AT516268B1 - 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

Beschreibung [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine pyromechanische Trennvorrichtung für einenLeiter, bei der ein Gasgenerator, vorzugsweise ein Zünder, in einem Gasraum untergebracht ist,wobei der Gasgenerator bei seiner Zündung ein Trennelement mit Druck beaufschlagt.

[0002] Batterietrennsysteme haben in der automobilen Sicherheit die Aufgabe, im Falle einesUnfalls bestimmte Stromkreise abzuschalten, um dadurch die Gefahr eines Brandes zu mini¬mieren. Während die sicherheitsrelevanten Systeme, wie z.B. Warnblinkanlage, Airbag-Steuergerät etc., weiterhin mit Spannung versorgt bleiben, wird die Spannungsversorgung zubestimmten Verbrauchern mit hohem Stromfluss - wie z.B. Sitzheizungen - unterbrochen, damithier im Falle eines Kurzschlusses keine Brandgefahr besteht.

[0003] Die Entwicklung dieser Trennschalter ist bereits sehr alt, die ersten Schalter waren nachdem Unfall manuell zu betätigen. Die nächste Generation stellen elektromechanische Kompo¬nenten dar, wie in DE 29613221 U von Gebauer und Griller dargestellt. Weiters liegt es nahe,Relais für die Aufgabe der Spannungsabschaltung zu verwenden, wie z.B. in DE 19911128 C1von Tyco Electronics beschrieben. Diese mechanischen Systeme haben den Nachteil, dass beiEinwirkung von mechanischen Schocks durch den Fährbetrieb winzige Unterbrechungen in derSpannungsversorgung entstehen, die bei empfindlichen Geräten zu Fehlfunktionen oder Schä¬den führen können. Dies gilt auch für die Gruppe der Trennschalter, bei welchen im Normalbe¬trieb die Leiterenden durch einen Presssitz verbunden sind, welcher bei Bedarf pyrotechnischgeöffnet wird, beispielsweise in US 6144111 A von BMW dargestellt. Durch Vibrationen undthermische Ausdehnung bei der Erwärmung kommt es über die Lebensdauer zu einem schlei¬chenden Nachlassen der Verbindung, bis auch die oben genannten Effekte eintreten.

[0004] Der nächste Schritt sind Geräte, welche einen durchgängigen Leiter besitzen, der beiBedarf aufgetrennt wird. In DE 10209626 A1 und DE 10209625 A1 ist ein Leiter beschrieben,welcher im Inneren eine Sprengladung besitzt, welche bei Bedarf den Leiter zerstört. NebenProblemen mit der Zulassung ist hier ein großer Nachteil, dass Zünder und Zündleitung durchden Stromfluss im Leiter permanent erwärmt werden und altern. Deshalb liegt es nahe, denZünder neben der Leitung zu positionieren, der aktuelle technische Stand wird hier durch diePatentanmeldungen der Fa. Dynamit Nobel DE 102004008120 A1 und DE 102004010071 A1gebildet. Die DE 102004008120 A1 beschreibt ein Trennelement, bei dem die Stromleiterschie¬ne 90° zur Trennstelle angeordnet ist, die DE 102004010071 A1 die Schnittmatritze als eigen¬ständigen, eingeschobenen Riegel, wobei in den Abbildungen ebenfalls das Prinzip der DE102004008120 A1 zur Veranschaulichung verwendet wird.

[0005] In der Weiterbildung dieses Gedankens wird das Trennelement gemäß EP 1469564 A1der Fa. Autoliv direkt auf den Batteriepol montiert, wobei zwei Klemmarme für Kabelanschlüssevorgesehen sind. Ein Klemmarm ist im Gehäuse fixiert und ständig mit dem Batteriepol verbun¬den, der zweite Klemmarm, der durch ein von einem pyrotechnischen Element beaufschlagba¬ren Trennelement vom Batteriepol getrennt werden kann, besitzt eine Verdickung, mit welcherer unverschiebbar im Gehäuse fixiert ist.

[0006] Diese Systeme funktionieren gut, sind jedoch in der Herstellung relativ aufwändig. Ins¬besondere der Trennkolben und die Maßnahmen zur Fixierung der Trennstelle verursachenhohe Aufwendungen.

[0007] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine pyrotechnische Trennvorrichtung zuschaffen, die einfacher herzustellen ist.

[0008] Diese Aufgabe wird durch eine pyrotechnische Trennvorrichtung der eingangs genann¬ten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Gasraum durch eine Membran, die demLeiter zugewandt ist, dicht abgeschlossen ist und dass auf der der Membran abgewandtenSeite des Leiters ein Hohlraum vorgesehen ist, sodass die Membran das Trennelement bildet.

[0009] Erfindungsgemäß wird also auf einen Kolben, wie er üblicherweise als Trennelementverwendet wird, verzichtet, und die Funktion des Trennelements von einer einfachen Membranübernommen.

[0010] Vorzugsweise besitzt der Leiter im von der Membran mit Kraft beaufschlagten Bereicheinen im Querschnitt geschwächten Bereich zur Bildung einer Trennstelle. Auf diese Weiseergibt sich eine definierte Sollbruchstelle.

[0011] Es ist dabei zweckmäßig, wenn der geschwächte Bereich auf der der Membran abge¬wandten Seite vorgesehen ist und wenn der Leiter in diesem Bereich eine Prägung auf der derMembran zugewandten Seite besitzt. Auf diese Weise kann beim Auftrennen des Leiters keinscharfer Grat an der der Membran zugekehrten Seite entstehen, der die Membran beschädigenkönnte.

[0012] Vorzugsweise ist die Membran gefaltet. Auf diese Weise kann sie sich beim Auftrennendes Leiters in den Hohlraum bewegen, ohne dass sie dabei gedehnt werden müsste, wozugrößere Kräfte, also ein stärkerer Zünder oder gar eine pyrotechnische Treibladung, notwendigwären.

[0013] Es ist günstig, wenn die Membran im entfalteten Zustand bis zum Boden des Hohlraumsreicht. Auf diese Weise wird ein eventuell entstandener Lichtbogen zwischen den Enden desaufgetrennten Leiters mit Sicherheit gelöscht.

[0014] Außerdem ist es günstig, wenn die Länge des Leiters vom Rand des Hohlraums bis zurTrennstelle geringer ist als die Tiefe des Hohlraums, wobei die Differenz maximal 2 mm, vor¬zugsweise maximal 1 mm, beträgt. Auf diese Weise können einerseits die Enden des aufge¬trennten Leiters den Boden des Hohlraums nicht berühren; würden sie ihn berühren, so würdedies ihre Bewegung behindern. Andererseits ist es - da die Enden des aufgetrennten Leitersden Boden fast berühren - nicht möglich, dass die Membran unter oder hinter die Leiterendengerät, was ebenfalls deren Bewegung behindern würde.

[0015] Eine besonders einfache Ausführung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Trennvor¬richtung einen Unterteil und einen Deckel aufweist, wobei die Membran zwischen dem Unterteilund dem Deckel eingeklemmt ist.

[0016] Dabei ist es zweckmäßig, wenn der Deckel eine Dichtkante besitzt, welche in die Memb¬ran eingedrückt ist. Auf diese Weise erfolgt nicht nur eine zuverlässige Abdichtung, sondern dieDichtkante bewirkt auch eine zuverlässige Befestigung der Membran während der Aktivierung.

[0017] In diesem Fall ist es weiters zweckmäßig, wenn die Membran einen verstärkten Mittelteilaufweist und außerhalb des verstärkten Mittelteils deren Wandstärke von diesem aus zur Dicht¬kante hin zunimmt. Durch diesen Wandstärkenverlauf der Membran ergibt sich eine besonderssichere Entfaltung in der gewünschten Art.

[0018] Der Aufbau der Trennvorrichtung kann dann besonders einfach gehalten werden, wennSeitenwände des Deckels die Zugentlastung für den Leiter bilden und wenn der Gasgeneratorim Deckel mit umspritzt ist. Die gesamte Trennvorrichtung besteht dann nur noch aus Unterteil,Leiter, Membran und Deckel mit eingespritztem Zünder, wobei die Verbindung von Unterteil undDeckel durch Nieten erfolgen kann.

[0019] Bevorzugte Materialien für die Membran sind Gummi und Silikon, wobei die Membrankostengünstig durch einen Tauchprozess bzw. durch einen Spritzgießprozess hergestellt wer¬den kann.

[0020] An Hand der beiliegenden Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert. In Fig. 1 ist einAusführungsbeispiel der Erfindung im Schnitt dargestellt.

[0021] Ein Leiter 1 befindet sich zusammen mit einer Membran 8 in einem zweiteiligen Gehäu¬se, bestehend aus Unterteil 4 und Deckel 5, welcher zugleich auch den Gasgenerator 6, imNormalfall genügt ein Zünder, enthält. Bevorzugt wird der Zünder bei der Herstellung des De¬ckels 5 mittels Spritzguss-Prozesses mit eingegossen. Eine Dichtkante 7 des Deckels 5 drücktsich in zusammengebautem Zustand in die Membran 8 und sorgt für eine verbesserte Dichtungund Positionsfixierung der Membran.

[0022] Der Unterteil 4 weist einen oben offenen Hohlraum 12 auf, der von einer Erhebung 13begrenzt ist. Der Leiter 1 überspannt den Hohlraum 12 und liegt zu beiden Seiten des Hohl¬raums 12 an der Erhebung 13 auf. Deckel 5 und Unterteil 4 sind mittels Nieten miteinanderverbunden, sodass der Leiter 1 und die Membran 8 festgeklemmt sind. Seitenwände 10 desDeckels 5 dienen zur Isolation und Zugentlastung des Leiters 1. Eine Verdickung des Leiters,wie in EP 1469564 A1 vorgesehen, ist somit entbehrlich. Außerhalb des Gehäuses weist derLeiter 1 Anschlüsse 3a und 3b in Form von Löchern zur Aufnahme einer Schraube auf.

[0023] Grundgedanke der Erfindung ist, dass die Kraftbeaufschlagung einer Trennstelle 2 desweitgehend flachen Leiters 1 mittels der Membran 8 erfolgt. Durch die Membran 8, die einenGasraum 9, in dem sich der Gasgenerator 6 befindet, abschließt, wirkt dessen Kraft bei Zün¬dung des Gasgenerators 6 auf die Trennstelle 2, ohne dass Gasverluste seitlich des Leiters 1erfolgen. Zusätzlich wirkt die Membran 8 dahingehend, dass sie sich - nach Trennung desLeiters 1 in Abschnitte 1a und 1b - aufbiegt und sich zwischen die beiden Abschnitte 1a und 1bdrängt. Somit wird auch eine Löschung von eventuell auftretenden Lichtbögen erzielt. Vorteil¬haftenweise ist die Membran 8 im Ausgangszustand gefaltet und kann sich bei Aktivierung biszum Boden 11 des Unterteils 4 entfalten. Die Entfaltung kann durch den Wandstärkenverlaufder Membran 8 besonders gesteuert werden, sie besitzt in diesem Fall einen verstärkten Mittel¬teil, außerhalb des verstärkten Mittelteils nimmt die Wandstärke von diesem aus zur Dichtkante7 hin zu.

[0024] Die Trennstelle 2 besteht in einer Schwächung des Materialquerschnitts, bevorzugt inder Dicke. Normalerweise erfolgt die Schwächung auf der dem Zünder abgewandten Seite,jedoch ist es vorteilhaft, auf der dem Zünder zugewandten Seite eine Prägung 2a vorzusehen,wodurch bei Trennung des Leiters 1 kein scharfer Grat an der Oberseite der beiden Abschnitte1a und 1b entstehen kann, welcher zu erhöhter Belastung der Membran 8 führen würde. Bevor¬zugt ist die Länge der beiden Abschnitte 1a und 1b so gewählt, dass sie in getrenntem Zustandweitgehend bis zum Boden 11 des Unterteils 4 reichen, der Abstand sollte maximal 1 mm,höchstens 2 mm betragen.

[0025] Günstige Materialien für die Membran sind Gummi bzw. gewebeverstärkter Gummisowie Silikon. Die Herstellung der Membran 8 erfolgt entsprechend dem Material entwederdurch Tauch- oder Spritzguss-Prozess.

Claims (14)

1. Patentansprüche 1. Pyromechanische Trennvorrichtung für einen Leiter (1), bei der ein Gasgenerator (6),vorzugsweise ein Zünder, in einem Gasraum (9) untergebracht ist, wobei der Gasgenerator(6) bei seiner Zündung ein Trennelement mit Druck beaufschlagt, dadurch gekennzeich¬net, dass der Gasraum (9) durch eine Membran (8), die dem Leiter (1) zugewandt ist, dichtabgeschlossen ist und dass auf der der Membran (8) abgewandten Seite des Leiters (1)ein Hohlraum (12) vorgesehen ist, sodass die Membran (8) das Trennelement bildet.
2. 2. Pyromechanische Trennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass derLeiter (1) im von der Membran (8) mit Kraft beaufschlagten Bereich einen im Querschnittgeschwächten Bereich zur Bildung einer Trennstelle (2) besitzt.
3. 3. Pyromechanische Trennvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dergeschwächte Bereich auf der der Membran (8) abgewandten Seite vorgesehen ist unddass der Leiter (1) in diesem Bereich eine Prägung (2a) auf der der Membran (8) zuge¬wandten Seite besitzt.
4. 4. Pyromechanische Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn¬zeichnet, dass die Membran (8) gefaltet ist.
5. 5. Pyromechanische Trennvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dieMembran (8) im entfalteten Zustand bis zum Boden des Hohlraums (12) reicht.
6. 6. Pyromechanische Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekenn¬zeichnet, dass die Länge des Leiters (1) vom Rand des Hohlraums (12) bis zur Trennstelle(2) geringer ist als die Tiefe des Hohlraums (12), wobei die Differenz maximal 2 mm, vor¬zugsweise maximal 1 mm, beträgt.
7. 7. Pyromechanische Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn¬zeichnet, dass sie einen Unterteil (4) und einen Deckel (5) aufweist, wobei die Membran(8) zwischen dem Unterteil (4) und dem Deckel (5) eingeklemmt ist.
8. 8. Pyromechanische Trennvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass derDeckel (5) eine Dichtkante (7) besitzt, welche in die Membran (8) eingedrückt ist.
9. 9. Pyromechanische Trennvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,dass die Membran (8) einen verstärkten Mittelteil aufweist und dass außerhalb des ver¬stärkten Mittelteils deren Wandstärke von diesem aus zur Dichtkante (7) hin zunimmt.
10. 10. Pyromechanische Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekenn¬zeichnet, dass Seitenwände (10) des Deckels (5) die Zugentlastung für den Leiter (1) bil¬den.
11. 11. Pyromechanische Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch ge¬kennzeichnet, dass der Gasgenerator (6) im Deckel (5) mit umspritzt ist.
12. 12. Pyromechanische Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge¬kennzeichnet, dass die Membran (8) aus Gummi oder Silikon besteht.
13. 13. Pyromechanische Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge¬kennzeichnet, dass die Membran (8) durch einen Tauchprozess hergestellt ist.
14. 14. Pyromechanische Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge¬kennzeichnet, dass die Membran (8) durch einen Spritzgießprozess hergestellt ist. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen