EP4789235A1 - Sicherungsvorrichtung für hochvoltanwendungen - Google Patents

Sicherungsvorrichtung für hochvoltanwendungen

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Publication number
EP4789235A1
EP4789235A1 EP23786501.9A EP23786501A EP4789235A1 EP 4789235 A1 EP4789235 A1 EP 4789235A1 EP 23786501 A EP23786501 A EP 23786501A EP 4789235 A1 EP4789235 A1 EP 4789235A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
busbar
separating body
section
predetermined breaking
breaking point
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.)
Pending
Application number
EP23786501.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rolf Lappan
Janusz Zurke
Oliver Paul
Daniel Fuhrmann
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.)
Pierburg GmbH
Original Assignee
Pierburg 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 Pierburg GmbH filed Critical Pierburg GmbH
Publication of EP4789235A1 publication Critical patent/EP4789235A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H39/00—Switching devices actuated by an explosion produced within the device and initiated by an electric current
    • H01H39/006—Opening by severing a conductor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H39/00—Switching devices actuated by an explosion produced within the device and initiated by an electric current
    • H01H2039/008—Switching devices actuated by an explosion produced within the device and initiated by an electric current using the switch for a battery cutoff
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H2231/00—Applications
    • H01H2231/026—Car

Definitions

  • the invention relates to a fuse device for high-voltage applications with a housing, an actuation chamber and an arcing chamber which are formed in the housing, a busbar which extends through the housing and between the actuation chamber and the arcing chamber, a separating body which can be displaced from the actuation chamber against the busbar by means of an actuator, through which separating body a busbar section can be displaced into the arcing chamber for severing the busbar at a first predetermined breaking point, and whose separating surface directed towards the busbar has different distances from the busbar in a cross section along a plane which is spanned by the main extension direction of the busbar in the fuse device and the direction of movement of the separating body when the actuator is triggered, in the non-triggered state of the separating body.
  • Such safety devices are usually designed with a pyrotechnic igniter as an actuator and are used, particularly in vehicles with high-voltage applications such as hybrid vehicles or fully electric vehicles, to disconnect the power line between the battery and the consumers, in particular the vehicle's drive, in the event of an accident in a few thousandths of a second in order to avoid short circuits.
  • JP 2005-019411 describes a pyrotechnic safety device whose busbar is thinner in an area opposite the separating body, making it easier to separate it from the rest of the busbar. Accordingly, this area of the busbar serves as a predetermined breaking point, at which the separating body penetrates the busbar when the pyrotechnic igniter is ignited.
  • the separating body of this safety device has a slanted separating surface, so that when triggered, the separating body only strikes one side of the thinner busbar section and severs the busbar.
  • the section of the busbar opposite the extinguishing chamber is rotated into the extinguishing chamber by the area of the busbar that forms the other transition between the thicker and thinner sections of the busbar. This rotation creates a relatively long arc, but this arc is usually not long enough to extinguish it as quickly as possible.
  • the task therefore arises of creating a safety device for high-voltage applications that, when triggered, can stretch the arc to such an extent that the separation voltage significantly exceeds the source voltage, thus extinguishing the arc. This should prevent potential short-circuit currents that could lead to electric shock.
  • the safety device according to the invention for high-voltage applications has a housing in which an actuation chamber and an arcing chamber are formed.
  • the housing can in particular be designed in several parts and, for example, have at least one arcing chamber housing surrounding the arcing chamber and an actuation chamber housing surrounding the actuation chamber.
  • An actuation chamber is understood to be a space in which an actuator is at least partially arranged. This can in particular be a pyrotechnic igniter, the triggering of which creates pressure that accelerates a separating body out of the actuation chamber.
  • An arcing chamber is understood to be a space into which part of a busbar is displaced, thereby separating the busbar into at least two parts. Due to the high voltages present, an arc, also called plasma, is formed between the separated busbar sections in the arcing chamber, which leads to burns. In order to keep these arcs as short as possible, this arc must be extinguished as quickly as possible.
  • the safety device accordingly has a busbar that extends through the housing and between the actuation chamber and the arcing chamber. Furthermore, a separating body is arranged in the actuation chamber which can be displaced against the busbar by means of the actuator.
  • this separating body When the actuator is triggered, this separating body displaces a busbar section into the arcing chamber to sever the busbar at a predetermined breaking point and is thus itself at least partially displaced from the actuation chamber into the arcing chamber.
  • a separating surface of this separating body directed towards the busbar has, in a cross-section along a plane spanned by the main extension direction of the busbar in the safety device and the direction of movement of the separating body when the actuator is triggered, different distances from the busbar in the non-triggered state of the separating body.
  • the direction of movement of the separating body is understood to be the direction axially through the safety device, i.e. the The direction along which the separating body is displaced when the actuator is triggered.
  • the busbar in addition to the first predetermined breaking point, also has a second predetermined breaking point at which the busbar section to be severed can be separated from the adjacent busbar sections.
  • the first predetermined breaking point is arranged, as viewed in the direction of movement of the separating body, opposite a section of the separating surface of the separating body which has the shortest distance to the busbar when the separating body is not triggered, so that this section of the separating surface of the separating body opposite the first predetermined breaking point is the first to hit the busbar when triggered and severs it in the region of the first predetermined breaking point.
  • the busbar section to be severed is then rotated between the first predetermined breaking point and the second predetermined breaking point around the second predetermined breaking point until a separation finally also occurs in the region of the second predetermined breaking point, so that in the triggered state the busbar section to be severed is arranged and displaced into the arcing chamber, completely separated from the remaining busbar or the adjacent busbar sections.
  • the separation at the second predetermined breaking point creates additional resistance and an additional arc length.
  • the two separations generate a separation voltage that is higher than the source voltage, causing the arc to extinguish and preventing current from flowing. This significantly shortens the time during which short-circuit currents flow, which could cause personal injury.
  • the two-stage separation also reduces the required separation force.
  • the section of the separating surface of the separating body that is arranged opposite the first predetermined breaking point is arranged at a first end of the separating body, viewed in the main direction of extension of the busbar, and the distance between the separating surface and the busbar increases towards the opposite second end.
  • This growth can be continuous and achieved by forming a bevel.
  • sections that run parallel or discontinuously to the busbar can also be formed along the separating surface, viewed in the main direction of extension of the busbar. It is important that the shearing of the busbar section to be severed at the second predetermined breaking point only occurs after a certain rotation of the busbar section to be severed around the second predetermined breaking point. In this way, a greater elongation of the arc is achieved. Furthermore, the load on the components is reduced, so that lighter materials can be used.
  • the second predetermined breaking point viewed in the main extension direction of the busbar, is spaced from the separating body when not triggered. This allows the busbar section to be separated to rotate by up to 90° around the second predetermined breaking point, thus creating the greatest possible separation in the smallest possible space. Furthermore, it is advantageous if the distance between the second predetermined breaking point
  • the predetermined breaking point to the second end of the separating element is greater than the extension of the busbar in the direction of movement of the separating element. This distance ensures that the busbar section to be separated fits next to the separating element when triggered and can thus be moved into the 90° rotated position.
  • the distance between the stop and the busbar section to be severed is less than the extension of the busbar in the direction of movement of the separating body before the separating body is triggered. This ensures that the busbar section must actually be sheared off in the area of the second predetermined breaking point at the stop.
  • the stop is formed on a side wall of a quenching chamber housing that defines the quenching chamber and surrounds the quenching chamber.
  • This can, for example, be designed as a plastic part and cushion the severed busbar section accordingly. This way, no additional components are required for this stop.
  • the distance between the floor of the arcing chamber and the busbar is greater than the busbar section to be severed, and a pocket is formed in the arcing chamber, extending between the side wall of the arcing chamber and a side surface of the separating body facing the second predetermined breaking point in the triggered state.
  • the severed busbar section can be slid vertically into the pocket, ensuring a distance from the adjacent stationary busbar section, thereby preventing contact between the stationary busbar end and the severed busbar end after separation.
  • the side wall of the arcing chamber defining the pocket is formed by an inner wall of the arcing chamber housing. Accordingly, an additional space can be provided between the outer and inner walls, which can be used, for example, to dissipate the existing pressure. The compressive strength is also increased.
  • the busbar section to be severed is offset from the adjacent busbar sections in the direction of movement of the separating body when the separating body is not triggered.
  • the busbar thus has a stepped cut, whereby a cross-sectional constriction occurs only in a differentially small space, so that the electrical resistance in the busbar is only slightly increased. Nevertheless, the remaining connection cross-section between the busbar section to be severed and the adjacent busbar sections on both sides is so small that the required separation force is significantly reduced.
  • the offset of the busbar section to be severed from the adjacent busbar sections corresponds to 10% to 60% of the busbar's extension in the direction of movement of the separating element.
  • the fine-cut portion of the separation is selected so that it is brought close to the breaking point, thereby significantly reducing the required separation force.
  • Extension of the conductor rail section to be separated in A stop surface is formed in the direction of extension of the busbar, the distance of which from the fixed busbar section adjacent to the second predetermined breaking point, as viewed in the direction of extension of the busbar, is smaller than the part of the busbar section to be severed that extends beyond the fixed busbar section in the direction of movement of the separating body. This makes it particularly easy to ensure that the busbar section is sheared off at the second predetermined breaking point.
  • the stop surface is formed on an intermediate housing surrounding the busbar, which makes additional components unnecessary.
  • FIG. 1 shows a side view of a safety device according to the invention in a sectional view before actuation.
  • Figure 2 shows the side view of the safety device according to the invention from Figure 1 in a sectional view after actuation.
  • Figure 3 shows a top view into an arcing chamber housing of the safety device according to the invention from Figure 1 in a sectional view before actuation.
  • the safety device is designed as a pyrotechnic interrupter device and consists of a housing 10, inside which an actuation chamber 12 and an extinguishing chamber 14 are formed, which are separated from one another by a busbar 16 that extends through the housing 10 and via which, for example, a vehicle battery is connected to a consumer, such as a drive motor.
  • the housing 10 is double-walled, with an inner wall 18 at least partially radially delimiting the extinguishing chamber 14 and the actuation chamber 12, and an outer wall 20 is arranged radially spaced from the inner wall 18 and delimits the safety device to the outside.
  • the housing 10 is constructed in three parts, with an intermediate housing 26 being clamped between an actuation chamber housing 22, in which the actuation chamber 12 is formed centrally, and an extinguishing chamber housing 24, in which the extinguishing chamber 14 is formed, with sealing rings 28 interposed therebetween.
  • the actuation chamber 12 in the actuation chamber housing 22 is radially surrounded by an inner wall section 30. Inside this actuation chamber 12, in the space remote from the arcing chamber housing 24, An actuator 32, which is designed as a pyrotechnic igniter, is arranged in the area. Furthermore, in the non-triggered state, a separating body 34, which has a piston-like shape, is displaceably arranged inside the actuation chamber 12. This separating body 34 is guided radially at least in sections through the inner wall section 30 and axially delimits the actuation chamber 12 in the direction of the actuator 32. Furthermore, the actuation chamber housing 22 has an outer wall section 36, which is connected to the inner wall section 30 of the actuation chamber housing 22 via ribs (not shown). A pressure reduction volume 38 is formed between the inner wall section 30 and the outer wall section 36 by the free spaces between the ribs.
  • the intermediate housing 26 has a flange section 40, with which the intermediate housing 26 is clamped between the actuation chamber housing 22 and the arcing chamber housing 24.
  • This flange section 40 surrounds the busbar 16 on all sides, with the exception of a busbar section 42 to be separated, which axially directly borders the actuation chamber 12 and the arcing chamber 14 before triggering.
  • This busbar section 42 is delimited only on its radial sides by the intermediate housing 26, while the two sides of the busbar section 42 facing the actuation chamber 12 and the arcing chamber 14 are exposed to the actuation chamber 12 and the arcing chamber 14.
  • this guide section 52 together with wall sections 62 projecting from a bottom 60 of the arcing chamber housing 24 in the direction of the actuation chamber housing 22, to which it is precisely aligned, forms the remaining inner walls 64 of the arcing chamber 14.
  • the inner walls 56, 64 are arranged at a distance from surrounding outer walls 66 of the arcing chamber housing 24, which are formed by the arcing chamber housing 24.
  • An insert 68 is arranged on the base 60, which axially delimits the arcing chamber 14 relative to the base 60 of the arcing chamber housing 24 below the separating body 34.
  • a metal mesh 44 which extends axially between the inner wall 64 and the outer wall 66 surrounding the arcing chamber 14.
  • the metal mesh 44 extends axially to just before the flange section 40 of the intermediate housing 26.
  • An opening 74 is formed in a side wall 72 of the guide section 52 of the intermediate housing 26, via which opening a fluidic connection is established from the interior of the arcing chamber 14 to the metal mesh 44. This opening 74 is formed directly adjacent to the flange section 40, specifically at the Side wall 72, which is arranged in axial extension of a first predetermined breaking point 76 of the busbar 16.
  • the first predetermined breaking point 76 is located directly opposite a first end 82 of the separating body 34, at which end the separating body 34 is at the shortest distance from the busbar section 42 to be severed.
  • a separating surface 84 of the separating body 34 extends in cross section in the main extension direction Y of the busbar 16, initially over a short section 86 with a shortest distance parallel to the busbar section 42 and then has a distance from the busbar section 42 that steadily increases in the direction of the second predetermined breaking point 78 and is thus formed obliquely, so that the second end 88 opposite the first end 82 is at the greatest distance from the busbar section 42.
  • the first predetermined breaking point 76 is arranged directly below the first end 82 of the separating body 34 in the non-triggered state of the separating body 34
  • the other end 88 viewed in the main extension direction of the busbar 16 has a distance Z from the second predetermined breaking point 78.
  • This distance Z is greater than the extension of the busbar section 42 to be severed in Viewed in the direction of movement X of the separating body 34.
  • a stop surface 90 is formed on the flange section 40 of the intermediate housing 26.
  • the distance of said stop surface to the fixed busbar section 80 adjacent to the second predetermined breaking point 78 is, viewed in the direction of extension Y of the busbar, smaller than the part of the busbar section 42 to be severed that projects beyond the fixed busbar section 80 in the direction of movement X of the separating body 34. This has the consequence that during the pivoted movement of the busbar section 42, the part of said section that projects axially beyond the fixed busbar section 80 is rotated against the stop surface 90 and is thus sheared off at the second predetermined breaking point.
  • a stop can alternatively be formed in the arcing chamber 14 in the area between the second end 88 of the separating body 34 and the second predetermined breaking point 78, viewed in the main extension direction Y of the busbar 16.
  • This stop is to be formed on the inner wall 56 of the arcing chamber housing 24 and, viewed in the direction of movement X of the separating body 34, between the ribs 58 and the busbar section 42 to be severed. The distance of this stop from the busbar section 42 to be severed would have to be selected to be smaller than the extension of the busbar section 42, viewed in the direction of movement X of the separating body 34.
  • the separating body 34 is subsequently driven further into the arcing chamber 14. In doing so, the Busbar section 42 is rotated around the second predetermined breaking point 78 into the arcing chamber 14 until the side surface of the busbar section 42 strikes the stop surface 90. The continued movement of the separating body 34 creates a shear stress in the area of the second predetermined breaking point 78, which ultimately leads to a break at the second predetermined breaking point 78.
  • the distance between the adjacent busbar sections 80 and the base 60 in the area of the pocket 92 must be selected such that it is greater than the length of the severed busbar section 42, thus ensuring that there is no longer any contact between the adjacent busbar sections 80 and the severed busbar section 42.
  • the distance of the ribs 58 to the separating body 34 in the triggered state must be selected to be greater than the extent of the busbar section 42 before triggering, viewed in the direction of movement of the separating body 34.
  • the pocket 92 is also delimited by a web 96 which extends in the direction of the busbar 16 into the quenching chamber 14 and, on the one hand, delimits the severed busbar section 42 in its upright final position and, on the other hand, serves as a delimitation for the insert 68.
  • the pyrotechnic actuator 32 is triggered. Deflagration forces the separating body 34 against the busbar 16, separating the busbar section 43 from the remaining busbar 16 at the first predetermined breaking point 76.
  • the high voltage creates an arc in the area of the first predetermined breaking point 76 between the free busbar ends. This arc can only propagate through the opening 74 to the metal mesh 44, which is melted by the thermal energy.
  • groove-shaped depressions are formed in the base 60 of the arcing chamber housing 24, which serve as supply channels 98. These extend from the area below the metal mesh 44 to the two sides of the arcing chamber housing 24 along the base 60, initially to below the insert 68, so that a gap 100 is formed between the base 46 and the insert 68 below the insert 68. From here, the supply channels 98 extend on both sides to the opposite outer walls 66 of the arcing chamber housing 24.
  • the supply channels 98 merge into flow channels 102, which are formed by groove-shaped depressions on the inner wall surface of the outer walls 66 and project upwards until they merge into the flow openings of the intermediate housing 26, which in turn are fluidically connected to the pressure reduction volume 38, so that the pressure can be reliably reduced via the available volumes.
  • the busbar 16 is severed at the second predetermined breaking point 78, another arc is created, increasing the total length of the existing arcs to such an extent that the resistance increases to such an extent that the separation voltage exceeds the source voltage. This leads to complete extinction and cooling of the arc within a short period of time. The subsequent cooling after the arc is extinguished also subsequently reduces the pressure inside the housing 10, thus preventing subsequent bursting.

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Abstract

Es wird eine Sicherungsvorrichtung für Hochvoltanwendungen mit einem Gehäuse (10), einer Aktuierungskammer (12) und einer Löschkammer (14), die im Gehäuse (10) ausgebildet sind, und einer Stromschiene (16), die sich durch das Gehäuse (10) und zwischen der Aktuierungskammer (12) und der Löschkammer (14) erstreckt, einem mittels eines Aktors (32) verschiebbaren Trennkörper (34), dessen zur Stromschiene (16) gerichtete Trennfläche (84) in einem Querschnitt im nicht ausgelösten Zustand des Trennkörpers (34) unterschiedliche Abstände zur Stromschiene (16) aufweist, vorgeschlagen, bei der die Stromschiene (16) eine zweite Sollbruchstelle (78) aufweist, wobei eine erste Sollbruchstelle (76) in Bewegungsrichtung des Trennkörpers (34) betrachtet gegenüberliegend zu einem Abschnitt (86) der Trennfläche (84) des Trennkörpers (34) angeordnet ist, welche den kürzesten Abstand zur Stromschiene (16) im nicht ausgelösten Zustand des Trennkörpers (34) aufweist, und wobei der Stromschienenabschnitt (42) zwischen der ersten Sollbruchstelle (76) und der zweiten Sollbruchstelle (78) im ausgelösten Zustand vollständig getrennt von den angrenzenden Stromschienenabschnitten (80) in die Löschkammer (14) verschoben angeordnet ist. So kann eine schnellere Lichtbogenlöschung erreicht werden.

Description

B E S C H R E I B U N G
Sicherungsvorrichtung für Hochvoltanwendungen
Die Erfindung betrifft eine 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 dessen zur Stromschiene gerichtete Trennfläche in einem Querschnitt entlang einer Ebene, die durch die Haupterstreckungsrichtung der Stromschiene in der Sicherungsvorrichtung und der Bewegungsrichtung des Trennkörpers beim Auslösen des Aktors aufgespannt wird, im nicht ausgelösten Zustand des Trennkörpers unterschiedliche Abstände zur Stromschiene aufweist.
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.
So wird in der JP 2005-019411 eine pyrotechnische Sicherungsvorrichtung beschrieben, deren Stromschiene in einem dem Trennkörper gegenüberliegenden Bereich dünner ausgeführt ist, wodurch dieser leichter von der übrigen Stromschiene zu lösen ist. Entsprechend dient dieser Bereich der Stromschiene als Sollbruchstelle, an der beim Zünden des pyrotechnischen Anzünders der Trennkörper die Stromschiene durchschlägt, welche im Folgenden in eine Löschkammer verschoben wird. Der Trennkörper dieser Sicherungsvorrichtung weist eine schräg ausgebildete Trennfläche auf, so dass der Trennkörper bei der Auslösung lediglich an einer Seite des dünneren Stromschienenabschnitts anschlägt und die Stromschiene durchtrennt. Der der Löschkammer gegenüberliegende Abschnitt der Stromschiene wird in die Löschkammer um den Bereich der Stromschiene gedreht, der den anderen Übergang zwischen dem dickeren und dem dünneren Abschnitt der Stromschiene bildet. Durch dieses Drehen entsteht ein relativ langer Lichtbogen, dessen Erstreckung jedoch üblicherweise nicht ausreicht, um diesen möglichst schnell zum Erlöschen zu bringen.
Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Sicherungsvorrichtung für Hochvoltanwendungen zu schaffen, durch die bei Auslösung der Lichtbogen zur Erhöhung des Widerstandes so weit gestreckt werden kann, dass die Trennspannung die Quellspannung deutlich übersteigt und so der Lichtbogen erlischt. So sollen mögliche Kurzschlussströme, die zu einem Stromschlag führen können, vermieden werden.
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. Gas Gehäuse kann insbesondere mehrteilig ausgebildet sein und beispielsweise zumindest ein Löschkammergehäuse, welches die Löschkammer umgibt, und ein Aktuierungskammergehäuse, 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 Teil einer Stromschiene 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 entsprechend eine Stromschiene auf, die sich durch das Gehäuse und zwischen der Aktuierungskammer und der Löschkammer erstreckt. Des Weiteren ist 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 in die Löschkammer verschiebt und somit auch selbst zumindest teilweise von der Aktuierungskammer in die Löschkammer verschoben wird. Eine zur Stromschiene gerichtete Trennfläche dieses Trennkörpers weist in einem Querschnitt entlang einer Ebene, die durch die Haupterstreckungsrichtung der Stromschiene in der Sicherungsvorrichtung und der Bewegungsrichtung des Trennkörpers beim Auslösen des Aktors aufgespannt wird, im nicht ausgelösten Zustand des Trennkörpers unterschiedliche Abstände zur Stromschiene auf. Unter Bewegungsrichtung des Stromkörpers wird die Richtung axial durch die Sicherungsvorrichtung verstanden, also die Richtung entlang der Trennkörper beim Auslösen des Aktors verschoben wird. Unter Haupterstreckungsrichtung der Stromschiene wird eine Linie von einem ersten im Gehäuse befestigten Abschnitt der Stromschiene über den abzutrennenden Teil der Stromschiene zum gegenüberliegenden im Gehäuse befestigten Teil verstanden. Entsprechend ist die untere Trennfläche des Trennkörpers zumindest teilweise schräg ausgebildet und weist somit unterschiedliche Abstände zur Stromschiene auf. Entsprechend gelangt der Trennkörper zu unterschiedlichen Zeiten in Kontakt mit der Stromschiene beziehungsweise dessen abzutrennenden Abschnitt.
Erfindungsgemäß weist die Stromschiene zusätzlich zu der ersten Sollbruchstelle noch eine zweite Sollbruchstelle auf, an der der abzutrennende Stromschienenabschnitt von den angrenzenden Stromschienenabschnitten trennbar ist. Die erste Sollbruchstelle ist in Bewegungsrichtung des Trennkörpers betrachtet gegenüberliegend zu einem Abschnitt der Trennfläche des Trennkörpers angeordnet, welche den kürzesten Abstand zur Stromschiene im nicht ausgelösten Zustand des Trennkörpers aufweist, so dass dieser der ersten Sollbruchstelle gegenüberliegende Abschnitt der Trennfläche des Trennkörpers beim Auslösen als erstes auf die Stromschiene trifft und diese im Bereich der ersten Sollbruchstelle durchtrennt. Im Folgenden wird der abzutrennende Stromschienenabschnitt zwischen der ersten Sollbruchstelle und der zweiten Sollbruchstelle um die zweite Sollbruchstelle gedreht bis schließlich eine Trennung auch im Bereich der zweiten Sollbruchstelle erfolgt, so dass im ausgelösten Zustand der abzutrennende Stromschienenabschnitt vollständig getrennt von der übrigen Stromschiene beziehungsweise den angrenzenden Stromschienenabschnitten in die Löschkammer verschoben angeordnet ist. Dies hat zur Folge, dass zunächst ein großer Widerstand zwischen dem ersten abgetrennten Ende des abzutrennenden Stromschienenabschnitts und dem Ende des befestigten Stromschienenabschnitts entsteht, der mit wachsendem Abstand dieser beiden Stromschienenenden ebenfalls wächst. Durch diesen wachsenden Abstand wird der Lichtbogen in die Länge gezogen. Durch die Trennung an der zweiten Sollbruchstelle entsteht ein zusätzlicher Widerstand sowie eine zusätzliche Lichtbogenlänge. Durch diese beiden Trennungen wird so eine Trennspannung erzeugt, welche über der Quellspannung liegt, wodurch der Lichtbogen erlischt und kein Strom mehr fließen kann. Auf diese Weise wird die Zeit, in der Kurzschlussströme fließen, die zu einer Schädigung von Personen führen können, deutlich verkürzt. Durch die zweistufige Trennung wird auch die notwendige Trennkraft reduziert.
Vorzugsweise ist der Abschnitt der Trennfläche des Trennkörpers, der der ersten Sollbruchstelle gegenüberliegend angeordnet ist in Haupterstreckungsrichtung der Stromschiene betrachtet an einem ersten Ende des Trennkörpers angeordnet und der Abstand der Trennfläche zur Stromschiene wächst in Richtung des gegenüberliegenden zweiten Endes. Dieses Wachsen kann stetig erfolgen und durch Ausbildung einer Schrägen realisiert werden. Es können aber auch in Haupterstreckungsrichtung der Stromschiene betrachtet entlang der Trennfläche Abschnitte ausgebildet sein, welche parallel oder unstetig zur Stromschiene verlaufen. Wichtig ist, dass das Abscheren des abzutrennenden Stromschienenabschnitts an der zweiten Sollbruchstelle erst zeitlich nach einer gewissen Drehung des abzutrennenden Stromschienenabschnitts um die zweite Sollbruchstelle erfolgt. Auf diese Weise wird eine größere Dehnung des Lichtbogens erreicht. Des Weiteren wird die Belastung der Bauteile reduziert, so dass leichtere Werkstoffe verwendet werden können.
In einer vorteilhaften Ausführung weist die zweite Sollbruchstelle in Haupterstreckungsrichtung der Stromschiene betrachtet im nicht ausgelösten Zustand einen Abstand zum Trennkörper auf. Dieser ermöglicht eine Drehung des abzutrennenden Stromschienenabschnitts um bis zu 90° um die zweite Sollbruchstelle, so dass auf kleinstem Raum ein möglichst großer Abstand hergestellt wird. Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn der Abstand der zweiten
Sollbruchstelle zum zweiten Ende des Trennkörpers in Haupterstreckungsrichtung der Stromschiene betrachtet größer ist als die Ausdehnung der Stromschiene in Bewegungsrichtung des Trennkörpers. Durch diesen Abstand wird sichergestellt, dass der abzutrennende Stromschienenabschnitt im ausgelösten Zustand neben dem Trennkörper Platz findet und so in die um 90° verdrehte Position verschoben werden kann.
Besonders bevorzugt ist es, wenn in der Löschkammer ein Anschlag ausgebildet ist, welcher in Haupterstreckungsrichtung der Stromschiene betrachtet zwischen der zweiten Sollbruchstelle und dem Trennkörper in der Löschkammer angeordnet ist. Bei Drehung des abzutrennenden Stromschienenabschnitts gelangt dieser entsprechend kurz vor dem Ende gegen diesen Anschlag, wodurch der Stromschienenabschnitt an der zweiten Sollbruchstelle zuverlässig abgeschert wird.
In einer hierzu weiterführenden Ausführungsform ist der Abstand des Anschlags zum abzutrennenden Stromschienenabschnitt in Bewegungsrichtung des Trennkörpers betrachtet geringer als die Ausdehnung der Stromschiene in Bewegungsrichtung des Trennkörpers vor dem Auslösen des Trennkörpers. So wird sichergestellt, dass der Stromschienenabschnitt im Bereich der zweiten Sollbruchstelle an dem Anschlag tatsächlich abgeschert werden muss.
Besonders bevorzugt ist es, wenn der Anschlag an einer die Löschkammer begrenzenden Seitenwand eines Löschkammergehäuses ausgebildet ist, welches die Löschkammer umgibt. Dieses kann beispielswiese als Kunststoffteil ausgebildet werden und den abgetrennten Stromschienenabschnitt entsprechend abfedern. Auf diese Weise werden keine zusätzlichen Bauteile für diesen Anschlag benötigt. Vorzugsweise ist der Abstand eines Bodens der Löschkammer zur Stromschiene größer als der abzutrennende Stromschienenabschnitt und in der Löschkammer ist eine Tasche ausgebildet, die sich zwischen der Seitenwand der Löschkammer und einer im ausgelösten Zustand zur zweiten Sollbruchstelle gerichteten Seitenfläche des Trennkörpers erstreckt. Somit kann der abgetrennte Stromschienenabschnitt senkrecht in die Tasche verschoben werden, wobei ein Abstand zum benachbarten feststehenden Stromschienenabschnitt sichergestellt wird, wodurch eine Berührung des feststehenden Stromschienenendes zum abgetrennten Stromschienenende nach dem Abtrennen ausgeschlossen wird.
Vorzugsweise ist die die Tasche begrenzende Seitenwand der Löschkammer durch eine Innenwand des Löschkammergehäuses gebildet. Entsprechend kann zwischen der Außenwand und der Innenwand ein weiterer Raum zur Verfügung gestellt werden, der beispielsweise zur Ableitung des vorhandenen Druckes genutzt werden kann. Auch wird die Druckfestigkeit erhöht.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn sich vom Boden des Löschkammergehäuses ein Steg in Richtung zur Stromschiene in die Löschkammer erstreckt, dessen Abstand in Erstreckungsrichtung der Stromschiene betrachtet zur Innenwand des Löschkammergehäuses größer ist als die Ausdehnung des zu trennenden Stromschienenabschnitts in Bewegungsrichtung des Trennkörpers betrachtet und kleiner ist als der vorhandene Abstand zwischen dem Trennkörper und der Innenwand des Löschkammergehäuses im ausgelösten Zustand des Trennkörpers. So entsteht im Bereich des Bodens eine Begrenzung, die ein Verrutschen des abgetrennten Stromschienenabschnitts aus seiner senkrechten Position verhindert.
In einer weiterführenden Ausführungsform sind an der Innenwand des Löschkammergehäuses mehrere nebeneinander angeordnete Rippen ausgebildet, die sich in die Löschkammer erstrecken. Diese Rippen können die Bewegungsenergie des abgetrennten Stromschienenabschnitts aufnehmen und in Verformungsenergie umwandeln, wodurch die Haltbarkeit erhöht wird.
In einer wiederum weiterführenden Ausbildung der Erfindung sind die Rippen lamellenförmig ausgebildet sind und erstrecken sich in wechselnder Richtung schräg in Richtung der Löschkammer. Diese schräge Anordnung eignet sich besonders gut, bei geringem Materialaufwand eine hohe Energie zu absorbieren.
Vorzugsweise ist der abzutrennende Stromschienenabschnitt zu den angrenzenden Stromschienenabschnitten im nicht ausgelösten Zustand des Trennkörpers in Bewegungsrichtung des Trennkörpers versetzt angeordnet. Die Stromschiene weist somit einen Stufenschnitt auf, wodurch eine Querschnittsverengung lediglich auf einem differentiell kleinen Raum erfolgt, so dass der elektrische Widerstand in der Stromschiene nur geringfügig erhöht wird. Trotzdem ist der Restverbindungsquerschnitt zwischen dem abzutrennenden Stromschienenabschnitt und den beidseitig angrenzenden Stromschienenabschnitten so gering, dass die notwendige Trennkraft deutlich reduziert wird.
In einer hierzu weiterführenden Ausführung entspricht der Versatz des abzutrennenden Stromschienenabschnitts zu den angrenzenden Stromschienenabschnitten 10% bis 60% der Ausdehnung der Stromschiene in Bewegungsrichtung des Trennkörpers betrachtet. Der Feinschnittanteil ei der Trennung wird entsprechend so gewählt, dass dieser bis nahe an die Bruchgrenze herangeführt wird, wodurch die notwendige Trennkraft noch einmal deutlich reduziert wird.
Bei einem solchen Versatz kann vorteilhafterweise statt des Anschlags in
Verlängerung des abzutrennenden Stromschienenabschnitts in Erstreckungsrichtung der Stromschiene eine Anschlagfläche ausgebildet werden, deren Abstand zum an die zweite Sollbruchstelle angrenzenden feststehenden Stromschienenabschnitt in Erstreckungsrichtung der Stromschiene betrachtet kleiner ist als der über den feststehenden Stromschienenabschnitt in Bewegungsrichtung des Trennkörpers hinausragende Teil des abzutrennenden Stromschienenabschnitts. So kann das Abscheren des Stromschienenabschnitts an der zweiten Sollbruchstelle besonders einfach gewährleistet werden.
In einer weiterführenden vorteilhaften Ausführung ist die Anschlagfläche an einem die Stromschiene umgebenden Zwischengehäuse ausgebildet, wodurch auf zusätzliche Bauteile verzichtet werden kann.
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 die Bildung eines zweiten Lichtbogens erreicht wird, da hierdurch der Widerstand so weit erhöht wird, dass die Trennspannung über der Quellspannung liegt. So werden länger währende Kurzschlüsse und Stromschläge und daraus folgende Personenschäden vermieden. Dennoch kann diese Sicherungsvorrichtung relativ klein gebaut werden, da die Trennkraft im Vergleich zu bekannten Ausführungen durch die zweistufige Abtrennung reduziert wird. Durch die geringeren im Inneren wirkenden Kräfte und deren Absorption durch die Rippen können auch leichtere und kostengünstigere Materialien verwendet werden.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sicherungsvorrichtung für Hochvoltanwendungen ist in den Figuren dargestellt und wird anhand einer als pyrotechnischen Unterbrechervorrichtung ausgeführten Sicherungsvorrichtung nachfolgend beschrieben. 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 Kopfansicht in ein Löschkammergehäuse der erfindungsgemäßen Sicherungsvorrichtung aus Figur 1 in geschnittener Darstellung vor der Aktuierung.
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 Aktuierungskammergehäuse 22, in dem zentral die Aktuierungskammer 12 ausgebildet ist, und einem Löschkammergehäuse 24, in dem die Löschkammer 14 ausgebildet ist, ein Zwischengehäuse 26 unter Zwischenlage von Dichtringen 28 eingeklemmt ist.
Die Aktuierungskammer 12 im Aktuierungskammergehäuse 22 wird von einem Innenwandabschnitt 30 radial umgeben. Im Innern dieser Aktuierungskammer 12 ist im vom Löschkammergehäuse 24 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 den Innenwandabschnitt 30 radial geführt wird und die Aktuierungskammer 12 in Richtung des Aktors 32 axial begrenzt. Des Weiteren weist das Aktuierungskammergehäuse 22 einen Außenwandabschnitt 36 auf, der mit dem Innenwandabschnitt 30 des Aktuierungskammergehäuses 22 über nicht dargestellte Rippen verbunden ist. Zwischen dem Innenwandabschnitt 30 und dem Außenwandabschnitt 36 wird durch die Freiräume zwischen den Rippen ein Druckabbauvolumen 38 gebildet.
Das Zwischengehäuse 26 weist einen Flanschabschnitt 40 auf, mit dem das Zwischengehäuse 26 zwischen dem Aktuierungskammergehäuse 22 und dem Löschkammergehäuse 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 Zwischengehäuse 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, in den Figuren nicht dargestellte Durchströmungsöffnungen ausgebildet, die in axialer Verlängerung des Druckabbauvolumens 38 des Aktuierungskammergehäuses 22 angeordnet sind. Vom Flanschabschnitt 40 erstreckt sich axial ein Führungsabschnitt 48, der im zum Zwischengehäuse 26 weisenden Bereich des Aktuierungskammergehäuses 22 in eine Aufnahme 50 am Innenwandabschnitt 30 des Aktuierungskammergehäuses 22 greift und in diesem Bereich die Aktuierungskammer 12 radial begrenzt und somit den Trennkörper 34 führt. Zusätzlich weist das Zwischengehäuse 26 einen Führungsabschnitt 52 auf, der sich in das Löschkammergehäuse 24 erstreckt und die Löschkammer 14 an drei Seiten zumindest abschnittsweise begrenzt. An der vierten Seite ist dieser Führungsabschnitt 52 offen ausgebildet. An dieser Seite wird eine Seitenwand 54 der Löschkammer 14 durch eine Innenwand 56 des Löschkammergehäuses 24 gebildet. An dieser Innenwand 56 sind in die Löschkammer 14 ragende, lamellenartig ausgebildete Rippen 58 angeordnet, die in wechselnder Richtung schräg zueinander stehen.
An den anderen drei Seiten bildet dieser Führungsabschnitt 52 gemeinsam mit von einem Boden 60 des Löschkammergehäuses 24 in Richtung des Aktuierungskammergehäuses 22 ragenden Wandabschnitten 62, zu welchen er passgenau ausgerichtet ist, die übrigen Innenwände 64 der Löschkammer 14. Die Innenwände 56, 64 sind beabstandet zu umgebenden Außenwänden 66 des Löschkammergehäuses 24 angeordnet, die durch das Löschkammergehäuse 24 gebildet werden.
Auf dem Boden 60 ist ein Einlegeteil 68 angeordnet, welches die Löschkammer 14 axial zum Boden 60 des Löschkammergehäuses 24 unterhalb des Trennkörpers 34 begrenzt. Unmittelbar seitlich angrenzend zum Einlegeteil 68 ist an der zu den Rippen 58 gegenüberliegenden Seite der Löschkammer 14 auf dem Boden 60 zusätzlich ein Metallgewebe 44 angeordnet, welches sich axial zwischen der Innenwand 64 und der Außenwand 66, die die Löschkammer 14 umgeben, erstreckt. Das Metallgewebe 44 erstreckt sich axial bis kurz vor den Flanschabschnitt 40 des Zwischengehäuses 26. In einer Seitenwand 72 des Führungsabschnitts 52 des Zwischengehäuses 26 ist eine Öffnung 74 ausgebildet, über welche eine fluidische Verbindung vom Innern der Löschkammer 14 zum Metallgewebe 44 hergestellt wird. Diese Öffnung 74 ist unmittelbar angrenzend zum Flanschabschnitt 40 ausgebildet, und zwar an der Seitenwand 72, welche in axialer Verlängerung einer ersten Sollbruchstelle 76 der Stromschiene 16 angeordnet ist.
Die Stromschiene 16 weist neben der ersten Sollbruchstelle 76 auch eine hierzu beabstandete zweite Sollbruchstelle 78 auf. Die beiden Sollbruchstellen 76, 78 werden in vorliegendem Ausführungsbeispiel dadurch gebildet, dass der abzutrennende Stromschienenabschnitt 42 zwischen den beiden Sollbruchstellen 76, 78 in einer Bewegungsrichtung X des Trennkörpers 34 versetzt zu anschließenden Stromschienenabschnitten 80 angeordnet ist, welche vom Zwischengehäuse 26 umgeben sind. Der abzutrennende Stromschienenabschnitt ist hierdurch im Querschnitt lediglich zu 10-60% mit den angrenzenden Stromschienenabschnitten 80 verbunden.
In einer Haupterstreckungsrichtung Y der Stromschiene 16 betrachtet befindet sich die erste Sollbruchstelle 76 unmittelbar gegenüberliegend zu einem ersten Ende 82 des Trennkörpers 34, an dem der Trennkörper 34 den geringsten Abstand zum abzutrennenden Stromschienenabschnitt 42 aufweist. Eine Trennfläche 84 des Trennkörpers 34 erstreckt sich im Querschnitt in Haupterstreckungsrichtung Y der Stromschiene 16 betrachtet zunächst über einen kurzen Abschnitt 86 mit einem kürzesten Abstand parallel zum Stromschienenabschnitt 42 und weist im Folgenden einen in Richtung zur zweiten Sollbruchstelle 78 stetig wachsenden Abstand zum Stromschienenabschnitt 42 auf und ist somit schräg ausgebildet, so dass das zum ersten Ende 82 gegenüberliegende zweite Ende 88 den größten Abstand zum Stromschienenabschnitt 42 aufweist. Während die erste Sollbruchstelle 76, wie bereits erwähnt wurde, unmittelbar unter dem ersten Ende 82 des Trennkörpers 34 im nicht ausgelösten Zustand des Trennkörpers 34 angeordnet ist, weist das andere Ende 88 in Haupterstreckungsrichtung der Stromschiene 16 betrachtet einen Abstand Z zur zweiten Sollbruchstelle 78 auf. Dieser Abstand Z ist größer als die Ausdehnung des abzutrennenden Stromschienenabschnitts 42 in Bewegungsrichtung X des Trennkörpers 34 betrachtet. In Verlängerung des abzutrennenden Stromschienenabschnitts 42 in Erstreckungsrichtung Y der Stromschiene 16 ist eine Anschlagfläche 90 am Flanschabschnitt 40 des Zwischengehäuses 26 ausgebildet. Deren Abstand zum an die zweite Sollbruchstelle 78 angrenzenden feststehenden Stromschienenabschnitt 80 ist in Erstreckungsrichtung Y der Stromschiene betrachtet kleiner als der über den feststehenden Stromschienenabschnitt 80 in Bewegungsrichtung X des Trennkörpers 34 hinausragende Teil des abzutrennenden Stromschienenabschnitts 42. Dies hat zur Folge, dass bei der geschwenkten Bewegung des Stromschienenabschnitt 42 dieser mit seiner axial über den feststehenden Stromschienenabschnitt 80 hinausragende Teil gegen die Anschlagfläche 90 gedreht wird und so an der zweiten Sollbruchstelle abgeschert wird.
Bei Verwendung von Stromschienen 16 mit anderen Sollbruchstellen 76, 78 die beispielsweise durch eine Ausstanzung gebildet werden und bei denen sich der abzutrennende Stromschienenabschnitt 42 auf gleicher Höhe befindet, wie die angrenzenden Stromschienenabschnitt 80, kann alternativ in dem Bereich zwischen dem zweiten Ende 88 des Trennkörpers 34 und der zweiten Sollbruchstelle 78 in Haupterstreckungsrichtung Y der Stromschiene 16 betrachtet in der Löschkammer 14 ein Anschlag ausgebildet werden, der an der Innenwand 56 des Löschkammergehäuses 24 und in Bewegungsrichtung X des Trennkörpers 34 betrachtet zwischen den Rippen 58 und dem abzutrennenden Stromschienenabschnitt 42 auszubilden ist. Dessen Abstand zum abzutrennenden Stromschienenabschnitt 42 müsste kleiner als die Ausdehnung des Stromschienenabschnitts 42 in Bewegungsrichtung X des Trennkörpers 34 betrachtet gewählt werden.
Nach Auslösung des Aktors 32 und Trennen des Stromschienenabschnitts 42 an der ersten Sollbruchstelle 76 wird der Trennkörper 34 im Folgenden weiter in die Löschkammer 14 getrieben. Dabei wird der Stromschienenabschnitt 42 um die zweite Sollbruchstelle 78 in die Löschkammer 14 gedreht, bis die Seitenfläche des Stromschienenabschnitts 42 an der Anschlagfläche 90 anschlägt. Durch die fortgesetzte Bewegung des Trennkörpers 34 entsteht so im Bereich der zweiten Sollbruchstelle 78 eine Scherspannung, die schließlich zu einem Bruch an der zweiten Sollbruchstelle 78 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 78 erfolgt, wird diese Bewegung nach dem Abreißen fortgesetzt. Dies bedeutet, dass der Stromschienenabschnitt 42 gegen die Rippen 58 gedreht wird, welche dessen Bewegungsenergie aufnehmen. Der Stromschienenabschnitt 42 wird entsprechend in eine Tasche 92 gedreht, welche einerseits durch die Innenwand 56 des Löschkammergehäuses 24 und andererseits durch eine zur zweiten Sollbruchstelle 78 gerichteten Seitenfläche 94 des Trennkörpers 34 seitlich begrenzt wird. Hierzu ist der Abstand zwischen den angrenzenden Stromschienenabschnitten 80 und dem Boden 60 im Bereich der Tasche 92 so zu wählen, dass dieser größer ist als die Längenausdehnung des abgetrennten Stromschienenabschnitts 42, damit sichergestellt wird, dass kein Kontakt mehr zwischen den angrenzenden Stromschienenabschnitten 80 und dem abgetrennten Stromschienenabschnitt 42 besteht. Zusätzlich ist der Abstand der Rippen 58 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 60 wird die Tasche 92 auch durch einen Steg 96 begrenzt, der sich in Richtung der Stromschiene 16 in die Löschkammer 14 erstreckt und einerseits den abgetrennten Stromschienenabschnitt 42 in seiner aufrechten Endposition begrenzt und andererseits als Begrenzung für das Einlegeteil 68 dient. Entsteht nun ein Notfall, beispielsweise aufgrund eines Unfalls des Fahrzeugs, wird der pyrotechnische Aktor 32 ausgelöst. Der Trennkörper 34 wird durch die Deflagration gegen die Stromschiene 16 gedrückt und trennt den Stromschienenabschnitt 43 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 ausschließlich durch die Öffnung 74 zum Metallgewebe 44 ausdehnen, welches durch die thermische Energie zum Schmelzen gebracht wird.
Hierdurch wird der Lichtbogen abgekühlt, jedoch muss der entstehende Druck durch die Explosion des Anzünders und durch das Aufschmelzen des Metallgewebes 44 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 60 des Löschkammergehäuses 24 nutförmige Vertiefungen ausgebildet, welche als Zuleitungskanäle 98 dienen. Diese erstrecken sich vom Bereich unterhalb des Metallgewebes 44 zu den beiden Seiten des Löschkammergehäuses 24 entlang des Bodens 60 zunächst bis unter das Einlegeteil 68, so dass unter dem Einlegeteil 68 ein Zwischenraum 100 zwischen dem Boden 46 und dem Einlegeteil 68 gebildet wird. Von hier aus erstrecken sich die Zuleitungskanäle 98 zu beiden Seiten bis zu den gegenüberliegenden Außenwänden 66 des Löschkammergehäuses 24. Von hier aus gehen die Zuleitungskanäle 98 in Strömungskanäle 102 über, die durch nutförmige Vertiefungen an der Innenwandfläche der Außenwände 66 gebildet sind und ragen nach oben, bis sie in die Durchströmungsöffnungen des Zwischengehäuses 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. Zusätzlich entsteht bei der Trennung der Stromschiene 16 an der zweiten Sollbruchstelle 78 ein weiterer Lichtbogen, so dass die Gesamtlänge der vorhandenen Lichtbögen vergrößert wird, und zwar so stark, dass der Widerstand derart wächst, dass die Trennspannung die Quellspannung übersteigt. Dies führt zu einer vollständigen Löschung und Abkühlung des Lichtbogens in kurzer Zeit. Durch die daraus weiter folgende Abkühlung nach Erlöschen des Lichtbogens lässt im Folgenden der Druck im Innern des Gehäuses 10 ebenfalls nach, so dass auch ein späteres Bersten ausgeschlossen wird.
Es wird somit eine Sicherungsvorrichtung geschaffen, mit dem 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 gearbeitet werden.
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 die Rippen über ein zusätzliches Einlegeteil hergestellt 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 (76) in die Löschkammer (14) verschiebbar ist, und dessen zur Stromschiene (16) gerichtete Trennfläche (84) in einem Querschnitt entlang einer Ebene, die durch die Haupterstreckungsrichtung (Y) der Stromschiene (16) in der Sicherungsvorrichtung und der Bewegungsrichtung (X) des Trennkörpers (34) beim Auslösen des Aktors (32) aufgespannt wird, im nicht ausgelösten Zustand des Trennkörpers (34) unterschiedliche Abstände zur Stromschiene (16) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene (16) eine zweite Sollbruchstelle (78) aufweist, wobei die erste Sollbruchstelle (76) in Bewegungsrichtung des Trennkörpers (34) betrachtet gegenüberliegend zu einem Abschnitt (86) der Trennfläche (84) des Trennkörpers (34) angeordnet ist, welche den kürzesten Abstand zur Stromschiene (16) im nicht ausgelösten Zustand des Trennkörpers (34) aufweist, wobei der Stromschienenabschnitt (42) zwischen der ersten Sollbruchstelle (76) und der zweiten Sollbruchstelle (78) im ausgelösten Zustand vollständig getrennt von den angrenzenden Stromschienenabschnitten (80) in die Löschkammer (14) verschoben angeordnet ist.
2. Sicherungsvorrichtung für Hochvoltanwendungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (86) der Trennfläche (84) des Trennkörpers (34), der in Haupterstreckungsrichtung (Y) der Stromschiene (16) betrachtet der ersten Sollbruchstelle (76) gegenüberliegend angeordnet ist an einem ersten Ende (82) des Trennkörpers (34) angeordnet ist und der Abstand der Trennfläche (84) zur Stromschiene (16) in Richtung des gegenüberliegenden zweiten Endes (88) wächst.
3. Sicherungsvorrichtung für Hochvoltanwendungen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Sollbruchstelle (78) in Haupterstreckungsrichtung (Y) der Stromschiene (16) betrachtet im nicht ausgelösten Zustand einen Abstand (Z) zum Trennkörper (34) aufweist.
4. Sicherungsvorrichtung für Hochvoltanwendungen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (Z) der zweiten Sollbruchstelle (78) zum zweiten Ende (88) des Trennkörpers (34) in Haupterstreckungsrichtung (Y) der Stromschiene (16) betrachtet größer ist als die Ausdehnung der Stromschiene (16) in Bewegungsrichtung (X) des Trennkörpers (34).
5. Sicherungsvorrichtung für Hochvoltanwendungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Löschkammer (14) ein Anschlag ausgebildet ist, welcher in Haupterstreckungsrichtung (Y) der Stromschiene (16) betrachtet zwischen der zweiten Sollbruchstelle (78) und dem Trennkörper (34) in der Löschkammer (14) angeordnet ist.
6. Sicherungsvorrichtung für Hochvoltanwendungen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand des Anschlags zum abzutrennenden Stromschienenabschnitt (42) in Bewegungsrichtung (X) des Trennkörpers (34) betrachtet geringer ist als die Ausdehnung der Stromschiene (16) in Bewegungsrichtung (X) des Trennkörpers (34).
7. Sicherungsvorrichtung für Hochvoltanwendungen nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag an einer die Löschkammer (14) begrenzenden Seitenwand (54) eines Löschkammergehäuses (24) welches die Löschkammer (14) umgibt, ausgebildet ist.
8. Sicherungsvorrichtung für Hochvoltanwendungen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand eines Bodens (60) der Löschkammer (14) zur Stromschiene (16) größer ist als der abzutrennende Stromschienenabschnitt (42) und in der Löschkammer (14) eine Tasche (92) ausgebildet ist, die sich zwischen der Seitenwand (54) der Löschkammer (14) und einer im ausgelösten Zustand zur zweiten Sollbruchstelle (78) gerichteten Seitenfläche (94) des Trennkörpers (34) erstreckt.
9. Sicherungsvorrichtung für Hochvoltanwendungen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die die Tasche (92) begrenzende Seitenwand (54) der Löschkammer (14) durch eine Innenwand (56) des Löschkammergehäuses (24), gebildet ist.
10. Sicherungsvorrichtung für Hochvoltanwendungen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich vom Boden (60) des Löschkammergehäuses (24) ein Steg (96) in Richtung zur Stromschiene (16) in die Löschkammer (14) erstreckt, dessen Abstand in Haupterstreckungsrichtung (Y) der Stromschiene (16) betrachtet zur Innenwand (56) des Löschkammergehäuses (24) größer ist als die Ausdehnung des zu trennenden Stromschienenabschnitts (42) in Bewegungsrichtung (X) des Trennkörpers (34) betrachtet und kleiner ist als der vorhandene Abstand zwischen dem Trennkörper (34) und der Innenwand (56) des Löschkammergehäuses (24) im ausgelösten Zustand des Trennkörpers (34).
11. Sicherungsvorrichtung für Hochvoltanwendungen nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenwand (56) des Löschkammergehäuses (24) mehrere nebeneinander angeordnete Rippen (58) ausgebildet sind, die sich in die Löschkammer (14) erstrecken.
12. Sicherungsvorrichtung für Hochvoltanwendungen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (58) lamellenförmig ausgebildet sind und sich in wechselnder Richtung schräg in die Löschkammer (14) erstrecken.
13. Sicherungsvorrichtung für Hochvoltanwendungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der abzutrennende Stromschienenabschnitt (42) zu den angrenzenden Stromschienenabschnitten (80) im nicht ausgelösten Zustand des Trennkörpers (34) in Bewegungsrichtung (X) des Trennkörpers (34) versetzt angeordnet ist.
14. Sicherungsvorrichtung für Hochvoltanwendungen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz des abzutrennenden Stromschienenabschnitts (42) zu den angrenzenden Stromschienenabschnitten (80) 10% bis 60% der Ausdehnung der Stromschiene (16) in Bewegungsrichtung des Trennkörpers (34) betrachtet entspricht.
15. Sicherungsvorrichtung für Hochvoltanwendungen nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass in Verlängerung des abzutrennenden Stromschienenabschnitts (42) in Erstreckungsrichtung Y der Stromschiene (16) eine Anschlagfläche (90) ausgebildet ist, deren Abstand zum an die zweite Sollbruchstelle (78) angrenzenden feststehenden Stromschienenabschnitt (80) in Erstreckungsrichtung Y der Stromschiene (16) betrachtet kleiner ist als der über den feststehenden Stromschienenabschnitt (80) in Bewegungsrichtung X des Trennkörpers (34) hinausragende Teil des abzutrennenden Stromschienenabschnitts (42).
16. Sicherungsvorrichtung für Hochvoltanwendungen nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagfläche (90) an einem die Stromschiene (16) umgebenden Zwischengehäuse (26) ausgebildet ist.
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