WO2000044019A1 - Elektrischer leiter mit zündeinrichtung - Google Patents

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H39/00—Switching devices actuated by an explosion produced within the device and initiated by an electric current
    • H01H39/006—Opening by severing a conductor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/10—Safety devices

Definitions

  • the invention relates to an electrical conductor with an ignition device which is in thermal contact with the conductor and is provided in order to ignite when a limit temperature of the conductor is exceeded and to destroy the conductor.
  • a conductor is known from DE 1 96 20 204 AI.
  • This known conductor is provided for connecting a pole of a motor vehicle battery to the electrical system of the motor vehicle and is intended to self-destruct if, for example, a short circuit occurs in the electrical system as a result of an accident, which could otherwise lead to a vehicle fire. It contains an electrical plug connection in a housing, in which the socket of the plug connection contains a squib, which heats up when a short-circuit current flows through the conductor and, through its explosion, pushes the pin of the plug connection out of the socket and thus the short-circuited circuit separates. Due to the contact resistance of the connector, the connector heats up even with moderate currents.
  • the extent of the heating depends on the quality of the contact between the pin and the socket of the plug connection and is therefore variable for different copies of the same plug connection. Although this is not critical in the protection of short-circuit currents, it makes the known conductor unsuitable for protecting consumers against electrical overload where reproducible ignition behavior of the conductor is important. Even if it were possible to protect a consumer designed for high currents against overcurrents with the aid of the known conductor, it would be necessary to use a very large-format plug-in connection in order to heat it up in the currents required for the operation of the consumer To keep limits at which the ignition device certainly does not ignite. This would make the use of the known conductor for protecting high-current consumers expensive and, if there is not enough space for the attachment of the connector, sometimes even impossible.
  • a conductor of the type mentioned at the beginning comprises one or more cores which extend continuously between the ends of the conductor, and that the ignition device is arranged on the conductor in order to split these cores in the event of ignition.
  • this enables a more compact and considerably simplified construction of the conductor with the ignition device, since a conventional, continuous cable is simply and simply an option, and on the other hand, a substantial voltage drop within the conductor is avoided by dispensing with the plug connection, which is particularly desirable when supplying consumers with high currents.
  • the ignition device comprises an ignition material arranged in a ring around the cable.
  • This ignition material does not necessarily have a great explosive effect, as is indispensable for the separation of the known conductor, it may be sufficient if it releases a strong heat which, together with the heating of the conductor caused by the current flow, leads to the fact that this in Melted area of the ignition device and so the flow of electricity to the consumer is interrupted.
  • the ignition material can be surrounded by a capsule or housing that is resistant to ignition.
  • this housing has the effect of protecting the surroundings of the conductor from separated, red-hot conductor material, on the other hand it can cause the separated sections of the conductor to be pressed out of different openings of the capsule by the pressure of the hot material contained therein and so the two sections are separated from one another in a particularly reliable manner.
  • the ignition device is surrounded by the conductors of the conductor.
  • the ignition device when the ignition device is ignited, at least some of these wires are torn by the resulting explosion pressure, as a result of which the line cross section of the conductor is significantly reduced and those wires which may not yet be torn melt through in the shortest possible time.
  • the ignition device is preferably arranged approximately halfway along the conductor.
  • the conductor is preferably a flexible strand made up of a large number of cores.
  • An important application of the conductor according to the invention is in motor vehicle technology, in particular as a connection between a starter relay and a starter motor of a motor vehicle.
  • the reason for this is that modern motor vehicles use ever lighter starter motors which, because of their low mass, also have a low heat capacity and can therefore easily overheat and be damaged if they are exposed to the starter current for too long.
  • the heat that such an overloaded starter motor and / or its supply lines develop creates the risk of motor fires.
  • Such overload situations can occur, in particular, if a vehicle driven by the starter motor alone has to travel longer distances and, in particular, drive up ramps, which is an inadmissible abuse in itself, but nevertheless when loading vehicles, for example onto rail or road transporters or onto Ships, common.
  • a conductor according to the invention as a connection between the starter relay and starter motor ensures effective protection of the latter and also enables the owner of the vehicle, who is often not the one who misuses the starter in the manner described, to prove the misuse.
  • FIGS. 1, 2 and 2a show exemplary embodiments of a conductor
  • Figure 3 shows a conventional conductor
  • FIG. 3 shows a conventional arrangement of a conductor 1 in the form of a strand and a brush 2 of a starter motor, as is currently used in motor vehicles.
  • a motor vehicle usually has two or four such arrangements.
  • the conductor 1 consists of a large number of flexible, braided or stranded single wires, one end of which has been pressed or soldered in the brush 2 with high pressure and a correspondingly low contact resistance.
  • the second end 3 freely shown in the figure can be crimped, for example, with a cable lug.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the conductor according to the invention.
  • the hose-like braided outer sheath of the strand is cut open in an area 4 and gives a view of an ignition device 5.
  • the ignition device 5 consists of an explosive material compressed into a hard pill or, better yet, embedded in a capsule, which is at a temperature ignites which is reached by the surrounding stranded wire when the vehicle is driven by the starter motor with increased power or for longer distances. How high this temperature is depends on the suitable dimensioning of the wire cross section depending on the performance characteristics of the starter motor can be set within wide limits, for example a useful value is in the range from 400 to 500 ° C.
  • the igniter 5 ignites and the strand is torn at least over a substantial part of its circumference.
  • the drive current of the starter motor which concentrates on a smaller cable cross-section, leads within a fraction of a second to heating the remaining wires of the stranded wire to white heat and to their evaporation.
  • the strand - optionally together with the starter relay and the starter motor - can be enclosed in a separate housing which catches the glowing parts in the event of an explosion .
  • FIG. 2 shows a second preferred embodiment of the conductor according to the invention.
  • the ignition device 5 is not housed inside the conductor as in FIG. 1, but surrounds it in a ring.
  • a section through the ignition device is shown in FIG. 2a.
  • the ignition device 5 has a fixed outer housing 6 which is clamped to the conductor 1 via two sleeves 7 on opposite sides of the housing. Inside defines the housing 6 together with the Head 1 is a toroidal chamber which is filled with an ignition material 8.
  • the ignition material 8 can be an explosive material, that is to say a material whose combustion generates high pressures, but it can also be a material whose combustion releases extreme heat, such as for example that known under the name Thermit Geraische or other mixtures which contain in particular oxygen releasers and fine metal powders such as magnesium or aluminum.
  • the material can also be a mixture of explosive material and heat-forming material.
  • the temperature of the conductor 1 exceeds the ignition temperature of the material 8, it burns under different degrees of heat and pressure development depending on the composition.
  • the heat heats the conductor to the melting point of its wires or at least in the vicinity of the melting point; the pressure has the effect that at least one of the sections of the conductor on both sides of the ignition material is pressed out of its sleeve 7 and the sections are thus separated from one another.
  • the material of the conductor 1 which melts when ignited essentially remains in the housing 6. catch, the material and wall thickness depending on the ignition material 8 are chosen so that it survives the ignition substantially intact. In this way it is avoided that molten material is distributed in the vicinity of the conductor 1 and leads to further damage there.

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Abstract

Ein elektrischer Leiter, insbesondere zum Verbinden von Starterrelais und Startermotor eines Kraftfahrzeugs, umfasst eine Zündeinrichtung (5), die mit dem Leiter (1) in thermischem Kontakt steht und vorgesehen ist, um bei Überschreitung einer Grenztemperatur zu zünden und den Leiter (1) zu zerstören. Der Leiter umfasst ein oder mehrere sich kontinuierlich zwischen den Enden des Leiters (1) erstreckende Adern. Die Zündeinrichtung (5) ist an dem Leiter (1) angeordnet, um im Falle des Zündens diese Adern zu zerteilen.

Description

Elektrischer Leiter mit Zündeinrichtung
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Leiter mit einer Zündeinrichtung, die mit dem Leiter in thermischem Kontakt steht und vorgesehen ist, um bei- einer Überschreitung einer Grenztemperatur des Leiters zu zünden und den Leiter zu zerstören. Ein solcher Leiter ist aus DE 1 96 20 204 AI bekannt.
Dieser bekannte Leiter ist vorgesehen zum Anschließen eines Pols einer Kraftfahrzeugbatterie an das Bordnetz des Kraftfahrzeugs und soll sich selbst zerstören, wenn zum Beispiel in Folge eines Unfalls ein Kurzschluß im Bordnetz auftritt, der andernfalls zu einem Fahrzeugbrand führen könnte. Er umfaßt in einem Gehäuse eine elektrische Steckverbindung, bei der die Buchse der Steckverbindung eine Zündpille enthält, die sich, wenn ein Kurzschluß- ström durch den Leiter fließt, erhitzt und durch ihre Explosion den Stift der Steckverbindung aus der Buchse herausdrückt und so den kurzgeschlossenen Stromkreis auftrennt. Infolge des Übergangswiderstands der Steckverbindung erhitzt sich die Steckverbindung bereits bei mäßigen Strömen stark. Dabei hängt das Ausmaß der Erhitzung von der Qualität des Kontakts zwischen Stift und Buchse der Steckverbindung ab und ist deshalb für verschiedene Exemplare einer gleichen Steckverbindung variabel . Dies ist zwar bei der Absicherung von Kurzschlußströmen unkritisch, es macht jedoch den bekannten Leiter ungeeignet zur Absicherung von Verbrauchern gegen elektrische Überlastung, wo es auf ein reproduzierbares Zündverhalten des Leiters ankommt. Selbst wenn es möglich wäre, einen für hohe Ströme ausgelegten Ver- braucher mit Hilfe des bekannten Leiters gegen Überströme abzusichern, wäre es dafür notwendig, eine sehr großformatige Steckverbindung zu verwenden, um so deren Erhitzung bei den für den Betrieb des Verbrauchers benötigten Strömen in den Grenzen zu halten, bei denen die Zündeinrichtung mit Sicherheit nicht zündet . Dies würde die Anwendung des bekannten Leiters für die Absicherung von Hochstromverbrauchern kostspielig, und, wenn nicht ausreichend Platz für die Anbringung des Steckverbin- ders zur Verfügung steht, mitunter sogar unmöglich machen. Vorteile der Erfindung
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß ein Leiter der eingangs genannten Art ein oder mehrere sich kontinuierlich zwischen den Enden des Leiters erstreckende Adern umfaßt, und daß die Zündeinrichtung an dem Leiter angeordnet ist, um im Falle des Zündens diese Adern zu zerteilen. Dies ermöglicht zum einen einen kompakteren und wesentlich verein- fachten Aufbau des Leiters mit der Zündeinrichtung, da als Leiter schlicht und einfach ein herkömmliches, durchgehendes Kabel in Frage kommt, zum anderen wird ein wesentlicher Spannungsabfall innerhalb des Leiters durch Verzicht auf die Steckverbindung vermieden, was insbesondere bei der Versorgung von Verbrauchern mit hohen Strömen erwünscht ist .
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfaßt die Zündeinrichtung ein ringförmig um das Kabel angeordnetes Zündmaterial. Dieses Zündmaterial muß nicht unbedingt eine große explosive Wirkung haben, wie sie zum Auftrennen des bekannten Leiters unabdingbar ist, es kann ausreichen, wenn es eine starke Hitze entfaltet, die, zusammen mit der durch den Stromfluß bewirkten Erhitzung des Leiters dazu führt, daß dieser im Bereich der Zündeinrichtung durchschmilzt und so der Stromfluß zum Verbraucher unterbrochen wird. Das Zündmaterial kann dabei von einer gegen das Zünden beständigen Kapsel oder einem Gehäuse umgeben sein. Dieses Gehäuse hat zum einen die Wirkung, die Umgebung des Leiters vor abgetrenntem, glühend heißem Leitermaterial zu schützen, zum anderen kann es bewirken, daß die voneinander getrennten Abschnitte des Leiters aus verschiedenen Öffnungen der Kapsel durch den Druck des in ihr enthaltenen heißen Materials herausgepreßt werden und so die beiden Abschnitte besonders zuverlässig voneinander getrennt werden.
Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung ist die Zündeinrichtung von den Adern des Leiters umgeben. In diesem Fall werden beim Zünden der Zündeinrichtung wenigstens einige dieser Adern durch den entstehenden Explosionsdruck zerrissen, wodurch der Leitungsquerschnitt des Leiters deutlich verringert wird und diejenigen Adern, die eventuell noch nicht zerrissen sind, in kürzester Zeit durchschmelzen.
Um eine Beeinflussung des Leiters durch Wärmesenken, an die dieser angeschlossen ist, gering zu halten, ist die Zündeinrichtung vorzugsweise in etwa auf halber Länge des Leiters angeordnet . Bei dem Leiter handelt es sich vorzugsweise um eine aus einer Vielzahl von Adern aufgebaute, flexible Litze.
Eine wichtige Anwendung des erfindungsgemäßen Leiters ist in der Kraftfahrzeugtechnik, und zwar insbesondere als Verbindung zwischen einem Starterre- lais und einem Startermotor eines Kraftfahrzeugs . Der Grund hierfür ist, daß in modernen Kraftfahr- zeugen immer leichtere Startermotoren zum Einsatz kommen, die infolge ihrer geringen Masse auch eine geringe Wärmekapazität haben und daher leicht überhitzen und beschädigt werden können, wenn sie dem Starterstrom zu lange ausgesetzt sind. Außerdem bringt die Hitze, die ein solcher überlasteter Startermotor und/oder seine Versorgungsleitungen entwickeln, die Gefahr von Motorbränden mit sich. Solche Überlastungssituationen können insbesondere auftreten, wenn ein Fahrzeug allein mit dem Star- termotor angetrieben längere Strecken zurücklegen und insbesondere Rampen hinauffahren muß, was zwar an sich ein unzulässiger Mißbrauch ist, aber dennoch beim Verladen von Fahrzeugen, zum Beispiel auf Bahn- oder Straßentransporter oder auf Schiffe, häufig vorkommt. In einem solchen Fall gewährleistet die Verwendung eines erfindungsgemäßen Leiters als Verbindung zwischen Starterrelais und Starter- motor einen wirksamen Schutz des letzteren und er- möglicht darüber hinaus dem Besitzer des Fahrzeugs, der häufig nicht derjenige ist, der den Starter in der beschriebenen Weise mißbraucht, den Nachweis des Mißbrauchs .
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Figuren.
Figuren
Es zeigen
Figuren 1,2 und 2a Ausführungsbeispiele eines er- findungsgemäßen Leiters und
Figur 3 einen herkömmlichen Leiter zum
Verbinden von Starterrelais und Startermotor eines Kraftfahr- zeugs .
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 3 zeigt eine herkömmliche Anordnung aus einem Leiter 1 in Form einer Litze und einer Bürste 2 eines Startermotors, wie sie gegenwärtig in Kraftfahrzeugen verwendet wird. Je nach Polzahl des Anlassermotors hat ein Kraftfahrzeug in der Regel zwei oder vier solcher Anordnungen. Der Leiter 1 besteht aus einer Vielzahl von flexiblen, zopfartig verflochtenen beziehungsweise verseilten Einzeladern, von denen ein Ende jeweils in der Bürste 2 mit hohem Druck und entsprechend geringem Übergangswiderstand verpreßt worden oder verlötet ist . Das in der Figur frei dargestellte zweite Ende 3 kann zum Beispiel mit einem Kabelschuh vercrimpt sein.
Figur 1 zeigt eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Leiters. Hier " ist der schlauchartig geflochtene äußere Mantel der Litze in einem Bereich 4 aufgeschnitten dargestellt und gibt den Blick frei auf eine Zündeinrichtung 5. Die Zündeinrichtung 5 besteht aus einem zu einer harten Pille verpreßten oder besser noch in eine Kapsel eingebetteten Explosivmaterial, das bei einer Temperatur zündet, die von der umgebenden Litze erreicht wird, wenn das Fahrzeug mit erhöhter Leistung oder über längere Strecken allein mit dem Startermotor angetrieben wird. Wie hoch diese Temperatur ist, ist durch geeignete Dimensionierung des Leitungsquerschnitts der Litze in Abhängigkeit von den Lei- stungseigenschaften des Startermotors in weiten Grenzen einstellbar. Ein zweckmäßiger Wert liegt zum Beispiel im Bereich von 400 bis 500°C. Wenn die Litze diese Temperatur erreicht, zündet die Zündeinrichtung 5, und die Litze wird wenigstens auf einem wesentlichen Teil ihres Umfangs zerrissen. Der sich infolgedessen auf einem kleineren Leitungsquerschnitt konzentrierende Antriebsstrom des Startermotors führt binnen Sekundenbruchteilen zu einer Erhitzung der verbleibenden Adern der Litze bis zur Weißglut und zu ihrer Verdampfung.
Um zu vermeiden, daß nach der Explosion der Zündeinrichtung 5 glühende Teile der Litze im Motorraum des Fahrzeugs umherfliegen, kann die Litze - gegebenenfalls gemeinsam mit dem Starterrelais und dem Startermotor - in ein eigenes Gehäuse eingeschlossen sein, welches die glühenden Teile im Falle einer Explosion auffängt.
Figur 2 zeigt eine zweite bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Leiters. Bei dieser Ausgestaltung ist die Zündeinrichtung 5 nicht wie in Figur 1 im Innern des Leiters untergebracht, sondern umgibt diesen ringförmig. Ein Schnitt durch die Zündeinrichtung ist in Figur 2a gezeigt. Die Zündeinrichtung 5 hat ein festes äußeres Gehäuse 6 , das über zwei Muffen 7 an gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses an dem Leiter 1 festgeklemmt ist. Im Innern definiert das Gehäuse 6 gemeinsam mit dem Leiter 1 eine torusförmige Kammer, die mit einem Zündmaterial 8 gefüllt ist.
Beim Zündmaterial 8 kann es sich wie beim Beispiel der Figur 1 um ein Explosivmaterial handeln, das heißt ein Material, dessen Verbrennung hohe Drücke erzeugt, es kann sich aber auch um ein Material handeln, bei dessen Verbrennung extreme Hitze freigesetzt wird, wie zum Beispiel die unter der Be- Zeichnung Thermit bekannten Geraische oder andere Gemische, die insbesondere Sauerstoffabspalter und feine Metallpulver wie etwa Magnesium oder Aluminium enthalten. Selbstverständlich kann das Material auch ein Gemisch aus Explosivmaterial und hitzebil- dende Material sein.
Wenn die Temperatur des Leiters 1 die Zündtemperatur des Materials 8 überschreitet, verbrennt dieses unter je nach Zusammensetzung unterschiedlich star- ker Hitze- und Druckentwicklung. Durch die Hitze wird der Leiter bis auf den Schmelzpunkt seiner Adern oder zumindest in die Nähe des Schmelzpunkts erhitzt; der Druck bewirkt, daß von den Abschnitten des Leiters beiderseits des Zündmaterials wenig- stens einer aus seiner Muffe 7 herausgepreßt wird und die Abschnitte so voneinander getrennt werde . Dabei bleibt das beim Zünden schmelzende Material des Leiters 1 im wesentlichen in dem Gehäuse 6 ge- fangen, dessen Material und Wandstärke in Abhängigkeit vom Zündmaterial 8 so gewählt sind, daß es die Zündung im wesentlichen unversehrt übersteht. Auf diese Weise wird vermieden, daß sich geschmolzenes Material in der Umgebung des Leiters 1 verteilt und dort zu weiteren Schäden führt.
Wenn der erfindungsgemäße Leiter für die Stromversorgung des Startermotors eines Kraftfahrzeugs ein- gesetzt wird, so genügt es in der Regel, nur eine der Bürsten des Startermotors mit einem erfindungs- gemäßen Leiter auszustatten, auch "wenn der Startermotor vier Pole und dementsprechend vier Bürsten besitzt. Der Grund dafür ist, daß bei der Zerstö- rung des erfindungsgemäßen Leiters ein wesentlicher Teil des von diesem geführten Stroms von einem Leiter eines anderen Pols übernommen wird, der dadurch einer drastisch erhöhten Stromstärke ausgesetzt ist und in Sekundenbruchteilen seinerseits durchbrennt, ohne daß dafür eine eigene Zündeinrichtung dieses anderen Leiters erforderlich ist.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrischer Leiter (1) mit einer Zündeinrichtung (5) , die mit dem Leiter (1) in thermischem Kontakt steht und vorgesehen ist, um bei Über- schreitung einer Grenztemperatur zu zünden und den Leiter (1) zu zerstören, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (1) ein oder mehrere sich kontinu- - ierlich zwischen den Enden (3) des Leiters erstrek- kende Adern umfaßt und die Zündeinrichtung an dem Leiter (1) angeordnet ist, um im Falle des Zündens diese Adern zu zerteilen.
2. Elektrischer Leiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündeinrichtung (5) ringfδr- mig um das Kabel angeordnetes Zündmaterial (8) umfaßt.
3. Elektrischer Leiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zündmaterial (8) von einem gegen das Zünden beständigen Gehäuse (6) umgeben ist.
4. Elektrischer Leiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündeinrichtung (5) von Adern des Leiters (1) umgeben ist.
5. Elektrischer Leiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündeinrichtung (5) in etwa auf halber Länge des Leiters (1) angeordnet ist.
6. Elektrischer Leiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er eine aus .einer Vielzahl von Adern aufgebaute Litze ist.
7. Elektrischer Leiter nach einem der vorhergehen- den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß seine
Ende jeweils durch eine Schraub-, Crimp-, Löt- oder Schweißverbindung gebildet sind.
8. Starter für ein Kraftfahrzeug mit einem Starter- relais und einem Startermotor, dadurch gekennzeichnet, daß Starterrelais und Startermotor durch wenigstens einen Leiter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche verbunden sind.
9. Starter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (1) in einem Gehäuse untergebracht ist .
PCT/DE1999/004083 1999-01-20 1999-12-23 Elektrischer leiter mit zündeinrichtung Ceased WO2000044019A1 (de)

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