DE102010015240B4

DE102010015240B4 - Trennvorrichtung für Kraftfahrzeugenergieleiter und deren Verwendung

Info

Publication number: DE102010015240B4
Application number: DE201010015240
Authority: DE
Inventors: Marko Josifovic; Ralf Bodem
Original assignee: Auto Kabel Management GmbH
Current assignee: Auto Kabel Management GmbH
Priority date: 2010-04-15
Filing date: 2010-04-15
Publication date: 2012-02-16
Anticipated expiration: 2030-04-16
Also published as: DE102010015240A1

Abstract

Trennvorrichtung für Kraftfahrzeugenergieleiter mit
– einem als Hülse (6) ausgebildeten ersten Anschlussteil (6),
– einem als in der Hülse (6) angeordneten Bolzen ausgebildeten zweiten Anschlussteil (10),
– einer elektrischen leitenden Verbindung zwischen den beiden Anschlussteilen (6, 10), und
– einem in der Hülse angeordneten pyrotechnischen Treibsatz (12),
– wobei der im Falle der Zündung des pyrotechnischen Treibsatzes (12) verursachte Gasdruck den in der Hülse (6) angeordneten Bolzen (10) aus der Hülse (6) heraus, die elektrische Verbindung trennend, beschleunigt
dadurch gekennzeichnet,
– dass ausgehend vom Boden der Hülse (6) zunächst der pyrotechnischen Treibsatz (12), anschließend eine Inertgas enthaltene Kapsel (14) und abschließend der Bolzen (10) angeordnet sind,
– wobei die Kapsel (14) sich beim Zünden des pyrotechnischen Treibsatzes (12) öffnet, so dass Inertgas ausströmt und
– dass des ausströmende Inertgas einen im Moment des Trennens der Anschlussteile (6, 10) entstehenden Lichtbogen...

Description

Der Gegenstand betrifft eine elektrische Trennvorrichtung für Kraftfahrzeugenergieleiter mit einem ersten Anschlussteil, einem zweiten Anschlussteil, einer zwischen den Anschlussteilen gebildeten elektrischen Verbindung, und einem pyrotechnischen Treibsatz, wobei der pyrotechnische Treibsatz bei einer Auslösebedingung zündet und dadurch die elektrische Verbindung zwischen den Anschlussteilen trennt. Der Gegenstand betrifft auch die Verwendung einer solchen Trennvorrichtung.
Elektrische Sicherungen sind hinlänglich in der Fahrzeugtechnik bekannt. Auch ist bekannt, insbesondere die Batteriehochstromleitungen durch pyrotechnische Trennelemente abzusichern. Häufig sind solchen Sicherungen unmittelbar an der Batterieklemme angeordnet. Aus der Veröffentlichung EP 1 710 871 ist ein Stromunterbrecher für elektrische Versorgungsleitungen bekannt, bei dem zwei Flachteile derart miteinander verbunden sind, dass diese durch einen pyrotechnischen Hilfsantrieb voneinander getrennt werden können.
Aus der Veröffentlichung WO 2006/077 268 ist ebenfalls ein Stromunterbrecher für elektrische Versorgungsleitungen bekannt, bei dem eine pyrotechnische Trenneinheit vorgesehen ist, die mittels der in dem Stromunterbrecher erzeugten Jouleschen Wärme aktivierbar ist.
Auch aus der Veröffentlichung der DE 10 2008 013 831 ist ein Stromunterbrecher bekannt, bei dem mehrere Anschlussteile durch einen pyrotechnischen Hilfsantrieb voneinander trennbar sind.
Aus der US 3,958,206 ist eine elektrische Sicherung bekannt, die durch Zünden eines pyrotechnischen Treibsatzes zum Bersten gebracht werden kann. Zum Löschen eines entstehenden Lichtbogens ist die Sicherung in einem Lichtbogen löschenden Medium angeordnet.
Aus der DE 10 2004 012 304 A1 ist ein Stromuntebrecher für Batterieleitungen bekannt. Der darin beschriebene Stromunterbrecher wird durch einen pyrotechnischen Treibsatz gezündet, so dass ein Bolzen aus einer Hülse heraus beschleunigt wird, weil dabei die elektrische Verbindung zwischen Bolzen und Hülse getrennt wird.
Alle Stromunterbrecher haben gemeinsam, dass die Anschlussteile mittels pyrotechnischer Hilfsantriebe bei einer Auslösebedingung voneinander getrennt werden können. Diese Trennung muss abhängig von der Auslösebedingung sicher sein. Insbesondere darf bei der Trennung kein Feuer innerhalb des Bereichs, in dem der Stromunterbrecher angeordnet ist, entstehen. Daher werden die solche Stromunterbrecher umgebenden Gehäuse möglichst so gestaltet, dass Funken nicht aus den Gehäusen heraustreten können. Dennoch können bei den bekannten Stromunterbrechern Lichtbögen, die sich aufgrund der hohen Ströme an der gerade aufgetrennten Verbindungsstelle bilden, nicht ausgeschlossen werden. Diese Lichtbögen stellen ein gewisses Sicherheitsrisiko für die bekannten Stromunterbrecher dar.
Ausgehend von diesen Nachteilen lag dem Gegenstand die Aufgabe zugrunde, eine Trennvorrichtung für Kraftfahrzeugenergieleitungen zur Verfügung zu stellen, welcher die Bildung von Lichtbögen unterdrückt.
Diese Aufgabe wird gegenständlich durch eine Trennvorrichtung, nachfolgend auch Stromunterbrecher genannt, nach Anspruch 1 sowie eine Verwendung nach Anspruch 8 gelöst.
Es ist erkannt worden, dass sich die zwischen den Anschlussteilen im Moment des Trennens bildenden Lichtbögen durch ein Inertgas unterdrücken lassen. unterdrücken im Sinne des Gegenstandes kann dahingehend verstanden werden, dass der Lichtbogen erst gar nicht entsteht oder ein entstandener Lichtbogen gelöscht wird. Mittels des Inertgases ist es ebenfalls möglich eine Induktionsspannung zu verhindern.
Dadurch, dass zusammen mit dem pyrotechnischen Treibsatz (nachfolgend auch Hilfsantrieb genannt) zwischen den Anschlussteilen ein Inertgas gelagert ist, wird das Inertgas beim Zünden des Hilfsantriebs aus der Zündkammer heraus transportiert, wobei das Inertgas unmittelbar in den zwischen den Anschlussteilen entstehenden Spalt dringt und einen entstehenden Lichtbogen unterdrückt oder löscht. Durch die Lagerung des Inertgases zusammen mit dem Hilfsantrieb zwischen den Anschlussteilen wird sichergestellt, dass das Inertgas stets beim Auslösen des pyrotechnischen Hilfsantriebs den Lichtbogen unterdrückt. Dadurch, dass das Inertgas nur aus dem Stromunterbrecher austritt, wenn der pyrotechnische Hilfsantrieb gezündet wird, ist auch eine eventuelle Umweltbelastung durch das Inertgas verschwindend gering, da nur eine geringe Anzahl von Stromunterbrechern im Betrieb während einer Lebensdauer eines Fahrzeuges tatsächlich ausgelöst werden.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass das erste Anschlussteil eine Hülse bildet und das zweite Anschlussteil einen in der Hülse angeordneten Bolzen bildet und dass der Hilfsantrieb zusammen mit dem Inertgas in der Hülse gelagert ist. Bei den meisten Stromunterbrechern wird der Bolzen aus einer einen Schlusskanal bildenden Hülse heraus beschleunigt, wenn der Hilfsantrieb gezündet wird. Der durch den Hilfsantrieb im Falle der Zündung verursachte Gasdruck führt dazu, dass der bevorzugt mittels einer Presspassung in der Hülse angeordnete Bolzen aus der Hülse heraus beschleunigt wird und somit der Strompfad zwischen den Anschlussteilen getrennt wird. Wenn das Inertgas zusammen mit dem Hilfsantrieb in der Hülse gelagert ist, kann dieses zum Einen sicher gelagert werden und zum Anderen wird verhindert, dass das Inertgas im Laufe der Lebensdauer des Fahrzeuges aus dem Stromunterbrecher entweicht. Nur im Falle des Zündens des Hilfsantriebs entweicht das Inertgas durch den sich zwischen den Anschlussteilen bildenden Spalt, wobei gleichzeitig ein in etwa entstehender Lichtbogen gelöscht wird oder das Entstehen des Lichtbogens gänzlich unterdrückt wird.
Um das Inertgas sicher zwischen dem Hilfsantrieb und den Anschlussteilen lagern zu können, wird vorgeschlagen, dass das Inertgas in einer Kapsel gelagert ist. Die Kapsel kann so geschaffen sein, dass sie im Normalbetrieb gasdicht ist, das heißt, dass kein Inertgas austreten kann. Ferner kann die Kapsel so ausgestaltet sein, dass diese im Fall des Zündens des Hilfsantriebs durch den entstehenden Gasdruck birst, so dass das Inertgas aus der Kapsel austreten kann.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Kapsel zwischen dem Hilfsantrieb und dem zweiten Anschlussteil angeordnet ist. Somit wird sichergestellt, dass das aus der Kapsel austretende Inertgas im Falle der Zündung auch tatsächlich in den zwischen den beiden Anschlussteilen sich bildenden Spalt tritt.
Um sicher zu stellen, dass das Inertgas einen entstehenden Lichtbogen unterdrückt, muss das Inertgas im Fall des Zündens des Hilfsantriebs auch in den sich zwischen den Anschlussteilen bildenden Spalt treten können. Um dies sicher zu stellen, wird gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiels vorgeschlagen, dass die Kapsel in einem Schlusskanal des Hilfsantriebs angeordnet ist. In dem Schlusskanal des Hilfsantriebs bildet sich der Gasdruck aus, der die Kapsel zum Bersten bringt. Aus der geborstenen Kapsel kann dann das Inertgas austreten und einen Lichtbogen unterdrücken.
Eine besonders einfache Montage des Stromunterbrechers ist beispielsweise dadurch möglich, dass der Hilfsantrieb und die Kapsel nacheinander in der Hülse montiert werden. In diesem Falle ist es von besonderem Vorteil, wenn die Kapsel im Wesentlichen den gleichen Durchmesser wie der Hilfsantrieb hat. Dann ist nämlich gewährleistet, dass die Explosionsenergie des Hilfsantriebs vollständig auf die Kapsel wirkt und die Kapsel sicher zum Bersten bringt. Explosionsgase können dabei nämlich nicht in einen zwischen der Kapsel und dem Innendurchmesser der Hülse gebildeten Ringraum treten, sondern wirken komplett auf die Kapsel.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagenen, dass die Kapsel zwei miteinander verbundene Deckel aufweist und dass zwischen den Deckeln das Inertgas gelagert ist. Eine besonders einfache Montage der Kapsel ist beispielsweise dann möglich, wenn die Kapsel aus zwei Einzelteilen gebildet ist, die, wenn sie miteinander verbunden sind, einen Hohlraum ausbilden, in dem das Inertgas gelagert ist. Die beiden miteinander verbundenen Deckel können beispielsweise Spritzgussteile sein und sind in diesem Fall besonders günstig herstellbar. Bevor die Deckel miteinander verbunden werden und gasdicht verschlossen werden, kann das Inertgas eingefüllt werden.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Deckel aus unterschiedlichen Materialen sind. So ist es beispielsweise möglich, dass eine Seite der Kapsel aus einem widerstandsfähigen Material gebildet ist und die andere Seite der Kapsel aus einem Material gebildet ist, das leicht birst und durch die Explosionsenergie des Hilfsantriebs zerstört werden kann. Ist das Material, was leichter birst, dem zweiten Anschlussteil zugewandt, welches durch den Hilfsantrieb zum Trennen des Strompfades bewegt wird, so kann die Wahrscheinlichkeit erhöht werden, dass das Inertgas den Lichtbogen unterdrückt.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel sind die Deckel miteinander verklebt.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispieles wird vorgeschlagen, dass die Kapsel durch das Zünden des Hilfsantriebs geöffnet wird, derart, dass das Inertgas aus der Kapsel strömt. Wie bereits zuvor beschrieben, wird durch das Inertgas der Lichtbogen unterdrückt. Ist die Kapsel so gebildet, dass sie durch die Explosionsenergie des Hilfsantriebs geöffnet wird, kann sichergestellt werden, dass das Inertgas in den Spalt dringt, der sich beim Zünden des Hilfsantriebs zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlussteil bildet.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist der Hilfsantrieb eine elektrisch betriebene Zündpille. Eine Zündpille lässt sich beispielsweise durch einen elektrischen Zündimpuls ansteuern, welcher dazu führt, dass das pyrotechnische Material in der Zündpulle gezündet wird.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist das Inertgas ein Edelgas oder eine Schwefelverbindung, bevorzugt Schwefelhexafluorid. Insbesondere Schwefelhexafluorid hat sich als besonders geeignet zum Unterdrücken von Lichtbögen herausgestellt.
Ein weiterer Gegenstand ist die Verwendung nach Anspruch 8.
Nachfolgend wird der Gegenstand anhand einer Ausführungsbeispiele zeigenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 eine schematische Schnittansicht einer Sicherheitsbatterieklemme mit einem Stromunterbrecher nach einem Ausführungsbeispiel;
2 eine schematische Explosionszeichnung eines Stromunterbrechers gemäß eines weitern Ausführungsbeispiels;
3 eine Ansicht einer Kapsel, in welcher Inertgas gelagert ist.
1 zeigt eine Batteriepolklemme 2, welche über einen Batteriepol eines Kraftfahrzeuges gesteckt und kraftschlüssig und mit diesem verbunden werden kann. Ein Abgang 4 der Batteriepolklemme 2 kann als erstes Anschlussteil gebildet sein. Im dem Abgang 4 ist eine Hülse 6 gebildet, die als Sackloch 8 in dem Abgang 4 angeordnet ist. In dem Sackloch 8 ist ein Bolzen 10 angeordnet. Der Bolzen 10 ist bevorzugt in einem Presssitz in dem Sackloch 8 angeordnet. Ausgehend vom Boden des Sacklochs 8 ist in der Hülse 6 eine Zündpille 12 und eine Kapsel 14 angeordnet. In der Kapsel 14 befindet sich gasdicht verschlossen ein Schwefelhexafluorid.
Die Zündpille 12 lässt sich über einen elektrischen Impuls über die Zünddrähte 16 zünden. Beim Zünden der Zündpille 12 entsteht indem Sackloch 8 ein hoher Gasdruck, der zunächst dazu führt, dass die zwischen der. Zündpille 12 und dem Bolzen 10 angeordnete Kapsel 14 birst und das Inertgas aus der Kapsel 14 ausströmt.
Das aus der Kapsel 14 ausströmende Inertgas wird durch die Explosionsenergie zusammen mit dem Bolzen 10 aus dem Sackloch 8 heraus beschleunigt. Dadurch, dass die Kapsel 14 in dem Sackloch 8 angeordnet ist, wird der zwischen dem Bolzen 10 und der Zündpille 12 entstehende Raum zunächst durch das aus der Kapsel 14 austretende Inertgas gefüllt. Sobald der Bolzen 10 aus dem Sackloch 8 sich herausbewegt, entsteht ein Spalt zwischen dem Bolzen 8 und der Hülse 6. In diesen Spalt tritt unmittelbar das aus der Kapsel 14 ausgetretene Inertgas. Hierdurch wird verhindert, dass sich ein Lichtbogen zwischen dem Bolzen 10 und der Hülse 6 bildet. Da in der Regel im Auslösefall ein hoher Strom über den Abgang 4 zu dem Bolzen 10 fließt, würde ein Lichtbogen beim Trennen des Strompfads zwischen der Hülse 6 und dem Bolzen 10 entstehen. Dieser Lichtbogen wird durch das Inertgas bereits in seiner Entstehung unterdrückt.
2 zeigt eine schematische Explosionsdarstellung einer Hülse 6. Wie zu erkennen ist, kann in die Hülse 6 eine Zündpille 12 geschoben werden. Hierbei kann die Zündpille 12 bis zum Boden des Sacklochs 8 geschoben werden. Anschließend kann eine Kapsel 14 in das Sackloch 8 hineingeschoben werden. Die Kapsel 14 hat bevorzugt den gleichen Durchmesser wie die Zündpille 12 bzw. das Sackloch 8. Abschließend wird die Hülse 6 durch den Bolzen 10 verschlossen, so dass der Bolzen 10 kraftschlüssig in der Hülse 6 gehalten ist.
Bei dem Zünden der Zündpille 12 wird zunächst die Kapsel 14 zerstört und das in der Kapsel 14 gelagerte Inertgas strömt in das Sackloch 8. Sobald der Bolzen 10 sich aus dem Sackloch 8 entfernt und der Sturmpfad zwischen dem Bolzen 10 und der Hülse 6 getrennt wird, strömt das Inertgas in den zwischen der Hülse 6 und dem Bolzen 10 entstehenden Spalt und unterdrückt einen sich ausbildenden Lichtbogen bereits in der Entstehung.
3 zeigt eine Kapsel 14 mit einem ersten Deckel 14a und einem zweiten Deckel 14b. In der Kapsel 14 ist zwischen den Deckeln 14a, 14b ein Hohlraum gebildet, in den das Inertgas eingefüllt werden kann. Anschließend können die Deckel 14a, 14b miteinander stoffschlüssig verbunden werden. Auch ist es möglich, dass die Deckel 14a, 14b miteinander verklebt werden. Die gezeigte Kapsel 14 lässt sich in dieser Weise besonders günstig herstellen.

Claims

Trennvorrichtung für Kraftfahrzeugenergieleiter mit – einem als Hülse (6) ausgebildeten ersten Anschlussteil (6), – einem als in der Hülse (6) angeordneten Bolzen ausgebildeten zweiten Anschlussteil (10), – einer elektrischen leitenden Verbindung zwischen den beiden Anschlussteilen (6, 10), und – einem in der Hülse angeordneten pyrotechnischen Treibsatz (12), – wobei der im Falle der Zündung des pyrotechnischen Treibsatzes (12) verursachte Gasdruck den in der Hülse (6) angeordneten Bolzen (10) aus der Hülse (6) heraus, die elektrische Verbindung trennend, beschleunigt dadurch gekennzeichnet, – dass ausgehend vom Boden der Hülse (6) zunächst der pyrotechnischen Treibsatz (12), anschließend eine Inertgas enthaltene Kapsel (14) und abschließend der Bolzen (10) angeordnet sind, – wobei die Kapsel (14) sich beim Zünden des pyrotechnischen Treibsatzes (12) öffnet, so dass Inertgas ausströmt und – dass des ausströmende Inertgas einen im Moment des Trennens der Anschlussteile (6, 10) entstehenden Lichtbogen unterdrückt.
Trennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapsel (14) den gleichen Durchmesser wie der pyrotechnischen Treibsatz (12) hat.
Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapsel (14) zwei miteinander verbundene Deckel (4a, 4b) aufweist und dass zwischen den Deckeln (4a, 4b) das Inertgas gelagert ist.
Trennvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckel (4a, 4b) aus unterschiedlichen Materialen sind.
Trennvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckel (4a, 4b) miteinander verklebt sind.
Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der pyrotechnische Treibsatz (12) eine elektrisch getriebene Zündpille ist.
Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Inertgas ein Edelgas oder eine Schwefelverbindung ist, bevorzugt Schwefelhexafluorid ist.
Verwendung einer Trennvorrichtung nach Anspruch 1 zum elektrischen Trennen eines Kraftfahrzeugenergieleiter.