Vorrichtung zum Trennen eines elektrischen Leiters

Abstract

 Eine Vorrichtung zum Trennen eines elektrischen Leiters weist einen in einem Gehäuse angeordneten elektrischen Leiter, einen pyrotechnischen Antrieb und eine Trenneinrichtung auf. Nach Auslösen des Antriebs tritt die Trenneinrichtung mit dem Leiter in Eingriff, um diesen zu trennen.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Trennen eines elektrischen Leiters, um bei Überlastsituationen im Notfall irreversibel und schnell hohe elektrische Ströme, insbesondere Gleichströme unterbrechen zu können. Bei derartigen Vorrichtungen, die grundsätzlich bekannt sind, werden pyrotechnische Antriebe verwendet, um den elektrischen Leiter mit Hilfe eines Trennelementes zu unterbrechen.

[0002] Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei schneller Auslösung kompakt baut.

[0003] Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1 und insbesondere dadurch, dass ein elektrischer Leiter, der in einem Gehäuse angeordnet ist, zumindest abschnittweise als Hohlleiter ausgebildet ist, wobei nach Auslösen eines pyrotechnischen Antriebs eine Trenneinrichtung im Bereich des als Hohlleiter ausgebildeten Abschnitts mit dem Inneren des Hohlleiters in Eingriff tritt, um diesen zu trennen.

[0004] Erfindungsgemäß ist der zu trennende Leiter zumindest teilweise als Hohlleiter ausgebildet, so dass es möglich ist, die Trenneinrichtung in das Innere des Hohlleiters einzubringen. Hierdurch wird nicht nur eine sehr kompakte Bauweise erreicht sondern es ist auch möglich, durch die Trenneinrichtung den Hohlleiter von innen nach außen zu durchtrennen, was mit wesentlich geringeren Kräften möglich ist, als wenn der Hohlleiter von außen nach innen durchtrennt würde.

[0005] Der Hohlleiter kann vorzugsweise nach Art einer geschlossenen Hülse ausgebildet sein. Die Hülse muss jedoch nicht notwendigerweise vollständig geschlossen oder kreisrund ausgebildet sein.

[0006] Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung, der Zeichnung sowie den Unteransprüchen beschrieben.

[0007] Nach einer ersten vorteilhaften Ausführungsform ist der Hohlleiter in dem Abschnitt hülsenförmig und insbesondere nach Art einer geschlossenen Hülse ausgebildet und die Trenneinrichtung tritt nach Auslösen des Antriebs im Wesentlichen entlang des gesamten Innenumfangs mit der Hülse in Eingriff. Bei dieser Ausführungsform wird ein besonders rasches und sicheres Trennen des Leiters sichergestellt, da einerseits entlang des gesamten Innenumfangs des Leiters ein Abtrennen erfolgt und da andererseits der Leiter aufgrund seiner hülsenförmigen Ausbildung vergleichsweise dünnwandig hergestellt werden kann.

[0008] Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Trenneinrichtung einen sich insbesondere konisch erweiternden Kolben und eine Spreizhülse auf. Hierdurch kann mit Hilfe des Antriebs der Kolben in das Innere der Spreizhülse bewegt werden, wobei sich die Spreizhülse durch die konisch erweiternde Form des Kolbens nach außen aufspreizt und dadurch den Hohlleiter trennt. Um das Aufspreizen der Spreizhülse zu erleichtern, kann diese bereichsweise geschlitzt ausgebildet sein. Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, auch den Hohlleiter mit Öffnungen, insbesondere Schlitzen zu versehen, da hierdurch das Abtrennen bzw. das Aufspreizen des Hohlleiters erleichtert wird.

[0009] Sofern der Hohlleiter und die Spreizhülse miteinander fluchtende Öffnungen, insbesondere Schlitze, aufweisen, wird der Trennvorgang erleichtert.

[0010] Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Trenneinrichtung einen von dem Antrieb abtrennbaren Kolben auf. Auf diese Weise ist eine kompakte Baueinheit geschaffen, bei der der Kolben nicht separat montiert werden muss.

[0011] Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Vorrichtung insgesamt rohrförmig ausgebildet und weist an ihren beiden Enden Anschlussmittel für Kabel, insbesondere Ösen oder Crimpelemente auf. Auf diese Weise ist eine äußerst kompakte Trennvorrichtung geschaffen, die sich universell einsetzen lässt, da lediglich die zu unterbrechende Leitung mit den Anschlussmitteln verbunden werden muss.

[0012] Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Gehäuse einen Aufnahmeraum für von der Trenneinrichtung abgetrennte Segmente des Hohlleiters auf, wobei der Aufnahmeraum nach erfolgter Trennung nahezu vollständig durch Teile des Leiters und der Trenneinrichtung ausgefüllt ist. Bei dieser Ausführungsform ist die Größe des Aufnahmeraumes so gewählt, dass nach erfolgter Auslösung sich nahezu keine Luft im Bereich des getrennten Leiters befindet, wodurch ein Lichtbogen, der bei elektrischer Trennung unter Stromschluss entstehen kann, sich erst gar nicht ausbildet bzw. sich in kürzester Zeit von selbst wieder löscht.

[0013] Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Leiter ein Stanzteil, das zumindest abschnittsweise zu einer Hülse, insbesondere einer geschlossenen Hülse geformt ist. Ein solches Stanzteil kann kostengünstig aus Blech, z.B. Kupfer- oder Aluminiumblech, gefertigt werden und erlaubt trotz der außerordentlich hohen mechanischen Präzisionsanforderungen eine preisgünstige Herstellung. Das Stanzteil kann aus Bandmaterial gestanzt und über einen Wickeldorn gewalzt werden, um die hülsenförmige Ausbildung zu erreichen. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann dabei das Stanzteil an zwei gegenüberliegenden Rändern eine Vielzahl formschlüssig miteinander verbindbarer, komplementär ausgebildeter Abschnitte aufweisen, die beim Wickeln zu einer Hülse ineinander eingefügt werden. Auf diese Weise ergibt sich an der Trennstelle eine äußerst feste Verbindung.

[0014] Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Gehäuse eine ringförmige Scherkante auf, wodurch der Hohlleiter entlang seines gesamten Umfangs gleichzeitig abgetrennt werden kann.

[0015] Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1

einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum Trennen eines elektrischen Leiters;

Fig. 2

einen Schnitt entlang der Linie II - II von Fig. 1;

Fig. 3

einen Längsschnitt durch die Ausführungsform von Fig. 1 nach erfolgtem Trennvorgang;

Fig. 4

einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zum Trennen eines elektrischen Leiters; und

Fig. 5

die Abwicklung eines Stanzteils, das als elektrischer Leiter dient.

[0016] Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zum Trennen eines elektrischen Leiters mit einem rohrförmig ausgebildeten Gehäuse 10 aus Kunststoff, in dem ein elektrischer Leiter 12 angeordnet ist. Innerhalb des elektrischen Leiters 12, der im Bereich des Gehäuses zu einer geschlossenen, zylinderförmigen Hülse geformt ist, befindet sich eine pyrotechnische Antriebseinheit 14, die mit dem Leiter 12 durch mehrere umlaufende Sicken 16 verbunden ist und deren Zündleitung 18 aus dem Gehäuse 10 herausgeführt ist.

[0017] Das vordere Ende des pyrotechnischen Antriebs 14, der im Wesentlichen aus Kunststoff besteht, ist mit einem einstückig angeformten Kolben 20 versehen, dessen vorderste Spitze konisch ausgebildet ist. An diese konische Spitze schließt sich ein kreiszylinderförmiger Abschnitt an, der sich anschließend auf den Innendurchmesser des hülsenförmigen Leiters 12 konisch erweitert. Hierbei ist der Antrieb 14 so in dem Leiter 12 angeordnet, dass sich die konische Spitze gerade im Inneren einer Spreizhülse 22 befindet, die durch eine umlaufende Sicke 24 mit dem Leiter 12 verbunden ist. Die Spreizhülse 22 besteht aus Kunststoff und ist über ihren Umfang mit beim dargestellten Ausführungsbeispiel insgesamt sechs nach unten in Richtung des Antriebs offenen Schlitzen 26 ausgebildet.

[0018] Wie insbesondere Fig. 5 zeigt, ist der Leiter 12 ebenfalls mit insgesamt sechs korrespondierenden Öffnungen in Form von Schlitzen 28 versehen, so dass die Spreizhülse 22 und der in diesem Abschnitt rohrförmige Leiter 12 korrespondierende Segmente bilden.

[0019] Das aus Kunststoff bestehende Gehäuse 10 ist im Bereich dieser Segmente am Außenumfang des Leiters 12 mit einem kegelförmigen Aufnahmeraum 30 versehen, der sich vom Antrieb 14 in Richtung des geschlossenen Endes der Spreizhülse 22 konisch verjüngt. Der Boden 32 des Aufnahmeraums 30 bildet eine an den Außenumfang des Leiters 12 anliegende, kreisförmig umlaufende Scherkante 34, mit deren Hilfe der rohrförmige Leiter 12 abgeschert werden kann, wenn der Kolben 20 von dem Antrieb 14 abgetrennt oder abgesprengt wird und in die Spreizhülse 22 eindringt.

[0020] Fig. 5 zeigt eine Abwicklung eines Stanzteiles aus Blech, aus dem der Leiter 12 hergestellt wird. Wie zu erkennen ist, handelt es sich um einen grundsätzlich quaderförmigen Abschnitt an dessen Schmalseiten Ösen 36 angeformt sind, an denen eine zu trennende Leitung angeschlossen werden kann. Die beiden Längsseiten des streifenförmigen Abschnittes sind mit einer Vielzahl von Zungen 38 versehen, die sich verjüngen und erweitern, wobei zwischen diesen Zungen komplementäre Aussparungen 40 gebildet sind, die es ermöglichen, nach Wickeln des Stanzteiles zu einer geschlossenen Hülse eine formschlüssige, mechanisch hochbelastbare Verbindung an der "Nahtstelle" zu erzeugen, indem die Zungen 38 in die gegenüberliegenden Aussparungen 40 gedrückt werden.

[0021] Zur Montage der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung wird das in Fig. 5 gezeigte Stanzteil aus Bandmaterial gestanzt und über einen präzisen Wickeldorn zu einem zylindrischen Rohr gewalzt. Anschließend wird der vormontierte Antrieb 14 in das Innere des Rohres eingesteckt und mit Hilfe der Sicken 16 in dem Leiter 12 befestigt. Ebenso wird die Spreizhülse 22 in das innere des rohrförmigen Leiters 12 eingesetzt und mit Hilfe der Sicke 24 darin befestigt. Anschließend kann die so vormontierte Einheit in dem Gehäuse 10 angeordnet werden. Schließlich wird noch ein Verstärkungsrohr 42 auf das Gehäuse 10 aufgeschoben, um dieses im Bereich der Trennstelle zu verstärken.

[0022] Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung im Ruhezustand, d.h. vor Auslösen des Antriebs 14. In diesem Zustand ist der Kolben 20 einstückig mit der Antriebseinheit 14 verbunden. Bei Auslösen der Antriebseinheit 14 mit Hilfe eines elektrischen Impulses wird in der Antriebseinheit 14 eine pyrotechnische, Gasdruck erzeugende Ladung gezündet und der Kolben 20, der über eine als Sollbruchstelle dienende Abreißkerbe mit dem Antrieb 14 verbunden ist, wird von dem Antrieb abgetrennt. Hierauf bewegt sich der Kolben 20 mit hoher Energie in Richtung der Spreizhülse 22 und bei Auftreffen des sich konisch erweiternden Abschnittes des Kolbens 20 werden die Segmente der Spreizhülse radial nach außen beschleunigt bzw. gedrückt, so dass die zwischen den Schlitzen 28 des Leiters 12 befindlichen Segmente entlang der Scherkante 34 abgeschert werden.

[0023] Fig. 3 zeigt die Vorrichtung von Fig.1 nach erfolgter Abtrennung. Wie zu erkennen ist, bleibt der Kolben 20 im Inneren der Spreizhülse stecken und sorgt so für eine irreversible Trennung. Der Leiter 12 ist entlang seines gesamten Umfangs getrennt und die abgetrennten Segmente des Leiters 12 sowie die Segmente der Spreizhülse 22 füllen den Aufnahmeraum 30 nahezu vollständig aus.

[0024] Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zum Trennen eines elektrischen Leiters, die sich von der vorstehend beschriebenen Ausführungsform im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass anstelle der Ösen 36 ein zu trennender Leiter 44 mittels Crimpverbindungen 46 in den rohrförmigen Leiter 12 eingecrimpt ist. Die Zündleitung 18 ist bei dieser Ausführungsform über einen Kabelführungsstopfen 48 seitlich aus dem Gehäuse 10 herausgeführt. Das Verstärkungsrohr 42 ist bei dieser Ausführungsform in der zeichnerischen Darstellung weggelassen.

Bezugszeichenliste

[0025] 

10

Gehäuse

12

Leiter

14

Antrieb

16

Sicke

18

Zündleitung

20

Kolben

22

Spreizhülse

24

Sicke

26

Schlitze

28

Schlitze

30

Aufnahmeraum

32

Boden des Aufnahmeraums

34

Scherkante

36

Anschlussösen

38

Zungen

40

Aussparungen

42

Verstärkungsrohr

44

Zuleitungen

46

Crimpverbindung

48

Kabelführungsstopfen

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Trennen eines elektrischen Leiters, mit

- einem in einem Gehäuse (10) angeordneten elektrischen Leiter (12), der zumindest in einem Abschnitt als Hohlleiter ausgebildet ist,

- einem pyrotechnischen Antrieb (14), und

- einer Trenneinrichtung (20, 22),

wobei nach Auslösen des Antriebs (14) die Trenneinrichtung (20, 22) im Bereich des Abschnitts mit dem Inneren des Hohlleiters (12) in Eingriff tritt, um diesen zu trennen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Hohlleiter (12) in dem Abschnitt hülsenförmig ausgebildet ist, und dass die Trenneinrichtung (20, 22) nach Auslösen des Antriebs (14) im Wesentlichen entlang des gesamten Innenumfangs der Hülse mit dem Leiter (12) in Eingriff tritt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Trenneinrichtung einen sich insbesondere konisch erweiternden Kolben (20) und eine Spreizhülse (22) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Hohlleiter (12) und die Spreizhülse (22) miteinander fluchtende Öffnungen, insbesondere Schlitze (26, 28), aufweisen.

5. Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Trenneinrichtung einen von dem Antrieb (14) abtrennbaren Kolben (20) aufweist.

6. Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
diese insgesamt rohrförmig ausgebildet ist und an ihren beiden Enden Anschlussmittel für Kabel, insbesondere Ösen (36) oder Crimpelemente (46), aufweist.

7. Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gehäuse (10) einen Aufnahmeraum (30) für von der Trenneinrichtung abgetrennte Segmente des Hohlleiters (12) aufweist, wobei der Aufnahmeraum (30) nach erfolgter Trennung nahezu vollständig durch Teile des Leiters (12) und der Trenneinrichtung (22) ausgefüllt ist.

8. Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Leiter (12) ein zumindest abschnittsweise zu einer Hülse geformtes Stanzteil ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Stanzteil eine Vielzahl formschlüssig miteinander verbindbarer, komplementär ausgebildeter Abschnitte (38, 40) aufweist.

10. Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gehäuse (10) eine ringförmige Scherkante (34) aufweist.

11. Verwendung eines zumindest abschnittsweise zu einer geschlossenen Hülse geformten Stanzteiles als elektrischer Leiter in einer Vorrichtung zum Trennen eines elektrischen Leiters, mit einem pyrotechnischen Antrieb, und einer Trenneinrichtung.

Amended claims

Geänderte Patentansprüche gemäss Regel 86(2) EPÜ.

1. Trennvorrichtung, mit

- einem in einem Gehäuse (10) angeordneten elektrischen Leiter (11), der zumindest in einem Abschnitt als Hohlleiter (12) ausgebildet ist,

- einem pyrotechnischen Antrieb (14), und

- einer Trenneinrichtung (20, 22), die einen sich erweiternden Kolben (20) aufweist,

wobei nach Auslösen des Antriebs (14) die Trenneinrichtung (20, 22) im Bereich des Abschnitts mit dem Inneren des Hohlleiters (12) in Eingriff tritt, um diesen zu trennen,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Trenneinrichtung eine Spreizhülse (22) aufweist, und dass das Gehäuse (10) eine Scherkante (34) und einen Aufnahmeraum (30) für von der Trenneinrichtung abgetrennte Segmente des Hohlleiters (12) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Hohlleiter (12) in dem Abschnitt hülsenförmig ausgebildet ist, und dass die Trenneinrichtung (20, 22) nach Auslösen des Antriebs (14) im Wesentlichen entlang des gesamten Innenumfangs der Hülse mit dem Leiter (11) in Eingriff tritt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich der Kolben (20) konisch erweitert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlleiter (12) und die Spreizhülse (22) miteinander fluchtende Öffnungen, insbesondere Schlitze (26, 28), aufweisen.

5. Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Trenneinrichtung einen von dem Antrieb (14) abtrennbaren Kolben (20) aufweist.

6. Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass diese insgesamt rohrförmig ausgebildet ist und an ihren beiden Enden Anschlussmittel für Kabel, insbesondere Ösen (36) oder Crimpelemente (46), aufweist.

7. Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeraum (30) nach erfolgter Trennung nahezu vollständig durch Teile des Leiters (11) und der Trenneinrichtung (22) ausgefüllt ist.

8. Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Leiter (11) ein zumindest abschnittsweise zu einer Hülse geformtes Stanzteil ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass das Stanzteil eine Vielzahl formschlüssig miteinander verbindbarer, komplementär ausgebildeter Abschnitte (38, 40) aufweist.

10. Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Scherkante (34) ringförmig ist.

11. Verwendung eines zumindest abschnittsweise zu einer geschlossenen Hülse geformten Stanzteiles als elektrischer Leiter in einer Vorrichtung zum Trennen des elektrischen Leiters, mit einem pyrotechnischen Antrieb, und einer Trenneinrichtung.

Zeichnung