SI25501A - S prožilnikom opremljen stikalni sklop za prekinitev enosmernega električnega tokokroga - Google Patents

Abstract

Stikalni sklop (1) za prekinitev enosmernega električnega tokokroga je z vzpostavitvijo električne povezave preko primarnega električnega vodnika (11) in sekundarnega električnega vodnika (12) vgradljiv med vir (2) enosmerne električne napetosti in vsaj en električni porabnik (3). Primarni električni vodnik (11) stikalnega sklopa (1) sestoji iz dveh med seboj vzporedno vezanih vej (111, 112), izmed katerih prva veja (111) vključuje talilni vložek (4) s talilnim elementom (41), druga veja (112) papirotehnično stikalo (5), ki obsega prekinjevalni element (51), ki je zmožen mehansko prekiniti skozi omenjeno stikalo (3) potekajočo drugo vejo (112) primarnega električnega vodnika (11), kot tudi aktuator (52), ki je prirejen za zagotavljanje premika prekinjevalnega elementa (51) zaradi prekinitve omenjene druge veje (112) primarnega električnega vodnika. Omenjeno pirotehnično stikalo (5) obsega tak prekinjevalni element (51), ki je v pirotehničnem stikalu (5) premakljiv iz svojega prvega t.j.sklenjenega položaja, v katerem je z njegovo pomočjo druga veja (112) primarnega električnega vodnika (11) stikalnega sklopa (1) sklenjena in v katerem je omenjeni element (51) držan na zadostnem odmiku od sekundarnega električnega vodnika v svoj drug t.j. nesklenjen položaj, v katerem je električni tokokrog skozi drugo vejo (112) primarnega električnega vodnika (11) stikalnega sklopa (1) prekinjen, prekinjevalni element (51) pa se nahaja v električno prevodnem stiku s sekundarnim vodnikom (12) stikalnegasklopa (1). Poleg navedenega omenjen stikalni sklop (1) obsega električno vezje (523), ki vključuje med seboj vzporedno vezano ireverzibilno električno termično varovalko (524) s kontaktnim elementom (524') in elektromagnetno stikalo (525) s prekinjevalnim elementom (525'), ki se ga aktivira ob preseženju vnaprej določene vrednosti električnega toka.

Description

S prožilnikom opremljen stikalni sklop za prekinitev enosmernega električnega tokokroga

Izum se nanaša na stikalni sklop za prekinitev enosmernega električnega tokokroga, pri čemer so po Mednarodni patentni klasifikaciji tovrstni izumu uvrščeni na področje elektrotehnike in v okviru osnovnih električnih elementov, namreč stikal in stikalnih sklopov, razvrščeni k stikalnim napravam, ki se jih aktivira z eksplozijo, ki sejo izvrši s pomočjo prožilnika, ki deluje v odvisnosti od električnega toka- Po mednarodni patentni klasifikaciji so izumi te vrste razvrščeni v razred H 01 H 39/006.

Pri tem je izum osnovan na problemu, kako zasnovati karseda preprost in tudi volumsko neobsežen stikalni sklop, ki bo po eni strani zmožen trajno prenašati vplive indukcije in dinamične tokovne obremenitve oz. nenehne spremembe vrednosti električnega toka v vsakokratnem enosmernem (DC) električnem tokokrogu, po drugi strani pa naj bi v trenutku aktiviranja omogočal takojšnjo prekinitev enosmernega električnega tokokroga pri vseh vrednostih električnega toka v tokokrogu in brez generiranja električnega obloka ter obenem zagotovil popolno električno izoliranost porabnika oz. porabnikov od vira enosmerne električne napetosti, in sicer ne glede na trenutno vrednost električnega toka in električne napetosti, pri tem pa naj bi bil tako zasnovan stikalni sklop opremljen z lastnim prožilnikom, ki naj bi se zanesljivo odzival tako na električne preobremenitve kot tudi na mehanske preobremenitve, npr. pri trku vozila, in naj bi tako predstavljal povsem avtonomen sestav, ki je vgradljiv in tudi deluje popolnoma neodvisno od delovanja od vseh ostalih sklopov, ki so na za različne namene voljo v vozilu ali drugem aparatu, v katerega je vgradljiv predmetni stikalni sklop.

Stikalni sklop za prekinitev električnega tokokroga je kot tak opisan v predhodni, tačas sicer še neobjavljeni slovenski patentni prijavi št. SI-P-201700227, na katero se prijavitelj sklicuje z referenco. Tovrsten stikalni sklop je predviden za prekinitev enosmernega električnega tokokroga, ki je z vzpostavitvijo električne povezave preko primarnega električnega vodnika in sekundarnega električnega vodnika vgradljiv med vir enosmerne električne napetosti in vsaj en električni porabnik, tako daje s pomočjo omenjenih vodnikov stikalnega sklopa primarni pol napetostnega vira električno povezljiv s primarnim polom vsakokratnega električnega porabnika, sekundami pol napetostnega vira pa je prav tako električno povezljiv s sekundarnim polom vsakokratnega električnega porabnika. Primarni električni vodnik stikalnega sklopa sestoji iz dveh med seboj vzporedno vezanih vej, izmed katerih prva veja vključuje električno varovalko s talilnim elementom, druga veja pa pirotehnično stikalo. Slednje obsega prekinjevalni element, ki je zmožen prekiniti skozi omenjeno stikalo potekajočo drugo vejo primarnega električnega vodnika, obsega pa tudi aktuator, ki je prirejen za zagotavljanje premika prekinjevalnega elementa zaradi prekinitve omenjene druge veje primarnega električnega vodnika s pomočjo eksplozije v njem vsebovanega vsaj enega kemičnega reagenta na osnovi električnega impulza, prejetega bodisi iz senzorja za zaznavanje vrednosti električnega toka v vsakokratnem električnem tokokrogu ali pa z drugega senzorja za zaznavanje vsaj ene nadaljnje fizikalne veličine, ki je na voljo na vsakokrat izbrani lokaciji v območju naprave, v kateri je vgrajen omenjen stikalni sklop. Pri tem pa omenjeno pirotehnično stikalo obsega tak prekinjevalni element, ki je v pirotehničnem stikalu premakljiv iz svojega prvega t.j. sklenjenega položaja, v katerem je z njegovo pomočjo druga veja primarnega električnega vodnika stikalnega sklopa sklenjena in v katerem je omenjen prekinjevalni element držan na zadostnem odmiku od sekundarnega električnega vodnika, v svoj drug t.j. nesklenjen položaj, v katerem je električni tokokrog skozi drugo vejo primarnega električnega vodnika stikalnega sklopa prekinjen, prekinjevalni element pa se nahaja v električno prevodnem stiku s sekundarnim vodnikom stikalnega sklopa.

Pri omenjenem stikalnem sklopu pa je bilo predvideno, da omenjeni aktuator v kritičnem trenutku, namreč v primeru mehanskih preobremenitev, še zlasti pri trku vozila, prejme omenjen impulz oz. signal bodisi iz senzorja za zaznavanje vrednosti električnega toka v vsakokratnem električnem tokokrogu ali pa z drugega senzorja za zaznavanje vsaj ene nadaljnje fizikalne veličine, ki je na voljo na vsakokrat izbrani lokaciji v območju naprave, v kateri je vgrajen omenjen stikalni sklop. Vendar pa je v takem primeru delovanje stikalnega sklopa odvisno od delovanja naprave, iz katere omenjeni aktuator vsakokrat prejme signal, ki je potreben za proženje in s tem premik prekinjevalnega elementa. To v praksi pomeni, da je potrebno aktuator stikalnega sklopa prilagajati vsaki izmed naprav, iz katere naj bi prejel signal za proženje, obenem pa je zanesljivost delovanja aktuatorja in s tem celotnega delovanja povsem odvisna od zanesljivosti delovanja naprave, s katere naj bi aktuator prejel signal, potreben za njegovo proženje.

Stikalni sklop za prekinitev enosmernega električnega tokokroga je opisan tudi v US 9,221,343 B2 (Tesla Motors, Inc.). Tovrsten stikalni sklop vključuje vir enosmerne električne napetosti, ki je preko primarnega vodnika in sekundarnega vodnika električno povezan z vsakokratnim porabnikom. Sklop je načeloma zasnovan za vgradnjo v električna vozila, in sicer za prekinitev električnega tokokroga v nujnih primerih, npr. pri trku vozila. V praksi omenjeni vir električne napetosti predstavlja električna baterija ali sklop med seboj primemo povezanih baterij, porabnik pa inverter, preko katerega so napajani nadaljnji električni tokokrogi, npr. za pogon koles, razsvetljavo, ogrevanje in klimatizacijo, pogon servomotorjev in podobno. Pri obravnavani rešitvi je sekundarni električni vodnik neprekinjen in poteka med negativnim polom vira električne energije in pripadajočim priključnim polom porabnika. Primarni električni vod, ki poteka med pozitivnim polom vira enosmerne električne napetosti in preostalim priključnim polom porabnika, je razdeljen na dve med seboj vzporedno vezani veji, pri čemer je v prvi veji vgrajena varovalka s talilnim vložkom, v preostali veji pa je vgrajeno pirotehnično stikalo, ki je med normalnim obratovanjem električnega tokokroga sklenjeno. Omenjeno pirotehnično stikalo obsega ohišje, skozi katero poteka električni vodnik, ki v tem primeru ustreza drugi veji primarnega vodnika. V notranjosti ohišja je na voljo giljotini podobno rezilo iz električno izolativnega materiala, ki je med regularnim obratovanjem tokokroga sicer držano na odmiku od vodnika, vendar pa je s pomočjo pirotehničnega aktuatorja premakljivo v smeri proti vodniku in prirejeno za prekinitev električnega vodnika, kadar je to potrebno. Aktiviranje omenjenega aktuatorja se izvrši na podlagi signala, ki ga aktuator prejme bodisi s senzorja za zaznavanje vrednosti električnega toka v tokokrogu ali pa tudi s katerega izmed preostalih senzorjev, npr. s senzorja za aktiviranje napihljive varnostne zračne vreče v vozilu. Med aktiviranjem stikala se oba dela prekinjenega električnega vodnika skozi stikalo odklonita vsaksebi in ostaneta v položaju, ko sta odmaknjena drug od drugega in tudi od vsakršnega drugega električno prevodnega dela.

Pirotehnična stikala (angl. pyro switch) so v splošnem na voljo v dveh izvedbah, in sicer v normalno nesklenjeni (NO - normally open) in normalno sklenjeni (NC -normally closed) izvedbi. V obravnavanem primeru je stikalo med regularnim obratovanjem tokokroga sklenjeno, po potrebi pa se razklene in s tem prekine tokokrog. Za normalno nesklenjena stikala pa je značilno, da so prostorsko obsežna in so za uporabo npr. v vozilih na električni pogon praviloma nezaželena.

Za pirotehnično stikalo je poleg nizkih izgub električne moči v splošnem značilna visoka hitrost aktiviranja oz. prekinitve električnega tokokroga, ki se izvrši izjemno kratkem v času približno 1 ms. Po drugi strani pa so tovrstna stikala razmeroma občutljiva na potencialne spremembe lastnosti v njih vsebovanih kemikalij pod vplivom časa in temperature, v vsakem primeru pa tudi na napetostne preobremenitve in pojave, povezane z indukcijo. Temu ustrezno sta med regularnim obratovanjem stikalnega sklopa oba vodnika povezana po eni strani z virom električne napetosti in po drugi strani s porabnikom, pri čemer zaradi razmeroma velike upornosti talilnega vložka električni tok od vira proti porabniku v pretežni meri teče skozi tisto vejo primarnega vodnika, v kateri je vključeno pirotehnično stikalo. S tovrstno zasnovo še zlasti med uporabo stikalnega sklopa v vozilih na električni pogon med drugim vsaj do neke mere ublažijo pomanjkljivost varovalk s talilnim vložkom glede nezmožnosti prenašanja trajnih dinamičnih električnih tokovnih obremenitev. Prav med uporabo pri električnih vozilih se je namreč izkazalo, da se materialu talilnega vložka med nenehnim spreminjanjem vrednosti električnega toka skozenj med vožnjo vozila lahko sčasoma fizikalne lastnosti materiala spremenijo v taki meri, da lahko postane odzivanje talilnega vložka med nadaljnjimi tokovnimi obremenitvami ali v primeru preobremenitve postane dokaj nepredvidljivo in nezanesljivo. V primeru tokovne preobremenitve električnega tokokroga se na osnovi ustreznega signala stikalni sklop iz US 9,221,343 B2 odzove s prekinitvijo primarnega vodnika s tem, da se najprej aktivira pirotehnično stikalo, ki prekine tok v pripadajoči veji, zato tok odtlej lahko teče zgolj skozi preostalo vejo in s tem skozi talilni vložek, ki se sčasoma stali in s tem dokončno prekine električni tokokrog skozi stikalni sklop in torej med virom električne napetosti in porabnikom. V primerih, kadar gre za znatne tokovne preobremenitve, pri katerih električni tok nominalno vrednost varovalke preseže za večkratnik, se prekinitev talilnega vložka izvrši razmeroma hitro, kar v praksi pomeni čas približno 20 ms. Vendar pa med uporabo v vozilih zlasti med zmerno vožnjo tokovne preobremenitve pogosti niso zelo visoke. V takem primeru ob trku aktuator sicer sproži pirotehnično stikalo, ki prekine pripadajočo vejo primarnega vodnika in preusmeri tok v skozi preostalo vejo omenjenega vodnika. Kadar pa gre za tokovne preobremenitve, ki le malo presežejo nominalno vrednost varovalke, lahko taljenje talilnega vložka in s tem prekinjanje električnega tokokroga traja več minut ali celo več kot eno uro, kar je v primeru trka vozila v omenjenih pogojih nesprejemljivo in zaradi tveganja pojava kratkega stika in/ali obloka nevarno. Povrhu vsega celo v primeru hitre in uspešne prekinitve električnega tokokroga skozi primarni električni vodnik med virom enosmerne napetosti in porabnikom sekundami vodnik še naprej ostaja neprekinjen in povezan po eni strani z virom napetosti in po drugi strani s porabnikom. Pri vozilih to dejstvo lahko predstavlja velik problem, ker je porabnik po eni strani povezan z omenjenim virom električne napetosti, po drugi strani pa z različnimi električnimi tokokrogi, izmed katerih vsaj nekateri lahko vsebujejo kondenzatorje, v katerih je shranjen električni naboj in tako predstavljajo vir električne napetosti, ki je na voljo tudi v primeru prekinitve električnega tokokroga skozi primarno vejo predmetnega stikalnega sklopa. Tudi taki »skriti« viri električne napetosti so v primeru trka vozila lahko izjemno nevarni.

Elektromagnetno stikalo take vrste, s kakršnim se ukvarja pričujoči izum, je strokovnjakom s tega področja kot tako znano in je opisano npr. v US 5,847,632 A. Tovrstna stikala delujejo na principu spremembe magnetnega polja, zaradi premika magneta kot posledice nanj delujočega pospeška, kar je povezano s spremembo mehanskih obremenitev in/ali deformacij.

Izum se nanaša na stikalni sklop za prekinitev enosmernega električnega tokokroga, ki je z vzpostavitvijo električne povezave preko primarnega električnega vodnika in sekundarnega električnega vodnika vgradljiv med vir enosmerne električne napetosti in vsaj ene električni porabnik, tako da je s pomočjo omenjenih vodnikov stikalnega sklopa primarni pol napetostnega vira električno povezljiv s primarnim polom vsakokratnega električnega porabnika, sekundami pol napetostnega vira pa je prav tako električno povezljiv s sekundarnim polom vsakokratnega električnega porabnika. Primarni električni vodnik stikalnega sklopa sestoji iz dveh med seboj vzporedno vezanih vej, izmed katerih prva veja vključuje električno varovalko v obliki talilnega vložka s talilnim elementom, druga veja pa pirotehnično stikalo. Omenjeno pirotehnično stikalo obsega prekinjevalni element, ki je zmožen mehansko prekiniti skozi pirotehnično stikalo potekajočo drugo vejo primarnega električnega vodnika, kot tudi aktuator, ki je prirejen za zagotavljanje premika prekinjevalnega elementa zaradi prekinitve omenjene druge veje primarnega električnega vodnika s pomočjo eksplozije v njem vsebovanega vsaj enega kemičnega reagenta na osnovi električnega impulza.

Omenjeno pirotehnično stikalo obsega tak prekinjevalni element, ki je v pirotehničnem stikalu premakljiv iz svojega prvega t.j. sklenjenega položaja, v katerem je z njegovo pomočjo druga veja primarnega električnega vodnika stikalnega sklopa sklenjena in v katerem je omenjeni element držan na zadostnem odmiku od sekundarnega električnega vodnika, v svoj drug t.j. nesklenjen položaj, v katerem je električni tokokrog skozi drugo vejo primarnega električnega vodnika stikalnega sklopa prekinjen, prekinjevalni element pa se nahaja v električno prevodnem stiku s sekundarnim vodnikom stikalnega sklopa.

Po izumu je omenjeni aktuator preko omenjenega prekinjevalnega elementa električno povezljiv s sekundarnim vodnikom stikalnega sklopa in obsega - električno iniciacijsko komponento za iniciacijo eksplozivne kemične reakcije v njem vsebovanega vsaj enega kemičnega reagenta na osnovi električnega impulza; - udarni element, ki je med potekom omenjene kemične reakcije reagenta po aktiviranju omenjene iniciacijske komponente premakljiv v smeri proti prekinjevalnemu elementu zaradi zagotavljanja premika prekinjevalnega elementa iz njegovega prvega položaja v stiku s primarnim vodnikom in na odmiku od sekundarnega vodnika v njegov drugi položaj v stiku s sekundarnim vodnikom; kot tudi - električno vezje, ki je poleg obeh med seboj vzporedno vezanih vej vgrajeno v omenjenem primarnem električnem vodniku na tak način, da je z virom električne napetosti in porabnikom povezano zaporedno z omenjenima vejama primarnega vodnika, omenjeno električno vezje pa sestoji iz vsaj ene ireverzibilne termične električne varovalke s kontaktnim elementom, ki je med regularnim obratovanjem stikalnega sklopa nesklenjen in se sklene šele v primeru električne preobremenitve, kot tudi iz vsaj enega elektromagnetnega reed stikala s prekinjevalnim elementom kije med regularnim obratovanjem stikalnega sklopa nesklenjen in se sklene šele v primeru preseženja vnaprej določene vrednosti jakosti električnega toka in posledično magnetnega polja, kateremu je izpostavljen stikalni sklop. Pri tem sta omenjena varovalka aktuatorja in elektromagnetno stikalo aktuatorja med seboj vzporedno vezana. V primeru, kadar aktuator obsega več kot eno varovalko, so vsakokrat razpoložljive varovalke med seboj povezane vzporedno. Analogno so v primeru, kadar aktuator obsega več kot eno elektromagnetno reed stikalo, vsakokrat razpoložljiva elektromagnetna stikala med seboj vzporedno vezana. K električnemu vezju je po izbiri lahko priključen vsaj en dodatni električni vodnik, preko katerega je omenjeno vezje povezano z vsaj enim zunanjim senzorjem, tako da aktuator v kritičnem trenutku, npr. pri trku vozila, lahko prejme impulz oz. signal za iniciacijo premika prekinjevalnega elementa tudi po omenjenem dodatnem vodniku iz omenjenega dodatnega senzorja za zaznavanje vrednosti električnega toka v določenem električnem tokokrogu ali pa z drugega senzorja za zaznavanje vsaj ene nadaljnje fizikalne veličine, ki je na voljo na vsakokrat izbrani lokaciji v območju naprave, v kateri je vgrajen omenjen stikalni sklop.

Nadalje je po izumu predvideno, da omenjen prekinjevalni element lahko predstavlja kar mehansko prekinljiv in iz svojega prvotnega položaja v drug položaj odklonljiv odsek druge veje primarnega električnega vodnika. Še nadalje je za stikalni sklop po izumu značilno, da se prekinjevalni element v svojem drugem t.j. nesklenjenem položaju, v katerem je električni tokokrog skozi drugo vejo primarnega električnega vodnika stikalnega sklopa prekinjen, prekinjevalni element nahaja v električno prevodnem stiku s sekundarnim vodnikom stikalnega sklopa, posredno pa se nahaja tudi v električnem stiku tako z vsakokratnim uporabnikom kot tudi s sekundarnim polom vira enosmerne električne napetosti.

Električna iniciacijska komponenta je povezana tako z omenjenim vezjem kot tudi z vsaj enim dodatnim električnim vodnikom za povezavo z vsaj enim zunanjim senzorjem.

Izum bo v nadaljevanju obrazložen s primerom izvedbe, ki je shematično ponazorjen na Sl. 1.

Stikalni sklop 1 za prekinitev enosmernega električnega tokokroga je z vzpostavitvijo električne povezave preko primarnega električnega vodnika 11 in sekundarnega električnega vodnika 12 vgradljiv med vir 2 enosmerne električne napetosti in vsaj en električni porabnik 3. Pri tem je s pomočjo omenjenih vodnikov 11,12 stikalnega sklopa 1 primarni pol 21 napetostnega vira 1 električno povezljiv s primarnim polom 31 vsakokratnega električnega porabnika 3, medtem ko je sekundami pol 22 napetostnega vira 1 prav tako električno povezljiv s sekundarnim polom 32 omenjenega električnega porabnika 3.

Omenjen primarni električni vodnik 11 stikalnega sklopa 1 sestoji iz dveh med seboj vzporedno vezanih vej 111, 112, izmed katerih prva veja 111 vključuje talilni vložek 4 s talilnim elementom 41, druga veja 112 pa pirotehnično stikalo 5.

Pirotehnično stikalo 5 obsega prekinjevalni element 51, ki je zmožen mehansko prekiniti skozi omenjeno stikalo 5 potekajočo drugo vejo 111 primarnega električnega vodnika 11, kot tudi aktuator 52, ki je prirejen za zagotavljanje premika prekinjevalnega elementa 51 zaradi omenjene mehanske prekinitve, npr. prestriženja oz. presekanja, omenjene druge veje 111 primarnega električnega vodnika 11 s pomočjo eksplozije v njem vsebovanega vsaj enega kemičnega reagenta na osnovi vsakokrat prejetega električnega impulza.

Aktuator 52 v kritičnem trenutku, npr. pri trku vozila, po izbiri lahko prejme impulz oz. signal za iniciacijo premika prekinjevalnega elementa 51 tudi iz katerekoli komponente 524, 525 senzorja za zaznavanje vrednosti električnega toka v vsakokratnem električnem tokokrogu ali pa z drugega senzorja 526' za zaznavanje vsaj ene nadaljnje fizikalne veličine, ki je na voljo na vsakokrat izbrani lokaciji v območju naprave, v kateri je vgrajen omenjen stikalni sklop 1.

Omenjeno pirotehnično stikalo 5 stikalnega sklopa 1 obsega prekinjevalni element 51, ki je v pirotehničnem stikalu 5 premakljiv iz svojega prvega t.j. sklenjenega položaja, v katerem je z njegovo pomočjo druga veja 112 primarnega električnega vodnika 11 stikalnega sklopa 1 sklenjena in v katerem je omenjeni element 51 držan na zadostnem odmiku od sekundarnega električnega vodnika 12, v svoj drug t.j. nesklenjen položaj, v katerem je električni tokokrog skozi drugo vejo 112 primarnega električnega vodnika 11 stikalnega sklopa 1 prekinjen, stikalni element 51 pa se nahaja v električno prevodnem stiku s sekundarnim vodnikom 12 stikalnega sklopa 1.

Pri tem omenjen prekinjevalni element 51 lahko predstavlja kar mehansko prekinljiv in iz svojega prvotnega položaja v drug položaj odklonljiv odsek druge veje 112 primarnega električnega vodnika 11.

Temu ustrezno se prekinjevalni element 51 v svojem drugem t.j. nesklenjenem položaju, v katerem je električni tokokrog skozi drugo vejo 112 primarnega električnega vodnika 11 stikalnega sklopa 1 prekinjen, prekinjevalni element 31 pa se nahaja v električno prevodnem stiku s sekundarnim vodnikom 12 stikalnega sklopa 1, posredno pa se nahaja tudi v električnem stiku tako z vsakokratnim uporabnikom 3 kot tudi s sekundarnim polom 22 vira 2 enosmerne električne napetosti.

Stikalni sklop 1 je preprost in navzlic uporabi primernega pirotehičnega stikala 5 tudi volumsko neobsežen. Zaradi vezave pirotehničnega stikala 5 in električne varovalke 4 s talilnim elementom 41 v ločeni veji 111, 112 primarnega električnega vodnika 11 je stikalni sklop 1 odporen na spremembe temperature in zmožen trajno prenašati vplive indukcije in dinamične tokovne obremenitve oz. nenehne spremembe vrednosti električnega toka v vsakokratnem enosmernem (DC) električnem tokokrogu. Po drugi strani pa stikalni sklop 1 trenutku aktiviranja pomočjo aktuatorja 52, npr. pri trku vozila na električni pogon, omogoča takojšnjo prekinitev enosmernega električnega tokokroga ne glede na električno napetost in trenutno jakost električnega toka ter brez generiranja električnega obloka v območju pirotehničnega stikala 5, pri čemer je obenem zagotovljena popolna električna izoliranost porabnika oz. porabnikov od vira enosmerne električne napetosti. Zahvaljujoč premiku prekinjevalnega elementa 51 iz njegovega prvotnega sklenjenega položaja v odklonjen položaj in s tem v stik s sekundarnim električnim vodnikom 12 enosmernega tokokroga se namreč preko stikalnega sklopa 1 in porabnika 3 sklene nov, od napetostnega vira 2 povsem ločen električni tokokrog, v katerem so lahko na voljo tudi drugi skriti viri električne energije, npr. kondenzatorji, ki pa v takem primeru ne morejo več priti v stik z napetostnim virom 2.

Po izumu je predvideno samodejno aktiviranje stikalnega sklopa 1, kadar so za to izpolnjeni vnaprej določeni pogoji. V ta namen je aktuator 52 omenjenega pirotehničnega stikala 5 preko omenjenega prekinjevalnega elementa 51 električno povezljiv s sekundarnim vodnikom 12 stikalnega sklopa 1, pri tem pa obsega električno iniciacijsko komponento 521, udarni element 522 in električno vezje 523, ki bodo vsak zase podrobneje opisani v nadaljevanju.

Električna iniciacijska komponenta 521 je predvidena za iniciacijo eksplozivne kemične reakcije v aktuatorju 52 v pirotehničnem stikalu 5 vsebovanega vsaj enega primernega kemičnega reagenta na osnovi električnega impulza, pri čemer kemična kemičnega reagenta lahko povsem ustreza tisti pri doslej znanih pirotehničnih stikalih.

Udarni element 522 je med potekom omenjene kemične reakcije reagenta po aktiviranju omenjene iniciacijske komponente 521 premakljiv v smeri proti prekinjevalnemu elementu 51, in sicer zaradi zagotavljanja premika prekinjevalnega elementa 51 iz njegovega prvega položaja v stiku s primarnim vodnikom 11 in na odmiku od sekundarnega vodnika 12 v njegov drugi položaj v stiku s sekundarnim vodnikom 12.

Omenjeno električno vezje 523 je poleg obeh med seboj vzporedno vezanih vej 111, 112 vgrajeno v omenjenem primarnem električnem vodniku 11 na tak način, da je z virom 2 električne napetosti in porabnikom 3 povezano zaporedno z omenjenima vejama 111, 112 primarnega vodnika 11. Pri tem omenjeno električno vezje 523 sestoji iz vsaj ene ireverzibilne termične električne varovalke 524 s kontaktnim elementom 524', ki je med regularnim obratovanjem stikalnega sklopa 1 nesklenjen in se sklene šele v primeru električne preobremenitve, kot tudi iz vsaj enega elektromagnetnega reed stikala 525 s prekinjevalnim elementom 525', ki je med regularnim obratovanjem stikalnega sklopa 1 nesklenjen in se sklene šele v primeru preseženja vnaprej določene vrednosti električnega toka, kateremu je izpostavljen stikalni sklop 1. Termična varovalka 524 in elektromagnetno stikalo 525 aktuatorja 52 sta med seboj vzporedno vezana.

Tudi v primeru, kadar aktuator 52 obsega več kot eno varovalko 524, so vsakokrat razpoložljive varovalke 524 med seboj povezane vzporedno, prav tako pa so tudi vsakokrat razpoložljiva elektromagnetna stikala 525 v primeru, kadar aktuator 52 obsega več kot eno stikalo 525, med seboj vzporedno vezana.

Električna iniciacijska komponenta 521 je povezana tako z omenjenim vezjem 523 kot tudi z vsaj enim dodatnim električnim vodnikom 526 za povezavo z vsaj enim zunanjim senzorjem 526'.

Možna je tudi nadaljnja izvedba stikalnega sklopa 1, pri kateri aktuator 52 v kritičnem trenutku, npr. pri trku vozila, po izbiri lahko prejme impulz oz. signal za iniciacijo premika prekinjevalnega elementa 51 tudi po dodatnem vodniku 526 iz senzorja 526' za zaznavanje vrednosti električnega toka v vsakokratnem električnem tokokrogu ali pa z drugega senzorja za zaznavanje vsaj ene nadaljnje fizikalne veličine, kije na voljo na vsakokrat izbrani lokaciji v območju naprave, v kateri je vgrajen omenjen stikalni sklop 1.

Aktiviranje stikalnega sklopa 1 se načeloma izvrši bodisi v primeru tokovne preobremenitve ali pa v primeru kratkega stika.

Aktiviranje v primeru tokovne preobremenitve se izvrši s pomočjo omenjene ireverzibilne termične električne varovalke 524, ki je v toplotno prevodnem stiku s prevodnimi deli pirotehničnega stikala 5. Ob povečanju vrednosti električnega toka narašča tudi temperatura, pogoje aktiviranja pa je možno vnaprej določiti s primernim dimenzioniranjem oz. izbiro vsakokrat ustrezne varovalke 524. Ko tok naraste nad nazivno vrednost, se prevodni deli pirotehničnega stikala 5 segrevajo, zato se segreva tudi varovalka 524 s kontaktnim elementom 524'. Pri vnaprej določeni vrednosti temperature se kontaktni element 524' varovalke 524 sklene in skozi varovalko 524 lahko steče električni tok, ki je določen oz. omejen z upornostjo aktuatorja 52, zato se ob preobremenitvi pirotehnično stikalo 5 aktivira, tako da se s pomočjo aktuatorja 52 izvrši želeni premik kontaktnega elementa 51 iz njegovega izhodiščnega položaja v stiku s primarnim vodnikom 11 v položaj v stiku s sekundarnim vodnikom 12.

Aktiviranje v primeru kratkostične preobremenitve se izvrši z elektromagnetnim reed stikalom 525, ki je občutljivo na zunanje magnetno polje in se nanj zelo hitro odzove, npr. v obdobju 50 ps. Čas se še skrajša pri višjem toku in temu ustrezno višji magnetni poljski jakosti. Tako kratek čas aktivacije oz. proženja je potrebno doseči predvsem zaradi tokovne vzdržljivosti pirotehničnega stikala 5 v pogojih kratkega stika. Omenjeno elektromagnetno reed stikalo 525 je razporejeno na primerni oddaljenosti od prevodnih delov pirotehničnega stikala 5, pri čemer je pogoje, pri katerih se elektromagnetno stikalo 525 odzove na kratkostično preobremenitev, možno vnaprej uravnavati tudi s spreminjanjem položaja stikala 525, saj je občutljivost oz. odzivnost stikala 525 obratnosorazmema z oddaljenostjo od vira magnetnega polja. Ko v primeru kratkega stika tok prične naraščati, se ustvari lastno magnetno polje, ki vpliva na elektromagnetno reed stikalo 525. Pri vnaprej določeni jakosti magnetnega polja se kontakta 525' elektromagnetnega stikala 525 skleneta, tako da tok steče skozi omenjeno stikalo 525. Tok je tudi v tem primeru določen oz. omejen z upornostjo aktuatorja 52, zato se ob preobremenitvi t.j. kratkem stiku pirotehnično stikalo 5 aktivira, tako da se s pomočjo aktuatorja 52 izvrši želeni premik kontaktnega elementa 51 iz njegovega izhodiščnega položaja v stiku s primarnim vodnikom 11 v položaj v stiku s sekundarnim vodnikom 12.

Claims (5)

1. PATENTNI ZAHTEVKI

   1. Stikalni sklop (1) za prekinitev enosmernega električnega tokokroga, ki je z vzpostavitvijo električne povezave preko primarnega električnega vodnika (11) in sekundarnega električnega vodnika (12) vgradljiv med vir (2) enosmerne električne napetosti in vsaj en električni porabnik (3), tako da je s pomočjo omenjenih vodnikov (11, 12) stikalnega sklopa (1) primarni pol (21) napetostnega vira (1) električno povezljiv s primarnim polom (31) vsakokratnega električnega porabnika (3), sekundami pol (22) napetostnega vira (1) pa je prav tako električno povezljiv s sekundarnim polom (32) vsakokratnega električnega porabnika (3), pri čemer primarni električni vodnik (11) stikalnega sklopa (1) sestoji iz dveh med seboj vzporedno vezanih vej (111, 112), izmed katerih prva veja (111) vključuje električno varovalko (4) s talilnim elementom (41), druga veja (112) pa pirotehnično stikalo (5), ki obsega prekinjevalni element (51), ki je zmožen prekiniti skozi omenjeno stikalo (5) potekajočo drugo vejo (112) primarnega električnega vodnika (11), kot tudi aktuator (52), ki je prirejen za zagotavljanje premika prekinjevalnega elementa (51) zaradi prekinitve omenjene druge veje (112) primarnega električnega vodnika (11) s pomočjo eksplozije v njem vsebovanega vsaj enega kemičnega reagenta na osnovi električnega impulza, pri Čemer omenjeno pirotehnično stikalo (5) obsega tak prekinjevalni element (51), ki je v pirotehničnem stikalu (5) premakljiv iz svojega prvega t.j. sklenjenega položaja, v katerem je z njegovo pomočjo druga veja (112) primarnega električnega vodnika (11) stikalnega sklopa (1) sklenjena in v katerem je omenjen prekinjevalni element (51) držan na zadostnem odmiku od sekundarnega električnega vodnika (12), v svoj drug t.j. nesklenjen položaj, v katerem je električni tokokrog skozi drugo vejo (112) primarnega električnega vodnika (11) stikalnega sklopa (1) prekinjen, prekinjevalni element (51) pa se nahaja v električno prevodnem stiku s sekundarnim vodnikom (12) stikalnega sklopa (1), označen s tem, da je omenjeni aktuator (52) preko omenjenega prekinjevalnega elementa (51) električno povezljiv s sekundarnim vodnikom (12) stikalnega sklopa (1) in obsega - električno iniciacijsko komponento (521) za iniciacijo eksplozivne kemične reakcije v njem vsebovanega vsaj enega kemičnega reagenta na osnovi električnega impulza; - udarni element (522), ki je med potekom omenjene kemične reakcije reagenta po aktiviranju omenjene iniciacijske komponente (521) premakljiv v smeri proti prekinjevalnemu elementu (51) zaradi zagotavljanja premika prekinjevalnega elementa (51) iz njegovega prvega položaja v stiku s primarnim vodnikom (11) in na odmiku od sekundarnega vodnika (12) v njegov drugi položaj v stiku s sekundarnim vodnikom (12); kot tudi - električno vezje (523), ki je poleg obeh med seboj vzporedno vezanih vej (111, 112) vgrajeno v omenjenem primarnem električnem vodniku (11) na tak način, da je z virom (2) električne napetosti in porabnikom (3) povezano zaporedno z omenjenima vejama (111, 112) primarnega vodnika (11), omenjeno električno vezje (523) pa sestoji iz vsaj ene ireverzibilne termične električne varovalke (524) s kontaktnim elementom (524'), ki je med regularnim obratovanjem stikalnega sklopa (1) nesklenjen in se sklene šele v primeru električne preobremenitve, kot tudi iz vsaj enega elektromagnetnega reed stikala (525) s prekinjevalnim elementom (525') ki je med regularnim obratovanjem stikalnega sklopa (1) nesklenjen in se sklene šele v primeru preseženja vnaprej določene vrednosti električnega toka, kateremu je izpostavljen stikalni sklop (1), pri čemer sta omenjena varovalka (524) aktuatorja (52) in elektromagnetno stikalo (525) aktuatorja (52) med seboj vzporedno vezana, in pri čemer so tudi v primeru, kadar aktuator (52) obsega več kot eno varovalko (524), vsakokrat razpoložljive varovalke (524) med seboj povezane vzporedno, prav tako pa so tudi vsakokrat razpoložljiva elektromagnetna stikala (525) v primeru, kadar aktuator (52) obsega več kot eno stikalo (525), med seboj vzporedno vezana.
2. 2. Stikalni sklop po zahtevku 1, označen s tem, da je k omenjenemu električnemu vezju (523) priključen vsaj en dodatni vodnik (526), preko katerega je vezje (523) povezano z vsaj enim zunanjim senzorjem (526'), tako da aktuator (52) v kritičnem trenutku, npr. pri trku vozila, lahko prejme impulz oz. signal za iniciacijo premika prekinjevalnega elementa (51) tudi po omenjenem dodatnem vodniku (526) iz omenjenega dodatnega senzorja (526') za zaznavanje vrednosti električnega toka v določenem električnem tokokrogu ali pa z drugega senzorja za zaznavanje vsaj ene nadaljnje fizikalne veličine, kije na voljo na vsakokrat izbrani lokaciji v območju naprave, v kateri je vgrajen omenjen stikalni sklop 1.
3. 3. Stikalni sklop po zahtevku 1 ali 2, označen s tem, da prekinjevalni element (51) predstavlja mehansko prekinljiv in iz svojega prvotnega položaja v drug položaj odklonljiv odsek druge veje (112) primarnega električnega vodnika (11).
4. 4. Stikalni sklop po kateremkoli od zahtevkov 1 - 3, označen s tem, da se prekinjevalni element (51) v svojem drugem t.j. nesklenjenem položaju, v katerem je električni tokokrog skozi drugo vejo (112) primarnega električnega vodnika (11) stikalnega sklopa (1) prekinjen, prekinjevalni element (51) pa se nahaja v električno prevodnem stiku s sekundarnim vodnikom (12) stikalnega sklopa (1), posredno pa se nahaja tudi v električnem stiku tako z vsakokratnim uporabnikom (3) kot tudi s sekundarnim polom (22) vira (2) enosmerne električne napetosti.
5. 5. Stikalni sklop po kateremkoli od zahtevkov 1 - 4, označen s tem, da je električna iniciacijska komponenta (521) povezana tako z omenjenim vezjem (523) kot tudi z vsaj enim dodatnim električnim vodnikom (526) za povezavo z vsaj enim zunanjim senzorjem (526').