EP3724905A1 - Vorrichtung zum unterbrechen eines elektrischen stromkreises - Google Patents

Vorrichtung zum unterbrechen eines elektrischen stromkreises

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Publication number
EP3724905A1
EP3724905A1 EP18839528.9A EP18839528A EP3724905A1 EP 3724905 A1 EP3724905 A1 EP 3724905A1 EP 18839528 A EP18839528 A EP 18839528A EP 3724905 A1 EP3724905 A1 EP 3724905A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pts
fuse
time
separation
current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18839528.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rastislav KONKOL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Industrial Devices Europe GmbH
Original Assignee
Panasonic Industrial Devices Europe GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Industrial Devices Europe GmbH filed Critical Panasonic Industrial Devices Europe GmbH
Publication of EP3724905A1 publication Critical patent/EP3724905A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H01H85/02—Details
    • H01H85/0241—Structural association of a fuse and another component or apparatus
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    • H01H85/18—Casing fillings, e.g. powder

Definitions

  • the invention relates to a device for interrupting an electrical circuit, in particular such a device that can safely separate in a current range up to 100 kA.
  • breaker device is electric vehicles and other battery applications. Particularly in the case of an accident of an electric vehicle, it may be necessary to disconnect a circuit quickly and safely.
  • the object of the invention is therefore to provide a device for interrupting an electrical circuit, which achieves separation even at high voltages or currents with high safety.
  • the object is achieved by a device according to claim 1. Further advantageous embodiments are subject of the dependent claims or described below.
  • the triggering of the pyrotechnic safety element preferably takes place on account of a current flowing in the circuit only if the current measured in the circuit has exceeded a certain value for a certain period of time (filtration time of the PTS). If the measured current exceeds a certain value, for example due to a lightning strike in an electric vehicle, but this excess does not last for a certain period of time, no triggering of the PTS would take place. This reduces the risk of triggering, although there is no situation in which circuit interruption is required or desired. Circuitically, such a delayed triggering can preferably be realized using an optical link.
  • the triggering of the PTS takes place only when, after the end of the filtration time of the PTS, a further specific period of time (delay time of the PTS) has elapsed. During this delay time, energy can still be stored in the fuse and destroyed.
  • the delay time is preferably 1 to 2 ms.
  • the sum of the filtration time of the PTS and the delay time of the PTS is referred to below as the tripping time of the PTS.
  • the filtration time of the PTS and / or the delay time of the PTS change automatically as a function of the outside temperature. Because the outside temperature can influence the time-current characteristic of the fuse. This change in fuse integrity due to a change in outside temperature can be compensated for by automatically changing the trip time of the PTS in the sense that the PTS trip occurs sooner or later. This ensures that the current does not exceed a certain value (for a longer time than the maximum tripping time).
  • triggering of the PTS can also be initiated independently of the measured current. This makes it possible for the circuit to be interrupted to be interrupted even at a time when no or only a small current flows in the circuit. A need may exist in electric vehicles, for example, when a collision of the vehicle is detected, which also leads to the deployment of an airbag.
  • the filtration time of the PTS is at least 500 ps.
  • the filtration time is in the range between 500 ps and 3 ms.
  • Tripping time of the PTS is preferably in the range between 500 ps and 30 ms.
  • the tripping time is selected so that the critical energy contribution from the weakest element in the system is not exceeded at any operating point.
  • the fuse is chosen so that it can safely separate in a current range up to at least 100 kA in the temperature range from -40 ° C to 125 ° C.
  • the fuse is chosen so that it can safely separate in a current range starting from 4 kA within the tripping time of the PTS in a temperature range of -40 ° C to 125 ° C.
  • the PTS is selected so that it can separate in a current range from 0 to at least the minimum current of the fuse, wherein the minimum current of the fuse is the weakest current at which the fuse still separates within the tripping time.
  • the PTS comprises an explosive charge located in a body.
  • the PTS can be activated by an electric detonator.
  • the PTS has a separation claw in the chamber which, after the separation process, divides the chamber into two separate and isolated spaces.
  • the separation claw is solid, so that it withstands a plasma attack for the required time.
  • the separation claw preferably consists of insulating material.
  • the separation claw forms part of a closed wall of insulating material.
  • the separation claw is immersed with extinguishing substance, such as, for example, extinguishing sand, and / or is coated with a extinguishing substance after separation from above.
  • the PTS comprises a hollow cylinder in which a piston is located, below which there is a separation claw. The separation claw is to cut through the conductor to be separated, which is located below it.
  • a quenching substance such as quenching sand
  • the residual pressure of the explosion of the explosive is used to accelerate the movement of the quenching substance into the separation chamber.
  • the conductor to be separated is a counterpart to the separation claw whose shape is complementary to that of the separation claw.
  • the PTS has a permanent magnet and a magnetic field concentrator, which is arranged parallel to the conductor to be separated. This may cause plasma bursts that may be generated after separation to be deleted.
  • two opposite side walls of the PTS are formed by plates consisting essentially of iron.
  • two opposite side walls of the PTS are formed by plates which are biased so that plasma sparks, which may arise in the PTS after separation, can be erased by means of the magnetic field generated by them.
  • a side wall of the PTS is connected to one end of a conductor that is part of the circuit.
  • the fuse comprises at least one fuse element.
  • the fusible conductor is preferably a metal strip comprising copper and silver.
  • the fuse comprises two substantially plate-shaped lid. At least one of the two plate-shaped covers preferably consists of iron. Preferably, a plate-shaped lid of the fuse is connected to one end of a conductor which is part of the circuit.
  • one of the plate-shaped lids of the fusible link is at the same time one of the two pre-magnetized plates of the PTS.
  • the fuse and the PTS are made tight. It is particularly advantageous if the fuse and the PTS have a common jacket. It is advantageous if the PTS can withstand high pressures. A pressure relief valve can be realized by weakening the jacket.
  • PTS and fuse allows for a much smaller PTS design compared to fuses made exclusively of a PTS.
  • the combination also makes it possible to minimize the losses that are typically caused by a fuse.
  • the fuse and the PTS are integrated in one component.
  • the size, ie the required volume, of the device can be considerably reduced.
  • the unwanted inductance can be reduced.
  • the integration takes place in a component in such a way that the integrated component can be cooled by a single cooling system. This simplifies temperature management.
  • the device according to the invention enables safe separation in a voltage range up to at least 1000 V.
  • Fig. 1 an interruption device according to the invention
  • Fig. 5 a preferred embodiment of a separation claw
  • Fig. 6 a circuit comprising a breaker device according to the invention.
  • Figure 1 shows an interruption device according to the invention in a vertical cross section and in plan view before the triggering of the pyrotechnic Sich mecanicsele- element (PTS).
  • the interruption device is essentially cuboid.
  • the cuboid has in particular two end faces 1, 2 and a bottom surface 3. In the plane of the bottom surface 3 extends from each end face to the outside in each case a rectangular metal plate 4 and 5 respectively.
  • the interruption device comprises a fuse and a pyrotechnic fuse element (PTS).
  • the one end wall 2 of the interruption device is formed by a side wall of the PTS.
  • the other end wall 1 is formed by a side wall of the fuse. Both end walls 1, 2 are in each case connectable to one end of a conductor, for example of copper, which is part of the electric circuit.
  • a side wall 6 of the fuse is also a side wall of the PTS. In this common side wall 6 is a plate-shaped lid made of iron.
  • the side walls of the interruption device, which are not end walls 1, 2, comprise an insulating jacket 7 with suitable thermal properties.
  • the strip-shaped fuse elements 8a, 8b, 8c lie partially in planes that are perpendicular to each other.
  • the fusible conductors 8a, 8b, 8c have portions of copper and portions of silver.
  • the sections of the fusible links made of silver have holes.
  • the PTS comprises a body 9 containing an explosive charge.
  • the PTS can be activated by an electric igniter whose contacts 10 are located on the upper side of the interruption device.
  • the PTS comprises a hollow cylinder 1 1, in which a piston 12 is located. Below the piston there is a separation claw 13. When the explosive charge explodes, the piston 12 and thus also the separation claw 13 are pressed downwards.
  • FIG. 7 shows the interruption device after the PTS has been triggered.
  • the PTS has a permanent magnet 18 and a magnetic field concentrator 19 made of cold-rolled iron sheets or soft iron wires, which is arranged parallel to the conductor 20, which is to be severed. This is to be able to delete plasma bursts that may occur in the PTS after separation.
  • the counterpart 21 is to the separation claw 13 whose shape is complementary to that of the separation claw.
  • the counterpart 21 is also made of insulating material.
  • the counterpart has the shape of a dome on the top of a cylinder 22 is seated, the horizontal end face is disposed below the conductor 20.
  • the separation claw 13 When the separation claw 13 is pushed down when the PTS is triggered, it cuts the conductor 20 in two places.
  • the thus-cut piece of the conductor 20 is fixed by being pinched between the cylinder 22 at the tip of the counterpart and the separation claw, and deformed by the shape of the counterpart 21 and the separation claw 13, respectively, so that the isola - tion distance is maximum.
  • Figure 2 shows the interruption device according to the invention according to Figure 1 in a side view and horizontally cut from above.
  • FIG. 3 shows an interruption device according to the invention in a semitransparent representation.
  • FIGS. 4 and 5 show preferred embodiments of the separation claw 13.
  • FIG. 6 shows a circuit comprising an interruption device according to the invention.
  • the PTS 23 and the fuse 24 are connected in series.
  • the triggering of the PTS 23 due to a current flowing in the circuit takes place only if the current measured in the circuit has exceeded a certain value for a certain period of time (filtration time of the PTS).
  • the triggering takes place only if in addition a certain additional period of time (delay time of the PTS) has passed.
  • the triggering can also be initiated independently of the measured current.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Fuses (AREA)

Abstract

Bei der Erfindung handelt es sich um eine Vorrichtung zum Unterbrechen eines elektrischen Stromkreises, insbesondere eine solche Vorrichtung, die in einem Strombereich bis 100 kA sicher trennen kann. Die Vorrichtung umfasst ein pyrotechnisches Sicherungselement (PTS) und eine Schmelzsicherung, wobei das PTS und die Schmelzsicherung in Serie geschaltet sind und wobei das PTS aktiv ausgelöst werden kann. Vorzugsweise erfolgt die Auslösung des PTS aufgrund eines im Stromkreis fließenden Stroms nur dann, wenn der in dem Stromkreis gemessene Strom für eine bestimmte Zeitdauer (Filtrierungszeit des PTS) einen bestimmten Wert überschritten hat.

Description

Vorrichtung zum Unterbrechen eines elektrischen Stromkreises
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Unterbrechen eines elektrischen Stromkreises, insbesondere eine solche Vorrichtung, die in einem Strombereich bis 100 kA sicher trennen kann.
Ein mögliches Einsatzgebiet für eine solche Vorrichtung (Unterbrechungsvorrichtung) sind Elektrofahrzeuge und andere Batterieanwendungen. Insbesondere im Fall eines Unfalls eines Elektrofahrzeugs kann es erforderlich sein, einen Stromkreis schnell und sicher zu trennen.
Es sind pyrotechnische Sicherungen bekannt, die zur Auslösung aktiv angesteuert werden. Auch der Einsatz von pyrotechnischen Sicherungen in Elektrofahrzeugen ist bereits vorgeschlagen worden. Allerdings hat sich gezeigt, dass keine der bekannten pyrotechnischen Sicherungen im gesamten Bereich der in der Elektromobilität mög- licherweise auftretenden Spannungen bzw. Ströme mit ausreichender Sicherheit tren- nen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zum Unterbrechen eines elektri- schen Stromkreises zur Verfügung zu stellen, die eine Trennung auch bei hohen Span- nungen bzw. Strömen mit hoher Sicherheit erreicht. Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 . Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche oder nachfolgend beschrieben.
Vorzugsweise erfolgt die Auslösung des pyrotechnischen Sicherungselements (PTS) aufgrund eines im Stromkreis fließenden Stroms nur dann, wenn der in dem Strom- kreis gemessene Strom für eine bestimmte Zeitdauer (Filtrierungszeit des PTS) einen bestimmten Wert überschritten hat. Überschreitet der gemessene Strom, beispiels- weise aufgrund eines Einschlags eines Blitzes in ein Elektrofahrzeug einen bestimm- ten Wert, dauert diese Überschreitung aber nicht die bestimmte Zeitdauer an, würde keine Auslösung des PTS erfolgen. Dadurch wird das Risiko verringert, dass die Aus- lösung erfolgt, obwohl keine Situation besteht, in der eine Unterbrechung des Strom - kreises erforderlich oder gewollt ist. Schaltungstechnisch kann eine solche verzögerte Auslösung vorzugsweise unter Ein- satz einer Optostrecke realisiert werden.
Besonders vorteilthaft ist es, wenn die Auslösung des PTS erst dann erfolgt, wenn nach dem Ende der Filtrierungszeit des PTS noch eine weitere bestimmte Zeitdauer (Verzögerungszeit des PTS) vergangen ist. Während dieser Verzögerungszeit kann noch Energie in die Schmelzsicherung eingelagert und vernichtet werden. Vorzugs- weise beträgt die Verzögerungszeit 1 bis 2 ms.
Die Summe von Filtrierungzeit des PTS und Verzögerungszeit des PTS wird im Fol- genden als Auslösezeit des PTS bezeichnet.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Filtrierungszeit des PTS und/oder die Verzöge- rungszeit des PTS sich automatisch in Abhängigkeit von der Außentemperatur verän- dern. Denn die Außentemperatur kann Einfluss auf die Zeit-Strom-Kennlinie der Schmelzsicherung haben. Diese Veränderung der Eigenschaften der Schmelzsiche- rung aufgrund einer Veränderung der Außentemperatur kann durch eine automatische Veränderung der Auslösezeit des PTS in dem Sinne kompensiert werden, dass die Auslösung des PTS entsprechend früher oder später erfolgt. So kann sichergestellt werden, dass der Strom einen bestimmten Wert auf keinen Fall überschreitet (für eine längere Zeit als die maximale Auslösezeit).
Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Auslösung des PTS auch unabhängig von dem gemessenen Strom initiiert werden kann. Dies ermöglicht es, dass der zu unterbre- chende Stromkreis auch in einem Zeitpunkt unterbrochen werden kann, in dem kein oder nur ein geringer Strom in dem Stromkreis fließt. Ein Bedürfnis kann bei Elektro- fahrzeugen beispielsweise dann bestehen, wenn eine Kollision des Fahrzeugs detek- tiert wird, die auch zur Auslösung eines Airbags führt.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Filtrierungszeit des PTS min- destens 500 ps beträgt. Besonders vorteilhafter Weise liegt die Filtrierungszeit im Be- reich zwischen 500 ps und 3 ms. Auslösezeit des PTS liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 500 ps und 30 ms. Vorzugsweise wird die Auslösezeit so gewählt, dass in keinem Arbeitspunkt der kritische Energiebeitrag vom schwächsten Element im Sys- tem überschritten wird.
Vorteilhaft ist es, wenn die Schmelzsicherung so gewählt ist, dass sie in einem Strom - bereich bis mindestens 100 kA im Temperaturbereich von -40 °C bis 125 °C sicher trennen kann.
Vorteilhaft ist es, wenn die Schmelzsicherung so gewählt ist, dass sie in einem Strom - bereich beginnend ab 4 kA sicher trennen kann innerhalb der Auslösezeit des PTS in einem Temperaturbereich von -40 °C bis 125 °C.
Vorteilhafterweise ist das PTS so gewählt, dass es in einem Strombereich von 0 bis mindestens zum Mindeststrom der Schmelzsicherung trennen kann, wobei der Min- deststrom der Schmelzsicherung der schwächste Strom ist, bei dem die Schmelzsi- cherung noch innerhalb der Auslösezeit trennt.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das PTS eine Sprengladung, die sich in einem Körper befindet.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das PTS durch einen elektrischen Zünder aktivierbar.
Vorzugsweise weist das PTS in der Kammer eine Trennungskralle auf, die nach dem Trennungsvorgang die Kammer in zwei getrennte und isolierte Räume aufteilt. Vor- zugsweise ist die Trennungkralle massiv ausgebildet, so dass sie einem Plasmabrand für die erforderliche Zeit standhält. Vorzugsweise besteht die Trennungskralle aus iso- lierendem Material. Vorzugsweise bildet die Trennungkralle nach der Durchtrennung des Leiters in ihrer Endposition einen Teil einer geschlossenden Wand aus isolieren- dem Material. Vorzugsweise wird die Trennungskralle nach der Trennung in eine Kam- mer mit Löschsubstanz wie beispielsweise Löschsand eingetaucht und/oder sie wird nach der Trennung von oben mit einer Löschsubstanz überschüttet. In einer anderen besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das PTS einen hohlen Zylinder, in dem sich ein Kolben befindet, unterhalb dessen sich eine Tren- nungskralle befindet. Die Trennungskralle soll den zu trennenden Leiter, der unterhalb von ihr angeordnet ist, durchtrennen.
Vorzugsweise befindet sich in einer Kammer außerhalb des Zylinders ein Vorrat einer Löschsubstanz wie Löschsand, die sich nach Auslösung des PTS in eine Trennkam- mer bewegen kann, in der sich dieTrennkralle nach Durchtrennung des Leiters oder die sich oberhalb der Trennkralle befindetbefindet. Vorzugsweise wird der Restdruck der Explosion des Explosivstoffs dazu genutzt, um die Bewegung des Löschsubstanz in die Trennkammer zu beschleunigen.
Vorzugsweise befindet sich unterhalb des zu trennenden Leiters ein Gegenstück zu der Trennungskralle, dessen Form zu der der Trennungkralle komplementär ist.
Vorzugsweise weist das PTS einen Permanentmagneten sowie einen Magnetfeld kon- zentrator, der parallel zu dem zu trennenden Leiter angeordnet ist. Dadurch können Plasmafunken, die möglicherweise nach der Trennung entstehen gelöscht werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden zwei gegenüberliegende Seitenwände des PTS durch Platten gebildet, die im Wesentlichen aus Eisen bestehen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform werden zwei gegenüberliegende Seitenwände des PTS durch Platten gebildet, die vormagnetisiert sind, so dass Plasmafunken, die nach der Trennung möglicherweise in der PTS entstehen, mit Hilfe des von ihnen er zeugten Magnefelds gelöscht werden können.
Vorzugsweise ist eine Seitenwand des PTS mit einem Ende eines Leiters, der Teil des Stromkreises ist, verbunden sind.
Vorzugsweise werden in der Schmelzsicherung nach einer Trennung möglicherweise entstehende Plasmafunken mit Hilfe eines in der Schmelzsicherung enthaltenen Löschsands gelöscht. Vorzugsweise umfasst die Schmelzsicherung mindestens einen Schmelzleiter. Dabei ist der Schmelzleiter vorzugsweise ein Metallstreifen, der Kupfer und Silber umfasst.
Vorzugsweise umfasst die Schmelzsicherung zwei im Wesentlichen plattenförmige Deckel. Dabei besteht mindestens einer der beiden plattenförmigen Deckel vorzugs- weise aus Eisen. Vorzugsweise ist ein plattenförmiger Deckel der Schmelzsicherung mit einem Ende eines Leiters, der Teil des Stromkreises ist, verbunden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn einer der plattenförmige Deckel der Schmelzsiche- rung zugleich eine der beiden vormagnetisierten Platten des PTS ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schmelzsicherung und das PTS von einem ge- meinsamen Isolationsmantel umgeben sind.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schmelzsicherung und das PTS dicht ausgeführt sind. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schmelzsicherung und das PTS einen ge- meinsamen Mantel haben. Vorteilhaft ist es, wenn das PTS hohen Drücken standhal- ten kann. Ein Überdruckventil kann durch Schwächung des Mantels realisiert werden.
Durch die Kombination von PTS und Schmelzsicherung wird eine deutlich kleinere Konstruktion des PTS im Vergleich zu Sicherungen, die ausschließlich aus einem PTS bestehen, ermöglicht. Darüber hinaus ermöglicht die Kombination auch, die Verluste, die typischerweise durch eine Schmelzsicherung verursacht werden, gering zu halten.
Vorzugsweise sind die Schmelzsicherung und das PTS in einem Bauteil integriert. Dadurch kann die Größe, d.h. das benötigte Volumen, der Vorrichtung erheblich ver- ringert werden. Auch kann die unerwünschte Induktivität verringert werden. Vorzugs- weise erfolgt die Integration in einem Bauteil in der Weise, dass das integrierte Bauteil durch eine einzige Kühlanlage gekühlt werden kann. Dadurch wird das Temperaturma- nagement vereinfacht. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht eine sichere Trennung in einem Span- nungsbereich bis mindestens 1000 V.
Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 : eine erfindungsgemäße Unterbrechungsvorrichtung
Fig. 2: eine erfindungsgemäße Unterbrechungsvorrichtung
Fig. 3: eine erfindungsgemäße Unterbrechungsvorrichtung
Fig. 4: eine bevorzugte Ausführungsform einer Trennungskralle
Fig. 5: eine bevorzugte Ausführungsform einer Trennungskralle
Fig. 6: eine Schaltung, die eine erfindungsgemäße Unterbrechungsvorrichtung umfasst.
Fig. 7: eine erfindungsgemäße Unterbrechungsvorrichtung nach Auslösung des
PTS
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Unterbrechungsvorrichtung in einem vertikalen Querschnitt und in Draufsicht vor der Auslösung des pyrotechnischen Sicherungsele- ments (PTS). Die Unterbrechungsvorrichtung ist im Wesentlichen quaderförmig. Der Quader weist insbesondere zwei Stirnflächen 1 , 2 und eine Bodenfläche 3 auf. In der Ebene der Bodenfläche 3 erstreckt sich von jeder Stirnfläche nach außen jeweils eine rechteckige Metallplatte 4 bzw. 5.
Die Unterbrechungsvorrichtung umfasst eine Schmelzsicherung und ein pyrotechni- sches Sicherungselement (PTS). Die eine Stirnwand 2 der Unterbrechungsvorrichtung wird durch eine Seitenwand des PTS gebildet. Die andere Stirnwand 1 wird durch eine Seitenwand der Schmelzsicherung gebildet. Beide Stirnwände 1 ,2 sind jeweils mit ei- nem Ende eines Leiters, beispielsweise aus Kupfer, der Teil des Stromkreises ist, ver- bindbar. Eine Seitenwand 6 der Schmelzsicherung ist zugleich eine Seitenwand des PTS. Bei dieser gemeinsamen Seitenwand 6 handelt es sich um einen plattenförmigen Deckel aus Eisen. Die Seitenwände der Unterbrechungsvorrichtung, bei denen es sich nicht um Stirn wände 1 ,2 handelt, umfassen einen Isolationsmantel 7 mit geeigneten thermischen Eigenschaften.
Zwischen der gemeinsamen Seitenwand 6 von der Schmelzsicherung und dem PTS und der gegenüberliegenden Seitenwand 1 der Schmelzsicherung befinden sich meh- rere streifenförmige Schmelzleiter 8a, 8b, 8c. Die streifenförmigen Schmelzleiter 8a, 8b, 8c liegen teilweise in Ebenen, die senkrecht zueinander stehen. Die Schmelzleiter 8a, 8b, 8c weisen Abschnitte aus Kupfer und Abschnitte aus Silber auf. Die Abschnitte der Schmelzleiter, die aus Silber bestehen, weisen Löcher auf.
Das PTS umfasst einen Körper 9, in dem sich eine Sprengladung befindet. Das PTS ist durch einen elektrischen Zünder aktivierbar, dessen Kontakte 10 sich an der Ober- seite der Unterbrechungsvorrichtung befinden.
Das PTS umfasst einen hohlen Zylinder 1 1 , in dem sich ein Kolben 12 befindet. Unter- halb des Kolbens befindet sich eine Trennungskralle 13. Bei Explosion der Sprengla- dung wird der Kolben 12 und damit auch die Trennungskralle 13 nach unten gedrückt.
In einer Kammer 14 außerhalb des Zylinders 1 1 befindet sich ein Vorrat an Löschsand (in der Zeichnung nicht gezeigt). Solange das PTS nicht ausgelöst ist, verschließt die Trennungskralle 13 mit ihren Außenflächen eine Öffnung in der Löschsand-Vorrats- kammer 14. Figur 7 zeigt die Unterbrechungsvorrichtung nach Auslösung des PTS. Wenn der Kolben 12 und die Trennungskralle 13 nach Auslösung des PTS nach unten gedrückt werden und ihre Endposition erreichen, wird dadurch die Löschsand-Vorrats- kammer 14 zur Trennkammer 15 hin geöffnet. Der Löschsand bewegt sich dann in die Trennkammer 15. Durch das Herunterdrücken von Kolben 12 und Trennungskralle 13 werden darüber hinaus Löcher 16 geöffnet, durch die Druck durch einen Druckumleit- kanal 17 in die Löschsand-Vorratskammer 14 entweichen kann, wodurch der Lösch- sand, der von oben abgedichtet ist, von der Löschsand-Vorratskammer 14 in die Trennkammer 15 gedrückt wird. Der Restdruck der Explosion wird also genutzt, um die Bewegung der Löschsubstanz, die einen möglicherweise entstehenden Plas- mabrand ersticken soll, in die Trennkammer 15 zu bewirken bzw. zu beschleunigen. Das PTS weist einen Permanentmagneten 18 sowie einen Magnetfeld-Konzentrator 19 aus kalt gewälzten Eisenblechen oder Weicheisendrähten auf, der parallel zum Lei- ter 20, der durchtrennt werden soll, angeordnet ist. Dadurch sollen Plasmafunken, die nach der Trennung möglicherweise in dem PTS entstehen, gelöscht werden können.
Unterhalb des von der T rennungskralle 13 zu durchtrennenden Leiters 20 befindet sich das Gegenstück 21 zu derTrennungskralle 13, dessen Form zu der der Trennungkralle komplementär ist. Das Gegenstück 21 ist ebenfalls aus isolierendem Material. Das Gegenstück hat die Form einer Kuppe auf deren Spitze ein Zylinder 22 sitzt, dessen horizontale Stirnfläche unterhalb des Leiters 20 angeordnet ist.
Wenn die Trennungskralle 13 bei Auslösung des PTS nach unten gedrückt wird, durch- trennt sie den Leiter 20 an zwei Stellen. Das auf diese Weise ausgeschnittene Stück des Leiters 20 wird durch dadurch, dass es zwischen dem Zylinder 22 an der Spitze des Gegenstücks und der Trennungskralle eingeklemmt wird, fixiert, und durch die Form des Gegenstücks 21 bzw. der Trennungskralle 13 deformiert, so dass die Isola- tionsstrecke maximal wird.
Figur 2 zeigt die erfindungsgemäße Unterbrechungsvorrichtung gemäß Figur 1 in einer Seitenansicht und horizontal aufgeschnitten von oben.
Figur 3 zeigt eine erfindungsgemäße Unterbrechungsvorrichtung in halbtransparenter Darstellung.
Die Figuren 4 und 5 zeigen bevorzugte Ausführungsformen der Trennungskralle 13.
Figur 6 zeigt eine Schaltung, die eine erfindungsgemäß Unterbrechungsvorrichtung umfasst. Das PTS 23 und die Schmelzsicherung 24 sind in Serie geschaltet. Die Aus- lösung des PTS 23 aufgrund eines im Stromkreis fließenden Stroms erfolgt nur dann, wenn der in dem Stromkreis gemessene Strom für eine bestimmte Zeitdauer (Filtrie rungszeit des PTS) einen bestimmten Wert überschritten hat. Die Auslösung erfolgt erst dann wenn zusätzlich noch eine bestimmte weitere Zeitdauer (Verzögerungszeit des PTS) vergangen ist. Die Auslösung kann über jedoch auch unabhängig von dem gemessenen Strom initiiert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Unterbrechen eines elektrischen Stromkreises umfassend ein pyrotechnisches Sicherungselement (PTS) und eine Schmelzsicherung, wobei das PTS und die Schmelzsicherung in Serie geschaltet sind und wo bei das PTS aktiv ausgelöst werden kann.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Auslösung des PTS aufgrund eines im Stromkreis fließenden Stroms nur dann erfolgt, wenn der in dem Stromkreis gemessene Strom für eine bestimmte Zeitdauer (Filtrierungszeit des PTS) einen bestimmten Wert überschritten hat.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslösung des PTS erst dann erfolgt, wenn nach dem Ende der Filtrierungszeit noch eine weitere bestimmte Zeitdauer (Verzögerungszeit des PTS) vergangen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Filt rierungszeit des PTS und/oder die Verzögerungszeit des PTS sich automa- tisch in Abhängigkeit von der Außentemperatur verändern.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auslösung des PTS auch unabhängig von dem gemessenen Strom initiiert werden kann.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtrierungszeit des PTS mindestens 500 ps beträgt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtrierungszeit des PTS im Bereich zwischen 500 ps und 3 ms liegt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Summe aus der Filtrierungszeit des PTS und der Verzögerungszeit des PTS (Auslösezeit des PTS) im Bereich zwischen 0,5 ms und 30 ms liegt.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzsicherung in einem Strombereich bis mindestens 100 kA sicher trennen kann im Temperaturebereich von -40 °C bis 125 °C innerhalb der Auslösezeit des PTS.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzsicherung in einem Strombereich beginnend ab 4 kA sicher trennen kann innerhalb der Auslösezeit des PTS in einem Temperaturbe- reich von -40 °C bis 125 °C.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das PTS in einem Strombereich von 0 bis mindestens zum Mindest- strom der Schmelzsicherung trennen kann, wobei der Mindeststrom der Schmelzsicherung der schwächste Strom ist, bei dem die Schmelzsicherung noch innerhalb der Auslösezeit des PTS trennt.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass das PTS eine Sprengladung umfasst, die sich in einem Kör- per.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass das PTS durch einen elektrischen Zünder aktivierbar ist.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass das PTS einen hohlen Zylinder umfasst, in dem sich ein Kol- ben befindet, unterhalb dessen sich eine Trennungskralle befindet, unter- halb derer sich der Leiter, der durchtrennt werden soll, befindet..
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Tren- nungkralle massiv ausgebildet ist, so dass sie einem Plasmabrand für die erforderliche Zeit standhält.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeich- net, dasssich in einer Kammer außerhalb des Zylinders ein Vorrat einer Löschsubstanz befindet, die sich nach Auslösung des PTS in eine Trenn- kammer bewegen kann.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Rest- druck der Explosion der Sprengladung dazu genutzt wird, um die Bewegung der Löschsubstanz in die Trennkammer zu beschleunigen.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sich unterhalb des von der Trennungkralle zu trennenden Leiters ein Gegenstück befindet zu der Trennungskralle befindet, dessen Form zu der der Trennungskralle komplementär ist.
19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass das PTS einen Permanentmagneten sowie einen Magnet- feldkonzentrator aufweist, der parallel zu dem Leiter, der durchtrennt werden soll, angeordnet ist.
20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass zwei gegenüberliegende Seitenwände des PTS durch Platten gebildet werden, die im Wesentlichen aus Eisen bestehen.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Platten vormagnetisiert sind, so dass Plasmafunken, die nach der Trennung möglicherweise in der PTS entstehen, mit Hilfe des von ihnen erzeugten Magnefelds gelöscht werden können.
22. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass das PTS eine Trennungskralle aufweist, die nach Auslösung des PTS den zu trennenden Leiter durchtrennt und die nach der Trennung in eine Kammer mit Löschsubstanz eingetaucht wird.
23. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass eine Seitenwand des PTS mit einem Ende eines Leiters, der Teil des Stromkreises ist, verbunden sind.
24. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass in der Schmelzsicherung nach einer Trennung möglicher- weise entstehende Plasmafunken mit Hilfe eines in der Schmelzsicherung enthaltenen Löschsands gelöscht werden.
25. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Schmelzsicherung mindestens einen Schmelzleiter um fasst.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelz- leiter ein Metallstreifen ist, der Kupfer und Silber umfasst.
27. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Schmelzsicherung zwei im Wesentlichen plattenförmige Deckel umfasst.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der beiden plattenförmigen Deckel aus Eisen besteht.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 und 28, dadurch gekennzeichnet, dass ein plattenförmiger Deckel der Schmelzsicherung mit einem Ende ei- nes Leiters, der Teil des Stromkreises ist, verbunden ist.
30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass einer der plattenförmige Deckel der Schmelzsicherung zugleich eine der beiden vormagnetisierten Platten des PTS ist.
31. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Schmelzsicherung und das PTS von einem gemeinsamen Isolationsmantel umgeben sind.
32. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Schmelzsicherung und das PTS in einem Bauteil inte- griert sind.
33. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass das inte- grierte Bauteil durch eine Kühlanlage gekühlt werden kann.
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