EP4789232A1 - Sicherungsvorrichtung für hochvoltanwendungen - Google Patents

Abstract

Es sind Sicherungsvorrichtungen für Hochvoltanwendungen mit einem Gehäuse (10), einer Aktuierungskammer (12) und einer Löschkammer (14), die im Gehäuse (10) ausgebildet sind, einer Stromschiene (16), die sich durch das Gehäuse (10) und zwischen der Aktuierungskammer (12) und der Löschkammer (14) erstreckt, einem aus der Aktuierungskammer (12) gegen die Stromschiene (16) mittels eines Aktors (32) verschiebbaren Trennkörper (34), durch den ein Stromschienenabschnitt (42) zur Durchtrennung der Stromschiene (16) an einer ersten Sollbruchstelle (74) in die Löschkammer (14) verschiebbar ist, und einem Führungselement (48), das in die Löschkammer (14) ragt und zwei gegenüberliegende Seitenwände (52, 54) aufweist, die sich bis zu einer die Löschkammer (14) in Bewegungsrichtung des Trennkörpers (34) begrenzenden Auflagefläche (102) erstrecken, und die sich in Bewegungsrichtung des Trennkörpers (34) betrachtet gegenüberliegend zzuu Längsseitenflächen (55) des abzutrennenden Stromschienenabschnitts (42) erstrecken, bekannt. Um eine schnellere Lichtbogenlöschung durch Abquetschen des Lichtbogens und Spaltfreiheit im ausgelösten Zustand zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass an den beiden Seitenwänden (52, 54) sich in Bewegungsrichtung des Trennkörpers (34) erstreckende Stege (111) ausgebildet sind, die sich über die Länge der Seitenwände (52, 54) zumindest bis zu der die Löschkammer (14) in Bewegungsrichtung des Trennkörpers (34) begrenzenden Auflagefläche (102) erstrecken und gegen die der Trennkörper (34) bei seiner Bewegung in die Löschkammer (14) anliegt.

Description

B E S C H R E I B U N G

Sicherungsvorrichtung für Hochvoltanwendungen

Die Erfindung betrifft eine Sicherungsvorrichtung für Hochvoltanwendungen Sicherungsvorrichtung für Hochvoltanwendungen mit einem Gehäuse, einer Aktuierungskammer und einer Löschkammer, die im Gehäuse ausgebildet sind, einer Stromschiene, die sich durch das Gehäuse und zwischen der Aktuierungskammer und der Löschkammer erstreckt, einem aus der Aktuierungskammer gegen die Stromschiene mittels eines Aktors verschiebbaren Trennkörper, durch den ein Stromschienenabschnitt zur Durchtrennung der Stromschiene an einer ersten Sollbruchstelle in die Löschkammer verschiebbar ist, und einem Führungselement, das in die Löschkammer ragt und zumindest zwei gegenüberliegende Seitenwände aufweist, die sich bis zu einer die Löschkammer in Bewegungsrichtung des Trennkörpers begrenzenden Auflagefläche erstrecken.

Derartige Sicherungsvorrichtungen werden zumeist mit einem pyrotechnischen Anzünder als Aktor ausgebildet und dienen, insbesondere in Fahrzeugen mit Hochvoltanwendungen, wie Hybridfahrzeugen oder vollelektrisch betriebenen Fahrzeugen, dazu, die Stromleitung zwischen der Batterie und den Verbrauchern, insbesondere dem Antrieb des Fahrzeugs, im Fall eines Unfalls in wenigen tausendstel Sekunden zu trennen, um Kurzschlüsse zu vermeiden.

Aufgrund der hohen Spannungen ergeben sich bei der Trennung der Stromschienen jedoch Lichtbögen zwischen den freien Enden der Stromschiene, wodurch weiterhin ein Strom fließt, was mehrere Sekunden andauern kann und zu extrem hohen Kurzschlussströmen führen kann, die zu einem Stromschlag für die Fahrzeuginsassen oder das Rettungspersonal führen können, der lebensbedrohlich sein kann. Da diese Lichtbögen nicht vollständig vermeidbar sind, müssen Vorkehrungen getroffen werden, um diese möglichst schnell zu löschen. Des Weiteren muss der Trennkörper möglichst gut im Gehäuse geführt werden, um eine sicher Trennung zu gewährleisten.

So ist aus der WO 2021/240104 Al eine pyrotechnische Sicherungsvorrichtung bekannt, in deren Gehäuse ein Führungsabschnitt ausgebildet ist, in den der Trennkolben nach Auslösen des Anzünders bewegt wird, wobei dieser Führungsabschnitt eine umlaufende Wand aufweist, entlang derer der Trennkolben bewegt wird.

Des Weiteren wird in der US 11,081,303 B2 eine pyrotechnische Sicherungsvorrichtung beschrieben, bei der auf dem Boden der Löschkammer ein Gummiring angeordnet ist, über den die kinetische Energie des Trennkörpers in Verformungsenergie umgewandelt werden soll. Nach dem Auslösen liegt das abgetrennte Stromschienenstück zwischen dem Trennkörper und dem Gummiring, wobei der entstehende Lichtbogen sich beidseits des Kolbens im Gehäuse ausbreiten kann. Eine zuverlässige schnelle Löschung des Lichtbogens wird auf diese Weise nicht erreicht, weswegen im Gehäuse verschiedene Ausblaskanäle ausgebildet sind.

Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Sicherungsvorrichtung für Hochvoltanwendungen zu schaffen, durch die bei Auslösung der Sicherungsvorrichtung der Lichtbogen einerseits zur Beschleunigung der Löschung gestreckt wird und andererseits mechanisch zuverlässig getrennt wird, um sicherzustellen, dass eine möglichst schnelle vollständige Löschung des Lichtbogens erfolgt, um mögliche Kurzschlussströme, die zu einem Stromschlag führen können, zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird durch eine Sicherungsvorrichtung für Hochvoltanwendungen mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Sicherungsvorrichtung für Hochvoltanwendungen weist ein Gehäuse auf, in dem eine Aktuierungskammer und eine Löschkammer ausgebildet sind. Das Gehäuse kann insbesondere mehrteilig ausgebildet sein und beispielsweise zumindest ein zweites Gehäuseteil, welches die Löschkammer umgibt, und ein erstes Gehäuseteil, welches die Aktuierungskammer umgibt, aufweisen. Unter Aktuierungskammer ist ein Raum zu verstehen, in dem ein Aktor zumindest teilweise angeordnet ist. Hierbei kann es sich insbesondere um einen pyrotechnischen Anzünder handeln, bei dessen Auslösung ein Druck entsteht, durch den ein Trennkörper aus der Aktuierungskammer hinaus beschleunigt wird. Unter einer Löschkammer wird ein Raum verstanden, in den ein Stromschienenabschnitt verschoben wird, wodurch die Stromschiene in mindestens zwei Teile getrennt wird. Durch die vorhandenen hohen Spannungen entsteht zwischen den voneinander getrennten Stromschienenabschnitten in der Löschkammer ein Lichtbogen, auch Plasma genannt, der zu Verbrennungen führt. Um diese möglichst kurz zu halten, ist dieser Lichtbogen möglichst schnell zu löschen. Die Sicherungsvorrichtung weist des Weiteren eine Stromschiene auf, die sich durch das Gehäuse und zwischen der Aktuierungskammer und der Löschkammer erstreckt. Des Weiteren ist im nicht ausgelösten Zustand der Sicherungsvorrichtung in der Aktuierungskammer ein mittels des Aktors gegen die Stromschiene verschiebbarer Trennkörper angeordnet, der bei Auslösen des Aktors einen Stromschienenabschnitt zur Durchtrennung der Stromschiene an einer Sollbruchstelle trennt und in die Löschkammer verschiebt und somit auch selbst zumindest teilweise von der Aktuierungskammer in die Löschkammer verschoben wird.

Zusätzlich weist die Sicherungsvorrichtung ein Führungselement auf, das in die Löschkammer ragt und zumindest zwei gegenüberliegende Seitenwände aufweist, die sich bis zu einer die Löschkammer in Bewegungsrichtung des Trennkörpers begrenzenden Auflagefläche erstrecken. Diese Seitenwände weisen somit eine Erstreckungskomponente auf, die vom abzutrennenden Stromschienenabschnitt in die Löschkammer weist und eine Erstreckungskomponente auf, die parallel zu den Längsseitenflächen des abzutrennenden Stromschienenabschnitts verläuft. Dies bedeutet jedoch nicht, dass die Wände gerade ausgeführt sind. Stattdessen können die Wände beispielsweise auch zwei gegenüberliegende Teile eines Hohlzylinders bilden. Entscheidend ist, dass bei Projektion auf die Stromschiene von der Aktuierungskammer aus, diese Seitenwände neben dem abzutrennende Stromschienenabschnitt angeordnet sind und zumindest den Trennkörper umgeben. Anders ausgedrückt erstrecken sich die Seitenwände in Bewegungsrichtung des Trennkörpers betrachtet gegenüberliegend zu Längsseitenflächen des abzutrennenden Stromschienenabschnitts und zu Seitenflächen des Trennkörpers. Der Trennkörper wird bei seiner Bewegung durch diesen Führungsabschnitt und entlang der Seitenwände geführt, so dass ein Verkippen ausgeschlossen ist. Der Führungsabschnitt kann sich insbesondere von der Aktuierungskammer zumindest aus dem zur Stromschiene weisenden Bereich der Aktuierungskammer, die zumindest an ihren Längsseitenflächen umgebend bis an das Ende der Löschkammer erstrecken, so dass der Trennkörper über seinen gesamten Bewegungsabschnitt in dem Führungsabschnitt geführt wird. Auch kann sich der Führungsabschnitt erst ab der zur Löschkammer weisenden Seite des Stromschienenabschnitts erstrecken. Die beiden Seitenwände können auch als Zusammenhänge Wandfläche ausgeführt werden. Wichtig ist, dass diese Trennwände nicht parallel zur ersten Sollbruchstelle ausgebildet sind, sondern es sich um die Seitenwände handelt, die den Trennkörper entlang der Haupterstreckungsrichtung der Stromschiene führen. So sind in einer Draufsicht auf die Stromschiene aus der Aktuierungskammer die Seitenwände gegenüberliegend zu den freien Seitenfläche des Stromschiene ausgebildet. Gegenüberliegend bedeutet jedoch nicht, dass sie parallel hierzu angeordnet sein müssen. So können die Seitenwände auch eine Teilkreisform aufweisen oder zu den Längsseitenfläche in einem Winkel angestellt sein. Dies ist abhängig von der Form des Trennkörpers, um zu dessen Führung dienen zu können. Erfindungsgemäß sind an den beiden Seitenwänden sich in Bewegungsrichtung des Trennkörpers erstreckende Stege ausgebildet sind, die sich über die Länge der Seitenwände zumindest bis zu der die Löschkammer in Bewegungsrichtung des Trennkörpers begrenzenden Auflagefläche erstrecken und gegen die der Trennkörper bei seiner Bewegung in die Löschkammer anliegt. Diese Stege erstrecken sich somit von der Stromschiene bis zur Auflagefläche, so dass sie einen eventuell vorhandenen Spalt zwischen den Seitenwänden des Führungsabschnitts und dem Trennkörper zuverlässig abdichten, was zu einer vollständig spaltlosen Führung des Trennkörpers führt. Durch diese Stege wird somit ein zu der ersten Sollbruchstelle gerichteter Raum von einem Raum, in den der abzutrennende Stromschienenabschnitt gedreht wird, vollständig dicht getrennt, sobald der Trennkörper an der Auflagefläche anliegt. Hierdurch wird der Lichtbogen abgequetscht, da kein zusammenhängender Freiraum zwischen den beiden freien Enden des abgetrennten Stromschienenabschnitts und des feststehenden Stromschienenabschnitts mehr zur Verfügung steht. Ein weiterer Überschlag zwischen diesen beiden Enden wird somit vermieden, was während der Bewegung des Trennkörpers zu einer Verlängerung des Lichtbogens und bei Auflage des Trennkörpers zu einer schnellen Löschung des Lichtbogens führt.

Vorzugsweise sind die Stege nach dem Durchfahren des Bewegungsbereiches des Trennkörpers zumindest teilweise durch den Trennkörper abgeschert. Diese Abscherung erfolgt während der Bewegung, wenn die Stege aus einem gleich harten oder weniger harten Material hergestellt sind als der Trennkörper. Diese Spaltfreiheit wird so über den gesamten Bewegungsbereich und somit auch während der gesamten Bewegung des Trennkörpers sichergestellt, wobei unter Bewegungsbereich der Bereich zu verstehen ist, der vom Trennkörper innerhalb der Löschkammer durchfahren wird. Alternativ oder ergänzend ist der Trennkörper nach dem Durchfahren des Bewegungsbereiches des Trennkörpers zumindest teilweise durch die Stege eingeschnitten. Ein reines Einschneiden des Trennkörpers erfolgt während der Bewegung durch die Stege, wenn diese aus einem härteren Material hergestellt sind. Weisen die Stege und der Trennkörper eine ähnliche Härte auf, erfolgt ein teilweise Einschneiden des Trennkörpers und ein teilweises abscheren der Stege. In allen Fällen werden eine spaltlose Führung sowie ein vollständig dichtes Abtrennen der Räume, in dem die abgetrennten Enden des feststehenden Stromschienenabschnitts und des abgetrennten Stromschienenabschnitts angeordnet sind, sichergestellt.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Auflagefläche für den Trennkörper nach dem Durchfahren des Bewegungsbereiches durch ein Dämpfungselement gebildet, welches auf einem Boden des Gehäuses in der Löschkammer angeordnet ist und gegen welches der Trennkörper nach dem Durchfahren des Bewegungsbereiches des Trennkörpers anliegt. Das Dämpfungselement wird beim Anschlag des Trennkörpers verformt, um die Bewegungsenergie des Trennkörpers aufzunehmen und in Verformungsenergie umzuwandeln. Durch diese Verformung erfolgt auch eine starke Anlagekraft und somit eine hohe Dichtigkeit zwischen dem Trennkörper und dem Dämpfungselement über einen längeren Zeitraum, durch die ein Überschlag des Lichtbogens durch entstehende Spalte zwischen dem Dämpfungselement und dem Trennkörper zuverlässig verhindert wird. Es wird entsprechend eine zuverlässige vollständige Trennung und Löschung des Lichtbogens erreicht und gleichzeitig das Gehäuse vor zu großen Aufschlagkräften geschützt, so dass dieses dünner ausgeführt werden kann, wodurch Materialmenge und Raum eingespart werden können.

Nach dem Durchfahren des Bewegungsbereiches des Trennkörpers grenzt der Trennkörper, die Stege und das Dämpfungselement einen Raum, in dem der abgetrennte Stromschienenabschnitt angeordnet ist, vollständig von einem Raum, in dem ein die erste Sollbruchstelle bildendes freies Ende des feststehenden Stromschienenabschnitts angeordnet ist, ab. So wird ein elektrische Überschlag zwischen den beiden freien Enden der Stromschiene ausgeschlossen. Der abgetrennte Stromschienenabschnitt befindet sich in diesem Zustand somit an der zur ersten Sollbruchstelle entgegensetzten Seite des Trennkolbens und des Dämpfungselementes. Dies hat zur Folge, dass der zwischen der Sollbruchstelle am feststehenden Stromschienenabschnitt und der Sollbruchstelle am abgetrennten Stromschienenabschnitt entstehende Lichtbogen sich zunächst axial zwischen dem Dämpfungselement und dem Trennkörper erstreckt, und zwar bis der Trennkörper gegen das Dämpfungselement anschlägt. In dieser Phase wird der abzutrennende Stromschienenabschnitt zur vom an die erste Sollbruchstelle angrenzenden Bereich des feststehenden Stromschienenabschnitts abgewandten Seite des Trennkörpers gedreht. Sobald der Trennkörper am Dämpfungselement anschlägt wird somit der Lichtbogen abgequetscht, da kein zusammenhängender Freiraum zwischen den beiden freien Enden des abgetrennten Stromschienenabschnitts und des feststehenden Stromschienenabschnitts mehr zur Verfügung steht.

Vorzugsweise ist das Dämpfungselement am Boden zumindest durch die beiden Seitenwände des Führungsabschnitts fixiert. Somit kann ohne zusätzliche Bauteile verwenden zu müssen, ein Verrutschen des Dämpfungselementes auf dem Boden verhindert werden, so dass ein Entstehen von Spalten zwischen dem Trennkörper und dem Dämpfungselement durch eine nicht optimale Lage des Dämpfungselementes zum Trennkörper oder zum Führungsabschnitt verhindert wird.

In einer weiteren Ausführungsform ist das Dämpfungselement aus einem elastischen Kunststoff hergestellt, wodurch eine hohe Verformung möglich ist und somit viel kinetische Energie in Verformungsenergie umgewandelt werden kann. Die mechanische Belastung des begrenzenden Gehäuses kann so zuverlässig gemindert werden. Zusätzlich können auch Ungenauigkeiten in der Fertigung toleriert werden, da eine zumindest zeitweise flächige Auflage des Trennkörpers auf dem Dämpfungselement durch die mögliche Verformung sichergestellt wird, wodurch eine Ausbildung von Spalten beim Abquetschen des Lichtbogens zuverlässig verhindert wird.

Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn das Dämpfungselement Verformungsstrukturen aufweist, mit denen das Dämpfungselement auf dem Boden der Löschkammer aufliegt. Durch diese kann in besonderem Maß die kinetische Energie in Verformungsenergie umgewandelt werden und ein allmählicheres Abbremsen des Trennkörpers erreicht werden. Durch das Aufliegen der Verformungsstrukturen auf dem Boden kann trotz Einbringung dieser Strukturen auf einfache Weise die Auflagefläche des Dämpfungselementes korrespondierend zu der gegenüberliegenden Trennfläche des Trennkörpers ausgebildet werden.

In einer besonders bevorzugten Ausbildung der Erfindung weist der Trennkörper eine erste Trennkante auf, welche im nicht ausgelösten Zustand in Bewegungsrichtung des Trennkörpers betrachtet einen geringsten Abstand zum abzutrennenden Stromschienenabschnitt aufweist, wobei ein Abschnitt dieser Trennkante, welcher in Haupterstreckungsrichtung der Stromschiene den geringsten Abstand zur ersten Sollbruchstelle aufweist, komplementär zu einem Oberflächenbereich des Dämpfungselementes geformt ist, der in Bewegungsrichtung des Trennkörpers gegenüberliegend zu dem Abschnitt der Trennkante angeordnet ist. Hierdurch wird erreicht, dass der Trennkörper mit seiner Trennkante flächig auf das Dämpfungselement auftrifft und somit der Spalt zwischen dem Trennkörper und dem Dämpfungselement über seine gesamte Breite und damit auch über die Breite des Lichtbogens und der Stromschiene zur gleichen Zeit geschlossen wird. So wird die dichte Auflage über die gesamte zur Verfügung stehende Breite zur Ausdehnung des Lichtbogens hergestellt und der Lichtbogen zuverlässig abgeschnitten.

In einer weiterführenden vorteilhaften Ausführungsform ist auf der Auflagefläche des Dämpfungselementes angrenzend zum komplementär geformten Oberflächenbereich eine Dichtlippe ausgebildet, welche in Bewegungsrichtung des Trennkörpers betrachtet den geringsten Abstand zum Trennkörper vor dem Auslösen der Sicherungsvorrichtung aufweist. Diese Dichtlippe verstärkt die Dichtwirkung in bekannter Weise beim Aufschlag der Trennfläche. Durch die linienförmige Auflage im Moment der Trennung des Lichtborgens entsteht eine hohe Trennkraft.

Die Dichtlippe erstreckt sich vorzugsweise über die gesamte Breite der Löschkammer bis an die Stege der die Löschkammer begrenzenden Seitenwände des Führungsabschnitts, wodurch sichergestellt wird, dass die Trennung über die gesamte zur Verfügung stehenden Breite des Lichtbogens zuverlässig erfolgt. Durch den Steg des Dämpfungselementes und die Stege an den Seitenwänden wird auf diese Weise eine dreiseitig umlaufende Dichtung hergestellt.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der durch den Trennkörper abgegrenzte Raum, in dem die Sollbruchstelle des feststehenden Stromschienenabschnitts angeordnet ist, fluidisch mit einem Metallgewebe verbunden. Durch die sonstige Abtrennung dieses Raums durch das Dämpfungselement, den Trennkörpers und die Seitenwände ist ein Gasaustritt nur über dieses Metallgewebe möglich. Entsprechend muss der Lichtbogen in das Metallgewebe eintreten, welches hierdurch verdampft wird und einen Teil der Energie absorbiert. Der Lichtbogen wird so schneller zum Erlöschen gebracht.

Besonders bevorzugt ist es, wenn der Führungsabschnitt eine dritte Seitenwand aufweist, welche die beiden gegenüberliegenden Seitenwände miteinander verbindet und sich parallel zur ersten Sollbruchstelle in die Löschkammer erstreckt und zu der der Trennkörper mit seiner zur ersten Sollbruchstelle weisenden Seitenfläche nach Durchfahren des Bewegungsbereiches gegenüberliegt. Auf diese Weise wird somit eine dreiseitige Führung des Trennkörpers hergestellt, durch die auch ein Verkippen in Längsrichtung verhindert wird.

Besonders vorteilhaft, ist es, wenn an der zum Trennkörper entgegengesetzten Seite der dritten Seitenwand das Metallgewebe angeordnet ist, welches über eine Öffnung in der dritten Seitenwand mit dem Raum, in dem das die erste Sollbruchstelle bildende freie Ende des feststehenden Stromschienenabschnitts angeordnet ist, fluidisch verbunden ist. Der Lichtbogen muss somit in das Metallgewebe eindringen, da ansonsten kein Volumen zur Ausdehnung zur Verfügung steht. Dennoch bleibt die dreiseitige Führung erhalten, wobei durch die dritte Seitenwand auch die Lage des Metallgewebes festgelegt werden kann.

Vorzugsweise ist das Gehäuse dreiteilig aufgebaut, wobei ein erstes Gehäuseteil die Aktuierungskammer radial umgibt, ein zweites Gehäuseteil die Löschkammer radial umgibt und einen Boden der Löschkammer ausbildet, auf dem das Dämpfungselement angeordnet ist, und ein drittes Gehäuseteil die Stromschiene umgibt, mit einem Flanschabschnitt zwischen dem ersten Gehäuseteil und dem zweiten Gehäuseteil angeordnet ist, von dem aus sich der Führungsabschnitt mit den Seitenwänden erstreckt. Durch die Befestigung der Gehäuseteile aneinander wird somit in einem Schritt auch das Dämpfungselement auf dem Boden des zweiten Gehäuseteils befestigt und eine doppelwandige Begrenzung der Löschkammer durch das zweite und das dritte Gehäuseteil geschaffen. Zusätzlich muss kein weiteres Bauteil als Führungsabschnitt ausgebildet werden, da dieses gleichzeitig zur Befestigung der Stromschiene und Ausrichtung des Trennkörpers dient. Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn der Abstand einer Trennfläche des Trennkörpers zur Stromschiene im nicht ausgelösten Zustand von der ersten Trennkante in Richtung des gegenüberliegenden zweiten Endes wächst. So wird sichergestellt, dass beim Auslösen zunächst eine reine Drehung des abzutrennenden Stromschienenabschnitts in die Löschkammer erfolgt, die die Löschung durch das Abquetschen des Lichtbogens an einer Seite des abzutrennenden Stromschienenabschnitts ermöglicht.

In einer weiterführenden Ausbildung weist die Stromschiene eine zweite Sollbruchstelle auf, um welche der abzutrennende Stromschienenabschnitt nach dem Durchtrennen der Stromschiene an der ersten Sollbruchstelle drehbar ist, wobei zwischen dem Dämpfungselement und einer die Löschkammer begrenzenden Seitenwand des zweiten Gehäuseteils eine Tasche im Raum ausgebildet ist, in welcher der abzutrennende Stromschienenabschnitt nach dem Durchtrennen benachbart zum Trennkörper angeordnet ist. Diese Tasche bildet somit die vierte Seite der Löschkammer. Beim Auslösen wird der abzutrennende

Stromschienenabschnitt in die Tasche gedreht, in der er aufrecht liegend aufgenommen wird. Dabei tritt eine weitere Trennung an der zweiten Sollbruchstelle auf, so dass der Stromschienenabschnitt zweiseitig getrennt wird und somit lose in der Tasche aufgenommen wird. Die Tasche wird durch die Stege und den Trennkolben von dem Raum, in dem die erste Sollbruchstelle des feststehenden Stromschienenabschnitts angeordnet ist, getrennt.

Es wird somit eine Sicherungsvorrichtung für Hochvoltanwendungen geschaffen, bei der eine sehr schnelle Löschung des bei der Trennung des Stromschienenabschnitts entstehenden Lichtbogens durch die große Lichtbogendehnung und ein folgendes Abquetschen des Lichtbogens durch eine vollständige räumliche Trennung des abgetrennten Stromschienenabschnitts vom an die Sollbruchstelle angrenzenden feststehenden Stromschienenabschnitts erreicht. So werden länger währende Kurzschlüsse und Stromschläge und daraus folgende Personenschäden vermieden. Dennoch kann diese Sicherungsvorrichtung relativ klein mit dünnen Wandstärken gebaut werden, da die kinetische Energie des Trennkörpers durch das Dämpfungselement absorbiert wird. Die Stege an den begrenzenden Seitenwänden sowie das Dämpfungselement erfüllt somit die Aufgabe als Dichtung für einen Spalt zwischen dem Trennkörper und den Seitenwänden und dem Boden des Gehäuses.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sicherungsvorrichtung für Hochvoltanwendungen ist in den Figuren dargestellt und wird anhand einer als pyrotechnischen Unterbrechervorrichtung ausgeführten Sicherungsvorrichtung nachfolgend beschrieben. Die Begriffe axial und radial werden im Folgenden in Abhängigkeit der Bewegung des Trennkörpers der Sicherungsvorrichtung verwendet, so dass eine axiale Richtung der Bewegungsrichtung des Trennkörpers entspricht, während eine radiale Richtung eine zur Bewegungsrichtung senkrechte Komponente bildet.

Die Figur 1 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Sicherungsvorrichtung in geschnittener Darstellung vor der Aktuierung.

Die Figur 2 zeigt die Seitenansicht der erfindungsgemäßen Sicherungsvorrichtung aus Figur 1 in geschnittener Darstellung nach der Aktuierung.

Die Figur 3 zeigt eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Sicherungsvorrichtung gemäß Figur 1 in um 90° gedrehter Ansicht in geschnittener Darstellung vor der Aktuierung.

Die Figur 4 zeigt eine Kopfansicht in geschnittener Darstellung durch eine Löschkammer der Sicherungsvorrichtung. Die erfindungsgemäße, in den Figuren dargestellte Sicherungsvorrichtung ist als pyrotechnische Unterbrechervorrichtung ausgebildet und besteht aus einem Gehäuse 10, in dessen Innern eine Aktuierungskammer 12 und eine Löschkammer 14 ausgebildet sind, welche durch eine Stromschiene 16 voneinander getrennt sind, welche sich durch das Gehäuse 10 hindurch erstreckt und über die beispielsweise eine Batterie eines Fahrzeugs mit einem Abnehmer, wie einem Antriebsmotor verbunden ist.

Das Gehäuse 10 ist doppelwandig ausgeführt, wobei eine Innenwand 18 die Löschkammer 14 und die Aktuierungskammer 12 zumindest teilweise radial begrenzt und eine Außenwand 20 radial beabstandet zur Innenwand 18 angeordnet ist und die Sicherungsvorrichtung nach außen begrenzt.

Das Gehäuse 10 ist insgesamt dreiteilig ausgeführt, wobei zwischen einem ersten Gehäuseteil 22, in dem zentral die Aktuierungskammer 12 ausgebildet ist, und einem zweiten Gehäuseteil 24, in dem die Löschkammer 14 ausgebildet ist, ein drittes Gehäuseteil 26 unter Zwischenlage von Dichtringen 28 eingeklemmt ist.

Die Aktuierungskammer 12 im ersten Gehäuseteil 22 wird von einer Innenwand 30 des ersten Gehäuseteils 22 radial umgeben. Im Innern dieser Aktuierungskammer 12 ist im von der Löschkammer 14 entfernten Bereich ein Aktor 32 angeordnet, der als pyrotechnischer Anzünder ausgebildet ist. Des Weiteren ist im nicht ausgelösten Zustand im Innern der Aktuierungskammer 12 ein Trennkörper 34, der eine kolbenähnliche Form aufweist, verschiebbar angeordnet, der zumindest abschnittsweise durch die Innenwand 30 des ersten Gehäuseteils 22 radial geführt wird und die Aktuierungskammer 12 in Richtung des Aktors 32 axial begrenzt. Des Weiteren weist das erste Gehäuseteil 22 eine Außenwand 36 auf, die mit der Innenwand 30 über nicht dargestellte Rippen verbunden ist. Zwischen der Innenwand 30 und der Außenwand 36 wird durch die Freiräume zwischen den Rippen ein Druckabbauvolumen 38 gebildet.

Das dritte Gehäuseteil 26 weist einen Flanschabschnitt 40 auf, mit dem das dritte Gehäuseteil 26 zwischen dem ersten Gehäuseteil 22 und dem zweiten Gehäuseteil 24 eingeklemmt ist. Dieser Flanschabschnitt 40 umgibt die Stromschiene 16 zu allen Seiten mit Ausnahme eines abzutrennenden Stromschienenabschnitts 42, der vor dem Auslösen axial unmittelbar an die Aktuierungskammer 12 und die Löschkammer 14 angrenzt. Dieser Stromschienenabschnitt 42 wird lediglich an seinen radialen Seiten durch das dritte Gehäuseteil 26 begrenzt, während die beiden zur Aktuierungskammer 12 und zur Löschkammer 14 gelegenen Seiten des Stromschienenabschnitts 42 zur Aktuierungskammer 12 und zur Löschkammer 14 frei liegen. Des Weiteren sind im Flanschabschnitt 40 zwei oder mehrere, Durchströmungsöffnungen 43 ausgebildet, die in axialer Verlängerung des Druckabbauvolumens 38 des ersten Gehäuseteils 22 angeordnet sind. Vom Flanschabschnitt 40 erstreckt sich axial ein Führungsabschnitt 44, der im zum dritten Gehäuseteil 26 weisenden Bereich des ersten Gehäuseteils 22 in eine Aufnahme 46 an der Innenwand 30 des ersten Gehäuseteils 22 greift und in diesem Bereich die Aktuierungskammer 12 radial begrenzt und somit den Trennkörper 34 führt.

Zusätzlich weist das dritte Gehäuseteil 26 ein Führungselement 48 auf, das sich in das zweite Gehäuseteil 24 erstreckt und drei Seitenwände 50, 52, 54 aufweist, welche die Löschkammer 14 zu drei Seiten begrenzen, wobei sich die dritte Seitenwand 50 etwa parallel zur ersten Sollbruchstelle und somit senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung der Stromschiene 16 erstreckt und die beiden gegenüberliegenden Seitenwände 52, 54 gegenüberliegend zu Längsseitenflächen 55 des abzutrennenden Stromschienenabschnitts angeordnet sind. An einer vierten Seite 57 ist dieses Führungselement 48 offen ausgebildet. An dieser Seite wird eine Seitenwand 56 der Löschkammer 14 durch eine Innenwand 58 des zweiten Gehäuseteils 24 gebildet. An dieser Innenwand 58 sind in die Löschkammer 14 ragende, lamellenartig ausgebildete Anschlagrippen 60 ausgebildet, die in die Löschkammer 14 ragen.

Die zu einem Boden 62 des zweiten Gehäuseteils 24 ragenden drei Seitenwände 50, 52, 54 dieses Führungselementes 48 werden passgenau innerhalb von Wandabschnitten 64 des zweiten Gehäuseteils 24 aufgenommen, die sich vom Boden 62 in Richtung des ersten Gehäuseteils 22 erstrecken. Die Seitenwände 50, 52, 54, die Wandabschnitte 64 sowie die Seitenwand 56 des zweiten Gehäuseteils 24 sind radial beabstandet zu umgebenden Außenwänden 66 des zweiten Gehäuseteils 24 angeordnet, die die Sicherungsvorrichtung radial nach außen begrenzen.

Auf dem Boden 62 ist ein Dämpfungselement 68 angeordnet, welches die Löschkammer 14 axial zum Boden 62 des zweiten Gehäuseteils 24 axial unterhalb des Trennkörpers 34 begrenzt. Unmittelbar seitlich angrenzend zum Dämpfungselement 68 ist an der zu den Anschlagrippen 60 gegenüberliegenden Seite der Löschkammer 14 auf dem Boden 62 zusätzlich ein Metallgewebe 70 angeordnet, welches sich axial zwischen der Seitenwand 50 und der Außenwand 66, die die Löschkammer 14 umgeben, erstreckt. Das Metallgewebe 70 erstreckt sich axial bis kurz vor den Flanschabschnitt 40 des dritten Gehäuseteils 26. In der Seitenwand 50 des Führungselementes 48 des dritten Gehäuseteils 26 ist eine Öffnung 72 ausgebildet, über welche eine fluidische Verbindung vom Innern der Löschkammer 14 zum Metallgewebe 70 hergestellt wird. Diese Öffnung 72 ist unmittelbar angrenzend zum Flanschabschnitt 40 ausgebildet, und zwar an der Seitenwand 50, welche in axialer Verlängerung einer ersten Sollbruchstelle 74 der Stromschiene 16 angeordnet ist.

Die Stromschiene 16 weist neben der ersten Sollbruchstelle 74 auch eine hierzu beabstandete zweite Sollbruchstelle 76 auf. Die beiden Sollbruchstellen 74, 76 werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel dadurch gebildet, dass der abzutrennende Stromschienenabschnitt 42 zwischen den beiden Sollbruchstellen 74, 76 in einer axialen Richtung, welche der Bewegungsrichtung X des Trennkörpers 34 entspricht, versetzt zu an die Sollbruchstellen 74, 76 angrenzenden Stromschienenabschnitten 78 angeordnet ist, welche vom dritten Gehäuseteil 26 umgeben sind und somit fixiert sind. Der abzutrennende Stromschienenabschnitt 42 ist hierdurch im Querschnitt lediglich zu 10-60% mit den angrenzenden Stromschienenabschnitten 78 verbunden.

In einer Haupterstreckungsrichtung Y der Stromschiene 16 betrachtet befindet sich die erste Sollbruchstelle 74 unmittelbar gegenüberliegend zu einer an einem ersten Ende ausgebildeten ersten Trennkante 80 des Trennkörpers 34, an dem der Trennkörper 34 den geringsten Abstand zum abzutrennenden Stromschienenabschnitt 42 aufweist. Eine Trennfläche 82 des Trennkörpers 34 erstreckt sich im Querschnitt in Haupterstreckungsrichtung Y der Stromschiene 16 betrachtet zunächst über einen kurzen Abschnitt 83 der Trennkante 80 mit einem kürzesten Abstand parallel zum Stromschienenabschnitt 42 und weist im Folgenden einen in Richtung zur zweiten Sollbruchstelle 76 stetig wachsenden Abstand zum Stromschienenabschnitt 42 auf und ist somit schräg ausgebildet, so dass das von der Trennkante 80 entfernte zweite Ende 84 den größten Abstand zum Stromschienenabschnitt 42 aufweist. Während die erste Sollbruchstelle 74, wie bereits erwähnt wurde, unmittelbar unter der Trennkante 80 des Trennkörpers 34 im nicht ausgelösten Zustand des Trennkörpers 34 angeordnet ist, weist das zweite Ende 84 in Haupterstreckungsrichtung der Stromschiene 16 betrachtet einen Abstand zur zweiten Sollbruchstelle 76 auf, der größer ist als die axiale Ausdehnung des abzutrennenden Stromschienenabschnitts 42. In diesem Bereich zwischen dem zweiten Ende 84 des Trennkörpers 34 und der zweiten Sollbruchstelle 76 befindet sich in Haupterstreckungsrichtung der Stromschiene 16 betrachtet in der Löschkammer 14 ein Anschlag 86, der am Flanschabschnitt 40 des dritten Gehäuseteils 26 ausgebildet ist. Nach Auslösung des Aktors 32 und Trennen des Stromschienenabschnitts 42 an der ersten Sollbruchstelle 74 wird der Trennkörper 34 im Folgenden weiter in die Löschkammer 14 getrieben. Dabei wird der Stromschienenabschnitt 42 um die zweite Sollbruchstelle 76 in die Löschkammer 14 gedreht, bis die Unterseite des Stromschienenabschnitts 42 am Anschlag 86 anschlägt. Durch die fortgesetzte Bewegung des Trennkörpers 34 entsteht so im Bereich der zweiten Sollbruchstelle 76 eine Scherspannung, die schließlich zu einem Bruch an der zweiten Sollbruchstelle 76 führt. Da zu diesem Zeitpunkt der Trennkörper 34 bereits relativ weit in die Löschkammer 14 eingedrungen ist und die Bewegung des abzutrennenden Stromschienenabschnitts 42 rein rotatorisch um die zweite Sollbruchstelle 76 erfolgt, wird diese Bewegung nach dem Abreißen fortgesetzt. Dies bedeutet, dass der Stromschienenabschnitt 42 gegen die Anschlagrippen 60 gedreht wird, welche dessen Bewegungsenergie aufnehmen. Der Stromschienenabschnitt 42 wird dabei in eine Tasche 88 gedreht, welche einerseits durch die Innenwand 58 des zweiten Gehäuseteils 24 und andererseits durch eine zur zweiten Sollbruchstelle 76 gerichteten Seitenfläche 90 des Trennkörpers 34 seitlich begrenzt wird. Hierzu ist der Abstand zwischen den angrenzenden Stromschienenabschnitten 78 und dem Boden 62 im Bereich der Tasche 88 so zu wählen, dass dieser größer ist als die Längenausdehnung des abgetrennten Stromschienenabschnitts 42, damit sichergestellt wird, dass kein Kontakt mehr zwischen den angrenzenden im Gehäuse 10 befestigten Stromschienenabschnitten 78 und dem abgetrennten Stromschienenabschnitt 42 besteht. Zusätzlich ist der Abstand der Anschlagrippen 60 zum Trennkörper 34 im ausgelösten Zustand größer zu wählen als die Ausdehnung des Stromschienenabschnitts 42 vor der Auslösung in Bewegungsrichtung des Trennkörpers 34 betrachtet.

Im Bereich des Bodens 62 wird die Tasche 88 auch durch einen Begrenzungssteg 92 begrenzt, der sich in Richtung des ersten Gehäuseteils 22 in die Löschkammer 14 erstreckt und einerseits den abgetrennten Stromschienenabschnitt 42 in seiner aufrechten Endposition begrenzt und andererseits als Begrenzung für das Dämpfungselement 68 dient.

Dieses Dämpfungselement 68 ist insbesondere aus einem elastischen Kunststoff hergestellt und weist einen Dämpferkörper 96 auf, von dem aus sich Verformungsstrukturen 98 bis auf den Boden 62 des zweiten Gehäuseteils 24 erstrecken. Diese Verformungsstrukturen 98 sind in Form von Rippen 100 ausgebildet, mit deren Enden das Dämpfungselement 68 auf dem Boden 62 aufliegt.

Das Dämpfungselement 68 weist eine Auflagefläche 102 am Dämpferkörper 96 auf, welche zum Trennkörper 34 gerichtet ist. Ein sich an die Seitenwand 50, in der die Öffnung 72 ausgebildet ist, angrenzender Oberflächenbereich

104 der Auflagefläche 102 des Dämpferkörpers 96, der axial gegenüberliegend zu einem Abschnitt 105 der Trennkante 80 angeordnet ist, der im nicht ausgelösten Zustand am nächsten zur ersten Sollbruchstelle 74 angeordnet ist, ist komplementär zu diesem Abschnitt

105 der Trennkante 80 geformt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist dieser Oberflächenbereich 104 eine zum Trennkörper 34 gerichtete innere Wölbung 106 auf, während der Trennkörper 34 in diesem Bereich eine entsprechend nach innen gerichtete Ausnehmung 108 aufweist. In Erstreckungsrichtung der Stromschiene 16 betrachtet schließt sich an diesen Oberflächenbereich 104 eine Dichtlippe 110 an, welche sich von der Seitenwand 52 bis zur Seitenwand 54 des Führungselementes 48 auf der Auflagefläche 102 des Dämpfungselementes 68 erstreckt.

Erfindungsgemäß ist an den Seitenwänden 52, 54 jeweils ein Steg 111 ausgebildet, der zum Trennkörper 34, also in das Innere der Löschkammer 14 gerichtet ist. Die Stege 111 erstrecken sich in Bewegungsrichtung des Trennkörpers 34 und somit in Erstreckungsrichtung der Seitenwände 52, 54 in Richtung der und bis zur Auflagefläche 102 und somit entlang des gesamten zu durchfahrenen Bereich des Trennkörpers 34. Die Höhe dieser Stege 111, also deren Erstreckung in die Löschkammer 34 hinein ist so gewählt, dass der Trennkörper 34 bei seiner Bewegung immer zumindest gegen diese Stege 111 anliegt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Stege 111 gegenüberliegend angeordnet, und deren Abstand zueinander so gewählt, dass er etwas geringer ist als die Breite des Trennkörpers 34 in diesem Bereich in gleicher Richtung betrachtet, so dass der Trennkörper 34 bei seiner Bewegung durch das Führungselement 48 die Stege 111 im oberen Bereich abschert und spaltfrei entlang des Führungselementes 48 geführt wird.

Die Seitenwände 52, 54 erstrecken sich zur dreiseitigen Abgrenzung der Löschkammer 14 von den Enden der Seitenwand 50 etwa im rechten Winkel zu dieser, so dass die Dichtlippe 110 senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung der Stromschiene 16 und etwa parallel zur Trennkante 80 des Trennkörpers 34 verläuft, während die Stege 111 von der Trennkante 80 entlang der Trennfläche betrachtet unmittelbar hinter der Dichtlippe 110 angeordnet sind. In einem radial äußeren Bereich 112 weist das Dämpfungselement 68 an drei Seiten einen Absatz 114 auf, dessen zur Stromschiene 16 gerichtete Oberfläche 116 entsprechend einen geringeren Abstand zur Stromschiene 16 aufweist als die übrige Auflagefläche 102 des Dämpfungselementes 68, und mit dem das Dämpfungselement 68 unter die Seitenwände 50, 52, 54 ragt. Bei der Montage werden die Seitenwände 50, 52, 54 auf die Oberfläche 116 des Absatzes 114 gedrückt, wodurch das Dämpfungselement 68 in seiner Lage am Boden 62 des zweiten Gehäuseteils 24 festgeklemmt wird. Ein Verschieben zur vierten Seite 57 wird während der Montage durch den Begrenzungssteg 92 verhindert. Durch das Verpressen des radial äußeren Bereichs 112 des Dämpfungselementes 68 wird auch eine Dichtheit zwischen dem Dämpfungselement 68 und dem dritten Gehäuseteil 26 und damit den drei Seitenwänden 50, 52, 54 der Löschkammer 14 geschaffen. Entsteht nun ein Notfall, beispielsweise aufgrund eines Unfalls des Fahrzeugs, wird der pyrotechnische Aktor 32 ausgelöst. Der Trennkörper 34 wird durch die Explosion gegen die Stromschiene 16 gedrückt und trennt den Stromschienenabschnitt 42 an der ersten Sollbruchstelle 76 von der übrigen Stromschiene 16. Es entsteht ein Lichtbogen im Bereich der ersten Sollbruchstelle 76 zwischen den freien Stromschienenenden durch die hohe Spannung. Dieser Lichtbogen kann sich einerseits durch die Öffnung 72 zum Metallgewebe 70 ausdehnen, welches durch die thermische Energie zum Schmelzen gebracht wird und so den Lichtbogen abkühlt. Es bleibt jedoch zunächst bei einer Verbindung des an die erste Sollbruchstelle 74 angrenzenden Stromschienenabschnitts 78 und des gelösten Endes des in die Löschkammer 14 gedrehten Stromschienenabschnitts 42 durch den Lichtbogen, der mit Weiterdrehung des Stromschienenabschnitts 42 immer weiter gedehnt wird. Durch fortsetzende Bewegung des Trennkörpers 34 durch seinen Bewegungsbereich wird ein Spalt, durch den der Lichtbogen geht, zwischen dem Trennkörper 34 und dem Dämpfungselement 68 immer kleiner bis der Trennkörper 34 schließlich auf der Auflagefläche 102 aufschlägt. Durch diesen Aufschlag wird zunächst die kinetische Energie in Verformungsenergie der Rippen 100 umgewandelt. Zusätzlich wird der Spalt zwischen dem Trennkörper 34 und dem Dämpfungselement 68 vollständig dicht verschlossen, da der Trennkörper 34 zunächst mit hoher Geschwindigkeit auf die Dichtlippe 110 trifft, wodurch schlagartig eine hohe Anpresskraft auf einer sehr kleinen Fläche entsteht, was dazu führt, dass der Lichtbogen in diesem Bereich abgequetscht beziehungsweise getrennt wird. Ein Überschlag des Lichtbogens durch einen Spalt zwischen dem Trennkörper 34 und dem Führungselement 48 wird während des gesamten Bewegungsvorgangs des Trennkörpers 34 und in seiner Endstellung ebenfalls verhindert, da durch die Stege llleine vollständige Spaltfreiheit zwischen den Seitenwänden 52, 54 und dem Trennkörper 34 sichergestellt wird. Durch die folgende Bewegung wird die Anlagefläche zwischen dem Dämpfungselement 68 deutlich größer, da der Trennkörper 34 mit seiner Trennkante 80 auf dem sich von der Seitenwand 52 bis zur Seitenwand 54 erstreckenden komplementär geformten Oberflächenbereich 104 in Auflage gebracht wird, so dass eine breite Dichtfläche entsteht, durch die ein erneuter Überschlag des Lichtbogens verhindert wird. Dies bedeutet, dass durch das Dämpfungselement 68 und den Trennkörper 34 sowie die Stege 111 der Seitenwände 52, 54 und den Trennkörper 34 ein Raum 117, in dem das freie Ende des an die erste Sollbruchstelle 74 angrenzenden Bereichs des feststehenden Stromschienenabschnitts 78 angeordnet ist, und der durch die ersten Seitenwand 50 sowie die Seitenwände 52, 54 bis zu den Stegen 111 begrenzt wird, vollständig und dicht von einem Raum 118 abgegrenzt wird, der an der vierten Seite 57 der Löschkammer 14 ausgebildet ist und in den der Stromschienenabschnitt 42 zunächst gedreht wird und später abgerissen wird und in dem die Tasche 88 zur Aufnahme des Stromschienenabschnitts 42 ausgebildet ist.

Zusätzlich kann bei der Trennung der Stromschiene 16 an der zweiten Sollbruchstelle 76 ein weiterer Lichtbogen entstehen, so dass die Gesamtlänge der vorhandenen Lichtbögen vergrößert wird, und zwar so stark, dass der Widerstand derart wächst, dass die Trennspannung die Quellspannung übersteigt. Diese Maßnahmen führen zu einer vollständigen und schnellen Löschung und Abkühlung des Lichtbogens in kurzer Zeit.

Neben der Löschung und Abkühlung des Lichtbogens muss auch der entstehende Druck durch die Explosion des Anzünders und durch das Aufschmelzen des Metallgewebes 70 und den entstehenden Lichtbogen abgebaut werden. Um diesen Gasstrom geführt in das zwischen dem Innenwandabschnitt 30 und dem Außenwandabschnitt 36 der Aktuierungskammer 12 zur Verfügung stehende Druckabbauvolumen 38 zu leiten, sind im Boden 62 des zweiten Gehäuseteils 24 Kanäle 120 ausgebildet. Diese erstrecken sich vom Bereich unterhalb des Metallgewebes 70 zu beiden Seiten des zweiten Gehäuseteils 24 entlang des Bodens 62 zunächst nutförmig bis unter das Dämpfungselement 68. Von hier aus erstrecken sich die Kanäle 120 zu beiden Seiten bis zu den gegenüberliegenden Außenwänden 66 des zweiten Gehäuseteils 24. Von hier aus erstrecken sich die Kanäle 120 als nutförmige Vertiefungen an der Innenwandfläche der Außenwände 66 nach oben, bis sie in die Durchströmungsöffnungen 43 des dritten Gehäuseteils 26 übergehen, die wiederum mit dem Druckabbauvolumen 38 fluidisch verbunden sind, so dass der Druck über die zur Verfügung stehenden Volumina zuverlässig abgebaut werden kann.

Es wird somit eine Sicherungsvorrichtung geschaffen, mit der auf kleinem Bauraum durch schnelle und zuverlässige Löschung des Lichtbogens länger andauernde Kurzschlüsse und daraus folgende Verletzungen vermieden werden und Emissionen zuverlässig verhindert werden können. Dennoch kann mit einer hohen Trennleistung durch die gute Dämpfung und schnelle Löschung gearbeitet werden. So können auch die Wandstärken relativ dünn gehalten werden, da ein schneller Druckabbau, eine schnelle und zuverlässige Löschung des Lichtbogens und eine gute Absorption der kinetischen Energie des Trennkörpers erfolgt. Insbesondere werden alle Spalte zwischen dem ersten abgetrennten Ende des abgescherten Stromschienenabschnitts und dem feststehenden Ende des Stromschienenabschnitts, der an die erste Sollbruchstelle grenzt, zuverlässig abgedichtet.

Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt ist, sondern verschiedene Modifikationen möglich sind. So können insbesondere andere Gehäuseteilungen oder Formen der verwendeten Bauteile vorgesehen werden. Auch kann gegebenenfalls eine Stromschiene mit anders ausgeführten Sollbruchstellen verwendet werden oder der dämpfende Anschlag durch ein modifiziertes Bauteil erfolgen, wobei eine zuverlässige Trennung des Raums, der an der zum freien, an die erste Sollbruchstelle angrenzenden Ende des festen Stromschienenabschnitts entgegengesetzten Seite des Trennkörpers ausgebildet ist, von dieser ersten Sollbruchstelle erfolgen muss und dieser Raum gegenüber dem freien Ende des feststehenden Stromschienenabschnitts dicht sein soll. Hierzu können die Stege auch leicht innerhalb der Auflagefläche des Trennkörpers versetzt werden im Vergleicht zum Ausführungsbeispiel. Auch kann das Führungselement bei Verwendung eines zylindrischen Kolbens hohlzylindrisch ausgeführt sein.

Auch hier kann durch die Stege eine entsprechende Dichtung zwischen dem Führungselement und dem Trennkörper erzielt werden. Je nach gewählter Härte des Führungselementes und des Trennkörpers kann auch der Trennkörper durch die Stege bei der Bewegung des Trennkörpers eingeschnitten werden, anstatt dass die Stege abgeschert werden.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E

1. Sicherungsvorrichtung für Hochvoltanwendungen mit einem Gehäuse (10), einer Aktuierungskammer (12) und einer Löschkammer (14), die im Gehäuse (10) ausgebildet sind, einer Stromschiene (16), die sich durch das Gehäuse (10) und zwischen der Aktuierungskammer (12) und der Löschkammer (14) erstreckt, einem aus der Aktuierungskammer (12) gegen die Stromschiene (16) mittels eines Aktors (32) verschiebbaren Trennkörper (34), durch den ein Stromschienenabschnitt (42) zur Durchtrennung der Stromschiene (16) an einer ersten Sollbruchstelle (74) in die Löschkammer (14) verschiebbar ist, und einem Führungselement (48), das in die Löschkammer (14) ragt und zwei gegenüberliegende Seitenwände (52, 54) aufweist, die sich bis zu einer die Löschkammer (14) in Bewegungsrichtung des Trennkörpers (34) begrenzenden Auflagefläche (102) erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass an den beiden Seitenwänden (52, 54) sich in Bewegungsrichtung des Trennkörpers (34) erstreckende Stege (111) ausgebildet sind, die sich über die Länge der Seitenwände (52, 54) zumindest bis zu der die Löschkammer (14) in Bewegungsrichtung des Trennkörpers (34) begrenzenden Auflagefläche (102) erstrecken und gegen die der Trennkörper (34) bei seiner Bewegung in die Löschkammer (14) anliegt.

2. Sicherungsvorrichtung für Hochvoltanwendungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (111) nach dem Durchfahren des Bewegungsbereiches des Trennkörpers (34) zumindest teilweise durch den Trennkörper (34) abgeschert sind.

3. Sicherungsvorrichtung für Hochvoltanwendungen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennkörper (34) nach dem Durchfahren des Bewegungsbereiches des Trennkörpers (34) zumindest teilweise durch die Stege (111) eingeschnitten ist.

4. Sicherungsvorrichtung für Hochvoltanwendungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagefläche (102) für den Trennkörper (34) nach dem Durchfahren des Bewegungsbereiches durch ein Dämpfungselement (68) gebildet ist, welches auf einem Boden (62) des Gehäuses (10) in der Löschkammer (14) angeordnet ist und gegen welches der Trennkörper (34) nach dem Durchfahren des Bewegungsbereiches des Trennkörpers (34) anliegt.

5. Sicherungsvorrichtung für Hochvoltanwendungen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Durchfahren des Bewegungsbereiches des Trennkörpers (34) der Trennkörper (34), die Stege und das Dämpfungselement (68) einen Raum (118), in dem der abgetrennte Stromschienenabschnitt (42) angeordnet ist, vollständig von einem Raum (117), in dem ein die erste Sollbruchstelle (74) bildendes freies Ende des feststehenden Stromschienenabschnitt (78) angeordnet ist, abgrenzt.

6. Sicherungsvorrichtung für Hochvoltanwendungen nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (68) am Boden (62) zumindest durch die beiden Seitenwände (52, 54) des Führungselementes (48) fixiert ist.

7. Sicherungsvorrichtung für Hochvoltanwendungen nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (68) aus einem elastischen Kunststoff hergestellt ist.

8. Sicherungsvorrichtung für Hochvoltanwendungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (68) Verformungsstrukturen (98) aufweist, mit denen das Dämpfungselement (68) auf dem Boden (62) der Löschkammer (14) aufliegt.

9. Sicherungsvorrichtung für Hochvoltanwendungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennkörper (34) eine erste Trennkante (80) aufweist, welche im nicht ausgelösten Zustand in Bewegungsrichtung des Trennkörpers (34) betrachtet einen geringsten Abstand zum abzutrennenden Stromschienenabschnitt (42) aufweist, wobei ein Abschnitt (105) dieser Trennkante (80), welcher in Haupterstreckungsrichtung der Stromschiene (16) den geringsten Abstand zur ersten Sollbruchstelle (74) aufweist, komplementär zu einem Oberflächenbereich (104) des Dämpfungselementes (68) geformt ist, der in Bewegungsrichtung des Trennkörpers (34) gegenüberliegend zu dem Abschnitt (105) der Trennkante (80) angeordnet ist.

10. Sicherungsvorrichtung für Hochvoltanwendungen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Auflagefläche (102) des Dämpfungselementes (68) angrenzend zum komplementär geformten Oberflächenbereich (104) eine Dichtlippe (110) ausgebildet ist, welche den geringsten Abstand zum Trennkörper (34) vor dem Auslösen der Sicherungsvorrichtung aufweist.

11. Sicherungsvorrichtung für Hochvoltanwendungen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtlippe (110) sich über die gesamte Breite der Löschkammer (14) bis an die Stege (111) der die Löschkammer (14) begrenzenden Seitenwände (52, 54) des Führungselementes (48) erstreckt.

12. Sicherungsvorrichtung für Hochvoltanwendungen nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der durch den Trennkörper (34) abgegrenzte Raum (117), in dem das freie, die erste Sollbruchstelle (74) bildende Ende des feststehenden Stromschienenabschnitts (78) angeordnet ist, fluidisch mit einem Metallgewebe (70) verbunden ist.

13. Sicherungsvorrichtung für Hochvoltanwendungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (48) eine dritte Seitenwand (50) aufweist, welche die beiden gegenüberliegenden Seitenwände (52, 54) miteinander verbindet und sich parallel zur ersten Sollbruchstelle (74) in die Löschkammer (14) erstreckt und zu der der Trennkörper (34) mit seiner zur ersten Sollbruchstelle (74) weisenden Seitenfläche (90) nach Durchfahren des Bewegungsbereiches gegenüberliegt.

14. Sicherungsvorrichtung für Hochvoltanwendungen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass an der zum Trennkörper (34) entgegengesetzten Seite der dritten Seitenwand (50) das Metallgewebe (70) angeordnet ist, welches über eine Öffnung (72) in der dritten Seitenwand (70) mit dem Raum (117), in dem das die erste Sollbruchstelle (74) bildende freie Ende des feststehenden Stromschienenabschnitts (78) angeordnet ist, fluidisch verbunden ist.

15. Sicherungsvorrichtung für Hochvoltanwendungen nach einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10) dreiteilig aufgebaut ist, wobei ein erstes Gehäuseteil (22) die Aktuierungskammer (12) radial umgibt, ein zweites Gehäuseteil (24) die Löschkammer (14) radial umgibt und einen Boden (62) der Löschkammer (14) ausbildet, auf dem das Dämpfungselement (68) angeordnet ist, und ein drittes Gehäuseteil (26) die Stromschiene (16) umgibt, mit einem Flanschabschnitt (40) zwischen dem ersten Gehäuseteil (22) und dem zweiten Gehäuseteil (24) angeordnet ist, und von dem aus sich das Führungselement (48) mit den Seitenwänden (52, 54) erstreckt.

16. Sicherungsvorrichtung für Hochvoltanwendungen nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand einer Trennfläche (82) des Trennkörpers (34) zur Stromschiene (16) im nicht ausgelösten Zustand von der ersten Trennkante (80) in Richtung eines gegenüberliegenden zweiten Endes (84) wächst.

17. Sicherungsvorrichtung für Hochvoltanwendungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene (16) eine zweite Sollbruchstelle (76) aufweist, um welche der abzutrennende Stromschienenabschnitt (42) nach dem Durchtrennen der Stromschiene (16) an der ersten Sollbruchstelle (74) drehbar ist, wobei zwischen dem Dämpfungselement (68) und einer die Löschkammer (14) begrenzenden Seitenwand (56) des zweiten Gehäuseteils (24) eine Tasche (88) im Raum (118) ausgebildet ist, in welcher der abzutrennende Stromschienenabschnitt (42) nach dem Durchtrennen benachbart zum Trennkörper (34) angeordnet ist.