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Die
Erfindung betrifft ein elektrisches Schaltglied, insbesondere zum
Schalten hoher Ströme. Derartige
Schaltglieder finden beispielsweise in der Kraftwerks-, Versuchs-
und KFZ-Technik
zum definierten und schnellen Trennen von elektrischen Starkstromkreisen
im Notfall Verwendung. Dabei besteht die Anforderung an ein derartiges
Schaltglied, dass dessen Auslösung
und Unterbrechungsfunktion selbst ohne Wartung noch nach bis zu
20 Jahren zuverlässig
gewährleistet
sein muss. Des Weiteren darf von einem solchen Schaltglied kein
zusätzliches
Gefahrenpotential durch von Heißgas,
Partikel, Wurfstücke
oder durch hohe, im abgeschalteten Stromkreis induzierte Spannungen
ausgehen. Der Begriff Schaltglied wird dabei im Sinne einer Schalteinheit verstanden,
welche das einmalige Unterbrechen eines elektrischen Stromkreises
ermöglicht.
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Ein
mögliches
Einsatzgebiet in der KFZ-Technik ist das definierte irreversible
Trennen der Bordverkabelung von der Autobatterie kurz nach einem
Unfall, um Zündquellen
durch Funken und Plasma zu vermeiden, die entstehen, wenn beispielsweise
Kabelisolationen durch während
des Unfalls eindringendes Karosserieblech aufgescheuert wurden oder
lose Kabelenden gegeneinander oder gegen Blechteile drücken und
aufscheuern. Läuft
bei einem Unfall gleichzeitig Benzin aus, so können solche Zündquellen
zündfähige Benzin-Luft-Gemische entzünden, die
sich beispielsweise unter der Motorhaube sammeln. Ein weiteres Einsatzgebiet
ist die elektrische Abtrennung einer Baugruppe vom Bordnetz für den Fall
eines Kurzschlusses in der betreffenden Baugruppe, beispielsweise
in einer elektrischen Standheizung.
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Im
Stand der Technik sind pyrotechnische Sicherungen bekannt, die zur
Auslösung
aktiv angesteuert werden. Beispielsweise beschreibt die
DE-AS 2 103 565 einen Stromunterbrecher,
welcher ein metallisches Gehäuse
umfasst, das an zwei voneinander abstehenden Anschlussbereichen
mit jeweils einem Leiterende eines abzusichernden Leiters verbunden
wird. Im Gehäuse
ist ein pyrotechnisches Element vorgesehen, das durch eine Sprengladung gebildet
ist. Die Sprengladung ist durch einen elektrischen Zünder aktivierbar,
welcher ein Zündelement umfasst,
das durch einen Speisestrom verdampft wird. Das Gehäuse ist
mit einer Isolierflüssigkeit
gefüllt.
Das axial ausgedehnte Gehäuse
weist eine umlaufende Nut auf, entlang der das Gehäuse bei
einem Zünden
der Sprengladung aufreißt.
Das Gehäuse wird
dabei in zwei elektrisch voneinander getrennte Teile aufgebrochen,
so dass der betreffende Stromkreis aufgetrennt wird. Das beim Auftrennen
eines Stromkreises mit sehr hoher Stromstärke entstehende Plasma wird
bei diesem Stromunterbrecher durch die zerstäubte Isolierflüssigkeit
gelöscht.
Das Auslösen
kann bei einem KFZ beispielsweise durch das Signal eines Schocksensors
erfolgen.
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Eine
Selbstauslösung
zur Auftrennung des Stromkreises bei einer Überlastung des abzusichernden
Leiters ist bei dieser bekannten Vorrichtung nicht vorgesehen, weil
die ganze Hülse
bis zur Auslösetemperatur
erhitzt werden müsste
und dann eine detonative Umsetzung nicht sicher erreicht würde. Denn
ein Sprengstoff kann kaum durch eine einfache Erhitzung der Hülse gezündet werden,
d. h. zur detonativen Umsetzung gebracht werden. Dies wäre jedoch
z. B. bei der in der
DE-AS 2
103 565 beschriebenen Gehäuseform notwendig.
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Dabei
sei erwähnt,
dass in der Pyrotechnik weltweit von einer detonativen Umsetzung
gesprochen wird, wenn Flammfrontgeschwindigkeiten von definitionsgemäß mehr als
2000 m/s erreicht werden.
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Ein
weiterer Nachteil dieser bekannten Vorrichtung ist die Problematik
der Zulassung für
Vorrichtungen, die mit Sprengstoffen oder gar Detonatoren gefüllte Baugruppen
aufweisen. Aus diesem Grund finden derartige Vorrichtungen bisher
keine kommerzielle Verwendung. Sie werden nur sehr vereinzelt in
Forschungsinstituten für
Sonderexperimente eingesetzt. Die Ursachen hierfür sind zusätzlich der komplizierte Aufbau,
die sehr geringe Handhabungssicherheit und das extrem hohe, nur
sehr schwer eingrenzbare Gefahrenpotential.
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Des
Weiteren besteht in vielen Fällen
die Forderung nach einer Selbstauslöse-Funktion eines derartigen
Schalters bzw. einer Sicherungsvorrichtung, beispielsweise um ohne
zusätzlichen
Aufwand für Überlastungssensoren
ein Kabel vor Überlast
zu schützen.
Ein entsprechendes Schaltglied soll daher nicht nur eine ansteuerbare
Auslösemöglichkeit
haben, sondern auch die Funktion einer herkömmlichen Hochstromsicherung
in Form einer Schmelzsicherung aufweisen, die von jedermann gefahrlos
handhabbar ist, wie dies bei herkömmlichen Schmelzsicherungen
der Fall ist.
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Derartige
Hochstrom-Schmelzsicherungen weisen den Nachteil einer innerhalb
einer großen Bandbreite
schwankenden Abschaltzeit nach dem Erreichen der Nennstromstärke der
Sicherung auf. Ein damit abgesichertes Kabel kann daher hinsichtlich
seiner Stromführungskapazität nur zu
einem sehr geringen Teil, z. B. 30 % ausgelastet werden, da im Überlastfall
ansonsten beispielsweise ein Kabelbrand auftreten kann.
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Aus
der
DE 197 49 133
A1 ist ein Notabschalter für elektrische Stromkreise bekannt,
der sowohl eine Selbstauslösung
als auch eine ansteuerbare Auslösung
ermöglicht.
Hierzu wird ein elektrischer Leiter verwendet, der eine pyrotechnische
Seele aufweist. Diese kann z. B. aus einem Treibladungspulver bestehen.
Die pyrotechnische Seele kann einerseits durch die Erwärmung des
elektrischen Leiters bei Überschreiten
einer zulässigen
Stromstärke (Nennstromstärke) gezündet werden.
Andererseits ist vorgesehen, die pyrotechnische Seele durch eine ansteuerbare
Zündeinrichtung,
beispielsweise in Form eines Glühdrahts,
zu zünden.
Die
DE 197 49 133
A1 stellt jedoch lediglich das Prinzip einer derartigen
Vorrichtung dar, gibt jedoch keinerlei Hinweise auf mögliche konstruktiv
in vorteilhafter Weise ausführbare
Ausgestaltungen. Denn das Herstellen eines Leiters mit einer derartigen
pyrotechnischen Seele erfordert einen beträchtlichen Aufwand. Zudem kann
auch bei einem derartigen Notabschalter ein sicheres, schnelles
Auftrennen des Leiters nur bei Einsatz eines detonativen Explosivstoffs
gewährleistet
werden. Bei deflagrierenden, d.h. nicht detonativ umsetzenden Stoffen,
wie Thermit, erfolgt nur ein Aufplatzen des Leiters und ein Entweichen
des restlichen Gases ohne dass der Leiter vollständig getrennt würde. Die
vollständige
Trennung wird dann allenfalls durch das Durchschmelzen des Leiters
infolge des über
die Sicherung fließenden
Stroms erreicht.
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Aus
der
US 3,958,206 ist
eine Sicherung bekannt, bei der der abzusichernde Strom über ein
mit einem exotherm reaktiven Material gerilltes Schaltglied geführt ist,
wobei die Wandung des Sicherungelements durch das Aktivieren des
exotherm reaktiven Materials aufplatzt und den Strom unterbricht. Als
exotherm reaktives Material wird z. B. PETN eingesetzt, also ein
detonativ umsetzendes Material, so dass eine derartige Sicherung
strengen Zulassungsvor schriften unterliegt. Das Aktivieren des exotherm reaktiven
Materials kann durch die Verlustwärme des abzusichernden Stroms
selbst oder durch eine aktive Zündeinrichtung
erfolgen. Das Aufreißen
des Gehäuses
des Schaltgliedes würde
jedoch bei einem langsamer abbrennenden Material, z. B. schon bei
einem sogenannten Treibladungspulver, undefiniert und unsauber erfolgen.
So besteht die Gefahr, dass anfänglich
nur Risse oder Löcher
im Schaltglied entstehen und das verbleibende Wandmaterial erst
durch den abzusichernden Strom durchgeschmolzen werden muss. Dies
beeinträchtigt
die Reaktionsgeschwindigkeit der Sicherung und ist auch aus Zuverlässigkeitsgründen nicht
zulässig.
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Des
Weiteren offenbart die
US 3,958,206 eine
Sicherung mit einem Schaltglied in Form eines beispielsweise flachen
Leiters, der mit einer Aluminium- und einer darüber angeordneten Palladiumschicht
beschichtet ist. Das Aluminium und Palladium fungieren als exotherm
reaktive Materialien, wobei das Aktivieren des exothermen Prozesses
durch die Verlustwärme
des abzusichernden Stroms oder mittels einer Aktivierungseinrichtung
erfolgen kann.
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Aus
der nachveröffentlichten
WO 02/35568 A1 sind
pyrotechnische Schaltglieder bekannt, welche die oben beschriebenen
Unzulänglichkeiten zwar
weitgehend nicht mehr aufweisen, jedoch entweder sehr unflexibel
in der Ausgestaltung des Schaltsteges, aufwendig in der Herstellung
und sicherheitstechnisch extrem schwer beherrschbar ist. Dies gilt
jedenfalls für
die Ausführungsformen,
bei denen ein deflagrierendes pyrotechnisches Material verwendet
wird, um einen speziell gestalteten Schaltsteg in einem Teilbereich über den
gesamten Umfang auszubrechen. Bei der Ausführungsform nach
9 der
WO 02/35568 A1 wird
zusätzlich
durch den Gasdruck, der mittels des deflagrierenden pyrotechnischen
Materials erzeugt wird, eine axiale Zugkraft auf den Schaltsteg
ausgeübt,
so dass dieser zuverlässig über den
gesamten Umfang aufgetrennt wird. Diese Ausführungsform weist jedoch den
Nachteil auf, dass einer der Anschlusskontakte und damit auch das
damit verbundene Anschlusskabel eine axiale Bewegung ausführt. Dies
ist in vielen Fällen
nicht akzeptabel oder jedenfalls unerwünscht, auch wenn der axiale
Bewegungsweg relativ gering ist. Insbesondere bei hohen zu schaltenden
Strömen
muss ein Schaltglied ab beiden Enden bzw. an beiden Anschlusskontakten
(auch wenn diese nicht auf einer Achse liegen) fest eingespannt
sein.
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Aus
der
US 5,808,253 ist
eine Unterbrechungsvorrichtung für
einen elektrischen Stromkreis bekannt, bei der eine einstückig ausgebildete
Einheit zwei Anschlusskontakte umfasst, zwischen welchen ein hiervon
abtrennbares, kolbenartiges Verbindungselement vorgesehen ist. In
einem der Anschlusskontakte ist ein Detonator
94 vorgesehen,
der bei seiner Auslösung
das zylindrische Verbindungselement, von den Anschlusskontakten
abtrennt und in eine entsprechende Bohrung im gegenüberliegenden
Anschlusskontakt bewegt. Auch hierzu ist ein detonatives Element
erforderlich, woraus damit verbundene Probleme resultieren.
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Des
Weiteren sind Schalteinheiten bekannt, bei denen mittels eines pyrotechnischen
Materials ein hoher Gasdruck erzeugt wir, wobei ein bewegbarer Anschlusskontakt,
der in einer Ausgangsstellung mit einem zweiten Anschlusskontakt
form- oder kraftschlüssig
verbunden ist, kolbenartig in einem Gehäuse in eine Endstellung bewegt
wird, in welcher die beiden Anschlusskontakte nicht mehr verbunden sind.
Derartige Einheiten sind z. B. in der
DE 198 19 662 A1 , der
US 3,873,786 oder in der
US 3,118,986 beschrieben.
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Bei
derartigen Vorrichtung besteht jedoch das Problem, dass in der Ausgangsstellung
der Anschlusskontakte unerwünschte Übergangswiderstände auftreten
können,
beispielsweise durch Oxidation benachbarter Flächen.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
ein langzeitstabiles pyrotechnisch betätigtes elektrisches Schaltglied
zu schaffen, bei dem während
des Schaltvorgangs keinerlei Bewegungen von Teilen außerhalb
des Gehäuses
und bei dem – unabhängig ob im
oder außerhalb
des Gehäuses – keinerlei
Bewegungen von Teilen, die mit Anschlusskabeln verbunden werden,
erfolgt. Darüber
hinaus soll ein Schaltglied geschaffen werden, das sicherheitstechnisch vollkommen
unbedenklich und auf einfache und kostengünstige Weise herstellbar ist.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Schaltglied
ist, ebenso wie bei dem pyrotechnischen Sicherungselement nach der
WO 02/35568 A1 ,
für das
Durchführen des
Schaltvorgangs ein aktivierbares Material einsetzbar, welches lediglich
einen ausreichend hohen Gasdruck erzeugt, ohne dass, wie bei einer
detonativen Umsetzung, Detonations-Stoßwellen erzeugt werden müssten, die
aus Sicherheitsgründen
nicht akzeptabel sind. Wie bei der Ausführungsform nach
9 der
WO 02/35568 A1 wird
durch den Gasdruck ein Teil der Kontakteinheit, über die der zu schaltende Strom
zwischen zwei Anschlusskontakten der Kontakteinheit fließt, durch
den Gasdruck axial beaufschlagt und in axialer Richtung in wenigstens
zwei Teile aufgetrennt. Die Kontakteinheit umfasst ein vom Gasdruck
beaufschlagbares Kontaktelement, welches gegenüber dem benachbarten, ortsfest
mit dem Gehäuse
verbundenen Anschlusskontakt bewegbar ist. Das Kontaktelement wird
während
des Auslösevorgangs
aus einer Ausgangsposition in eine Endposition bewegt, in welcher
die beiden Teile der Kontakteinheit sicher von einander getrennt
sind. Die Bewegung entsteht dabei durch eine plastische Deformation
eines Stauchbereichs des Kontaktelements. Durch die mit dem Gehäuse verbundenen
oder damit einstückig
ausgebildeten Anschlusskontakte tritt nach außen keinerlei unerwünschte mechanische Bewegung
auf.
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Dadurch,
dass in der Ausgangsstellung das Kontaktelement, in welchem die
für die
sichere Auftrennung der Verbindung zwischen den Anschlusskontakten
erforderliche Bewegung durch plastische Deformation entsteht, mit
dem betreffenden Anschlusskontakt fest verbunden oder einstückig mit diesem
ausgebildet ist, wird ein unerwünschter Übergangswiderstand,
der insbesondere auch die Langzeitstabilität der Schalteinheit beeinträchtigen
kann, sicher vermieden.
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Zusätzlich wird
durch die Deformation des Stauchbereichs zumindest ein Großteil der
Bewegungsenergie vernichtet und muss nicht vollständig vom
Gehäuse
aufgenommen oder durch Reibung zwischen mechanischen Kontaktflächen während des
Bewegens des Kontaktelements vernichtet werden.
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Die
Kontakteinheit umfasst vorzugsweise ein Verbindungselement, welches
an einem Ende mit einem Anschlusskontakt und am anderen Ende mit dem
Kontaktelement verbunden ist. Das Verbindungselement kann einstückig mit
dem Kontaktelement und/oder dem Anschlusskontakt ausgebildet oder
kraft- oder formschlüssig
mit dem Kontaktelement und/oder dem Anschlusskontakt verbunden sein.
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Zur
Durchführung
des Schaltvorgangs, d.h. des Auftrennens der elektrischen Verbindung über die
Kontakteinheit, kann das Verbindungselement wenigstens in einem
Teilbereich vollständig
aufgetrennt oder insgesamt zerstört
werden. Durch die axiale Bewegung, erzeugt durch die Deformation
des Kontaktelements kann eine solche Zugkraft auf das Verbindungselement
ausgeübt
werden, dass es abreißt,
unabhängig
davon, ob das Verbindungselement zuvor durch das Aktivieren des
aktivierbaren Materials bereits in einem Teilbereich geschwächt, angerissen,
aufgerissen oder dergl. wurde.
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Nach
der Erfindung ist das aktivierbare Material innerhalb des Systems
Anschlusskontakt-Verbindungselement-Kontaktelement
vorgesehen. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass der Gasdruck
nicht nur das Kontaktelement beaufschlagt, sondern auch eine Schädigung bzw.
ggf. sogar vollständige
Zerstörung
des Verbindungselements durch das innerhalb des Verbindungselements
bzw. des Systems Anschlusskontakt-Verbindungselement-Kontaktelement
erfolgt. Dies gilt jedenfalls dann, wenn das Verbindungselement
bzw. das System Anschlusskontakt-Verbindungselement-Kontaktelement
vollständig
geschlossen ist oder lediglich so kleine Öffnungen aufweist, dass durch
den Gasdruck eine teilweise oder vollständige Zerstörung erfolgt.
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Das
erzeugte Gas kann, wie vorstehend ausgeführt, entweder durch ein Aufreißen bzw.
eine Schädigung
des Systems Anschlusskontakt-Verbindungselement-Kontaktelement in
den betreffenden Raum im Gehäuse
austreten oder durch wenigstens eine Öffnung, die von vornherein
in diesem System vorgesehen ist. Durch eine Abdichtung zwischen dem
Kontaktelement und dem Gehäuse
wird das Kontaktelement bzw. größere Flächen des
Kontaktelements mit dem Gasdruck beaufschlagt, so dass ein Auftrennen
der Kontakteinheit durch die kombinierte Teilzerstörung des
Verbindungselements infolge des Aktivierens des gaserzeugenden Materials
und die zusätzlich
durch die Druckbeaufschlagung des Kontaktelements erzeugte Zugkraft
erfolgt.
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Die
Anschlusskontakte, das Verbindungselement und das Kontaktelement
können
als Einzelteile gefertigt sein, die alle eine einfache geometrische Struktur
aufweisen und einfach miteinander verbunden werden können. Damit
ergibt sich ein baukleines, durch das einfache Austauschen des Schaltrohres bei
gleichen Kontaktstücken
auch an Kundenbedürfnisse
anpassbares und gleichzeitig kostengünstig herstellbares Schaltglied.
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Durch
die Herstellung des Verbindungselements als separates Teil, das
mit dem Kontaktelement und dem Anschlusskontakt zu einer Einheit
verbunden wird, ergeben sich neben einer sauberen Definition des Übergangs
Kontaktrohr-Kontaktstück
(der Übergangsradius
und die Wandstärken
im Bereich des Schaltsteges bzw. der schwachen Stelle kann hier
wesentlich einfacher definiert und in der Serie später eingehalten
werden) vielfältige
Gestaltungsmöglichkeiten,
die eine flexible Anpassung des Schaltgliedes auf den jeweiligen
Einsatzfall ermöglichen,
ohne die Montage des Schaltgliedes nennenswert zu verändern. Das
bedeutet eine hohe Flexibilität
in den Eigenschaften des Schaltgliedes hinsichtlich Auslösung und
Wirkung nach der Auslösung, ohne
dass die Montagelinien verändert
werden müssen.
Denn zur Anpassung muss lediglich ein anderes Verbindungselement
eingesetzt werden.
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Die
Verbindung zwischen dem Verbindungselement und dem Anschlusskontakt
und/oder dem Kontaktelement kann auch so ausgeführt sein, dass das Verbindungselement
durch den Schaltvorgang nicht zerstört wird, sondern lediglich
eine der Verbindungen zum Anschlusskontakt oder zum Kontaktelement
dadurch gelöst
wird, dass das Kontaktelement in Richtung axial auf den benachbarten
Anschlusskontakt bewegt wird.
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Durch
die Verwendung eines in dem Schaltglied eingebrachten aktivierbaren
Materials, insbesondere eines nur deflagrierenden pyrotechnischen Stoffs,
der anders als eine Sprengladung, lediglich ein Gas oder Gas/Partikelgemisch
erzeugt, wird die behördliche
Zulassung relativ unproblematisch – und in dem Fall, dass dieses
aktivierbare Material nur Flüssigkeiten
oder feste Stoffe sind, die bei deren Aktivierung eine Volumenänderung
durchmachen, sogar überhaupt
nicht notwendig sind. Für
die nachfolgend aufgezeigten Ausgestaltungen des Schaltgliedes,
das selbstverständlich
auch als Sicherung ausgebildet sein kann, eignen sich jedoch prinzipiell
für alle
pyrotechnischen oder allgemein gaserzeugenden Stoffe, unabhängig davon,
wie schnell dieses Gas erzeugt wird. Damit sind detonative und deflagrierende
Stoffe, Thermite, pyrotechnische Mischungen, flüssige Gase aber auch Fluide
verwendbar, die rein physikalisch bei einer bestimmten Sprungtemperatur
ihr Volumen ausdehnen oder vergasen und damit als Treibmedium für das Auftrennen
der Kontakteinheit verwendet werden können.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung ist im Gehäuse
ein Dämpfungsmaterial
so angeordnet, dass die Deformationsbewegung des Schaltelements
in die Endposition nach dem Aktivieren des aktivierbaren Materials
gedämpft
wird. Hierdurch werden das Gehäuse
oder die Gehäuseteile
wesentlich geringer mechanisch belastet werden.
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In
einer anderen Ausführungsform
besitzt das Kontaktelement eine kegelförmige Außenkontur, um seine durch die
Einwirkung des Gasdrucks erreichte Deformationsgeschwindigkeit über einen
längeren
Bremsweg abzubauen. Gleichzeitig kann durch diese Maßnahme das
Gehäuse
des Schaltelements abgedichtet werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
wird die Deformationsbewegung des Kontaktelements dazu benutzt,
ein zwischen diesem Kontaktstück
und dem Gehäuse
vorgesehenes Material zu verdrängen
und in den Bereich des Verbindungselements zu drücken. Dieses Material kann
dann entweder den nach der Auslösung
erreichten Schaltzustand fixieren bzw. stabilisieren oder den hier
eventuell entstehenden Plasmabogen zwischen den noch elektrisches
Potential führenden
Teilen löschen.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Kontakteinheit, vorzugsweise
das Verbindungselement, so ausgebildet sein, dass bei Überschreiten eines
Schwellenstromwertes die Kontakteinheit oder das Verbindungselement,
vorzugsweise an einer oder mehreren definierten Stellen derart erhitzt
wird, dass das aktivierbare Material aktiviert wird. Beispielsweise
kann das Verbindungselement ganz oder teilweise aus einem elektrisch
nicht gut leitfähigen Material,
insbesondere aus Graphit oder Kohle, bestehen. Dadurch ergibt sich
eine schnelle Erhitzung des Verbindungselements schon bei geringen
elektrischen Strömen
und damit eine sichere und einfache Selbstauslösung des Schaltgliedes. Zudem
ergeben sich relativ geringe notwendige Innendrücke für die Zerstörung des Verbindungselements,
wenn das Material spröde
ist bzw. nur eine geringe Bruchspannung aufweist.
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Das
Verbindungselement kann auch als einfaches Rohr ausgebildet sein,
das ganz oder teilweise aus einem elektrisch nicht oder halbleitenden
Material besteht. Hier muss innen oder außen eine elektrisch gut leitfähige Schicht
aufgetragen werden, um den geforderten kleinen Innenwiderstand des
Schaltgliedes nach außen
hin zu realisieren. Aber auch hier kann die Schicht in vorteilhafter
Weise so ausgebildet sein, dass sich ein Bereich dieser Schicht
beim Überschreiten
einer bestimmten elektrischen Stromstärke über das Schaltglied erhitzt
und dabei das hier eingebrachte aktivierbare Material auslöst. Diese
Schicht kann homogen über
den gesamten Innen- oder Außenflächen des
Rohres aufgebracht oder auch beispielsweise spiralförmig strukturiert
sein, um gewünschte
elektrische Widerstände
oder Erhitzungsstellen zu verwirklichen. Verwendet man ein halbleiterartiges
Material zur Herstellung des Verbindungselements, können auch
logische Schaltfunktionen auf oder im Verbindungselement integriert
sein, die es ermöglichen,
ohne weiteren größeren Aufwand bzw.
Verwendung von Teilen die Auslösung
des aktivierbaren Materials zu steuern. Hierdurch lassen sich eine
Vielzahl von Varianten für
eine Fremdauslösung realisieren,
beispielsweise durch das Zuführen
eines Zündstroms,
das Zuführen
von Information und Energie über
statische oder veränderbare
magnetische, elektrische oder elektromagnetische Felder etc.
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Das
Verbindungselement kann auch als einfaches Rohr mit einer innenliegenden
Drahtspirale zur Selbstauslösung
des Schaltgliedes bei Erwärmung
der Drahtspirale bis zur Auslösetemperatur des
hier eingebrachten aktivierbaren Materials ausgebildet sein. Die
Drahtspirale kann an beiden Enden elektrisch mit dem Anschlusskontakt
bzw. dem Kontaktelement verbunden sein.
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In
einer anderen Ausgestaltung kann das Verbindungselement auch als
einfaches Rohr mit einer außenliegenden
Drahtspirale zur Selbstauslösung
des Schaltgliedes bei Erwärmung
der Drahtspirale bis zur Auslösetemperatur
des hier außerhalb des
Kontaktrohres eingebrachten aktivierbaren Materials ausgebildet
sein.
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Selbstverständlich kann
das Verbindungselement in allen vorgenannten Varianten als einfaches Rohr
mit einer oder mehreren Öffnungen
(z. B. radial von innen nach außen
eingebrachten Bohrungen) ausgebildet sein, um entweder das im Rohrinneren eingebrachte
aktivierbare Material nach außen
in das Gehäuse
strömen
und damit auf die außerhalb
des Kon taktrohres liegenden Flächen
des Kontaktelements wirken zu lassen, oder um das außerhalb
des Kontaktrohres eingebrachte aktivierbare Material von dem im
Kontaktrohr eingebrachten aktivierbaren Material auslösen zu lassen,
insbesondere zum Auslösen
des außerhalb
des Kontaktrohres eingebrachten Treibladungspulvers durch ein im
Verbindungselement vorgesehenes elektrisches Anzündstück mit oder ohne Beiladung.
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Das
Verbindungselement kann eine vorzugsweise umlaufende Schwächung aufweisen
oder insgesamt als Schwächung
im System Anschlusskontakt-Verbindungselement-Kontaktelement wirken, welche dazu dient,
das Auftrennen der Kontakteinheit zur Erreichung einer Stromunterbrechung
in definierter Weise entlang der Schwächung zu bewirken. Andererseits
kann die Schwächung
im (Strom führenden)
Querschnitt des Verbindungselements so ausgebildet sein, dass der über das
Schaltglied fließende
Strom im Bereich der Schwächung,
die einen erhöhten
Widerstand aufweist, eine so große Verlustleistung erzeugt,
dass bei Überschreiten
eines vorbestimmten Stroms eine Selbstauslösung des hier eingebrachten
aktivierbaren Materials gezielt an dieser Stelle erreicht wird,
ohne das Schaltglied als Ganzes aufheizen zu müssen. Damit wird die Erhitzung
auch, wie gewünscht,
schnell erfolgen.
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Weitere
Ausführungsformen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert, wobei
die 1 bis 4 sowie 10 und 11 nicht
vom Gegenstand der Ansprüche
1 und 2 erfasst sind, jedoch zur Erläuterung einzelner Teilmerkmale
der Erfindung dienen. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Schaltglieds
mit integriertem Verbindungselement und einem im Anschlusskontakt verschiebbaren
Kontaktelement;
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2 eine
schematische Darstellung des Systems Anschlusskontakt-Verbindungselement-Kontaktelement,
bei dem das Verbindungselement als separates rohrförmiges Teil
ausgebildet ist;
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3 eine
schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Schaltglieds
mit separatem Verbindungselement und einem im Anschlusskontakt verschiebbaren
Kontaktelement, welches durch Selbstliderung gegen das Gehäuseinnere
abgedichtet ist;
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4 eine
schematische Darstellung einer Ausführung ähnlich 3, bei der
durch die Bewegung des Kontaktelements ein in der Ausgangsposition
in Bewegungs richtung vor dem Kontaktelement vorgesehenes Material
in den Raum hinter dem Kontaktelement verdrängt wird;
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5 eine
schematische Darstellung einer Ausführung ähnlich 3, bei der
eine Einrichtung zur Rückstellung
des Kontaktelements aus der Endposition in die Ausgangsposition
vorgesehen ist;
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6 eine
schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Schaltglieds
mit separatem Verbindungselement und einem Kontaktelement, das über einen
Stauchbereich mit dem betreffenden Anschlusskontakt verbunden ist;
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7 bis 9 eine
schematische Darstellung verschiedener Ausführungsformen für ein Verbindungselement,
mit welchem eine Selbstauslösung des
Schaltgliedes realisierbar ist;
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10 eine
schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Schaltglieds
mit separatem Verbindungselement und einem Kontaktelement, welches
in einem topfförmigen
Anschlusskontakt verschiebbar geführt ist; und
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11 eine
schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Schaltglieds ähnlich
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10,
wobei der topfförmige
Anschlusskontakt gleichzeitig als Gehäuseteil dient und wobei eine
Rückstelleinrichtung
zur Rückstellung
des Kontaktelements aus der Endposition in die Ausgangsposition
vorgesehen ist
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Schaltglieds 1, welches
ein Gehäuse 3 umfasst,
in welchem eine Kontakteinheit 5 angeordnet ist. Das Gehäuse weist in
dieser Ausführungsform
zwei Gehäusehälften 7, 9 auf,
die aus einem nicht leitenden Material bestehen, so dass gewährleistet
ist, dass der Stromfluss ausschließlich über die Kontakteinheit 5 erfolgt.
Die Gehäusehälften 7, 9 sind
mittels eines diese umgreifenden und zu einem gesamten Gehäuse fixierenden äußeren Gehäuseteil 11 gehalten.
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Die
Kontakteinheit 5 umfasst einen ersten Anschlusskontakt 13,
ein Kontaktelement 15 und ein dazwischen vorgesehenes,
integriert mit dem Anschlusskontakt und dem Kontaktelement ausgebildetes
Verbindungselement 17 sowie einen zweiten Anschlusskontakt 19,
der eine Ausnehmung 19a aufweist, in der ein vorzugsweise
zylindrischer Fortsatz 15a des Kontaktelements 15 so
gehalten ist, dass ein sicherer elektrischer Kontakt zwischen dem
Kontaktelement 15 und dem Anschlusskontakt 19 gewährleistet
ist und dass mit entsprechender Kraft eine Verschiebung des Fortsatzes 15a in
der Ausnehmung 19a möglich
ist, wenn das Schaltelement 1 auslöst.
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Der
von außen
dem Schaltglied 1, beispielsweise dem rechten Anschlusskontakt 19 über einen nicht
dargestellten elektrischen Leiter, beispielsweise ein Kabel, zugeführte elektrische
Strom fließt
dann über
den Anschlusskontakt 19, das Kontaktelement 15 und
das Verbindungselement 17 zum linken Anschlusskontakt 13,
der ebenfalls mit einem elektrischen Leiter (nicht dargestellt)
des zu schaltenden Stromkreises verbunden ist.
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Im
System bestehend aus dem Anschlusskontakt 13, dem Verbindungselement 17 und
dem Kontaktelement 15 ist ein aktivierbares Material vorgesehen.
Hierbei kann es sich um eine Mischung aus einem thermisch empfindlichen
und einem thermisch sehr stabilen Treibladungspulver handeln.
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Das
aktivierbare Material kann jedoch auch ein Flüssiggas sein (bei Überschreitung
einer Sprung- bzw. Auslösetemperatur
siedet das Flüssiggas,
verdampft und es wird Gas produziert, welches den Schaltvorgang
auslöst)
oder ein Thermit, der nach seiner Aktivierung Gas erzeugt. Das aktivierbare
Material kann aber auch eine gelartige oder pastöse Masse sein (diese würde bei
einer Auslösetemperatur
dann das Volumen ändern
oder wieder vergasen), ein Fluid mit einem bestimmten niedrigen Dampfdruck
(dieses würde
bei einer Auslösetemperatur
dann sieden bzw. wieder vergasen), ein Memomaterial (dessen Volumen
würde sich ändern, wenn es
bis an seine Auslösetemperatur
erwärmt
wird und dann die Gestalt wieder einnehmen, die es im warmen Zustand
hatte) oder ein pyrotechnischer Stoff, insbesondere ein geeignetes
Treibladungspulver, das bei Erwärmung
auf die Zünd temperatur
vergasen oder einfach durch ein herkömmliches Anzündstück bzw.
eine Anzündpille
angezündet
wird.
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Das
aktivierbare Material 21 ist mittels eines Anzündstücks 23 aktivierbar,
welches im Anschlusskontakt 13 vorgesehen ist. Das Anzündstück 23 ist mittels
eines Dichtungselements 25 und einer Verschlußschraube 27 gegen
Herausdrücken
gesichert. Wird das Anzündstück durch
elektrische Ansteuerung gezündet,
so wird hierdurch das aktivierbare Material aktiviert und es wird
explosionsartig Gas erzeugt, wodurch das Verbindungselement 17 ausbricht
und der Stromkreis unterbrochen wird. Selbst wenn das Verbindungselement 17 allein
durch den Gasdruck nicht vollkommen aufgetrennt oder zerstört würde, gelangt
das Gas in den das Verbindungselement umgebenden Raum 29 innerhalb
des Gehäuses 3,
so dass die rückwärtigen Flächen 15b des Kontaktelements
mit dem Gasdruck beaufschlagt wird. Hierdurch entsteht im Verbindungselement 17 eine
zusätzliche
Zugspannung (zusätzlich
zur Spannung die durch den Druck an der Stirnwandung innerhalb der
Ausnehmung im Kontaktelement 15 erzeugt wird), die zu einem
vollständigen
Aufreißen
des Verbindungselements 17 unter Bewegung des Kontaktelements
in Richtung auf den rechten Anschlusskontakt 19 führt.
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Diese
Bewegung des Kontaktelements wird bei der Ausführungsform in 1 dadurch
begrenzt, dass die rechte Gehäusehälfte 7 eine
konische Anschlagfläche 31 aufweist,
die mit einer konischen Anschlagfläche 33 des Kontaktelements 15 zusammenwirkt.
Der Bewegungsweg ist durch den axialen Abstand der beiden Anschlagflächen in
der Ausgangsposition des Kontaktelements 15 bestimmt. Die
Winkel der konischen Anschlagflächen 31, 33 sind
vorzugsweise so gewählt
dass beim Bewegen des Kontaktelements 15 in den Anschlusskontakt 19 Selbsthemmung
eintritt und so eine sichere Fixierung des Kontaktelements 5 in
der Endposition gegeben ist. Gleichzeitig dienen die konischen Anschlagflächen 31, 33 dazu,
um eine radiale Verspannung zwischen dem Kontaktstück und dem
Gehäuseteil 7 sowie
eine Verspannung der Gehäuseteile 7, 9 innerhalb
des äußeren Gehäuseteils 11 zu
erreichen, um eine Dichtwirkung zwischen den betreffenden Teilen
zu erreichen, so dass kein nennenswerter Gasstrom nach außen in die
Umgebung des Schaltglieds entweichen kann.
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Die
bei den bisher bei den herkömmlichen Pyrosicherungen
verwendeten axial geteilten Gehäusehälften problematische
Trennebene (hier strömt
im Auslösefall
das Heißgas
aus und verletzt damit die das Schaltglied gerade umfassende Hand
oder die Umgebung des Schaltgliedes) ist hier radial durch das äußere Gehäuseteil 11 umfangen,
so dass das im Bereich der Trennebene an der Innenseite des Gehäuseteils
anstehende Heißgas
zunächst
gegen das äußere Gehäuseteil 11 prallt
und dort abgekühlt wird.
Die am Gehäuseteil 11 anliegenden
Bereiche der beiden Gehäusehälften 7, 9,
die beispielsweise aus Kunststoff bestehen, wirken infolge des Gasdrucks
selbstlidernd, d.h. abdichtend.
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Die
in 1 dargestellte Ausführungsform eines Schaltgliedes
kann selbstverständlich
auch eine Selbstauslösefunktion
besitzen, um selbsttätig, z.
B. bei einer ausfallenden Anzündung
des Anzündstücks 23 den
Stromkreis auftrennen zu können: Fließt Strom
in Höhe
des vorher bestimmbaren n-fachen des Nennstroms des Schaltglieds über die
Kontakteinheit 5, so erwärmt sich das Verbindungselement
infolge der Verlustleistung an dessen elektrischem Widerstand so
weit, dass die Auslösetemperatur
des aktivierbaren Materials 21 erreicht und dieses aktiviert
wird. Das aktivierbare Material erzeugt nach seiner Aktivierung
einen Gasdruck, durch den das Verbindungselement 17 in
der vorbeschriebenen Weise aufgetrennt wird. Für diese Selbstzündfunktion
oder Autoignition-Funktion ist keine Aktivierungsvorrichtung (Zündvorrichtung)
und demzufolge kein externes Zündsignal
erforderlich.
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Als
aktivierbares Material kann ein Treibladungspulver gewählt werden,
das aus einer oder mehreren Komponenten besteht. Beispielsweise kann
eine Komponente mit niedriger Auslösetemperatur bzw. niedriger
Aktivierungsenergie verwendet werden, um damit eine weitere (Haupt-)Komponente anzuzünden, deren
Verbrennungsgase dann letztendlich das Gehäuse zerstören. Damit ist es möglich, das
Gemisch bereits bei sehr niedrigen Temperaturen zu zünden und
so ein mit dem Schaltglied zu schützendes Kabel optimal belasten
zu können.
Für die
Hauptkomponente kann daher ein Stoff gewählt werden, der erst bei sehr
hohen Temperaturen zündet.
Dies ist besonders vorteilhaft, da derartige Stoffe in der Regel
eine sehr hohe Alterungsbeständigkeit aufweisen.
Die Anzündfähigkeit
des Gemischs kann daher auch bei lang dauernder und/oder relativ
hoher Erhitzung des Verbin dungselements 17 gewährleistet
werden, das thermisch sensible Material muss lediglich die Hauptkomponente
noch zünden
können.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung der Systems Anschlusskontakt-Verbindungselement-Kontaktelement ähnlich dem
betreffenden System in 1, wobei das Verbindungselement 17 jedoch
als separates rohrförmiges
Teil ausgebildet ist. Der dünnwandige
Rohrabschnitt ist somit nicht mehr integraler Bestandteil des Systems,
sondern als extra Bauteil zwischen bzw. in den Anschlusskontakt 13 und
das Kontaktelement 15 eingefügt. Damit wird erreicht, dass
dieses Verbindungselement 17 von Schaltglied zu Schaltglied
sehr gleichmäßig herstellbar
ist. Zudem wird auch der kritische Übergangsradius jetzt zur in
der Fertigung wesentlich besser kontrollierbaren Fase der Bohrung
des Anschlusskontakts 13 bzw. des Kontaktelements 15.
Das Verbindungselement kann mittels eines Dichtelements, beispielsweise
jeweils eines O-Rings, in entsprechende Bohrungen im Anschlusskontakt 13 bzw.
im Kontaktelement 15 eingesetzt sein, um Wasser bzw. Wasserdampf
nicht ins Bohrungsinnere eindringen zu lassen bzw. jeglichen Gasschlupf
nach der Auslösung
zu verhindern, um den Druckanstieg im Verbindungselement 17 ausreichend
schnell, hoch und gleichmäßig werden
zu lassen.
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3 zeigt
eine weitere Ausführungsform
eines Schaltgliedes 1, die im Prinzip aus der Kombination
der 1 und 2 entsteht. Des Weiteren sind die
Umfangswandungen des Anschlusskontakts 13 und des Kontaktelements 15 bereits
in der Ausgangsposition (in 3 dargestellt)
gegenüber
der Innenwandung des Gehäuses 3 bzw.
den Innenwandungen der Gehäusehälften 7, 9 abgedichtet.
Dies erfolgt durch eine selbstlidernde Ausbildung der äußeren Bereiche
des Anschlusskontakts 13 und des Kontaktelements 15,
d.h. es wird eine Nut in der betreffenden stirnseitigen Wandung
derart vorgesehen, dass eine umlaufende dünne Wand 35 entsteht,
die durch den Gasdruck an die Innenwandung des Gehäuses 3 angedrückt wird.
Hierdurch wird das Eintreten von Wasser oder Wasserdampf von außen und gleichzeitig
der Gasaustritt nach der Auslösung
des Schaltgliedes nach außen
verhindert: Durch die hier gezeichneten dickwandigen Gehäuseteile
aus Kunststoff wird keine Selbstliderung mehr bewirkt, Gas könnte damit
ohne das hier eingezeichnete Dichtsystem nach außen in die Umgebung des Schaltglieds strömen.
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Anstelle
der selbstlidernden Ausbildung des Anschlusskontakts und des Kontaktelements
kann jedoch selbstverständlich
auch jedes andere geeignete Dichtsystem verwendet werden. Beispielsweise können O-Ringe
zwischen den benachbarten Wandungen von Gehäuse 3 und dem Anschlusskontakt 13 bzw.
dem Kontaktelement 15 eingesetzt werden.
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4 zeigt
eine Darstellung im Längsschnitt ähnlich der
Ausführung
nach 3, wobei hier jedoch der rechte Anschlusskontakt 19 integriert
mit dem Gehäuse
ausgebildet ist. Gleichzeitig wird auf ein äußeres Gehäuseteil verzichtet. Diese Funktion wird
ebenfalls vom Anschlusskontakt bzw. dem dadurch gebildeten topfförmigen Gehäuseteil übernommen.
In dieses Gehäuseteil
ist das System bestehend aus dem linken Anschlusskontakt 13,
dem Verbindungselement 17 und dem Kontaktelement 15 zusammen
mit dem elektrisch isolierenden zweiten Gehäuseteil 9 eingesetzt,
beispielsweise eingeschraubt. Damit entsteht eine weitere Vereinfachung
des Schaltgliedes.
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In
Bewegungsrichtung vor dem Kontaktelement 15 ist ein flüssiges,
gelartiges, pastöses
oder pulveriges Medium 39 angeordnet, das nach der Auslösung des
Schaltvorgangs durch die Bewegung des Kontaktelements 15 in
den Anschlusskontakt 19 in den das aufgeborstene Verbindungselement 17 umgebenden
Raum getrieben wird und einen dort entstehenden Plasmabogen löschen kann
oder einfach nur definiert die Bewegung des Kontaktelements 15 bremst
bzw. dämpft.
Hierzu sind im Kontaktelement ein oder mehrere Kanäle 37 ausgebildet, welche
den Raum in Bewegungsrichtung vor der Stirnseite des Kontaktelements 15 mit
dem das Verbindungselement 17 umgebenden Raum verbinden. Die
Viskosität
des Mediums ist so gewählt,
dass das Medium erst bei Druckbeaufschlagung infolge der Bewegung
des Kontaktelements 15 durch die Kanäle 37 gepresst wird,
im Ausgangszustand dagegen im betreffenden Raum verbleibt. Selbstverständlich könnten die
Kanäle
auch mit einer Membran (nicht dargestellt) verschlossen sein, die
erst bei Überschreiten
eines (ggf. relativ geringen) Drucks des Mediums 39 birst
und durch die Kanäle 37 gedrückt wird.
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Auch
das so aufgebaute Schaltglied ist nach außen hin abgeschlossen; Es wird
nichts ausgetrieben oder ausgeblasen, so dass hiermit die Baugruppe,
selbst bei Verwendung von Explosivstoffen, von den wesentlichsten
Bestimmungen des deutschen und auch der ausländischen Sprengstoffgesetze
freigestellt wird.
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Wie
in 4 dargestellt, können der Anschlusskontakt 19 und
das Kontaktelement 15 bzw. der Fortsatz 15a Mittel
zum Fixieren des Kontaktelements in dessen Endposition vorgesehen
sein. Beispielsweise können,
wie in Fig. gezeigt, in der Bohrung oder Ausnehmung 19a des
Anschlusskontakts 19, vorzugsweise in dessen Endbereich,
eine umlaufende Nut 55 oder auch eine oder mehrere einzelne Ausnehmungen
oder Vertiefungen vorgesehen sein. Das Material des Fortsatzes 15a des
Kontaktelements 15 ist dann so zu wählen, dass infolge der Kraft,
mit dem der Fortsatz 15a in die Ausnehmung 19a (insbesondere
gegen dessen Ende oder Boden) gepresst wird, das Material zu fließen beginnt
und in die Nut 55 eintritt. Die beiden Teile werden somit praktisch
durch das Erzeugen eines Formschlusses fixiert.
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Selbstverständlich können die
Mittel zum Fixieren des Kontaktelements 15 in der Endposition beispielsweise
auch als Rastmittel im oder am Anschlusskontakt 19 und
am Kontaktelement 15 ausgebildet sein, beispielsweise als
Erhebung in der Innenwandung der Ausnehmung 15a und als
Nut oder Ausnehmung am Kontaktelement 15 bzw. am Fortsatz 15a.
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Die
in 5 dargestellte Ausführungsform ist im Wesentlichen
mit der Ausführungsform
nach 4 identisch, weist jedoch zusätzlich eine Rückstelleinrichtung 41 auf,
mittels welcher das Kontaktelement nach dem Schaltvorgang, d.h.
dem Bewegen in den Endzustand wieder in den Ausgangszustand zurück bewegt
werden kann. Die Rückstelleinrichtung 41 kann,
wie in 5 dargestellt, beispielsweise als einfache Rückstellschraube
ausgebildet sein, die im Anschlusskontakt 19 axial angeordnet
ist und zum Rückstellen
die Stirnseite des Fortsatzes 15a des Kontaktelements 15 beaufschlagt.
Hierdurch ist es möglich,
den Stromkreis nach dem Abschalten wieder zu schließen und
beispielsweise einen Notbetrieb für eine bestimmte Zeit aufrecht
zu erhalten.
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Das
Verbindungselement 17 ist in diesem Fall mit einem oder
mehreren Durchbrüchen
in der Wandung versehen, über
welche das nach dem Aktivieren des aktivierbaren Materials 21 erzeugte
Gas in den das Verbindungselement umgebenden Raum tritt und auch
hier die rückwärtige Stirnseite
des Kontaktelements 15 beaufschlagt. Die Durchbrüche bzw. deren
Position und Gesamtquerschnitt sind so gewählt, dass das Verbindungselement
nicht zerstört wird,
sondern an einem Ende aus dem Kontaktelement 15 bzw. dem
Anschlusskontakt 13 gezogen wird. Hierdurch ist gewährleistet,
dass durch das Rückstellen
des Kontaktelements 15 in den Ausgangszustand wieder ein
elektrischer Kontakt über die
Kontakteinheit 5 hergestellt wird.
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Bei
dem Schaltglied nach 5 wurde des weiteren auf Kanäle im Kontaktelement 15 verzichtet, da
anstelle der Selbstliderung des Kontaktelements als Dichtmittel
ein O-Ring verwendet wird. Das Medium kann hier infolge des hohen
Drucks, der durch das Kontaktelement während der Schaltbewegung erzeugt
wird, durch den Spalt zwischen der Außenwandung des Kontaktelements 15 und
der Innenwandung des Gehäuses über den
O-Ring in den das Verbindungselement umgebenden Raum gelangen.
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6 zeigt
eine weitere Ausführungsform
eines Schaltgliedes 1, bei dem das Gehäuse 3 aus einem topfförmigen Teil 9,
welches aus einem isolierenden Material besteht oder gegen den Anschlusskontakt 13 isolierend
ausgebildet ist und welches einen axialen Durchbruch zur Aufnahme
des Anschlusskontakts 13 aufweist, sowie aus einem Gehäuseteil 7 aus
einem elektrisch leitenden Material, welches gleichzeitg den Anschlusskontakt 19 bildet. Das
System bestehend aus Anschlusskontakt 13, Verbindungselement 17 und
Kontaktelement 15 weist zusätzlich in Bewegungsrichtung
vor dem Kontaktelement 15 einen Stauchbereich 45 auf,
der als zylindrische Wandung ausgebildet sein kann, die am anderen
Ende mit einem Anschlagelement 47 verbunden ist, welches
sich am Anschlusskontakt 19 abstützt. Selbstverständlich bestehen
auch der Stauchbereich 45 und das Anschlagelement 47 aus
einem elektrisch leitenden Material. Der Stauchbereich ist so ausgebildet,
dass durch den während
des Schaltvorgangs auf das Kontaktelement ausgeübten Druck eine plastische
Deformation eintritt, so dass das Kontaktelement 15 einen
vorbestimmten Bewegungsweg zurücklegt,
um ein sicheres Trennen der Kontakteinheit 5 zu gewährleisten.
Selbstverständlich
können das
Kontaktelement 15, der Stauchbereich 45, das Anschlagelement 47 und
der Anschlusskontakt 19 auch einstückig ausgebildet sein.
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7 zeigt
eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines separat ausgebildeten Verbindungselements 17,
das mit jedem der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kombinierbar ist.
Das Verbindungselement 17 besteht aus einem Trägerrohr 17a,
einer außen
aufgebrachten, elektrisch gut leitfähigen Schicht 17b (diese
nimmt den elektrischen Strom des abzusichernden bzw. später zu schaltenden
elektrischen Stroms über
das Schaltglied auf), einer Innenstrukturierung 17c (um die
Kontaktoberfläche
für das
innen anliegende aktivierbare Material zu erhöhen und gleichzeitig das Bersten
des Trägerrohres 17a durch
den durch das aktivierbare Material erzeugten Innendruck nach der Auslösung des
Schaltglieds zu vereinfachen, zu beschleunigen oder zuverlässiger über den
ganzen Umfang zu machen) und aus einem Dichtsystems 49, das
einerseits das Eindringen von Wasser bzw. Wasserdampf in das Verbindungselement 17 verhindern und
gleichzeitig die Gasdichtigkeit nach der Auslösung bzw. Aktivierung des eingebrachten
aktivierbaren Materials sicherstellen soll. Je nach Einsatzfall bzw.
Schalt- und Auslöseaufgabe
können
die einzelnen hier aufgeführten
Eigenschaften bzw. Merkmale auch entfallen. Im einfachsten Fall
wird nur ein einfaches Metallrohr mit oder ohne eventuell noch eingebrachter
Schwächung
in dessen Wandstärke
für das Verbindungselement
verwendet und so einfach zwischen den Anschlusskontakt 13 und
das Kontaktelement 15 des Schaltgliedes 1 gesetzt.
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8 ist
eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform des Verbindungselements 17,
bestehend aus einem Trägerrohr 17a,
einer außen
nur an beiden Enden des Trägerrohres 17a aufgebrachten,
elektrisch gut leitfähigen
Schicht 17b (diese übernimmt
hier nur die Aufgabe der Kontaktierung zum Anschlusskontakt 13 bzw.
zum Kontaktelement 15), einer innen eingeführten schraubenförmigen Windung 51 aus
einem Material mit bestimmtem spezifischen Widerstand, welches sich
bei Stromdurchfluss so weit erhitzt, dass das im Verbindungselement
vorgesehene aktivierbare Material aktiviert wird. Hierdurch kann
eine Selbstauslösung
des Schaltgliedes erreicht werden. Wie in 7 ist wiederum
ein Dichtsystem 49 vorgesehen. Je nachdem, ob ein Bypass
zur eingebrachten Spirale für
den elektrischen Strom über
das Schaltglied gewünscht
wird oder nicht, wird die außen
am Schaltrohr aufgebrachte, elektrisch gut leitfähige Schicht geschlossen über die
ganze Rohroberfläche
und mehr oder weniger dick oder mit mehr oder weniger gut elektrisch
leitfähigem
Schichtmaterial ausgeführt.
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9 zeigt
eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform
des Verbindungselements 17, das weitgehend mit der Ausführungsform
in 8 identisch ist. Die schraubenförmige Windung 51 ist
jedoch außen
am Umfang des Trägerrohres 17a angeordnet,
um eine Auslösung
eines außerhalb
des Schaltrohres vorgesehenen aktivierbaren Materials zu bewirken.
Bei dieser Ausführung
des Verbindungselements 17 sind in der Wandung des Trägerrohrs 17a ein
oder mehrere Bohrungen oder Durchbrüche 43 vorgesehen,
damit das vom innen vorgesehenen aktivierbare Material erzeugte
Gas nach außen
zu einem außen
eingebrachten aktivierbaren Material strömen und dieses ebenfalls aktivieren
kann, oder einfach nur, um dem aktivierbaren Material nach dessen
Auslösung
die Möglichkeit
zu geben, die Oberfläche
der Kontaktstücke
auch außerhalb
zu bedrücken,
um damit die Ausdrückkraft
des Kontaktelements 15 zu erhöhen.
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10 zeigt
ein Schaltglied 1, bei dem die Anschlusskontakte 13, 19 gleichzeitig
die Funktion von Gehäusehälften 7, 9 übernehmen
bzw. einstückig
mit diesen ausgebildet sind. Die Anschlusskontakte bzw. Gehäuseteile
sind über
einen Ring 53 aus isolierendem Material voneinander elektrisch
isoliert. Wie in 1 ist ein äußeres Gehäuseteil 11 vorgesehen,
welches die Anschlusskontakte 13, 19 und den Ring 53 umfasst
und zu einer Einheit fixiert. Das Kontaktelement 15 ist
im Raum zwischen den topfförmig ausgebildeten
Anschlusskontakten 13, 19 und dem Ring 53 axial
verschiebbar geführt
und über
ein als Draht oder dergl. ausgebildetes Verbindungselement 17 mit
dem Anschlusskontakt 13 verbunden. In der Ausgangsposition
ist das Kontaktelement 15 so positioniert, dass es über seine
Umfangswandung elektrisch leitend mit dem Anschlusskontakt 19 verbunden
ist. Das aktivierbare Material 21 ist in einer Kammer im
Anschlusskontakt 13 angeordnet und kann mittels des, wie
bei den Ausführungsformen
nach den 1 bis 6 im Anschlusskontakt 13 vorgesehenen
Anzündstücks 23 aktiviert
werden. Das erzeugte Gas gelangt über Kanäle oder Durchbrüche 55 in
den Raum zwischen dem Anschlusskontakt 13 und der Rückseite
des Kontaktelements 15.
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Bei
der Ausführungsform
nach 11 ist der Anschlusskontakt 19, ähnlich der
Ausführungsform
in 5 derart topfförmig
ausgebildet, dass auf ein äußeres Gehäuseteil 11 verzichtet
werden kann. Im Ausgangszustand ist ein scheibenförmig ausgebildetes
Kon taktelement 15 über
ein als Draht oder dergl. ausgebildetes Verbindungselement 17 mit
dem Anschlusskontakt 13 elektrisch verbunden. Die Umfangswandungen
des Kontaktelements 15 stellen einen elektrischen Kontakt
zum Anschlusskontakt 19 her. Ebenso wie in 10 reißt das Verbindungselement 17 bei
einem Schaltvorgang durch die Druckbeaufschlagung des Verbindungselements 15 und
die hierdurch erzeugte, auf das Verbindungselement 17 erzeugte
Zugkraft.
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Des
Weiteren ist, wie bei der Ausführungsform
in 5 eine Rückstelleinrichtung 41 vorgesehen,
mittels der das scheibenförmige
Kontaktelement 15 aus seiner Endposition nach einem Schaltvorgang wieder
in die Ausgangsposition zurück
bewegt werden kann.