KR20010071162A - 고 전류 세기용 전기 회로의 분리 장치 - Google Patents

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KR20010071162A
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테에르베 오토모티브 일렉트로닉스 운트 콤포넌츠 게엠베하 운트 코. 카게
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Abstract

본 발명은
a) 적어도 하나의 전기 도체 소자(3)가 제공된 하우징(1)을 포함하고, 상기 도체 소자(3)는 분리 영역(9)를 포함하며 분리될 전기 회로에 접속될 수 있으므로, 분리될 전류 경로가 도체 소자(3)을 통해 연장되고,
b) 상기 하우징(1) 내에 또는 하우징(1)에 제공되어 트리거 압력을 발생시키기 위한 활성화 가능한 수단(13, 7; 3, 9, 7)을 포함하고, 상기 트리거 압력은 직접 분리 영역(9)에 및/또는 출발 위치에서 분리 영역(9)에 작용하는 구동 표면(17, 23, 39, 41)을 통해 분리 영역(9)에 작용하고,
c) 상기 분리 영역(9) 및/또는 구동 표면(17, 23, 39, 41)은 수단(13, 7; 3, 9, 7)의 활성화 후에 분리 영역(9)이 완전히 분리되거나 또는 파열되거나 또는 분리 영역(9)의 횡단면이 감소되는 특히, 고 전류 세기용 전기 회로 분리 장치에 관한 것이다.

Description

고 전류 세기용 전기 회로의 분리 장치 {DEVICE FOR ISOLATING AN ELECTRIC CIRCUIT, ESPECIALLY FOR HIGH CURRENT INTENSITIES}
다양한 용도에서, 기술적 장치의 손상 또는 사람의 위험을 방지하기 위해 특히 파괴의 경우 또는 다른 비상의 경우에 전기 회로를 신속히 그리고 확실하게 비가역적으로 분리시키는 스위치 또는 장치가 필요하다. 이러한 장치는 기술적 장치에서, 예컨대 에너지 분배기 회로망 또는 자동차 기술에서 높은 전류 세기가 발생할 때 특히 필요하다. 전기 회로를 분리시키기 위한 이러한 장치에는 안전성에 대한 높은 요구가 주어진다; 특히 스위칭 과정 자체에 의해 기술적 장치 또는 사람이 손상되지 않으면서, 전기 회로가 충분히 신속히 그리고 확실하게 영구 분리되어야 한다. 게다가, 이러한 장치는 가급적 관리가 필요 없어야 하고 오래 동안 작동하지 않은 후에도, 예컨대 20년 후에도 기능이 확실하게 이루어져야 한다.
자동차 기술에서는 사고 후 가급적 단시간 내에 차 배터리가 제한되고 보오드 케이블링으로부터 비가역적으로 분리되어야 하거나 또는 분리되는 것이 바람직하다. 이로 인해, 예컨대 케이블 절연체가 사고 동안 침입한 차체 박판에 의해 벗겨지거나 또는 느슨한 케이블 단부가 서로 또는 박판 부분에 대해 흔들리고, 배출된 벤젠이 점화하거나 또는 사고 후에 형성된 인화성 벤젠-공기 혼합물이 폭발될 수 있는 경우에 생기는 불꽃 및 플라즈마에 의해 형성되는 점화 소오스가 피해진다.
고 전류가 흐르는 전기 회로를 분리시키기 위한 장치를 구현하기 위해, 독일 실용신안 제 297 00 594 U1호에는 전기 안전 스위치가 공지되어 있다. 여기서는 하우징 내에 배치된 도체가 불꽃 제조 기술로 가속되는, 전기 절연 분리 바디에 의해 분리된다. 상기 분리 바디는 분리될 도체 소자에 대해 일정한 간격을 두고 출발 위치에 배치되고, 예컨대 에어백의 트리거를 위해 사용되는 신호에 의해 연소실에 제공된 추진제의 트리거 후에 도체 소자의 방향으로 가속된다. 비교적 큰 횡단면을 가진 나머지 도체 소자의 노치에 의해, 도체 소자 또는 상기 분리 영역이 매우 신속히 파열된다. 분리될 도체 소자의 하부에는 공간이 제공된다. 상기 공간 내로 분리된 도체 단부가 휘어진다. 상기 공간은 또한 분리 바디를 수용한다. 따라서, 상기 장치에서는 도체 단부가 제어되지 않은 채로 파열되지 않는다. 그러나, 이러한 장치에서 높은 전류가 도체 소자에 흐르면, 도체 소자에서 차단이 일어나자 마자 아크가 형성되므로, 처음에는 전류가 완전한 크기로 흐른다. 그러나, 상기 아크는 전기 절연 분리 소자에 의해 극도로 신속히 소거된다.
이로 인해, 배터리로부터 전기 장치로 흐르는 전류 또는 단락 전류의 신속한 비가역적 차단이 이루어지기는 하지만, 자기 유도에 의한 전기 회로의 부하에 항상 존재하는 인덕턴스로 인해 매우 높은 전압 피크가 나타나기 때문에, 접속된 장치및 절연체가 비가역적으로 손상될 위험이 있다.
또한, 독일 특허 제 44 38 157 C1호에는 동일한 원리로 동작하는 불꽃 제조 기술 분리 장치가 공지되어 있다. 여기서도 절연 분리 소자가 추진제에 의해 가속되고 분리될 소자를 파열시킨다. 이것을 위해, 분리 소자가 바람직하게는 정면에 형성된 오목한 리세스를 가지므로, 에지 영역에 절삭 에지가 형성된다. 상기 장치에 의해 비교적 얇은 두께의 추진제를 가진 두꺼운 도체 소자도 확실하고 가급적 신속히 분리되어야 한다. 이러한 분리 장치가 전기 스위치로 사용되면, 흐르는 전류의 매우 신속한 차단으로 인한 높은 유도 전압의 문제가 발생한다.
게다가, 공지된 장치는 분리 소자의 충분한 가속을 위해, 상응하게 채워져 형성된 하우징에도 불구하고 일정한 위험 포텐셜을 나타내는 추진제를 필요로 한다. 또한, 공지된 장치는 복잡한 인가 테스트를 요구하고, 이것은 적지 않은 시간적 및 경제적 낭비를 초래한다.
고전류 기술에서 공지된 바와는 달리 구성된 파워 전류의 분리 장치는 여기서 고려되지 않는데, 그 이유는 그것이 릴레이형으로 구성되기 때문에 요구(단 하나의 회로 및 서비스 없이 20년 후에도 확실하게 동작해야 한다는)가 자동차에 주어지는 기계적 및 열적/기후적 환경 조건에서 충족될 수 없기 때문이다. 게다가 이러한 장치는 자동차 분야에 사용하기에는 간단한 실시예 조차도 너무 비싸고 및/또는 너무 무겁거나 너무 크다.
본 발명은 특히, 고 전류 세기용 전기 회로를 분리시키기 위한 장치에 관한 것이다.
도 1 내지 5는 본 발명에 따른 장치의 5가지 실시예을 나타낸 종단면도,
도 6은 도 1에 따른 장치의 횡단면도,
도 7은 도 5에 따른 장치의 횡단면도,
도 8은 도체 없이 분리 영역에서 도체의 횡단면의 약화에 대한 가능한 구조를 나타낸 평면도,
도 9는 여러 가지 형태로 약화된 분리 영역을 가진 도체 소자를 나타낸 도면(도 9a, 9b, 9c는 전체 도체 폭에 걸쳐 한측면 또는 양측면에 약화를 가지며 비교적 큰 축방향 폭을 가진 분리 영역의 종단면도; 도 9b는 9a의 분리 영역의 평면도; 도 9c는 타원형 리세스 형태의 약화를 가진 부분 영역의 평면도).
도 10은 여러 가지 형태로 약화된 분리 영역을 가진 도체 소자를 나타낸 도면(도 10a, 10e, 10f는 전체 도체 폭에 걸쳐 축방향으로 이격된 2개의 한측면 또는 양측면 슬롯형 약화를 가진 부분 영역의 종단면도; 도 10g는 도 10a에 따르지만 v형 슬롯을 가진 종단면도; 도 10h는 도 10a에 따르지만 슬롯의 바닥에 횡방향 홀을 가진 종단면도; 도 10b는 도 10a의 평면도; 도 10c는 직사각형 슬롯을 가진 분리 영역의 평면도; 도 10d는 원형 슬롯을 가진 분리 영역의 평면도),
도 11은 여러 가지 형태로 약화된 분리 영역을 가지며 동시에 상기 분리 영역의 적어도 일부가 저전도성 재료로 형성된 도체 소자를 나타낸 도면(도 11a는 비교적 큰 축방향 폭에 걸쳐 양측면 약화를 가진 분리 영역의 종단면도; 도 11b는 도 11a의 평면도; 도 11c는 도 11a를 따르지만 분리 영역의 좁은 스트립 폭을 가진 평면도; 도 11d, 11e는 원형 또는 직사각형 약화를 가진 분리 영역의 평면도)
도 12 내지 18은 본 발명에 따른 장치의 또다른 실시예의 종단면도이다.
본 발명의 목적은 한편으로는 차단될 전기 회로를 확실히 그리고 충분히 신속히 비가역적으로 분리시키고 다른 한편으로는 유도된 전압 피크에 의해 전기 회로 내에 있는 소자들의 손상을 피하도록 구성된, 특히 고 전류 세기용 전기 회로의 분리 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은 본 발명에 따라 청구항 제 1항의 특징에 의해 달성된다.
본 발명은 분리될 전기 회로 내로 흐르는 전류를 차단시키는 과정의 속도와 관련해서, 한편으로는 (경우에 따라 허용되지 않은 크기의) 전류에 의한 장치 및 사람의 위험을 피하기 위해 전류의 충분히 신속한 차단이 이루어져야 한다는 요구과, 다른 한편으로는 유도된 전압 피크에 의해 장치 및 사람이 위험에 처할 정도로 신속히 전류를 차단해서는 안된다는, 즉 전류 변동 di(t)/dt이 너무 커서는 안된다는 요구의 허용 가능한 절충안을 찾아야 한다는 사실을 기초로 한다.
본 발명에 따라, 공지된 장치에서와는 달리, 도체 소자 또는 도체 소자의 분리 영역에 부딪치기 전에 예컨대 150 내지 200 m/s의 높은 속도로 가속되는 분리 소자가 사용되지 않는다. 상기 분리 소자는 도체 소자를 극도로 신속히 분리시키고 경우에 따라 발생하는 아크를 소거시킨다. 이것 대신에, 분리 영역에 직접 또는 출발 위치에서 이미 분리 영역 위에 놓인 구동 표면을 통해 트리거 압력이 제공된다. 물론, 구동 표면은 출발 위치에서, 그것이 부딪칠 때 초 당 수 미터 또는 수십 미터의 비교적 낮은 속도만을 갖을 정도로 분리 영역으로부터 작은 간격을 두고 배치될 수 있다.
이로 인해, 분리 영역이 트리거 압력의 발생 후에 충분히 신속히, 그러나 허용될 수 없는 높은 유도 전압이 발생되지 않을 정도로 신속히 분리된다. 가속될분리 소자에 대한 가속 거리가 필요치 않기 때문에, 매우 작은 크기가 가능하다. 예컨대, 이러한 장치가 자동차 배터리의 단자에 직접 장착될 수 있다.
본 발명에 따라 대안으로서 분리 영역에 대한 압력 공급에 의해 전체 도체 횡단면이 분리 영역에서 분리될 수 있다. 다른 대안으로는, 도체 횡단면의 일부만이 분리 영역에서 분리됨으로써, 나머지 영역에 의해 특히, 자동차에서 예정된 시간 동안 전기 장치의 비상 동작이 유지될 수 있다. 이것을 위해, 나머지 도체 횡단면은 도체 횡단면을 통해 흐르는 전류가 횡단면이 감소된 분리 영역을 퓨즈에 상응하게 가열한 다음, 완전히 분리시키는데 충분할 정도로 설정된다. 분리 영역의 길이에 걸친 도체 횡단면 및 분리 영역의 길이는 감소된 분리 영역의 저항이 도체 소자를 통해 흐르는 전류를, 장치 및 사람에 대한 위험이 배제되지만 분리 영역의 용융까지 예정된 시간 동안 전기 장치의 비상 전류 공급이 유지될 정도의 작은 값으로 감소시키기에 충분하도록 설정된다. 부가로, 감소된 분리 영역의 재료는 분리 영역이 예정된 저항값을 가질 수 있도록 선택될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는 활성화 가능하며 활성화 후에 열 에너지를 방출하는 및/또는 가스를 발생시키는 매체, 바람직하게는 불꽃 제조 재료 또는 내부 에너지 또는 화학적 에너지를 가진 가스로 적어도 부분적으로 채워진 챔버가 하우징에 제공되고, 상기 매체의 활성화에 의해 분리 영역에 직접 또는 구동 표면을 통해 제공되는 트리거 압력이 발생될 수 있다.
분리 과정이 불꽃 제조 혼합물 및 연소 또는 특성의 정확한 선택에 의해 -분리 영역 횡단면의 상응하는 디자인에 의해 지지되어- 제어됨으로써, 전류 차단 및고 전류 세기에서 형성되는 (플라즈마) 아크의 소거가 파괴적으로 작용하는 유도 에너지가 "소모"될 수 있을 정도의 속도로 이루어진다.
본 발명에 따른 장치의 한 실시예에서, 매체의 활성화를 위해 점화 부재가 제공될 수 있다. 따라서, 공지된 장치에서와 마찬가지로 매체가 매우 신속히 활성화되고 매체가 트리거 압력을 매우 신속히 형성한다.
다른 실시예에서는 매체의 활성화를 위해, 전류에 의해 가열 가능한 도체 또는 매우 높은 전류에 의해 폭발할 수 있는 도체가 제공된다. 특히, 가열 가능한 도체, 예컨대 전열선의 사용에 의해 매체의 매우 간단한 구성 및 활성화의 장점이 얻어진다.
본 발명의 또다른 실시예에 따라 활성화 가능한 매체가 챔버에 공급 가능한 고온 가스에 의해 활성화될 수 있고, 상기 고온 가스는 바람직하게는 전기 회로를 분리시키기 위한 다른 장치로부터 공급될 수 있다. 이로 인해, 제 1 전기 회로의 분리를 위한 제 1 장치의 활성화시 반드시 제 2 또는 다수의 부가 장치가 제 2 또는 다수의 부가 전기 회로의 분리를 위해 활성화될 수 있다. 분리될 다수의 도체 소자가 도체 소자의 분리를 위한 활성화 가능한 매체와 함께 단 하나의 공동 하우징에 제공될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라 활성화 가능한 매체가 열 에너지에 의해 활성화될 수 있고, 상기 열 에너지는 도체 소자 또는 분리 영역의 온도가 예정된 값을 초과하면 도체 소자, 특히 분리 영역으로부터 방출된다. 매체는 바람직하게는 도체 소자 및/또는 분리 영역과 양호하게 열 접촉된다. 이로 인해, 신호에 의해 제어 가능한 활성화 장치, 예컨대 전열선 또는 점화 부재 형태의 활성화 장치가 제공되지 않거나 또는 기존의 제어 가능한 활성화 장치가 동작할 수 없거나 또는 구동 신호가 더 이상 발생될 수 없는 경우에도 장치의 활성화가 보장될 수 있다.
본 발명의 실시예에서 포트형으로 형성된 구동 표면 또는 포트형 영역을 가진 구동 표면이 제공된다. 상기 구동 표면의 외벽의 정면은 분리 영역에 제공된다. 구동 표면은 스탬프로 작용한다. 분리 영역은 바람직하게는 구동 표면의 외벽의 정면이 분리 영역에 제공되는 영역의 외부에서, 분리 영역에 인접한 도체 소자의 횡단면에 대한 분리 영역의 약화가 제공되도록 형성된다..
스탬프형 구동 표면은 장치의 활성화 후에 분리 영역의 전체 횡단면을 분리시키는 분리 영역의 부분, 또는 상응하는 일부만을 파열시킨다. 후자의 경우에는 분리 영역의 약화가 바람직하게는 폐쇄된 또는 분리 영역의 한 측면을 따라 개방된 곡선의 형태로 연장되므로, 분리 영역에 관통구가 "스탬프"되거나 또는 분리 영역의 한 측면을 향해 개방된 리세스가 형성된다.
이렇게 형성된 분리 영역 부분의 파열은 구동 표면의 사용에 의해서 뿐만 아니라, 분리 영역에 직접 압력을 공급함으로써도 이루어질 수 있다.
모든 경우, 분리 영역은 하나의 완전한 부분 또는 다수의 부분이 파열되지 않고 분리 영역의 한 특정 영역 또는 다수의 특정 영역이 파열되도록 형성된다. 모든 경우, 적어도 도체 횡단면의 감소가 이루어진다. 파열을 위해, 분리 영역은 한 영역에서 약화선을 따라 파열되고 부분 영역이 로브 형태로 휘어지도록 형성될 수 있다.
본 발명의 또다른 실시예에서는 포트형 구동 표면 또는 포트형 영역의 내부 공간이 적어도 부분적으로 열적으로 활성화 가능하며, 활성화 후에 열 에너지를 방출하는 및/또는 가스를 발생시키는 매체로 채워진다. 바람직하게는 불꽃 제조 재료 또는 내부 에너지 또는 화학적 에너지를 가진 가스로 채워진다. 상기 매체는 도체 소자 및/또는 분리 영역과 양호하게 열 접촉된다.
다른 실시예에서는 분리 영역이 적어도 부분적으로 나머지 도체 소자 보다 낮은 전도성의 재료로 이루어진다. 이로 인해, 한편으로는 상기 영역이 나머지 도체 보다 더 강력하게 가열될 수 있다. 따라서, 허용되지 않는 고전류에서도 도체 소자 또는 분리 영역에서 발생되는 열 에너지에 의해 열 에너지 및/또는 가스를 발생시키는 매체의 자동 활성화가 요구되는 실시예에서, 비교적 높은 활성화 온도를 가진 매체가 사용될 수 있고, 비교적 낮은 전류 또는 낮은 도체 온도에서 장치의 트리거가 요구될 수 있다. 다른 한편으로는 분리 영역에서 낮은 전도성 재료의 사용에 의해 퓨즈의 기능이 얻어질 수 있고, 특히 활성화 후에 도체 소자가 완전히 차단되지 않는 실시예에서 그러하다. 이러한 경우, 활성화 후에 유효 도체 횡단면이 적어도 부분적으로 낮은 전도성 재료로 이루어질 수 있다.
다른 실시예에서 압력이 제공되는 분리 영역의 상부면에 챔버 또는 포트형 구동 표면의 내부 공간을 밀봉시키는 가요성 박막이 제공된다. 이로 인해, 구동 표면에서와 같이, 분리 영역에 압력을 제공할 때 분리 영역의 완전한 또는 부분적인 분리를 야기시키지 않으면서, 분리 영역에 작은 관통구가 형성되지 않고 압력이 상기 관통구를 통해 분해되지 않는다.
다른 실시예에서 구동 표면은 형상 기억 재료로 이루어질 수 있다. 상기 구동 표면은 한계 온도의 초과시(활성화) 기억된 형상으로 된다. 상기 기억된 형상은 도체 소자에 대해 수직 방향으로 한계 온도 보다 낮은 온도에서 출발 위치에 있는 구동 표면의 형상 보다 큰 팽창을 갖는다. 구동 표면의 한 단부는 하우징에 대해 고정된 스토퍼에 지지되며 활성화시 분리 영역에 압력을 제공하고 분리 영역을 적어도 부분적으로 분리시킨다.
압력 제공에 의해 분리 영역의 적어도 일부분이 파열되는 본 발명의 실시예에서, 바람직하게는 파열된 부분 영역을 수용하기 위한 수집 챔버가 제공된다. 상기 수집 챔버는 장치의 활성화 후에 장치 또는 사람이 분리 영역의 파편에 의해 위험에 처하지 않게 한다.
파열 및 부분 영역을 수집 챔버 내로 밀어 넣은 후에, 부분 영역을 남은 분리 영역 또는 분리된 도체 소자로부터 분리된 위치에 고정시키도록, 수집 챔버의 구조가 형성되거나 또는 수집 챔버 내에 그것을 위한 수단이 제공될 수 있다. 이로 인해, 수집 챔버 내에 있는 파열된 도체 부품에 의한 분리된 전기 회로의 의도치 않은 접속이 방지된다.
바람직한 실시예에서 하우징의 챔버 내에서 또는 포트형 구동 표면의 내부 공간 내에서 매체의 활성화 후에 그리고 분리 영역의 적어도 한 부분 영역의 파열 후에 적어도 부분적으로 분리된 분리 영역을 통한 가스 흐름이 형성된다. 분리 영역에 작용하는 트리거 압력에 의해 발생되는 가스 흐름은 조각의 파열 후에 또는 분리 영역의 분리 후에 경우에 따라 고 전류에서 분리 직후에 생기는 플라즈마를냉각시키고, 이로 인해 부가로 "차단 과정" 동안 전류의 비교적 느린 제거 및 그에 따라 낮은 유도 전압이 얻어질 수 있다. 다른 한편으로는 절연 구동 표면이 사용되지 않는 경우, 가스 흐름이 플라즈마를 확실하게 "블로우-아웃"시키기 위해서도 사용된다.
본 발명의 실시예에서 수집 챔버는 수집 챔버로부터 밀려나가는 가스량의 누출을 위한 및/또는 트리거 압력을 발생시키는 가스량의 누출을 위한 개구를 가질 수 있다. 상기 개구의 치수 설계에 의해, 분리 영역을 통한 가스 흐름의 세기가 소정 방식으로 세팅될 수 있다.
본 발명의 또다른 실시예는 청구범위 종속항에 제시된다. 이하, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참고로 구체적으로 설명한다.
도 1 내지 5는 특히 고 전류 세기용 전기 회로를 분리시키기 위한 장치의 여러 가지 실시예를 나타낸 단면도이다. 편의상, 다수의 상이한 실시예가 하나의 하우징(1)에 통합되고 단 하나의 분리될 도체 소자(3)에 대해 작용하는 것으로 도시된다. 다수의 장치가 도시된 방식으로 직렬로 접속될 수 있음에도 불구하고, 실제로는 통상적으로 직렬로 접속되지 않는다. 물론, 다수의 분리 장치가 상이한 분리될 도체 소자에 작용하는 단 하나의 하우징에 통합되는 것이 바람직하다.
도 1에 따른 실시예에서 하우징에 배치된 도체 소자(3)의 한 측면 상에 연소실(5)이 제공된다. 상기 연소실은 불꽃 제조 혼합물(7)로 채워진다. 불꽃 제조 혼합물 대신에 활성화 가능한 매체가 연소실(5)에 제공될 수 있다. 상기 활성화 가능한 매체는 도 1 내지 3 및 5 및 12 내지 18의 실시예에서와 같이 연소실을 완전히 채울 필요는 없다. 오히려, 도체 소자(3)의 분리 영역(9)에 제공하기 위한 충분히 높은 압력을 발생시켜, 상기 분리 영역이 적어도 부분적으로 파열되고 전류가 도체 소자(3)를 통해 흐를 수 없게 하는데는 일반적으로 적은 양의 활성화 가능한 매체로 충분하다.
도 4는 연소실(5)이 부분적으로만 불꽃 제조 혼합물(7) 또는 활성화 가능한 매체로 채워진 실시예를 도시한다. 활성화 가능한 매체가 하기에 설명되는 이유 때문에 분리 영역(9) 또는 도체 소자(3)와 양호하게 열접촉되기 위해, 스프링 하중을 받는 플레이트(11)가 제공된다. 상기 플레이트(11)는 대개 분말형 매체를 분리 영역(9)의 방향으로 가압한다. 트리거링 압력을 발생시키기 위해 매체의 활성화시, 스프링 하중을 받는 플레이트가 연소실의 체적을 거의 완전히 다시 릴리스시킨다.
분리 영역(9)은 용이한 파열을 위해 어떤 방식으로 약화되게 형성된다. 이것을 위해, 도 8a 및 8b는 예컨대 스탬핑 등에 의해 분리 영역에 형성될 수 있는 선형 구조를 갖는다. 상기 선형 약화는 바람직하게는 연소실(5)을 향한 분리 영역(9)의 측면에 제공된다. 도 8a 및 8b에 도시된 구조는 완전히 또는 부분적으로만 분리 영역(9)의 표면에 형성될 수 있다. 그러한 점에서, 상기 구조는 예컨대 분리 영역(9)의 직경 또는 폭 보다 큰 또는 작은 직경을 가진 스탬프의 구조로 이해된다. 또한, 상기 구조는 도체 소자(3)의 축에 대해 중심으로 또는 편심으로 분리 영역에 제공될 수 있다.
도 8a 및 8b에서 중심에 도시된 구조는 폐쇄된 경계선 사이로 연장된 연결선을 갖는다. 이로 인해, 분리 영역이 날개형으로 파열될 수 있다. 상기 날개는 경계선에서 분리 영역에 접속되며 분리 영역이 교차하는 선에서 파열된다.
분리 영역(9) 자체가 도 2에 도시된 바와 같이, 전체적으로 나머지 도체 소자(3) 보다 작은 횡단면을 가질 수 있다. 도 8a 및 8b에 따른 부가의 약화 구조가 부가로 제공될 수 있다.
활성화 가능한 매체(7)는 도 1, 2, 5 내지 14, 17 및 18에 도시된 실시예에서 바람직하게는 2가지 상이한 방식으로 활성화될 수 있다: 한편으로는 전기 신호, 예컨대 에어백용 점화 신호에 의해 제어될 수 있고 활성화 가능한 매체(7)를 활성화시킬 수 있는 점화 부재(13)가 제공된다.
다른 한편으로는 활성화 가능한 매체가 도체 소자(3) 또는 분리 영역(9)과 양호하게 열전도 접촉될 수 있다. 이로 인해, 온도 감지 활성화 가능한 매체의 사용시, 도체 소자 및/또는 분리 영역이 예정된 한계 온도를 초과하면 장치가 트리거될 수 있다.
상기 2가지 방법에서는 채널(14)을 통한 연소실(5)의 연결에 의해 다수의 장치가 동시에 또는 시간적으로 약간 지연되어 차례로 트리거될 수 있다. 이 방법은 도 2 내지 4에 개략적으로 도시된다. 여기서는 도 2에서 장치의 활성화 후에, 도 3 및 4에서 장치가 강제로 활성화된다.
도 1의 횡단면도를 도시한 도 6에 나타나는 바와 같이, 분리 영역(9) 또는 도체 소자(3)에 대한 연소실(5)의 밀봉을 위해, 연소실이 작은 폭(도체 소자에 대해 수직으로)을 가질 수 있다. 연소실과 분리 영역 또는 도체 소자 사이의 쇼울더에 예컨대 O 링 형태의 밀봉체(15)가 제공될 수 있다. 밀봉을 위해 O 링을 사용하지 않고, 예컨대 용접, 접착 또는 도체의 직접 압출 코팅에 의해 도체 소자와 하우징을 고정 접속하는 것도 가능하다.
도 5 및 이 실시예를 횡단면도로 도시한 도 7은 플레이트형으로 형성된 구동 표면(17)의 사용을 도시한다. 연소실(5)은 밀봉체(15)에 의해 구동 표면(17) 또는 도체 소자 및 분리 영역(9)에 대해 밀봉될 수 있다. 구동 표면은 분리 영역에 압력이 제공될 때, 분리 영역(9)이 소정 방식으로 완전히 파열되지 않으면서, 압력을 형성하는 가스가 새어나가는 작은 관통구가 형성되지 않게 한다. 또한, 구동 표면은 매체(7)가 연소실(5) 내에서 도체 소자(3) 또는 분리 영역(9)과 양호한 열전도 접촉되도록 설계된다.
도면에 도시된 모든 실시예에서 공통적으로, 연소실(5) 맞은편에 놓인 분리 영역(9)의 측면에 수집 챔버(19)가 제공된다. 상기 수집 챔버는 분리 영역으로부터 파열된 조각을 수용하기 위해 또는 도체 소자의 휘어진 단부 또는 분리 영역의 날개형으로 파열된 그리고 휘어진 부분을 수용하기 위해 사용된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 수집 챔버(19)는 하부로, 즉 분리 영역(9)의 방향으로 가늘어지게 형성됨으로써, 수집 챔버 내로 압력에 의해 밀려진 조각이 그 안에 확실하게 고정된다. 따라서, 장치의 움직임 또는 진동에 의해, 전류 경로가 도체 소자(3)을 통해 원하지 않는 방식으로 다시 폐쇄되지 않게 된다.
도 3은 이것에 대한 다른 해결책을 제시한다: 수집 챔버(19)의 측벽에는 하나 또는 다수의 돌출부(21)가 제공된다. 돌출부(21)는 파열된 분리 영역(9)이 수집 챔버의 하부 부분에 고정되게 한다.
도 9, 10, 11에 도시된 분리 영역(9) 또는 도체 소자(3)는 본 발명에 따른 장치의 도시된 모든 실시예에 사용될 수 있다.
도 9는 전체 폭에 걸쳐 상부(도 9a, 도 9b는 도 9a의 평면도), 하부(도 9d) 또는 양측면(도 9e)이 약화된 분리 영역(9)을 나타낸다. 도 9c는 도체 소자(3)의 평면도로서 상부에서 볼 때 타원형 구조를 가진 홈의 형태로 분리 영역(9)의 약화 가능성을 나타낸다. 약화 구조의 바닥 파열에 의해, 도체 소자를 통한 전류 경로가 즉각적으로 완전히 차단되지 않고, 그 횡단면이 감소된다. 이로 인해, 남은 도체 횡단면의 적합한 설계시 전기 장치에 대한 비상 전류 공급이 유지될 수 있다. 상기 도체 횡단면은 바람직하게는 전류 경로에서 분리 영역의 저항이 전류 세기가 허용 값으로 되돌아올 정도로 증가되게 설계된다. 또한, 남은 도체 횡단면은 분리 영역의 일부의 파열 후에 분리 영역을 통해 흐르는 전류가 남은 도체 횡단면을, 예정된 시간 후에 분리 영역이 퓨즈와 같이 녹아 끊어질 정도로 가열되도록 설계된다.
도 10은 분리 영역(9)에 대한 다른 약화 가능성을 나타낸다. 여기서는 좁은 리세스만이 제공된다. 도 9 및 11에 따른 실시예에 비해, 여기서는 분리 영역의 열 용량이 현저히 감소되지 않고 분리 영역이 높은 전류에서 서서히 가열된다.
상기 리세스는 분리 영역(9)의 전체 폭에 걸쳐 연장될 수 있다. 이 경우에는 바람직하게는 축방향으로 이격된 2개의 리세스가 제공된다. 이 경우, 리세스 사이의 영역이 튀어 나온다. 리세스는 상부로부터(도 10a 및 그 평면도 10b, 도 10h), 하부로부터(도 10e) 또는 하부 및 상부로부터(도 10f) 형성된다. 파열 특성의 최적화를 위해, 리세스가 내부면에 횡방향 홀을 갖거나(도 10h) 또는 내부로 가늘어지게 형성될 수 있다(도 10g). 도 9c와 유사하게, 임의의 폐쇄 곡선을 가진 리세스가 제공됨으로써, 분리 영역의 관련 부분만이 파열되고 처음에는 전류 경로의 완전한 차단이 이루어지지 않고 도체 횡단면의 감소만이 이루어진다.
도 11은 도 9와 유사한 분리 영역에 대한 실시예를 나타낸다. 그러나, 분리 영역의 파열된 조각은 나머지 도체 소자(3)의 재료 보다 낮은 전도성을 갖는 재료로 이루어진다. 이로 인해, 분리 영역이 나머지 도체 소자 보다 높은 온도를 취한다. 이것은 도체 소자(3)의 온도가 비교적 낮을 때도 도체 소자(3) 또는 분리 영역(9)의 온도에 따라 장치의 트리거를 일으키기 위해 또는 높은 트리거 온도르 필요로 하는 매체를 사용하기 위해 사용될 수 있다.
도 12에 도시된 실시예에서는 포트형 구동 표면(23)이 사용된다. 구동 표면(23)의 상부에는 연소실(5)이 제공되고, 그 안에 있는 추진제 또는 활성화 가능한 매체가 점화 부재(13)에 의해 또는 제어 가능한 점화 수단에 의해 트리거될 수 있다. 구동 표면은 하우징(1)에서 스톱 쇼울더(25)에 대해 지지될 수 있다.
구동 표면의 내부 공간(27)에는 온도에 의해 활성화 가능한 매체(7)가 포함되고, 상기 매체(7)는 도체 소자(3) 또는 분리 영역(9)과 양호하게 열전도 접촉된다. 내부 공간(27)은 구동 표면의 덮개 벽의 개구(29)를 통해 연소실(5)과 연결된다. 개구(29)는 예컨대 박막에 의해 차폐될 수 있다. 상기 차폐는 내부 공간(27)와 연소실(5) 사이의 예정된 압력차를 초과하면 파열된다. 따라서, 이 실시예에서 연소실(5) 내에서 매체의 활성화시, 차폐의 파열을 위해 필요한 압력에 도달되기 전에 포트형 구동 표면의 측벽의 정면을 통한 분리 영역(9)의 압력 공급이 분리 영역의 관련 부분이 파열되고 구동 표면이 경우에 따라 파열된 조각과 함께 수집 챔버(19) 내로 이동되게 할 정도로 크지 않으면, 매체(7)가 구동 표면(23)의 내부 공간에서도 활성화될 수 있다. 내부 공간에서 매체(7)가 부가로 활성화되면, 부가의 압력 상승이 이루어지고 분리 영역의 관련 조각이 파열된다.
도 12에 따른 실시예에서 먼저 매체(7)가 구동 표면(23)의 내부 공간에서 활성화되고 그로 인해 형성된 압력이 분리 영역(9)을 파열시키기에 충분치 않으면, 일정한 압력부터 개구(29)의 차폐가 파열되고 매체가 연소실(5)에서 부가로 활성화된다. 이로 인해, 분리 영역이 어떤 경우에도 소정 방식으로 파열된다.
연소실(5)의 밀봉은 구동 표면(23)의 외벽과 하우징(1)의 내벽 사이의 밀봉체(30), 예컨대 O-링에 의해 이루어진다. 구동 표면(23)의 내부 공간(27)의 밀봉을 위해, 구동 표면(23)의 하부면과 도체 소자(3) 사이에 제공된 밀봉 박막(31)이 사용된다. 분리 영역(9)의 파열 후에 박막(31)의 밀봉 작용이 중단되므로, 수집 챔버(19) 내로의 가스 흐름에 의해 플라즈마가 블로잉될 수 있다. 상기 블로잉 작용이 각각의 경우에 바람직하면, 연소실(3)에서 매체(7)의 활성화시에도 차폐가 파열될 수 있도록 개구(29)의 차폐가 설계되어야 한다.
도 13은 기본적으로 도 12에 따른 실시예와 일치하는 실시예를 도시한다. 다만, 밀봉 박막 대신에 링형 밀봉체(33)가 구동 표면(23)의 측벽의 정면과 도체 소자(3) 또는 분리 영역(9) 사이에 사용된다. 이 실시예에서, 구동 표면(23)의 덮개 벽(23a)은 연소실(5)의 방향으로 오목하게 형성된다. 이로 인해, 하우징의 내벽에 대한 구동 표면의 외벽의 밀봉이 개선된다. 부가로, 박막(35)이 사용된다. 상기 박막(35)은 연소실을 완전히 채우지 않은 연소실(5) 내의 활성화 가능한 매체(7)가 점화 부재(13)와 양호하게 접촉되게 하기 위해 사용된다.
도 14a에 따른 실시예는 도 12에 따른 실시예에 상응한다. 다만, 여기서는 구동 표면(23)이 연소실(5)의 매체(7)가 제공될 수 있는 확대된 상부 영역, 및 작은 직경의 포트형 하부 영역을 포함한다. 따라서, 도 12에 따른 실시예에서 보다 높은 압력이 포트형 영역의 측벽의 정면을 통해 도체 소자(3) 또는 분리 영역(9)에 가해질 수 있다는 장점이 있다. 구동 표면(23)의 가이드를 위해 가이드 링(37)이 하우징에 제공된다.
구동 표면(23)의 측벽 정면은 도 12 내지 14a에 따른 실시예에서 압력 또는 파열 작용의 부가 증가를 위해 예컨대 도 14b에 도시된 횡단면을 갖는다.
도 15a 및 15b는 활성화 가능한 매체를 수용하는 내부 공간을 가진, 도 12 내지 14a의 구동 표면(23) 대신에, 형상 기억 재료로 이루어진 구동 표면(39)이 사용되는 실시예를 도시한다. 구동 표면의 형상 기억 재료가 한계 온도의 초과시 갑자기 기억된 형상으로 됨으로써, 도체 소자(3) 또는 분리 영역(9)의 허용되지 않는 높은 온도에 의한 자동 트리거가 이루어진다. 상기 기억된 형상은 구동 표면(39)의 종축 방향으로 긴 축방향 길이를 갖는다. 자동 트리거시에는 도 15b에 도시된, 구동 표면(39)의 위치가주어진다. 상기 위치에서는 구동 표면이 분리 영역(9)을 파열시키고 수집 챔버(19) 내로 가압한다. 구동 표면의 큰 길이 변동을 위해, 구동 표면이 벨로우즈형 벽을 갖는다.
도 16a 및 16b에 따른 실시예는 기본적으로 도 15a 및 15b에 따른 실시예와 동일하다. 다만, 구동 표면(39)의 외벽이 물결형 또는 벨로우즈형으로 형성되지 않는다.
도 5에 따른 실시예와 기본적으로 일치하는 도 17에 따른 장치에서는 플레이트형 구동 표면(41)이 사용된다. 상기 구동 표면은 상부로 연장된 벨로우즈형 측벽을 가지며, 상기 측벽 내에 활성화 가능한 매체(7)가 수용된다. 측벽은 상단부에서 연소실(5)의 상부 내벽으로 밀봉된다. 따라서, 상기 실시예에서는 매체(7)의 활성화 후에도 모든 잔류물이 구동 표면(41)의 내부에 남아 있을 수 있다. 이 실시예에서도 구동 표면은 자동 트리거를 가능하게 하기 위해 매체(7)가 도체 소자(3) 또는 분리 영역((9)과 양호하게 열전도 접촉되게 형성된다.
도 18a 및 18b에 따른 실시예는 기본적으로 도 1에 따른 실시예와 동일하다. 그러나, 도체 소자(3)에 대한 연소실(5)의 밀봉을 위해, 박막(43)이 사용된다. 상기 박막(43)은 도체 소자와 함께 하우징 벽 내에 수용된다. 상기 박막은 파열 후에 팽창되어 분리 영역(9)과 함께 수집 챔버(19) 내로 가압될 정도의 가요성을 갖는다. 이 실시예에서도 수집 챔버에 포함된 가스가 새어 나가도록 하기 위해 수집 챔버(19)의 벽에 배출구가 제공되어야 하는 경우에도 매체(7)의 모든 성분이 하우징 내부에 남는다. 그러나, 전술한 바와 같이 블로잉 작용이 이루어져야 하면, 박막(41)이 일정한 초과 팽창 부터 파열됨으로서 가스 흐름을 허용하도록 형성되어야 한다.
개별 실시예와 관련해서 전술한 모든 특징들은 다른 실시예에와 함께 사용될 수 있다.
활성화 가능한 매체는 연소실(5) 또는 구동 표면(23)의 내부 공간(7)에 포함된 불활성 가스일 수 있다. 상기 가스는 적합한 수단에 의해 갑자기 가열(활성화)됨으로써, 트리거 압력이 형성된다. 상기 수단으로는 전열선 또는 폭발 와이어가 사용될 수 있다.

Claims (17)

  1. 고 전류 세기용 전기 회로 분리 장치에 있어서,
    a) 적어도 하나의 전기 도체 소자(3)가 제공된 하우징(1)을 포함하고, 상기 도체 소자(3)는 분리 영역(9)를 포함하며 분리될 전기 회로에 접속될 수 있으므로, 분리될 전류 경로가 도체 소자(3)을 통해 연장되고,
    b) 상기 하우징(1) 내에 또는 하우징(1)에 제공되어 트리거 압력을 발생시키기 위한 활성화 가능한 수단(13, 7; 3, 9, 7)을 포함하고, 상기 트리거 압력은 직접 분리 영역(9)에 및/또는 출발 위치에서 분리 영역(9)에 작용하는 구동 표면(17, 23, 39, 41)을 통해 분리 영역(9)에 작용하고,
    c) 상기 분리 영역(9) 및/또는 구동 표면(17, 23, 39, 41)은 수단(13, 7; 3, 9, 7)의 활성화 후에 분리 영역(9)이 완전히 분리되거나 또는 파열되거나 또는 분리 영역(9)의 횡단면이 감소되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    활성화 가능하며 활성화 후에 열 에너지를 방출하는 및/또는 가스를 발생시키는 매체(7), 바람직하게는 불꽃 제조 재료 또는 내부 에너지 또는 화학적 에너지를 가진 가스로 적어도 부분적으로 채워진 챔버(5)가 하우징(1)에 제공되고, 매체(7)의 활성화에 의해 분리 영역(9)에 직접 또는 구동 표면(17, 23, 39, 41)을 통해 제공되는 트리거 압력이 발생되는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 매체(7)의 활성화를 위해 점화 부재(13)가 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 매체(7)의 활성화를 위해 전류에 의해 가열 가능한 도체 또는 매우 높은 전류에 의해 폭발할 수 있는 도체가 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 2항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 활성화 가능한 매체(7)가 연소실(5)에 공급될 수 있는 고온 가스에 의해 활성화될 수 있고, 상기 고온 가스는 전기 회로의 분리를 위한 다른 장치로부터 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 2항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 활성화 가능한 매체(7)가 열 에너지에 의해 활성화될 수 있고, 상기 열 에너지는 도체 소자(3) 또는 분리 영역(9)의 온도가 예정된 값을 초과하면 도체 소자(3), 특히 분리 영역(9)에 의해 방출되며, 매체(7)가 도체 소자(3) 및/또는 분리 영역(9)과 양호하게 열 접촉되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동 표면(23)이 포트형으로 형성되거나 또는 포트형 영역을 가지며, 상기 구동 표면(23)의 측벽 정면이 분리 영역(9)에 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 포트형 구동 표면(23) 또는 포트형 영역의 내부 공간(27)은 열적으로 활성화 가능하며 활성화 후에 열 에너지를 방출하는 및/또는 가스를 발생시키는 매체(7), 바람직하게는 불꽃 제조 재료 또는 내부 에너지 또는 화학적 에너지를 가진 가스로 적어도 부분적으로 채워지고, 상기 매체(7)가 도체 소자(3) 및/또는 분리 영역(9)과 양호하게 열 접촉되는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분리 영역(9)은 압력의 제공시 조각이 분리 영역(9)으로부터 파열되거나 분리 영역(9)의 부분 영역이 파열됨으로써, 분리 영역(9)이 완전히 차단되거나 또는 분리 영역(9)의 횡단면이 예정된 값으로 감소되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 분리 영역(9)이 적어도 부분 영역에서 그 횡단면이 나머지 도체소자(3)에 비해 약화되는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분리 영역(3)이 적어도 부분적으로 나머지 도체 소자(3) 보다 낮은 전도성 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 2항 내지 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    압력이 제공된 분리 영역(9)의 표면에 챔버(5) 또는 포트형 구동 표면(23)의 내부 공간(27)을 밀봉시키는 가용성 박막(31)이 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동 표면(39)이 형상 기억 재료로 이루어지고, 상기 구동 표면(39)이 한계 온도의 초과시(활성화) 기억된 형상으로 되고, 상기 기억된 형상은 도체 소자(3)에 대해 수직 방향으로 한계 온도 보다 낮은 온도에서 출발 위치에 있는 구동 표면(39)의 형상 보다 큰 팽창을 가지며, 상기 구동 표면(39)의 한 단부가 하우징(1)에 대해 고정된 스토퍼에 지지되고 활성화시 분리 영역(9)에 압력을 제공하며 분리 영역(9)을 적어도 부분적으로 분리시키는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 제공에 의해 분리 영역(9)의 적어도 한 부분 영역이 파열될 수 있고 하우징(1)에는 파열된 부분 영역을 수용하기 위한 수집 챔버(1)가 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 부분 영역을 파열을 시켜 수집 챔버(1) 내로 밀어넣고 난 후에 부분 영역을 남은 분리 영역(9) 또는 분리된 도체 소자(3)로부터 분리된 위치에 고정시키도록, 수집 챔버(19)의 구조가 형성되거나 또는 그것을 위한 수단이 수집 챔버(19)에 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제 14항 또는 15항에 있어서,
    상기 수집 챔버(19)가 가스량의 누출을 위한 개구를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제 2항 내지 16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징(1)의 챔버(5) 또는 포트형 구동 표면(23)의 내부 공간(27)에서 매체(7)의 활성화 후에 그리고 분리 영역(9)의 적어도 하나의 부분 영역의 파열 후에 적어도 부분적으로 분리된 분리 영역(9)을 통한 가스 흐름이 발생되는 것을 특징으로 하는 장치.
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