WO2026012862A1

WO2026012862A1 - Pyrotechnic switch element and use thereof, electric machine having same, vehicle having the switch element or the electric machine, and method for discharging using said switch element

Info

Publication number: WO2026012862A1
Application number: PCT/EP2025/068848
Authority: WO
Inventors: Benedikt RIAUTSCHNIG
Original assignee: Miba Resistors Austria GmbH
Current assignee: Miba Resistors Austria GmbH
Priority date: 2024-07-09
Filing date: 2025-07-02
Publication date: 2026-01-15
Anticipated expiration: 2027-01-09
Also published as: EP4679474A1

Abstract

The invention relates to a pyrotechnic switch element (1). In order to be able to actively short-circuit an electric machine in a stable manner, it is proposed that the pyrotechnic switch element (1) has at least three electrical connections for a respective phase line (L1, L2, L3) with phases which are phase-offset with respect to one another, and that the bridging element (6) electrically short-circuits the current conductors (4a, 4b, 4c) as a common star point (S) for the phase lines (L1, L2, L3) in the bridging position (7b).

Description

Pyrotechnisches Schaltelement sowie dessen Verwendung, elektrische Maschine hiermit, Fahrzeug mit dem Schaltelement oder der elektrischen Maschine und Verfahren zum Entladen mit diesem Schaltelement Pyrotechnic switching element and its use, electric machine herewith, vehicle with the switching element or electric machine and method for discharging with this switching element

Die Erfindung betrifft ein pyrotechnisches Schaltelement, mit mehreren elektrischen Anschlüssen, mit mehreren, je mit einem Anschluss verbundenen oder diese Anschlüsse als Abschnitt ausbildenden Stromleitern, mit zumindest einer pyrotechnischen Ladung, und mit einem Überbrückungselement, das in einer Ausgangsposition vor Zündung der pyrotechnischen Ladung von den Stromleitern beabstandet angeordnet ist und in einer Überbrückungsposition nach Zündung der pyrotechnischen Ladung in elektrischem Kontakt mit den Stromleitern steht und diese elektrisch kurzschließt. The invention relates to a pyrotechnic switching element with several electrical connections, with several conductors, each connected to a connection or forming these connections as a section, with at least one pyrotechnic charge, and with a bridging element which, in an initial position before ignition of the pyrotechnic charge, is arranged spaced apart from the conductors and, in a bridging position after ignition of the pyrotechnic charge, is in electrical contact with the conductors and electrically short-circuits them.

Um eine sicherheitsrelevante Funktion, beispielsweise einen aktiven Kurzschluss, an einer elektrischen Vorrichtung, beispielsweise an einer elektrischen Maschine, zuverlässig und schnell auslösen zu können, sind aus dem Stand der Technik pyrotechnische Schaltelemente bekannt. Hierzu weist das pyrotechnische Schaltelement zwei Stromleiter, eine pyrotechnische Ladung und ein Überbrückungselement auf, das in einer Ausgangsposition vor Zündung der pyrotechnischen Ladung von den beiden Stromleitern beabstandet angeordnet ist und in einer Überbrückungsposition nach Zündung der pyrotechnischen Ladung in elektrischem Kontakt mit den beiden Stromleitern steht und diese elektrisch kurzschließt. Damit schließt sich ein Strompfad zwischen den beiden Anschlüssen des pyrotechnischen Schaltelements, wodurch ein elektrischer Stromfluss ermöglicht wird, beispielsweise um die induzierte Energie einer Wicklung eines Elektromotors als elektrische Maschine im Nachlauf zu entladen. Um die meistens drei Phasen einer elektrischen Maschine zu entladen bedarf es nicht nur einer Vielzahl an pyrotechnischen Schaltelementen, sondern auch einer entsprechenden Auslegung der elektrischen Verbindungen, um einen Spannungsausgleich zwischen den einzelnen Phasen zu gewährleisten. Eine pyrotechnische Sicherungsschaltung für eine elektrische Maschine ist daher vergleichsweise konstruktiv aufwendig und komplex. Pyrotechnic switching elements are known from the prior art for reliably and quickly triggering a safety-relevant function, such as an active short circuit, on an electrical device, for example, an electric machine. For this purpose, the pyrotechnic switching element comprises two conductors, a pyrotechnic charge, and a bridging element. In its initial position, before ignition of the pyrotechnic charge, the bridging element is spaced apart from the two conductors. In its bridging position, after ignition of the pyrotechnic charge, the bridging element is in electrical contact with the two conductors and short-circuits them. This closes a current path between the two terminals of the pyrotechnic switching element, enabling an electric current flow. This can be used, for example, to discharge the induced energy of a winding in an electric motor during the overrun. Discharging the typically three phases of an electric machine requires not only a large number of pyrotechnic switching elements but also a corresponding design of the electrical connections to equalize voltage. to ensure safety between the individual phases. A pyrotechnic safety circuit for an electric machine is therefore comparatively complex and elaborate in design.

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein pyrotechnisches Schaltelement zu schaffen, das den Konstruktionsaufwand und die Komplexität an einer pyrotechnischen Sicherungsschaltung reduziert. Zudem soll das pyrotechnische Schaltelement konstruktiv einfach ausgeführt und standfest sein. The invention therefore aims to create a pyrotechnic switching element that reduces the design effort and complexity of a pyrotechnic safety circuit. Furthermore, the pyrotechnic switching element should be simple in design and stable.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. The invention solves the stated problem through the features of claim 1.

In einer möglichen Ausführungsform des pyrotechnischen Schaltelements weist dieses mehrere elektrischen Anschlüsse, mit mehreren, je mit einem Anschluss verbundenen oder diese Anschlüsse ausbildenden Stromleitern auf. Zudem weist es zumindest eine pyrotechnischen Ladung, und ein Überbrückungselement auf, das in einer Ausgangsposition vor Zündung der pyrotechnischen Ladung von den Stromleitern beabstandet angeordnet ist und in einer Überbrückungsposition nach Zündung der pyrotechnischen Ladung in elektrischem Kontakt mit den Stromleitern steht und diese elektrisch kurzschließt. Insbesondere kann dabei der elektrische Kontakt zwischen dem Überbrückungselement und den jeweiligen Stromleitern simultan ausgebildet werden. Vorteilhafterweise ist hierzu das Überbrückungselement in der Überbrückungsposition zentral zwischen den Stromleitern angeordnet. Des Weiteren weist das pyrotechnische Schaltelement zumindest drei elektrische Anschlüsse für jeweils eine Phasenleitung mit zueinander phasenversetzten Phasen auf, wobei das Überbrückungselement in der Überbrückungsposition die Stromleiter als gemeinsamer Sternpunkt für die Phasenleitungen elektrisch kurzschließt. In one possible embodiment of the pyrotechnic switching element, it has several electrical connections, each with multiple conductors connected to or forming these connections. It also includes at least one pyrotechnic charge and a bridging element. In its initial position, prior to ignition of the pyrotechnic charge, the bridging element is spaced apart from the conductors. In its bridging position, after ignition of the pyrotechnic charge, the bridging element is in electrical contact with the conductors, short-circuiting them. In particular, the electrical contact between the bridging element and the respective conductors can be formed simultaneously. Advantageously, the bridging element is positioned centrally between the conductors in the bridging position. Furthermore, the pyrotechnic switching element has at least three electrical connections, each for a phase conductor with phases that are out of phase with each other. In the bridging position, the bridging element electrically short-circuits the conductors as a common neutral point for the phase conductors.

In einer möglichen Ausführungsform des pyrotechnischen Schaltelements schließt das Überbrückungselement die Stromleiter simultan kurz. Das simultane Kurzschließen erfolgt dabei in der Überbrückungsposition oder während der Bewegung in die Überbrückungsposition. Das simultane Kurzschließen der Stromleiter mittels eines einzigen Überbrückungselements hat dabei den Vorteil, dass diese Ausführungsvariante konstruktiv einfach umzusetzen ist, und der nötige Bauraum gering gehalten werden kann. Zudem kann das Kurzschließen schneller stattfinden als beispielsweise bei einer Ausführungsvariante, bei der ein Überbrückungselemente die Stromleiter sequentiell kurzschließt. In one possible embodiment of the pyrotechnic switching element, the bridging element simultaneously short-circuits the current conductors. This simultaneous short-circuiting occurs either in the bridging position or during the movement into the bridging position. Simultaneously short-circuiting the conductors using a single bridging element has the advantage of being structurally simple to implement and requiring minimal installation space. Furthermore, the short-circuiting can occur faster than, for example, in a design where a bridging element short-circuits the conductors sequentially.

Die Verwendung eines einzelnen, bevorzugt zentral zu den Stromleitern angeordneten, Überbrückungselements, das die Stromleiter simultan elektrisch kurzschließt, hat darüber hinaus den Vorteil, dass dies zu einem besonders geringen Gesamt- bzw. Übergangswiderstand führt. Dies ist insbesondere vorteilhaft gegenüber Varianten, die beispielsweise mehrere Überbrückungselemente zum Kurzschließen der Stromleiter benötigen oder bei denen ein Überbrückungselement mehrere Stromleiter sequentiell kurzschließt. The use of a single bridging element, preferably arranged centrally to the conductors, which simultaneously short-circuits the conductors electrically, has the additional advantage of resulting in a particularly low overall or contact resistance. This is especially advantageous compared to variants that, for example, require several bridging elements to short-circuit the conductors or in which one bridging element sequentially short-circuits several conductors.

Indem das pyrotechnische Schaltelement zumindest drei elektrische Anschlüsse für jeweils eine Phasenleitung mit zueinander phasenversetzten Phasen aufweist, kann es mit nur einem pyrotechnischen Schaltelement möglich werden, eine elektrische Maschine, die sich im Nachlauf befindet, zu entladen und damit auch aktiv kurzzuschließen, damit eine sicherheitsrelevante Funktion erfüllt wird. Dies auch bei vereinfachten elektrischen Anforderungen zur Integration an einer Sicherungsschaltung, da das Überbrückungselement in der Überbrückungsposition die Stromleiter als gemeinsamer Sternpunkt für die Phasenleitungen elektrisch kurzschließt und es damit auch keiner komplexen Auslegung zum Spannungsausgleich zwischen den einzelnen Phasen der Phasenleitungen bedarf. By having at least three electrical connections, each for a phase conductor with phases offset from one another, the pyrotechnic switching element can discharge and thus actively short-circuit an electric machine in its run-up phase, thereby fulfilling a safety-relevant function. This is possible even with simplified electrical requirements for integration into a safety circuit, since the bridging element, in the bridging position, electrically short-circuits the conductors as a common neutral point for the phase conductors, thus eliminating the need for a complex design for voltage equalization between the individual phase conductors.

Zudem kann durch die Verwendung des Überbrückungselements als Sternpunkt der konstruktive Aufwand am pyrotechnischen Schaltelement gering bleiben und einen zuverlässigen elektrischen Kurzschluss gewährleisten - was am erfindungsgemäßen pyrotechnischen Schaltelement zu einer hohen Standfestigkeit bei konstruktiver Einfachheit führt. Der aktive Kurzschluss über das pyrotechnische Schaltelement kann beispielsweise weiter verbessert werden, wenn in der Überbrückungsposition jene sich vom jeweiligen Anschluss zum Überbrückungselement hin ergebenden elektrischen Widerstandswerte im Wesentlichen gleich sind. Insbesondere kann dies auch eine sich eventuell durch den Nachlauf ergebende Sternpunktspannung auf ein geringeres Niveau gezwungen werden, um so eine zusätzliche elektrische Belastung durch die Phasen an anderen Stromleiter gering zu halten. Die Standfestigkeit des pyrotechnischen Schaltelements kann sich damit weiter verbessern. Furthermore, by using the bridging element as the star point, the design effort on the pyrotechnic switching element can remain low and a reliable electrical short circuit can be ensured - which leads to high stability with design simplicity in the pyrotechnic switching element according to the invention. The active short circuit via the pyrotechnic switching element can be further improved, for example, if the electrical resistance values from the respective terminal to the bridging element are essentially the same in the bridging position. In particular, this can also reduce any neutral point voltage that may result from the residual current, thus minimizing any additional electrical load on other conductors due to the phases. This can further improve the stability of the pyrotechnic switching element.

Dies kann beispielsweise erreicht werden, in dem die Stromleiter geometrisch gleich ausgeformt und aus dem gleichen Material beschaffen sind, die Kontaktfläche beziehungsweise der Übergangswiderstand zwischen dem Überbrückungselement und den jeweiligen Stromleiter gleich groß ist und die Stromleiter drehsymmetrisch und äquidistant zueinander angeordnet sind. Jedoch kann der Fachmann dies auch über andere Wege erreichen. So kann beispielsweise eine unterschiedliche geometrische Ausformung der Stromleiter über ein individuelles Einstellen der Übergangswiderstände zwischen den Stromleitern und dem Überbrückungselement ausgeglichen werden, sodass die, sich vom jeweiligen Anschluss zum Überbrückungselement hin ergebenden, elektrischen Widerstandswerte dennoch im Wesentlichen gleich sind. Auch andere Möglichkeiten sind dem Fachmann geläufig. This can be achieved, for example, by ensuring that the conductors have the same geometric shape and are made of the same material, that the contact area or contact resistance between the bridging element and the respective conductors is the same size, and that the conductors are arranged rotationally symmetrically and equidistant from each other. However, a skilled person can also achieve this in other ways. For example, different geometric shapes of the conductors can be compensated for by individually adjusting the contact resistances between the conductors and the bridging element, so that the resulting electrical resistance values from each connection to the bridging element are essentially the same. Other possibilities are also familiar to a skilled person.

Vorstehendes ist insbesondere dann gewährleistbar, wenn in der Überbrückungsposition jene sich vom jeweiligen Anschluss zum Überbrückungselement hin ergebenden elektrischen Widerstandswerte < 10 Milliohm sind. Vorstellbar ist auch, dass diese elektrischen Widerstandswerte < 5 Milliohm, insbesondere im Bereich von 0,1 bis 5 Milliohm, sind. The above can be guaranteed, in particular, if, in the bridging position, the electrical resistance values from the respective terminal to the bridging element are < 10 milliohms. It is also conceivable that these electrical resistance values are < 5 milliohms, especially in the range of 0.1 to 5 milliohms.

Die Betriebssicherheit des pyrotechnischen Schaltelements kann beispielsweise erhöht werden, wenn das pyrotechnische Schaltelement einen elektrischen Isolator aufweist, der zwischen den Enden der elektrischen Stromleiter angeordnet ist. Der elektrische Isolator kann beispielsweise ein Gehäuseabschnitt eines Gehäuses des pyrotechnischen Schaltelements sein. Vorteilhafterweise ist der elektrische Isolator dabei einteilig aufgebaut, insbesondere vorteilhafterweise ist der elektrische Isolator dabei auch einteilig mit dem Gehäuse oder einem Gehäuseabschnitt ausgebildet. Auch ist vorstellbar, dass der elektrische Isolator zwischen den freien Enden der elektrischen Stromleitern vorgesehen ist. Der Vorteil einer einteiligen Ausführungsvariante beziehungsweise einer Ausführungsvariante, bei der der elektrische Isolator ein Gehäuseabschnitt eines Gehäuses des pyrotechnischen Schaltelement ist, besteht darin, dass diese das Assemblieren des pyrotechnischen Schaltelements stark vereinfacht. The operational reliability of the pyrotechnic switching element can be increased, for example, if the pyrotechnic switching element has an electrical insulator that is arranged between the ends of the electrical conductors. The electrical insulator can, for example, be a housing section of the pyrotechnic switching element's housing. Advantageously, the electrical insulator is constructed as a single unit, and particularly advantageously, it is also formed as a single unit with the housing or a housing section. It is also conceivable that the electrical insulator is provided between the free ends of the electrical conductors. The advantage of a single-piece design, or a design in which the electrical insulator is a housing section of the pyrotechnic switching element's housing, is that it greatly simplifies the assembly of the pyrotechnic switching element.

Vorzugsweise weist der elektrische Isolator für jedes, insbesondere freie, Ende der elektrischen Stromleiter zumindest eine Zentnernut auf, in die das jeweilige Ende einragt. Dies positioniert die Stromleiter exakt zueinander, was einen standfesten Kurzschluss über das Überbrückungselement sicherstellten kann. Preferably, the electrical insulator has at least one hundredweight groove for each end of the electrical conductors, particularly the free end, into which the respective end projects. This positions the conductors precisely relative to each other, which ensures a stable short circuit via the bridging element.

Vorzugsweise weist das pyrotechnische Schaltelement eine Gehäusefreistellung zwischen den elektrischen Stromleitern auf, in die das Überbrückungselement in der Überbrückungsposition eingreift. Dies kann beispielsweise das Überbrückungselement exakter positionieren und unter Beibehaltung der vorgegebenen Widerstandswerte eine eventuelle Sternpunktspannung reproduzierbar klein halten. Preferably, the pyrotechnic switching element has a housing recess between the electrical conductors into which the bridging element engages in the bridging position. This can, for example, position the bridging element more precisely and, while maintaining the specified resistance values, keep any neutral point voltage reproducibly low.

Auch ist für eine konstruktive Vereinfachung vorstellbar, dass die Abstände zwischen zwei Enden der, insbesondere freien, Enden der elektrischen Stromleiter jeweils gleich sind und sich damit eine vorteilhafte geometrische Zentrierung über das Überbrückungselement ergeben kann. For a constructive simplification, it is also conceivable that the distances between two ends of the, in particular free, ends of the electrical conductors are each the same, thus resulting in an advantageous geometric centering via the bridging element.

Beispielsweise weist jeder Stromleiter zumindest an seinen, insbesondere freien, Enden zumindest eine Kontaktfläche, insbesondere zwei Kontaktflächen, für das Überbrückungselement auf, um einen widerstandsarmen Übergang auf den Sternpunkt sicherstellen zu können. Die Kontaktflächen sind vorzugsweise an einander gegenüberliegenden Breitseiten der Stromleiter angeordnet. Der Vorteil von zwei Kontaktflächen liegt darin, dass der Übergang in diesem Fall besonders widerstandsarm ist, was mögliche Verluste minimiert. For example, each conductor has at least one contact surface, and in particular two contact surfaces, for the bridging element at its ends, especially its free ends, in order to ensure a low-resistance transition to the neutral point. The contact surfaces are preferably arranged on opposite broad sides of the conductors. The advantage of two The advantage of the contact surfaces lies in the fact that the transition in this case is particularly low in resistance, which minimizes possible losses.

Reproduzierbar kann ein Sternpunkt geschaffen werden, wenn das Überbrückungselement kappenförmig mit einem, insbesondere mittleren, Steg und zumindest drei daran anschließenden Schenkeln ausgebildet ist, welche Schenkel zwischen einander je einen Schlitz zum, insbesondere klemmenden, Eingreifen der Stromleiter in der Überbrückungsposition aufweisen. A star point can be created reproducibly if the bridging element is cap-shaped with a, in particular central, bridge and at least three adjoining legs, each leg having a slot between them for the, in particular clamping, engagement of the conductors in the bridging position.

Dies kann insbesondere vorteilhaft erreichbar sein, wenn die Stromleiter in Draufsicht gesehen sternförmig aufeinander zulaufen und sich damit eine eventuelle Sternpunktspannung weiter verringern lässt. This can be particularly advantageous if the conductors, when viewed from above, converge in a star shape, thus further reducing any potential neutral point voltage.

Vorzugsweise besteht zwischen zwei nebeneinander angeordneten Stromleitern ein Zwischenwinkel von 120 Grad. Dies kann für gleichere Widerstandswerten zum Sternpunkt hin sowie auch für eine verbesserte Phasenauslöschung sorgen. Preferably, there is an angle of 120 degrees between two adjacent conductors. This can ensure more uniform resistance values towards the neutral point as well as improved phase cancellation.

Es ist zudem Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit dem zumindest drei Phasenleitungen reproduzierbar entladen werden können. Furthermore, the invention aims to create a method by which at least three phase lines can be reproducibly discharged.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 13. The invention solves the problem stated with regard to the method by the features of claim 13.

Indem das erfindungsgemäße pyrotechnische Schaltelement verwendet wird, können reproduzierbar zumindest drei Phasenleitungen, die zueinander phasenversetzte Phasen aufweisen, entladen werden. Hierzu wird die pyrotechnische Ladung gezündet und nach dieser Zündung schließt das Überbrückungselement als gemeinsamer Sternpunkt diese Phasenleitungen kurz. Dies ist besonders von Vorteil, wenn Phasenleitungen einer im Nachlauf befindlichen elektrischen Maschine entladen werden, um damit eine sicherheitstechnische Funktion reproduzierbar erfüllen zu können. By using the pyrotechnic switching element according to the invention, at least three phase lines, which have phases offset from each other, can be reproducibly discharged. For this purpose, the pyrotechnic charge is ignited and after this ignition, the bridging element, acting as a common neutral point, short-circuits these phase lines. This is particularly advantageous when phase lines of an electric machine in a run-up phase are discharged in order to reproducibly fulfill a safety function.

Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße pyrotechnische Schaltelement zur Ausbildung eines gemeinsamen Sternpunkts für zumindest drei daran angeschlossene Phasenleitungen mit zueinander phasenversetzten Phasen verwendet. Preferably, the pyrotechnic switching element according to the invention is used to form a common star point for at least three phase lines connected to it with phases that are out of phase with each other.

In einer möglichen Ausführungsform des pyrotechnisches Schaltelement umfasst dieses des Weiteren einen elektrischen Zusatzanschluss. Zudem ist ein Zusatzstromleiter vorhanden, der mit elektrischen Zusatzanschluss verbunden ist oder diesen ausbildet. Dabei kontaktiert in der Überbrückungsposition das Überbrückungselement auch den Zusatzstromleiter, sodass der Zusatzstromleiter einen Neutralleiter ausbildet. Über diesen Neutralleiter kann dann der Gesamtstrom abfließen. In one possible embodiment of the pyrotechnic switching element, it further includes an additional electrical connection. Furthermore, an additional current conductor is present, which is connected to or forms this additional electrical connection. In the bridging position, the bridging element also contacts the additional current conductor, so that the additional current conductor forms a neutral conductor. The total current can then flow via this neutral conductor.

In den Figuren ist beispielsweise der Erfindungsgegenstand anhand einer Ausführungsvariante näher dargestellt. Es zeigen The figures illustrate, for example, the invention in more detail using one embodiment as an example. They show

Fig. 1 eine isometrische Darstellung auf ein pyrotechnisches Schaltelement,Fig. 1 is an isometric view of a pyrotechnic switching element,

Fig. 2 eine Schnittansicht nach ll-ll der Fig. 1 , Fig. 2 is a sectional view according to 11-11 of Fig. 1 ,

Fig. 3 eine Explosionsansicht von Teilen des pyrotechnischen Schaltelements der Fig. 1 Fig. 3 is an exploded view of parts of the pyrotechnic switching element of Fig. 1.

Fig. 4 eine Schnittansicht nach IV-IV der Fig. 1 , Fig. 4 is a sectional view according to IV-IV of Fig. 1 ,

Fig. 5 eine isometrische Ansicht des geöffneten pyrotechnischen Schaltelements der Fig. 1 mit seinem Überbrückungselement in Überbrückungsposition undFig. 5 is an isometric view of the opened pyrotechnic switching element of Fig. 1 with its bridging element in bridging position and

Fig. 6 eine Schnittansicht der Fig. 5. Fig. 6 is a sectional view of Fig. 5.

Nach den Figuren 1 bis 6 ist ein pyrotechnisches Schaltelement 1 dargestellt. Zu erkennen ist nach Fig. 1 ein elektrisch isolierendes Gehäuse 2 aus einem Untergehäuse 2a und einem Obergehäuse 2b und mehrere elektrische Anschlüsse 3a, 3b, 3c, die als Kontaktzungen ausgeführt sind. Das pyrotechnische Schaltelement 1 dient zum Einschalten einer elektrischen Verbindung zwischen den elektrischen Anschlüssen 3a, 3b, 3c. Figures 1 to 6 show a pyrotechnic switching element 1. Figure 1 shows an electrically insulating housing 2 consisting of a lower housing 2a and an upper housing 2b, and several electrical connections 3a, 3b, 3c, which are designed as contact tongues. The pyrotechnic switching element 1 serves to Switching on an electrical connection between electrical terminals 3a, 3b, 3c.

Hierzu sind im Gehäuse 2 des pyrotechnischen Schaltelements 1 mehrere Stromleiter 4a, 4b, 4c vorgesehen, die an den Anschlüssen 3a, 3b, 3c enden und diese damit ausbilden. An der den Anschlüssen 3a, 3b, 3c gegenüberliegenden Seite des jeweiligen Stromleiters 4a, 4b, 4c weist dieser jeweils ein, vorzugweise freies, Ende 13a, 13b, 13c auf. Es ist aber auch vorstellbar, dass die Stromleiter 4a, 4b, 4c mit den Anschlüssen 3a, 3b, 3c elektrisch verbunden sind, was nicht dargestellt worden ist. Bei einem freien Ende handelt es sich um ein Ende 13a, 13b, 13c eines Stromleiters 4a, 4b, 4c welches in der Ausgangsposition 7a unverbunden bzw. nicht angeschlossen ist. For this purpose, several conductors 4a, 4b, 4c are provided in the housing 2 of the pyrotechnic switching element 1, terminating at and thus forming the terminals 3a, 3b, 3c. On the side of each conductor 4a, 4b, 4c opposite terminals 3a, 3b, 3c, it has a preferably free end 13a, 13b, 13c. However, it is also conceivable that the conductors 4a, 4b, 4c are electrically connected to terminals 3a, 3b, 3c, which has not been shown. A free end is an end 13a, 13b, 13c of a conductor 4a, 4b, 4c which is unconnected or not connected in the initial position 7a.

Auch weist das Gehäuse 2 eine pyrotechnische Ladung 5 und ein elektrisch leitfähiges Überbrückungselement 6, beispielsweise aus Metall, insbesondere Kupfer oder einer Kupferlegierung, auf. The housing 2 also features a pyrotechnic charge 5 and an electrically conductive bridging element 6, for example made of metal, in particular copper or a copper alloy.

Nach Fig. 2 befindet sich dieses Überbrückungselement 6 in einer Ausgangsposition 7a, also vor einer Zündung der pyrotechnischen Ladung 5. In dieser Ausgangsposition 7a ist das Überbrückungselement 6 von den Stromleitern 4a, 4b, 4c beabstandet angeordnet, sodass zwischen diesen Stromleitern 4a, 4b, 4c keine elektrische Verbindung besteht. Wird die pyrotechnische Ladung 5 gezündet, indem an eine elektrische Zündleitung 8 über einen Zündanschluss 16 am pyrotechnischen Schaltelement 1 eine Spannung angelegt wird, wird das Überbrückungselement 6 in Richtung der, und zwar im Ausführungsbeispiel normal auf die, Stromleiter 4a, 4b, 4c zubewegt, nämlich in eine Überbrückungsposition 7b, in der das Überbrückungselement 6 in elektrischem Kontakt mit den Stromleitern 4a, 4b, 4c steht und diese elektrisch kurzschließt. Für diese Bewegung in Richtung der Stromleiter 4a, 4b, 4c wirkt die pyrotechnische Ladung 5 auf ein Kolbenelement 9, das entlang einer Gehäuseinnenwand 2a linear beweglich gelagert ist und das Überbrückungselement 6 hält. Zwischen Kolbenelement 9 und Gehäuseinnenwand 2a ist zur Abschottung der Stromleiter 4a, 4b, 4c beispielsweise eine Ringdichtung 9a vorgesehen. According to Fig. 2, this bridging element 6 is in an initial position 7a, i.e., before ignition of the pyrotechnic charge 5. In this initial position 7a, the bridging element 6 is spaced apart from the conductors 4a, 4b, 4c, so that there is no electrical connection between these conductors. When the pyrotechnic charge 5 is ignited by applying a voltage to an electrical ignition line 8 via an ignition terminal 16 on the pyrotechnic switching element 1, the bridging element 6 is moved towards the conductors 4a, 4b, 4c—in this embodiment, perpendicular to them—namely into a bridging position 7b, in which the bridging element 6 is in electrical contact with the conductors 4a, 4b, 4c and short-circuits them. For this movement towards the conductors 4a, 4b, 4c, the pyrotechnic charge 5 acts on a piston element 9, which is linearly movable along an inner wall 2a of the housing and holds the bridging element 6. Between For example, a ring seal 9a is provided between the piston element 9 and the inner wall of the housing 2a to seal off the conductors 4a, 4b, 4c.

Erfindungsgemäß ist das pyrotechnische Schaltelement 1 für diesen aktiven Kurzschluss besonders ausgeführt. Das pyrotechnische Schaltelement 1 weist nämlich anstatt der üblichen zwei Anschlüsse drei Anschlüsse 3a, 3b, 3c und damit auch drei Stromleiter 4a, 4b, 4c auf, wie dies insbesondere in Fig. 4 zu erkennen ist. According to the invention, the pyrotechnic switching element 1 is specially designed for this active short circuit. Instead of the usual two terminals, the pyrotechnic switching element 1 has three terminals 3a, 3b, 3c and thus also three conductors 4a, 4b, 4c, as can be seen particularly in Fig. 4.

Zudem schließt das Überbrückungselement 6 in der Überbrückungsposition 7b die Stromleiter 4a, 4b, 4c als gemeinsamer Sternpunkt S für die Phasenleitungen L1 , L2, L3 elektrisch kurz, sodass mit einem einzigen pyrotechnischen Schaltelement 1 gleichzeitig mehrere Phasenleitungen L1 , L2, L3 entladen werden können. Das Überbrückungselement 6 dient nämlich als zentraler Spannungsausgleich zwischen den einzelnen Phasen der Phasenleitungen L1 , L2, L3, was reproduzierbar eine Sternpunktspannung vermeidet oder vermindert. Letzteres ist besonders bei einer im Nachlauf befindlichen elektrischen Maschine von Bedeutung, bei der aufgrund einer sich verminderten Motordrehzahl an den Phasenleitungen L1 , L2, L3 mit zumindest voneinander abweichenden Spannungsamplituden und/oder mit einem Phasendrift zu rechnen ist. Erfindungsgemäß kann dies mit dem Überbrückungselement 6 als gemeinsamer Sternpunkt S robust und standfest elektrisch aufgenommen werden. Das damit äußerst zuverlässige pyrotechnische Schaltelement 1 ermöglicht jedoch zudem auch einen vereinfachen Aufbau einer pyrotechnischen Sicherungsschaltung 10. Dies, weil ein einzelnes pyrotechnisches Schaltelement 1 ausreicht, mehrere Phasenleitungen L1 , L2, L3 einer elektrischen Maschine aktiv kurzzuschließen, um damit eine sicherheitsrelevante Funktion zu erfüllen. Furthermore, in the bridging position 7b, the bridging element 6 electrically shorts the conductors 4a, 4b, 4c as a common neutral point S for the phase lines L1, L2, L3, so that several phase lines L1, L2, L3 can be discharged simultaneously with a single pyrotechnic switching element 1. The bridging element 6 serves as a central voltage equalizer between the individual phases of the phase lines L1, L2, L3, which reproducibly avoids or reduces neutral point voltage. The latter is particularly important in an electric machine with a run-on time, where, due to a reduced motor speed, at least differing voltage amplitudes and/or phase drift are to be expected on the phase lines L1, L2, L3. According to the invention, this can be robustly and reliably accommodated electrically by the bridging element 6 as a common neutral point S. The extremely reliable pyrotechnic switching element 1 also enables a simplified design of a pyrotechnic safety circuit 10. This is because a single pyrotechnic switching element 1 is sufficient to actively short-circuit several phase lines L1, L2, L3 of an electrical machine in order to fulfill a safety-relevant function.

Wie in der Explosionsansicht nach Fig. 3 und auch in der Fig. 5 zu entnehmen, sind durch den gleichen Aufbau der jeweiligen Strompfade, ausgehend von den elektrischen Anschlüssen 3a, 3b, 3c bis zu dem mittigen Überbrückungselement 6 hin, deren elektrischen Widerstände im Wesentlichen gleich. Diese elektrischen Widerstände betragen alle vom jeweiligen Anschluss 3a, 3b, 3c bis zum Überbrückungselement 6 hin ca. 4 Milliohm. Dazu trägt auch die Verwendung von Stromleitern 4a, 4b, 4c aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung bei. As can be seen in the exploded view according to Fig. 3 and also in Fig. 5, the electrical resistances of the respective current paths, starting from the electrical terminals 3a, 3b, 3c to the central bridging element 6, are essentially the same due to their identical construction. These electrical resistances all measure from the respective terminal 3a, 3b, 3c to the Bridging element 6 has a resistance of approximately 4 milliohms. This is also due to the use of conductors 4a, 4b, 4c made of copper or a copper alloy.

Für eine ausreichend hohe Durchschlagsfestigkeit sowie Kriechstrecke am pyrotechnischen Schaltelement 1 sorgt ein elektrischer Isolator 11. Der als Gehäuseabschnitt des Gehäuses 2 ausgeführte elektrische Isolator 11 ist zwischen den elektrischen Stromleitern 4a, 4b, 4c vorgehen und dient zudem der Vermeidung einer unbeabsichtigten Kontaktierung zwischen Überbrückungselement 6 und den Stromleitern 4a, 4b, 4c. An electrical insulator 11 ensures a sufficiently high dielectric strength and creepage distance at the pyrotechnic switching element 1. The electrical insulator 11, designed as a housing section of the housing 2, is located between the electrical conductors 4a, 4b, 4c and also serves to prevent unintentional contact between the bridging element 6 and the conductors 4a, 4b, 4c.

Zudem dient der elektrische Isolator 11 zur exakten Ausrichtung der Stromleiter 4a, 4b, 4c gegenüber dem Überbrückungselement 6. Hierzu weist der elektrische IsolatorFurthermore, the electrical insulator 11 serves to precisely align the conductors 4a, 4b, 4c with respect to the bridging element 6. For this purpose, the electrical insulator has

11 für jedes freie Ende 13a, 13b, 13c der elektrischen Stromleiter 4a, 4b, 4c eine Zentriernut 16a, 16b, 16c auf. In diese Zentriernuten 16a, 16b, 16c ragen die freien Ende 13a, 13b, 13c der elektrischen Stromleiter 4a, 4b, 4c ein - was deren Position im Gehäuse 2 fixiert. 11 For each free end 13a, 13b, 13c of the electrical conductors 4a, 4b, 4c, a centering groove 16a, 16b, 16c is provided. The free ends 13a, 13b, 13c of the electrical conductors 4a, 4b, 4c project into these centering grooves 16a, 16b, 16c - which fixes their position in the housing 2.

Zudem ist auch das Überbrückungselement 6 in der Überbrückungsposition 7b exakt gegenüber den Stromleitern 4a, 4b, 4c ausgerichtet und damit positioniert. Dies wird sichergestellt, indem das pyrotechnische Schaltelement 1 eine GehäusefreistellungFurthermore, the bridging element 6 in bridging position 7b is precisely aligned and thus positioned relative to the current conductors 4a, 4b, 4c. This is ensured by the pyrotechnic switching element 1 having a housing clearance.

12 zwischen den elektrischen Stromleitern 4a, 4b, 4c aufweist, in welche Gehäusefreistellung 12 das Überbrückungselement 6 in der Überbrückungsposition 7b eingreift. 12 between the electrical conductors 4a, 4b, 4c, into which housing clearance 12 the bridging element 6 engages in the bridging position 7b.

Die Stromleiter 4a, 4b, 4c weisen an ihren freien Enden 13a, 13b, 13c jeweils zwei seitliche Kontaktflächen 14a, 14b für das Überbrückungselement 6, das in der Überbrückungsposition 7b mit seinen Schlitzen 15a, 15b, 15c diese Kontaktflächen 14a, 14b sattelartig umgreift, auf - wie das beispielsweise in der Fig 5 sowie im Detail auch in Fig. 6 erkennbar. The conductors 4a, 4b, 4c each have two lateral contact surfaces 14a, 14b at their free ends 13a, 13b, 13c for the bridging element 6, which in the bridging position 7b with its slots 15a, 15b, 15c surrounds these contact surfaces 14a, 14b in a saddle-like manner - as can be seen, for example, in Fig. 5 and in detail also in Fig. 6.

Hierzu ist Überbrückungselement 6 kappenförmig mit einem mittleren Steg 6a und drei daran normal anschließenden Schenkeln 6b, 6c, 6d ausgeführt, welche die Schlitze 15a, 15b, 15c zwischen einander aufweisen. Die lichte Bereite der Schlitze 15a, 15b, 15c ist kleiner als die Dicke der Stromleiter 4a, 4b, 4c, was einen standfesten elektrischen Klemmkontakt zwischen den Stromleitern 4a, 4b, 4c und dem Überbrückungselement 6 sicherstellt. For this purpose, bridging element 6 is designed in a cap shape with a central web 6a and three legs 6b, 6c, 6d adjoining it normally, which The slots 15a, 15b, 15c are located between each other. The clear width of the slots 15a, 15b, 15c is smaller than the thickness of the conductors 4a, 4b, 4c, which ensures a stable electrical clamping contact between the conductors 4a, 4b, 4c and the bridging element 6.

Die Abstände A1 , A2, A3 zwischen jeweils zwei Enden der freien Enden 13a, 13b, 13c sind gleich, wobei die Stromleiter 4a, 4b, 4c in Draufsicht gesehen sternförmig aufeinander zulaufen - wobei jeweils zwischen zwei nebeneinander angeordneten Stromleitern 4a, 4b, 4c ein Zwischenwinkel a von 120 Grad besteht. The distances A1, A2, A3 between each pair of free ends 13a, 13b, 13c are equal, with the conductors 4a, 4b, 4c converging towards each other in a star-shaped arrangement when viewed from above - with an angle a of 120 degrees between each pair of conductors 4a, 4b, 4c arranged next to each other.

Damit eignet sich der erfindungsgemäße pyrotechnische Schaltelement 1 insbesondere für eine elektrische Maschine, beispielsweise Elektromotor, für ein nicht näher dargestelltes Fahrzeug, nämlich Kraftfahrzeug, um diese elektrische Maschine aktiv kurzzuschließen und damit deren Wicklungen über die Phasenleitungen L1 , L2, L3 zu entladen. The pyrotechnic switching element 1 according to the invention is therefore particularly suitable for an electric machine, for example an electric motor, for a vehicle not shown in detail, namely a motor vehicle, in order to actively short-circuit this electric machine and thus discharge its windings via the phase lines L1, L2, L3.

Im Allgemeinen wird festgehalten, dass „insbesondere“ als „more particularly" ins Englische übersetzt werden kann. Ein Merkmal, dem „insbesondere" vorangestellt ist, ist als fakultatives Merkmal zu betrachten, das weggelassen werden kann, und stellt damit keine Einschränkung, beispielsweise der Ansprüche, dar. Das Gleiche gilt für „vorzugsweise“, ins Englische übersetzt als „preferably“. It is generally accepted that "in particular" can be translated into English as "more particularly". A feature preceded by "in particular" is considered an optional feature that can be omitted and therefore does not represent a limitation, for example, of claims. The same applies to "preferably", which is translated into English as "preferably". `in particular` can be translated into English as "more particularly".

Claims

Patent claims:

1. Pyrotechnic switching element with multiple electrical connections, with multiple conductors (4a, 4b, 4c) each connected to or forming a connection (3a, 3b, 3c), with at least one pyrotechnic charge (5), and with a bridging element (6) which, in an initial position (7a) before ignition of the pyrotechnic charge (5), is spaced apart from the conductors (4a, 4b, 4c) and, in a bridging position (7b) after ignition of the pyrotechnic charge (5), is in electrical contact with the conductors (4a, 4b, 4c) and electrically short-circuits them, characterized in that the pyrotechnic switching element (1) has at least three electrical connections, each for a phase line (L1, L2, L3) with phases offset from each other, and that the bridging element (6) is in The bridging position (7b) electrically short-circuits the conductors (4a, 4b, 4c) as a common neutral point (S) for the phase lines (L1 , L2, L3).

2. Pyrotechnic switching element according to claim 1, characterized in that the bridging element (6) simultaneously short-circuits the current conductors (4a, 4b, 4c).

3. Pyrotechnic switching element according to claim 1 or 2, characterized in that in the bridging position (7b) the electrical resistance values resulting from the respective connection (3a, 3b, 3c) to the bridging element (6) are essentially the same.

4. Pyrotechnic switching element according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the bridging position (7b) the electrical resistance values resulting from the respective connection (3a, 3b, 3c) to the bridging element (6) are < 10 milliohms, in particular < 5 milliohms, in particular in the range of 0.1 to 5 milliohms.

5. Pyrotechnic switching element according to one of claims 1 to 4, characterized in that the pyrotechnic switching element (1 ) has an electrical insulator (11 ), in particular as a housing section of a housing (2) of the pyrotechnic switching element (1 ), which is arranged between the, in particular free, ends (13a, 13b, 13c) of the electrical conductors (4a, 4b, 4c).

6. Pyrotechnic switching element according to claim 5, characterized in that the electrical insulator (11 ) has at least one centering groove (16a, 16b, 16c) for each end (13a, 13b, 13c) of the electrical conductors (4a, 4b, 4c) into which the respective end (13a, 13b, 13c) projects.

7. Pyrotechnic switching element according to one of claims 1 to 6, characterized in that the pyrotechnic switching element (1 ) has a housing clearance (12) between the electrical conductors (4a, 4b, 4c) into which the bridging element (6) engages in the bridging position (7b) and/or that the distances (A1 , A2, A3) between two ends of the, in particular free, ends (13a, 13b, 13c) of the electrical conductors (4a, 4b, 4c) are each the same.

8. Pyrotechnic switching element according to one of claims 1 to 7, characterized in that each conductor (4a, 4b, 4c) has at least one contact surface, in particular two contact surfaces (14a, 14b), for the bridging element (6) at least at its, in particular free, ends (13a, 13b, 13c).

9. Pyrotechnic switching element according to one of claims 1 to 8, characterized in that the bridging element (6) is cap-shaped with a, in particular central, bridge (6a) and at least three legs (6b, 6c, 6d) adjoining it, which legs (6b, 6c, 6d) each have a slot (15a, 15b, 15c) between them for, in particular clamping, engagement of the conductors (4a, 4b, 4c) in the bridging position (7b).

10. Pyrotechnic switching element according to one of claims 1 to 9, characterized in that the conductors (4a, 4b, 4c) converge towards each other in a star shape when viewed from above.

11. Pyrotechnic switching element according to claim 10, characterized in that an angle (a) of 120 degrees exists between each of two adjacent current conductors (4a, 4b, 4c).

12. Pyrotechnic switching element according to one of claims 1 to 11, characterized in that an additional electrical connection is included, wherein an additional current conductor is provided which is connected to or forms the additional electrical connection and wherein, in the bridging position, the bridging element also contacts the additional current conductor and thus forms a neutral conductor.

13. Electric machine, in particular electric motor, with a pyrotechnic switching element (1 ) according to one of claims 1 to 12.

14. Vehicle, in particular land vehicle, motor vehicle, watercraft or aircraft, with a pyrotechnic switching element (1) according to any one of claims 1 to 12 or with an electric machine according to claim 13.

15. Method for discharging at least three phase lines (L1 , L2, L3) which have phases offset from each other, with a pyrotechnic switching element (1 ) according to one of claims 1 to 12, in which the pyrotechnic charge (5) is ignited and after this ignition the bridging element (6) short-circuits these phase lines (L1 , L2, L3) as a common star point (S).

16. Method according to claim 15, characterized in that phase lines (L1 , L2, L3) of an electric machine in run-up are discharged.

17. Use of a pyrotechnic switching element (1) according to one of claims 1 to 12 for forming a common star point (S) for at least three connected phase lines (L1, L2, L3) with phases that are out of phase with each other.