WO2022207098A1 - Pyrotechnische unterbrechervorrichtung - Google Patents

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WO2022207098A1
WO2022207098A1 PCT/EP2021/058466 EP2021058466W WO2022207098A1 WO 2022207098 A1 WO2022207098 A1 WO 2022207098A1 EP 2021058466 W EP2021058466 W EP 2021058466W WO 2022207098 A1 WO2022207098 A1 WO 2022207098A1
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WO
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pyrotechnic
chamber
separating body
busbar
interrupter device
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PCT/EP2021/058466
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rolf Lappan
Daniel Fuhrmann
Markus Frula
Original Assignee
Pierburg Gmbh
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Publication date
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    • 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
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/30—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H9/34—Stationary parts for restricting or subdividing the arc, e.g. barrier plate
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    • H01H9/34—Stationary parts for restricting or subdividing the arc, e.g. barrier plate

Definitions

  • the invention relates to a pyrotechnic interrupter device with a housing, a pyrotechnic igniter, a pressure chamber which is arranged in the housing and is fluidically connected to the pyrotechnic igniter, a separating body which forms a boundary surface of the pressure chamber and is slidably arranged in the housing, a busbar, against which the separating body can be displaced, an arcing chamber, which is formed in the housing on a side opposite the pressure chamber with respect to the busbar, and over which the busbar extends from a first delimiting side wall to a second delimiting side wall of the arcing chamber and into which a busbar section under Action of the separating body is displaceable.
  • Such pyrotechnic interrupter devices are used in particular in vehicles with high-voltage applications, such as hybrid vehicles or fully electric vehicles in particular, to disconnect the power line between the battery and the user, in particular the drive of the vehicle, in a few tenths of a second in the event of an accident in order to avoid short circuits. Due to the high voltages, however, when the busbars are disconnected, arcing occurs between the free ends of the busbar, allowing current to continue to flow, which can last for several seconds and can result in extremely high short-circuit currents that could electrocute vehicle occupants or rescue personnel which can be life-threatening. Since these arcs cannot be completely avoided, precautions must be taken to extinguish them as quickly as possible.
  • a pyrotechnic interrupter is described in US Pat. No. 10,424,448 B2, on whose busbar a predetermined breaking point is formed at which, when the pyrotechnic igniter is ignited, a separating piston breaks through the busbar, which is then pivoted about a pivot axis into the arcing chamber.
  • a separating piston breaks through the busbar, which is then pivoted about a pivot axis into the arcing chamber.
  • Arranged in the arcing chamber are stacked arc splitters along which the free end of the conductor rail is pivoted.
  • a duct is provided in the housing for discharging the harmful gas produced by the ignition and the subsequent exothermic reaction, which leads from the arcing chamber to the outside via a filter.
  • the object is therefore to create a pyrotechnic interrupter device that has no emissions when triggered.
  • an interrupter should be able to be produced as inexpensively as possible and the smallest possible amounts of chemical substances should be required for the exothermic reaction.
  • the pyrotechnic interrupter device has a housing in which a pyrotechnic igniter is arranged, which is fluidically connected to a pressure chamber formed in the housing, or protrudes into this pressure chamber or delimits it on one side.
  • the pressure chamber is thus a space formed in the housing, into which the gas produced during the exothermic reaction of the pyrotechnic igniter expands, so that an overpressure is generated.
  • the pressure chamber is further by a separating body, in particular as a separating piston can be executed, limited.
  • This separating body is slidably arranged in the housing and is pushed against a busbar by the pressure generated when the pyrotechnical igniter is ignited in the pressure chamber, as a result of which the busbar is separated to eliminate an electrical connection. Furthermore, an arcing chamber is formed in the housing on a side of the busbar opposite the pressure chamber.
  • This quenching chamber is delimited by its side walls and, in the non-triggered state of the pyrotechnic igniter, by the conductor rail, which in this state correspondingly extends from a first delimiting side wall to a second delimiting side wall of the quenching chamber.
  • first side wall and the second side wall mean the two walls which, viewed in the current flow direction of the busbar, extend from the opposite ends of the arcing chamber in the direction of a bottom of the arcing chamber.
  • the quenching chamber is connected via a return channel to an expansion chamber which is delimited by the separating body on a side pointing towards the quenching chamber after the pyrotechnic igniter has been triggered and the separating body has been displaced.
  • the return channel thus extends from the quenching chamber to the opposite side of the housing with respect to the busbar and to a side of the separating body facing away from the quenching chamber.
  • the expansion chamber is thus the space through which the separating body is moved after the pyrotechnic igniter has been triggered.
  • the expansion chamber can be created by the movement of the separating body or be present with a smaller volume before the igniter is triggered. This means that the resulting pressure in the arcing chamber by the compression of the space there by the movement of the separating body over the Return channel is fed back to the back of the separating body and thus further supports its movement.
  • the compressive force to be applied by the pyrotechnic detonator can be selected to be lower, since the separating force is increased by the pressure acting via the return channel and the negative pressure that otherwise occurs in this space is compensated, which would otherwise act in the opposite direction, see above that fewer chemical elements are required in the pyrotechnic igniter to produce the same separation force as other known pyrotechnic interrupter devices.
  • sufficient space is made available within the housing for the harmful gas that is produced, so that there is no need for any connection to the outside and emissions by the pyrotechnical interrupter device are prevented. In this way, the costs for otherwise necessary filters can also be saved.
  • Another consequence of the internal gas displacement is improved cooling and thus faster arc quenching, since the gas can flow without resistance, since the space available for the gases is retained and pressure equalization between the quenching chamber and the arcing chamber
  • Expansion chamber can be done.
  • a predetermined breaking point is preferably formed on the conductor rail, with a section end opposite the predetermined breaking point of a conductor rail section that moves when the pyrotechnic igniter is triggered and the separating body moves as a pivot axis for the conductor rail section that is moved into the arcing chamber by the movement of the separating body
  • Busbar section is used.
  • the predetermined breaking point can be realized by small recesses.
  • the pivot axis can be implemented, for example, by narrowing the cross section of the conductor rail in this area. Thus, the busbar is only separated in one cross-section while the section is pivoted into the arcing chamber. This can be used to predict the area in which Extinguishing arc occurs in the arcing chamber and use appropriate extinguishing measures in a targeted manner.
  • the return channel extends from the second delimiting side wall of the quenching chamber to the expansion chamber, the side wall being directed toward the moving free end of the conductor rail section moved into the quenching chamber when the pyrotechnic igniter is triggered.
  • the return line is located in the area in the direction of which, due to the movement of the separated busbar section, the pressure wave is directed, which is correspondingly better discharged to the expansion chamber.
  • the return channel extends from an area of the arcing chamber remote from the pyrotechnic igniter in the direction of the expansion chamber, ie from an area near the bottom of the arcing chamber, which borders on the side walls.
  • the pressure spreads in the direction of the ground, so that no major pressure gradients and turbulences arise, but a large part of the pressure wave in the arcing chamber can be dissipated via the return channel.
  • stacked arc splitters are arranged between the movement path of the free end of the busbar section moved into the arcing chamber and the second side wall of the arcing chamber, with a gap being formed between the second side wall and the arc splitters, from which the return channel extends.
  • the return channel Through the return channel, an at least partially guided gas movement is generated, which via the splitter stack and the gap in the return channel and the
  • the pyrotechnic igniter is preferably fastened in a holding element which is surrounded at least in sections by a peripheral axial projection of the separating body, which forms a pressure surface of the separating body that delimits the expansion chamber.
  • a peripheral axial projection of the separating body which forms a pressure surface of the separating body that delimits the expansion chamber.
  • a seal is arranged between the holding element and the peripheral axial projection of the separating body in a radial groove of the holding element. Accordingly, the expansion chamber is sealed off from the pressure chamber. The pressure therefore also acts completely on the surface of the separating body in the expansion chamber, as a result of which the pressure for separating the busbar is increased.
  • the conductor rail has an opening through which the return channel runs. In this way, the return channel can also be introduced into the housing afterwards through boreholes, which are closed by plugs, as a result of which production is significantly simplified.
  • sealing rings are arranged between the housing and the busbar, which surround the return channel on both sides of the busbar. These are designed accordingly in circular recesses provided for this purpose on the adjacent housing surfaces.
  • the separating body, the pyrotechnical igniter and the holding element preferably form a separating unit which is arranged in a separate housing part. In this way, the entire separating unit with the housing part pre-assembled can be used in the rest of the housing with the busbar. This facilitates assembly and reduces costs.
  • a section of the return channel is formed in the separate housing part, which has an inner wall that serves to guide the separating body and radially delimits the expansion chamber into which the return channel opens. This ensures precise axial guidance of the separating body on all sides over the entire adjustment path.
  • a pyrotechnical interrupter device is thus created in which the pyrotechnical igniter can be made smaller with the same separating force to be applied. There is no need for additional filters, since the gas produced when the pyrotechnical igniter is ignited remains completely in the interrupter device and does not have to be routed to the outside. At the same time, the arc produced during the separation is very quickly extinguished by the discharged and at least partially directed flow through the arcing chamber and to the return channel.
  • the figure shows a perspective view of a pyrotechnic interrupter device according to the invention in section.
  • the inventive pyrotechnic interrupter device shown in the figure consists of a total of three-part housing 10, between the first housing part 12 and second housing part 14 a Busbar 16 is clamped.
  • the clamping force is generated by screws 18, which are inserted through bores 20 in the first and second housing parts 12, 14 and screwed on the opposite side via a socket 22 with an internal thread.
  • a third separate housing part 28 is arranged in a receptacle 30 inside the upper, first housing part 12 .
  • This separate housing part 28 rests axially against a radial projection 24 on the first housing part 12 on one side and against the busbar 16 on the other side.
  • the separate housing part 28 accommodates a separating unit 32, which consists of a pyrotechnic igniter 34 in the form of a capsule, which can be electrically ignited via a cable 36, which protrudes outwards from a central opening 38 of the separate housing part 28.
  • a holding element 40 for the pyrotechnic igniter 34 in which the pyrotechnic igniter is accommodated and a separating body 42 consists.
  • the separating body 42 is designed as a separating piston with an annular, circumferential, axially extending projection 44 on the radially outer edge.
  • this axial projection 44 bears against a seal 46 which is formed in a radial groove 48 on an outer wall 50 of the holding element 40, so that a gap between the holding element 40 and the axial projection 44 is sealed.
  • the separating body 42 is guided on an inner wall 52 of the separate housing part 28 so that the separating body 42 can only be moved axially in the housing 10 .
  • a pressure chamber 58 is formed between an inner axial delimiting surface 54 of the separating body 42 and a wall 56 of the holding element 40 or the pyrotechnic igniter 34 pointing towards this delimiting wall.
  • an arcing chamber 60 is formed in second housing part 14, which in the cross section shown is delimited by a first, sloping side wall 62 and an opposite, concave, second side wall 64 and a base 66, which both side walls 62, 64 connects to each other.
  • quenching plates 68 are stacked one above the other, but spaced apart from one another, which are aligned parallel to the base 66 and the ends of which are spaced apart from the second side wall 64, forming a gap 70.
  • a return channel 74 branches off from the arcing chamber 60 and extends through the second housing part 14 to the busbar 16 and through an opening 76 in the busbar 16 into the first housing part 12 extends.
  • a sealing ring 78 can be provided in corresponding recesses on the first housing part 12 and on the second housing part 14 opposite the busbar 16, which rests against the busbar 16 and thus seals the return channel 74 and prevents leakage between the busbar 16 and the first housing part 12 or the second housing part 14 is formed.
  • This return channel 74 then extends from the first housing part 12 through the separate housing part 28 into the interior of the separate housing part 28.
  • the pyrotechnical igniter 34 is supplied with electricity and ignites, as a result of which the chemical mixture contained therein reacts exothermally, causing an expansion result.
  • This expansion of the gas takes place in the pressure chamber 58, whereby the boundary surface 54 and thus the separating body 42 a force acts in the direction of the busbar 16 on which the separating body 42 rests.
  • This is correspondingly shifted against the conductor rail 16 , on which a predetermined breaking point 80 is formed, which is arranged approximately as an extension of a radial outer wall 82 of the separating body 42 .
  • the busbar 16 has a short section of reduced cross-section, which is formed on the busbar 16 in the vicinity of the first side wall 62 of the arcing chamber 60 and serves as a pivot axis 84 .
  • the section formed between the predetermined breaking point 80 and the pivot axis 84 thus forms a busbar section 86 that can be moved by the movement of the separating body 42, the end 88 of which, which is free after the triggering of the detonator 34, follows a path of movement that runs opposite the second side wall 64, along the path leading to the gap 70 opposite ends of the arc splitters 68 and is thus rotated about the end 90 of the movable busbar section 86 opposite the free end 88 .
  • the busbar 16 Separating the busbar 16 creates an arc between the free end 88 of the busbar 16 and a fixed end of the busbar 16 on the opposite side of the predetermined breaking point 80, which arc creates a short circuit and must be extinguished as quickly as possible.
  • the gas present in arcing chamber 60 is heated by the arc and harmful gas is generated by the combustion of the surfaces present.
  • the movement of separating body 42 forms an expansion chamber 92 in the interior of separate housing part 28 between its inner wall 52 and a pressure surface 91 of axial projection 44 of separating body 42 pointing axially away from arcing chamber 60, which expands as a result of the movement of separating body 42 and in which the section 94 of the return channel 74 formed in the separate housing part 28 opens out.
  • the pressure compensation also supports the separating force of the separating body, so that smaller amounts of powder can be used in the pyrotechnic detonators in order to break through the conductor rail. It should be clear that the scope of protection is not limited to the embodiment described, but various modifications are possible. In particular, other housing divisions or forms of the components used can be provided.
  • the return channel can either be introduced subsequently through bores which are subsequently closed by means of plugs, as is shown in the figure, or cast or injected directly at the same time.

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Abstract

Es sind pyrotechnische Unterbrechervorrichtungen mit einem Gehäuse (10), einem pyrotechnischen Zünder (34), einer Druckkammer (58), die im Gehäuse (10) angeordnet ist und fluidisch mit dem pyrotechnischen Zünder (34) verbunden ist, einem Trennkörper (42), welcher eine Begrenzungsfläche (54) der Druckkammer (58) bildet und verschiebbar im Gehäuse (10) angeordnet ist, einer Stromschiene (16), gegen die der Trennkörper (42) verschiebbar ist, und einer Löschkammer (60), die bezüglich der Stromschiene (16) auf einer zur Druckkammer (58) gegenüberliegenden Seite im Gehäuse (10) ausgebildet ist, und über die sich die Stromschiene (16) von einer ersten begrenzenden Seitenwand (62) zu einer zweiten begrenzenden Seitenwand (64) der Löschkammer (60) erstreckt und in die ein Stromschienenabschnitt (86) unter Einwirkung des Trennkörpers (42) verschiebbar ist, bekannt. Um eine schnellere Löschung des Lichtbogens zu erreichen und kein Schadgas nach außen führen zu müssen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Löschkammer (60) über einen Rückführkanal (74) mit einer nach Auslösung des pyrotechnischen Zünders (34) und Verschiebung des Trennkörpers (42) an einer zur Löschkammer (60) weisenden Seite durch den Trennkörper (42) begrenzte Expansionskammer (92) verbunden ist.

Description

B E S C H R E I B U N G Pyrotechnische Unterbrechervorrichtung
Die Erfindung betrifft eine pyrotechnische Unterbrechervorrichtung mit einem Gehäuse, einem pyrotechnischen Zünder, einer Druckkammer, die im Gehäuse angeordnet ist und fluidisch mit dem pyrotechnischen Zünder verbunden ist, einem Trennkörper, welcher eine Begrenzungsfläche der Druckkammer bildet und verschiebbar im Gehäuse angeordnet ist, einer Stromschiene, gegen die der Trennkörper verschiebbar ist, einer Löschkammer, die bezüglich der Stromschiene auf einer zur Druckkammer gegenüberliegenden Seite im Gehäuse ausgebildet ist, und über die sich die Stromschiene von einer ersten begrenzenden Seitenwand zu einer zweiten begrenzenden Seitenwand der Löschkammer erstreckt und in die ein Stromschienenabschnitt unter Einwirkung des Trennkörpers verschiebbar ist. Derartige pyrotechnische Unterbrechervorrichtungen dienen insbesondere in Fahrzeugen mit Hochvoltanwendungen, wie insbesondere Hybridfahrzeugen oder vollelektrisch betriebenen Fahrzeugen dazu, die Stromleitung zwischen der Batterie und den Nutzern, insbesondere dem Antrieb des Fahrzeugs, im Fall eines Unfalls in wenigen zehntel 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 US 10,424,448 B2 ein pyrotechnischer Unterbrecher beschrieben, an dessen Stromschiene eine Sollbruchstelle ausgebildet ist, an der beim Zünden des pyrotechnischen Zünders ein Trennkolben die Stromschiene durchschlägt, welche im Folgenden um eine Schwenkachse in die Löschkammer geschwenkt wird. In der Löschkammer sind übereinander gestapelte Löschbleche angeordnet, entlang derer das freie Ende der Stromschiene geschwenkt wird. Des Weiteren ist zur Abführung des durch die Zündung und die nachfolgende exotherme Reaktion entstehenden Schadgases ein Kanal im Gehäuse vorgesehen, der von der Löschkammer über einen Filter nach außen führt.
Nachteilig daran ist jedoch, dass das Schadgas nach außen ins Freie gelangt, wodurch zusätzliche Emissionen erzeugt werden.
Es stellt sich daher die Aufgabe, eine pyrotechnische Unterbrechervorrichtung zu schaffen, die bei Auslösung keine Emissionen aufweist. Zusätzlich sollte ein solcher Unterbrecher möglichst kostengünstig hergestellt werden können und möglichst geringe Mengen chemischer Stoffe für die exotherme Reaktion benötigt werden.
Diese Aufgabe wird durch eine pyrotechnische Unterbrechervorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäße pyrotechnische Unterbrechervorrichtung weist ein Gehäuse auf, in dem ein pyrotechnischer Zünder angeordnet ist, der fluidisch mit einer im Gehäuse ausgebildeten Druckkammer verbunden ist, beziehungsweise in diese Druckkammer ragt oder diese einseitig begrenzt. Die Druckkammer ist somit ein im Gehäuse gebildeter Raum, in den sich das bei der exothermen Reaktion des pyrotechnischen Zünders entstehende Gas ausdehnt, so dass ein Überdruck erzeugt wird. Die Druckkammer wird des Weiteren durch einen Trennkörper, der insbesondere als Trennkolben ausgeführt sein kann, begrenzt. Dieser Trennkörper ist verschiebbar im Gehäuse angeordnet und wird durch den beim Zünden des pyrotechnischen Zünders in der Druckkammer entstehenden Druck gegen eine Stromschiene verschoben, wodurch diese zur Aufhebung einer elektrischen Verbindung getrennt wird. Im Gehäuse ist des Weiteren auf einer zur Druckkammer gegenüberliegenden Seite der Stromschiene eine Löschkammer ausgebildet. Diese Löschkammer wird durch ihre Seitenwände und im nicht ausgelösten Zustand des pyrotechnischen Zünders durch die Stromschiene begrenzt, die sich in diesem Zustand entsprechend von einer ersten begrenzenden Seitenwand zu einer zweiten begrenzenden Seitenwand der Löschkammer erstreckt. In diesem Zusammenhang sind mit der ersten Seitenwand und der zweiten Seitenwand die beiden Wände gemeint, die sich in Stromflussrichtung der Stromschiene betrachtet von den entgegengesetzten Enden der Löschkammer aus in Richtung eines Bodens der Löschkammer erstrecken. In diese Löschkammer wird bei Betätigung des pyrotechnischen Zünders unter Krafteinwirkung des Trennkörpers ein Abschnitt der Stromschiene verschoben.
Erfindungsgemäß ist die Löschkammer über einen Rückführkanal mit einer nach Auslösung des pyrotechnischen Zünders und Verschiebung des Trennkörpers an einer zur Löschkammer weisenden Seite durch den Trennkörper begrenzte Expansionskammer verbunden. Der Rückführkanal erstreckt sich somit von der Löschkammer bis in die bezüglich der Stromschiene gegenüberliegende Seite des Gehäuses und auf eine von der Löschkammer abgewandten Seite des Trennkörpers. Die
Expansionskammer ist somit der Raum, durch den der Trennkörper nach dem Auslösen des pyrotechnischen Zünders bewegt wird. Die Expansionskammer kann dabei sowohl erst durch die Bewegung des Trennkörpers entstehen als auch mit geringerem Volumen bereits vor der Auslösung des Zünders vorhanden sein. Dies bedeutet, dass der entstehende Druck in der Löschkammer durch die Komprimierung des dortigen Raums durch die Bewegung des Trennkörpers über den Rückführkanal an die Rückseite des Trennkörpers zurückgeführt wird und somit dessen Bewegung weiter unterstützt. Dies hat zur Folge, dass die durch den pyrotechnischen Zünder aufzubringende Druckkraft geringer gewählt werden kann, da die Trennkraft durch den über den Rückführkanal wirkenden Druck verstärkt wird und der sonst in diesem Raum entstehende Unterdrück ausgeglichen wird, der sonst in entgegengesetzter Richtung wirken würde, so dass weniger chemische Elemente im pyrotechnischen Zünder benötigt werden, um eine gleiche Trennkraft zu erzeugen wie bei anderen bekannten pyrotechnischen Unterbrechervorrichtungen. Zusätzlich wird ausreichend Raum für das entstehende Schadgas innerhalb des Gehäuses zur Verfügung gestellt, so dass auf jegliche Verbindung nach außen verzichtet werden kann und Emissionen durch die pyrotechnische Unterbrechervorrichtung verhindert werden. So können auch die Kosten für sonst notwendige Filter eingespart werden. Als weitere Folge entsteht durch die interne Gasverschiebung eine verbesserte Kühlung und damit schnellere Löschung des Lichtbogens, da das Gas widerstandsfrei strömen kann, da der für die vorhandenen Gase zur Verfügung stehende Raum erhalten bleibt und ein Druckausgleich zwischen der Löschkammer und der
Expansionskammer erfolgen kann.
Vorzugsweise ist an der Stromschiene eine Sollbruchstelle ausgebildet, wobei ein zur Sollbruchstelle gegenüberliegendes Abschnittsende eines bei Auslösung des pyrotechnischen Zünders und Bewegung des Trennkörpers bewegten Stromschienenabschnitts als Schwenkachse für den durch die Bewegung des Trennkörpers in die Löschkammer bewegten
Stromschienenabschnitts dient. Die Sollbruchstelle kann durch kleine Ausnehmungen verwirklicht werden. Die Schwenkachse kann beispielsweise durch eine Querschnittsverengung der Stromschiene in diesem Bereich verwirklicht werden. Somit erfolgt die Trennung der Stromschiene nur in einem Querschnitt, während der Abschnitt in die Löschkammer geschwenkt wird. Dadurch kann vorhergesagt werden, in welchem Bereich der Löschbogen in der Löschkammer auftritt und entsprechende Maßnahmen zum Löschen gezielt einsetzen.
In einer besonders bevorzugten Ausbildung der Erfindung erstreckt sich der Rückführkanal von der zweiten begrenzenden Seitenwand der Löschkammer aus zur Expansionskammer, wobei die Seitenwand zum bewegten freien Ende des in die Löschkammer bewegten Stromschienenabschnitts bei Auslösung des pyrotechnischen Zünders gerichtet ist. Somit befindet sich die Rückführleitung in dem Bereich, in dessen Richtung aufgrund der Bewegung des getrennten Stromschienenabschnitts die Druckwelle geleitet wird, die entsprechend besser zur Expansionskammer abgeführt wird.
Auch ist es vorteilhaft, wenn sich der Rückführkanal von einem vom pyrotechnischen Zünder entfernten Bereich der Löschkammer aus in Richtung der Expansionskammer erstreckt, also von einem Bereich in der Nähe des Bodens der Löschkammer aus, der an die Seitenwände angrenzt. Der Druck breitet sich in Richtung des Bodens aus, so dass keine größeren Druckgefälle und Verwirbelungen entstehen, sondern ein großer Teil der Druckwelle in der Löschkammer über den Rückführkanal abgebaut werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind zwischen der Bewegungsbahn des freien Endes des in die Löschkammer bewegten Stromschienenabschnitts und der zweiten Seitenwand der Löschkammer gestapelte Löschbleche angeordnet, wobei zwischen der zweiten Seitenwand und den Löschblechen ein Spalt ausgebildet ist, von dem aus sich der Rückführkanal erstreckt. Durch den Rückführkanal wird eine zumindest teilweise geführte Gasbewegung erzeugt, welche über das Löschblechpaket und den Spalt in den Rückführkanal und die
Expansionskammer erfolgt. Durch das Führen dieses Gasstroms über die Bleche erfolgt eine schnelle und zuverlässige Kühlung und somit Löschung des entstehenden Lichtbogens, so dass entstehende Kurzschlussströme deutlich verringert werden.
Vorzugsweise ist der pyrotechnische Zünder in einem Halteelement befestigt, welches zumindest abschnittsweise von einem umlaufenden axialen Vorsprung des Trennkörpers umgeben ist, der eine die Expansionskammer begrenzende Druckfläche des Trennkörpers bildet. Auf diese Weise kann eine besonders gut montierbare und kleine Unterbrechervorrichtung geschaffen werden. Der Trennkörper kann des Weiteren einfach über die Außenwand des Halteelementes geführt werden.
In einer hierzu weiterführenden Ausführungsform ist zwischen dem Halteelement und dem umlaufenden axialen Vorsprung des Trennkörpers in einer Radialnut des Halteelementes eine Dichtung angeordnet. Entsprechend ist die Expansionskammer zur Druckkammer abgedichtet. Somit wirkt der Druck auch vollständig auf die Fläche des Trennkörpers in der Expansionskammer, wodurch der Druck zur Trennung der Stromschiene verstärkt wird. Um eine besonders kompakte Bauform zu erhalten, weist die Stromschiene eine Öffnung auf, durch die der Rückführkanal führt. Auf diese Weise kann auch der Rückführkanal im Nachhinein durch Bohrlöcher in das Gehäuse eingebracht werden, die durch Stopfen geschlossen werden, wodurch die Herstellung deutlich vereinfacht wird.
Um zu vermeiden, dass das Gas aus der Löschkammer zwischen den Gehäuseteilen und entlang der Stromschiene nach außen dringen kann, sind zwischen dem Gehäuse und der Stromschiene Dichtringe angeordnet, die den Rückführkanal beidseits der Stromschiene umgeben. Diese sind entsprechend in dafür vorgesehenen kreisförmigen Ausnehmungen an den angrenzenden Gehäuseflächen ausgeführt. Vorzugsweise bilden der Trennkörper, der pyrotechnische Zünder und das Halteelement eine Trenneinheit, die in einem separaten Gehäuseteil angeordnet ist. So kann die gesamte Trenneinheit mit dem Gehäuseteil vormontiert in das übrige Gehäuse mit der Stromschiene eingesetzt werden. Dies erleichtert die Montage und reduziert Kosten.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn ein Abschnitt des Rückführkanals im separaten Gehäuseteil ausgebildet ist, welches eine Innenwand aufweist die zur Führung des Trennkörpers dient und die Expansionskammer in die der Rückführkanal mündet, radial begrenzt. So wird eine allseitige exakte axiale Führung des Trennkörpers über den gesamten Verstellweg sichergestellt.
Es wird somit eine pyrotechnische Unterbrechervorrichtung geschaffen, bei der der pyrotechnische Zünder bei gleicher aufzubringender Trennkraft kleiner ausgeführt werden kann. Auf zusätzliche Filter kann verzichtet werden, da das entstehende Gas bei der Zündung des pyrotechnischen Zünders vollständig in der Unterbrechervorrichtung verbleibt und nicht nach außen geführt werden muss. Gleichzeitig wird eine sehr schnelle Löschung des bei der Trennung entstehenden Lichtbogens durch die abgeführte und zumindest teilweise gerichtete Strömung durch die Löschkammer und zum Rückführkanal erreicht.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen pyrotechnischen Unterbrechervorrichtung ist in der Figur dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
Die Figur zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen pyrotechnischen Unterbrechervorrichtung in geschnittener Darstellung. Die erfindungsgemäße in der Figur dargestellte pyrotechnische Unterbrechervorrichtung besteht aus einem insgesamt dreiteiligen Gehäuse 10, zwischen dessen ersten Gehäuseteil 12 und zweiten Gehäuseteil 14 eine Stromschiene 16 geklemmt ist. Die Klemmkraft wird durch Schrauben 18 erzeugt, welche durch Bohrungen 20 im ersten und zweiten Gehäuseteil 12, 14 gesteckt und an der gegenüberliegenden Seite über eine Steckhülse 22 mit Innengewinde verschraubt werden.
Im Innern des oberen, ersten Gehäuseteils 12 ist ein drittes separates Gehäuseteil 28 in einer Aufnahme 30 angeordnet. Dieses separate Gehäuseteil 28 liegt an der einen Seite axial gegen einen radialen Vorsprung 24 am ersten Gehäuseteil 12 an und an der anderen Seite gegen die Stromschiene 16 an. Das separate Gehäuseteil 28 nimmt in seinem radialen Innenraum eine Trenneinheit 32 auf, die aus einem pyrotechnischen Zünder 34 in Form einer Kapsel besteht, die über ein Kabel 36 elektrisch gezündet werden kann, welches aus einer zentralen Öffnung 38 des separaten Gehäuseteils 28 nach außen ragt, einem Halteelement 40 für den pyrotechnischen Zünder 34, in dem der pyrotechnische Zünder aufgenommen ist und einem Trennkörper 42 besteht.
Der Trennkörper 42 ist in vorliegendem Ausführungsbeispiel als Trennkolben mit einem ringförmig umlaufenden sich axial erstreckenden Vorsprung 44 am radial äußeren Rand ausgebildet. Dieser axiale Vorsprung 44 liegt im radial inneren Bereich gegen eine Dichtung 46 an, die in einer Radialnut 48 an einer Außenwand 50 des Halteelementes 40 ausgebildet ist, so dass ein Spalt zwischen dem Halteelement 40 und dem axialen Vorsprung 44 abgedichtet wird. Im radial äußeren Bereich wird der Trennkörper 42 auf einer Innenwand 52 des separaten Gehäuseteils 28 geführt, so dass der Trennkörper 42 nur axial im Gehäuse 10 bewegbar ist. Zwischen einer inneren axialen Begrenzungsfläche 54 des Trennkörpers 42 und einer zu dieser Begrenzungswand weisenden Wand 56 des Halteelementes 40 beziehungsweise dem pyrotechnischen Zünder 34 wird eine Druckkammer 58 gebildet, die radial durch den axialen Vorsprung 44 des Trennkörpers 42 begrenzt wird. An der zur Trenneinheit 32 entgegengesetzten Seite der Stromschiene 16 ist im zweiten Gehäuseteil 14 eine Löschkammer 60 ausgebildet, die im dargestellten Querschnitt durch eine erste, schräg ausgebildete Seitenwand 62 und eine gegenüberliegende konkav geformte, zweite Seitenwand 64 sowie einen Boden 66 begrenzt wird, der die beiden Seitenwände 62, 64 miteinander verbindet. In der Löschkammer 60 sind vor der zweiten Seitenwand 64, in gleichmäßigem Abstand zu dieser, Löschbleche 68 übereinander, jedoch beabstandet zueinander gestapelt, die parallel zum Boden 66 ausgerichtet sind und deren Enden unter Bildung eines Spaltes 70 beabstandet zu der zweiten Seitenwand 64 angeordnet sind.
An einem vom pyrotechnischen Zünder 34 entfernten Bereich 72 der zweiten Seitenwand 64 in der Nähe zum Boden 66 zweigt von der Löschkammer 60 ein Rückführkanal 74 ab, der sich durch das zweite Gehäuseteil 14 zur Stromschiene 16 und durch eine Öffnung 76 in der Stromschiene 16 in das erste Gehäuseteil 12 erstreckt. Zur Abdichtung kann in entsprechende Ausnehmungen am ersten Gehäuseteil 12 und am zweiten Gehäuseteil 14 jeweils gegenüberliegend zur Stromschiene 16 ein Dichtring 78 vorgesehen werden, der gegen die Stromschiene 16 anliegt und so den Rückführkanal 74 abdichtet und verhindert, dass eine Leckage zwischen der Stromschiene 16 und dem ersten Gehäuseteil 12 oder dem zweiten Gehäuseteil 14 entsteht. Dieser Rückführkanal 74 erstreckt sich im Folgenden vom ersten Gehäuseteil 12 durch das separate Gehäuseteil 28 in das Innere des separaten Gehäuseteils 28.
Wird nun ein Aufprall des Fahrzeugs, in dem die pyrotechnische Unterbrechervorrichtung zwischen einem Verbraucher und einer Batterie angeordnet ist, beispielsweise aufgrund eines Unfalls detektiert, wird der pyrotechnische Zünder 34 mit Strom versorgt und zündet, wodurch das darin enthaltene chemische Gemisch exotherm regiert, was eine Expansion zur Folge hat. Diese Expansion des Gases erfolgt in der Druckkammer 58, wodurch auf die Begrenzungsfläche 54 und damit auf den Trennkörper 42 eine Kraft in Richtung der Stromschiene 16 wirkt, auf der der Trennkörper 42 aufliegt. Dieser wird entsprechend gegen die Stromschiene 16 verschoben, an der eine Sollbruchstelle 80 ausgebildet ist, welche etwa in Verlängerung einer radialen Außenwand 82 des Trennkörpers 42 angeordnet ist. Des Weiteren weist die Stromschiene 16 einen kurzen Abschnitt verringerten Querschnitts auf, der in der Nähe der ersten Seitenwand 62 der Löschkammer 60 an der Stromschiene 16 ausgebildet ist und als Schwenkachse 84 dient. Der zwischen der Sollbruchstelle 80 und der Schenkachse 84 ausgebildete Abschnitt bildet somit einen durch die Bewegung des Trennkörpers 42 bewegbaren Stromschienenabschnitt 86, dessen nach Auslösen des Zünders 34 freies Ende 88 auf einer Bewegungsbahn, die gegenüberliegend zur zweiten Seitenwand 64 verläuft, entlang der zum Spalt 70 gegenüberliegenden Enden der Löschbleche 68 bewegt wird und somit um das zum freien Ende 88 gegenüberliegenden Abschnittsende 90 des bewegbaren Stromschienenabschnitts 86 gedreht wird.
Zwischen dem freien Ende 88 der Stromschiene 16 und einem festen Ende der Stromschiene 16 an der gegenüberliegenden Seite der Sollbruchstelle 80 entsteht durch das Trennen der Stromschiene 16 ein Lichtbogen, der einen Kurzschluss erzeugt und möglichst schnell gelöscht werden muss. Durch den Lichtbogen erwärmt sich das in der Löschkammer 60 vorhandene Gas und es wird durch die Verbrennung der vorhandenen Oberflächen Schadgas erzeugt.
Durch die Bewegung des Trennkörpers 42 wird im Inneren des separaten Gehäuseteils 28 zwischen dessen Innenwand 52 und einer axial von der Löschkammer 60 wegweisenden Druckfläche 91 des axialen Vorsprungs 44 des Trennkörpers 42 eine Expansionskammer 92 gebildet, welche sich durch die Bewegung des Trennkörpers 42 vergrößert und in die der im separaten Gehäuseteil 28 ausgebildete Abschnitt 94 des Rückführkanals 74 mündet. So entsteht eine Druckdifferenz zwischen der Expansionskammer 92, in der kurzfristig ein Unterdrück gebildet wird und der Löschkammer 60, in der kurzfristig ein Überdruck durch die entstehenden Gase und die Verringerung des Volumens aufgrund der Bewegung des Trennkörpers 42 in die Löschkammer 60 entsteht. Durch die Verbindung der Löschkammer 60 mit der Expansionskammer 92 wird diese Druckdifferenz sehr schnell ausgeglichen, was zur Folge hat, dass auch der Lichtbogen in Richtung der Löschbleche 68 umgelenkt wird und das Schadgas entlang der Löschbleche 68 und dem Spalt 70 in den Rückführkanal 74 und über diesen in die Expansionskammer 92 geleitet wird
Dies hat einerseits eine schnelle Abkühlung und Löschung des Lichtbogens zur Folge und verhindert gleichzeitig ein Austreten des durch den Lichtbogen entstehenden Schadgases nach außen, da dieses durch den zusätzlich mit der Expansionskammer zur Verfügung gestellten Raum in der Unterbrechervorrichtung verbleiben kann und nicht über Filter abgeführt werden muss. Der Druckausgleich unterstützt auch die Trennkraft des Trennkörpers, so dass mit geringeren Pulvermengen in den pyrotechnischen Zündern gearbeitet werden kann, um die Stromschiene zu durchschlagen. 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. Der Rückführkanal kann entweder nachträglich durch Bohrungen eingebracht werden, die nachfolgend mittels Stopfen verschlossen werden, wie dies in der Figur dargestellt ist oder direkt mit gegossen beziehungsweise gespritzt werden.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E 1. Pyrotechnische Unterbrechervorrichtung mit einem Gehäuse (10), einem pyrotechnischen Zünder (34), einer Druckkammer (58), die im Gehäuse (10) angeordnet ist und fluidisch mit dem pyrotechnischen Zünder (34) verbunden ist, einem Trennkörper (42), welcher eine Begrenzungsfläche (54) der Druckkammer (58) bildet und verschiebbar im Gehäuse (10) angeordnet ist, einer Stromschiene (16), gegen die der Trennkörper (42) verschiebbar ist, einer Löschkammer (60), die bezüglich der Stromschiene (16) auf einer zur Druckkammer (58) gegenüberliegenden Seite im Gehäuse (10) ausgebildet ist, und über die sich die Stromschiene (16) von einer ersten begrenzenden Seitenwand (62) zu einer zweiten begrenzenden Seitenwand (64) der Löschkammer (60) erstreckt und in die ein Stromschienenabschnitt (86) unter Einwirkung des Trennkörpers (42) verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Löschkammer (60) über einen Rückführkanal (74) mit einer nach Auslösung des pyrotechnischen Zünders (34) und Verschiebung des Trennkörpers (42) an einer zur Löschkammer (60) weisenden Seite durch den Trennkörper (42) begrenzte Expansionskammer (92) verbunden ist.
2. Pyrotechnische Unterbrechervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Stromschiene (16) eine Sollbruchstelle (80) ausgebildet ist, wobei ein zur Sollbruchstelle (80) gegenüberliegendes Abschnittsende (90) eines bei Auslösung des pyrotechnischen Zünders (34) und Bewegung des Trennkörpers (42) bewegten Stromschienenabschnitts (86) als Schwenkachse (84) für den durch die Bewegung des Trennkörpers (42) in die Löschkammer (60) bewegten Stromschienenabschnitts (86) dient.
3. Pyrotechnische Unterbrechervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Rückführkanal (74) von der zweiten begrenzenden Seitenwand (64) der Löschkammer (60) aus zur Expansionskammer (92) erstreckt, wobei die Seitenwand (64) zum bewegten freien Ende (88) des in die Löschkammer (60) bewegten Stromschienenabschnitts (86) bei Auslösung des pyrotechnischen Zünders (34) gerichtet ist.
4. Pyrotechnische Unterbrechervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführkanal (74) sich von einem vom pyrotechnischen Zünder (34) entfernten Bereich (72) der Löschkammer (60) aus in Richtung der Expansionskammer (92) erstreckt.
5. Pyrotechnische Unterbrechervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Bewegungsbahn des freien Endes (88) des in die Löschkammer (60) bewegten Stromschienenabschnitts (86) und der zweiten Seitenwand (64) der Löschkammer (60) gestapelte Löschbleche (68) angeordnet sind, wobei zwischen der zweiten Seitenwand (64) und den Löschblechen (68) ein Spalt (70) ausgebildet ist, von dem aus sich der Rückführkanal (74) erstreckt.
6. Pyrotechnische Unterbrechervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der pyrotechnische Zünder (34) in einem Halteelement (40) befestigt ist, welches zumindest abschnittsweise von einem umlaufenden axialen Vorsprung (44) des Trennkörpers (42) umgeben ist, der eine die Expansionskammer (92) begrenzende Druckfläche (91) des Trennkörpers (42) bildet.
7. Pyrotechnische Unterbrechervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Halteelement (40) und dem umlaufenden axialen Vorsprung (44) des Trennkörpers (42) in einer Radialnut (48) des Halteelementes (40) eine Dichtung (46) angeordnet ist.
8. Pyrotechnische Unterbrechervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene (16) eine Öffnung (76) aufweist, durch die der Rückführkanal (74) führt.
9. Pyrotechnische Unterbrechervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gehäuse (10) und der Stromschiene (16) Dichtringe (78) angeordnet sind, die den Rückführkanal (74) beidseits der Stromschiene (16) umgeben.
10. Pyrotechnische Unterbrechervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennkörper (42), der pyrotechnische Zünder (34) und das Halteelement (40) eine Trenneinheit (32) bilden, die in einem separaten Gehäuseteil (28) angeordnet ist.
11. Pyrotechnische Unterbrechervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt (94) des Rückführkanals (74) im separaten Gehäuseteil (28) ausgebildet ist, welches eine Innenwand (52) aufweist, die zur Führung des Trennkörpers (42) dient und die Expansionskammer (92), in die der Rückführkanal (74) mündet, radial begrenzt.
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