DE102016113156A1

DE102016113156A1 - Trennvorrichtung für eine Energieleitung und Verfahren zur Trennung einer Energieleitung

Info

Publication number: DE102016113156A1
Application number: DE102016113156.3A
Authority: DE
Inventors: David Cacciatore; Wacim Tazarine; Sohejl Rafati
Original assignee: Auto Kabel Management GmbH
Current assignee: Auto Kabel Management GmbH
Priority date: 2016-07-18
Filing date: 2016-07-18
Publication date: 2018-01-18
Anticipated expiration: 2036-07-19
Also published as: MX2019000709A; US20190244777A1; EP3485502A1; US10475609B2; ES2826479T3; CN109564837B; WO2018015032A1; EP3485502B1; DE102016113156B4; CN109564837A

Abstract

Trennvorrichtung für eine Energieleitung mit zumindest einem in einem geschlossenen Zustand der Trennvorrichtung räumlich zwischen einem ersten und einem zweiten Anschlussteil angeordneten Trennmittel, wobei das Trennmittel zumindest ein im geschlossenen Zustand der Trennvorrichtung eine elektrische Verbindung zwischen den Anschlussteilen bildendes Verbindungselement aufweist, wobei das Verbindungselement im geschlossenen Zustand der Trennvorrichtung über eine erste Kontaktstelle mit dem ersten Anschlussteil und über eine zweite Kontaktstelle mit dem zweiten Anschlussteil elektrisch verbunden ist und wobei das Trennmittel derart angeordnet ist, dass eine Durchschlagsspannung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlussteil in einem geöffneten Zustand der Trennvorrichtung größer ist, als zwischen dem ersten Anschlussteil und der ersten Kontaktstelle des Verbindungselements und/oder zwischen dem zweiten Anschlussteil und der zweiten Kontaktstelle des Verbindungselements.

Description

Der Gegenstand betrifft eine Trennvorrichtung für eine Energieleitung, insbesondere eine Kraftfahrzeugenergieleitung, umfassend zumindest ein in einem geschlossenen Zustand der Trennvorrichtung räumlich zwischen einem ersten und einem zweiten Anschlussteil angeordnetes Trennmittel. Darüber hinaus betrifft der Gegenstand ein Verfahren zur Trennung einer Energieleitung.
Die elektrische Absicherung von Energieleitern, insbesondere Kraftfahrzeugenergieleitern, stellt hinsichtlich der Gewährleistung der Sicherheit der Fahrzeuginsassen einen sicherheitsrelevanten Bereich der Kraftfahrzeugtechnologie dar. Insbesondere Kraftfahrzeugenergieleiter die einen hohen Strom führen, wie das Starter- und Generatorkabel, die Hauptbatterieleitung und/oder weitere stromführende Leitungen des Kraftfahrzeugbordnetzes, müssen bei Unfällen schnell von der Fahrzeugbatterie getrennt werden. Wird dies nicht sichergestellt, so können bei Unfällen Kurzschlüsse mit kurzzeitig sehr hohen Strömen auftreten. Die hohen Kurzschlussströme können zur Bildung von Lichtbögen führen. Dies muss zuverlässig unterbunden werden, um die Sicherheit der Fahrzeuginsassen nicht zu gefährden.
Heutzutage werden häufig Trennvorrichtungen verwendet, bei denen die Energieleitungen im Falle eines drohenden Kurzschlusses durch pyrotechnische Trennvorrichtungen durchtrennt werden. Die Trennung der Energieleitungen mit Hilfe der pyrotechnischen Trennvorrichtungen wird in der Regel entweder durch mechanisches Durchtrennen der Energieleitung erreicht oder durch das Herausbeschleunigen eines Bolzens aus einem Zylinder, wobei im geschlossenen Zustand ein Strompfad zwischen dem Bolzen und dem Zylinder gebildet ist, der durch die Trennvorrichtung, z. B. den Bolzen durchtrennt wird.
Nachteilig an den herkömmlich verwendeten pyrotechnischen Trennvorrichtungen ist die Tatsache, dass sich im Moment der Trennung einer stromführenden Leitung Lichtbögen zwischen dem Spalt an der Trennstelle ausbilden können, wodurch die Anschlussteile zumindest zeitweilig elektrisch miteinander verbunden bleiben. Dies ist insbesondere bei Hochvoltanwendungen in Elektro- oder Hybridfahrzeugen häufig der Fall, da hier die Entstehung von Lichtbögen aufgrund der hohen Ströme und Potentialdifferenzen besonders begünstigt ist.
Aus diesen Gründen lag dem Gegenstand die Aufgabe zugrunde, eine Trennvorrichtung für Energieleitungen zur Verfügung zu stellen, die eine sichere Trennung von stromführenden Leitungen selbst bei Hochvoltanwendungen gewährleistet.
Diese Aufgabe wird gegenständlich durch eine Trennvorrichtung für eine Energieleitung gelöst mit zumindest einem in einem geschlossenen Zustand der Trennvorrichtung räumlich zwischen einem ersten und einem zweiten Anschlussteil angeordneten Trennmittel, wobei das Trennmittel zumindest ein im geschlossenen Zustand der Trennvorrichtung eine elektrische Verbindung zwischen den Anschlussteilen bildendes Verbindungselement aufweist, wobei das Verbindungselement im geschlossenen Zustand der Trennvorrichtung über eine erste Kontaktstelle mit dem ersten Anschlussteil und über eine zweite Kontaktstelle mit dem zweiten Anschlussteil elektrisch verbunden ist und wobei das Trennmittel derart angeordnet ist, dass eine Durchschlagsspannung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlussteil in einem geöffneten Zustand der Trennvorrichtung größer ist, als zwischen dem ersten Anschlussteil und der ersten Kontaktstelle des Verbindungselements und/oder zwischen dem zweiten Anschlussteil und der zweiten Kontaktstelle des Verbindungselements.
Die Trennvorrichtung kann dabei derart ausgebildet sein, dass das erste und zweite Anschlussteil stromführende Komponenten einer Kraftfahrzeugenergieleitung sind. Ebenso können das erste und zweite Anschlussteil auch stromführende Komponenten von Energieleitungen anderer Fahrzeuge, von Gebäudeinstallationen, von elektrisch betriebenen Maschinen oder Stellwerken sein. Insbesondere dort, wo hohe Ströme fließen, ist eine gegenständliche Absicherung der Stromkreise sinnvoll. Vorteilhafterweise weist die Trennvorrichtung dazu im geschlossenen Zustand eine Stromtragfähigkeit von über 10 Ampere, vorzugsweise von über 20 Ampere, insbesondere von über 100 Ampere auf.
Ebenso ist überall dort, wo vergleichsweise hohe Spannungen anliegen, eine gegenständliche Absicherung der Stromkreise sinnvoll. Um ein sicheres Trennen beispielsweise auch von Leitungen in Hochspannungsbordnetzen zu gewährleisten, ist die Trennvorrichtung vorteilhafterweise derart gebildet, dass zwischen den Anschlussteilen im geöffneten Zustand eine Potentialdifferenz von mindestens 100 V, vorzugsweise von mindestens 200 V, insbesondere von über 200 V anliegt.
Um in einem geschlossenen Zustand der Trennvorrichtung eine möglichst verlustarme Energieversorgung zu realisieren, können das Verbindungselement sowie die Anschlussteile vorzugsweise aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie einem Kupferwerkstoff oder einem Aluminiumwerkstoff gebildet sein. Hierbei können die Anschlussteile und das Verbindungselement auch aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein. Vorteilhafterweise kann das Material des Verbindungselements oder der Anschlussteile an die jeweiligen Anforderung angepasst werden. Ein Kupferwerkstoff wird im Bereich der Stromübertragung vorzugsweise dort verwendet, wo nur ein begrenzter Bauraum zur Verfügung steht und gleichzeitig hohe Einsatztemperaturen vorliegen sowie hohe mechanische Anforderungen an das Material gestellt werden. Ein Aluminiumwerkstoff wird im Bereich der Stromübertragung überall dort eingesetzt, wo Gewicht oder Kosten eingespart werden sollen.
Das Verbindungselement kann vorzugsweise als Flachleitung gebildet sein. Es versteht sich, dass gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel anstatt Flachleitungen ebenso Rundleitungen eingesetzt werden können. Gleichwohl kann auch eine Kombination von Rund- und Flachleitungen vorgesehen sein. Die Leitungen können aus Vollmaterial gebildet sein.
Es ist erkannt worden, dass bei der Trennung von stromführenden Leitungen eine äußerst effiziente Reduzierung der Wahrscheinlichkeit der Entstehung von Lichtbögen erreicht werden kann, wenn eine stromführende Leitung im Wesentlichen zeitgleich nicht nur an einer, sondern an zwei Trennstellen getrennt wird. Dadurch wird die induzierte Spannung auf beide Trennstellen aufgeteilt, wodurch sich die zu trennende Spannung auf die beiden Trennstellen aufteilt.
Um eine möglichst effiziente Reduzierung der Wahrscheinlichkeit der Entstehung von Lichtbögen zu gewährleisten, wird deshalb vorgeschlagen, dass das Verbindungselement derart an das Trennmittel angeordnet sein kann, dass eine Trennung an zumindest zwei Kontaktstellen im Wesentlichen zeitgleich verläuft.
Hierzu wird vorgeschlagen, dass das Verbindungselement mit dem Trennmittel zumindest formschlüssig, beispielsweise als Nut-Feder oder Schwalbenschwanzverbindung, verbunden sein kann. Vorzugsweise kann das Verbindungselement kraftschlüssig, beispielsweise verkeilt oder verschraubt mit dem Trennmittel verbunden sein. Besonders bevorzugt kann das Verbindungselement stoffschlüssig, insbesondere gelötet, geklebt oder verschweißt mit dem Trennmittel verbunden sein.
Um eine möglichst zeitgleiche Trennung der Anschlussteile von dem Verbindungselement zu gewährleisten, wird vorgeschlagen, dass die Trennvorrichtung vorzugsweise derart gebildet sein kann, dass das Trennmittel zwischen einem geöffneten und einem geschlossenen Zustand der Trennvorrichtung translatorisch und/oder rotatorisch bewegbar ist. Vorteilhafterweise kann dabei die Form des Trennmittels an die Art der Trennung angepasst werden. So kann das Trennmittel bei einer Trennung der Anschlussteile von einem Verbindungselement infolge einer Rotation des Trennmittels in wesentlichen kreisförmig gebildet sein, wohingegen das Trennmittel bei einer Trennung der Anschlussteile von einem Verbindungselement infolge einer Translationsbewegung des Trennelements im wesentlichen mehreckig, insbesondere viereckig gebildet sein kann. Hierdurch wird in Abhängigkeit der Bewegungsart des Trennelements insbesondere der Vorgang der Trennung des Verbindungselements von den Anschlussteilen erleichtert. Auch sind rhombusförmige, trapezförmige, ellipsenförmige oder andere geometrische Formen für das Trennelement möglich.
Durch eine Translations- oder Rotationsbewegung des Trennelementes sowie die vorzugsweise verliersichere Anordnung des Verbindungselementes auf dem Trennmittel kann eine im Wesentlichen zeitgleiche Trennung des Verbindungselements von beiden Anschlussteilen und damit eine Reduzierung der Wahrscheinlichkeit der Entstehung von Lichtbögen bei der Trennung einer stromführenden Leitung erreicht werden.
Um eine einfache und zugleich sichere Initiierung eines Trennvorgangs zu gewährleisten, wird vorgeschlagen, dass die Trennvorrichtung als pyrotechnische Trennvorrichtung gebildet sein kann. Die Trennung kann dabei vorzugsweise durch das Zünden einer Zündpille in einem Zündkanal initiiert werden. Der Zündkanal kann bei einer Ausführungsform mit einem Trennmittel an beispielsweise einer Anschlusslasche angeordnet sein, die zugleich fest mit dem Trennmittel verbunden ist und dieses in einer festen Position hält.
Infolge des durch die Zündung der Zündpille verursachten Impulses kann die Verbindung zwischen dem Zündkanal und der Anschlusslasche getrennt werden. Infolge der Trennung kann das Trennmittel nicht mehr in seiner Position gehalten werden, woraufhin es sich samt dem Verbindungselement um die eigene Achse dreht und das Verbindungselement an einer ersten und zweiten Kontaktstelle von dem ersten und zweiten Anschlussteil trennt.
Ebenso kann der Zündkanal bei einer Ausführungsform einer Trennvorrichtung mit einem Trennelement auch an einen Kolben angeordnet sein, der infolge des durch die Zündung der Zündpille verursachten Impulses derart von dem Zündkanal weg beschleunigt wird, dass das Trennmittel eine Translationsbewegung winklig, vorzugsweise senkrecht zur Verbindungsebene der Anschlussteile und des Verbindungselements erfährt, die zu einer Trennung der Verbindung zwischen dem Zündkanal und der Anschlusslasche führt.
Alternativ zur Trennung durch ein pyrotechnisches Trennmittel kann die Trennung der Anschlussteile von dem Verbindungselement ebenso durch ein Drucklufttrennmittel, ein motorisch gesteuertes Trennmittel, ein hydraulisch gesteuertes Trennmittel oder ein magnetisch gesteuertes Trennmittel erfolgen.
Zudem kann eine Trennung alternativ zu einer Trennung durch eine Bewegung des Trennmittels auch über die Beschleunigung zweier Trennmeißel erfolgen, die im Wesentlichen zeitgleich in Richtung der Kontaktstellen zwischen den Anschlussteilen und dem Verbindungselement beschleunigt werden und die Anschlussteile an diesen Stellen von dem Verbindungselement trennen.
Um eine größere Flexibilität betreffend den Verschiebeweg des Trennmittels der gegenständlichen Trennvorrichtung zu gewährleisten, wird vorgeschlagen, dass die Trennvorrichtung derart gebildet ist, dass das Trennmittel in einem Endzustand der Trennvorrichtung derart angeordnet ist, dass die Durchschlagsspannung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlussteil gleich oder kleiner ist, als zwischen dem ersten Anschlussteil und der ersten Kontaktstelle des Verbindungselements und/oder zwischen dem zweiten Anschlussteil und der zweiten Kontaktstelle des Verbindungselements.
Dies kann im Falle eines runden, vorzugsweise kreisförmigen Trennmittels beispielsweise dadurch realisiert werden, dass das Trennmittel der Trennvorrichtung bei der Trennung um einen Winkel von 45° oder mehr aus der ursprünglichen Position heraus gedreht wird. Alternativ kann dies im Falle eines eckig geformten Trennmittels dadurch realisiert werden, dass die Strecke einer während der Trennung durchgeführten Translationsbewegung größer oder gleich dem Abstand zwischen den beiden Anschlussteilen im geöffneten Zustand der Trennvorrichtung ist.
Um die Entstehung eines Lichtbogens möglichst effizient zu unterdrücken, wird vorgeschlagen, dass das Trennmittel zumindest ein Isolationselement aufweisen kann, welches in einem geöffneten Zustand der Trennvorrichtung räumlich zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlussteil angeordnet ist. Hierbei kann das Isolationselement formschlüssig, vorzugsweise kraftschlüssig, besonders bevorzugt stoffschlüssig mit dem Trennmittel verbunden sein.
In einer Ausführungsform der Trennvorrichtung mit einem runden, vorzugsweise kreisförmigen Trennmittel kann das Isolationselement vorzugsweise teilkreisförmig gebildet- und in einem geschlossenen Zustand der Trennvorrichtung unmittelbar an das Verbindungselement angeordnet sein. Insbesondere bei einer solchen Ausführungsform kann das Trennmittel zumindest zwei in einem geschlossenen Zustand der Trennvorrichtung räumlich zwischen einem ersten und zweiten Anschlussteil angeordnete Isolationselemente aufweisen. Dies gewährleistet nach einer Trennung des Verbindungselementes von den Anschlussteilen ein schnellstmögliches Löschen eines Lichtbogens an beiden Trennstellen.
In einer Ausführungsform der Trennvorrichtung mit einem eckigen Trennmittel kann vorzugsweise nur ein Isolationselement, das vorteilhafterweise rechteckig gebildet ist, in einem geschlossenen Zustand der Trennvorrichtung unmittelbar an dem Verbindungselement angeordnet sein.
Eine besonders einfache Art der Anordnung eines Isolationselements an oder auf einem Trennmittel kann dadurch erreicht werden, dass das Trennmittel vorzugsweise vollständig aus einem Isolationsmaterial gebildet ist. In diesem Fall kann das Trennmittel nur eine Nut oder Ausnehmung für die Aufnahme des Verbindungselements aufweisen und ansonsten vollständig aus einem Isolationsmaterial gebildet sein.
Um ein ausreichend schnelles und sicheres Löschen eines Lichtbogens nach der Trennung einer stromführenden Leitung zu gewährleisten, wird vorgeschlagen, dass das Isolationselement aus einem durchschlagsfesten Isolationsmaterial mit einer geringen elektrischen Leitfähigkeit, vorzugsweise einem Kunststoff, einer Keramik oder einem Harz gebildet sein kann. Hierbei kann das Isolationselement vorzugsweise aus einem Isolationsmaterial mit einer Durchschlagsfestigkeit von zumindest mehr als 5 kV/mm, bevorzugt mehr als 20 kV/mm, besonders bevorzugt mehr als 50 kV/mm gebildet sein und/oder eine spezifische elektrische Leitfähigkeit von zumindest weniger als 10^–5 S·cm^–1, bevorzugt weniger als 10^–10 S·cm^–1, besonders bevorzugt weniger als 10^–15 S·cm^–1 aufweisen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Trennvorrichtung zumindest ein Widerstandselement aufweisen kann, welches unmittelbar nach dem Trennen, die Anschlussteile elektrisch verbindend, zwischen den Anschlussteilen angeordnet ist. Hierbei kann das Widerstandselement formschlüssig, vorzugsweise kraftschlüssig, besonders bevorzugt stoffschlüssig mit dem Trennmittel verbunden sein.
Es ist erkannt worden, dass die Wahrscheinlichkeit der Entstehung von Lichtbögen bei der Trennung von stromführenden Leitungen deutlich reduziert werden kann, wenn die Anschlussteile unmittelbar nach der Trennung zunächst über zumindest ein Widerstandselement elektrisch leitend miteinander verbunden bleiben, und der Strom dadurch zunächst reduziert wird, um abschließend tatsächlich vollständig getrennt zu werden. Der Stromfluss zwischen den Anschlussteilen wird zunächst lediglich begrenzt, bevor zur vollständigen Trennung zumindest ein räumlich zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlussteil angeordnetes Isolationselement den Stromfluss im Wesentlichen vollständig unterbindet. Diese Anordnung entspricht einem zweistufigen Schalten und verringert das Risiko der Entstehung eines Lichtbogens dadurch, dass zusätzlich zu einer verringerten Induktionsspannung die jeweilige Stromänderung über die Zeit (di/dt) verringert wird.
Um einen Stromfluss zwischen den Anschlussteilen möglichst effizient zu reduzieren, wird vorgeschlagen, dass das Widerstandselement aus einem Material mit einer niedrigen spezifischen elektrischen Leitfähigkeit von zumindest weniger als 10² S·cm^–1, bevorzugt weniger als 10^–1 S·cm^–1, besonders bevorzugt weniger als 10^–4 S·cm^–1 gebildet sein kann.
In einer Ausführungsform der Trennvorrichtung mit einem runden vorzugsweise kreisförmigen Trennmittel kann das Widerstandselement vorzugsweise teilkreisförmig gebildet- und in einem geschlossenen Zustand der Trennvorrichtung unmittelbar an dem Verbindungselement angeordnet sein. Insbesondere bei einer solchen Ausführungsform kann das Trennmittel zumindest zwei in einem geschlossenen Zustand der Trennvorrichtung räumlich zwischen einem ersten und zweiten Anschlussteil angeordnete Widerstandselemente aufweisen. Dies gewährleistet nach einer Trennung des Verbindungselements von den Anschlussteilen ein schnellstmögliches Reduzieren des Stromflusses an den Trennstellen.
In einer Ausführungsform der Trennvorrichtung mit einem eckigen Trennmittel kann auch nur ein Widerstandselement angeordnet sein, das vorteilhafterweise rechteckig gebildet und in einem geschlossenen Zustand der Trennvorrichtung unmittelbar an dem Verbindungselement angeordnet sein kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Trennvorrichtung zumindest zwei Widerstandselemente aufweisen kann, welche vorzugsweise aus unterschiedlichen Materialien mit einer unterschiedlichen spezifischen elektrischen Leitfähigkeit gebildet sein können.
Vorzugsweise können die Widerstandselemente dabei unmittelbar nach einer Trennung derart zwischen den Anschlussteilen angeordnet werden, dass eine Stromänderung über die Zeit (di/dt) infolge der Trennung einer stromführenden Leitung möglichst gering ist.
Dies kann im Falle einer Ausführungsform der Trennvorrichtung mit einem kreisförmigen Trennmittel beispielsweise dadurch erreicht werden, dass zwei teilkreisförmig gebildete Widerstandselemente, die sich in ihrer spezifischen elektrischen Leitfähigkeit unterscheiden, derart auf dem Trennmittel angeordnet sind, dass nach der Trennung einer elektrischen Verbindung zwischen den Anschlussteilen und dem Verbindungselement infolge einer Drehung des Trennmittels, eine elektrische Verbindung zwischen den Anschlussteilen über die beiden Widerstandselemente hergestellt wird, wobei die beiden Widerstandselemente entlang der Bewegungsrichtung des Trennmittels einen Widerstandsgradienten bilden, so dass mit zunehmendem Drehwinkel der elektrische Widerstand zwischen den Anschlussteil zunimmt.
Im Falle einer Ausführungsform der Trennvorrichtung mit einem rechteckigen Trennmittel können zwei Widerstandselemente mit einer unterschiedlichen spezifischen elektrischen Leitfähigkeit vorzugsweise derart angeordnet sein, dass das Widerstandselement mit der höheren spezifischen elektrischen Leitfähigkeit nach einer Trennung der Trennvorrichtung zuerst zwischen dem ersten und zweiten Anschlussteil angeordnet sind, bevor dann das Widerstandselement mit der niedrigeren spezifischen elektrischen Leitfähigkeit zwischen den Anschlussteilen angeordnet ist. Auch hierdurch wird ein Widerstandsgradient in Bewegungsrichtung des Trennmittels realisiert.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass mehr als zwei Widerstandselemente, die sich in ihrer spezifischen elektrischen Leitfähigkeit unterscheiden, auf oder an dem Trennmittel, insbesondere in Form einer Beschichtung mit einem Widerstandsmaterial, das einen Widerstandsgradienten bildet, angeordnet sind. Dies ermöglicht eine Trennung einer stromführenden Leitung mit einem in Bewegungsrichtung zunehmenden Widerstand und reduziert dadurch den Stromgradienten und mithin die Wahrscheinlichkeit der Entstehung eines Lichtbogens bei der Trennung einer stromführenden Leitung erheblich.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Trennvorrichtung zumindest zwei elektrisch seriell geschaltete Trennmittel aufweist, wobei die Trennmittel vorzugsweise räumlich voneinander getrennt über Verbindungsmittel miteinander verbunden sind.
Das Prinzip der Minimierung der Wahrscheinlichkeit der Entstehung eines Lichtbogens bei der Trennung einer stromführenden Leitung kann dadurch weiter optimiert werden, dass durch eine Erhöhung der Anzahl der Trennstellen – ein im Wesentlichen zeitgleiches Öffnen der Trennstellen vorausgesetzt – die durch die Stromänderung induzierte Spannung auf mehrere Trennstellen aufgeteilt wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass in einer parallelen Anordnung ein erstes und zweites Anschlussteil im geschlossenen Zustand der Trennvorrichtung über zwei Verbindungselemente an einer ersten und zweiten Kontaktstelle sowie einer dritten und vierten Kontaktstelle elektrisch miteinander verbunden- und infolge einer Rotations- oder Translationsbewegung des Trennmittels im Wesentlichen zeitgleich voneinander getrennt werden können.
Hierdurch kann das Prinzip der Minimierung der Wahrscheinlichkeit der Entstehung eines Lichtbogens bei der Trennung einer stromführenden Leitung weiter optimiert werden, da durch die parallele Anordnung zweier Verbindungselemente und ein im Wesentlichen zeitgleiches Öffnen von jeweils zwei parallel angeordneten Trennstellen nicht nur die induzierte Spannung, sondern auch der Stromfluss in jeder der Trennstellen gegenüber nur einer Trennstelle halbiert wird.
Es versteht sich, dass sämtliche Ausführungsformen und Beispiele einer seriellen Anordnung einer Trennvorrichtung genauso auf eine parallele Anordnung einer Trennvorrichtung übertragbar sind. Dementsprechend kann die Wahrscheinlichkeit der Entstehung eines Lichtbogens bei der Trennung einer stromführenden Leitung auch in der parallelen Ausführungsform durch die zusätzliche Integration von Widerstandselementen in Form eines Widerstandsgradienten weiter reduziert werden.
Um eine elektrische Isolierung zu gewährleisten, wird vorgeschlagen, dass die Trennvorrichtung in einem Gehäuse angeordnet sein kann. So kann erreicht werden, dass bei einer Trennung einer stromführenden Leitung, trotz der Bildung eines Lichtbogens, kein Überschlag auf die Umgebung stattfindet.
Das Gehäuse kann dabei vorzugsweise aus einem durchschlagsfesten Material mit einer geringen spezifischen elektrischen Leitfähigkeit, insbesondere einem Kunststoff, einer Keramik oder einem Harz gebildet sein.
Ein weiterer Gegenstand ist ein Verfahren zur Trennung einer Energieleitung bei dem zumindest ein Trennsignal empfangen wird, bevor zumindest ein Signal, insbesondere ein Steuersignal zum Zünden einer Zündpille ausgelöst wird, derart, dass die elektrische Verbindung zwischen einem an einem Trennmittel angeordneten Verbindungselement und einem ersten Anschlussteil an einer ersten Kontaktstelle und zwischen dem Verbindungselement und einem zweiten Anschlussteil an einer zweiten Kontaktstelle derart getrennt wird, dass eine Durchschlagsspannung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlussteil im getrennten Zustand der Trennvorrichtung größer ist, als zwischen dem ersten Anschlussteil und der ersten Kontaktstelle des Verbindungselements und/oder zwischen dem zweiten Anschlussteil und der zweiten Kontaktstelle des Verbindungselements.
Das Verfahren zur Trennung einer Energieleitung kann dabei vorzugsweise derart ausgeführt werden, dass eine Trennung der Trennmittel an zumindest zwei Kontaktstellen im Wesentlichen zeitgleich verläuft.
Um die Fahrzeuginsassen eines Kraftfahrzeugs bei einem Unfall zuverlässig und auf zugleich einfache Art und Weise vor einem Kurzschluss einer stromführenden Leitung zu schützen, kann das Verfahren zur Trennung einer Energieleitung, insbesondere das Trennsignal vorzugsweise an das Auslösen eines Airbag-Steuersignals gekoppelt sein.
Alternativ oder Kumulativ zur Kopplung des gegenständlichen Verfahrens an ein Airbag-Steuersignal, kann das Verfahren auch an das Verhalten anderer Fahrzeugkomponenten, wie beispielsweise an das Verhalten des Gurtstraffers, des Gurtkraftbegrenzers oder des Überrollbügels gekoppelt sein.
Insbesondere kann das gegenständliche Verfahren auch an Signale von Crash- oder Aufprallsensoren gekoppelt sein.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass das Trennsignal von einem Sensor, vorzugsweise einem Reed-Sensor, einem Hall-Sensor oder einem Induktionssensor empfangen wird.
Um das Trennsignal störungsfrei und sicher übertragen zu können, kann das Trennsignal vorzugsweise galvanisch von dem Stromkreis getrennt übertragen werden. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass der Sensor elektrisch isoliert beispielsweise an einem Gehäuse der Trennvorrichtung angeordnet ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zur Trennung einer Energieleitung vorgeschlagen, bei dem neben der Trennung einer elektrischen Verbindung, insbesondere im Wesentlichen zeitgleich mit der Trennung einer elektrischen Verbindung eine elektrische Verbindung hergestellt wird, welche die Entladung von gespeicherter elektrischer Energie, insbesondere die Entladung einer Zwischenkreisspannung aus einem Zwischenkreiskondensator ermöglicht.
Es ist erkannt worden, dass insbesondere beim Trennen von stromführenden Leitungen der Hochspannungsbordnetze von Elektro- oder Hybridfahrzeugen, welche Zwischenstromkreise mit Zwischenkreiskondensatoren aufweisen, dafür gesorgt werden muss, auch diese Stromkreise bei einer Trennung der stromführenden Leitungen zu entladen, um die Gefährdung der Personen durch Hochspannung zu vermeiden.
Nachfolgend wird der Gegenstand anhand einer Ausführungsbeispiele zeigenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1a eine Trennvorrichtung für eine Energieleitung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einem geschlossenen Zustand;
1b die Trennvorrichtung gemäß 1a in einem geöffneten Zustand;
1c eine Trennvorrichtung für eine Energieleitung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel mit einem zweiteiligen Trennmittel in einem geschlossenen Zustand;
1d die Trennvorrichtung gemäß 1c in einem geöffneten Zustand;
2a eine Trennvorrichtung für eine Energieleitung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in einem geschlossenen Zustand;
2b die Trennvorrichtung gemäß 2a in einem geöffneten Zustand;
3a eine Trennvorrichtung für eine Energieleitung in einer zweistufigen Ausführung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einem geschlossenen Zustand;
3b die Trennvorrichtung gemäß 3a in einem unmittelbar nach der Trennung liegenden Zustand;
3c die Trennvorrichtung gemäß 3a, b in einem geöffneten Zustand;
4a eine Trennvorrichtung für eine Energieleitung in einer zweistufigen Ausführung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in einem geschlossenen Zustand;
4b die Trennvorrichtung gemäß 4a in einem unmittelbar nach der Trennung liegenden Zustand;
4c die Trennvorrichtung gemäß 4a, b in einem geöffneten Zustand;
5a eine Trennvorrichtung für eine Energieleitung in einer parallelen Anordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einem geschlossenen Zustand;
5b die Trennvorrichtung gemäß 5a in einem geöffneten Zustand;
6a eine Trennvorrichtung für eine Energieleitung in einer parallelen Anordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in einem geschlossenen Zustand;
6b die Trennvorrichtung gemäß 6a in einem geöffneten Zustand;
7a eine Trennvorrichtung für eine Energieleitung in einer parallelen Anordnung und einer zweistufigen Ausführung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einem geschlossenen Zustand;
7b die Trennvorrichtung gemäß 7a in einem unmittelbar nach der Trennung liegenden Zustand;
7c die Trennvorrichtung gemäß 7a, b in einem geöffneten Zustand;
8a eine Trennvorrichtung für eine Energieleitung in einer parallelen Anordnung und einer zweistufigen Ausführung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in einem geschlossenen Zustand;
8b die Trennvorrichtung gemäß 8a in einem unmittelbar nach der Trennung liegenden Zustand;
8c die Trennvorrichtung gemäß 8a, b in einem geöffneten Zustand;
9a eine Trennvorrichtung für eine Energieleitung zur gleichzeitigen Trennung und Herstellung einer elektrischen Verbindung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einem Anfangszustand;
9b die Trennvorrichtung gemäß 9a in einem Endzustand;
Nach Möglichkeit wurden in den Zeichnungen für gleiche Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet.
1a zeigt eine Trennvorrichtung für eine Energieleitung 1 in einem geschlossenen Zustand. In diesem Zustand sind ein erstes Anschlussteil 2 und ein zweites Anschlussteil 4 über ein Verbindungselement 8 an einer ersten und einer zweiten Kontaktstelle 10a, 10b elektrisch miteinander verbunden. Das Verbindungselement 8 ist auf oder an einem Trennmittel 6 angeordnet. An dem Trennmittel 6 ist eine Anschlusslasche 12' befestigt, die an einen – eine Zündpille 14 aufweisenden – Zündkanal 12 angeordnet ist.
Das Verbindungselement 8 sowie die Anschlussteile 2, 4 können vorzugsweise aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie einem Kupferwerkstoff oder einem Aluminiumwerkstoff gebildet sein. Hierbei können die Anschlussteile 2, 4 und das Verbindungselement 8 auch aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein.
Das Verbindungselement 8 kann vorzugsweise als Flachleitung gebildet sein. Es versteht sich, dass gemäß einer anderen Variante anstatt Flachleitungen ebenso Rundleitungen eingesetzt werden können. Gleichwohl kann auch eine Kombination von Rund- und Flachleitungen vorgesehen sein. Das Verbindungselement 8 kann vorzugsweise auf dem Trennmittel 6 angeordnet sein. Das Verbindungselement 8 ist vorzugsweise eine metallische Leiterbahn, die vorzugsweise in einer Nut oder Ausnehmung an dem Trennmittel 6 angeordnet ist.
Wie in 1a dargestellt, ist das Trennmittel 6 ein kreisförmiges Bauteil, das vorzugsweise drehbar gelagert sein kann. Vorteilhafterweise kann das Trennmittel 6 aus einem elektrischen Isolator, vorzugsweise einem Kunststoff oder einer Keramik gebildet sein. Das Trennmittel 6 kann dabei insbesondere nutförmige oder teilkreisförmige Ausnehmungen aufweisen in die das Verbindungselement 8 eingesetzt werden kann. So kann in einem geschlossenen Zustand der Trennvorrichtung 1 beispielsweise eine elektrische Verbindung zwischen einem ersten und einem zweiten Anschlussteil 2, 4 über das Verbindungselement 8 hergestellt sein.
Die Kontaktstellen 10a, 10b können vorteilhafterweise in Form von Materialverjüngungen aufweisenden Sollbruchstellen gebildet sein. Hierzu können im geschlossenen Zustand der Trennvorrichtung 1 beispielsweise die Materialquerschnitte in den entsprechenden Kontaktbereichen 10a, 10b zwischen den Anschlussteilen 2, 4 und dem Verbindungselement kleiner sein, als an den Anschlussteilen 2, 4 und/oder dem Verbindungelement 8. Vorzugsweise können die Kontaktbereiche 10a, 10b auch aus einem Material gebildet sein, das einerseits eine geringe Materialfestigkeit aufweist, andererseits eine hohe Stromtragfähigkeit besitzt.
Die an dem Zündkanal 12 angebrachte Anschlusslasche 12' kann ebenfalls eine Sollbruchstelle aufweisen, die vorzugsweise an der Kontaktstelle zwischen Anschlusslasche 12' und Zündkanal 12 angeordnet sein kann.
1b zeigt die Trennvorrichtung für eine Energieleitung 1 aus 1a in einem geöffneten Zustand. Hier sind die beiden Anschlussteile 2, 4 nun nicht mehr über das Verbindungselement 8 miteinander verbunden, sondern sind in Folge einer Drehung des Trennmittels 6 elektrisch voneinander getrennt. Aus 1b ist ersichtlich, dass die Anschlusslasche 12' durch das Auslösen der Zündpille 14 von dem Zündkanal 12 getrennt wurde und das Trennmittel 6 somit nicht mehr in seiner ursprünglichen Position gehalten werden konnte. Durch die dargestellte Drehung des Trennmittels 6 um einen Winkel von ca. 20–25° entgegen dem Uhrzeigersinn wurde das Verbindungselement 8 an der ersten und zweiten Kontaktstelle 10a, 10b von dem ersten und zweiten Anschlussteil 2, 4 getrennt. Es versteht sich, dass gemäß einer anderen Variante anstatt einer Drehung gegen den Uhrzeigersinn ebenso auch eine Drehung im Uhrzeigersinn erfolgen kann.
Durch die in 1a, b dargestellte Ausführungsform ist es möglich, den Strompfad an zwei unterschiedlichen, voneinander entfernt angeordneten Kontaktstellen 10a, 10b im Wesentlichen zeitgleich zu trennen, womit die induzierte Spannung auf beide Trennstellen aufgeteilt wird. Infolgedessen ist die Wahrscheinlichkeit der Entstehung von Lichtbögen deutlich reduziert.
1c zeigt eine Trennvorrichtung für eine Energieleitung 1 mit einem zweiteiligen Trennmittel 6 in einem geschlossenen Zustand. In diesem Zustand sind ein erstes Anschlussteil 2 und ein zweites Anschlussteil 4 über ein Verbindungselement 8 sowie zwei weitere Verbindungsstücke 10c, 10c' elektrisch miteinander verbunden. Die Verbindungsstücke 10c, 10c' sind dabei jeweils auf dem ersten Trennmittelabschnitt 6a des Trennmittels 6 angeordnet und an jeweils einer ersten Kontaktstelle 10a bzw. 10b mit dem ersten bzw. dem zweiten Anschlussteil 2, 4 elektrisch verbunden. Darüber hinaus sind die Verbindungsstücke 10c, 10c' an jeweils einer zweiten Kontaktstelle 10a' bzw. 10b' jeweils mit dem Verbindungselement 8 elektrisch verbunden, das auf dem zweiten Trennmittelabschnitt 6b des Trennmittels 6 angeordnet ist. Entsprechend der Anordnung der Trennvorrichtung gemäß den 1a, b ist zudem auch in der Ausführung mit zweiteiligem Trennmittel eine Anschlusslasche 12' vorgesehen, die einerseits an einen – eine Zündpille 14 aufweisenden – Zündkanal 12 und andererseits an dem Trennmittelabschnitt 6a des Trennmittels 6 befestigt ist.
1d zeigt die Trennvorrichtung für eine Energieleitung 1 aus 1c in einem geöffneten Zustand. Hier sind die beiden Anschlussteile 2, 4 nun nicht mehr über das Verbindungselement 8 sowie die beiden Verbindungsstücke 10c, 10c' elektrisch miteinander verbunden, sondern liegen in Folge einer Drehung des ersten Trennmittelabschnitts 6a elektrisch voneinander getrennt vor. Aus 1d ist zu erkennen, dass die Anschlusslasche 12' auch in der Ausführung mit zweiteiligem Trennmittel durch das Auslösen der Zündpille 14 von dem Zündkanal 12 getrennt wurde. Im Gegensatz zur Trennvorrichtung mit einteiligem Trennmittel gemäß den 1a, b ändert sich hier jedoch ausschließlich die Position des ersten Trennmittelabschnitts 6a und nicht des gesamten Trennmittels 6. Infolge des Auslösens der Zündpille wird die dargestellte Drehung des ersten Trennmittelabschnitts 6a um einen Winkel von ca. 20–25° verursacht, wodurch die Verbindungsstücke 10c, 10c' zwischen dem ersten Anschlussteil 2 und dem Verbindungselement 8 an den Kontaktstellen 10a und 10a' bzw. dem zweiten Anschlussteil und dem Verbindungselement 8 an den Kontaktstellen 10b und 10b' getrennt werden.
Durch die in 1c, d dargestellte Ausführungsform ist es möglich, den Strompfad nicht nur an zwei, sondern an vier unterschiedlichen, voneinander entfernt angeordneten Kontaktstellen 10a, 10a', 10b, 10b' im Wesentlichen zeitgleich zu trennen, womit die induzierte Spannung nicht nur auf zwei, sondern auf vier Trennstellen aufgeteilt wird. Infolgedessen ist die Wahrscheinlichkeit der Entstehung von Lichtbögen gegenüber der Trennvorrichtung mit einteiligem Trennmittel gemäß den 1a, b weiter reduziert. 2a zeigt eine Trennvorrichtung für eine Energieleitung 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform in einem geschlossenen Zustand. Auch hier sind ein erstes Anschlussteil 2 und ein zweites Anschlussteil 4 über ein Verbindungselement 8 an einer ersten und einer zweiten Kontaktstelle 10a, 10b elektrisch miteinander verbunden. Im Gegensatz zur Ausführungsform gemäß den 1a, b ist das Trennmittel 6, auf dem das Verbindungselement 8 angeordnet ist, rechteckig gebildet. Auch gemäß dem Ausführungsbeispiel aus den 2a, b ist eine Zündpille 14 in einem Zündkanal 12 angeordnet, jedoch ist nicht wie in den 1a, b vorgeschlagen, eine Anschlusslasche an den Zündkanal 12 befestigt, sondern es ist ein Bolzen 16' an dem Zündkanal 12 angeordnet.
Das Trennmittel 6 sowie der Bolzen 16' können dabei wie in 2 dargestellt, durch eine seitliche Begrenzung 16 in ihrer Position gehalten werden, um einer Bewegung des Bolzens 16' und des Trennmittels 6 im Wesentlichen senkrecht zur Hauptbewegungsrichtung vorzubeugen.
Die Hauptbewegungsrichtung des Bolzens 16' ist aus 2b ersichtlich, welche die Trennvorrichtung für eine Energieleitung 1 aus 2a in einem geöffneten Zustand darstellt. Hier sind die beiden Anschlussteile 2, 4 nun nicht mehr über das Verbindungselement 8 miteinander verbunden, sondern sind in Folge einer Bewegung des Trennmittels 6 winklig, vorzugsweise senkrecht zur Verbindungsachse der Anschlussteile und dem Verbindungselement 8 voneinander getrennt. Aus 2b ist erkennbar, dass der Bolzen 16' durch das Auslösen der Zündpille 14 von dem Zündkanal 12 weg beschleunigt wird und das Trennmittel 6 aus seiner ursprünglichen Position verschiebt. Durch die dargestellte Translationsbewegung des Trennmittels 6 wurde das Verbindungselement 8 an der ersten und zweiten Kontaktstelle 10a, 10b von dem ersten und zweiten Anschlussteil 2, 4 getrennt. Auch hier erfolgt die Trennung des Strompfades im Wesentlichen zeitgleich.
3a–c zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Trennvorrichtung für eine Energieleitung 1 mit einem zweistufigen Schaltmechanismus.
3a stellt dabei den bereits in 1a gezeigten Aufbau mit einem drehbaren Trennelement 6 dar, bei dem ein erstes und zweites Anschlussteil 2, 4 über ein Verbindungselement 8 elektrisch miteinander verbunden sind. Ein Unterschied ist jedoch, dass das Trennmittel 6 gemäß der Ausführung aus 3a zumindest zwei Widerstandselemente 18a, b aufweist, die teilkreisförmig auf dem Trennmittel 6 angeordnet sind.
Die Widerstandselemente können vorzugsweise aus einem Material mit einer geringen spezifischen elektrischen Leitfähigkeit von weniger als 10² S·cm^–1, bevorzugt weniger als 10^–1 S·cm^–1, besonders bevorzugt weniger als 10^–4 S·cm^–1 gebildet sein. Die Widerstandselemente können, insbesondere gelötet, geklebt oder verschweißt mit dem Trennmittel 6 verbunden sein. Ebenso können die Widerstandselemente auch formschlüssig, insbesondere als Nut-Feder oder Schwalbenschwanzverbindung mit dem Trennmittel 6 verbunden sein. Es können auch mehr als nur zwei Widerstandselemente auf dem Trennmittel 6 angeordnet sein, die vorzugsweise aus verschiedenen Materialien mit jeweils unterschiedlichen spezifischen elektrischen Leitfähigkeit gebildet sein können.
3b zeigt eine Zwischenform zwischen einem geschlossenen Zustand der Trennvorrichtung 1 gemäß 3a und einem geöffneten Zustand gemäß 3c unmittelbar nach der Trennung der Anschlussteile 2, 4 von dem Verbindungselement 8. Hier sind die beiden Anschlussteile 2, 4 nun nicht mehr über das Verbindungselement 8 elektrisch miteinander verbunden, sondern werden in Folge einer Drehung des Trennmittels 6 nunmehr zumindest teilweise über die Widerstandselemente 18a, b elektrisch miteinander verbunden. Die Drehung des Trennmittels 6 erfolgt – wie aus 3b ersichtlich – durch das Auslösen einer Zündpille 14 und das damit verbundene Trennen der Anschlusslasche 12' von dem Zündkanal 12. Infolge der dargestellten Drehung des Trennmittels 6 um einen Winkel von ca. 10–15° entgegen dem Uhrzeigersinn wurde das Verbindungselement 8 an der ersten und zweiten Kontaktstelle 10a, 10b von dem ersten und zweiten Anschlussteil 2, 4 getrennt, wobei hier jedoch weiterhin zumindest teilweise über die Widerstandselemente 18a, b eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Anschlussteil gebildet ist.
Wie bereits erwähnt, können auch mehr als nur zwei Widerstandselemente 18a, b auf dem Trennmittel 6 angeordnet sein, die vorzugsweise aus verschiedenen Materialien mit jeweils unterschiedlichen spezifischen elektrischen Leitfähigkeiten gebildet sein können. Es ist erkannt worden, dass die Entstehung eines Lichtbogens bei der Trennung einer stromführenden Leitung möglichst effizient dadurch unterbunden werden kann, dass Widerstandselemente einen Widerstandgradienten in Bewegungsrichtung bildend auf dem Trennmittel 6 angeordnet sind. Durch diese Art der Anordnung kann anstatt einer abrupten Trennung einer Energieleitung eine sanftere Trennung einer Energieleitung realisiert werden, bei der ein geringerer Stromgradient vorliegt, was der Entstehung von Lichtbögen entgegenwirkt.
Die beiden teilkreisförmigen Bereiche aus den 3a–c können dabei beispielsweise jeweils aus drei verschiedenen Widerstandselementen gebildet sein, die derart angeordnet sind, dass jeweils die beiden Widerstandselemente mit der höchsten spezifischen elektrischen Leitfähigkeit der insgesamt sechs Widerstandselemente infolge einer Drehung des Trennmittels 6 unmittelbar nach einer Trennung der Trennvorrichtung 1 als erstes zumindest teilweise zwischen den beiden Anschlussteilen angeordnet sind. Bei einer weiteren Drehung oder der Fortführung einer Drehung können daraufhin beispielsweise jeweils die beiden Widerstandselemente mit der nächstgrößeren spezifischen elektrischen Leitfähigkeit zumindest teilweise zwischen den beiden Anschlussteilen angeordnet sein. Zuletzt können schließlich bei einer letzten Drehung oder der weiteren Fortführung einer Drehung beispielsweise jeweils die beiden Widerstandselemente mit der niedrigsten spezifischen elektrischen Leitfähigkeit zumindest teilweise zwischen den beiden Anschlussteilen angeordnet sein.
3c stellt die Trennvorrichtung für eine Energieleitung 1 gemäß den 3a, b nach einer weiteren oder der Fortführung einer Drehung um einen Winkel von weiteren ca. 10–15° in einem geöffneten Zustand dar, bei dem die beiden Anschlussteile 2, 4 nun weder über das Verbindungselement 8, noch zumindest teilweise über die Widerstandselemente 18a, b elektrisch miteinander verbunden sind.
Durch die in den 3a–c dargestellte Ausführungsform ist es über die Generierung eines geringeren Stromgradienten durch die Verwendung von Widerstandselementen möglich, die Wahrscheinlichkeit der Entstehung von Lichtbögen gegenüber der Ausführungsform gemäß den 1a, b noch weiter zu reduzieren.
Die 4a–c zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel einer Trennvorrichtung für eine Energieleitung 1 mit einem zumindest zweistufigen Schaltmechanismus. 4a zeigt dabei den bereits in 2a gezeigten Aufbau mit einem rechteckigen Trennmittel 6, bei dem ein erstes und zweites Anschlussteil 2, 4 über ein Verbindungselement 8 elektrisch miteinander verbunden sind. Ein Unterschied ist jedoch, dass das Trennmittel 6 gemäß der Ausführung aus 4a ein Widerstandselement 18 aufweist, das auf oder an dem Trennmittel 6 angeordnet ist.
4b zeigt einen Zustand zwischen einem geschlossenen Zustand der Trennvorrichtung 1 gemäß 4a und einem geöffneten Zustand gemäß 4c unmittelbar nach der Trennung der Anschlussteile 2, 4 von dem Verbindungselement 8. Hier sind die beiden Anschlussteile 2, 4 nun nicht mehr über das Verbindungselement 8 elektrisch miteinander verbunden, sondern werden in Folge einer Translationsbewegung des Trennmittels 6 über das Widerstandselement 18 elektrisch miteinander verbunden. Die Translationsbewegung des Trennmittels 6 senkrecht zur Verbindungsachse der Anschlussteile und dem Verbindungselement erfolgt – wie aus 4b ersichtlich – durch das Auslösen einer Zündpille 14 und das damit verbundene Herausbeschleunigen des Bolzens 16' von dem Zündkanal 12 weg.
Es versteht sich, dass auch in der Ausführungsform gemäß den 4a–c mehr als nur ein Widerstandselement auf dem Trennmittel 6 angeordnet sein kann, die vorzugsweise aus verschiedenen Materialien mit jeweils unterschiedlichen spezifischen elektrischen Leitfähigkeit gebildet sein können. Somit ist auch in dieser Ausführungsform eine Anordnung möglich, welche die Wahrscheinlichkeit der Entstehung von Lichtbögen durch eine Reduktion des Stromgradienten weiter reduziert.
4c zeigt die Trennvorrichtung für eine Energieleitung 1 gemäß den 4a, b in einem geöffneten Zustand. Hier sind die beiden Anschlussteile 2, 4 weder über das Verbindungselement 8, noch über das Widerstandselement 18 miteinander elektrisch verbunden.
Die 5a, b zeigen eine Trennvorrichtung für eine Energieleitung 1 in einer parallelen Anordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
5a zeigt einen Aufbau mit einem drehbaren, kreisförmigen Trennmittel 6 in einem geschlossenen Zustand. Gemäß dieser Ausführungsform sind ein erstes und ein zweites Anschlussteil 2, 4 über zwei Verbindungselemente 8a, b an einer ersten und zweiten Kontaktstelle 10a, 10a' sowie einer dritten und vierten Kontaktstelle 10b, 10b' elektrisch miteinander verbunden. Die Verbindungselemente 8a, b sind auf dem Trennmittel 6 angeordnet. Ähnlich der Ausführungsform gemäß den 1a, b ist an dem Trennmittel 6 eine Anschlusslasche 12' befestigt, die an einen – eine Zündpille 14 aufweisenden – Zündkanal 12 angeordnet ist.
Die Verbindungselemente 8a, b können vorzugsweise als Flachleiter gebildet sein. Es versteht sich jedoch, dass die Verbindungselemente 8a, b auch als Rundleiter gebildet sein können. Vorzugsweise können die Verbindungselemente 8a, b im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sein und im Wesentlichen dieselbe Länge und denselben Querschnitt aufweisen. Zudem können die beiden Verbindungselemente 8a, b vorteilhafterweise aus demselben Material gebildet sein.
5b zeigt eine Trennvorrichtung für eine Energieleitung 1 gemäß 5a in einem geöffneten Zustand. Hier sind die beiden Anschlussteile 2, 4 nicht mehr über die Verbindungselemente 8a, b miteinander verbunden, sondern sind in Folge einer Drehung des Trennmittels 6 voneinander getrennt. Entsprechend den Ausführungsformen aus den 1a, b wurde auch hier die Anschlusslasche 12' durch das Auslösen der Zündpille 14 von dem Zündkanal 12 getrennt, womit das Trennmittel 6 nicht mehr in seiner ursprünglichen Position gehalten werden kann. Durch die dargestellte Drehung des Trennmittels 6 um einen Winkel von ca. 20–25° entgegen dem Uhrzeigersinn werden die Verbindungselemente 8a, b an der ersten und zweiten Kontaktstelle 10a, 10a' sowie der dritten und vierten Kontaktstelle 10b, 10b' im Wesentlichen zeitgleich von dem ersten und zweiten Anschlussteil 2, 4 getrennt.
Mit der in 5a, b dargestellte Ausführungsform ist es nicht nur möglich, den Strompfad an zwei unterschiedlichen, voneinander entfernt angeordneten Kontaktstellen 10a, 10b im Wesentlichen zeitgleich zu trennen, sondern durch die parallele Anordnung der Verbindungselemente 8a, b wird zusätzlich ermöglicht, an zwei weiteren, jeweils parallel zu den ersten beiden Trennstellen angeordneten Trennstellen im Wesentlichen zeitgleich zu trennen. Somit kann nicht nur die induzierte Spannung auf zwei Trennstellen aufgeteilt, sondern zusätzlich auch der Strom, der über die Trennstellen fließt, halbiert werden. Infolgedessen ist der zu schaltende Strom nur halb so groß, wie bei der seriellen Anordnung aus den 1a, b oder 2a, b, was die Wahrscheinlichkeit der Entstehung von Lichtbögen bei der Trennung einer stromführenden Leitung weiter reduziert. Die parallele Anordnung mit kreisförmigem Trennmittel gemäß den 5a, b lässt sich zudem auch entsprechend der Ausführung mit zweiteiligem Trennmittel gemäß den 1c, d ausführen, wodurch die Wahrscheinlichkeit der Entstehung von Lichtbögen bei der Trennung einer stromführenden Leitung weiter reduziert werden kann. 6a zeigt einen Aufbau einer Trennvorrichtung für eine Energieleitung 1 in einer parallelen Anordnung und einem rechteckigen Trennmittel 6 in einem geschlossenen Zustand. Gemäß dieser Ausführungsform sind ein erstes und ein zweites Anschlussteil 2, 4 über zwei Verbindungselemente 8a, b an einer ersten und zweiten Kontaktstelle 10a, 10a' sowie einer dritten und vierten Kontaktstelle 10b, 10b' elektrisch miteinander verbunden. Die Verbindungselemente 8a, b sind auf dem Trennmittel 6 angeordnet.
6b zeigt die Anordnung aus 6a in einem geöffneten Zustand. Hier sind die beiden Anschlussteile 2, 4 nun nicht mehr über die Verbindungselemente 8a, b miteinander verbunden, sondern sind in Folge einer Translationsbewegung des Trennmittels 6 im Wesentlichen senkrecht zur Verbindungsachse der Anschlussteile und dem Verbindungselement voneinander getrennt. Auch hier erfolgt die Translationsbewegung des Trennmittels 6 über ein Beschleunigen des Bolzens 16' infolge eines Auslösens der Zündpille 14. Durch die dargestellte Translationsbewegung des Trennmittels 6 wird das Verbindungselement an der ersten und zweiten Kontaktstelle 10a, 10b sowie einer dritten und vierten Kontaktstelle 10b, 10b' im Wesentlichen zeitgleich von dem ersten und zweiten Anschlussteil 2, 4 getrennt.
In den 7a–c ist eine Trennvorrichtung für eine Energieleitung 1 in einer parallelen Anordnung und einer zweistufigen Ausführung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt.
7a zeigt einen geschlossenen Zustand, bei dem ein erstes und zweites Anschlussteil 2, 4 über zwei Verbindungselemente 8a, b an einer ersten und zweiten Kontaktstelle 10a, 10a' sowie an einer dritten und vierten Kontaktstelle 10b, 10b' elektrisch miteinander verbunden sind. Die Verbindungselemente sind auf einem drehbaren, kreisförmigen Trennmittel 6 angeordnet. Zudem weist die Trennvorrichtung 1 die Widerstandselemente 18a, b auf, die teilkreisförmig auf dem Trennmittel 6 angeordnet sind. Neben den teilkreisförmig auf dem Trennmittel angeordneten Widerstandselementen weist die Trennvorrichtung in dieser Ausführungsform auch ein drittes Widerstandselement 18c auf, das zwischen den beiden Verbindungselementen 8a, b angeordnet ist.
7b zeigt einen Zustand zwischen einem geschlossenen Zustand der Trennvorrichtung 1 gemäß 7a und einem geöffneten Zustand gemäß 7c unmittelbar nach der Trennung der Anschlussteile 2, 4 von den Verbindungselementen 8a, b. Hier sind die beiden Anschlussteile 2, 4 nun nicht mehr über die Verbindungselemente 8a, b elektrisch miteinander verbunden, sondern werden in Folge einer Drehung des Trennmittels 6 nunmehr zumindest teilweise über die Widerstandselemente 18a, b, c elektrisch miteinander verbunden. Die Drehung des Trennmittels 6 erfolgt – wie aus 7b ersichtlich – durch das Auslösen einer Zündpille 14 und das damit verbundene Trennen der Anschlusslasche 12' von dem Zündkanal 12. Infolge der dargestellten Drehung des Trennmittels 6 um einen Winkel von ca. 10–15° entgegen dem Uhrzeigersinn wurden die Verbindungselemente 8a, b an der ersten und zweiten Kontaktstelle 10a, 10b sowie an einer dritten und vierten Kontaktstelle 10b, 10b' von dem ersten und zweiten Anschlussteil 2, 4 getrennt, wobei zumindest teilweise über die Widerstandselemente 18a, b, c eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Anschlussteil gebildet ist.
7c zeigt die Trennvorrichtung für eine Energieleitung 1 gemäß 7b nach einer weiteren oder der Fortführung einer Drehung um einen Winkel von weiteren ca. 10–15° in einem geöffneten Zustand. Hier sind die beiden Anschlussteile 2, 4 nun weder über die Verbindungselemente 8a, b, noch zumindest teilweise über die Widerstandselemente 18a, b, c elektrisch miteinander verbunden.
Mit Hilfe der in den 7a–c dargestellten Kombination einer seriellen Trennung, einer parallelen Trennung sowie einer Reduktion des Stromgradienten kann die Wahrscheinlichkeit der Entstehung von Lichtbögen gegenüber den vorherigen Ausführungsformen noch weiter reduziert werden. Auch die Kombination einer seriellen und einer parallelen Trennung gemäß den 7a–c lässt sich entsprechend der Ausführung mit zweiteiligem Trennmittel gemäß den 1c, d weiter entwickeln, wodurch die Wahrscheinlichkeit der Entstehung von Lichtbögen bei der Trennung einer stromführenden Leitung noch weiter reduziert werden kann.
In den 8a–c ist eine Trennvorrichtung für eine Energieleitung 1 in einer parallelen Anordnung und einer mehrstufigen Trennung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt.
8a zeigt einen geschlossenen Zustand, bei dem ein erstes und zweites Anschlussteil 2, 4 über zwei Verbindungselemente 8a, b an einer ersten und zweiten Kontaktstelle 10a, 10a' sowie an einer dritten und vierten Kontaktstelle 10b, 10b' elektrisch miteinander verbunden sind. Die Verbindungselemente sind auf einem vorzugsweise rechteckigen Trennmittel 6 angeordnet. Zudem weist die Trennvorrichtung 1 zumindest zwei Widerstandselemente 18a, b auf, die neben den Verbindungselementen 8a, b auf dem Trennmittel 6 angeordnet sind.
8b zeigt einen Zustand zwischen einem geschlossenen Zustand der Trennvorrichtung 1 gemäß 8a und einem geöffneten Zustand gemäß 8c unmittelbar nach der Trennung der Anschlussteile 2, 4 von den Verbindungselementen 8a, b. Hier sind die beiden Anschlussteile 2, 4 nun nicht mehr über die Verbindungselement 8a, b elektrisch miteinander verbunden, sondern werden in Folge einer Translationsbewegung des Trennmittels 6 nunmehr zumindest teilweise über die Widerstandselemente 18a, b elektrisch miteinander verbunden. Die Translationsbewegung des Trennmittels 6 erfolgt – wie aus 8b ersichtlich – durch das Auslösen einer Zündpille 14 und das damit verbundene Beschleunigen eines Bolzens 16' von dem Zündkanal 12 weg. Infolge der dargestellten Translationsbewegung des Trennmittels 6 werden die Verbindungselemente 8a, b an der ersten und zweiten Kontaktstelle 10a, 10b sowie an einer dritten und vierten Kontaktstelle 10b, 10b' von dem ersten und zweiten Anschlussteil 2, 4 getrennt, wobei zumindest teilweise über die Widerstandselemente 18a, b eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Anschlussteil gebildet ist.
8c zeigt die Trennvorrichtung für eine Energieleitung 1 gemäß den 8a und b in einem geöffneten Zustand. Hier ist die Translationsbewegung des Trennmittels 6 weiter fortgeschritten, so dass die beiden Anschlussteile 2, 4 nun weder über die Verbindungselemente 8a, b, noch über die Widerstandselemente 18a, b miteinander elektrisch verbunden sind.
Ferner ist den 9a, b eine Trennvorrichtung für eine Energieleitung 1 zur gleichzeitigen Trennung und Herstellung einer elektrischen Verbindung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel dargestellt.
9a zeigt die Trennvorrichtung 1 in einem Anfangszustand, in dem ein erster Stromkreis geschlossen und ein zweiter Stromkreis geöffnet ist. Der erste Stromkreis ist beispielhaft in Form einer parallelen Anordnung mit einem Trennmittel 6 dargestellt. Gemäß dieser Ausführungsform sind im ersten Stromkreis ein erstes und ein zweites Anschlussteil 2, 4 über zwei Verbindungselemente 8a, b an einer ersten und zweiten Kontaktstelle 10a, 10a' sowie einer dritten und vierten Kontaktstelle 10b, 10b' elektrisch miteinander verbunden. Neben den Verbindungselementen 8a, b ist auf dem Trennmittel 6 auch ein drittes Verbindungselement 8c angeordnet, welches mit keinem der beiden Stromkreise in elektrischer Verbindung steht. Elektrisch verbunden sind dagegen der erste und zweite Stromkreis über einen Kondensator 20. Darüber hinaus weist die Trennvorrichtung 1 einen Bolzen 16' auf, der zwischen einem Trennmittel 6 und einem – eine Zündpille 14 aufweisenden – Zündkanal 12 angeordnet ist.
9b zeigt schließlich die Trennvorrichtung 1 gemäß 9a in einem Endzustand. Hier liegen nun ein erster Stromkreis in einem geöffneten und ein zweiter Stromkreis in einem geschlossenen Zustand vor. Demnach sind die beiden Anschlussteile 2, 4 in dem ersten Stromkreis nun nicht mehr über die Verbindungselemente 8a, b miteinander verbunden, sondern liegen in Folge einer Translationsbewegung des Trennmittels 6, vorzugsweise senkrecht zur Verbindungsachse der Anschlussteile und der Verbindungselemente 8a, b, voneinander getrennt vor. Auch hier erfolgt die Translationsbewegung des Trennmittels 6 über ein Herausbeschleunigen des Bolzens 16' infolge eines Auslösens der Zündpille 14. Durch die dargestellte Translationsbewegung des Trennmittels 6 werden die Verbindungselemente 8a, b an der ersten und zweiten Kontaktstelle 10a, 10b sowie einer dritten und vierten Kontaktstelle 10b, 10b' im Wesentlichen zeitgleich von dem ersten und zweiten Anschlussteil 2, 4 getrennt.
Zusätzlich zum Trennen der Verbindungselemente vom ersten und zweiten Anschlussteil im ersten Stromkreis wird das dritte Verbindungselement 8c durch die Bewegung derart verschoben, dass es im Wesentlichen zeitgleich eine elektrische Verbindung zwischen dem zweiten Anschlussteil und dem zweiten Stromkreis herstellt. Somit liegen gemäß dem Endzustand – wie aus 9b ersichtlich ist – der erste Stromkreis in einem geöffneten und der zweite Stromkreis in einem geschlossen Zustand vor.
Durch die in den 9a und b dargestellte Ausführungsform kann es beispielsweise möglich sein, neben der Trennung einer stromführenden Leitung auch die in einem Zwischenstromkreis gespeicherte elektrische Energie sicher abzuführen, um eine Gefährdung von Personen durch Hochspannung zu vermeiden. Unter Hochspannung betriebene Zwischenstromkreise kommen häufig bei Hochvoltanwendungen wie Elektro- oder Hybridfahrzeugen zum Einsatz.
Es versteht sich, dass eine Trennvorrichtung für eine Energieleitung 1 zur gleichzeitigen Trennung und Herstellung einer elektrischen Verbindung ebenso über eine Kombination eines zweiten Stromkreises mit jeder anderen Ausführungsform einer der hier vorgestellten Trennvorrichtungen gebildet sein kann, vorausgesetzt, dass in einem Anfangszustand einer der beiden Stromkreise geschlossen ist, wohingegen der andere Stromkreis geöffnet ist und in einem darauffolgenden Endzustand der vorher geöffnete Stromkreis geschlossen ist, wohingegen der vorher geschlossene Stromkreis nun in einem geöffneten Zustand ist.

Claims

Trennvorrichtung für eine Energieleitung umfassend – zumindest ein in einem geschlossenen Zustand der Trennvorrichtung räumlich zwischen einem ersten und einem zweiten Anschlussteil angeordnetes Trennmittel, – wobei das Trennmittel zumindest ein im geschlossenen Zustand der Trennvorrichtung eine elektrische Verbindung zwischen den Anschlussteilen bildendes Verbindungselement aufweist, – wobei das Verbindungselement im geschlossenen Zustand der Trennvorrichtung über eine erste Kontaktstelle mit dem ersten Anschlussteil und über eine zweite Kontaktstelle mit dem zweiten Anschlussteil elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass – das Trennmittel derart angeordnet ist, dass eine Durchschlagsspannung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlussteil in einem geöffneten Zustand der Trennvorrichtung größer ist, als zwischen dem ersten Anschlussteil und der ersten Kontaktstelle des Verbindungselements und/oder zwischen dem zweiten Anschlussteil und der zweiten Kontaktstelle des Verbindungselements.
Trennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement derart an das Trennmittel angeordnet ist, dass eine Trennung an zumindest zwei Kontaktstellen im Wesentlichen zeitgleich verläuft.
Trennvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennmittel zwischen einem geöffneten und einem geschlossenen Zustand der Trennvorrichtung translatorisch und/oder rotatorisch bewegbar ist.
Trennvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennmittel eine Auffanglasche aufweist, die das Trennmittel im geschlossenen Zustand der Trennvorrichtung in seiner Position hält.
Trennvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennvorrichtung ein mit Druckluft gesteuertes Trennmittel vorzugsweise ein pyrotechnisch gesteuertes Trennmittel aufweist.
Trennvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennmittel in einem Endzustand der Trennvorrichtung derart angeordnet ist, dass die Durchschlagsspannung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlussteil gleich oder kleiner ist, als zwischen dem ersten Anschlussteil und der ersten Kontaktstelle des Verbindungselements und/oder zwischen dem zweiten Anschlussteil und der zweiten Kontaktstelle des Verbindungselements.
Trennvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennmittel zumindest ein Isolationselement aufweist, welches in einem geöffneten Zustand der Trennvorrichtung räumlich zwischen dem ersten und zweiten Anschlussteil angeordnet ist.
Trennvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationselement aus einem Isolationsmaterial mit einer Durchschlagsfestigkeit von zumindest mehr als 5 kV/mm, bevorzugt mehr als 20 kV/mm, besonders bevorzugt mehr als 50 kV/mm gebildet ist.
Trennvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationselement aus einem Isolationsmaterial mit einer spezifischen elektrischen Leitfähigkeit von zumindest weniger als 10^–5 S·cm^–1, bevorzugt weniger als 10^–10 S·cm^–1, besonders bevorzugt weniger als 10^–15 S·cm^–1 gebildet ist.
Trennvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennmittel zumindest ein Widerstandselement aufweist, welches unmittelbar nach dem Trennen, die Anschlussteile elektrisch verbindend, zwischen den Anschlussteilen angeordnet ist.
Trennvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandselement aus einem Material mit einer spezifischen elektrischen Leitfähigkeit von zumindest weniger als 10² S·cm^–1, bevorzugt weniger als 10^–1 S·cm^–1, besonders bevorzugt weniger als 10^–4 S·cm^–1 gebildet ist.
Trennvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennmittel zumindest zwei Widerstandselemente aufweist, welche vorzugsweise aus unterschiedlichen Materialien mit einer unterschiedlichen spezifischen elektrischen Leitfähigkeit gebildet sind.
Trennvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennvorrichtung zumindest zwei elektrisch seriell geschaltete Trennmittel aufweist, wobei die Trennmittel vorzugsweise räumlich voneinander getrennt über Verbindungsmittel miteinander verbunden sind.
Verfahren zur Trennung einer Energieleitung umfassend: – Empfangen zumindest eines Trennsignals, – Auslösen zumindest eines Signals, insbesondere Auslösen eines Steuersignals zum Zünden einer Zündpille derart, – dass die elektrische Verbindung zwischen einem an einem Trennmittel angeordneten Verbindungselement und einem ersten Anschlussteil an einer ersten Kontaktstelle und zwischen dem Verbindungselement und einem zweiten Anschlussteil an einer zweiten Kontaktstelle derart getrennt wird, – dass die Durchschlagsspannung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlussteil im getrennten Zustand der Trennvorrichtung größer ist, als zwischen dem ersten Anschlussteil und der ersten Kontaktstelle des Verbindungselements und/oder zwischen dem zweiten Anschlussteil und der zweiten Kontaktstelle des Verbindungselements.
Verfahren zur Trennung einer Energieleitung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass neben der Trennung einer elektrischen Verbindung, insbesondere im Wesentlichen zeitgleich mit der Trennung einer elektrischen Verbindung eine elektrische Verbindung hergestellt wird, welche die Entladung von gespeicherter elektrischer Energie, insbesondere die Entladung einer Zwischenkreisspannung aus einem Zwischenkreiskondensator ermöglicht.