ringraum ausgestaltete weitere Kammer 63 ausbreiten kann. Zur Erleichterung des Aufreißens kann die Wandung des Schaltrohrs 9 im Trennbereich 27 auch einen oder mehrere Durchbrüche bzw. Bohrungen aufweisen. Zudem kann auch an dem Trennbereich 27 auf der Seite der weiteren Kammer 63 eine Anzündmischung 43 vorgesehen sein. Die Durchbrüche und die Anzündmischung sind dabei vorzugsweise mit einem Schutzlack 55 (beispielhaft gezeigt in
Die Anzündmischung 43 kann ebenfalls bereits eine Zündmischung sein, die bereits für sich alleine bei Erwärmung bis an ihre Zündtemperatur eine Stoßwelle erzeugt und damit bereits den Trennbereich - hier jetzt nach innen - aufreißt und dann den Treibspiegel bedrückt. Eine Mitwirkung bzw. Mitzündung der Anzündvorrichtung 35 bzw. des Minidetonators wäre in diesem Fall also gar nicht notwendig. Will man die Baugruppe nicht aktiv auslösen, würde auch bereits diese Zündmischung ausreichen, um den Schaltsteg zu trennen und den Stauchbereich 23 des Schaltrohres 9 zu stauchen.The igniting
Die Anzündvorrichtung 35 zum Zünden des pyrotechnischen Materials (Anzündvorrichtung) kann aus einem einfachen, schnell aufheizbaren Glühdraht bestehen. 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 des pyrotechnischen Materials bewirkt, auch in Form eines herkömmlichen Anzünders, einer Anzündpillle, einer Zündpille oder eines Minidetonators.The
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 dem pyrotechnischen Material und der Innenwandung und/oder Außenwandung des Schaltrohrs 9 im Trennbereich 27 gegeben sein. Zusätzlich kann auch ein leichter aktivierbares Material, insbesondere eine Anzünd- oder Zündmischung, in unmittelbarer Nähe oder aufgebracht auf die Innenwandung und/oder Außenwandung des Trennbereichs vorgesehen sein.In addition or instead, passive activation of the interrupting
Der elektrische Widerstand und damit auch das thermische Verhalten des Trennbereichs 27 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 das Strom-Zeit-Integral definiert bzw. eingestellt werden, bei dem das Unterbrechungsschaltglied 1 passiv auslöst. Auch die Trägheit kann durch eine derartige Dimensionierung beeinflusst werden.The electrical resistance and thus also the thermal behavior of the separating
Bei einer Aktivierung des Unterbrechungsschaltglieds 1 mittels der Anzündvorrichtung 35 oder mittels einer passiven Aktivierung wird also ein Druck oder eine Stoßwelle an der dem Stauchbereich 23 abgewandten Seite des Treibspiegels 25b erzeugt, wodurch der Treibspiegel mit einer entsprechenden Axialkraft beaufschlagt wird. Diese Kraft wird durch eine geeignete Dimensionierung des pyrotechnischen Materials so gewählt, dass das Schaltrohr 9 im Stauchbereich 23 plastisch deformiert und demzufolge der Treibspiegel in Richtung auf den ersten Anschlusskontakt 11 bewegt wird. Das pyrotechnische Material wird dabei so dimensioniert, dass nach dem Aufbrechen des Trennbereichs 27 des Schaltrohres 9 die Bewegung des Treibspiegels 25b bis in die in
Unmittelbar nach dem Aktivieren des pyrotechnischen Materials wird also der Trennbereich 27 zumindest teilweise aufgerissen. Erfolgt das Aufreißen nicht bereits vor Beginn der axialen Bewegung des Treibspiegels 25b 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 25b vollständig aufgerissen.Immediately after the activation of the pyrotechnic material, the separating
Abhängig von der Dimensionierung des Trennbereichs und des pyrotechnischen Materials 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 wirkt. Das Aufreißen des Trennbereichs 27 kann dann im Wesentlichen nur durch die axiale Kraft auf den Treibspiegel 25b erfolgen, welche auch zu dessen axialer Bewegung führt.Depending on the dimensions of the separating area and the pyrotechnic material, it is also conceivable that the separating area does not initially tear open after activation, but that the gas pressure only acts through corresponding openings in the wall of the separating area also in the ring area surrounding the separating
Durch entsprechende Wahl des pyrotechnischen Materials und ggf. der von dieser umfassten Anzündmischung kann zudem das Aufbrechverhalten weiter gesteuert werden.The break-up behavior can also be further controlled by appropriate selection of the pyrotechnic material and, if applicable, the ignition mixture it contains.
Insbesondere der durch den Abbrand erzeugte Gasdruck oder die erzeugte Stoßwelle kann durch das Einbringen von leicht vergasbaren Flüssigkeiten oder Feststoffen in den Raum, in welchem das pyrotechnische Material enthalten ist oder in welchen die erzeugten Heißgase eindringen, gut gesteuert werden. So erhöht insbesondere Wasser, gelöst im Füllmaterial oder in Form von Mikrokapseln, Gelen etc., den Gasdruck beträchtlich. Eine so bewirkte Erhöhung des Gasdrucks kann noch extremer ausfallen, wenn das in die Brennkammer eingebrachte Wasser zum Siedeverzug gebracht wird, insbesondere dadurch, dass das stark erhitzte Wasser beim Aufbrechen des Trennbereichs 27 einen Drucksturz erfährt.In particular, the gas pressure generated by the combustion or the shock wave generated can be well controlled by introducing easily gassable liquids or solids into the space in which the pyrotechnic material is contained or into which the generated hot gases penetrate. Water in particular, dissolved in the filling material 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 into the combustion chamber is caused to retard boiling, in particular because the strongly heated water experiences a drop in pressure when the separating
Das in
Die in
L2 ist hierbei die Induktivität der Stromquelle (Batt 1) und der Verkabelung bis zum Unterbrechungsschaltglied, R1 der Innenwiderstand der Stromquelle, und C3 die Kapazität der Stromquelle. R3 ist der Verlustwiderstand der Verkabelung bis zum Unterbrechungsschaltglied. R2 ist der Lastwiderstand und L1 die Induktivität des Lastkreises samt Verkabelung bis zum Unterbrechungsschaltglied. C2 ist die Kapazität des gesamten Lastkreises und R5 der Verlustwiderstand der Verkabelung bis zum Unterbrechungsschaltglied. C1 und R4 sind eine RC-Kombination, d.h. eine sogenannte Funkenlöschkombination für sich öffnende Schaltkontakte, wie sie üblicherweise für Relaiskontakte verwendet wird, sie muss bei Verwendung der Baugruppe jedoch nicht zwingend im Schaltkreis vorhanden sein, aus Kostengründen wird man hierauf auch in der Regel verzichten.L2 is the inductance of the power source (Batt 1) and the wiring up to the interrupting switching element, R1 is the internal resistance of the power source, and C3 is the capacitance of the power source. R3 is the loss resistance of the wiring to the break contact. R2 is the load resistance and L1 is the inductance of the load circuit including the wiring to the break contact. C2 is the capacitance of the entire load circuit and R5 is the loss resistance of the wiring up to the break contact. C1 and R4 are an RC combination, i.e. a so-called spark quenching combination for switching contacts that open, as is usually used for relay contacts, but it does not necessarily have to be present in the circuit when using the module, and this is usually not done for cost reasons .
In
Diese Ausführung soll bei sehr großen Baugruppen eingesetzt werden, bei denen die benötigte pyrotechnische Masse nicht mehr in Kammer 63 untergebracht werden kann - in diesem Fall würde beispielsweise auch der Minidetonator zu einem normal großen Detonator werden.This embodiment is to be used for very large assemblies in which the required pyrotechnic mass can no longer be accommodated in chamber 63 - in this case, for example, the mini detonator would also become a normal-sized detonator.
In
Sämtliche Dichtelemente 19 (oder O-Ringe) in den
Weiterhin zeigen die
Das Unterbrechungsschaltglied 1 in den
- 11
- Unterbrechungsschaltglied, Stromkreistrenner, BaugruppeBreak contact, circuit isolator, assembly
- 33
- GehäuseHousing
- 55
- Kontakteinheitcontact unit
- 77
- Isolierschichtinsulating layer
- 99
- Schaltrohr, Verbindungselementshift tube, connecting element
- 1111
- erster Anschlusskontaktfirst connection contact
- 1313
- zweiter Anschlusskontaktsecond connection contact
- 1515
- Flanschflange
- 1717
- Isolatorelement AInsulator Element A
- 1919
- Dichtelement (O-Ring)sealing element (O-ring)
- 2121
- Verschlussmutter/Ringscheibelocking nut/washer
- 2323
- Stauchbereich/Bereichupset area/area
- 25a25a
- Flanschflange
- 25b25b
- Treibspiegelsabot
- 2727
- Trennbereichseparation area
- 2929
- Flanschflange
- 3131
- Verschlussclosure
- 3333
- Hohlmutter/Verschlusshollow nut/lock
- 3535
- Anzündvorrichtung mit pyrotechnischem Material, Minidetonator, AnzünderIgniter with pyrotechnic material, mini detonator, igniter
- 3737
- Aussparungen für DichtelementeRecesses for sealing elements
- 3939
- Verschlusselementclosure element
- 4141
- elektrische Anschlussleitungenelectrical connection lines
- 4343
- Anzündmischunglighter mixture
- 4545
- Füllmaterialfilling material
- 4949
- Kanalchannel
- 5353
- Isolatorelement Binsulator element B
- 5757
- Vergussmassepotting compound
- 6161
- Kammer/Brennkammerchamber/combustion chamber
- 6363
- weitere Kammeranother chamber
- 6565
- noch weitere Kammeranother chamber
- 7171
- Gehäusebohrunghousing bore
- 7373
- Gewindebohrungthreaded hole
- 8181
- dritter Anschlusskontaktthird connection contact
- 8383
- aufgesplittetes Ende des dritten Anschlusskontaktssplit end of the third connection contact
- 8585
-
Schutzkappe, entfällt, wenn das Gehäuse 3 einstückig oder beidseitig verschweißt wird.Protective cap is not required if the
housing 3 is welded in one piece or on both sides. - 8787
- Schmelzsicherungfuse
- 8989
- Gummikugelrubber ball
- 9191
- umlaufende Nutencircumferential grooves
- 9393
- umlaufende Verdickung (Knuddel)Circumferential thickening (cuddly)
- 9595
-
Wärmesenke 1
heat sink 1 - 9797
- Wärmesenke 2heat sink 2
- II
- StromElectricity
- I1I1
- Teilstrompartial flow
- I2I2
- Teilstrompartial flow
- S1S1
- Unterbrechungsschaltglied mit erstem, zweitem und drittem AnschlusskontaktInterruption switching element with first, second and third connection contact
- dickthick
- erster Anschlusskontakt des Unterbrechungsschaltgliedsfirst connection contact of the break contact element
- dünnthin
- zweiter Anschlusskontakt des Unterbrechungsschaltgliedssecond connection contact of the break contact element
- Batt1Batt1
- Stromquellepower source
- R1R1
- Innenwiderstand der Stromquelleinternal resistance of the power source
- C3C3
- Kapazität der Stromquellecapacity of the power source
- L2L2
- Induktivität von Stromquelle und Verkabelung bis zum UnterbrechungsschaltgliedInductance from power source and wiring to break contact
- R3R3
- Verlustwiderstand der Verkabelung bis zum UnterbrechungsschaltgliedLoss resistance of the wiring up to the interrupting contact element
- R2R2
- Lastwiderstandload resistance
- L1L1
- Induktivität des Lastkreises samt Verkabelung bis zum UnterbrechungsschaltgliedInductance of the load circuit including wiring up to the interrupting contact element
- C2C2
- Kapazität des gesamten LastkreisesCapacity of the entire load circuit
- R5R5
- Verlustwiderstand der Verkabelung bis zum UnterbrechungsschaltgliedLoss resistance of the wiring up to the interrupting contact element
- C1+R4C1+R4
- RC-Kombination, sogenannte Funkenlöschkombination für sich öffnende SchaltkontakteRC combination, so-called spark extinguishing combination for switching contacts that open
- Mittelelektrodecenter electrode
- dritter Anschlusskontakt des Unterbrechungsschaltglieds, Sensoreinheit, sofern der Zustand des Stromkreistrenners nur rückgemeldet werden soll, oder Kurzschlusselektrode.Third connection contact of the interrupting contact element, sensor unit if the status of the circuit breaker is only to be reported back, or short-circuiting electrode.
Claims (14)
- An electrical interruption switch (1), in particular for interrupting high currents at high voltages,(a) comprising a casing (3) that encloses a contact unit (5) defining the current path through the interruption switch (1), and(b) comprising a pyrotechnic material (35) that comprises a gas-generating and/or shock-wave-generating, activatable material,(c) the contact unit having a first and a second connection contact (11, 13) and a separation region (27),(d) the pyrotechnic material (35) and the contact unit (5) being designed such that a current to be interrupted can be supplied to said unit via the first connection contact (11) and can be discharged therefrom via the second connection contact (13), or vice versa, and such that, when the pyrotechnic material (35) is ignited, the separation region (27) is exposed to a gas pressure and/or shock wave generated by the activatable material, such that the separation region (27) is torn open, caved in or separated,
characterized in that(e) the separation region (27) is designed such that it at least partially surrounds a chamber (61), which is a combustion chamber, and the separation region (27) separates the one chamber (61) from a further chamber (63), which surrounds the separation region, at least one of the chambers (61, 63) in the interruption switch (1), which chamber is at least partially delimited by the separation region (27), being substantially completely filled with a filler material (45) such that the separation region (27) is in contact with the filler material (45). - The electrical interruption switch (1) according to claim 1,
characterized in that the further chamber (63) annularly surrounds the separation region (27). - The electrical interruption switch (1) according to either claim 1 or claim 2, characterized in that in the separation of the separation region (27), the one chamber (61) is connected to the further chamber (63).
- The electrical interruption switch (1) according to any of claims 1 to 3, characterized in that both the one chamber (61) and the further chamber (63) are substantially completely filled with the filler material (45).
- The electrical interruption switch (1) according to any of claims 1 to 4, characterized in that the contact unit (5) has a compression region (23).
- The electrical interruption switch (1) according to claim 5,
characterized in that the compression region (23) is designed such that it surrounds a yet further chamber (63). - The electrical interruption switch (1) according to any of claims 1 to 6, characterized in that the separation region (27) is hollow-cylindrical and is preferably annular in cross section.
- The electrical interruption switch (1) according to any of claims 5 to 7, characterized in that the compression region (23) is hollow-cylindrical and is preferably annular in cross section.
- The electrical interruption switch (1) according to any of claims 5 to 8, characterized in that it has a sabot (25b) which, when the pyrotechnic material (35) is ignited, is exposed to a gas pressure and/or shock wave generated by the activatable material in such a way that the sabot (25b) is moved in the casing (3) in a movement direction from a starting position into an end position and in the process the compression region (23) is plastically deformed, the separation region (27) being completely separated, and in the end position of the sabot (25b) an insulation distance being achieved between separated ends of the separation region (27).
- The electrical interruption switch (1) according to any of claims 1 to 9, characterized in that the contact unit (5) has a first connection contact region with the first connection contact (11) and a second connection contact region with the second connection contact (13), which regions are arranged on opposite sides of the separation region (27).
- The electrical interruption switch (1) according to claim 10, characterized in that the first connection contact region is arranged adjacent to the compression region (23) in the longitudinal axis and the second connection contact region is arranged adjacent to the separation region (27) in the longitudinal axis.
- The electrical interruption switch (1) according to claim 11, characterized in that the first connection contact region is hollow-cylindrical and is preferably annular in cross section.
- The electrical interruption switch (1) according to any of claims 9 to 12, characterized in that a third connection contact (81) or a sensor is present which, when the sabot (25b) is moved in the direction of the end position, is mechanically and/or electrically actuated and thus serves as a means for detecting completed tripping of the interruption switch (1).
- The electrical interruption switch (1) according to claim 13, characterized in that the third connection contact (81) is designed as a wire, rod or spring, preferably a copper or brass wire/rod or copper spring, which extends, in the inner space formed by the first connection contact region, in the longitudinal direction of the contact unit (5), and preferably extends from the outer region of the interruption switch (1) into the yet further chamber (65) surrounded by the compression region (23).
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Publications (2)
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EP3555900A1 EP3555900A1 (en) | 2019-10-23 |
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ID=57738508
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