DE10052545A1 - Pyrotechnisches Sicherungselement - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein pyrotechnisches Sicherungselement mit einem aus elektrisch leitfähigem Material bestehenden geschlossenen Gehäuse (1), in welchem ein Explosivstoff vorgesehen ist, wobei das Gehäuse zwei Anschlussbereiche zur elektrischen Kontaktierung aufweist, welche mittels des elektrisch leitenden Materials des Gehäuses elektrisch verbunden sind, wobei die elektrische Verbindung der Anschlussbereiche durch das Aktivieren des Explosivstoffs auftrennbar ist und wobei das Explosivmaterial als deflagrierender pyrotechnischer Stoff ausgebildet ist, das so bemessen und ausgebildet ist, dass die elektrische Verbindung der Anschlussbereiche des Gehäuses in einer vorbestimmten Zeit nach einer Aktivierung des deflagrierenden pyrotechnischen Stoffs aufgetrennt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein pyrotechnisches Sicherungselement mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Derartige Sicherungselement finden beispielsweise in der KFZ-Technik zum definierten und schnellen Trennen von elektrischen Starkstromkreisen im Notfall Verwendung. Dabei besteht die Anforderung an ein derartiges Sicherungselement, dass dessen Auslö­ sung und Unterbrechungsfunktion selbst ohne Wartung noch nach bis zu 20 Jahren zuverlässig gewährleistet sein muss. Des Weiteren darf von einem solchen Sicherungs­ element kein zusätzliches Gefahrenpotential durch von Heißgas, Partikel, Wurfstücke oder durch hohe, im abgeschalteten Stromkreis induzierte Spannungen ausgehen.

Ein mögliches Einsatzgebiet in der KFZ-Technik ist das definierte irreversible Trennen der Bordverkabelung von der Autobatterie kurz nach einem Unfall, um Zündquellen durch Funken und Plasma zu vermeiden, die entstehen, wenn beispielsweise Kabeliso­ lationen durch während des Unfalls eindringendes Karosserieblech aufgescheuert wur­ den oder lose Kabelenden gegeneinander oder gegen Blechteile drücken und aufscheu­ ern. Läuft bei einem Unfall gleichzeitig Benzin aus, so können solche Zündquellen zündfähige Benzin-Luft-Gemische entzünden, die sich beispielsweise unter der Motor­ haube sammeln. Ein weiteres Einsatzgebiet ist die elektrische Abtrennung einer Bau­ gruppen vom Bordnetz für den Fall eines Kurzschlusses in der betreffenden Baugruppe, beispielsweise in einer elektrischen Standheizung.

Im Stand der Technik sind pyrotechnische Sicherungen bekannt, die zur Auslösung aktiv angesteuert werden. Beispielsweise beschreibt die DE-AS 21 03 565 einen Strom­ unterbrecher, welcher ein metallisches Gehäuse umfasst, das an zwei voneinander beab­ standeten Anschlussbereichen mit jeweils einem Leiterende eines abzusichernden Lei­ ters verbunden wird. Im Gehäuse ist ein pyrotechnisches Element vorgesehen, das durch eine Sprengladung gebildet ist. Die Sprengladung ist durch einen elektrischen Zünder aktivierbar, welcher ein Zündelement umfasst, das durch einen Speisestrom verdampft wird. Dhs Gehäuse ist mit einer Isolierflüssigkeit gefüllt. Das axial ausgedehnte Gehäu­ se weist eine umlaufende Nut auf, entlang der das Gehäuse bei einem Zünden der Sprengladung aufreißt. Das Gehäuse wird dabei in zwei elektrisch voneinander ge­ trennte Teile aufgebrochen, so dass der betreffende Stromkreis aufgetrennt wird. Das beim Auftrennen eines Stromkreises mit sehr hoher Stromstärke entstehende Plasma wird bei diesem Stromunterbrecher durch die zerstäubte Isolierflüssigkeit gelöscht Das Auslösen kann bei einem KFZ beispielsweise durch das Signal eines Schocksensors erfolgen.

Eine Selbstzündung zur Auftrennung des Stromkreises bei einer Überlastung des abzu­ sichernden Leiters ist bei dieser bekannten Vorrichtung weder vorgesehen, noch mög­ lich. Denn ein Sprengstoff kann in keinem Fall durch eine einfache Erhitzung der Hülse gezündet werden, d. h. zur detonativen Umsetzung gebracht werden. Dies wäre jedoch z. B. bei der in der DE-AS 21 03 565 beschriebenen Gehäuseform notwendig.

Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Vorrichtung ist die Zulassungspflicht für Vor­ richtungen, die mit Sprengstoffen oder gar Detonatoren gefüllte Baugruppen aufweisen. Aus diesem Grund finden derartige Vorrichtungen bisher keine kommerzielle Verwen­ dung. Sie werden nur sehr vereinzelt in Forschungsinstituten für Sonderexperimente eingesetzt. Die Ursachen hierfür sind zusätzlich der komplizierte Aufbau, die Abdicht- und Fertigungsprobleme mit Folge sehr hoher Gestehungskosten in Verbindung mit zulassungsrechtlichen Problemen.

Des Weiteren besteht in vielen Fällen die Forderung nach einer Autoignition-Funktion eines derartigen Schalters bzw. einer Sicherungsvorrichtung, beispielsweise um ohne zusätzlichen Aufwand für Überlastungssensoren ein Kabel vor Überlast zu schützen. Ein entsprechendes Sicherungselement soll daher nicht nur eine ansteuerbare Auslöse­ möglichkeit haben, sondern auch die Funktion einer herkömmlichen Hochstromsiche­ rung in Form einer Schmelzsicherung aufweisen.

Derartige Hochstrom-Schmelzsicherungen weisen den Nachteil einer innerhalb einer großen Bandbreite schwankenden Abschaltzeit nach dem Erreichen der Nennstromstär­ ke der Sicherung auf. Ein damit abgesichertes Kabel kann daher hinsichtlich seiner Stromführungskapazität nur zu einem sehr geringen Teil, z. B. 30% ausgelastet werden, da im Überlastfall ansonsten beispielsweise ein Kabelbrand auftreten kann.

Aus der DE 197 49 133 A1 ist ein Notabschalter für elektrische Stromkreise bekannt, der sowohl eine Selbstauslösung als auch eine ansteuerbare Auslösung ermöglicht. Hierzu wird ein elektrischer Leiter verwendet, der eine pyrotechnische Seele aufweist. Diese kann z. B. aus einem Treibladungspulver bestehen. Die pyrotechnische Seele kann einerseits durch die Erwärmung des elektrischen Leiters bei Überschreiten einer zuläs­ sigen Stromstärke (Nennstromstärke) gezündet werden. Andererseits ist vorgesehen, die pyrotechnische Seele durch eine ansteuerbare Zündeinrichtung, beispielsweise in Form eines Glühdrahts, zu zünden. Die DE 197 49 133 A1 stellt jedoch lediglich das Prinzip einer derartigen Vorrichtung dar, gibt jedoch keinerlei Hinweise auf mögliche kon­ struktiv in vorteilhafter Weise ausführbare Ausgestaltungen. Denn das Herstellen eines Leiters mit einer derartigen pyrotechnischen Seele erfordert einen beträchtlichen auf­ wand.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein pyrotechnisches Sicherungselement zu schaffen, welches sowohl mit einer Selbst­ auslösefunktion als auch mit einer ansteuerbaren Auslösefunktion ausgestattet werden kann und welches auf einfache und kostengünstige Weise herstellbar ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Durch das Verwenden eines separaten elektrisch leitenden Gehäuses, in dem ein deflag­ rierender pyrotechnischer Stoff vorgesehen ist und das zwei Anschlussbereiche für das Kontaktieren mit jeweils einem Ende eines Leiters eines abzusichernden Stromkreises aufweist, ergibt sich ein baukleines, kostengünstig herstellbares Sicherungselement.

Die Verwendung eines deflagrierenden pyrotechnischen Stoffs, der anders als eine Sprengladung, lediglich ein Gas oder Gas/Partikelgemisch erzeugt, wird die behördliche Zulassung, sofern überhaupt erforderlich (in der BRD ist dies derzeit keine Zulassung erforderlich), relativ unproblematisch. Gefährdungen der Umgebung können erforderli­ chenfalls durch ein einfaches Abschirmgehäuse ausgeschlossen werden. Hierfür ist ein in einem KFZ bereits vorhandenes geschlossenes Gehäuse einer Zentralelektrik oder eines separaten Sicherungskastens ohne weiteres ausreichend. Des Weiteren kann zu diesem Zweck ein einfacher, über den zu unterbrechenden Abschnitt gestülpter Schlauch vorgesehen sein.

In einer Ausführungsform der Erfindung kann das Gehäuse des Sicherungselements eine umlaufende Schwächung seiner Außenwandung aufweisen. Diese kann zwei unter­ schiedliche Funktionen aufweisen, die abhängig vom konstruktiven Aufbau des Siche­ rungselements und von der Bemessung und Ausbildung des pyrotechnischen Stoffs ggf. auch beide gleichzeitig erfüllt werden können:
Einerseits kann die Schwächung in an sich bekannter Weise dazu dienen, das Aufbre­ chen des Gehäuses zur Erreichung einer Stromunterbrechung des über das Gehäuse fließenden Stroms in definierter Weise entlang der Schwächung zu bewirken.

Eine entsprechende Ausführungsform kann hierzu ein Gehäuse aus einem im Wesentli­ chen hohlzylinderförmiges oder topfförmiges Teil umfassen, dessen beide stirnseitigen Öffnungen oder dessen eine stirnseitige Öffnung mittels eines im Wesentlichen stopfen­ artigen oder kappenartigen Verschlusselements verschlossen sind. Bei einem Zünden des pyrotechnischen Stoffs entsteht im Bereich der Schwächung der Außenwand ein so hoher Druck, dass das Gehäuse - auch bei dem hier im Vergleich zu einer detonativen Umsetzung relativ langsam ansteigendem Innendruck - aufreißt und der Strompfad unterbrochen wird.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist zumindest ein Verschlusselement derart kraft- und/oder formschlüssig und elektrisch mit dem hohlzylinderfcirmigen oder topfförmigen Teil verbunden, dass durch das Aktivieren des deflagrierenden pyrotech­ nischen Stoffs die mechanische Verbindung zwischen dem Verschlusselement und dem hohlzylinderfdrmigen oder topfförmigen Teil lösbar und die beiden Teile separierbar sind und so die elektrische Verbindung zwischen dem am hohlzylinderförmigen oder topfförmigen Teil vorgesehenen Anschlussbereich und dem am Verschlusselement vorgesehenen Anschlussbereich auftrennbar ist.

Auch hier kann das Gehäuse, insbesondere das hohlzylinderförmige oder topfförmige Teil, eine umlaufende Schwächung aufweisen. Diese kann dann so ausgebildet sein, dass durch den Stromfluss über das Gehäuse in vorbestimmten Bereichen bei einem vorgegebenen Nennstrom eine vorbestimmte Aktivierungstemperatur für den deflagrie­ renden pyrotechnischen Stoff erzeugbar ist.

Gleichzeitig kann die umlaufende Nut bei entsprechender Ausgestaltung auch in diesem Fall als zusätzliche Sicherheit dienen, wenn ein Trennen der mechanischen Verbindung der betreffenden Gehäuseteile, beispielsweise durch einen Produktionsfehler nicht ge­ währleistet werden kann. In diesem Fall kann die Schwächung wieder dazu dienen, dass das betreffende Teil durch den erzeugten Überdruck aufreißt.

Auch bei der vorstehend erläuterten Ausführungsform, bei der nur ein Aufreißen des Gehäuses vorgesehen ist, kann die Schwächung so ausgestaltet sein, dass in bestimmten Bereichen, vorzugsweise an Ecken oder Kanten der Schwächung höhere Temperaturen bzw. definiertere Temperaturen auftreten, die zum Selbstzünden des pyrotechnischen Materials genutzt werden.

In einer Ausgestaltung der Erfindung kann der im Gehäuse vorgesehene deflagrierende pyrotechnische Stoff von einem elektrischen Leiter durchdrungen sein, welcher an seinen beiden Enden jeweils mit einem der Anschlussbereiche verbunden ist, wobei der Leiter so ausgebildet ist, dass durch dessen Erwärmung bei einem vorbestimmten Nenn­ strom der pyrotechnische Stoff aktiviert wird. Der Leiter ist vorzugsweise hinsichtlich seines Widerstands so beschaffen, dass bei Fließen des Nennstroms, der sich in diesem Fall auf das Gehäuse und den Leiter aufteilt, zumindest der Leiter die Zündtemperatur für den pyrotechnischen Stoff erreicht.

Die Aktivieningsvorrichtung für das angesteuerte Anzünden des pyrotechnischen Stoffs kann ebenfalls einen gesteuert mit Strom beaufschlagbaren elektrischen Leiter umfas­ sen. Dieser kann mit einem oder beiden Enden isoliert aus dem Gehäuse herausgeführt sein. Ist nur ein Ende herausgeführt, so wird das andere Ende des Leiters mit einem Anschlussbereich des Gehäuses verbunden. Der Zündstrom für den Leiter wird dann vom Gesamtstrom abgezweigt, der über das Sicherungselement fließt.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst der deflagrierende pyrotechni­ sche Stoff eine erste Komponente, die eine höhere Aktivierungstemperatur aufweist, und eine zweite Komponente, die eine niedrigere Aktivierungstemperatur besitzt. Dabei kann zumindest die erste Komponente eine für die gewünschte Funktionsfähigkeits- Zeitdauer ausreichende Alterungsbeständigkeit aufweisen und so bemessen und ausge­ bildet sein, dass bei einem Aktivieren der ersten Komponente diese allein ausreicht, um die elektrische Verbindung zwischen den Anschlussbereichen zu unterbrechen.

Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, ein Sicherungselement zu schaffen, das bei ho­ hen Umgebungstemperaturen betrieben werden muss und das bereits bei geringen Tem­ peraturdifferenzen zwischen der Umgebungstemperatur und der Temperatur, die bei Fließen des Nennstroms oder bei Aktivieren der Aktivierungsvorrichtung auftritt, auch langfristig sicher funktioniert. In einem solchen Fall kann üblicherweise nicht aus­ schließlich ein empfindlicher pyrotechnischer Stoff verwendet werden, der bei der Aktivierungstemperatur zündet. Denn solche Stoffe altern bei hohen Umgebungstempera­ turen relativ schnell. Bereits nach kurzer Zeit wäre ein großer Teil des Stoffs zerfallen bzw. so verändert, dass er nicht mehr zur Gaserzeugung beitragen kann. Die Selbstakti­ vierung bzw. gesteuerte Aktivierung des Sicherungselements wäre nicht mehr gegeben. Erfindungsgemäß wird daher eine erste Komponente mit höherer (in der Regel sehr hoher) Zündtemperatur und mit ausreichender Alterungsbeständigkeit bei der gegebe­ nen hohen Umgebungstemperatur verwendet und eine weitere Komponente, die bei der gewünschten (meist wesentlich niedrigeren) Zündtemperatur aktivierbar ist. Bei dieser zweiten Komponente ist ein Alterungsprozess weniger ausschlaggebend, da eine Zün­ dung der ersten Komponente durch die zweite Komponente auch dann noch erfolgt, wenn bereits größere Teile der zweiten Komponente durch den Alterungsprozess inaktiv sind.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungs­ beispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines pyrotechnischen Sicherungselements mit Autoignition-Funktion;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines pyrotechnischen Sicherungselements mit Autoignition-Funktion;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines pyrotechnischen Sicherungselements mit ansteuerbarer Zündfunktion;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform eines pyrotechnischen Sicherungselements mit steuerbarer Zündfunktion;

Fig. 5 die Ausführungsform in Fig. 1 mit einer Schutzvorrichtung gegen nach außen fliegenden Teilen des Sicherungselements nach deren Aufreißen;

Fig. 6 Längsschnitte zweier Ausführungsformen (Fig. 6a und Fig. 6b) von Sicherungselementen mit auseinanderbewegbaren Gehäuseteilen mit ansteuerbarer Zündfunktion;

Fig. 7 vier Varianten zur Ausbildung einer umlaufenden Schwächung in der Gehäusewandung eines Sicherungselements nach der Erfindung; und

Fig. 8 einen perspektivisch dargestellten Längsschnitt durch eine einfach realisierbare Ausführungsform eines Sicherungselements mit ansteuer­ barer Zündfunktion.

Fig. 1 zeigt schematisch den prinzipiellen Aufbau einer ersten Ausführungsform eines pyrotechnischen Sicherungselements. Dieses besteht aus einem Gehäuse 1, vorzugswei­ se in Form eines Metallröhrchens, das in seinen Endbereichen 2 einfach zusammenge­ quetscht ist. In den Endbereichen 2 können Querbohrungen vorgesehen sein, um dort das Sicherungselement an eine Stromschiene anschrauben oder Kabelschuhe aufschrau­ ben zu können. Die Endbereiche 2 bilden somit Anschlussbereiche für einen abzusi­ chernden Stromkreis bzw. die Enden eines abzusichernden Leiters. Das Gehäuse 1 ist ganz oder teilweise, locker oder gepresst mit einem deflagrierenden pyrotechnischen Stoff 3, vorzugsweise einem Treibladungspulver, gefüllt. Zumindest Teile der Innen­ wandungen des Gehäuses 1 stehen in Wärmekontakt mit dem pyrotechnischen Stoff 3.

Fließt Strom in Höhe des Nennstroms des Sicherungselements über das Gehäuse 1, so erwärmt sich dieses in Folge der Verlustleistung am Widerstand des Gehäuses 1 so weit, dass die Zündtemperatur des pyrotechnischen Stoffs 3 erreicht und dieser entzün­ det wird. Der pyrotechnische Stoff erzeugt nach seiner Aktivierung einen Gasdruck, durch den das Gehäuse 1 aufgerissen und als Folge der Stromfluss unterbrochen wird.

Für diese Selbstzündefunktion oder Autoignition-Funktion ist keine Aktivierungsvor­ richtung (Zündvorrichtung) und demzufolge kein externes Zündsignal erforderlich.

Falls notwendig, wird der Quetschspalt in den Endbereichen 2 durch ein Material 27 gegen äußere Einflüsse, insbesondere gegen eindringende Feuchtigkeit und Wasser­ dampf, abgedichtet.

Der pyrotechnische Stoff kann aus einer oder mehreren Komponenten bestehen. Bei­ spielsweise kann eine Komponente mit niedriger Zündtemperatur bzw. niedriger Akti­ vierungsenergie verwendet werden, um damit eine weitere (Haupt-) Komponente anzu­ zünden, deren Verbrennungsgase dann letztendlich das Gehäuse zerstören. Damit ist es möglich, das Gemisch bereits bei sehr niedrigen Temperaturen zu zünden und so ein mit dem Sicherungselement zu schützendes Kabel optimal belasten zu können. Für die Hauptkomponente kann daher ein Stoff gewählt werden, der erst bei sehr hohen Tempe­ raturen zündet. Dies ist besonders vorteilhaft, da derartige Stoffe in der Regel eine sehr hohe Alterungsbeständigkeit aufweisen. Die Anzündfähigkeit des Gemischs kann daher auch bei langdauernder und/oder relativ hoher Erhitzung des Gehäuses 1 gewährleistet werden.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform ähnlich Fig. 1, wobei zusätzlich ein durch den pyro­ technischen Stoff 3 hindurchgeführter elektrischer Leiter 4, beispielsweise ein Draht oder eine Bandseele, vorgesehen ist. Der Leiter 4 ist mit den Endbereichen 2 des Ge­ häuses 1 verbunden. Der Leiter 4 ist hinsichtlich seines Widerstands so dimensioniert, dass bei Fließen des Nennstroms über die Parallelschaltung des Strompfads über das Gehäuse 1 und den Leiter 4, der Leiter 4 eine Temperatur erreicht, die zum Zünden des Stoffs 3 ausreicht. Infolge der im Vergleich zum Gehäuse geringeren Masse des Leiters 4 weist ein derartiges Sicherungselement eine geringere Trägheit in Bezug auf die Zeit­ verzögerung zwischen einem Erreichen des Nennstroms und dem Aktivierungszeitpunkt des Stoffs 3 auf. Nach dem Zerstören des Gehäuses verbleibt der Leiter 4 zumindest kurzfristig als Strompfad. Ist die Spannung im abzusichernden Stromkreis nach dem Zerstören des Gehäuses so hoch, dass über den Leiter 4 ein sehr hoher Strom fließt, schmilzt der Leiter bzw. brennt durch. Wird für den Leiter ein hitzebeständiges Materi­ al. z. B. Wolfram, gewählt, oder ist die Spannung im abzusichernden Kreis entsprechend niedrig, so wird verbleibt der Leiter dauerhaft im Stromkreis und dient als Strom- Begrenzungswiderstand. Das Gehäuse 1 zerplatzt in diesem Fall also bei Überlast, so dass damit der niederohmige Strompfad zerstört ist, der die hohen Kurzschlussströme ermöglicht hatte und es verbleibt ein dazu relativ hochohmiger Strompfad, beispielswei­ se zur weiteren Versorgung von wenig Energie verbrauchenden Sicherheitseinrichtun­ gen wie Notbeleuchtung, Funktelefon etc.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines pyrotechnischen Sicherungselements, bei dem zusätzlich eine ansteuerbare Zündfunktion vorgesehen ist. Zusätzlich ist in der Außenwandung des Gehäuses 1 eine umlaufende Schwächung 5 vorgesehen. Diese ermöglicht, die Art des Zerstörens des Gehäuses 1 und gleichzeitig dessen Eigenerwär­ mung bei Stromdurchgang steuern zu können. Je geringer die Wandstärke der Schwä­ chung 5 ist, um so höher wird der Übergangswiderstand in diesem Bereich. Damit wird sich das Gehäuse 1 in diesem Bereich auch stärker erwärmen als in Bereichen mit dik­ kerer Außenwandung. Zugleich kann durch die Schwächung 5 erreicht werden, dass das Gehäuse im Bereich der Schwächung 5 aufgerissen wird.

Fig. 3 zeigt des Weiteren eine ansteuerbare Aktivierungseinrichtung 23, die die ansteu­ erbare Zündfunktion realisiert. Sie besteht aus einem Leiter 23a, der beispielsweise als Glühdraht ausgebildet sein kann und Stromanschlüssen 16 und 19 aufweist. Die beiden Stromanschlüsse sind über die Isolierbuchsen 17 und 18 nach außen geführt. Die Iso­ lierbuchsen 17 und 18 sind zudem selbstabdichtend konzipiert, verhindern also selbstsi­ chernd den Druckverlust hier beim Druckaufbau im Gehäuse 1 nach der Zündung des pyrotechnischen Stoffs 3.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsform ähnlich Fig. 3. Gezeigt ist hier eine andere Formge­ bung des Leiter 23a. Der Leiter 23a kann selbstverständlich auch beliebig geformt sein, beispielsweise auch als ein- oder mehrfach gewendelte Schleifen oder dergleichen.

Gegenüber Fig. 3 ist bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ein Anschlussbereich 2 mit einem Ende des Leiters 23a verbunden, so dass nur eine Durchführung und nur ein externer Anschluß für den innenliegenden Glühdraht verbleibt. Auf diese Weise kann entweder ein Teil des dem Sicherungselement zugeführten Stroms abgezweigt und zur Zündung mittels des Leiters 23a verwendet werden oder es wird über das herausge­ führte Ende des Leiters 23a ein zusätzlicher Zündstrom eingeleitet.

Schließlich Zeit Fig. 4 zusätzlich eine Struktur in der Innenwandung des des Gehäuses 1, deren Aufgabe es ist, die Kontaktfläche der Gehäusewandung mit dem pyrotechni­ schen Stoff 4 zu vergrößern und damit auch die Zündwahrscheinlichkeit weiter zu stei­ gern.

Fig. 5 zeigt die Ausführungsform eines Sicherungselements nach Fig. 1, wobei zusätz­ lich schematisch ein Schutzgehäuse 7 vorgesehen ist. Das Schutzgehäuse 7 schützt die Umgebung des Sicherungselements vor nach außen fliegenden Splittern oder nach au­ ßen abgegebenem Gas oder Gas/Partikelgemisch. Selbstverständlich kann das Schutz­ gehäuse 7 entfallen, wenn das Sicherungselement in ein übergeordnetes Gehäuse einge­ baut ist, beispielsweise in das Gehäuse einer Sicherungsbox oder einer Zentralelektrik.

Je nach Anwendungsfall kann das Schutzgehäuse 7 aus einem harten aber schlagzähen und stromisolierenden Material hergestellt werden oder aus einem weichen, jedoch für schnelle kleine Teilchen plastisch wirkenden Kunststoff, in den sich diese Teilchen dann eingraben und damit "entsorgt" werden.

Fig. 6 zeigt in den Fig. 6a und Fig. 6b zwei weitere Ausführungsformen, die sich für Anwendungsfälle eignen, bei denen sich zumindest ein Kabelanschluss axial bewegen kann. Diese Ausführungsformen weisen ein Gehäuse 1 auf, das zweiteilig ausgebildet ist und aus den Teilen 9 und 40 besteht. Die Gehäuseteile 9, 40 weisen jeweils einen Anschlussbereich 2 auf. Im Gehäuseteil 40, welches im Wesentlichen topfförmig aus­ gebildet ist, ist der pyrotechnischer Stoff 3 angeordnet. Im Gehäuseteil 40 kann wieder­ um eine Schwächung der Außenwandung (nicht dargestellt) vorgesehen sein.

Wird im Bereich einer Schwächung der Außenwandung oder an einer anderen Stelle des Gehäuseteils 40 die Zündtemperatur erreicht, zündet der pyrotechnische Stoff 3. Bei einem bestimmten Überdruck wird sich eine Clinchung 12, die neben der Verbindung der beiden Gehäuseteile auch die Funktion einer Verdämmung für den pyrotechnischen Stoff 3 hat gelöst und beide Gehäuseteile werden auseinander gedrückt. Der Stromkreis wird so unterbrochen.

Weiterhin kann erforderlichenfalls ein Dichtsystem 11 zur Abdichtung für den nicht aktivierten Zustand vorgesehen sein. Die Dichtung für den aktivierten Zustand über­ nimmt in jedem Fall eine selbstliedernd ausgebildete Dichtlippe 14 des Gehäuseteils 9, so dass die Gehäuseteile hier selbstabdichtend sind.

In den beiden Endbereichen bzw. Anschlussbreichen 2 der Gehäuseteile 9, 40 können Querbohrungen 8 vorgesehen sein. Mit diesen kann das Sicherungselement an eine Stromschiene angeschraubt oder einfach ein Kabelschuh mit anhängendem Kabel an­ geflanscht werden. In Folge der Funktion des Sicherungselements nach dieser Ausfüh­ rungsform muss zumindest einer der beiden Anschlussbereiche2 so mit einem elektri­ schen Leiter verbunden sein, dass ein Auseinanderdrücken der Gehäuseteile 9, 40 mög­ lich ist und zudem vorzugsweise ein erneutes Berühren der Gehäuseteile nach einem Auslösen verhindert wird.

Die Ausführungsform nach Fig. 6a zeigt ein Federelement 24, welches dazu dient, die Gehäuseteile vorzuspannen. Hierdurch ist weniger pyrotechnischer Stoff erforderlich. Für ein Auslösen des Sicherungselements ist geringerer Gasdruck erforderlich. Demzufolge wird eine geringere Wucht des Auseinandergehens der beiden Gehäuseteile 9, 40 beim Auslösen des Sicherungselement erzielt.

Fig. 6b zeigt wieder einen elektrischen Leiter 4, der mit dem Anschlussbereich 2 des Gehäuseteils 40 und dem Gehäuseteil 9 verbunden ist. Er erfüllt die bereits zuvor in Verbindung mit Fig. 2 erläuterte Funktion. Anders als bei der Ausführungsform nach Fig. 2 wird er bei einem Auslösen des Sicherungselements jedoch abreißen, wenn er nur so kurz ist, wie in Fig. 6b gezeichnet, oder einfach aus Kontaktierungsbuchsen 25 her­ ausgezogen werden.

Will man eine elektrische Verbindung für Niedrigenergieverbraucher auch nach dem Aktivieren der Sicherung sicherstellen, dann muss hier der Draht gewendelt sein, damit er sich beim Auseinanderfahren der beiden Gehäuseteile längen kann und nicht reißt.

Fig. 7 zeigt Ausschnitte aus Längsschnitten durch die Außenwandung des Gehäuses 1 beliebiger Ausführungsformen im Bereich der Schwächungen 5. Eine im Längschnitt dreieckförmige Schwächung nach Fig. 7a bzw. meherer dreieckförmige Schwächungen nach den Fig. 7c und 7d bringen eine mäßige Erwärmung bei Stromdurchgang. Das Gehäuse 1 reißt an der Stelle mit dem größten Querschnittssprung sehr sauber und voll­ ständig auf.

Im Fall einer rechteckförmigen Schwächung nach Fig. 7b findet die stärkste Eigener­ wärmung bei Stromdurchgang auf, je nach Länge der Nut wird auch die Wärmeleitung in den dickeren Querschnitt verhindert, was die Temperatur mehr als linear ansteigen lässt. Bei Druckbeaufschlagung nach Zündung des pyrotechnischen Stoffs wird der gesamte Steg an beiden Seiten abgeschert und nach außen gedrückt.

Die Mehrschwächungen nach den Fig. 7c und 7d dienen dazu, die Abschaltcharakteri­ stik des Sicherungselements zu beeinflussen: Maßgebliche Faktoren sind hier die Wär­ mekapazität des weniger geschwächten Mittelteils, sowie die Zahl, der Abstand, die Tiefe und Länge der einzelnen Schwächungen. Je nach den vorliegenden Verhältnissen werden sich demnach dort Teile des Gehäuses mehr oder weniger schnell bei sonst gleichem Stromfluss erwärmen und mehr oder weniger schnell die Zündtemperatur des pyrotechnischen Stoffs erreichen.

Fig. 8 zeigt eine perspektivische aufgebrochene Ansicht einer Ausführungsform eines Sicherungselements, bei dem das Gehäuse 1 im Wesentlichen ein hohlzylindrisches Teil 1b umfasst. In den Endbereichen oder Anschlussbereichen 2 des Gehäuses 1 sind stop­ fenartige Verschlusselemente 1a angeordnet, welche die stirnseitigen Öffnungen des hohlzylindrischen Teils 1b dicht verschließen. Die Teile 1a können auch aus isolieren­ dem Material, beispielsweise Kunststoff bestehen. Die stirnseitigen Enden des hohlzy­ lindrischen Teils 1b sind so umgebogen, dass die Teile 1a formschlüssig im hohlzylin­ drischen Teil gehalten sind. Zugleich können in der Innenwandung des hohlzylindri­ schen Teils 1b Vorsprünge 1c vorgesehen sein, um die Teile 1a formschlüssig zu fixie­ ren. Die nach innen gerichteten Stirnseiten der Teile 1a können selbstabdichtend ausge­ bildet sein, beispielsweise über eine Dichtlippe verfügen, die sich von der jeweiligen Stirnseite nach innen erstreckt und welche sich unter dem Druck des durch das pyro­ technische Material 3, das zwischen den Teilen 1a im Gehäuse 1 eingebracht ist, an die Innenwandung des Teils 1b anlegt.

Das Sicherungselement nach Fig. 8 ist so ausgestaltet, dass die zylindrischen An­ schlussbereiche in entsprechende Aufnahmen eines Sicherungs-Aufnahmeelements (nicht dargestellt) aufgenommen und so kontaktiert werden kann.

Die Ausführungsform nach Fig. 8 zeigt ebenfalls einen Leiter 23, der in der zuvor be­ schriebenen Weise ein ansteuerbares Zünden des Sicherungselements ermöglicht.

Es sei erwähnt, dass selbstverständlich alle zuvor in Verbindung mit einzelnen Ausfüh­ rungsformen beschriebenen Merkmale in beliebiger, sinnvoller Weise kombinierbar sind.

Claims (21)

1. Pyrotechnisches Sicherungselement

• a) mit einem aus elektrisch leitfähigem Material bestehenden geschlossenem Gehäuse (1), in welchem ein Explosivstoff vorgesehen ist,
• b) wobei das Gehäuse zwei Anschlussbereiche zur elektrischen Kontaktierung aufweist, welche mittels des elektrisch leitenden Materials des Gehäuses elektrisch verbunden sind,
• c) wobei die elektrische Verbindung der Anschlussbereiche durch das Aktivie­ ren des Explosivstoffs auftrennbar ist, und
• d) wobei das Explosivmaterial als deflagrierender pyrotechnischer Stoff aus­ gebildet ist, das so bemessen und ausgebildet ist, dass die elektrische Ver­ bindung der Anschlussbereiche des Gehäuses in einer vorbestimmten Zeit nach einer Aktivierung des deflagrierenden pyrotechnischen Stoffs aufge­ trennt wird.

2. Sicherungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse eine um den gesamten Umfang seiner Außenwandung verlaufende Schwächung aufweist.

3. Sicherungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse entlang der umlaufenden Schwächung bei einem Aktivieren des deflagrierenden pyrotechnischen Stoffs aufplatzt.

4. Sicherungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass ein Schutzgehäuses vorgesehen ist, das so ausgebildet ist, dass beim Aufplatzen entstehende Splitter abgefangen werden und/oder beim Ak­ tivieren des deflagrierenden pyrotechnischen Stoffs enstehendes Gas oder Gas/Partikelgemisch aufgenommen wird.

5. Sicherungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass das Gehäuse ein im Wesentlichen hohlzylinderförmiges oder topfförmiges Teil umfasst, dessen beide stirnseitigen Öffnungen oder dessen eine stirnseitige Öffnung mittels eines im Wesentlichen stopfenartigen oder kappenar­ tigen Verschlusselements verschlossen sind.

6. Sicherungselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Verschlusselement derart kraft- und/oder formschlüssig und elektrisch mit dem hohlzylinderförmigen oder topfförmigen Teil verbunden ist, dass durch das Aktivieren des deflagrierenden pyrotechnischen Stoffs die mechanische Verbin­ dung zwischen dem Verschlusselement und dem hohlzylinderftirmigen oder topf­ förmigen Teil lösbar und die beiden Teile separierbar sind und so die elektrische Verbindung zwischen dem am hohlzylinderförmigen oder topfförmigen Teil vor­ gesehenen Anschlussbereich und dem am Verschlusselement vorgesehenen An­ schlussbereich auftrennbar ist.

7. Sicherungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass im Gehäuse eine vorgespannte Druckfeder vorgesehen ist, die sich mit einem Ende im hohlzylinderförmigen oder topfförmigen Teil und mit ih­ rem anderen Ende im Verschlusselement abstützt.

8. Sicherungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die umlaufende Schwächung der Außenwandung so ausgebil­ det ist, dass durch den Stromfluss über das Gehäuse in vorbestimmten Bereichen bei einem vorgegebenen Nennstrom eine vorbestimmte Aktivierungstemperatur für den deflagrierenden pyrotechnischen Stoff erzeugbar ist.

9. Sicherungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass in axialer Richtung des Gehäuses gesehen mehrere umlaufen­ de Schwächungen der Außenwandung identischer oder unterschiedlicher Ausge­ staltung vorgesehen sind.

10. Sicherungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der deflagrierenden pyrotechnische Stoff und das Gehäuse so ausgebildet ist, das bei einer vorbestimmten Nennstromstärke eine sichere Akti­ vierung des pyrotechnischen Stoffs durch die Erwärmung des Gehäuses, vor­ zugsweise in vorbestimmten Bereichen, gewährleistet ist.

11. Sicherungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der im Gehäuse vorgesehene deflagrierende pyrotechnische Stoff von einem elektrischen Leiter durchdrungen ist, welcher an seinen beiden Enden jeweils mit einem der Anschlussbereiche verbunden ist, wobei der Leiter so ausgebildet ist, dass durch dessen Erwärmung bei einem vorbestimmten Nenn­ strom der pyrotechnische Stoff aktiviert wird.

12. Sicherungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass zumindest in Teilbereichen der Innenwandung des Gehäuses, welche mit dem deflagrierenden pyrotechnischen Stoff in Berührung stehen, Strukturen vorgesehen sind, die die effektiv mit dem pyrotechnischen Stoff in Be­ rührung stehende Oberfläche vergrößern und/oder so ausgebildet sind, dass in vorbestimmten Bereichen, vorzugsweise an Ecken oder Kanten, lokal höhrere Temperaturen entstehen.

13. Sicherungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass eine ansteuerbare Aktivierungseinrichtung für den deflagrie­ renden pyrotechnischen Stoff vorgesehen ist.

14. Sicherungselement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktie­ vierungseinrichtung einen mit einem Aktivierungsstrom erwärmbaren elektrischen Leiter umfasst.

15. Sicherungselement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende des Leiters isoliert aus dem Gehäuse herausgeführt und das andere Ende mit ei­ nem Anschlussbereich des Gehäuses elektrisch verbunden ist.

16. Sicherungselement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass beide Enden des Leiters isoliert aus dem Gehäuse herausgeführt sind.

17. Sicherungselement nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Leiter mit einem thermisch empfindlichen Stoff beschichtet ist.

18. Sicherungselement nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden des Leiters mittels bei einem Druckaufbau im Gehäuse selbstabdichtend wirkender, elektrisch isolierender Buchsen herausgeführt sind.

19. Sicherungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der deflagrierende pyrotechnische Stoff aus eine erste Kom­ ponente umfasst, die eine höhere Aktivierungstemperatur aufweist, und eine zweite Komponente, die eine niedrigere Aktivierungstemperatur.

20. Sicherungselement nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die erste Komponente eine für die gewünschte Funktionsfähigkeits-Zeitdauer aus­ reichende Alterungsbeständigkeit aufweist, und so bemessen und ausgebildet ist, dass bei einem Aktivieren der ersten Komponente diese allein ausreicht, um die elektrische Verbindung zwischen den Anschlussbereichen zu unterbrechen.

21. Sicherungselement nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierungstemperatur der ersten Komponente höher und die Aktivierungstem­ peratur der zweiten Komponente niedriger liegt als die zumindest von Teilberei­ chen des Gehäuses bei Nennstromstärke oder von der Aktivierungseinrichtung er­ zeugbare Temperatur.