AT516268A4 - Pyromechanische Trennvorrichtung - Google Patents

Abstract

Eine pyromechanische Trennvorrichtung für einen Leiter (1) weist einen Gasgenerator (6) in einem Gasraum (9) auf. Erfindungsgemäß ist der Gasraum (9) durch eine Membran (8), die dem Leiter (1) zugewandt ist, dicht abgeschlossen und ist auf der der Membran (8) abgewandten Seite des Leiters (1) ein Hohlraum (12) vorgesehen, sodass die Membran (8) das Trennelement bildet. Die Membran (8) ist vorzugsweise gefaltet und reicht im entfalteten Zustand bis zum Boden des Hohlraums (12), sodass ein eventuell entstehender Lichtbogen gelöscht wird. Die Trennvorrichtung kann aus Unterteil (4) und Deckel (5) bestehen, wobei die Membran (8) und der Leiter (1) zwischen dem Unterteil (4) und dem Deckel (5) eingeklemmt sind. Dabei können die Seitenwände (10) des Deckels (5) die Zugentlastung für den Leiter (1) bilden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine pyromechanische Trenn¬vorrichtung für einen Leiter, bei der ein Gasgenerator, vorzugs¬weise ein Zünder, in einem Gasraum untergebracht ist, wobei derGasgenerator bei seiner Zündung ein Trennelement mit Druck be¬aufschlagt .

Batterietrennsysteme haben in der automobilen Sicherheit dieAufgabe, im Falle eines Unfalls bestimmte Stromkreise abzuschal¬ten, um dadurch die Gefahr eines Brandes zu minimieren. Währenddie sicherheitsrelevanten Systeme, wie z.B. Warnblinkanlage,Airbag-Steuergerät etc., weiterhin mit Spannung versorgt blei¬ben, wird die Spannungsversorgung zu bestimmten Verbrauchern mithohem Stromfluss - wie z.B. Sitzheizungen - unterbrochen, damithier im Falle eines Kurzschlusses keine Brandgefahr besteht.

Die Entwicklung dieser Trennschalter ist bereits sehr alt, dieersten Schalter waren nach dem Unfall manuell zu betätigen. Dienächste Generation stellen elektromechanische Komponenten dar,wie in DE 29613221 U von Gebauer und Griller dargestellt. Wei¬ters liegt es nahe, Relais für die Aufgabe der Spannungsabschal¬tung zu verwenden, wie z.B. in DE 19911128 Cl von Tyco Electro¬nics beschrieben. Diese mechanischen Systeme haben den Nachteil,dass bei Einwirkung von mechanischen Schocks durch den Fähr¬betrieb winzige Unterbrechungen in der Spannungsversorgung ent¬stehen, die bei empfindlichen Geräten zu Fehlfunktionen oderSchäden führen können. Dies gilt auch für die Gruppe der Trenn¬schalter, bei welchen im Normalbetrieb die Leiterenden durcheinen Presssitz verbunden sind, welcher bei Bedarf pyrotechnischgeöffnet wird, beispielsweise in US 6144111 A von BMW darge¬stellt. Durch Vibrationen und thermische Ausdehnung bei der Er¬wärmung kommt es über die Lebensdauer zu einem schleichendenNachlassen der Verbindung, bis auch die oben genannten Effekteeintreten.

Der nächste Schritt sind Geräte, welche einen durchgängigen Lei¬ter besitzen, der bei Bedarf aufgetrennt wird. In DE 10209626 Alund DE 10209625 Al ist ein Leiter beschrieben, welcher im Inne¬ren eine Sprengladung besitzt, welche bei Bedarf den Leiter zer¬stört. Neben Problemen mit der Znlnssnncr ist hier ein aroßer

Nachteil, dass Zünder und Zündleitung durch den Stromfluss imLeiter permanent erwärmt werden und altern. Deshalb liegt esnahe, den Zünder neben der Leitung zu positionieren, der aktu¬elle technische Stand wird hier durch die Patentanmeldungen derFa. Dynamit Nobel DE 102004008120 Al und DE 102004010071 Al ge¬bildet. Die DE 102004008120 Al beschreibt ein Trennelement, beidem die Stromleiterschiene 90° zur Trennstelle angeordnet ist,die DE 102004010071 Al die Schnittmatritze als eigenständigen,eingeschobenen Riegel, wobei in den Abbildungen ebenfalls dasPrinzip der DE 102004008120 Al zur Veranschaulichung verwendetwird.

In der Weiterbildung dieses Gedankens wird das Trennelement ge¬mäß EP 1469564 Al der Fa. Autoliv direkt auf den Batteriepolmontiert, wobei zwei Klemmarme für Kabelanschlüsse vorgesehensind. Ein Klemmarm ist im Gehäuse fixiert und ständig mit demBatteriepol verbunden, der zweite Klemmarm, der durch ein voneinem pyrotechnischen Element beaufschlagbaren Trennelement vomBatteriepol getrennt werden kann, besitzt eine Verdickung, mitwelcher er unverschiebbar im Gehäuse fixiert ist.

Diese Systeme funktionieren gut, sind jedoch in der Herstellungrelativ aufwändig. Insbesondere der Trennkolben und die Maßnah¬men zur Fixierung der Trennstelle verursachen hohe Aufwendungen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine pyrotechnischeTrennvorrichtung zu schaffen, die einfacher herzustellen ist.

Diese Aufgabe wird durch eine pyrotechnische Trennvorrichtungder eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dassder Gasraum durch eine Membran, die dem Leiter zugewandt ist,dicht abgeschlossen ist und dass auf der der Membran abgewandtenSeite des Leiters ein Hohlraum vorgesehen ist, sodass die Mem¬bran das Trennelement bildet.

Erfindungsgemäß wird also auf einen Kolben, wie er üblicherweiseals Trennelement verwendet wird, verzichtet, und die Funktiondes Trennelements von einer einfachen Membran übernommen.

Vorzugsweise besitzt der Leiter im von der Membran mit Kraft be¬aufschlagten Bereich einen im Querschnitt geschwächten Bereichzur Bildung einer Trennstelle. Auf diese Weise ergibt sich einedefinierte Sollbruchstelle.

Es ist dabei zweckmäßig, wenn der geschwächte Bereich auf derder Membran abgewandten Seite vorgesehen ist und wenn der Leiterin diesem Bereich eine Prägung auf der der Membran zugewandtenSeite besitzt. Auf diese Weise kann beim Auftrennen des Leiterskein scharfer Grat an der der Membran zugekehrten Seite entste¬hen, der die Membran beschädigen könnte.

Vorzugsweise ist die Membran gefaltet. Auf diese Weise kann siesich beim Auftrennen des Leiters in den Hohlraum bewegen, ohnedass sie dabei gedehnt werden müsste, wozu größere Kräfte, alsoein stärkerer Zünder oder gar eine pyrotechnische Treibladung,notwendig wären.

Es ist günstig, wenn die Membran im entfalteten Zustand bis zumBoden des Hohlraums reicht. Auf diese Weise wird ein eventuellentstandener Lichtbogen zwischen den Enden des aufgetrenntenLeiters mit Sicherheit gelöscht.

Außerdem ist es günstig, wenn die Länge des Leiters vom Rand desHohlraums bis zur Trennstelle geringer ist als die Tiefe desHohlraums, wobei die Differenz maximal 2 mm, vorzugsweisemaximal 1 mm, beträgt. Auf diese Weise können einerseits dieEnden des aufgetrennten Leiters den Boden des Hohlraums nichtberühren; würden sie ihn berühren, so würde dies ihre Bewegungbehindern. Andererseits ist es - da die Enden des aufgetrenntenLeiters den Boden fast berühren - nicht möglich, dass dieMembran unter oder hinter die Leiterenden gerät, was ebenfallsderen Bewegung behindern würde.

Eine besonders einfache Ausführung ist dadurch gekennzeichnet,dass die Trennvorrichtung einen Unterteil und einen Deckel auf¬weist, wobei die Membran zwischen dem Unterteil und dem Deckeleingeklemmt ist.

Dabei ist es zweckmäßig, wenn der Deckel eine Dichtkante be¬sitzt, welche in die Membran eingedrückt ist. Auf diese Weiseerfolgt nicht nur eine zuverlässige Abdichtung, sondern dieDichtkante bewirkt auch eine zuverlässige Befestigung der Mem¬bran während der Aktivierung.

In diesem Fall ist es weiters zweckmäßig, wenn die Membran einenverstärkten Mittelteil aufweist und außerhalb des verstärktenMittelteils deren Wandstärke von diesem aus zur Dichtkante hinzunimmt. Durch diesen Wandstärkenverlauf der Membran ergibt sicheine besonders sichere Entfaltung in der gewünschten Art.

Der Aufbau der Trennvorrichtung kann dann besonders einfachgehalten werden, wenn Seitenwände des Deckels die Zugentlastungfür den Leiter bilden und wenn der Gasgenerator im Deckel mitumspritzt ist. Die gesamte Trennvorrichtung besteht dann nurnoch aus Unterteil, Leiter, Membran und Deckel mit eingespritz¬tem Zünder, wobei die Verbindung von Unterteil und Deckel durchNieten erfolgen kann.

Bevorzugte Materialien für die Membran sind Gummi und Silikon,wobei die Membran kostengünstig durch einen Tauchprozess bzw.durch einen Spritzgießprozess hergestellt werden kann.

An Hand der beiliegenden Zeichnung wird die Erfindung näher er¬läutert. In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung imSchnitt dargestellt.

Ein Leiter 1 befindet sich zusammen mit einer Membran 8 in einemzweiteiligen Gehäuse, bestehend aus Unterteil 4 und Deckel 5,welcher zugleich auch den Gasgenerator 6, im Normalfall genügtein Zünder, enthält. Bevorzugt wird der Zünder bei der Herstel¬lung des Deckels 5 mittels Spritzguss-Prozesses mit eingegossen.Eine Dichtkante 7 des Deckels 5 drückt sich in zusammengebautemZustand in die Membran 8 und sorgt für eine verbesserte Dichtungund Positionsfixierung der Membran.

Der Unterteil 4 weist einen oben offenen Hohlraum 12 auf, dervon einer Erhebung 13 begrenzt ist. Der Leiter 1 überspannt den 5

Hohlraum 12 und liegt zu beiden Seiten des Hohlraums 12 an derErhebung 13 auf. Deckel 5 und Unterteil 4 sind mittels Nietenmiteinander verbunden, sodass der Leiter 1 und die Membran 8festgeklemmt sind. Seitenwände 10 des Deckels 5 dienen zur Iso¬lation und Zugentlastung des Leiters 1. Eine Verdickung des Lei¬ters, wie in EP 1469564 Al vorgesehen, ist somit entbehrlich.Außerhalb des Gehäuses weist der Leiter 1 Anschlüsse 3a und 3bin Form von Löchern zur Aufnahme einer Schraube auf.

Grundgedanke der Erfindung ist, dass die Kraftbeaufschlagungeiner Trennstelle 2 des weitgehend flachen Leiters 1 mittels derMembran 8 erfolgt. Durch die Membran 8, die einen Gasraum 9, indem sich der Gasgenerator 6 befindet, abschließt, wirkt dessenKraft bei Zündung des Gasgenerators 6 auf die Trennstelle 2,ohne dass Gasverluste seitlich des Leiters 1 erfolgen. Zusätz¬lich wirkt die Membran 8 dahingehend, dass sie sich - nach Tren¬nung des Leiters 1 in Abschnitte la und lb - aufbiegt und sichzwischen die beiden Abschnitte la und lb drängt. Somit wird aucheine Löschung von eventuell auftretenden Lichtbögen erzielt.Vorteilhafterweise ist die Membran 8 im Ausgangszustand gefaltetund kann sich bei Aktivierung bis zum Boden 11 des Unterteils 4entfalten. Die Entfaltung kann durch den Wandstärkenverlauf derMembran 8 besonders gesteuert werden, sie besitzt in diesem Falleinen verstärkten Mittelteil, außerhalb des verstärkten Mittel¬teils nimmt die Wandstärke von diesem aus zur Dichtkante 7 hinzu.

Die Trennstelle 2 besteht in einer Schwächung des Materialquer¬schnitts, bevorzugt in der Dicke. Normalerweise erfolgt dieSchwächung auf der dem Zünder abgewandten Seite, jedoch ist esvorteilhaft, auf der dem Zünder zugewandten Seite eine Prägung2a vorzusehen, wodurch bei Trennung des Leiters 1 kein scharferGrat an der Oberseite der beiden Abschnitte la und lb entstehenkann, welcher zu erhöhter Belastung der Membran 8 führen würde.Bevorzugt ist die Länge der beiden Abschnitte la und lb so ge¬wählt, dass sie in getrenntem Zustand weitgehend bis zum Boden11 des Unterteils 4 reichen, der Abstand sollte maximal 1 mm,höchstens 2 mm betragen. Günstige Materialien für die Membran sind Gummi bzw. gewebever¬stärkter Gummi sowie Silikon. Die Herstellung der Membran 8 er¬folgt entsprechend dem Material entweder durch Tauch- oderSpritzguss-Prozess.

Claims (14)

1. Patentansprüche : 1. Pyromechanische Trennvorrichtung für einen Leiter (1), beider ein Gasgenerator (6), vorzugsweise ein Zünder, in einemGasraum (9) untergebracht ist, wobei der Gasgenerator (6)bei seiner Zündung ein Trennelement mit Druck beaufschlagt,dadurch gekennzeichnet, dass der Gasraum (9) durch eineMembran (8), die dem Leiter (1) zugewandt ist, dicht abge¬schlossen ist und dass auf der der Membran (8) abgewandtenSeite des Leiters (1) ein Hohlraum (12) vorgesehen ist, so-dass die Membran (8) das Trennelement bildet.
2. 2. Pyromechanische Trennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, dass der Leiter (1) im von der Membran (8)mit Kraft beaufschlagten Bereich einen im Querschnitt ge¬schwächten Bereich zur Bildung einer Trennstelle (2) be¬sitzt .
3. 3. Pyromechanische Trennvorrichtung nach Anspruch 2, dadurchgekennzeichnet, dass der geschwächte Bereich auf der derMembran (8) abgewandten Seite vorgesehen ist und dass derLeiter (1) in diesem Bereich eine Prägung (2a) auf der derMembran (8) zugewandten Seite besitzt.
4. 4. Pyromechanische Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 1bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (8) gefal¬tet ist.
5. 5. Pyromechanische Trennvorrichtung nach Anspruch 4, dadurchgekennzeichnet, dass die Membran (8) im entfalteten Zustandbis zum Boden des Hohlraums (12) reicht.
6. 6. Pyromechanische Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 2bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Leiters(1) vom Rand des Hohlraums (12) bis zur Trennstelle (2)geringer ist als die Tiefe des Hohlraums (12), wobei dieDifferenz maximal 2 mm, vorzugsweise maximal 1 mm, beträgt.
7. 7. Pyromechanische Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 1bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Unterteil (4)und einen Deckel (5) aufweist, wobei die Membran (8) zwi¬schen dem Unterteil (4) und dem Deckel (5) eingeklemmt ist.
8. 8. Pyromechanische Trennvorrichtung nach Anspruch 7, dadurchgekennzeichnet, dass der Deckel (5) eine Dichtkante (7) be¬sitzt, welche in die Membran (8) eingedrückt ist.
9. 9. Pyromechanische Trennvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8,dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (8) einen ver¬stärkten Mittelteil aufweist und dass außerhalb des ver¬stärkten Mittelteils deren Wandstärke von diesem aus zurDichtkante (7) hin zunimmt.
10. 10. Pyromechanische Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 7bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Seitenwände (10) desDeckels (5) die Zugentlastung für den Leiter (1) bilden.
11. 11. Pyromechanische Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 7bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasgenerator (6)im Deckel (5) mit umspritzt ist.
12. 12. Pyromechanische Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 1bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (8) ausGummi oder Silikon besteht.
13. 13. Pyromechanische Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 1bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (8) durcheinen Tauchprozess hergestellt ist.
14. 14. Pyromechanische Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 1bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (8) durcheinen Spritzgießprozess hergestellt ist.