AT524106A2

AT524106A2 - Pyrotechnischer Stromtrenner sowie Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: AT524106A2
Application number: ATA50453/2021A
Authority: AT
Original assignee: Hirtenberger Automotive Safety Gmbh & Co Kg
Priority date: 2020-07-15
Filing date: 2021-06-02
Publication date: 2022-02-15
Also published as: US20230343532A1; AT524104B1; AT524104A1; US12057280B2; CN115769328A; WO2022011401A1; AT524106A3; DE112021000334A5; AT524106B1

Abstract

Ein pyrotechnischer Stromtrenner (1) zur Trennung eines Leiters (3) durch einen Trennkolben (2) weist ein Gehäuse mit Gehäuseoberteil (8) und Gehäuseunterteil (10) auf. Der Leiter (3) durchsetzt das Gehäuse zwischen Gehäuseoberteil (8) und Gehäuseunterteil (10), und der Trennkolben (2) ist in einer Ausnehmung (7, 9) des Gehäuses geführt. Der Stromtrenner (1) weist weiters eine Zündeinheit (13) zum Antreiben des Trennkolbens (2) auf. Ein Löschmittel (18) ist zur Unterdrückung oder Löschung des bei der Trennung entstehenden Lichtbogens vorgesehen. Erfindungsgemäß befindet sich das Löschmittel (18) in einem Einstich (17) am Umfang des Trennkolbens (2). Vorzugsweise ist neben dem Einstich (17) eine Abdichtung zwischen Trennkolben und Gehäuse, insbesondere ein O-Ring (20, 21), der in einem weiteren Einstich (19, 22) im Trennkolben (2) positioniert ist, vorgesehen.

Description

entstehenden Lichtbogens vorgesehen ist.

Pyrotechnische Stromtrenner werden in vielfältigen Anwendungen eingesetzt, wenn es darum geht, elektrische Verbindungen irreversibel zu unterbrechen. Im automotiven Sektor wurde zunächst - wie z.B. in der DE 10337958 Al von Dynamit Nobel beschrieben - die Notabschaltung der Niedervolt-Batterie eingeführt. Den mit dem Aufkommen der vollelektrischen Antriebe und der Hybridantriebe gestiegenen Anforderungen wurde mit neuen Konzepten, wie z.B. in der EP 3301701 B1 von Autoliv beschrieben, Rechnung getragen. Zur weiteren Verbesserung des LÖschvorgangs wurden Löschmittel eingeführt, z.B. in der

AT 517872 Al von Hirtenberger, die den Oberbegriff von Patentanspruch 1 bildet. Die dort beschriebene Anordnung des Löschmittels zwischen einem Druckkolben und einem Trennkolben bedingt allerdings sehr druckfeste Gehäuse, weil sich der Druck im pastösen oder gar flüssigen

Löschmittel in alle Richtungen verteilt, also auch nach außen wirkt.

ES ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diesen Nachteil zu

beseitigen.

Diese Aufgabe wird durch einen Stromtrenner der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass sich das Löschmittel in einem

Einstich am Umfang des Trennkolbens befindet.

Durch diese Anordnung wird das LöÖschmittel nicht mehr dazu verwendet, den Druck vom Druckkolben zum Trennkolben zu übertragen, es wird also beim Trennvorgang nicht unter Druck gesetzt, sodass das Gehäuse

dadurch nicht zusätzlich nach außen belastet wird. Dennoch gelangt das

weil es Ja in dem Einstich des Trennkolbens zwangsbewegt wird.

Insbesondere wenn das LÖschmittel niedrig viskos ist, ist es günstig, wenn die Abdichtung weiter von der Zündeinheit entfernt ist als das

Löschmittel. Diese Abdichtung bzw. dieser O-Ring verhindert, dass das Löschmittel im Laufe der Zeit aus dem Einstich herausfließt und nach

unten abtropft.

Wenn nur eine derartige Abdichtung vorgesehen ist, ist es zweckmäßig, wenn die Abdichtung weiter von der Zündeinheit entfernt ist als das

Löschmittel, denn derartige Stromtrenner werden normalerweise mit dem Zünder nach oben eingebaut, sodass dieser eine O-Ring ausreichend ist,

um ein Abtropfen des Löschmittels zu verhindern.

Um unabhängig von der Einbaulage zu sein, ist es aber bevorzugt, dass zu beiden Seiten des Löschmittels eine Abdichtung vorgesehen ist. In diesem Fall sind dann z.B. drei Einstiche vorhanden, wobei sich in dem mittleren Einstich das LÖschmittel befindet und in den beiden anderen Einstichen sich jeweils ein O-Ring befindet. Auf diese Weise kann das

Löschmittel in keine Richtung entweichen.

Vorteilhaft ist bei der erfindungsgemäßen Lösung weiters, dass man mit verhältnismäßig geringen Mengen Löschmittel auskommt. Es ist

bevorzugt, dass die Löschmittelmenge zwischen 0,3 und 5 g beträgt.

Bei einer konkreten Realisierung ist vorgesehen, dass die Länge des Einstichs 1-20 mm beträgt und die Tiefe des Einstichs maximal 40%, bevorzugt maximal 30%, besonders bevorzugt maximal 20% des Durchmessers des Trennkolbens beträgt. Unter der "Länge" ist dabei die

Erstreckung in axialer Richtung des Trennkolbens zu verstehen. Das LÖschmittel kann ein Silikon oder ein siliziumhaltiger Stoff sein,

wobei das Silikon flüssig, pastös oder auch fest sein kann. In

letzterem Fall kann es bevorzugt in Form eines Schlauchs vorliegen.

Löschen erleichtert.

Insbesondere wenn das LÖschmittel flüssig oder pastös ist, ist es nicht ganz trivial, den Stromtrenner herzustellen. Das bevorzugte Herstellungsverfahren besteht darin, dass man zunächst das Gehäuseoberteil, das Gehäuseunterteil und den Trennkolben mit dem Einstich für das Löschmittel herstellt, dass man danach den Trennkolben in ein externes Füllrohr, dessen Querschnitt dem Querschnitt der Ausnehmung im Gehäuse entspricht, einsetzt und dort die Füllung des Einstichs durchführt, dass man dieses Füllrohr auf das Gehäuseoberteil aufsetzt und den Trennkolben in die Ausnehmung schiebt, wonach man die Zündeinheit auf die Ausnehmung setzt, und dass man Gehäuseoberteil und Gehäuseunterteil unter Einlegen des Leiters miteinander verbindet. Das Füllen im externen Füllrohr kann ganz einfach dadurch durchgeführt werden, dass das Füllrohr zumindest eine Öffnung zum Zuführen des Löschmittels und eine Öffnung zum Abfließen hat, dass man den Trennkolben im Füllrohr so positioniert, dass die beiden Öffnungen auf gleicher axialer Höhe liegen wie der Einstich im Kolben und dass man so lange Löschmittel durch die Öffnung zum Zuführen zuführt, bis Löschmittel aus der Öffnung zum Abfließen austritt. Damit nicht mehr Löschmittel als notwendig aus der Öffnung zum Abfließen austritt, ist es zweckmäßig, wenn der Querschnitt der Öffnung zum Abfließen des Löschmittels aus dem Füllrohr kleiner ist als der Querschnitt der Öffnung zum Zuführen und/oder die beiden Öffnungen in Bezug auf die Mittelachse des Trennkolbens axial versetzt sind. Das Füllrohr ist in letzterem Fall natürlich so zu verwenden, dass die Öffnung zum Abfließen höher liegt als die Öffnung zum

Zuführen.

Speziell bei diesem Herstellungsverfahren mittels eines Füllrohrs sind

die oben erwähnten Abdichtungen, z.B. durch O-Ringe, hilfreich, weil

Gehäuse wie auch im Gehäuse des Stromtrenners dichtend wirken.

An Hand der beiliegenden Zeichnungen wird die vorliegende Erfindung näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stromtrenners in nicht ausgelöstem Zustand; und

Fig. 2 denselben im ausgelösten Zustand.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stromtrenners ist in Fig. 1 dargestellt. Der Stromtrenner 1 besitzt einen Trennkolben 2 und einen Leiter 3 mit zwei Trennstellen 4a, 4b, die eine Platine 5 von

den Leiterenden 6a, 6b abgrenzen.

Der Trennkolben 2 befindet sich in einer Ausnehmung 7 in einem Gehäuseoberteil 8. Unterhalb der Platine 5 befindet sich eine Ausnehmung 9 in einem Gehäuseunterteil 10, die ein Bremselement 11

enthalten kann.

Eine Deckplatte 12 fixiert eine Zündeinheit 13 mit Zünder 14 und elektrischer Schnittstelle 15 (Interface). Gehäuseunterteil 10 und Deckplatte 12 sind durch vier Schrauben 16a-d miteinander verbunden, wodurch auch Gehäuseunterteil 10 und Gehäuseoberteil 8 miteinander

fest verbunden sind.

Der Trennkolben 2 besitzt abweichend zu den bekannten Bauformen einen Einstich 17, der mit einem Löschmittel 18 gefüllt ist. In der hier dargestellten Bauweise befinden sich auf beiden Seiten des Einstichs 17 Je ein weiterer Einstich 19 und 22, in welchen sich zwei O-Ringe 20 und 21 befinden. Die zünderferne Fläche des Trennkolbens 2 wird als

Schneidfläche 23 bezeichnet.

Bei Zündung des Zünders 14 wird der Trennkolben 2 mit Druck beaufschlagt. Er bewegt sich bis zum Leiter 3, wo die Platine 5 an den Trennstellen 4a und 4b aus dem Leiter 3 herausgetrennt und in die

Ausnehmung 9 des Gehäuseunterteils 10 gedrückt wird. Dabei wird im

Bremselement 11 zusammengedrückt.

Fließt während der Trennung der Platine 5 aus dem Leiter 3 ein Strom durch den Leiter 3, kann es zur Ausbildung von Lichtbögen zwischen den Leiterenden 6a, 6b und der Platine 5 kommen. Diese werden in der ersten Phase des Trennvorgangs zwischen dem Trennkolben 2 und der Ausnehmung 9 im Gehäuseunterteil 10 gequetscht. Die LÖschwirkung kann durch den Einsatz von Metallfiltern (hier nicht dargestellt)

unterstützt werden.

Fig. 2 zeigt den erfindungsgemäßen Stromtrenner nach erfolgter Auslösung. Der Einfachheit wegen wurde der Zünder 14 nicht geöffnet dargestellt und auch die Deformation des Bremselements 11 nur durch

Verkürzung dargestellt.

In fortgeschrittenem Verlauf der Trennung hat sich der Trennkolben 2 so weit vom Zünder 14 entfernt, dass das Löschmittel 18 in den Bereich des Lichtbogens zwischen den Leiterenden 6a, 6b und der Platine 5 gelangt ist und den LöÖöschprozess unterstützt. Neben der Kühlwirkung durch das Löschmittel 18 führt die Einwirkung des Lichtbogens auf das Löschmittel auch zu einer Verteilung von Teilen des Löschmittels, wodurch sich die leitfähigen Abbrandprodukte, die durch Einwirkung des Lichtbogens auf Kupfer und Kunststoff entstehen, mit dem restlichen Löschmittel mischen und so ein geringerer Durchgangswiderstand nach

erfolgter Trennung erreicht wird.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass zur Löschung der Lichtbögen nur relativ kleine Mengen an LÄÖschmittel benötigt werden und bei diesem Design im Vergleich mit der Lösung der Einbringung des Löschmittels zwischen einem Druckkolben und einem Trennkolben (entsprechend der eingangs erwähnten AT 517872 Al) viel geringere Druckspitzen im Bereich des Gehäuseoberteils auftreten, was eine leichtere Bauweise zulässt. Die Druckspitzen bei der bekannten Lösung dürften auf die Kompression des Silikons und der darin enthaltenen

Luft zurückzuführen sein.

eines Schlauches im Einstich 17 getestet.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Löschmittel erst nach der Hälfte des Kolbenwegs, ganz besonders bevorzugt im letzten Drittel des Kolbenwegs in Kontakt mit dem Lichtbogen kommt. In diesem Fall verbessert der Einsatz des Silikons die elektrischen Widerstände nach

dem Trennen.

Die Füllung des Einstichs 17 mit dem LÖschmittel 18 wird bevorzugt mit einem externen Füllrohr durchgeführt, in welchem sich der Trennkolben 2 zur Befüllung befindet. Das Füllrohr hat zwei gegenüberliegende Öffnungen, mittels derer die Befüllung erfolgt. Das Löschmittel wird durch die eine Öffnung eingepresst, umfließt den Trennkolben im Einstich 17 und tritt bei der zweiten Öffnung wieder aus. Oft ist es vorteilhaft, die Austrittsöffnung kleiner als die Eintrittsöffnung zu gestalten, auch können Eintritts- und Austrittsöffnung in Bezug auf

die Mittelachse des Trennkolbens höhenversetzt sein.

Nach Füllung des Einstichs 17 mit Löschmittel 18 wird der Trennkolben 2 im Füllrohr verschoben, sodass der Bereich der Füll- und Überlauföffnung verlassen wird. Diese Bewegung erfolgt wiederum besonders vorteilhaft in Richtung des in eingebautem Zustand zündernahen Endes 25 des Trennkolbens 2. Dafür ist es förderlich, wenn sich zwischen dem Einstich 17, der das LöÖschmittel 18 enthält, und der Schneidfläche 23 des Trennkolbens 2 ein O-Ring 20 in einem Einstich 19 (einer Nut) befindet. Dieser O-Ring 20 verhindert im eingebauten Zustand den Austritt des LÖschmittels 18 zum Leiter. Besonders vorteilhaft ist ein weiterer O-Ring 21, der sich zwischen Löschmittel 18 und dem in eingebautem Zustand zündernahen Ende 25 des Trennkolbens 2 befindet. In diesem Fall ist das LÖschmittel 18 zwischen der Ausnehmung 7, dem Trennkolben 2 und den beiden O-Ringen 20, 21

eingeschlossen.

Gehäuseoberteil 8 eingesetzt.

Bezugszeichenliste:

l Beispiel eines erfindungsgemäßen Trenners 2 Trennkolben

3 Leiter

4a 4b Trennstellen (Sollbruchstellen) 5 Platine

6a, 6b Leiterenden

7 Ausnehmung im Gehäuseoberteil 8 Gehäuseoberteil

9 Ausnehmung im Gehäuseunterteil 10 Gehäuseunterteil

11 Bremselement

12 Deckplatte

13 Zündeinheit

14 Zünder

15 elektrische Schnittstelle 16a-16d Schrauben

17 Einstich

18 Löschmittel

19 Einstich

20 O-Ring

21 O-Ring

22 Einstich

23 Schneidfläche

25 zündernahes Ende

Claims

Pyrotechnischer Stromtrenner (1) zur Trennung eines Leiters (3) durch einen Trennkolben (2), wobei der Stromtrenner (1) ein Gehäuse mit Gehäuseoberteil (8) und Gehäuseunterteil (10) aufweist, wobei der Leiter (3) das Gehäuse zwischen Gehäuseoberteil (8) und Gehäuseunterteil (10) durchsetzt, wobei der Trennkolben (2) in einer Ausnehmung (7, 9) des Gehäuses geführt ist, und wobei der Stromtrenner (1) eine Zündeinheit (13) zum Antreiben des Trennkolbens (2) aufweist und wobei weiters ein Löschmittel (18) zur Unterdrückung oder Löschung des bei der Trennung entstehenden Lichtbogens vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Löschmittel (18) in einem Einstich (17) am Umfang des Trennkolbens

(2) befindet.

Pyrotechnischer Stromtrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem Einstich (17) eine Abdichtung zwischen Trennkolben und Gehäuse, insbesondere ein O-Ring (20, 21), der in einem weiteren Einstich (19, 22) im Trennkolben (2)

positioniert ist, vorgesehen ist.

Pyrotechnischer Stromtrenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtung (20) weiter von der Zündeinheit

(13) entfernt ist als das Löschmittel (18).

Pyrotechnischer Stromtrenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zu beiden Seiten des Löschmittels (18) eine

Abdichtung (20, 21) vorgesehen ist.

Pyrotechnischer Stromtrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Löschmittelmenge zwischen 0,3 und

5 g beträgt. Pyrotechnischer Stromtrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Einstichs (17) 1-20 mm

beträgt.

11.

12

13.

Pyrotechnischer Stromtrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe des Einstichs (17) maximal 40%, bevorzugt maximal 30%, besonders bevorzugt maximal 20% des

Durchmessers des Trennkolbens beträgt.

Pyrotechnischer Stromtrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Löschmittel (18) ein Silikon oder

ein siliziumhaltiger Stoff ist.

Pyrotechnischer Stromtrenner nach Anspruch 8, dadurch

gekennzeichnet, dass das Silikon flüssig oder pastös ist.

Pyrotechnischer Stromtrenner nach Anspruch 8, dadurch

gekennzeichnet, dass das Silikon fest.

Pyrotechnischer Stromtrenner nach Anspruch 10, dadurch

gekennzeichnet, dass das Silikon in Form eines Schlauchs vorliegt.

. Pyrotechnischer Stromtrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 11,

dadurch gekennzeichnet, dass das Löschmittel (18) erst nach 50% des Kolbenwegs, besonders bevorzugt erst nach 66% des Kolbenwegs in den

Bereich der Leiterenden (6a, 6b) kommt.

Verfahren zur Herstellung eines Stromtrenners nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass man zunächst das Gehäuseoberteil (8), das Gehäuseunterteil (10) und den Trennkolben (2) mit dem Einstich (17) für das Löschmittel (18) herstellt, dass man danach den Trennkolben (17) in ein externes Füllrohr, dessen Querschnitt dem Querschnitt der Ausnehmung (7, 9) im Gehäuse entspricht, einsetzt und dort die Füllung des Einstichs (17) durchführt, dass man dieses Füllrohr auf das Gehäuseoberteil (8) aufsetzt und den Trennkolben (2) in die Ausnehmung (7, 9) schiebt, wonach man die Zündeinheit (13) auf die Ausnehmung (7, 9) setzt, und dass man Gehäuseoberteil (8) und Gehäuseunterteil (10) unter

Einlegen des Leiters (3) miteinander verbindet.

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Löschmittel aus der Öffnung zum Abfließen austritt.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Öffnung zum Abfließen des Löschmittels aus dem Füllrohr kleiner ist als der Querschnitt der Öffnung zum Zuführen und/oder die beiden Öffnungen in Bezug auf die Mittelachse des

Trennkolbens axial versetzt sind.

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