DE102018131327A1

DE102018131327A1 - Sicherheitseinrichtung und Verfahren zum Trennen eines Strompfades in einem elektrischen Leiter mit einer Sicherheitseinrichtung

Info

Publication number: DE102018131327A1
Application number: DE102018131327.6A
Authority: DE
Inventors: Detlef Last; Rolf Ruckdeschel; Matthias Hennig
Original assignee: TRW Airbag Systems GmbH
Current assignee: ZF Airbag Germany GmbH
Priority date: 2018-12-07
Filing date: 2018-12-07
Publication date: 2020-06-10

Abstract

Sicherheitseinrichtung (100), insbesondere für ein Fahrzeug, zum Verbinden oder Trennen von Abschnitten (12) eines elektrischen Leiters (10) mit einem elektromagnetischen Schaltelement (30), wobei die Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) in einem Ruhezustand der Sicherheitseinrichtung (100) elektrisch leitend miteinander verbunden sind und bei Anliegen eines Trennsignals in einem Aktivierungszustand voneinander trennbar sind, um einen Stromfluss durch den Leiter (10) zu unterbrechen, und wobei die Sicherheitseinrichtung (100) ferner ein pyrotechnisches Stellglied (50) aufweist, das ausgebildet ist, bei Anliegen des Trennsignals eine Trennung der Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) zu unterstützen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung, insbesondere für ein Fahrzeug, zum Verbinden oder Trennen von Abschnitten eines elektrischen Leiters mit einem elektromagnetischen Schaltelement. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Trennen eines Strompfades in einem elektrischen Leiter mit einer Sicherheitseinrichtung.
Aus dem Stand der Technik sind elektromagnetische Schaltelemente bekannt, mit Hilfe derer sich ein elektrischer Leiter bzw. Abschnitte eines solchen elektrischen Leiters verbinden oder trennen lassen, sodass entsprechend ein elektrischer Stromfluss durch den elektrischen Leiter bzw. dessen Abschnitte hergestellt bzw. aufrechterhalten werden oder unterbrochen bzw. getrennt werden kann. Derartige elektromagnetische Schaltelemente sind auch beispielsweise unter den Begrifflichkeiten „(elektromagnetischer) Schütz“ oder „(elektromagnetisches) Relais“ bekannt, mit denen sich entsprechend Strompfade schalten lassen. Derartige Schaltelemente müssen zum Schalten von Strompfaden in elektrischen Leitern naturgemäß umso robuster ausgelegt sein, je größer die elektrische Stromstärke und/oder elektrische Spannung ist, mit der die elektrischen Leiter beaufschlagt sind. Dabei kann es erforderlich sein, mit steigender elektrischen Stromstärke und/oder elektrischen Spannung einzelne Bauteile des elektromagnetischen Schaltelements, wie beispielsweise ein Elektromagnet oder ein mechanisches Federelement, wie z.B. eine Schraubenfeder, zum Öffnen oder Schließen des elektromagnetischen Schaltelements massiver bzw. größer und/oder schwerer auszulegen.
Für bekannte Fahrzeuge, insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeugen, werden Energiequellen, z.B. in Form von leistungsstarken Batterien bzw. Akkus, verwendet, welche einen elektrischen Leiter des Fahrzeugs, beispielsweise zum Antreiben des Fahrzeugs, mit sehr hohen Strömen und/oder Spannungen, beispielsweise 1250 Ampere und/oder 800 Volt, beaufschlagen. Bei einem Unfallszenario für ein solches Fahrzeug kann es erforderlich sein, in einer möglichst kurzen Zeit sehr hohe elektrische Ströme und/oder Spannungen entsprechend zu schalten, insbesondere abzuschalten bzw. zu trennen. Hierdurch soll vermieden werden, dass sich bei einem Unfall durch einen ungewollten Kurzschluss bzw. Massekontakt die Energiequelle (bzw. Batterie) unzulässig stark erhitzt. Anders ausgedrückt besteht in einem derartigen Fall der Bedarf, die Energiequelle von dem Rest des Fahrzeugs derart zu trennen, dass sich ein vorgenannter Kurzschluss nicht nachteilig ausbilden kann.
Ein eingangs genanntes bekanntes elektromagnetisches Schaltelement, beispielsweise in Form eines elektromagnetischen Schützes oder Relais, kommt für den vorgenannten Anwendungsfall, nämlich Schalten von sehr hohen Strömen und/oder Spannungen, um eine Energiequelle von dem Rest des Fahrzeugs zu trennen, unter gewissen Umständen an seine Grenzen. Unter anderem ist damit gemeint, dass ein solches elektromagnetisches Schaltelement zum einen nachteilig sehr massiv, insbesondere sehr groß und/oder sehr schwer, für diese Anwendung auszulegen wäre. Zum anderen könnte auch die Schaltzeit, also die Zeit in welcher ein ordnungsgemäßes Verbinden oder Trennen eines elektrischen Leiters stattfindet, nachteilig zu lange sein. Eine derartige zu lange Schaltzeit hätte den Nachteil, dass sich bei der Trennung des elektrischen Leiters während eines Stromflusses ein in der Regel entstehender Lichtbogen zwischen zu trennenden Kontakten nicht schnell bzw. nicht schnell genug löschen lässt. Ein derartig nachteilig zu langsam gelöschter Lichtbogen könnte zu einem bekannten „Kleben“ des elektromagnetischen Schaltelements, insbesondere zu einer Verschweißung oder Mikroverschweißung der zu trennenden Kontakten, führen. Dadurch könnte der gewünschte Trennvorgang zusätzlich erschwert, im Extremfall sogar verhindert werden.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Sicherheitseinrichtung, insbesondere für ein Fahrzeug, zum Verbinden oder Trennen von Abschnitten eines elektrischen Leiters anzugeben, die zumindest einen der vorgenannten Nachteile überwindet bzw. reduziert, wobei insbesondere in einer möglichst kurzen Zeit sehr hohe elektrische Ströme und/oder Spannungen schaltbar sind.
Zudem ist es Aufgabe der Erfindung ein weiterentwickeltes Verfahren zum Trennen eines Strompfades in einem elektrischen Leiter mit einer Sicherheitseinrichtung anzugeben, welches zumindest einen der vorgenannten Nachteile überwindet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Hinblick auf die Sicherheitseinrichtung durch den Gegenstand des Patentanspruches 1 und im Hinblick auf das Verfahren durch den Gegenstand des Patentanspruches 10 gelöst.
Zur Lösung der genannten Aufgaben sieht die Erfindung eine Sicherheitseinrichtung vor, insbesondere für ein Fahrzeug, zum Verbinden oder Trennen von Abschnitten eines elektrischen Leiters mit einem elektromagnetischen Schaltelement, wobei die Abschnitte des elektrischen Leiters in einem Ruhezustand der Sicherheitseinrichtung elektrisch leitend miteinander verbunden sind und bei Anliegen eines Trennsignals in einem Aktivierungszustand voneinander trennbar sind, um einen Stromfluss durch den Leiter zu unterbrechen, und wobei die Sicherheitseinrichtung ferner ein pyrotechnisches Stellglied aufweist, das ausgebildet ist, bei Anliegen des Trennsignals eine Trennung der Abschnitte des elektrischen Leiters zu unterstützen.
Indem die Sicherheitseinrichtung ein elektromagnetisches Schaltelement und zusätzlich ein pyrotechnisches Stellglied, das ausgebildet ist, bei Anliegen des Trennsignals eine Trennung der Abschnitte des elektrischen Leiters zu unterstützen, aufweist, kann zum einen die Sicherheitseinrichtung bei Anliegen des Trennsignals die Trennung des elektrischen Leiters bzw. die Trennung der Abschnitte des elektrischen Leiters effektiver, robuster und/oder zuverlässiger ausführen. Hierbei verstärken sich insbesondere die beiden Baugruppen, das elektromagnetische Schaltelement und das ein pyrotechnische Stellglied, bezüglich ihrer Wirkung, Schnelligkeit und Effektivität für die Trennung der Abschnitte des elektrischen Leiters. Insbesondere vermag das pyrotechnische Stellglied das elektromagnetische Schaltelement bei dessen Trennung der Abschnitte des elektrischen Leiters zu unterstützen, vorzugsweise bezüglich Schnelligkeit des Trennvorgangs. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Konstruktion ist, dass beide Baugruppen, das elektromagnetische Schaltelement und das pyrotechnische Stellglied, aber insbesondere das elektromagnetische Schaltelement bezüglich Gewicht, Größe und/oder Kosten vorteilhaft optimiert ausgelegt werden können, insbesondere derart, dass eine oder beide Baugruppen diesbezüglich wesentlich günstiger ausgelegt werden können im Vergleich zu einer Konstruktion, bei der lediglich nur eine der beiden Baugruppen vorhanden wäre bzw. für den Trennvorgang wirken könnte.
Unter dem Begriff „Ruhezustand der Sicherheitseinrichtung“ ist im Sinne der Erfindung zu verstehen, dass sich die Sicherheitseinrichtung Zustand für eine „normale“, „alltägliche“ bzw. länger andauernde Benutzungsphase befindet, wie es beispielsweise bei einem „normalen“ Fahrbetrieb eines Fahrzeugs, insbesondere Elektrofahrzeugs, das mit einer elektrischen Energiequelle betrieben wird, der Fall ist. Hierbei gewährleistet die Sicherheitseinrichtung einen elektrischen Stromfluss in bzw. über einen elektrischen Leiter, insbesondere in/über Abschnitte des elektrischen Leiters. Man kann hierbei auch von einem „geschlossenen Zustand“ der Sicherheitseinrichtung sprechen.
Weiters kann hier der Begriff „Trennsignal“ dahingehend verstanden werden, dass es sich insbesondere um ein elektrisches Signal handelt, welches von einem elektrischen Signalgeber, insbesondere einem Airbagsteuergerät, und/oder einem Sensor, insbesondere einem Crash-Sensor ausgelöst bzw. übermittelt wird, wenn ein Fall bzw. Zustand vorliegt, bei dem die Sicherheitseinrichtung aktiviert, also von ihrem Ruhezustand in einen Aktivierungszustand versetzt, werden soll. Beispielsweise kann dies bei einem Unfall eines Fahrzeugs, in welches die Sicherheitsvorrichtung eingebaut ist, der Fall sein.
Vorzugsweise ist das pyrotechnische Stellglied an das elektromagnetische Schaltelement gekoppelt, insbesondere darin integriert, wobei insbesondere das pyrotechnische Stellglied an einen Kontaktanker des elektromagnetischen Schaltelements angeordnet ist. Dabei kann das pyrotechnische Stellglied mittelbar oder unmittelbar an das elektromagnetische Schaltelement gekoppelt sein und/oder dieses kontaktieren oder auch einen, insbesondere geringen, Abstand dazu einnehmen. Vorzugsweise ist das pyrotechnische Stellglied dabei derart gegenüber dem elektromagnetischen Stellglied angeordnet, dass es nach seiner Aktivierung äußerst schnell und mit einem hohen Wirkungsgrad auf das elektromagnetische Schaltelement bzw. einem Teilbereich oder Unterbauteil dessen einwirken kann, um die Trennung der Abschnitte des elektrischen Leiters zu unterstützen. Eine Integration des pyrotechnischen Stellglieds in bzw. mit dem elektromagnetischen Schaltelement kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass das pyrotechnische Stellglied in bzw. an einem Gehäuse, insbesondere Außengehäuse, des elektromagnetischen Schaltelements angeordnet, insbesondere fest mit diesem verbunden, ist, oder auch, indem das pyrotechnische Stellglied innerhalb des Gehäuses, insbesondere in einer Unterbaugruppe, vorzugsweise an bzw. in einen Elektromagneten, des elektromagnetischen Schaltelements angeordnet bzw. gekoppelt ist. Eine derartige Anordnung bzw. Koppelung des pyrotechnischen Stellglieds zu dem elektromagnetischen Schaltelement hat den Vorteil, dass bei Aktivierung des pyrotechnischen Stellglieds dessen verstärkende Wirkung, insbesondere eine Kraft und/oder Beschleunigungsübertragung, auf das elektromagnetische Schaltelement mit höchster Effizienz und bestem Wirkungsgrad zu erreichen ist.
Insbesondere ist eine Trennbewegung des elektromagnetischen Schaltelementes, insbesondere eines/des Kontaktankers des Schaltelementes, zur Trennung der Abschnitte des elektrischen Leiters durch eine Aktivierung des pyrotechnischen Stellglieds verstärkbar und/oder beschleunigbar, um insbesondere eine Trennzeit von geringer als 5ms zu erreichen, wodurch sich ebenfalls vorgenannte Vorteile ergeben. Dabei kann der „Kontaktanker“ als Bauteil bzw. eine Unterbaugruppe des elektromagnetischen Schaltelements aufgefasst werden und insbesondere als ein Tauchanker ausgebildet sein, welcher zumindest bereichsweise, vorzugsweise mit einem Ankerschaft, in bzw. innerhalb einer Magnetspule eintauchbar bzw. einführbar ausgebildet ist. Der Ankerschaft kann auch als beweglicher Spulenkern der Magnetspule aufgefasst werden bzw. als ein solcher ausgebildet sein und insbesondere bei Stromfluss durch die Magnetspule in einer Haltestellung in der bzw. im Inneren der Magnetspule gehalten werden.
Vorzugsweise weist das pyrotechnische Stellglied ein Gehäuse, insbesondere in Form eines Zylinders, ein darin bewegbares Stellelement, insbesondere in Form eines Kolbens, und einen pyrotechnisch-elektrischen Anzünder auf, wobei bei Anliegen des Trennsignals zur Trennung der Abschnitte das pyrotechnische Stellglied durch Auslösen des Anzünders aktivierbar und das Stellelement aus dem Gehäuse zumindest teilweise heraus bewegbar ist. Dabei kann der pyrotechnisch-elektrische Anzünder, der im Folgenden der Einfachheit halber nur als Anzünder bezeichnet wird, eine für sich bekannte vorgefertigte Einheit ausbilden, welche insbesondere zwei elektrisch leitende Kontaktmittel, insbesondere Kontaktstifte, aufweist, die mit einem elektrisch leitenden Mittel, insbesondere einem Brückendraht, verbunden sind, wobei an das elektrisch leitende Mittel ein pyrotechnisches Material angrenzen kann, welches nach außen hin durch ein äußeres Gehäuse des Anzünders, insbesondere eine Kappe, abgegrenzt sein kann. Dabei können die zwei elektrisch leitende Kontaktmittel an einen elektrischen Stecker angesteckt sein, welcher mit einer Energiequelle zur Auslösung des Anzünders verbunden sein kann. Im Falle des Anliegens des Trennsignals kann die Energiequelle ein geeignetes elektrisches Auslösesignal an den Anzünder übertragen, um diesen und damit das pyrotechnische Stellglied zu aktivieren bzw. auszulösen. Der Anzünder kann dabei derart an das pyrotechnische Stellglied bzw. an dessen Gehäuse bzw. Zylinder angeordnet sein, dass mit bzw. nach einer Aktivierung des Anzünders durch eine entsprechende Freisetzung von Energie aus einem Abbrand des pyrotechnischen Materials, insbesondere Gas das dabei freigesetzt wird, das bewegbare Stellelement bzw. der Kolben aus dem Zylinder bzw. Gehäuse zumindest teilweise herausgeschoben wird. Somit ist das pyrotechnische Stellglied insbesondere auch als eine pyrotechnisch antreibbares Kolben-Zylinder System aufzufassen, wobei nach/mit Aktivierung des Anzünders der Kolben aus dem Zylinder heraus bewegt bzw. geschoben werden kann.
Vorzugsweise ist das bewegbare Stellelement mit seiner Längsachse parallel, insbesondere konzentrisch, zu einer axialen Längserstreckung des Kontaktankers, insbesondere eines Ankerschafts des Kontaktankers, positioniert, wobei insbesondere die Längsachse des Stellelements und die axiale Längserstreckung des Kontaktankers parallel zu einer Öffnungsrichtung des Schaltelementes ausgerichtet sind. Eine derartige Konstruktion ist besonders effizient und kann im Aktivierungszustand der Sicherheitseinrichtung eine Übertragung eines Kraftimpulses von dem bewegbaren Stellelement auf den Kontaktanker besonders wirksam durchführen bzw. die Trennung der Abschnitte des elektrischen Leiters besonders effizient unterstützen, da hierdurch alle oder zumindest die meisten daran beteiligten Bauteile mit ihren jeweilig entsprechenden Richtungen bei einer entsprechenden Kraftübertragung bzw. Kraftunterstützung quasi gleichgeschaltet sind, oder anders ausgedrückt die relevanten Kraftrichtungen im Wesentlichen in dieselbe Richtung wirken können. Konkret kann dies bedeuten, dass im Aktivierungszustand das bewegbare Stellelement den Kontaktanker in Richtung dessen Längserstreckung anschiebt bzw. dessen Bewegung impulsartig in Öffnungsrichtung des Schaltelements verstärkt.
Insbesondere kann dabei der bzw. ein Kontaktanker des elektromagnetischen Schaltelementes, insbesondere ein Ankerschaft des Kontaktankers, bei Aktivierung des pyrotechnischen Stellglieds, insbesondere mittels des bewegbaren Stellelements, in Richtung Öffnungsrichtung antreibbar sein, um insbesondere eine in derselben Richtung wirkende Federkraft eines vorgespannten Federelements des Schaltelementes zur Trennung der Abschnitte zu unterstützen oder dieser entgegenzuwirken. Dabei kann das elektromagnetische Schaltelement ein Federelement, insbesondere in Form einer kompressiblen Schraubenfeder bzw. Spiralfeder, aufweisen, welches im Auslösefall die Trennung der Abschnitte des elektrischen Leiters bewirkt bzw. unterstützt, indem im Ruhezustand der Kontaktanker mittels elektromagnetischer Kraft in einer Position gehalten wird, in der er das Federelement vorspannt und im Aktivierungszustand das elektromagnetische Schaltelement, insbesondere eine Magnetspule davon, stromlos geschalten wird, wodurch der Kontaktanker nicht mehr durch elektromagnetische Kraft in seiner Position gehalten wird und demzufolge das vorgespannte Federelement sich in Öffnungsrichtung des elektromagnetischen Schaltelementes entspannen bzw. ausdehnen kann.
Alternativ dazu bzw. entsprechend umgekehrt kann der Kontaktanker, wenn er als ein Permanentmagnet ausgebildet ist, auch der Federkraft des vorgespannten Federelements bei Aktivierung des pyrotechnischen Stellglieds entgegenwirken, wenn im Ruhezustand der Sicherheitseinrichtung der Kontaktanker mittels der Federkraft des vorgespannten Federelements in einem geschlossenen Zustand der Sicherheitseinrichtung in Position gehalten wird und dann im Aktivierungszustand aus der Magnetspule heraus bewegt wird und demzufolge entgegen der Federkraft des Federelements bewegt werden muss. In diesem Fall bietet sich eine Einrastvorrichtung für den Kontaktanker in der geöffneten Stellung an, also dem Zustand nach Aktivierung des pyrotechnischen Stellglieds, damit der Kontaktanker nicht ungewollt durch das Federelement in einen Schließzustand zurückgedrückt wird.
Vorzugsweise kann das bewegbare Stellelement des pyrotechnischen Stellgliedes von einem Teilbereich des Kontaktankers, insbesondere einem/dem Ankerschaft, gebildet sein. Hierbei wird vorteilhaft mindestens ein Bauteil eingespart, indem quasi ein Teilbereich des Kontaktankers, insbesondere dessen Ankerschaft, mit dem bewegbaren Stellelement quasi einstückig „verschmolzen“ bzw. konstruktionstechnisch „zusammengelegt“ wird. Dabei kann vorteilhaft der Teilbereich des Kontaktankers direkt bzw. unmittelbar von dem pyrotechnischen Stellglied angetrieben werden. Hier übernimmt also der Teilbereich des Kontaktankers bzw. dessen Ankerschaft die Funktion des bewegbaren Kolbens, welcher aus dem Gehäuse bzw. Zylinder des pyrotechnischen Stellglieds aufgrund einer Aktivierung des Anzünders herausbewegt wird.
Vorteilhaft kann das pyrotechnische Stellglied in einen Elektromagneten des elektromagnetischen Schaltelementes integriert sein. Insbesondere kann dabei der Großteil, vorzugsweise das Gehäuse und das bewegbare Stellelement des pyrotechnischen Stellglieds von einer Magnetspule des Elektromagneten umgeben sein und/oder zumindest zum großen Teil im Inneren des Elektromagneten positioniert sein, wodurch eine äußerst kurz bauenden, kompakte Bauart der Sicherheitseinrichtung erreicht wird.
In einer Ausführungsform ist es möglich, dass das bewegbare Stellelement mit seiner Längsachse in einem Winkel von O° bis 180°, insbesondere im Wesentlichen senkrecht, zu einer axialen Längserstreckung des Kontaktankers, insbesondere eines Ankerschafts des Kontaktankers, positioniert ist, um die Abschnitte des elektrischen Leiters mittels des Stellelements zu trennen. Durch diese Konstruktion kann insbesondere die axiale Baulänge der Sicherheitseinrichtung reduziert werden und eine kompakte Baugröße erreicht bzw. dorthin optimiert werden. Vorzugsweise ist dabei ein Keilelement aus elektrisch isolierenden Material mittels des bewegbaren Stellelements antreibbar oder das bewegbare Stellelement ist als ein solches Keilelement ausgebildet, wobei das Keilelement zwischen Kontaktelementen der Abschnitte des elektrischen Leiters verschiebbar ist, um einen Stromfluss zwischen den Kontaktelementen zu unterbrechen. Bei einer derartigen Konstruktion kann unterstützend zu einer Öffnungsbewegung des Kontaktankers in Öffnungsrichtung des Schaltelementes in einer Richtung quer dazu, insbesondere rechtwinklig dazu, das Keilelement zwischen die Kontaktelemente, welche auch von aktivierten Kontaktanker zu trennen sind, eingeschoben bzw. dazwischen keilartige eingetrieben werden, um so den Trennvorgang des elektromagnetischen Schaltelements bzw. des Kontaktankers zu verstärken bzw. zu beschleunigen. Insbesondere verhindert dabei das zwischen die zu trennenden Kontaktelemente eingeschobene Keilelement das eingangs genannte „Kleben“ des elektromagnetischen Schaltelements bzw. es wird eine Mikroverschweißung der zu trennenden Kontaktelemente durch das eingeschobene Keilelement vorteilhaft mechanisch verhindert. Indem das bewegbare Stellelement als Keilelement ausgebildet sein kann wird vorteilhaft ein Bauteil eingespart und das pyrotechnische Stellglied kann kürzer gebaut werden, da bereits ein Teilbereich des Keilelements in das Innere des pyrotechnische Stellglieds im Ruhezustand positioniert bzw. dorthin eingeschoben gelagert werden kann.
Ein weiterer nebengeordneter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen eines Strompfades in einem elektrischen Leiter mit einer Sicherheitseinrichtung, insbesondere mit einer zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung, mit den folgenden Schritten:

a) Empfangen eines Trennsignals von einem elektrischen Signalgeber, insbesondere einem Airbagsteuergerät, und/oder einem Sensor, insbesondere einem Crash-Sensor;
b) Ansteuerung eines elektromagnetischen Schaltelementes durch das Trennsignal, Aktivierung des elektromagnetischen Schaltelementes und dadurch Trennung von Abschnitten des elektrischen Leiters zur Unterbrechung eines Stromflusses durch den elektrischen Leiter, und
c) Aktivierung eines pyrotechnischen Stellglieds, im Wesentlichen gleichzeitig zu Schritt b), und dadurch Unterstützung, insbesondere Verstärkung und/oder Beschleunigung, der Trennung der Abschnitte des elektrischen Leiters.

Insbesondere kann dabei im Schritt eine Trennbewegung eines Kontaktankers des elektromagnetischen Schaltelementes in eine Öffnungsrichtung durchgeführt werden, und im Schritt c) ein bewegbares Stellelement des pyrotechnischen Stellglieds aus einem Gehäuse des pyrotechnischen Stellglieds herausbewegt werden, auf einen Bereich des Kontaktankers treffen und die Trennbewegung des Kontaktankers unterstützend den Kontaktanker in die Öffnungsrichtung schieben. Hierbei stellt die Bewegung bzw. eine entsprechende Beschleunigung des bewegbares Stellelement des pyrotechnischen Stellglieds sozusagen einen zusätzlichen Antrieb für den Kontaktanker dar, welcher durch eine Übertragung eines Bewegungsimpulses des Stellelements in seiner Trennbewegung unterstützt bzw. unterstützend mit angetrieben wird.
Alternativ dazu kann im Schritt c) ein bewegbares Stellelement des pyrotechnischen Stellglieds unmittelbar als der Kontaktanker ausgeführt sein und damit selbst die Trennbewegung des Kontaktankers durchführen. Hierbei kann das bewegbare Stellelement des pyrotechnischen Stellgliedes insbesondere als Ankerschaft des Kontaktankers ausgebildet sein. Folglich kann hierbei zusätzlich zu einer elektromagnetisch angetriebenen Bewegung des Kontaktankers als quasi Addition eine pyrotechnisch angetriebene Bewegung des Kontaktankers hinzugefügt bzw. an dem einen Bauteil Kontaktanker/bewegbares Stellelement angewandt werden. Eine Bewegung bzw. eine Hubbewegung zur Trennung der Abschnitte des elektrischen Leiters wird damit wesentlich effektiver, robuster und schneller ausgeführt, im Vergleich zu nur einer der vorgenannten Bewegungsarten.
Insbesondere ist es möglich, dass im Schritt b) eine Trennbewegung eines Kontaktankers des elektromagnetischen Schaltelementes in eine Öffnungsrichtung durchgeführt wird, und im Schritt c) mittels des pyrotechnischen Stellglieds ein Keilelement aus elektrisch isolierenden Material in einem Winkel von O° bis 180°, insbesondere im Wesentlichen senkrecht, zu der Öffnungsrichtung zwischen Kontaktelementen der Abschnitte bewegt wird und damit ein Stromfluss zwischen den Kontaktelementen unterbrochen wird. Es ergeben sich dadurch vergleichbar ähnliche Vorteile, wie sie bereits weiter oben in Bezug auf die Sicherheitseinrichtung mit einem entsprechenden Keilelement beschrieben sind. Insbesondere kann das Keilelement zwischen die Kontaktelemente eingeschoben bzw. dazwischen keilartig eingetrieben werden, um so den Trennvorgang eines elektromagnetischen Schaltelements bzw. des Kontaktankers zu verstärken bzw. zu beschleunigen. Vorteilhaft kann dabei ein sogenanntes „Kleben“ des elektromagnetischen Schaltelements bzw. eine Mikroverschweißung der zu trennenden Kontaktelemente beim Trennungsvorgang mechanisch verhindert werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten, schematischen Figuren näher erläutert:
Darin zeigen:

1a eine schematische Schnittansicht durch ein aus dem Stand der Technik bekanntes elektromagnetisches Schaltelement in einem Ruhezustand mit einem geschlossenen elektrischen Leiter;
1b das elektromagnetische Schaltelement wie es aus der 1a bekannt ist, jedoch in einem Aktivierungszustand mit einem getrennten elektrischen Leiter;
2a - 2b eine schematische Schnittansicht durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung im Ruhezustand (2a) und im Aktivierungszustand (2b);
3a - 3b eine schematische Schnittansicht durch eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung im Ruhezustand (3a) und im Aktivierungszustand (3b);
4a - 4b eine schematische Schnittansicht durch eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung im Ruhezustand (4a) und im Aktivierungszustand (4b),
5a - 5b eine schematische Schnittansicht durch eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung im Ruhezustand (5a) und im Aktivierungszustand (5b); und
6a - 6b eine schematische Schnittansicht durch eine fünfte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung im Ruhezustand (6a) und im Aktivierungszustand (6b).

Im Folgenden werden für gleiche und gleichwirkende Bauteile dieselben Bezugsziffern verwendet.
1a zeigt eine schematische Schnittansicht durch ein elektromagnetisches Schaltelement (30), wie es aus dem Stand der Technik, beispielsweise in Form eines Relais oder Schützes, bekannt ist. Das dort dargestellte Schaltelement (30) zeigt einen Ruhezustand bzw. geschlossenen Zustand, in dem ein elektrischer Stromfluss durch einen elektrischen Leiter (10) möglich ist bzw. stattfinden kann. Der elektrische Leiter (10) weist drei Abschnitte (12) auf, welche jeweils elektrisch leitende Kontaktelemente (20, 22, 24, 26) haben, über die sie zueinander in elektrisch leitenden Kontakt gebracht sind. Wie in 2 dargestellt, kann bei einer Beabstandung der Abschnitte (12) und damit einer Beabstandung der leitenden Kontaktelemente (20, 22, 24, 26) der elektrische Leiter (10) derart unterbrochen werden, dass der elektrische Stromfluss entsprechend auch unterbrochen ist. Der in 1a dargestellte elektrische Leiter (10) mit seinen Abschnitten (12) kann als Teil eines umfangreicheren (nicht dargestellten) elektrischen Leiters bzw. stromführenden Systems, beispielsweise eines elektrischen Verbrauchers (nicht dargestellt), verstanden werden. In 1a sind die Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) skizzenhaft in einen symbolischen Rahmen, der mit dem Bezugszeichen (30) versehen ist, eingezeichnet. Dieser Rahmen kann beispielsweise ein Gehäuse des elektromagnetischen Schaltelements (30) darstellen, in dem die Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) integriert bzw. angebunden sind. Das bekannte elektromagnetische Schaltelement (30) hat die Aufgabe, einen elektrischen Stromfluss durch einen elektrischen Leiter (10) in dem Ruhezustand (1a) zu ermöglichen und bei Anliegen bzw. Übermittlung eines Trennsignals den elektrischen Stromfluss zu unterbrechen und den elektrischen Leiter (10) zu trennen, indem Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) für einen Aktivierungszustand entsprechend beabstandet werden (1b). Im Detail ist dies wie folgt bekannt. Das elektromagnetische Schaltelement (30) hat neben den leitenden Kontaktelementen, die konkret als ein erstes Kontaktelement (20), ein zweites Kontaktelement (22), ein drittes Kontaktelement (24) und ein viertes Kontaktelement (26) ausgebildet sind, einen Elektromagneten (31), der als Baugruppe eine Grundplatte (39), ein mit der Grundplatte (39) fest verbundenes Endstück (38) und eine Magnetspule (34), aufweist. Im Innenbereich der Magnetspule (34) ist dabei ein Ankerschaft (37) eines Kontaktankers (36) positioniert. Als Kontaktanker (36) ist hier, wie in 1a skizziert, eine Baueinheit umfassend den Ankerschaft (37) und den mittleren Abschnitt (12) der dargestellten drei Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) zu verstehen, wobei der Ankerschaft (37) fest mit dem mittleren Abschnitt (12) verbunden ist. Konkret ist dabei der mittlere Abschnitt (12) derjenige Abschnitt, welcher das erste und das zweite Kontaktelement (20, 22) aufweist und im Aktivierungszustand von den anderen beiden Abschnitten (12) beabstandet bzw. getrennt werden kann, wie in 1b ersichtlich.
In anderen Worten ausgedrückt wird hier im Sinne vorliegenden Erfindung der Kontaktanker (36) als eine Baugruppe von Ankerschaft (37) und des mittleren Abschnitts (12) des elektrischen Leiters (10) aufgefasst. Demnach ist der Ankerschaft (37) und damit auch der Kontaktanker (36) als ein bekannter Tauchanker ausgebildet, welcher im Innenbereich der Magnetspule (34) gelagert ist bzw. zumindest bereichsweise dort von dieser umgeben ist.
Ein Federelement (40), vorzugsweise in Form einer Schraubenfeder, das entlang seiner Längsachse komprimierbar ist, ist entsprechend komprimiert bzw. vorgespannt eingebaut zwischen dem Kontaktanker (36), insbesondere dessen Abschnitt (12), und dem Elektromagneten (31), insbesondere der Oberseite dessen Magnetspule (34), die der Grundplatte (39) gegenüber liegt.
Weiters ist in den 1a, 1b lediglich skizzenhaft eine elektrische Stromversorgung bzw. ein elektrischer Stromanschluss für den Elektromagneten (31) bzw. für dessen Betätigung wie folgt dargestellt. Eine Stromquelle (95) ist über einen Schalter (90) durch elektrische Zuleitungen, die durch einfache Linien, ausgehend von der Stromquelle (95), dargestellt sind, mit dem Elektromagneten (31) verbunden, insbesondere an dessen Magnetspule (34) angeschlossen.
1a zeigt den Ruhezustand bzw. geschlossenen Zustand des elektromagnetischen Schaltelements (30), bei dem der Schalter (90) geschlossen ist und somit mittels der Stromquelle (95) die Magnetspule (34) entsprechend bestromt bzw. angeregt und aktiviert ist, derart dass der Kontaktanker (36) in Schließrichtung (S) bewegt wird bzw. gehalten wird, insbesondere auf Anschlag an dem Endstück (38) positioniert ist. Durch derartige elektromagnetische Kraft wird also der Kontaktanker (36) in Schließrichtung (S) gehalten und kann die Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) elektrisch über die jeweiligen Kontaktelemente (20, 22, 24, 26) verbinden, wobei die mechanische Federkraft des vorgespannten Federelements (40) überwunden werden muss bzw. der elektromagnetischen Kraft entgegensteht. In anderen Worten muss in der dargestellten Ruhestellung (1a) die elektromagnetische Kraft des Elektromagneten (31) derart groß sein, dass zum einen die mechanische Gegenkraft des vorgespannten Federelements (40) überwunden wird und zusätzlich eine ausreichend hohe Haltekraft in Schließrichtung (S) auf den Kontaktanker (36) ausgeübt wird, um einen Stromfluss durch alle Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) zuverlässig zu gewährleisten. Liegt nun ein Trennsignal an (nicht dargestellt), um den elektrischen Stromfluss durch alle Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) zu unterbrechen, muss das elektromagnetische Schaltelement in seinen Aktivierungszustand gebracht werden, um die Abschnitte (12) entsprechend zu beabstanden, wie in 1b dargestellt. Dies wird dadurch erreicht, dass der Schalter (90) geöffnet wird bzw. ist (1b) und die Magnetspule (34) dadurch stromlos geschalten wird, wodurch die elektromagnetische Kraft, welche den Kontaktanker (36) in Position hält (1a), quasi abgeschaltet wird bzw. nicht mehr wirkt bzw. nicht mehr vorhanden ist. Dementsprechend wirkt auf den Kontaktanker (36) nur noch die mechanische Federkraft des vorgespannten Federelements (40), wodurch der Kontaktanker (36) in Richtung Öffnungsrichtung (O) gedrückt wird bzw. ist, wie in 1b dargestellt. Dadurch werden bzw. sind die Abschnitte (12) voneinander beabstandet bzw. werden voneinander getrennt, sodass kein elektrischer Stromfluss durch den elektrischen Leiter (10) über die Kontaktelemente (20, 22, 24, 26) mehr möglich ist. Anders ausgedrückt wird (nach 1b) durch das Stromlosschalten des Elektromagneten (31) bzw. dessen Magnetspule (34) über ein Öffnen des Schalters (90) das elektromagnetische Schaltelement (30) von einem Ruhezustand, in dem ein elektrischer Stromfluss über die Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) möglich ist, in einen Aktivierungszustand versetzt, bei dem der elektrische Leiter (10) bzw. ein Stromfluss durch den elektrischen Leiter (10) unterbrochen ist.
In den 1a, 1b ist bei dem bekannten elektromagnetischen Schaltelement (30) eine Löschkammer (80) lediglich skizzenhaft dargestellt. Eine derartige Löschkammer (80) ist ebenfalls bekannt und dient zum Löschen eines Lichtbogens, der naturgemäß bei einer Trennung von stromdurchflossenen Leitern auftreten kann, wodurch nachteilige elektrische Kurzschlüsse vermieden werden können. Gegebenenfalls kann eine solche Löschkammer (80) auch einen oder mehrere Lichtbögen zumindest abschwächen, sodass kein nachteiliger Kurzschlusseffekt eintritt.
Wie bereits eingangs beschrieben kann ein derartiges bekanntes elektrisches Schaltelement, wie es in den 1a und 1b gezeigt und beschrieben ist, diverse Nachteile bei einem Einsatz bzw. für den Anwendungsfall in einem, insbesondere elektrisch angetriebenen, Fahrzeug haben, bei dem in besonderen Fällen, beispielsweise einem Unfall des Fahrzeugs, sehr hohe Ströme und/oder Spannungen geschaltet bzw. getrennt werden müssen, um eine elektrische Energiequelle von dem Rest des Fahrzeugs zu trennen. Ein bekanntes elektrisches Schaltelement kann dabei ungeeignet bzw. nachteilig wirken, da insbesondere die Schaltzeit, also die Zeitspanne in welcher eine sichere Trennung eines elektrischen Leiters durch das Schaltelement zu lange sind. Auch kann der Kraftimpuls beim Öffnen bzw. Trennen des elektrischen Leiters zu schwach bzw. nicht robust genug sein.
Die 2a bis 6b zeigen verschiedene Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung (100), wobei alle Ausführungsformen ein elektromagnetisches Schaltelement (30) aufweisen, welches im Wesentlichen dem bereits beschriebenen bekannten elektromagnetischen Schaltelement entspricht und auch im Wesentlichen nach dessen Prinzip funktioniert, so wie es auch in den 1a und 1b dargestellt und hierzu schon beschrieben ist. Der Einfachheit halber werden für die erfindungsgemäße Sicherheitseinrichtung (100) deshalb gleiche und/oder gleichwirkende Bauteile, wie sie bereits für das bekannte elektromagnetische Schaltelement beschrieben sind, nicht nochmals neu eingeführt bzw. im Detail nicht nochmals ausführlich beschrieben. Zudem werden diesbezüglich auch entsprechend dieselben Bezugsziffern verwendet.
Bei allen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist bei den entsprechenden Figuren mit einem Index „a“ ein Ruhezustand der Sicherheitseinrichtung (100) dargestellt, bei dem ein Stromfluss durch den elektrischen Leiter (10) bzw. über Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) ermöglicht ist, wobei man hier von einer Schließstellung der Sicherheitseinrichtung (100) sprechen kann.
Dagegen ist mit einem Index „b“ bei den entsprechenden Figuren ein Aktivierungszustand der Sicherheitseinrichtung (100) dargestellt, bei dem der Stromfluss durch den elektrischen Leiter (10) bzw. über Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) unterbrochen bzw. getrennt ist, wobei man hier von einer Öffnungsstellung der Sicherheitseinrichtung (100) sprechen kann.
Die 2a, 2b zeigen eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung (100), welche demnach das elektromagnetische Schaltelement (30) aufweist, das im Wesentlichen wie das eingangs beschriebene bekannte elektromagnetische Schaltelement (Fig, 1a, 1b) aufgebaut ist und auch im Wesentlichen so funktioniert und damit folgende Bauteile umfasst: elektrischer Leiter (10) mit mehreren Abschnitten (12), welche entsprechend Kontaktelemente (20, 22, 24, 26) haben, Kontaktanker (36), der als Baugruppe von Ankerschaft (37) und dem mittleren Abschnitt (12) des elektrischen Leiters (10), welcher das erste und das zweite Kontaktelement (20, 22) hat, aufzufassen ist, Elektromagnet (31) mit Endstück (38), Grundplatte (39) und Magnetspule (34), und Federelement (40), das vorgespannt zwischen Kontaktanker (36) und dem Elektromagnet (31) positioniert ist. Der Ankerschaft kann auch als beweglicher Spulenkern der Magnetspule (34) aufgefasst werden bzw. als ein solcher ausgebildet sein.
Insbesondere hervorzuheben ist hierbei, dass hier das Endstück (38) nicht fest mit der Grundplatte (39) verbunden ist, sondern vielmehr durch einen relativ geringen Kraftaufwand von der Grundplatte (39) lösbar an bzw. in der Grundplatte (39) positioniert ist. Wie in 2a dargestellt, ist dabei das Endstück (38) in eine entsprechend große Öffnung bzw. in einen Durchbruch in der Grundplatte (39) eingeschoben bzw. darin eingepresst, beispielsweise mittels einer relativ leicht lösbaren Presspassung. Auch ist in 2a erkennbar, dass im Unterschied zu 1a, 1b sich das Endstück (38) im Ruhezustand der Sicherheitseinrichtung (100) gänzlich durch die Öffnung bzw. den Durchbruch in der Grundplatte (39) hindurch erstreckt. Insbesondere schließt dabei das Endstück (38) mit seiner dem Ankerschaft (37) abgewandten Stirnseite im Wesentlichen planar mit der dem Ankerschaft (37) abgewandten Stirnseite der Grundplatte (39) ab. Das Endstück (38) könnte aber auch geringfügig über die dem Ankerschaft (37) abgewandten Stirnseite der Grundplatte (39) hinaus hervorstehen oder geringfügig in die entgegengesetzte Richtung, also in Richtung Ankerschaft (37), entsprechend in die Öffnung quasi versenkt gelagert sein.
Bei dieser Konstruktion nach 2a ist entscheidend, dass das Endstück (38) durch eine gewisse Kraft- bzw. Druckausübung auf seine dem Ankerschaft (37) abgewandten Stirnseite durch die Öffnung bzw. den Durchbruch in der Grundplatte (39) hindurch verschiebbar gelagert ist.
Zudem dient bzw. wirkt das Endstück (38) im Ruhezustand der Sicherheitseinrichtung (100), also in der der Schließstellung (2a), als ein Anschlag bzw. als ein Positionierungselement für den Kontaktanker (36), insbesondere dessen Ankerschaft (37), in axialer Richtung. Anders ausgedrückt, sitzt der Ankerschaft (37) in der Schließstellung an dem Endstück (38) auf, bzw. kontaktiert dieses an der dem Ankerschaft (37) zugewandten Stirnseite des Endstücks (38), bzw. wird auch konkret gegen das Endstück (38) gedrückt oder gepresst durch die Magnetkraft der in der Schließstellung stromdurchflossenen Magnetspule (34).
Zudem ist in dem Ruhezustand der Sicherheitseinrichtung (100), wie in 2a dargestellt, gegenüber der dem Ankerschaft (37) abgewandten Stirnseite des Endstücks (38) ein pyrotechnisches Stellglied (50), insbesondere ein bewegbares Stellelement (56) des pyrotechnischen Stellglieds (50), angebracht, wobei ein geringer Spalt bzw. Luftspalt zwischen dem pyrotechnischen Stellglied (50) bzw. dessen bewegbaren Stellelement (56) und dem Endstück (38) ausgebildet ist. Dabei ist das pyrotechnische Stellglied (50) insbesondere derart positioniert, dass eine Längsachse (L) seines bewegbaren Stellelements (56) parallel, insbesondere konzentrisch zu einer axiale Längserstreckung (A) des Kontaktankers (36), insbesondere des Ankerschafts (37) des Kontaktankers (36) positioniert ist. Anders ausgedrückt ist das bewegbare Stellglied (56) in einer axialen Verlängerung zu der axialen Längserstreckung (A) und/oder der axialen Längserstreckung des Endstücks (38) positioniert.
Das Pyrotechnische Stellglied (50), wie in 2a gezeigt, umfasst das bewegbare Stellelement (56), das auch als ein Kolben (58) aufgefasst werden bzw. so bezeichnet werden kann und ein im Wesentlichen zylindrischer Körper, insbesondere aus Metall oder Kunststoff, ist. Das bewegbare Stellelement (56) ist dabei zumindest teilweise innerhalb eines Gehäuses (52) des pyrotechnischen Stellglieds (50) gelagert bzw. von diesem zumindest bereichsweise umgeben. Das Gehäuse (52) stellt hier auch einen Abschnitt eines Außengehäuses des pyrotechnischen Stellglieds (50) dar und hat insbesondere die Form eines Zylinders (54) bzw. Hohlzylinders. Konkret ist dabei das bewegbare Stellelement (56) als Kolben (58) mit bzw. axial entlang seiner Längsachse (L) bewegbar bzw. verschiebbar in dem Gehäuse (52) bzw. in dem Zylinder (54) gelagert, sodass man hier auch von einem Kolben-Zylinder System sprechen kann, bei dem der Kolben im Inneren des Zylinders bewegt werden kann, insbesondere aus dem Zylinder heraus bzw. in diesen hinein geschoben werden kann. Konkret kann dabei das bewegbare Stellelement (56) von dem Ruhezustand der Sicherheitseinrichtung (100), der auch der Schließstellung der Sicherheitseinrichtung (100) entspricht, in dem es relativ weit in das Gehäuse (52) eingeschoben ist, wie in 2a dargestellt, aus dem Gehäuse (52) ein Stück weit herausgeschoben bzw. herausbewegt werden, um ein entsprechend weiteres Stück aus dem Gehäuse (52) herauszustehen, wie es in dem Aktivierungszustand der Sicherheitseinrichtung (100), der auch der Öffnungsstellung der Sicherheitseinrichtung (100) entspricht, in 2b dargestellt ist.
Das Pyrotechnische Stellglied (50) umfasst weiter einen Anzünder (51), der insbesondere als ein pyrotechnisch-elektrischer Anzünder (51) ausgebildet ist und vorzugsweise zu einem Großteil von dem Gehäuse (52) umgeben ist. Wie in 2b dargestellt, kann der Anzünder derart weit in dem Gehäuse (52) positioniert sein, dass lediglich zwei elektrische Anschlussstellen aus dem Gehäuse (52) herausragen. In 2a ist demnach nicht der komplette Anzünder (51) dargestellt, sondern lediglich dessen zwei elektrische Anschlussstellen, welche als stabförmige sogenannte Anschlusspins ausgebildet sein können und in 2a beide mit dem Bezugszeichen 51, quasi auch symbolisch für den kompletten Anzünder (51), markiert sind.
Auch hier ist eine Stromquelle (95) über einen Schalter (90) durch elektrische Zuleitungen, die durch einfache Linien, ausgehend von der Stromquelle (95), dargestellt sind, mit dem Elektromagneten (31) verbunden, insbesondere an dessen Magnetspule (34) angeschlossen. Zusätzlich sind auch der Anzünder (51), insbesondere dessen zwei elektrische Anschlussstellen, über den Schalter (90) durch elektrische Zuleitungen an die Stromquelle (95) anschließbar bzw. verbindbar, wie es dort auch dementsprechende einfache Linien skizzieren. Wie in 2a ersichtlich, ist in dem Ruhezustand der Sicherheitseinrichtung (100) der Anzünder (51) stromlos geschalten, also nicht derart durchgängig mit der Stromquelle (95) verbunden, dass sich ein geschlossener Stromkreis über den Anzünder (51), insbesondere dessen zwei elektrische Anschlussstellen ausbilden könnte. Vielmehr ist dort ein möglicher geschlossener Stromkreis durch einen entsprechenden offenen Schalter (90) bezüglich des Anzünders (51) unterbrochen. Der Anzünder (51), wie er in 2a dargestellt ist, ist also nicht bzw. noch nicht aktiviert und seinerseits auch in einem entsprechenden Ruhezustand.
Dabei sind die elektrischen Zuleitungen, welche den Anzünder (51) durch den Schalter (90) an die Stromquelle (95) anschließen in 2a lediglich in einer möglichen vereinfachten bzw. idealisierten Weise dargestellt, in welcher durch einen einzigen Schalter (90) bzw. einen dort ausgeführten einzigen Schaltvorgang zugleich der Elektromagnet (31) stromlos und der Anzünder (51) stromführend geschaltet werden können, also entsprechend ein Magnetfeld für den Kontaktanker (36) deaktiviert und gleichzeitig der Anzünder (51) aktiviert werden kann. In der Praxis muss bzw. wird der Anzünder (51) nicht unbedingt an dieselbe Stromquelle (95), wie der Elektromagnet (31) bzw. dessen Magnetspule (34) angeschlossen sein. Vielmehr kann der Anzünder (51) an eine eigene Stromversorgung bzw. an einen eigenen Auslösestromstromkreis angeschlossen sein, insbesondere gesteuert mit bzw. durch ein Airbagsteuergerät. Insbesondere kann ein/das Trennsignal, welches bestimmend für die Trennung der Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) ist, von dem Airbagsteuergerat (nicht dargestellt) oder einem Sensor, insbesondere Crash-Sensor (nicht dargestellt), beispielsweise bei einem entsprechenden Unfall eines Fahrzeugs mit elektrischen Antrieb, initiiert werden. Ein derartiges Trennsignal kann direkt ein bzw. das Auslösesignal zur Aktivierung des Anzünders (51) darstellen oder aber erst durch eine passende elektrische Umwandlung bzw. elektrisches Wandelgerät in das Auslösesignal für den Anzünder (51) transformiert werden.
Der Anzünder (51) ist als eine bekannte vorgefertigte Einheit in bzw. an dem Gehäuse (52) befestigt, insbesondere durch eine Kunststoffeinspritzung und/oder kraft- und/oder formschlüssige Verbindung, wie beispielsweise eine Rollierung, Krimpung oder Bördelung. Der Anzünder (51) kann durch ein/das Auslösesignal, beispielsweise einen Stromfluss durch bzw. über seine beiden elektrischen Anschlussstellen bekanntermaßen ausgelöst bzw. aktiviert werden, sodass er, insbesondere durch Öffnen eines Bereichs seines Außengehäuses, eine Energie in Form von Gas, insbesondere in Form einer erzeugten heißen Druckgaswelle, und/oder in Form von heißen Partikeln freisetzt (nicht dargestellt). Der Anzünder (51) ist derart in bzw. an dem Gehäuse (52) positioniert, dass er bei seiner Auslösung bzw. Aktivierung eine Art Antrieb, insbesondere pyrotechnischen Antrieb durch eine solche entsprechende Gas- und/oder Partikelfreisetzung für das bewegbare Stellelement (56) darstellt.
Der Anzünder (51) kann demnach das bewegbare Stellelement (56) in axialer Richtung antreiben, sodass das bewegbare Stellelement (56) aus dem Gehäuse (52) heraus bewegt werden kann.
Konkret ist dabei in dem Ruhezustand der Sicherheitseinrichtung (100) der Anzünder (51) noch nicht aktiviert, was auch insbesondere durch den offenen Stromkreis bezüglich des Anzünders (51) mit dem geöffneten Schalter (90) in 2a ersichtlich ist. Zudem bzw. zugleich ist in diesem Ruhezustand der Elektromagnet (31) aktiviert bzw. dessen Magnetspule (34) an die Stromquelle (95) entsprechend leitend angeschlossen und damit ein entsprechendes elektromagnetisches Magnetfeld aktiviert, sodass der Kontaktanker (36) entgegen der Federkraft des vorgespannten Federelements (40) in Schließrichtung bewegt bzw. gehalten wird, sodass ein Stromfluss über den elektrischen Leiter (10) bzw. über alle seine entsprechenden Abschnitte (12) und deren Kontaktelemente (20, 22, 24 ,26) stattfindet. Das pyrotechnischen Stellglieds (50) befindet sich dabei bzw. dazu zeitgleich auch in einem Ruhezustand, wobei sich das bewegbare Stellelement (56) in einem gewissen geringen Abstand zu dem Endstück (38) des Elektromagneten (31) befindet bzw. einen entsprechenden Spalt diesbezüglich ausbildet bzw. freilässt, wie in 2a dargestellt.
Demgegenüber stellt 2b einen Aktivierungszustand der Sicherheitseinrichtung (100) dar, bei dem der Stromfluss durch den elektrischen Leiter (10) bzw. über Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) unterbrochen bzw. getrennt ist, was einer Öffnungsstellung der Sicherheitseinrichtung (100) entspricht. Dieser Aktivierungszustand (2b) ergibt sich aus dem Ruhezustand (2a) heraus in folgender Art und Weise. Aus dem Ruhezustand der Sicherheitseinrichtung (100), wie er in 2a dargestellt und weiter oben bereits beschrieben ist, wird zum einen der Elektromagnet (31), insbesondere dessen Magnetspule (34) stromlos geschalten; d.h. von der Stromquelle (95) derart getrennt, dass kein elektrischer Strom mehr über die Magnetspule (34) fließen kann. Ein derartiges Stromlosschalten ist durch ein Öffnen des Schalters (90), insbesondere mit einem entsprechenden Pfeilbewegungssymbol, in 2b dargestellt. Zum anderen wird im Wesentlichen gleichzeitig das pyrotechnische Stellglied (50) aktiviert, indem dessen Anzünder (51) durch einen elektrischen Stromfluss aktiviert wird. Dies ist ebenfalls mit dem Schalter (90), der hier insbesondere als ein Öffner/Schließer-Schalter ausgebildet ist, und dem vorgenannten Pfeilbewegungssymbol in 2b dargestellt. Durch dieses bekannte Aktivieren des Anzünders (51) kann insbesondere im Inneren des Anzünders (51) durch den Stromfluss über dessen beiden zwei elektrische Anschlussstellen ein dazwischen positioniertes Brückendrahtelement erhitzt und eine angrenzende Pyrotechnik des Anzünders (51) aktiviert und abgebrannt werden (nicht dargestellt). Durch einen entsprechenden Energie-/Druckaufbau im Inneren des Anzünders (51) kann ein Bereich dessen Außenhülle aufreißen bzw. aufplatzen, um eine dementsprechend erzeugte Energie, insbesondere in Form von heißem Gas, freisetzten und somit insbesondere auch eine Druckerhöhung bzw. Druckwelle im Inneren des pyrotechnischen Stellglieds (50) bewirken (nicht dargestellt). Eine derartige Energiefreisetzung, insbesondere die Druckerhöhung bzw. Druckwelle, wirkt dann auf das bewegliche Stellelement (56) im Inneren des pyrotechnischen Stellglieds (50), um dieses in axialer Richtung, insbesondere in Öffnungsrichtung (O), aus den pyrotechnischen Stellglied (50) zumindest teilweise herauszubewegen bzw. herauszutreiben bzw. herauszupressen. Anders ausgedrückt kann das pyrotechnischen Stellglied (50) als eine pyrotechnisch aktivierbares Kolben-Zylinder System verstanden werden, das durch ein elektrisches Signal ausgelöst bzw. aktiviert werden und dadurch der Kolben eine gewisse Hubstrecke zumindest teilweise aus dem Zylinder herausbewegt bzw. „ausfahren“ werden kann.
Wird nun, wie in 2b dargestellt, das bewegbare Stellelement (56) aus dem Gehäuse (52) des pyrotechnischen Stellglieds (50) in Öffnungsrichtung (O) herausbewegt, dann kontaktiert bzw. stößt es an das in der Öffnung der Grundplatte (39) positionierte, dem Stellelement (56) naheliegenden, Endstück (38). Hierdurch wird ein Bewegungsimpuls des bewegten Stellelements (56) auf das Endstück (38) derart übertragen, dass dies ebenso in Öffnungsrichtung (O) bewegt bzw. mitbewegt wird. Dabei kann das Endstück (38) gänzlich aus der Öffnung der Grundplatte (39) herausbewegt werden, wie in 2b dargestellt. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass es in diesem Aktivierungszustand noch über eine gewisse Restlänge in der Öffnung der Grundplatte (39) verbleibt. Da das Endstück (38) bereits in dem Ruhezustand (2a) an den Kontaktanker (36), insbesondere dessen Ankerschaft (37), stirnseitig angrenzt, wird im Aktivierungszustand (2b) der Kontaktanker (36), insbesondere sein Ankerschaft (37), ebenfalls in Öffnungsrichtung (O) durch die Bewegung des Endstücks (38) entsprechend mitbewegt. Anders ausgedrückt kann mit Aktivierung des pyrotechnischen Stellglieds (50) dessen bewegbares Stellelement (56) derart in die Öffnungsrichtung (O) bewegt bzw. beschleunigt werden, dass ein daraus resultierender Bewegungsimpuls des bewegbaren Stellelements (56) insbesondere unmittelbar zunächst auf das Endstück (38) und von diesem weiter auf den Kontaktanker (36), insbesondere dessen Ankerschaft (37) übertragbar ist, sodass der Kontaktanker (36) in die Öffnungsstellung der Sicherheitseinrichtung (100) bewegbar ist bzw. bewegt wird, um den Stromfluss durch den elektrischen Leiter (10) bzw. dessen Abschnitte (12) zu trennen. In anderen Worten, die Sicherheitseinrichtung (100) kann durch Aktivierung des pyrotechnischen Stellglieds (50) derart für eine Trennung eines elektrischen Leiters (10) betrieben werden, indem durch das pyrotechnische Stellglied (50 ein Bewegungsimpuls auf den Kontaktanker (36) übertragbar ist bzw. der Kontaktanker (36) entsprechend bewegbar ist, sodass die Sicherheitseinrichtung (100) in eine Öffnungsstellung bringbar ist.
Bei dem vorbeschriebenen Übergang von Ruhezustand (2a) in den Aktvierungszustand (2b) der Sicherheitseinrichtung (100) ist noch der Einfluss des Federelements (40) und des Elektromagnets (31) wie folgt zu berücksichtigen. Im Ruhezustand (2a) ist der Elektromagnet (31) aktiviert, indem seine Magnetspule (34) elektrisch leitend an die Stromquelle (95) angeschlossen ist, wodurch der Kontaktanker (36) durch eine entsprechende elektromagnetische Kraft in Schließrichtung (S) angezogen bzw. gehalten wird, sodass ein Stromfluss durch die Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) ermöglicht ist. Hierbei muss jedoch die Federkraft des Federelements (40), welches zwischen Elektromagnet (31) und Kontaktanker (36) eingespannt bzw. vorgespannt ist überwunden werden. Konkret muss dabei die elektromagnetische Kraft des Elektromagneten (31) auf den Kontaktanker (36) in Schließrichtung (S) höher sein, dass die auf den Kontaktanker (36) entgegen der Schließrichtung (S) wirkende mechanische Federkraft überwunden wird, insbesondere derart, dass eine zuverlässige und robuste Haltestellung des Kontaktankers (36) in dieser Stellung, also in der Schließstellung der Sicherheitseinrichtung (100), gegeben ist, um einen Stromfluss durch die Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) robust und zuverlässig zu ermöglichen. In diesem Zustand ist das pyrotechnische Stellglied (50) noch nicht aktiviert und kann noch keinen kräfterelevanten Einfluss auf den Kontaktanker (36) ausüben.
Im Aktivierungszustand (2b) der Sicherheitseinrichtung (100) ist bzw. wird zum einen der Elektromagnet (31) deaktiviert, indem seine Magnetspule (34) von der Stromquelle (95) elektrisch getrennt ist/wird, wodurch der Kontaktanker (36) nicht mehr durch eine entsprechende elektromagnetische Kraft in Schließrichtung (S) angezogen bzw. gehalten wird. Dabei ist nun die Federkraft des Federelements (40) derart groß, dass sie den Kontaktanker (36) in Öffnungsrichtung (O) schieben bzw. drücken kann, um eine Trennung der Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) zu bewirken. Jedoch kann die Federkraft des Federelements (40) alleine bzw. der diesbezügliche Öffnungsmechanismus für sich genommen nicht schnell genug, nicht stark genug und/oder nicht robust genug sein, um ein geeignetes Design eines elektromagnetischen Schaltelements (30) für eine Anwendung für ein Fahrzeug, insbesondere ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, darzustellen.
Zum anderen wird im Aktivierungszustand (2b) im Wesentlichen gleichzeitig zur vorbeschriebenen Deaktivierung des Elektromagneten (31) das pyrotechnische Stellglied (50) aktiviert und dessen bewegbares Stellelement (56) entsprechend in Öffnungsrichtung (O) bewegt, beschleunigt bzw. geschoben, wodurch auf das Endstück (38) und den Kontaktanker (36) ein derartiger Bewegungsimpuls des Stellelements (56) übertragen wird, wie weiter oben bereits beschrieben. Der Kontaktanker (36) wird hierbei zusätzlich zu der ebenfalls in Öffnungsrichtung (O) wirkenden Federkraft des Federelements (40) durch die Aktivierung des pyrotechnischen Stellglieds (50) angetrieben, bzw. eine Trennung der Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) durch das Federelement (40) wird durch das pyrotechnische Stellglied (50) unterstützt.
Vorzugsweise ist hierbei die Krafteinwirkung bzw. Beschleunigungswirkung des pyrotechnischen Stellglieds (50) zur Bewegung des Kontaktankers (36) in die Öffnungsrichtung (O) bzw. in die Öffnungsstellung der Sicherheitseinrichtung (100) um ein vielfaches größer als die des Federelements (40). In anderen Worten, die Federkraft des Federelements (40) kann beim Trennen der Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) eine untergeordnete Rolle spielen bzw. lediglich einen geringen Beitrag leisten. Vielmehr kann die Aktivierung des pyrotechnischen Stellglieds (50) den entscheidenden Bewegungsimpuls für eine schnelle, ausreichend starke und/oder zuverlässig robuste Trennung des Leiters (10), wie sie bei einem elektrisch betriebenen Fahrzeug benötigt wird, beitragen, insbesondere sogar alleinig dafür verantwortlich sein.
Konkret kann durch die Aktivierung des pyrotechnischen Stellglieds (50) ein derart schneller und/oder kraftvoller Beschleunigungsimpuls auf den Kontaktanker (36) zu dessen Bewegung in die Öffnungsrichtung (O) bereitgestellt werden, dass äußerst geringe Trennzeiten zum Trennen der Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10), insbesondere Trennzeiten, welche geringer als 5 Millisekunden sind, erreichbar sind. Insbesondere ist es dadurch auch möglich, dass ein Lichtbogen wesentlich schneller, mit weniger Aufwand und damit effektiver gelöscht werden kann, sodass die in 2a, 2b dargestellte Löschkammer (80) zur Löschung eines Lichtbogens sehr klein und damit platzsparend ausfallen kann.
Es ist auch vorstellbar, dass in einem Extremfall, bei dem der Elektromagnet (31) bei der Aktivierung des pyrotechnischen Stellglieds (50) entgegen seiner Bestimmung nicht bzw. noch nicht stromlos geschaltet ist und damit auf den Kontaktanker (36) eine elektromagnetische Kraft entgegen der Öffnungsrichtung (O) ausübt, der Bewegungsimpuls bzw. Beschleunigungsimpuls, den das pyrotechnische Stellglied (50) auf den Kontaktanker (36) überträgt, ausreichend für eine sichere Trennung des elektrischen Leiters (10) ist. Anders ausgedrückt kann die Wirkung bzw. Kraft des pyrotechnischen Stellglieds (50) zum Trennen des elektrischen Leiters (10) ausreichend sein, um auch ein nicht bestimmungsgemäßes Entgegenwirken des Elektromagneten (31) für ein sicheres Trennen des Leiters (10) zu überwinden.
In allen weiteren 3a bis 5b ist der Übersichtlichkeit halber die Stromquelle (95), der Schalter (90) und die entsprechenden skizzenhaften elektrischen Zuleitungen, welche diese Bauteile untereinander und mit dem Elektromagneten (31) und dem Anzünder (51) verbinden, nicht mehr gezeigt. Hier gilt eine analog zu den 1a und 1b gezeigte entsprechende elektrische Verschaltung. In anderen Worten, auch in den Ausführungsformen der weiteren 3a bis 5b gilt, dass zum einen in der jeweiligen Schließstellung der Sicherheitseinrichtung (100), also gemäß 3a, 4a und 5a, der Elektromagnet (31) aktiviert, also stromleitend, und der Anzünder (51) nicht aktiviert, also nichtstromleitend, an die Stromquelle (95) angeschlossen ist. Und es gilt zum anderen, dass in der jeweiligen Öffnungsstellung der Sicherheitseinrichtung (100), also gemäß 3b, 4b und 5b, der Elektromagnet (31) deaktiviert, also stromlos geschaltet ist, und der Anzünder (51) aktiviert, also stromleitend, an die Stromquelle (95) angeschlossen ist
Die 5a, 5b zeigen eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung (100), welche der ersten Ausführungsform (2a, 2b) relativ ähnlich ist. Im Folgenden wird im Wesentlichen nur auf diesbezügliche Unterschiede eingegangen. Die Ausführungsform der 5a, 5 b zeigen ebenfalls das Federelement (40), welches hier jedoch in der Ruhestellung der Sicherheitseinrichtung (100) gemäß 5a derart in einer vorgespannten Lage positioniert ist, dass die Federkraft des Federelements (40) in Schließrichtung (S) auf den Kontaktanker (36) einwirkt. Hierzu kann das vorgespannte Federelement (40) zwischen einem Innenbereich einer Gehäusewand des elektromagnetischen Schaltelements (30) und dem Kontaktanker (36), insbesondere dessen mittleren Abschnitts (12) des Leiters (10), eingespannt sein, wie in 5a skizzenhaft angedeutet. Ein Vorteil einer solchen Konstruktion im Vergleich zu einer Konstruktion wie sie in 2a dargestellt ist, wäre, dass bei der Konstruktion nach 5a ein kleiner bauender bzw. leistungsschwächerer Elektromagnet (31) möglich ist, da zur Schließstellung der Sicherheitseinrichtung (100) eine geringere magnetische Kraft bzw. Energie zum Halten des Kontaktankers (36) nötig ist, weil das Federelement (40) hier einen Teil der magnetischen Kraft quasi ersetzen kann. Der Ankerschaft (37) umfasst bei dieser Konstruktion insbesondere einen Permanentmagneten.
Bei einer derartigen Konstruktion muss dann allerdings, wie in 5b dargestellt, im Aktivierungszustand der Sicherheitseinrichtung (100) das pyrotechnische Stellglied (50) entgegen der Federkraft des Federelements (40) arbeiten. In anderen Worten, der Bewegungsimpuls, der bei der Aktivierung des pyrotechnischen Stellglieds (50) bzw. dessen bewegten Stellelements (56) auf den Kontaktanker (36) in Öffnungsrichtung (O) übertragen wird, muss entgegen der Federkraft des Federelements (40) wirken bzw. diese bei der Trennung der Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) überwinden. Vorteilhafterweise ist noch eine nicht dargestellte Einrastvorrichtung an dem bzw. für den Kontaktanker (36) vorgesehen, welche in der Öffnungsstellung der Sicherheitseinrichtung (100) eine durch das Federelement (40) mögliche zurück gerichtete Bewegung des Kontaktankers (36) in Richtung Schließrichtung (S) verhindert.
Die 3a, 3b zeigen eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung (100), welche im Wesentlichen auch nach dem Prinzip der ersten Ausführungsform (2a, 2b) funktioniert und diesbezüglich als eine Art Weiterentwicklung bzw. als eine weiter integrierte Konstruktion aufgefasst werden kann. Im Folgenden werden bezüglich der 3a und 3b nur die wesentlichen Unterschiede zu der ersten Ausführungsform, wie sie in 2a, 2b gezeigt und beschrieben sind, erläutert.
Demnach ist bei der zweiten Ausführungsform nach 3a, 3b das bewegbare Stellelement (56) des pyrotechnischen Stellglieds (50) von einem Teilbereich des Kontaktankers (36), insbesondere von dessen Ankerschaft (37), ausgebildet. Anders ausgedrückt bildet der Ankerschaft (37) das bewegbare Stellelement (56). Somit kann auf unmittelbarer Art und Weise bei Aktivierung des pyrotechnischen Stellglieds (50) der Ankerschaft (37) und somit der Kontaktanker (369, welcher den Ankerschaft (37) umfasst, aus dem Gehäuse (52) des pyrotechnischen Stellglieds (50) in Öffnungsrichtung (O) herausbewegt werden, wie in 3b dargestellt. Bei dieser Konstruktion kann somit das Endstück (38), wie es bei der Konstruktion nach 2a, 2b verwendet wird, entfallen. Somit ist ein Endstück als quasi mechanisches Übertragungselement eines Bewegungs- bzw. Beschleunigungsimpulses eines bewegbaren Stellelements auf einen Kontaktanker bei der Konstruktion nach 3a, 3b nicht mehr notwendig. Die zweite Ausführungsform weist damit den Vorteil auf, dass durch ein quasi einstückiges Zusammenlegen von Ankerschaft (37) und bewegbaren Stellelement (56) eines dieser beiden Bauteile eingespart werden kann. Bei der zweiten Ausführungsform ist zudem das pyrotechnische Stellglied (50) in den Elektromagneten (31) des Schaltelements (30) integriert. Dies heißt, dass vorzugsweise ein Großteil des pyrotechnischen Stellglieds (50) nicht mehr außerhalb des Elektromagneten (31) positioniert ist, so wie bei einer Konstruktion nach 2a, sondern innerhalb des Elektromagneten (31) verbaut ist, was vorteilhaft eine Reduzierung der gesamten Baugröße der Sicherheitseinrichtung (100) bedeutet. Konkret kann dabei das pyrotechnische Stellglied (50) fast zur Gänze innerhalb der Magnetspule (34) des Elektromagneten (31) positioniert sein, wobei lediglich ein Weg für eine elektrische Zuleitung zu dem pyrotechnischen Stellglied (50) von der Umgebund des Elektromagneten (31) vorgesehen sein sollte. Dies wird in der Konstruktion nach 3a, 3b derart ausgeführt, dass lediglich die zwei elektrisch leitenden Kontaktmittel des Anzünders (51) bzw. elektrisch leitende Zuleitungen dorthin, aus dem Außengehäuse des Elektromagneten (31) heraus, insbesondere aus dessen Grundplatte (39) heraus, ragen bzw. sich dorthin erstrecken.
Die 4a, 4b zeigen eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung (100), bei der ein wesentlicher Unterschied verglichen zu der ersten Ausführungsform (2a, 2b) darin besteht, dass das pyrotechnische Stellglied (50) bei seiner Aktivierung mit seinem bewegbaren Stellelement (56) nicht in Öffnungsrichtung (O), sondern quer dazu wirkt. Hierbei ist das bewegbare Stellelement (56) mit seiner Längsachse (L) in einem Winkel von O° bis 180°, insbesondere im Wesentlichen senkrecht, zu der axialen Längserstreckung (A) des Kontaktankers (36), insbesondere eines Ankerschafts (37) des Kontaktankers (36), positioniert, um die Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) mittels des Stellelements (56) zu trennen bzw. eine solche Trennung zu unterstützen. Konkret ist dabei, wie in 4a dargestellt, das pyrotechnische Stellglied (50) derart positioniert, dass sein bewegbares Stellelement (56) mit seiner Längsachse (L) im Wesentlichen parallel zu dem elektrischen Leiter (10) bzw. parallel zu den Abschnitten 12) des Leiters (10) positioniert. Die Längsachse (L) des bewegbares Stellelements (56) ist damit im Wesentlichen senkrecht zu der axialen Längserstreckung (A) des Kontaktankers (36) bzw. dessen Ankerschaftes (37) ausgerichtet.
In relativ kurzer Distanz zu dem bewegbaren Stellelement (56) des pyrotechnischen Stellglieds (50) ist ein Keilelement (60) derart positioniert, dass es mit der Aktivierung des pyrotechnischen Stellglieds (50) und der daraus resultierenden Bewegung des Stellelements (56) durch das Stellelement (56) in Richtung dessen Bewegungsrichtung mitbewegt werden kann. Konkret handelt es sich bei dem Keilelement (60) um ein elektrisch isolierendes Material das mittels des bewegbaren Stellelements (56) antreibbar ist, derart dass das Keilelement (60) zwischen Kontaktelementen (20, 22, 24, 26) der Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) verschiebbar ist, um einen Stromfluss zwischen den Kontaktelementen (20, 22, 24, 26) zu unterbrechen (siehe 4b).
In dem Ruhezustand der Sicherheitseinrichtung (100) ist, wie in 4a dargestellt, das Keilelement (60) zum einen mit einer flachen Stirnseite in einem geringen Abstand zu dem bewegbaren Stellelement (56) positioniert, sodass sich dadurch ein gewisser Spalt dorthin ergibt, und zum anderen ist das Keilelement (60) mit einer spitzen Stirnseite, die der flachen Stirnseite gegenüberliegt, zwischen den zu trennenden Abschnitten (12) des elektrischen Leiters (10) angeordnet. Somit ist das Keilelement (60) bereits in dem Ruhezustand auch geometrisch optimal positioniert, um für bzw. bei der Trennung der entsprechenden Abschnitte (12) effektiv wirken zu können. Das Keilelement (60) kann dabei in einer nicht dargestellten Führung gelagert sein, um bei seiner Bewegung (4b) optimale Wirkung zu erreichen.
In dem Aktivierungszustand der Sicherheitseinrichtung (100), wie in 4b dargestellt, wird das Keilelement (60) durch einen mechanischen Übertrag bzw. Übergang des Bewegungsimpulses des durch Aktivierung des pyrotechnischen Stellglieds (50) bewegten Stellelements (56) zwischen bzw. weiter zwischen die zu trennenden Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) bewegt bzw. hineinbewegt. Dabei wird das Keilelement (60) insbesondere zwischen die entsprechenden Kontaktelemente (20 ,24), insbesondere zwischen das erste Kontaktelement (20) und das dritte Kontaktelement (24), bewegt, um so eine mechanische Trennung bzw. eine Trennung durch mechanische Krafteinwirkung der entsprechenden zu trennenden Abschnitte (12) herbeizuführen bzw. zu unterstützen. Die elektromechanisch ausgelöste bzw. unterstütze Bewegung des Kontaktankers (36) wird in der Konstruktion nach 4a, 4b so ausgeführt bzw. ist die Konstruktion dazu so ausgelegt, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist und bezüglich den 1a und 1b gezeigt und beschrieben ist. In anderen Worten, der Beitrag bzw. Kräftebeitrag für das Trennen der Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10), der ausschließlich durch den Elektromagneten (31) durchführbar ist, ist in der Konstruktion nach 4a und 4b derselbe wie bei 1a und 1b. Dementsprechend wird für den Ruhezustand der Sicherheitseinrichtung (100) der Elektromagnet (31) stromführend mit der Stromquelle (95) verbunden, sodass der Kontaktanker (36) in Schließrichtung (S) gehalten und die Abschnitte (12) des Leiters (10) elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Danach wird für den Aktivierungszustand der Sicherheitseinrichtung (100) der Elektromagnet (31) stromlos geschaltet, also von der Stromquelle (95) elektrisch getrennt, sodass der Kontaktanker (36) mittels Federkraft des vorgespannten Federelements (40) in Öffnungsrichtung (O) bewegt wird, um die Abschnitte (12) des Leiters (10) voneinander zu trennen. Bei diesem Trennvorgang wirkt nun das pyrotechnische Stellglied (50) mit dem bewegten Keilelement (60), wie oben beschrieben, unterstützend oder sogar hauptsächlich mit bei der Trennung der Abschnitte (12) des Leiters (10). Das Endstück (38) ist hierbei ähnlich fest mit der Grundplatte (39) verbunden, wie es bereits in den 1a, 1b gezeigt ist.
Bei einer modifizierte Ausführungsform bezüglich der Konstruktion wie sie in 4a und 4b dargestellt ist, kann das bewegbare Stellelement (56) ein bzw. das Keilelement (60) ausgebildet sein (nicht dargestellt). In anderen Worten wird in diesem Fall das bewegbare Stellelement (56) quasi einstückig zusammengelegt mit dem Keilelement (60) und kann somit eingespart werden. Bei dieser Alternative würde dann ein Teilbereich des Keilelements (60), insbesondere dessen flache Stirnseite, innerhalb des Gehäuses (52) des pyrotechnischen Stellglieds (50) positioniert sein.
Die 6a, 6b zeigen eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung (100), welche der ersten Ausführungsform (2a, 2b) sehr ähnlich ist. Im Folgenden wird im Wesentlichen nur auf diesbezügliche Unterschiede eingegangen. Die Konstruktion gemäß der 6a und 6b weist ein Endstück (38) auf, welches fest mit der Grundplatte (39) des Elektromagneten (31) verbunden ist. Das Endstück (38) weist eine mittige Durchgangsbohrung auf, durch welche in dem Ruhezustand der Sicherheitseinrichtung (100) das bewegbare Stellelement (56) des pyrotechnischen Stellglieds (50) hineinragt bzw. hindurchragt, wie in 6a dargestellt. Das bewegbare Stellelement (56) ist dazu entsprechend schmäler bzw. geringer in seinem Durchmesser ausgebildet, als es vergleichsweise in der Konstruktion nach 2a ausgebildet ist. Dabei kann das somit stiftartige bewegbare Stellelement, wie in 6a dargestellt, mit seiner dem Ankerschaft (37) zugewandten Stirnseite an den Ankerschaft (37) anstehen bzw. diesen kontaktieren, oder aber in einem gewissen Abstand dazu positioniert sein. Vorzugsweise ist dabei das bewegbare Stellelement (56) zumindest teilweise in die mittige Durchgangsbohrung des Endstücks (38) eingeführt bzw. ragt in diese hinein. Als alternative Variante zu dieser Konstruktion ist es auch vorstellbar, dass das Endstück (38) mit der Grundplatte (39) ein einstückiges Bauelement ausbildet und somit als separates Bauteil eingespart werden kann (nicht dargestellt).
In dem Aktivierungszustand der Sicherheitseinrichtung (100), wie in 6b dargestellt, wird das bewegbare Stellglied (56) nach Aktivierung des pyrotechnischen Stellglieds (50) in Richtung Öffnungsrichtung (O) weiter durch die mittige Durchgangsbohrung des Endstücks (38) bewegt, sodass es den Ankerschaft (37) bzw. den Kontaktanker (36) in die Öffnungsstellung der Sicherheitseinrichtung (100) mitbewegt, bzw. im Falle eines vorherigen Abstands zu diesem an diesen anschlägt und diesen danach entsprechend mitbewegt.
Vorteilhaft bei dieser Konstruktion nach 6a und 6b ist, dass das Endstück (38) nicht als ein zusätzliches Bauteil bei der Aktivierung der Sicherheitseinrichtung (100) mitbewegt werden muss und zudem, dass hierbei der Bereich des bewegbaren Stellelements (56), der zumindest teilweise in die mittige Durchgangsbohrung des Endstücks (38) hineinragt, eine entsprechende Führung erfährt.
Bezugszeichenliste

10: Leiter
12: Abschnitt
20: erstes Kontaktelement
22: zweites Kontaktelement
24: drittes Kontaktelement
26: viertes Kontaktelement
30: Schaltelement
31: Elektromagnet
34: Magnetspule
36: Kontaktanker
37: Ankerschaft
38: Endstück
39: Grundplatte
40: Federelement
50: pyrotechnisches Stellglied
51: Anzünder
52: Gehäuse
54: Zylinder
56: Stellelement
58: Kolben
60: Keilelement
80: Löschkammer
90: Schalter
95: Stromquelle
100: Sicherheitseinrichtung
L: Längsachse
A: axiale Längserstreckung
O: Öffnungsrichtung
S: Schließrichtung

Claims

Sicherheitseinrichtung (100), insbesondere für ein Fahrzeug, zum Verbinden oder Trennen von Abschnitten (12) eines elektrischen Leiters (10) mit einem elektromagnetischen Schaltelement (30), wobei die Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) in einem Ruhezustand der Sicherheitseinrichtung (100) elektrisch leitend miteinander verbunden sind und bei Anliegen eines Trennsignals in einem Aktivierungszustand voneinander trennbar sind, um einen Stromfluss durch den Leiter (10) zu unterbrechen, und wobei die Sicherheitseinrichtung (100) ferner ein pyrotechnisches Stellglied (50) aufweist, das ausgebildet ist, bei Anliegen des Trennsignals eine Trennung der Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) zu unterstützen.
Sicherheitseinrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das pyrotechnische Stellglied (50) an das elektromagnetische Schaltelement (30) gekoppelt, insbesondere darin integriert, ist, wobei insbesondere das pyrotechnische Stellglied (50) an einen Kontaktanker (36) des elektromagnetischen Schaltelements (30) angeordnet ist.
Sicherheitseinrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trennbewegung des elektromagnetischen Schaltelementes (30), insbesondere eines/des Kontaktankers (36) des elektromagnetischen Schaltelementes (30), zur Trennung der Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) durch eine Aktivierung des pyrotechnischen Stellglieds (50) verstärkbar und/oder beschleunigbar ist, um insbesondere eine Trennzeit von geringer als 5ms zu erreichen.
Sicherheitseinrichtung (100) nach zumindest einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das pyrotechnische Stellglied (50) ein Gehäuse (52), insbesondere in Form eines Zylinders (54), ein darin bewegbares Stellelement (56), insbesondere in Form eines Kolbens (58), und einen pyrotechnisch-elektrischen Anzünder (51) aufweist, wobei bei Anliegen des Trennsignals zur Trennung der Abschnitte (12) das pyrotechnische Stellglied (50) durch Auslösen des Anzünders (51) aktivierbar und das Stellelement (56) aus dem Gehäuse (52) zumindest teilweise heraus bewegbar ist.
Sicherheitseinrichtung (100) nach zumindest einem der voranstehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass das bewegbare Stellelement (56) mit seiner Längsachse (L) parallel, insbesondere konzentrisch, zu einer axialen Längserstreckung (A) des Kontaktankers (36), insbesondere eines Ankerschafts (37) des Kontaktankers (36), positioniert ist, wobei insbesondere die Längsachse (L) des Stellelements (56) und die axiale Längserstreckung (A) des Kontaktankers (36) parallel zu einer Öffnungsrichtung (O) des elektromagnetischen Schaltelementes (30) ausgerichtet sind.
Sicherheitseinrichtung (100) nach zumindest einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kontaktanker (36) des elektromagnetischen Schaltelementes (30), insbesondere ein Ankerschaft (37) des Kontaktankers (36), bei Aktivierung des pyrotechnischen Stellglieds (50), insbesondere mittels des bewegbaren Stellelements (56), in Richtung Öffnungsrichtung (O) antreibbar ist, um insbesondere eine in derselben Richtung wirkende Federkraft eines vorgespannten Federelements (40) des elektromagnetischen Schaltelementes (30) zur Trennung der Abschnitte (12) zu unterstützen oder dieser entgegenzuwirken.
Sicherheitseinrichtung (100) nach zumindest einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegbare Stellelement (56) des pyrotechnischen Stellgliedes (50) von einem Teilbereich des Kontaktankers (36), insbesondere einem/dem Ankerschaft (37), gebildet ist, und/oder wobei das pyrotechnische Stellglied (50) in einen Elektromagneten (31) des elektromagnetischen Schaltelementes (30) integriert ist.
Sicherheitseinrichtung (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegbare Stellelement (56) mit seiner Längsachse (L) in einem Winkel von O° bis 180°, insbesondere im Wesentlichen senkrecht, zu einer axialen Längserstreckung (A) des Kontaktankers (36), insbesondere eines Ankerschafts (37) des Kontaktankers (36), positioniert ist, um die Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) mittels des Stellelements (56) zu trennen.
Sicherheitseinrichtung (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Keilelement (60) aus elektrisch isolierenden Material mittels des bewegbaren Stellelements (56) antreibbar ist oder das bewegbare Stellelement (56) als ein solches Keilelement (60) ausgebildet ist, wobei das Keilelement (60) zwischen Kontaktelementen (20, 22, 24, 26) der Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10) verschiebbar ist, um einen Stromfluss zwischen den Kontaktelementen (20, 22, 24, 26) zu unterbrechen.
Verfahren zum Trennen eines Strompfades in einem elektrischen Leiter (10) mit einer Sicherheitseinrichtung (100), insbesondere nach zumindest einem der voranstehenden Ansprüche, mit den folgenden Schritten: a) Empfangen eines Trennsignals von einem elektrischen Signalgeber, insbesondere einem Airbagsteuergerät, und/oder einem Sensor, insbesondere einem Crash-Sensor; b) Ansteuerung eines elektromagnetischen Schaltelementes (30) durch das Trennsignal, Aktivierung des elektromagnetischen Schaltelementes (30) und dadurch Trennung von Abschnitten (12) des elektrischen Leiters (10) zur Unterbrechung eines Stromflusses durch den elektrischen Leiter (10); und c) Aktivierung eines pyrotechnischen Stellglieds (50), im Wesentlichen gleichzeitig zu Schritt b), und dadurch Unterstützung, insbesondere Verstärkung und/oder Beschleunigung, der Trennung der Abschnitte (12) des elektrischen Leiters (10).
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt b) eine Trennbewegung eines Kontaktankers (36) des elektromagnetischen Schaltelementes (30) in eine Öffnungsrichtung (O) durchgeführt wird, und im Schritt c) ein bewegbares Stellelement (56) des pyrotechnischen Stellglieds (50) aus einem Gehäuse (52) des pyrotechnischen Stellglieds (50) herausbewegt wird, auf einen Bereich des Kontaktankers (36) trifft und die Trennbewegung des Kontaktankers (36) unterstützend den Kontaktanker (36) in die Öffnungsrichtung (O) schiebt, oder dass im Schritt c) ein bewegbares Stellelement (56) des pyrotechnischen Stellglieds (50) unmittelbar als der Kontaktanker (36) ausgeführt ist und damit selbst die Trennbewegung des Kontaktankers (36) durchführt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt b) eine Trennbewegung eines Kontaktankers (36) des elektromagnetischen Schaltelementes (30) in eine Öffnungsrichtung (O) durchgeführt wird, und im Schritt c) mittels des pyrotechnischen Stellglieds (50) ein Keilelement (60) aus elektrisch isolierenden Material in einem Winkel von O° bis 180°, insbesondere im Wesentlichen senkrecht, zu der Öffnungsrichtung (O) zwischen Kontaktelementen (20, 22, 24, 26) der Abschnitte (12) bewegt wird und damit ein Stromfluss zwischen den Kontaktelementen (20, 22, 24, 26) unterbrochen wird.