AT525379A1

AT525379A1 - Pyrotechnischer Stromtrenner

Info

Publication number: AT525379A1
Application number: ATA50709/2021A
Authority: AT
Original assignee: Astotec Automotive Gmbh
Priority date: 2019-07-12
Filing date: 2019-07-12
Publication date: 2023-03-15
Also published as: AT525379B1

Abstract

Bei einem Stromtrenner durchsetzt eine Stromschiene (18) einen Hohlraum (25), in welchem ein Kolben (14) bewegbar ist. Durch Bewegung des Kolbens (14) wird eine Platine (19) aus der Stromschiene (18) herausgebrochen, wodurch der Stromfluss unterbrochen wird. Dabei ist die Platine (19) durch Sollbruchstellen begrenzt, welche durch Reduzierung der Dicke der Stromschiene (18) gebildet sind und die Sollbruchstellen sind durch eine Umspritzung (17) umspritzt.

Description

gebildet sind.

Ein derartiger Stromtrenner ist aus EP 3618090 A2 bekannt. Wie im Zuge der vorliegenden Erfindung festgestellt wurde, ist die mechanische Stabilität der Stromschiene, bevor sie im Stromtrenner verbaut wird, sehr gering; es kommt daher bei deren Manipulation immer wieder zu Beschädigungen, insbesondere zum Abknicken im Bereich der

Sollbruchstellen.

Weiters wurde im Zuge der vorliegenden Erfindung festgestellt, dass sich in einem derartigen Stromtrenner während des Trennvorgangs sehr intensive Lichtbögen ausbilden, die eine entsprechend starke Außenwirkung aufweisen. Der Grund dafür liegt zum Teil darin, dass von den verbleibenden Enden der Stromschiene der gesamte Querschnitt zur Verfügung steht, von dem die Lichtbögen ausgehen können, also insbesondere auch von deren untersten Kante, sodass sich die Platine relativ weit bewegen muss, bis überhaupt eine größere Distanz zwischen

den Enden der Stromschiene und der Platine entsteht.

ES ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile zu

beseitigen.

Diese Aufgabe wird durch einen Stromtrenner der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Sollbruchstellen durch eine

Umspritzung ausgefüllt sind.

Solch eine Umspritzung, d.h. ein Kunststoffelement, das im Spritzgussverfahren aufgebracht wird, erhöht zwar die mechanische Stabilität der Stromschiene, was vor deren Einbau in den Stromtrenner

vorteilhaft ist, bietet aber dem Trennkolben kaum einen zusätzlichen

MUSS.

ES ist günstig, wenn die Sollbruchstellen zumindest an der dem Kolben abgewandten Seite der Stromschiene ausgefüllt sind, sodass der Lichtbogen, der während der Stromtrennung entsteht, nur von der Sollbruchstelle zur Platine austreten kann. Auf diese Weise entsteht ein isolierender Luftspalt nahezu unmittelbar nach dem mechanischen

Trennvorgang.

Besonders vorteilhaft ist, wenn die Sollbruchstellen an beiden Seiten der Stromschiene ausgefüllt sind. Dadurch wird die Stromschiene gegen Knicken in beide Richtungen stabilisiert, und der Lichtbogen kann vom verbleibenden Ende der Stromschiene nur aus einem sehr schmalen, fast

linienförmigen Bereich austreten.

Die Sollbruchstellen müssen dabei nicht zur Gänze ausgefüllt sein. Es ist besonders bevorzugt, dass die Sollbruchstellen durch v-förmige Einkerbungen gebildet sind, die nur zur Hälfte, bis zur Symmetrieachse des v, ausgefüllt sind. Dadurch ändert sich die Dicke der Füllungen, quer zur Bewegungsrichtung des Kolbens gemessen, in Bewegungsrichtung des Kolbens, insbesondere ist die Dicke am tiefsten Punkt der Einkerbung verschwindend gering. Dadurch kann sich die Füllung während des Trennvorgangs infolge des entstehenden Drucks gut an das

verbleibende Leiterende anlegen und wirkt als Dichtung.

Zur Verbesserung der LöÖöschwirkung ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung im Stromtrenner zusätzlich ein Löschmittel vorgesehen. Vorzugsweise ist das Löschmittel eine Siliziumverbindung, insbesondere

ein Silikonöl oder ein silikonhältiges Fett.

Aus DE 102018125059 Al ist bereits bekannt, Ausblaskanäle für den bei der Trennung entstehenden Lichtbogen vorzusehen, in denen metallische Filterelemente vorhanden sein können, die das Plasma des Lichtbogens kühlen und somit zu einem rascheren Erlöschen des Lichtbogens

beitragen. Gemäß dieser Schrift verbinden die Ausblaskanäle den

Filtermaterial.

Um den erfindungsgemäßen Stromtrenner noch weiter zu verbessern, d.h. die Außenwirkung noch weiter zu reduzieren, ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Stromtrenner zumindest ein metallisches Filterelement aufweist, das bis zu dem Hohlraum reicht. Dadurch wird erreicht, dass die abgetrennte Platine während der Auslösung das zumindest eine Filterelement berührt. Nach Trennung der Platine aus dem Leiter bildet sich zwischen dem Ende der Stromschiene und der Platine ein Lichtbogen aus. Infolge der Berührung des Filterelements durch die Platine steigt der Lichtbogen bei weiterer Entfernung der Platine von den Enden der Stromschiene auf das metallische Filterelement um, wodurch die Energie aus der Systeminduktivität in Verlustwärme im Filter umgewandelt wird. Bei geeigneter Auslegung kommt es nur zu einem moderaten Druckanstieg im Stromtrenner und somit zu praktisch keiner Außenwirkung. Überraschenderweise wird also die Außenwirkung fast vollständig verhindert, auch dann, wenn kein zusätzliches Löschmittel im

Stromtrenner vorhanden ist.

Vorzugsweise ist das Filterelement im nicht ausgelösten Zustand

elektrisch von der Stromschiene isoliert. Auf diese Weise ist nach der Auslösung eine galvanische Trennung der beiden Enden der Stromschiene sichergestellt, eine elektrische Verbindung zwischen Stromschiene und

Filterelementen wird nur durch den Lichtbogen hergestellt.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform befinden sich auf beiden Seiten des Kolbens unterhalb der Stromschiene metallische Filterelemente,

sodass die Platine während der Auslösung die Filterelemente elektrisch verbindet. Somit £fließt der Strom während des Trennvorgangs über beide Filterelemente und die Platine. Die Energie aus der Systeminduktivität

verteilt sich somit auf zwei Filterelemente.

ist.

ES ist günstig, wenn sich im Gehäuse Aussparungen zwischen der Stromschiene und den Filterelementen befinden. Derartige Aussparungen im Gehäuse verhindern ein Einquetschen des Lichtbogens durch den Trennstempel, sodass die Umwandlung der Energie aus der Systeminduktivität in Verlustwärme in den Filterelementen nicht

beeinträchtigt wird.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das Gehäuse abgedichtet sein kann, weil der Druckanstieg nur gering ist. Durch die Abdichtung wird die Außenwirkung nochmals reduziert. Somit können auch die Filterelemente gegenüber der Außenwelt isoliert sein. Die Filterelemente wirken dann nur als thermische Senke. Dadurch ergibt sich als weiterer Vorteil, dass sich keine äußeren Lichtbögen von den

Filterelementen aus bilden können.

Wenn seitlich der Stromschiene zumindest ein weiteres Filterelement vorgesehen ist, wird die Kühlwirkung der Filterelemente noch weiter

verstärkt.

Vorzugsweise ist das Filterelement bzw. sind die Filterelemente aus nichtrostendem Stahl, insbesondere in Form eines Metallgewirks, gebildet. Im Fall von Metallgewirk ist die Berührung der Filterelemente durch die Platine besonders leicht realisierbar. Das Metallgewirk kann geringfügig in den Hohlraum ragen und wird von der Platine entweder elastisch zurückgedrückt oder abgeschert. In beiden

Fällen ergibt sich ein guter Kontakt.

Stromtrenner dieser Bauart können Ströme bis 23kA und Spannungen bis

1000V sicher unterbrechen.

Ansicht.

Das Gehäuse des Stromtrenners wird durch einen Oberteil 11 und einen Unterteil 12 gebildet. Der Unterteil 12 ist durch einen unteren Stützring 20 unterstützt, der den Unterteil 12 hält und verstärkt. Oberteil 11 und Unterteil 12 sind fest miteinander verbunden, z.B. verschraubt. Der Oberteil 11 ist durch ein Verstärkungselement 24 verstärkt. Zwischen Oberteil 11 und Unterteil 12 befindet sich eine Stromschiene 18. Damit die Stromschiene 18 auch nach Auslösung sicher im Gehäuse fixiert ist, weist sie zu beiden Seiten jeweils ein Loch auf, in das ein Vorsprung 26, 26' des Oberteils eingreift. Die

Stromschiene 18 ist somit formschlüssig fixiert.

Im Oberteil befindet sich ein Zünder 13, der - wenn er gezündet wird einen Kolben 14 mit Druck beaufschlagt. Der Kolben 14 ist in einem Hohlraum 25 beweglich. Dieser Hohlraum 25 befindet sich teilweise im Oberteil 11 und teilweise im Unterteil 12. Zunächst befindet sich der Kolben 14 vollständig im Oberteil 11, also oberhalb der Stromschiene 18. Wird er mit Druck beaufschlagt, bewegt er sich zumindest teilweise in den Hohlraum 25 im Unterteil (siehe Fig. 5), wobei er eine Platine

19 aus der Stromschiene 18 herausstanzt.

Unterhalb der Stromschiene 18 befinden sich zwei Filterelemente 16, 16'. Dazwischen befindet sich eine Isolierplatte 15, die sicherstellt, dass zwischen der Stromschiene 18 und den Filterelementen 16,16' kein

elektrischer Kontakt besteht.

Stromtrennern an die Unterkante der Stromschiene 18.

Am unteren Ende des Hohlraums 25 befindet sich weiteres Filtermaterial 21, 22, das als Anschlag und als Wärmesenke dient. Über diesem bzw. um dieses herum ist ein Bremselement 23 vorgesehen, das die Bewegung der Platine 19 bzw. des Kolbens 14 nach unten verzögert, woraus eine Anpassung der Stromänderung und der daraus resultierenden induzierten

Spannung resultiert.

Seitlich neben der Stromschiene 18 befinden sich weitere Filterelemente 16'', 16’'''" (siehe Fig. 3 und 4), die als zusätzliche

Wärmesenke dienen.

Der erfindungsgemäße Stromtrenner funktioniert wie folgt: Zunächst bilden sich kurzstreckige Lichtbögen zwischen Stromschiene 18 und Platine 19. Im Folgenden bewegt sich die Platine 19 nach unten und die Lichtbögen werden gelängt. Diese Längung findet zuerst entlang der Isolierplatte 15 statt, später entlang der metallischen Filterelemente 16, 16’. Nun erfolgt ein Umstieg des Lichtbogens in die Filterelemente 16, 16', der Strom fließt also durch die Filterelemente 16, 16" zur

Platine 19.

Der Sinn besteht darin, die Filterelemente 16, 16' als Lastwiderstände zu verwenden und die induktive Energie des Stromkreises in den

Filterelementen 16, 16' in Wärme umzuwandeln.

Die Platine 19 kann auf der Höhe der Unterkante der Filterelemente 16, 16' zum Stehen gebracht werden und mit den Filterelementen 16, 16' in Kontakt bleiben. Da die Filterelemente 16, 16' durch die Isolierplatte 15 von den Resten der Stromschiene 18 galvanisch getrennt sind, ist

der Stromkreis nach Erlöschen der Lichtbögen trotzdem sicher getrennt.

- nachdem die Platine 19 die Filterelemente 16, 16' wieder verlassen hat - zwei weitere Lichtbögen aus, die durch die Bewegung der Platine

19 gelängt werden.

Ist die induktive Energie verbraucht, werden die Lichtbögen durch Klemmung zwischen Umspritzung 17 und Kolben 14 gelöscht. In diesem Zustand besteht keine leitende Verbindung zwischen den beiden

Anschlüssen der Stromschiene 18.

Die Filterelemente können - wie im Ausführungsbeispiel dargestellt eine Verbindung zur Umgebung haben und somit zur Filterung und Kühlung eines entweichenden Überdruckes verwendet werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform besitzen sie jedoch keine Verbindung nach außen, um die Außenwirkung zu minimieren. Der Überdruck wird dann nur von den Filterelementen 16, 16', 16''" und 16'"'" und dem weiteren

Filtermaterial 21, 22 aufgenommen.

Claims

Stromtrenner mit einer Stromschiene (18) und einem Kolben (14), der in einem von der Stromschiene (18) durchsetzten Hohlraum (25) bewegbar ist, zum Herausbrechen einer Platine (19) aus der Stromschiene (18), wobei die Platine (19) durch Sollbruchstellen begrenzt ist, welche durch Reduzierung der Dicke der Stromschiene (18) gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die

Sollbruchstellen durch eine Umspritzung (17) ausgefüllt sind.

Stromtrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollbruchstellen zumindest an der dem Kolben (14) abgewandten Seite der Stromschiene (18) ausgefüllt sind, sodass der Lichtbogen, der während der Stromtrennung entsteht, nur von der Sollbruchstelle zur

Platine (19) austreten kann.

Stromtrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollbruchstellen an beiden Seiten der Stromschiene (18)

ausgefüllt sind.

Stromtrenner nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollbruchstellen durch v-förmige Einkerbungen gebildet sind,

die nur zur Hälfte, bis zur Symmetrieachse des v, ausgefüllt sind. Stromtrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Stromtrenner zusätzlich ein Löschmittel

vorgesehen ist.

Stromtrenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das

Löschmittel eine Siliziumverbindung ist.

Stromtrenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das

Löschmittel ein Silikonöl oder ein silikonhältiges Fett ist.

11.

12.

13.

14.

15.

16

Stromtrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromtrenner zumindest ein metallisches

Filterelement (16) aufweist, das bis zu dem Hohlraum (25) reicht.

Stromtrenner nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (16) im nicht ausgelösten Zustand elektrisch von der

Stromschiene (18) isoliert ist.

. Stromtrenner nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass

sich auf beiden Seiten des Kolbens (14) unterhalb der Stromschiene (18) metallische Filterelemente (16, 16') befinden, sodass die Platine (19) während der Auslösung die Filterelemente (16, 16')

elektrisch verbindet.

Stromtrenner nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (19) nach der Auslösung zwischen den Filterelementen (16,

16") verbleibt oder diese wieder verlässt.

Stromtrenner nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Gehäuse Aussparungen zwischen der

Stromschiene (18) und den Filterelementen (16, 16") befinden.

Stromtrenner nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch

gekennzeichnet, dass das Gehäuse abgedichtet ist.

Stromtrenner nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterelemente (16, 16') gegenüber der

Außenwelt isoliert sind.

Stromtrenner nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass seitlich der Stromschiene (18) zumindest ein

weiteres Filterelement (16'', 16''') vorgesehen ist.

. Stromtrenner nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch

gekennzeichnet, dass das Filterelement bzw. die Filterelemente (16,

eines Metallgewirks, gebildet sind.