EP3724908A1 - Pyrotechnische sicherung zum unterbrechen eines elektrischen stromkreises - Google Patents

Pyrotechnische sicherung zum unterbrechen eines elektrischen stromkreises

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EP3724908A1
EP3724908A1 EP18839527.1A EP18839527A EP3724908A1 EP 3724908 A1 EP3724908 A1 EP 3724908A1 EP 18839527 A EP18839527 A EP 18839527A EP 3724908 A1 EP3724908 A1 EP 3724908A1
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EP
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pts
separation
conductor
separation claw
claw
Prior art date
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EP18839527.1A
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English (en)
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Rastislav KONKOL
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Panasonic Industrial Devices Europe GmbH
Original Assignee
Panasonic Industrial Devices Europe GmbH
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Publication date
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    • H01H9/446—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts using blow-out magnet using magnetisable elements associated with the contacts

Definitions

  • the invention relates to a pyrotechnic fuse (PTS) for interrupting an electrical circuit.
  • PTS pyrotechnic fuse
  • a potential application for such a pyrotechnic fuse is electric vehicles and other battery applications. Particularly in the case of an accident of an electric vehicle, it may be necessary to disconnect a circuit quickly and safely.
  • Pyrotechnic fuses are known, especially those that are actively driven to trip. However, it has been shown that the known pyrotechnic fuses can not be separated with sufficient certainty in the entire range of voltages or currents possibly occurring in electromobility.
  • the object of the invention is therefore to provide a pyrotechnic fuse (PTS) which achieves separation with higher safety at high voltages or currents.
  • PTS pyrotechnic fuse
  • the object is achieved by a pyrotechnic fuse according to claim 1. Further advantageous embodiments are subject of the dependent claims or described below.
  • the pyrotechnic fuse can be activated by an electric igniter.
  • the separation claw is solidly formed to withstand plasma flash for the required time.
  • the separation claw preferably consists of insulating material. After separation into a chamber with extinguishing substance, for example extinguishing sand, the separation claw is preferably immersed and / or it is poured over with an extinguishing substance after separation from above.
  • the residual pressure of the explosion of the explosive is used to accelerate the movement of the quenching substance into the separation chamber.
  • a counterpart to the separation claw whose shape is complementary to that of the separation claw.
  • the counterpart has the shape of a dome.
  • a cylinder whose horizontal end face is arranged below the conductor is seated on the tip of the dome.
  • the PTS has a permanent magnet and a magnetic field concentrator, which is arranged parallel to the conductor to be separated. This may cause plasma bursts that may be generated after separation to be deleted.
  • two opposite side walls of the PTS are formed by plates consisting essentially of iron.
  • two opposite sidewalls of the PTS are formed by plates which are biased so that plasma sparks, which possibly arise in the PTS after separation, can be erased by means of the magnetic field generated by them.
  • a pressure relief valve can be realized by weakening the jacket.
  • FIG. 1 shows a PTS according to the invention in a vertical cross section before triggering.
  • the bottom surface 3 extends from each end face 1, 2 outwardly each have a rectangular metal plate. 5
  • Both end walls 1, 2 are each connected to one end of a conductor, for example made of copper, which is part of the circuit, connectable.
  • the side walls of the PTS which are not end walls 1, 2, comprise an insulation jacket 7 with suitable thermal properties.
  • the PTS comprises a body 9 containing an explosive charge.
  • the PTS can be activated by an electric igniter whose contacts 10 are located on the upper side of the interruption device.
  • the PTS comprises a hollow cylinder 1 1, in which a piston 12 is located. Below the piston there is a separation claw 13. When the explosive charge explodes, the piston 12 and thus also the separation claw 13 are pressed downwards.
  • FIG. 4 shows the interruption device after triggering of the PTS.
  • the PTS has a permanent magnet 18 and a magnetic field concentrator 19 made of cold-rolled iron sheets or soft iron wires, which is arranged parallel to the conductor 20, which is to be severed. This is to be able to delete plasma bursts that may occur in the PTS after separation.
  • the counterpart 21 is to the separating claw 13, the shape of which is complementary to that of the separating claw.
  • the counterpart 21 is also made of insulating material.
  • the counterpart has the shape of a dome on the top of a cylinder 22 is seated, the horizontal end face is disposed below the conductor 20.
  • the separation claw 13 When the separation claw 13 is pushed down when the PTS is triggered, it cuts the conductor 20 in two places.
  • the thus-cut piece of the conductor 20 is fixed by being pinched between the cylinder 22 at the tip of the counterpart and the separation claw, and deformed by the shape of the counterpart 21 and the separation claw 13, respectively, so that the isola - tion distance is maximum.
  • FIGS. 2 and 3 show preferred embodiments of the separation claw 13.

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  • Fuses (AREA)
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Abstract

Bei der Erfindung handelt es sich um eine pyrotechnische Sicherung zum Unterbrechen eines elektrischen Stromkreises umfassend einen Körper (9), in dem sich eine Sprengladung befindet, wobei das PTS einen hohlen Zylinder (11) umfasst, in dem sich ein Kolben (12) befindet, unterhalb dessen sich eine Trennungskralle (13) befindet, unterhalb derer sich der Leiter (20), der durchtrennt werden soll, befindet, wobei der Kolben (12) und die Trennungskralle (13) nach Auslösung des PTS nach unten gedrückt werden und die Trennungskralle (13) den Leiter (20) an zwei Stellen durchtrennt, wobei sich außerhalb des Zylinders (11) eine Löschsubstanz-Vorratskammer (14) befindet, die dadurch, dass der Kolben nach Auslösung des PTS nach unten gedrückt wird, hin zu einer Trennkammer (15) geöffnet wird, so dass sich die Löschsubstanz in die Trennkammer bewegt.

Description

Pyrotechnische Sicherung zum Unterbrechen eines elektrischen Stromkreises
Gegenstand der Erfindung ist eine pyrotechnische Sicherung (PTS) zum Unterbrechen eines elektrischen Stromkreises.
Ein mögliches Einsatzgebiet für eine solche pyrotechnische Sicherung (PTS) sind Elektrofahrzeuge und andere Batterieanwendungen. Insbesondere im Fall eines Un- falls eines Elektrofahrzeugs kann es erforderlich sein, einen Stromkreis schnell und sicher zu trennen.
Pyrotechnische Sicherungen sind bekannt, insbesondere solche, die zur Auslösung aktiv angesteuert werden. Allerdings hat sich gezeigt, dass die bekannten pyrotechni- schen Sicherungen im gesamten Bereich der in der Elektromobilität möglicherweise auftretenden Spannungen bzw. Ströme nicht mit ausreichender Sicherheit trennen können.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine pyrotechnische Sicherung (PTS) zur Verfü- gung zu stellen, die bei hohen Spannungen bzw. Strömen eine Trennung mit höherer Sicherheit erreicht. Die Aufgabe wird gelöst durch eine pyrotechnische Sicherung ge- mäß Patentanspruch 1 . Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche oder nachfolgend beschrieben.
Vorzugsweise ist die pyrotechnische Sicherung durch einen elektrischen Zünder akti- vierbar. Vorzugsweise ist die Trennungkralle massiv ausgebildet, so dass sie einem Plasmabrand für die erforderliche Zeit standhält. Vorzugsweise besteht die Trennungs- kralle aus isolierendem Material. Vorzugsweise wird die Trennungskralle nach der Trennung in eine Kammer mit Löschsubstanz wie beispielsweise Löschsand einge- taucht und/oder sie wird nach der Trennung von oben mit einer Löschsubstanz über- schüttet.
Vorzugsweise wird der Restdruck der Explosion des Explosivstoffs dazu genutzt, um die Bewegung des Löschsubstanz in die Trennkammer zu beschleunigen. Vorzugsweise befindet sich unterhalb des zu trennenden Leiters ein Gegenstück zu der Trennungskralle, dessen Form zu der der Trennungkralle komplementär ist. Vor- zugsweise hat das Gegenstück die Form einer Kuppe. Besonders vorteilhafterweise sitzt auf der Sptize der Kuppe ein Zylinder, dessen horizontale Stirnfläche unterhalb des Leiters angeordnet ist.
Vorzugsweise weist das PTS einen Permanentmagneten sowie einen Magnetfeld kon- zentrator, der parallel zu dem zu trennenden Leiter angeordnet ist. Dadurch können Plasmafunken, die möglicherweise nach der Trennung entstehen gelöscht werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden zwei gegenüberliegende Seitenwände des PTS durch Platten gebildet, die im Wesentlichen aus Eisen bestehen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform werden zwei gegenüberliegende Seitenwände des PTS durch Platten gebildet, die vormagnetisiert sind, so dass Plasmafunken, die nach der Trennung möglicherweise in der PTS entstehen, mit Hilfe des von ihnen er- zeugten Magnefelds gelöscht werden können.
Vorteilhaft ist es, wenn das PTS hohen Drücken standhalten kann. Ein Überdruckventil kann durch Schwächung des Mantels realisiert werden.
Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 : eine erfindungsgemäße PTS
Fig. 2: eine bevorzugte Ausführungsform einer Trennungskralle
Fig. 3: eine bevorzugte Ausführungsform einer Trennungskralle
Fig. 4: eine erfindungsgemäßes PTS nach Auslösung
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße PTS in einem vertikalen Querschnitt vor der Aus- lösung. In der Ebene der Bodenfläche 3 erstreckt sich von jeder Stirnfläche 1 ,2 nach außen jeweils eine rechteckige Metallplatte 5. Beide Stirnwände 1 ,2 sind jeweils mit einem Ende eines Leiters, beispielsweise aus Kupfer, der Teil des Stromkreises ist, verbindbar.
Die Seitenwände des PTS, bei denen es sich nicht um Stirnwände 1 ,2 handelt, umfas- sen einen Isolationsmantel 7 mit geeigneten thermischen Eigenschaften.
Das PTS umfasst einen Körper 9, in dem sich eine Sprengladung befindet. Das PTS ist durch einen elektrischen Zünder aktivierbar, dessen Kontakte 10 sich an der Ober- seite der Unterbrechungsvorrichtung befinden.
Das PTS umfasst einen hohlen Zylinder 1 1 , in dem sich ein Kolben 12 befindet. Unter- halb des Kolbens befindet sich eine Trennungskralle 13. Bei Explosion der Sprengla- dung wird der Kolben 12 und damit auch die Trennungskralle 13 nach unten gedrückt.
In einer Kammer 14 außerhalb des Zylinders 1 1 befindet sich ein Vorrat an Löschsand (in der Zeichnung nicht gezeigt). Solange das PTS nicht ausgelöst ist, verschließt die Trennungskralle 13 mit ihren Außenflächen eine Öffnung in der Löschsand-Vorrats- kammer 14. Figur 4 zeigt die Unterbrechungsvorrichtung nach Auslösung des PTS. Wenn der Kolben 12 und die Trennungskralle 13 nach Auslösung des PTS nach unten gedrückt werden und ihre Endposition erreichen, wird dadurch die Löschsand-Vorrats- kammer 14 zur Trennkammer 15 hin geöffnet. Der Löschsand bewegt sich dann in die Trennkammer 15. Durch das Herunterdrücken von Kolben 12 und Trennungskralle 13 werden darüber hinaus Löcher 16 geöffnet, durch die Druck durch einen Druckumleit- kanal 17 in die Löschsand-Vorratskammer 14 entweichen kann, wodurch der Lösch- sand, der von oben abgedichtet ist, von der Löschsand-Vorratskammer 14 in die Trennkammer 15 gedrückt wird. Der Restdruck der Explosion wird also genutzt, um die Bewegung der Löschsubstanz, die einen möglicherweise entstehenden Plas- mabrand ersticken soll, in die Trennkammer 15 zu bewirken bzw. zu beschleunigen.
Das PTS weist einen Permanentmagneten 18 sowie einen Magnetfeld-Konzentrator 19 aus kalt gewälzten Eisenblechen oder Weicheisendrähten auf, der parallel zum Lei- ter 20, der durchtrennt werden soll, angeordnet ist. Dadurch sollen Plasmafunken, die nach der Trennung möglicherweise in dem PTS entstehen, gelöscht werden können. Unterhalb des von der T rennungskralle 13 zu durchtrennenden Leiters 20 befindet sich das Gegenstück 21 zu der Trennungskralle 13, dessen Form zu der der Trennungkralle komplementär ist. Das Gegenstück 21 ist ebenfalls aus isolierendem Material. Das Gegenstück hat die Form einer Kuppe auf deren Spitze ein Zylinder 22 sitzt, dessen horizontale Stirnfläche unterhalb des Leiters 20 angeordnet ist.
Wenn die Trennungskralle 13 bei Auslösung des PTS nach unten gedrückt wird, durch- trennt sie den Leiter 20 an zwei Stellen. Das auf diese Weise ausgeschnittene Stück des Leiters 20 wird durch dadurch, dass es zwischen dem Zylinder 22 an der Spitze des Gegenstücks und der Trennungskralle eingeklemmt wird, fixiert, und durch die Form des Gegenstücks 21 bzw. der Trennungskralle 13 deformiert, so dass die Isola- tionsstrecke maximal wird.
Die Figuren 2 und 3 zeigen bevorzugte Ausführungsformen der Trennungskralle 13.

Claims

Patentansprüche
1. Pyrotechnische Sicherung (PTS) zum Unterbrechen eines elektrischen Stromkreises umfassend einen Körper, in dem sich eine Sprengladung be- findet, wobei das PTS einen hohlen Zylinder umfasst, in dem sich ein Kolben befindet, unterhalb dessen sich eine Trennungskralle befindet, unterhalb de- rer sich der Leiter, der durchtrennt werden soll, befindet, wobei der Kolben und die Trennungskralle nach Auslösung des PTS nach unten gedrückt wer- den und die Trennungskralle den Leiter an zwei Stellen durchtrennt, wobei sich außerhalb des Zylinders eine Löschsubstanz-Vorratskammer befindet, die dadurch, dass der Kolben nach Auslösung des PTS nach unten gedrückt wird, hin zu einer Trennkammer geöffnet wird, so dass sich die Löschsub- stanz in die Trennkammer bewegt.
2. PTS nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das PTS durch einen elektrischen Zünder aktivierbar ist.
3. PTS nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennungkralle massiv ausgebildet ist, so dass sie einem Plas- mabrand für die erforderliche Zeit standhält.
4. PTS nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Restdruck der Explosion der Sprengladung dazu genutzt wird, um die Bewegung der Löschsubstanz in die Trennkammer zu beschleunigen.
5. PTS nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich unterhalb des von der Trennungkralle zu trennenden Leiters ein Gegenstück befindet zu der Trennungskralle befindet, dessen Form zu der der Trennungskralle komplementär ist.
6. PTS nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenstück die Form einer Kuppe hat.
7. PTS nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Spitze der Kuppe ein Zylinder sitzt, dessen horizontale Stirnfläche unterhalb des Leiters angeordnet ist.
8. PTS nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das PTS einen Permanentmagneten sowie einen Magnetfeld konzent- rator aufweist, der parallel zu dem Leiter, der durchtrennt werden soll, ange- ordnet ist.
9. PTS nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei gegenüberliegende Seitenwände des PTS durch Platten gebildet werden, die im Wesentlichen aus Eisen bestehen.
10. PTS nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Platten vormagnetisiert sind, so dass Plasmafunken, die nach der Trennung mög- licherweise in der PTS entstehen, mit Hilfe des von ihnen erzeugten Magne- felds gelöscht werden können.
EP18839527.1A 2017-12-15 2018-12-13 Pyrotechnische sicherung zum unterbrechen eines elektrischen stromkreises Withdrawn EP3724908A1 (de)

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