DE102013208656A1

DE102013208656A1 - Schmelzsicherung, insbesondere Hochvoltschmelzsicherung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102013208656A1
Application number: DE201310208656
Authority: DE
Inventors: Bruno Betti; Hans-Dieter Liess; Manuel Jakab
Original assignee: Audio Ohm Di Tonani Caterina E C SRL
Current assignee: Audio Ohm Di Tonani Caterina E C SRL
Priority date: 2012-05-11
Filing date: 2013-05-10
Publication date: 2013-11-14
Anticipated expiration: 2033-05-11
Also published as: DE202012012570U1; DE102013022355B3; DE102013208656B4

Abstract

Es wird eine Schmelzsicherung (10) beschrieben, insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug. Die Schmelzsicherung umfasst: – einen Sicherungseinsatz (30) aus elektrisch leitendem Material, insbesondere Metall, und ein Gehäuse (20) aus elektrisch nichtleitendem Material, welches den Sicherungseinsatz (30) zumindest teilweise einfasst, – wobei der Sicherungseinsatz (30) eine erste Basis (35), eine zweite Basis (36) und einen Schmelzabschnitt (33) aufweist, wobei der Schmelzabschnitt (33) mit einem Ende in die erste Basis (35) und mit einem anderen Ende in die zweite Basis (36) mündet und die erste Basis (35) mit der zweiten Basis (36) elektrisch leitend verbindet, und – einen Magneten (40), der so angeordnet ist, dass sein Magnetfeld den Schmelzabschnitt (33) beeinflusst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schmelzsicherung zur Absicherung eines Hochvoltstromkreises eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Demnach kann die Schmelzsicherung auch als Hochvoltschmelzsicherung bezeichnet werden. Die Sicherung ist mit einer Einrichtung ausgestattet, welche einen beim Durchbrennen der Sicherung möglicherweise entstehenden Lichtbogen löscht.
Aus der DE 548 914 ist eine Hochleistungsschmelzsicherung bekannt, bei der ein nach dem Durchschmelzen des Schmelzleiters entstehender Lichtbogen in Bewegung gesetzt wird und mit so großer Geschwindigkeit fortbewegt wird, dass sich die Elektroden, an denen der Lichtbogen ansetzt, nicht auf die Schmelztemperatur erhitzen können. Um den Lichtbogen in rasche Bewegungen zu versetzen wird im Schmelzraum ein elektromagnetisches Feld erzeugt, welches die Fußpunkte des Unterbrechungslichtbogens mit großer Geschwindigkeit auf flächenhaft ausgedehnten Elektroden in einer endlosen Bahn bewegt.
Die DE 33 43 496 A1 offenbart eine elektrische Schmelzsicherung, bei der eine oder mehrere Abschnitte des Schmelzleiters mit zwei nebeneinander liegenden parallelen Sollbruchstellen versehen sind, die durch elektrisches Material oder einen Luftspalt getrennt sind. Die Richtung des Stromflusses in einer der beiden nebeneinander liegenden Sollbruchstellen ist entgegengesetzt zu der Richtung des Stromflusses in der anderen Sollbruchstelle, sodass ein magnetisches Feld erzeugt wird, das eine trennende Kraft zwischen den beiden Sollbruchstellen bewirkt.
Die DE 957 865 beschreibt eine Hochspannungssicherung, die eine Blaskammer aufweist in der Mittel vorgesehen sind, die auf die Bewegung einer Spannfeder des Schmelzleiters nach dessen Durchschmelzen derart verzögernd wirken, dass die Beblasung des Lichtbogens in der günstigsten Löschstellung erfolgt.
Aus der EP 1 150 319 A1 geht eine Schmelzsicherung hervor, die einen mindestens zwei Teilwicklungen aufweisenden Verbindungsleiter aufweist, wobei die mindestens zwei Teilwicklungen derart angeordnet sind, dass die Magnetfelder, die von den beiden Teilwicklungen bei einem sich ändernden Stromfluss durch die Schmelzsicherung induziert werden, sich zumindest teilweise auslöschen.
Das US-Patent 4,063,297 A beschreibt einen Lichtbogenunterbrecher für Starkströme in Stromversorgungssystemen mit einer hornförmigen Lücke zum magnetischen Ablöschen eines Lichtbogens.
In dem Patent EP 0 073 201 B1 wird eine Sicherung mit einem Leitungsdraht beschrieben, der in einem Magnetfeld angeordnet ist, welches von einem Magneten erzeugt wird, wobei der Magnet zumindest teilweise aus Ferrit besteht und in Richtung seiner Dicke magnetisiert ist.
Aus der FR 2 625 604 A1 ist ebenfalls ein Schmelzdraht bekannt, der zwischen multipolaren plattenförmigen Ferritmagneten angeordnet ist.
Aus der US 685,766 ist ein Schmelzdraht zur Bildung einer Sicherung vorgesehen, wobei der Schmelzdraht oberhalb eines Magneten angeordnet ist. Sofern die Stromstärke zu hoch wird und den Draht schmilzt, wird der dadurch entstehende Lichtbogen durch die Wirkung des Magneten gelöscht.
Aus der GB 619,239 ist eine Sicherung bekannt, die noch schneller aufgrund plötzlicher Überlasten auslöst. Unter anderem wird eine Sicherung mit einem Schmelzdraht beschrieben, der oberhalb eines Permanentmagneten angeordnet ist.
Die aus dem oben genannten Stand der Technik bekannten Sicherungen sind teilweise sehr groß und erscheinen nicht sehr robust. Sie eignen sich nicht für die Verwendung in Umgebungen mit verhältnismäßig starken Vibrationen und Erschütterungen, wie zum Beispiel in einem Kraftfahrzeug.
Die DE 101 15 575 B4 schlägt eine Sicherung für Fahrzeuge vor, deren Ziel es ist, dass die Stromzufuhr zu einer Last sicher unterbrochen wird, wenn ein Strom zugeführt wird, der einen Stromwert zum Schmelzen eines Sicherungselements überschreitet. Die Sicherung weist ein zwischen zwei Anschlüssen angeordnetes U-förmiges Sicherungselement auf, wobei das Gehäuse eine Trennwand bildet, die zwischen den Schenkeln des U-förmigen Sicherungselements angeordnet ist. Die Trennwand bewirkt, dass ein beim Durchbrennen der Sicherung entstehender Lichtbogen gelöscht wird.
Aus der JP 11329206 A ist eine Schmelzsicherung bekannt, die einen plattenförmigen Schmelzleiter aufweist, der in einem Zylinder angeordnet ist. Der Zylinder ist einem Lichtbogen löschenden Material gefüllt. Der plattenförmige Schmelzleiter ist mit seinen Enden jeweils an einer Metallkappe befestigt, wobei an jeder der Metallkappen ein Anschluss befestigt ist. Der plattenförmige Schmelzleiter ist zwischen zwei Magneten angeordnet, wobei die Plattenebene des Schmelzleiters normal auf die Magnetfeldlinien zwischen den zwei Magneten steht. Der Schmelzleiter weist zwei Durchgangslöcherpaare auf, welche den Leitungsquerschnitt des Schmelzleiters verringern, so dass der Schmelzleiter jeweils im Bereich der Durchgangslöcherpaare schmilzt, wodurch der zwischen den Durchgangslöcherpaaren befindliche Bereich des Schmelzleiters herausgetrennt wird. Der entstehende Lichtbogen wird durch das Lichtbogen löschende Material gelöscht. Durch die vielen Teile und das erforderliche Lichtbogen löschende Material der Schmelzsicherung sind der Herstellungsaufwand und die Herstellungskosten relativ hoch.
Die JP 2008300094 A schlägt eine Schmelzsicherung mit einem Schmelzleiter vor, der einen U-förmigen Abschnitt aufweist, dessen parallele Schenkel während des Betriebs der Sicherung in entgegengesetzte Richtungen mit Strom durchflossen werden und sich aufgrund ihrer hierdurch entstehenden Magnetfelder abstoßen. Es wird ferner vorgeschlagen, die Schenkel in einem zusätzlichen Magnetfeld von zwei Magneten anzuordnen, wodurch den Abstoßungskräften der Schenkel Lorentzkräfte überlagert werden, welche die Schenkel zusätzlich voneinander wegbewegen, wenn der die Schenkel verbindende Bereich des U-förmigen Abschnitts durchbrennt, so dass ein Lichtbogen vermieden wird. Bei dieser Art von Sicherung muss sichergestellt werden, dass der Strom immer in die richtige Richtung fließt. Sofern der Strom in die der richtigen Richtung entgegengesetzte Richtung fließt, wirken die Lorentzkräfte den Abstoßungskräften der parallelen Schenkel entgegen, wodurch die Vermeidung eines Lichtbogens nicht mehr sichergestellt ist. Beim Einbau der Sicherung muss daher die Polung der Sicherung beachtet werden, wodurch zusätzlicher Aufwand und zusätzliche Kosten entstehen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Schmelzsicherung bereitzustellen, welche robust ausgestaltet ist und eine Überbelastung des von ihr abzusichernden Stromkreises sicher verhindert.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
Die Erfindung geht von einer Schmelzsicherung aus, die in einem Stromkreis, insbesondere einem Hochvoltstromkreis oder einem Stromkreis mit einer Spannung von über 32 V, eines Fahrzeugs, wie zum Beispiel eines Kraftfahrzeugs verwendet wird. In bestimmten Ausführungen kann die Schmelzsicherung auch als Hochvoltsicherung bezeichnet werden. Durch Versuche wurde verifiziert, dass die Sicherung zum Absichern eines Stromkreises mit einer elektrischen Spannung bis zu mindestens 1000 V Gleichstrom (oder noch höher) verwendet werden kann. Solche Stromkreise, wie z.B. Stromkreise mit 600 V Gleichstrom, sind in modernen Fahrzeugen zunehmend vorzufinden. Von Hochvolt in einem Gleichstromstromkreis kann gesprochen werden, wenn die Spannung mindestens 60 V beträgt. Da in Gleichstromkreisen mit Spannungen über 32 V, wie z.B. 50 V die Gefahr besteht, dass beim Ansprechen oder Durchbrennen einer Sicherung ein unerwünschter Lichtbogen entsteht, kann die erfindungsgemäße Sicherung besonders vorteilhaft in solchen Stromkreisen zur Absicherung eingesetzt werden. Die Sicherung kann demnach für Spannungen von über 32 V, insbesondere bis ca. 1000 V, angepasst sein oder in einem Stromkreis mit Spannungen in diesem Bereich verwendet werden.
Die Sicherung umfasst einen Sicherungseinsatz aus einem elektrisch leitenden Material, insbesondere aus Metall, und ein Gehäuse aus elektrisch nicht leitendem Material, insbesondere Kunststoff, welches den Sicherungseinsatz zumindest teilweise einfasst. Der Sicherungseinsatz kann aus einem plattenförmigen Halbzeug, wie zum Beispiel einem Metallblech ausgestanzt sein oder werden. Zum Beispiel kann das Metall Zink oder Kupfer oder eine auf Zink oder Kupfer basierende Legierung sein. Der Sicherungseinsatz ist vorzugsweise ein Zinkblech oder ein Kupferblech oder aus einem Zinkblech oder Kupferblech ausgestanzt, wobei das Zinkblech oder Kupferblech über seine Oberfläche, d. h. zumindest an seiner Oberseite und an seiner Unterseite, optional mit einer Schicht aus einem anderen Metall oder -legierung, insbesondere Zinn oder Silber, versehen oder verzinnt oder versilbert sein kann. Es wurde herausgefunden, dass ein verzinntes Zinkblech besonders geeignet für den Sicherungseinsatz ist. Der vorzugsweise einstückige, d.h. monolithische Sicherungseinsatz, der insbesondere ein aus einem plattenförmigen Halbzeug hergestelltes Teil ist, weist eine erste Basis, eine zweite Basis und einen Schmelzabschnitt auf. Der Schmelzabschnitt, der auch als Schmelzleiter bezeichnet werden kann, verbindet die erste Basis elektrisch leitend mit der zweiten Basis. Der Schmelzabschnitt mündet mit einem Ende in die erste Basis und mit dem anderen, dem ersten entgegengesetzten Ende in die zweite Basis. Der Leitungsquerschnitt des Schmelzbereichs oder – sofern der Schmelzbereich unterschiedliche Leitungsquerschnitte aufweist – der größte Leitungsquerschnitt des Schmelzbereichs ist kleiner als der Leitungsquerschnitt der ersten Basis und/oder der zweiten Basis. Vorzugsweise ist der Leitungsquerschnitt der ersten und/oder zweiten Basis mindestens doppelt oder dreifach so groß wie der Leitungsquerschnitt des Schmelzabschnitts.
Da der Sicherungseinsatz bevorzugt aus einem plattenförmigen Halbzeug ausgestanzt ist, kann der Schmelzabschnitt im Querschnitt viereckig, wie z.B. rechteckig, quadratisch oder – bedingt durch den Stanzprozess – leicht trapezförmig sein. Durch die Herstellung aus dem plattenförmigen Halbzeug wird zudem erreicht, dass sich der Schmelzabschnitt beziehungsweise der Sicherungseinsatz äußerst preiswert herstellen lassen, im Gegensatz zu einer Ausführung, bei der zwischen der ersten Basis und der zweiten Basis ein Draht, d. h. ein Schmelzabschnitt mit einem kreisrunden Querschnitt, gespannt ist. Dieser Draht müsste mit einem geeigneten Verfahren an der ersten Basis und der zweiten Basis befestigt werden, wie z. B. angelötet oder angekrimpt werden.
Der Schmelzabschnitt kann in etwa gleich dick wie die erste und/oder zweite Basis oder aber dünner als die erste und zweite Basis sein. Der Schmelzabschnitt kann z. B. andere metallurgische Eigenschaften aufweisen als die erste Basis und/oder die zweite Basis. Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, dass das Halbzeug, aus dem der Sicherungseinsatz gestanzt ist, an der für den Schmelzabschnitt vorgesehenen Stelle abgetragen und optional mit einem anderen Metall oder Metalllegierung aufgefüllt wurde. Das Abtragen kann z. B. durch Schleifen oder Fräsen erfolgen.
Als Schmelzabschnitt wird insbesondere der Abschnitt bezeichnet, der im Vergleich zu der Breite der ersten Basis und/oder der zweiten Basis sehr dünn ist. Wenn der Schmelzabschnitt durchbrennt, muss nicht notwendigerweise der gesamte Schmelzabschnitt schmelzen, sondern lediglich ein Teil davon. Dieser Teil kann auch als Trennstrecke bezeichnet werden. Zum Beispiel kann der Schmelzabschnitt selbst z. B. im mittleren Bereich zwischen der ersten Basis und der zweiten Basis gegenüber dem übrigen Schmelzabschnitt leicht verjüngt oder eingeschnürt sein oder einen kleineren Leitungsquerschnitt aufweisen, um zu erreichen, dass der Schmelzabschnitt bei einer Belastung der Sicherung über ihre Nennleistung aufschmilzt bzw. durchbrennt. In bevorzugten Ausführungen der Erfindung schmilzt der Schmelzabschnitt im Bereich der Trennstrecke nur teilweise, wobei der Schmelzabschnitt durch die Durchbiegung, die aufgrund einer Lorentzkraft (B × I) bewirkt wird, und der damit einhergehenden mechanischen Normalspannung (σ) im Schmelzabschnitt abgerissen wird, bevor ein Aufschmelzen oder vollständiges Aufschmelzen erfolgt ist. Das Aufschmelzen des Leiters beginnt in der Regel von innen heraus, so dass die Schmelze von einem rohrförmigen festen Teil des Schmelzabschnitts umgeben wird, wobei der die mechanische Normalspannung tragende Querschnitt, insbesondere mit zunehmendem Aufschmelzen, abnimmt, so dass der Schmelzabschnitt schließlich abreißt. Wird im Zusammenhang mit der hierin beschriebenen Erfindung vom Durchbrennen einer Sicherung gesprochen, soll darunter auch das Abreißen verstanden werden, sofern nicht etwas anderes beschrieben ist.
Der Schmelzabschnitt kann grundsätzlich in beliebigen Formen zwischen der ersten Basis und der zweiten Basis angeordnet sein, vorzugsweise verläuft der Schmelzabschnitt jedoch gerade, insbesondere stabförmig, zwischen den Stellen in welche der Schmelzabschnitt in die erste Basis und die zweite Basis mündet. Der Schmelzabschnitt kann über seine gesamte Länge von der Stelle, an der der Schmelzabschnitt in die erste Basis mündet, bis zu der Stelle, an der der Schmelzabschnitt in die zweite Basis mündet, gerade verlaufen, d.h. insbesondere abwinklungsfrei. Die Enden des geraden und stabförmigen Schmelzabschnitts münden insbesondere in die erste Basis und in die zweite Basis.
Die Schmelzsicherung zeichnet sich dadurch aus, dass sie einen Magneten, insbesondere einen Permanentmagneten, vorzugsweise einen Ferritmagneten oder einen Neodymmagneten (z. B. Neodym-Eisen-Bor-Magnet) aufweist, der so angeordnet ist, dass sein Magnetfeld (B) den Schmelzabschnitt beeinflusst, insbesondere mit seinem Magnetfeld auf den Schmelzabschnitt so einwirkt, dass er sich beim Durchschmelzen aufgrund der Magnetkraft verformt oder/und dessen aufeinander zuweisende Enden beim Durchschmelzen des Schmelzabschnitts von dem Magnetfeld voneinander wegbewegt werden. Das heißt, dass zumindest ein Ende von dem anderen wegbewegt wird. Insbesondere wird das oder werden die Enden voneinander quer zur Längsrichtung des Schmelzabschnitts durch das Magnetfeld wegbewegt. Die zueinander weisenden Enden entstehen beim Durchschmelzen des zuvor durchgehenden Schmelzabschnitts, wobei ein Teil des Schmelzabschnitts aufschmilzt und die zueinander weisenden Enden in diesen Teil münden.
Aufgrund des Magneten lässt sich vorteilhaft erreichen, dass die Öffnungsstrecke für den Lichtbogen zwischen den zueinander weisenden Enden des Schmelzabschnitts für den Lichtbogen zu groß wird und/oder dass der Lichtbogen abgelenkt wird, wodurch das für die Aufrechterhaltung des Lichtbogens erforderliche Plasma in seiner Entstehung gestört wird. Der Lichtbogen wird somit gelöscht. Versuche haben gezeigt, dass die Lichtbogenlöschung äußerst schnell bewirkt wird, sodass die von der Schmelzsicherung abzusichernden elektrischen Komponenten zuverlässig geschont werden.
In besonders bevorzugten Ausführungen, welche z.B. eine einfache Herstellung und einen einfachen Einbau der Schmelzsicherung erlauben, ist der Schmelzabschnitt, insbesondere Schmelzleiter, im Wesentlichen gerade oder länglich. Dadurch, dass der Leiter im Wesentlichen länglich oder gerade, insbesondere stabförmig ist, kommt der Leiter ohne die parallelen U-förmigen Schenkel aus, wie sie in der eingangs genannten JP 2008300094 A vorschlagen werden, was aber auch dazu führt, dass keine Abstoßung der Schenkel aufgrund entgegengesetzter Fließrichtungen des Stroms (I) und der damit verbundenen Magnetfelder entstehen kann.
Auf den im Magnetfeld des Magneten, insbesondere zwischen dem Magneten und einem weiteren Magneten angeordneten geraden Schmelzabschnitt wirkt eine Streckenlast (Lorentzkraft; Vektorprodukt aus B × I), wenn durch den Schmelzabschnitt Strom fließt. Die Vektoren der Flächenlast stehen senkrecht auf die Stromfließrichtung und den Vektor der magnetischen Flussdichte, d.h. die Magnetfeldlinien, des mindestens einen Magneten. Die Flächenlast bewirkt eine Durchbiegung des Schmelzabschnitts, wodurch auf den Schmelzabschnitt ein Biegemoment ausgeübt wird. Durch den Strom, der durch den Schmelzabschnitt fließt, erwärmt sich dieser, wodurch der Schmelzabschnitt zusätzlich eine Wärmedehnung erfährt, wodurch sich der Schmelzabschnitt noch weiter durchbiegt. Durch die Erwärmung des Schmelzabschnitts, insbesondere im Bereich der Trennstrecke, nimmt der Elastizitätsmodul des Schmelzabschnitts ab, wodurch sich der Schmelzabschnitt noch weiter durchbiegt. Schließlich reißt der Schmelzabschnitt ab, wodurch zwischen den gegenüberliegenden Enden des Schmelzabschnitts eine Trennstrecke gebildet wird. Die gegenüberliegenden Enden des Schmelzabschnitts bewegen sich ein Stück voneinander weg. Ein ggf. entstehender, die Trennstrecke bzw. die gegenüber liegenden Enden überbrückender Lichtbogen wird durch die auf ihn wirkende Streckenlast (Lorentzkraft) abgelenkt und in die gleiche Richtung gebogen oder abgelenkt wie der Schmelzabschnitt gebogen wurde, so dass die Länge des Lichtbogens zunimmt und dieser schließlich abreißt bzw. ausgelöscht wird.
Allgemein ausgedrückt sind der gerade Schmelzabschnitt und der mindestens eine Magnet so zueinander angeordnet sind, dass die aufgrund des durch den Schmelzabschnitt fließenden Stroms (I) und des Magnetfelds (B) des Magneten auf den und quer zu bzw. entlang dem geraden Schmelzabschnitt wirkende Streckenlast den geraden Schmelzabschnitt so stark durchbiegt, dass der Schmelzabschnitt abreißt, insbesondere unabhängig von der Fließrichtung des Stroms. Ferner wird lässt sich durch diese Anordnung die Präzision der Auslösung der Sicherung bzw. die Vorhersagbarkeit der Auslösezeit erheblich steigern, da der Schmelzleiter aufgrund von vorhersagbaren Kräften abgerissen wird. Bei Sicherungen, bei denen der Schmelzleiter lediglich durchschmilzt, unterliegt die Auslösezeit einer mehr oder weniger großen Streuung und ist oftmals ein statistischer Wert.
Der besondere Vorteil ist, dass unabhängig von der Fließrichtung des Stroms eine Durchbiegung des Schmelzleiters erfolgt, welche eine mechanische Zugspannung im Schmelzleiter bewirkt, die schließlich zum Zerreißen des Schmelzabschnitts führt. Das Zerreißen des Schmelzabschnitts wird durch das Erhitzen, insbesondere Aufschmelzen des Schmelzleiters unterstützt. Die Sicherung kann im Gegensatz zu der Sicherung aus JP 2008300094 A nicht verpolt eingebaut werden. Ferner kommt die Sicherung ohne zusätzliches Lichtbogenlöschmittel aus, wie es z.B. bei der Anordnung aus JP 11329206 A erforderlich ist. Der Schmelzabschnitt der erfindungsgemäßen Sicherung kann daher unmittelbar von Luft umgeben sein, wodurch die Herstellung erheblich vereinfacht wird.
Besonders vorteilhaft beträgt der Quotient aus Länge des geraden Schmelzabschnitts geteilt durch die Querschnittsfläche des Schmelzabschnitts mindestens 10 mm^–1, vorzugsweise mindestens 12 mm^–1 oder mindestens 15 mm^–1. Hierdurch wird erreicht, dass der gerade Schmelzabschnitt in Bezug auf seine Querschnittsfläche eine ausreichende Länge aufweist, damit eine ausreichende Durchbiegung des Schmelzleiters und Ausbildung der Trennstrecke erfolgen kann. Insbesondere kann für die Bestimmung des Quotienten die kleinste Querschnittsfläche des Schmelzabschnitts herangezogen werden, sofern der Schmelzabschnitt über seine Länge verschiedene Querschnittsflächen aufweist. Als Länge des Schmelzabschnitts kann insbesondere die gestreckte Länge des Schmelzabschnitts herangezogen werden, gemessen zwischen den Stellen in welche der Schmelzabschnitt in die erste Basis und in die zweite Basis mündet.
Ferritmagnete sind kostengünstig. Neodymmagnete, insbesondere Neodym-Eisen-Bor-Magnete haben ein sehr starkes Magnetfeld zu verhältnismäßig günstigen Kosten.
Der Magnet ist neben und/oder in der Nähe des Schmelzabschnitts angeordnet. Insbesondere kann der Magnet in der Ebene liegen, in der sich die erste Basis, die zweite Basis und der Schmelzabschnitt befinden oder/und zu der die erste und die zweite Basis parallel sind. Alternativ kann der Magnet oberhalb oder unterhalb dieser Ebene liegen. Insbesondere ist der Schmelzabschnitt in einem unausgelösten Zustand, d. h. bei nicht durchgebrannter Sicherung berührungsfrei zu den Magneten angeordnet, insbesondere mit einem Spalt, wie z. B. einem Luftspalt.
Bevorzugt ist die Nord-Südrichtung des Magneten quer, insbesondere senkrecht auf die Verbindungslinie zwischen der ersten und der zweiten Basis oder quer, insbesondere senkrecht zu der Erstreckungs- oder Längsrichtung des Schmelzabschnitts angeordnet. Zum Beispiel kann der Südpol zwischen dem Nordpol und dem Schmelzabschnitt angeordnet sein. Alternativ kann der Nordpol zwischen dem Südpol und dem Schmelzabschnitt angeordnet sein.
Beispielsweise umfasst die Schmelzsicherung nur einen einzigen Magneten, der z. B. stab- oder blockförmig oder plattenförmig ausgestaltet sein kann, und der seitlich des Schmelzabschnitts angeordnet ist. Alternativ kann der Schmelzabschnitt zwischen dem Nordpol und dem Südpol des einzigen Magneten angeordnet sein, wobei der Magnet hierfür hufeisenförmig, d.h. insbesondere U-förmig sein kann.
In einer weiteren Ausführung kann zusätzlich ein zweiter Magnet vorgesehen sein, wobei der Schmelzabschnitt zwischen den zwei Magneten, die vorzugsweise gegenüber liegen, angeordnet sein kann. Zum Beispiel kann der Südpol des einen Magneten zwischen dessen Nordpol und Schmelzabschnitt angeordnet sein und der Nordpol des anderen Magneten zwischen seinem Südpol und dem Schmelzabschnitt angeordnet sein.
Beispielsweise kann der Schmelzabschnitt zwischen dem ersten Magneten und dem zweiten Magneten angeordnet sein, wobei bevorzugt ist, dass der erste Magnet und der zweite Magnet an einer z.B. U-förmigen oder ringförmigen Verbindungsschiene aus einem weichmagnetischen Werkstoff befestigt sind, welche den ersten Magneten und den zweiten Magneten verbindet. Hierdurch wird die magnetische Flussdichte des Magnetfelds, in dem der Schmelzabschnitt angeordnet ist, erhöht, wodurch die auf den Schmelzabschnitt wirkende Lorentzkraft erhöht werden kann. Geeignete weichmagnetische Werkstoffe können Metalle, wie z.B. auf Eisen, Kobalt oder Nickel basierende Metalle oder Metalllegierungen, insbesondere Weicheisen, oder keramische Werkstoffe, wie z.B. auf Basis von Metalloxiden, sein. Metallische Werkstoffe z.B. können kristalline Legierungen, amorphe Legierungen oder nanokristalline Legierungen sein.
Die Verbindungsschiene kann z.B. in das Gehäuse eingesetzt, insbesondere eingelegt oder/und von zwei Gehäusehälften des Gehäuses eingefasst sein. Alternativ kann das Gehäuse je ein schlitzförmiges Aufnahmefach zur Aufnahme je eines der an der Verbindungsschiene befestigten Magneten aufweisen, wobei die an der Verbindungsschiene befestigten Magneten in die nach außen und auf die gleiche Seite des Gehäuses mündenden schlitzförmigen Aufnahmefächer eingesteckt werden.
Der Magnet kann länglich, insbesondere stabförmig, oder plattenförmig sein, und sich entlang des Schmelzabschnitts, insbesondere entlang dessen Längsrichtung, erstrecken, wobei sich die indifferente Zone, d. h. die Trennung zwischen Nord- und Südpol ebenfalls in Längsrichtung des Schmelzabschnitts erstrecken kann.
Grundsätzlich kann sich der vorzugsweise zwischen der ersten und zweiten Basis angeordnete Magnet über die gesamte Länge des Schmelzabschnitts oder sogar noch weiter erstrecken, wobei sich herausgestellt hat, dass es vorteilhaft ist, dass der Magnet eine Länge aufweist, die kürzer als der Schmelzabschnitt oder als der Abstand zwischen der ersten Basis und der zweiten Basis ist, weil hierdurch der gleiche Effekt erzielt wird. Aus Kostengründen ist es billiger, den Magneten so kurz wie möglich zu gestalten. Besonders bevorzugt ist der Magnet länger als die Trennstrecke, d. h. die Länge, auf welcher der Schmelzabschnitt beim Auslösen aufschmilzt und kürzer als die Länge des Schmelzabschnitts oder der Abstand zwischen der ersten Basis und der zweiten Basis. Lediglich als Beispiel können eine Schmelzabschnittlänge von 30 mm und eine Magnetlänge von 12 mm, die sich entlang der Schmelzabschnittlänge oder Längsrichtung des Schmelzabschnitts erstreckt, angegeben werden.
Der Schmelzabschnitt kann an zumindest einem Teil oder am größten Teil seiner Länge oder über seine gesamte Länge über seinen Umfang, besonders bevorzugt zwischen der ersten Basis und der zweiten Basis, berührungsfrei von einem Festkörper sein. Mit anderen Worten kann der Schmelzabschnitt in einer gasgefüllten, wie z. B. luftgefüllten Kammer angeordnet sein. In dieser Kammer braucht kein Sand, kein Gel oder keine Flüssigkeit angeordnet sein, da dies die Auslösecharakteristik der Sicherung negativ beeinflussen würde.
Der Magnet/die Magnete kann/können an dem Gehäuse befestigt, wie z. B. in das Gehäuse eingepresst oder eingegossen sein. Das Gehäuse ist vorzugsweise in einem Spritzgussverfahren aus Kunststoff hergestellt. Das Gehäuse kann z. B. mehrteilig, wie z. B. zweiteilig sein, wobei zwischen einer unteren Gehäusehälfte und einer oberen Gehäusehälfte der Sicherungseinsatz eingefügt ist. Alternativ kann das Gehäuse einteilig sein, wobei der Sicherungseinsatz z. B. durch eine schlitzförmige Öffnung in das Gehäuse eingesteckt wird.
Der Magnet kann in dem Gehäuse eingekapselt, insbesondere vollständig oder zumindest teilweise eingekapselt sein.
In bevorzugten Ausführungsformen kann das Gehäuse mehrteilig sein, insbesondere eine erste oder obere Gehäusehälfte und eine zweite oder untere Gehäusehälfte aufweisen oder daraus bestehen. Der Sicherungseinsatz kann zwischen der oberen und der unteren Gehäusehälfte eingefasst sein.
Das Gehäuse kann so ausgebildet sein, dass es die Umgebung des Gehäuses mit der von dem Gehäuse eingefassten unmittelbaren Umgebung des Schmelzleiters gasdurchlässig verbindet. Durch das gasdurchlässige Gehäuse wird vorteilhaft bewirkt, dass das im Innenraum befindliche Gas oder Gasgemisch, vorzugsweise Luft, bei Erwärmung, z.B. wenn der Schmelzleiter durchbrennt, aus dem Gehäuse austreten kann, so dass eine Explosion des Gehäuses verhindert wird. Ferner wird die Herstellung vereinfacht, da das gasdurchlässige Gehäuse nicht gasdicht gestaltet werden muss.
An mindestens einer Fügestelle zwischen zwei Gehäuseteilen- oder hälften kann ein gasdurchlässiger Spalt gebildet ist, der die Umgebung des Gehäuses mit dem Innenraum des Gehäuses, insbesondere der unmittelbaren Umgebung des Schmelzabschnitts, gasdurchlässig verbindet, wobei bevorzugt ist, dass der Spalt auf dem Weg zwischen Innenraum und Umgebung mindestens einmal abgewinkelt ist. Durch den mindestens einmal auf dem Weg zwischen Innenraum und Umgebung abgewinkelten Spalt wird vorteilhaft vermieden, dass ein Teil des geschmolzenen Schmelzabschnitts aus dem Gehäuse austritt. Der mindestens einmal, vorzugsweise mehrfach abgewinkelte Spalt kann z.B. in der Art einer Labyrinthdichtung wirken.
Die erste Basis und die zweite Basis sind vorzugsweise so mit dem Gehäuse, insbesondere formschlüssig verbunden, dass sie jeweils gegen Bewegungen in Richtung oder entgegen der Richtung zu oder/und von der anderen Basis gehindert werden. Mit anderen Worten sind die erste Basis und die zweite Basis jeweils fest in dem Gehäuse eingespannt, insbesondere zwischen einem oberen Gehäuseteil und einem unteren Gehäuseteil, sodass äußere Kräfte, die z. B. bei der Montage der Sicherung in einer Sicherungsbox auftreten, von der Basis im Wesentlichen an das Gehäuse statt auf den Schmelzabschnitt übertragen werden. Der Schmelzabschnitt kann hierdurch vor einer Beschädigung geschützt werden. Bei einem geraden Schmelzabschnitt kann durch diese verschiebefeste Befestigung bewirkt werden, dass die Zugspannung bei Biegung im Schmelzabschnitt erhöht wird. Zum Beispiel können die erste Basis und die zweite Basis jeweils eine oder mehrere Ausnehmungen, wie z. B. Bohrungen, Einkerbungen oder Löcher aufweisen, in welche das Gehäuse formschlüssig eingreift.
Die Schmelzsicherung kann ferner eine erste Kontaktzunge, die z.B. von dem Gehäuse abragt oder frei abragt und mit der ersten Basis verbunden ist, und eine zweite Kontaktzunge, die z.B. von dem Gehäuse abragt oder frei abragt und mit der zweiten Basis verbunden ist, aufweisen. Der Schmelzabschnitt befindet sich somit zwischen der ersten Kontaktzunge und der zweiten Kontaktzunge. Prinzipiell kann die erste Kontaktzunge durch die erste Basis gebildet werden und die zweite Kontaktzunge durch die zweite Basis gebildet werden. Die Kontaktzunge kann sich an ihre Basis anschließen. Vorzugsweise befinden sich die Basis innerhalb des Gehäuses und die Kontaktzunge außerhalb des Gehäuses. Die Kontaktzunge kann eben oder abgewinkelt sein. Insbesondere können die erste Kontaktzunge und die zweite Kontaktzunge in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sein. Alternativ kann die erste Kontaktzunge in einer ersten Ebene und die zweite Kontaktzunge in einer zweiten Ebene angeordnet sein, wobei die zweite Ebene z. B. parallel zu und beabstandet von der ersten Ebene ist. Die Kontaktzunge kann eine Ausnehmung, wie zum Beispiel eine Bohrung, zum Verschrauben mit einem Sockel aufweisen. Alternativ kann die Kontaktzunge mit einem anderen Teil, wie z. B. einem Stanzgitter, durchsetzgefügt oder getoxt werden. In einer weiteren Alternative kann die erste und zweite Kontaktzunge für eine Steckverbindung ausgestaltet sein.
Die erste Kontaktzunge und die zweite Kontaktzunge können in unterschiedliche, wie z. B. in entgegengesetzte Richtungen von dem Gehäuse abragen. Alternativ können die erste Kontaktzunge und die zweite Kontaktzunge in eine gemeinsame Richtung, d. h. in die gleiche Richtung von dem Gehäuse abragen.
Somit lässt sich die Erfindung bei einer Vielzahl von im Automobilbau verwendeten Sicherungen einsetzen, wie zum Beispiel bei Midisicherungen oder ATO-Sicherungen ähnelnden Sicherungen.
Die Erfindung wurde anhand mehrerer Ausführungen beschrieben. Im Folgenden werden besonders bevorzugte Ausführungen anhand von Figuren beschrieben. Die dabei offenbarten Merkmale bilden den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche in jeglicher Merkmalskombination, insbesondere auch mit der vorhergehenden Beschreibung, vorteilhaft weiter. Es zeigen:
1 eine Schmelzsicherung, bei der ein Teil ihres Gehäuses weggelassen wurde,
2 die Schmelzsicherung aus 1 mit vollständigem Gehäuse,
3 die Sicherung aus 1 mit modifizierten Kontaktzungen,
4 die Sicherung aus 1 mit modifizierten Kontaktzungen,
5 eine Modifikation der Sicherung aus 1,
6 eine weitere Ausführungsform einer Schmelzsicherung, bei der eine Gehäusehälfte ihres Gehäuses weggelassen wurde,
7 die Schmelzsicherung aus 6 mit vollständigem Gehäuse,
8 noch eine weitere Ausführungsform einer Schmelzsicherung, bei der eine Gehäusehälfte ihres Gehäuses weggelassen wurde,
9 die Schmelzsicherung aus 8 mit vollständigem Gehäuse,
10 eine Modifikation der Schmelzsicherung aus den 8 und 9 in einer Schnittansicht quer zur Längsrichtung eines Schmelzabschnitts,
11 eine Prinzipskizze mit einer auf den Schmelzabschnitt wirkenden Streckenlast
12 die Skizze aus 11, wobei der Schmelzabschnitt aufgrund der Streckenlast verbogen wurde, und
13 die Skizze aus 12 mit durchgebranntem Schmelzabschnitt, wobei die Trennstrecke von einem ggf. entstehenden Lichtbogen überbrückt wird, bevor der Lichtbogen ausgelöscht wird.
In 1 wird eine Schmelzsicherung 10 gezeigt, die ein zweiteiliges Gehäuse 20, dessen obere Gehäusehälfte 20b entfernt ist, einen Sicherungseinsatz 30 und einen Permanentmagneten 40 umfasst.
Der Sicherungseinsatz 30 ist ein aus verzinntem Zinkblech ausgestanztes Teil. Der Sicherungseinsatz 30 weist eine erste Basis 35 und eine zweite Basis 36 und einen Schmelzabschnitt 33, der auch als Schmelzleiter bezeichnet werden kann, auf, der in die erste Basis 35 und die zweite Basis 36 mündet. Insbesondere wird auch der Schmelzabschnitt 33 beim Ausstanzen des Sicherungseinsatzes 30 hergestellt. Die erste Basis 35 und die zweite Basis 36 weisen jeweils mindestens eine, vorzugsweise mehrere, wie zum Beispiel zwei Ausnehmungen 34, die in diesem Beispiel als Durchbruch, hier mit kreisrundem Querschnitt, gebildet sind, auf. In die Ausnehmungen 34 greift das Gehäuse 20 ein, sodass die erste Basis 35 und die zweite Basis 36 formschlüssig fest, d. h. unverschiebbar mit dem Gehäuse 20 verbunden sind. Die erste Basis 35 und die zweite Basis 36 sind, wie aus 2 ersichtlich ist, von dem Gehäuse 20, insbesondere zwischen dem Oberteil 20b und dem Unterteil 20a des Gehäuses 20 eingefasst. An die erste Basis 35 schließt sich eine erste Kontaktzunge 31 und an die zweite Basis 36 schließt sich eine zweite Kontaktzunge 32 an. Die erste Kontaktzunge 31 und die zweite Kontaktzunge 32 sind in den in den 1 bis 3 und 5 bis 9 gezeigten Beispielen in einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Die Kontaktzungen 31, 32 ragen in entgegengesetzte Richtungen von dem Gehäuse 20 ab. Die erste Kontaktzunge 31 und die zweite Kontaktzunge 32 weisen jeweils einen Durchbruch 37 mit einem kreisrunden Querschnitt auf. Der Durchbruch 37 dient dazu, dass die Sicherung 10 z. B. an einem Sockel eines Sicherungsträgers (nicht gezeigt) angeschraubt werden kann.
Zwischen dem Gehäuse 20 und dem Schmelzabschnitt 33 ist ein Hohlraum gebildet, der den Schmelzabschnitt 33 unmittelbar umgibt und in dem gezeigten Bespiel luftgefüllt ist. Der Schmelzabschnitt 33 ist somit in Luftkontakt. Allgemein ist dieser Hohlraum gasgefüllt. Ein in dem Hohlraum befindliches Gel oder befindlicher Sand würde die Auslösecharakteristik des Schmelzabschnitts 33 negativ beeinflussen. Das Gehäuse 20 umgibt den Schmelzabschnitt 33 berührungslos. Der Schmelzabschnitt 33 ist in dem gezeigten Beispiel ein gerader, d.h. stabförmiger Leiter, der sich in der Form einer Geraden zwischen der ersten Basis 35 und der zweiten Basis 36 erstreckt.
Zur Bildung des Hohlraums sind das untere Gehäuseteil 20a und das obere Gehäuseteil 20b des Gehäuses 20 im Bereich des Schmelzabschnitts 33 jeweils wannenförmig ausgestaltet.
An dem Gehäuse 20 ist der Magnet 40 befestigt. Hierzu weist das Gehäuse 20 einen Aufnahmeraum auf, in dem der Magnet 40 angeordnet ist. Der Aufnahmeraum des Gehäuses 20 schließt den Magneten 40 in dem gezeigten Beispiel vollständig ein, sodass der Magnet 40 von dem Gehäuse 20 vollständig, insbesondere gegenüber dem gasgefüllten Hohlraum und/oder der Umgebung der Schmelzsicherung 10, eingekapselt ist. Der Magnet 40 weist einen magnetischen Nordpol 41 und einen magnetischen Südpol 42 auf. Die Trennungslinie zwischen dem magnetischen Nordpol 41 und dem magnetischen Südpol 42 wird auch als indifferente Zone bezeichnet und erstreckt sich entlang, insbesondere parallel zu dem Schmelzabschnitt 33. Der Magnet 40 ist entlang seiner indifferenten Zone länglich ausgebildet. Der Nordpol 41 und der Südpol 42 sind jeweils länglich und erstrecken sich parallel oder entlang dem Schmelzabschnitt 33. Der Magnet 40 ist möglichst nah an dem Schmelzabschnitt 33 angeordnet, um eine möglichst hohe Kraft auf den Schmelzabschnitt 33 ausüben zu können. Der Magnet 40 ist jedoch so weit von dem Schmelzabschnitt 33 entfernt, dass der Schmelzabschnitt 33 beim Durchbrennen quer zur Längsrichtung des Schmelzabschnitts 33 bewegt werden kann.
Die Funktionsweise der Sicherung 10 wird anhand von Prinzipskizzen in den 11 bis 13 dargestellt. Auf den geraden Schmelzabschnitt 33 wirkt eine Streckenlast 50 (Lorentzkraft). Die Kraft bzw. Streckenlast 50 ergibt sich aufgrund des Stromflusses (I) im Schmelzabschnitt 33, der sich im Magnetfeld (B) des Magneten 40 befindet. Die Kraft bzw. Streckenlast 50 steht senkrecht auf die Richtung des Stromflusses und den Vektor des Magnetfelds oder – mit anderen Worten ausgedrückt – das Vektorprodukt aus Stromrichtung (I) und Magnetfeldrichtung (B).
Die Streckenlast 50 bewirkt eine Durchbiegung des ursprünglich geraden Schmelzabschnitts 33 (11). Die Durchbiegung wird unterstützt durch die Erwärmung des Schmelzabschnitts 33, wodurch einerseits eine Längenausdehnung des Schmelzabschnitts 33 stattfindet und andererseits der E-Modul des Materials des Schmelzabschnitts 33 herabgesetzt wird. Aufgrund der Durchbiegung des Schmelzabschnitts 33 und insbesondere der verschiebefest am Gehäuse 20 befestigten ersten Basis 35 und zweiten Basis 36 entsteht im Schmelzabschnitt 33 eine Zugspannung. Beim Überschreiten der Nominal-Stromstärke reißt der Schmelzabschnitt 33 durch (13). Im Moment des Abreißens entsteht im Schmelzabschnitt 33 in etwa mittig zwischen der ersten Basis 35 und der zweiten Basis 36 eine Trennstelle, in der das Material des Schmelzabschnitts 33 aufschmilzt und/oder abgerissen wird, wodurch der Schmelzabschnitt 33 durchtrennt wird, um den Stromfluss zwischen der ersten Basis 35 und der zweiten Basis 36 zu unterbrechen. Dadurch, dass die Sicherung vorzugsweise in einem Hochvoltstromkreis oder einem Stromkreis mit einer Spannung größer 32 V eingesetzt wird, kann zwischen den zueinander weisenden Enden des Schmelzabschnitts 33 gegebenenfalls ein die Trennstrecke überbrückender Lichtbogen 60 entstehen, der ohne den Magnet 40 nicht oder nur stark verzögert ausgelöscht werden würde. Da auf der Lichtbogen 60 ebenfalls eine Streckenlast (Lorentzkraft) wirkt (in 13 nicht eingezeichnet), wird der Lichtbogen 60 in die gleiche Richtung ausgelenkt, wie der Schmelzabschnitt 33 gebogen wurde. Hierdurch verlängert sich die Länge des Lichtbogens 60 wodurch der Lichtbogen 60 ausgelöscht wird. Ggf. kann der Lichtbogen bis an das Gehäuse 20 ausgelenkt werden, wodurch das verhältnismäßig kühle Gehäuse die Löschung des Lichtbogens unterstützen kann.
Der Magnet 40 kann zum Beispiel in das Unterteil 20a des Gehäuses 20 durch Spritzgießen integriert oder in das Unterteil 20a des Gehäuses 20 eingepresst sein oder werden. In dem Oberteil 20b des Gehäuses 20 kann ein Teil des Aufnahmeraums angeordnet sein, der den Magneten 40 aufnimmt.
In 3 wird die Schmelzsicherung 10 aus 1 dargestellt, mit dem Unterschied, dass die erste Kontaktzunge 31 und die zweite Kontaktzunge 32 keine Durchbrüche 37 aufweisen. Eine Kontaktzunge 31, 32, wie sie in 3 dargestellt ist, eignet sich insbesondere zum Durchsetzfügen mit einem anderen Bauteil, wie zum Beispiel einer Stromschiene, an der mehrere solche Sicherungen befestigt sind. Optional kann eine aus erster Kontaktzunge 31 und zweiter Kontaktzunge 32 einen Durchbruch 37, wie er zum Beispiel in 2 dargestellt wird, aufweisen.
Die Sicherung 10 aus 4 entspricht der aus 1 mit dem Unterschied, dass die erste Kontaktzunge 31 und die zweite Kontaktzunge 32, insbesondere um 90°, abgewinkelt sind. Der abgewinkelte Teil der ersten Kontaktzunge 31 und der abgewinkelte Teil der zweiten Kontaktzunge 32 befinden sich jeweils in einer Ebene, wobei diese Ebenen zueinander parallel und voneinander beabstandet sind. Die in 4 gezeigte Sicherung 10 kann zum Beispiel in einen Sockel eines Sicherungsträgers gesteckt und z. B. als Stecksicherung bezeichnet werden.
Die Sicherung aus 5 entspricht der aus 1 mit dem Unterschied, dass die erste Kontaktzunge 31 und die zweite Kontaktzunge 32 von der gleichen Seite des Gehäuses 20 abragen. Die erste Kontaktzunge 31 und die zweite Kontaktzunge 32 sind in einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Die in 5 gezeigte Sicherung ist in Anlehnung an eine ATO-Sicherung ausgestaltet. Die Sicherung aus 5 eignet sich besonders um als Stecksicherung in einen Aufnahmesockel gesteckt zu werden.
Die Sicherung aus den 6 und 7 entspricht im Wesentlichen der aus 1 unter anderem mit dem Unterschied, dass sie zwei Magnete 40, 40a aufweist, zwischen denen der Schmelzabschnitt 33 angeordnet ist. Der erste Magnet 40 ist so wie der Magnet 40 aus 1 angeordnet. Der Nordpol 41 des zweiten Magnets 40a ist zwischen dem Schmelzabschnitt 33 und dem Südpol 42 des Magnets 40a angeordnet. Abgesehen davon, dass der Magnet 40a auf der anderen Längsseite des Schmelzabschnitts 33 als der Magnet 40 angeordnet ist, ist der Magnet 40a wie der Magnet 40 aus 1 angeordnet.
Das Gehäuse 20 umfasst zwei Gehäusehälften 20a, 20b, die im Wesentlichen gleich oder identisch ausgestaltet sind und somit vorteilhaft mit dem gleichen Spritzgusswerkzeug gefertigt werden können. Eine oder jede Gehäusehälfte 20a, 20b weist einen Stift 21 und eine Rippe 22 jeweils für die erste Basis 35 und die zweite Basis 36 auf. Der Sicherungseinsatz 30 weist Ausnehmungen 34, 38 auf, in welche die Stifte 21 und die Rippen 22, insbesondere der zwei Gehäusehälften 20a, 20b, eingreifen und dadurch die erste Basis 35 und die zweite Basis 36 verschiebe- und/oder verdrehfest in oder an dem Gehäuse 20 fixieren, wodurch eine Kraft oder ein Drehmoment, das beim Befestigen, insbesondere beim Anschrauben der Sicherung an einen Sockel oder ein Stanzblech, auf die erste oder/und zweite Kontaktzunge 31, 32 ausgeübt wird, in das Gehäuse 20 abgeleitet wird, bevor sie oder es an den Schmelzabschnitt 33 gelangt. Der Schmelzabschnitt 33 wird hierdurch geschont und kann seine definierte Auslösecharakteristik beibehalten.
Die erste Basis 35 und die zweite Basis 36 weisen jeweils zwei als Löcher gestaltete Ausnehmungen 34 auf, wobei durch eine dieser Ausnehmungen 34 ein Stift 21 der ersten Gehäusehälfte 20b in eine Ausnehmung der zweiten Gehäusehälfte 20a ragt und durch die andere der Ausnehmungen 34 der Stift 21 der zweiten Gehäusehälfte 20a in eine Ausnehmung der ersten Gehäusehälfte 20b ragt. Die erste Basis 35 und die zweite Basis 36 weisen jeweils zwei sich von ihren Seitenkanten erstreckende Einkerbungen 38 auf, wobei in eine dieser Einkerbungen 38 eine Rippe 22 der ersten Gehäusehälfte ragt und in die andere der Einkerbungen 38 die Rippe 22 der zweiten Gehäusehälfte ragt. Durch diese Gestaltung mit den Stiften 21 und/oder Rippen 22 lassen sich der Sicherungseinsatz 30 und/oder die Gehäusehälften jeweils auf Umschlag fügen, was die Montage erheblich vereinfacht.
An den neben, insbesondere links und rechts, dem Schmelzabschnitt 33 gelegenen Seitenkanten weist jede Gehäusehälfte 20a, 20b eine Stufe 23 auf, wobei die beiden Stufen 23 entgegengesetzt angeordnet sind, so dass die beiden Gehäusehälften 20a, 20b auf Überschlag zusammengefügt werden können.
Für die Ausführungen aus den 1 bis 10 gilt, dass die Länge des Magnets 40, 40a mit der er sich entlang dem Schmelzabschnitt 33 erstreckt, größer ist als die Trennstelle des Schmelzabschnitts 33 und kleiner ist als der Abstand zwischen der ersten Basis 35 und der zweiten Basis 36. Der Magnet 40 ist – bezogen auf die Erstreckungsrichtung oder die Längsrichtung des Schmelzabschnitts 33 – im Bereich der Trennstelle angeordnet. Um den Ort der Trennstelle exakt definieren zu können, kann der Schmelzabschnitt 33 optional eine leichte Einschnürung an der Trennstelle aufweisen, sodass dort definiert das Aufschmelzen des Schmelzabschnitts 33 beginnt.
Die Ausführung aus den 8 und 9 entspricht im Wesentlichen der Ausführung aus den 6 und 7, allerdings mit den im Folgenden beschriebenen Unterschieden.
Der erste Magnet 40 ist in einem Aufnahmeraum des unteren Gehäuseteils 20a angeordnet, wobei der zweite Magnet 40a in einem Aufnahmeraum des oberen Gehäuseteils 20b angeordnet ist. Der Aufnahmeraum mündet schlitzförmig an eine zweite Seitenwand 25b des jeweiligen Gehäuseteils 20a, 20b, wodurch der Magnet 40, 40a von der Außenseite des Gehäuseteils 20a, 20b in den Aufnahmeraum steckbar ist. Der Aufnahmeraum ist über einen fensterartigen Durchbruch mit dem Innenraum des Gehäuses 20 verbunden, so dass eine Oberfläche des Magneten 40, 40a frei zu dem Schmelzabschnitt 33 weist. Der Aufnahmeraum ist in einem Bodenabschnitt des Gehäuseteils 20a, 20b gebildet, der die erste und zweite Seitenwand 25a, 25b des Gehäuseteils 20a, 20b verbindet. Der erste Magnet 40 und der zweite Magnet 40a sind jeweils beabstandet von der Ebene angeordnet, in der die erste Basis 35, die zweite Basis 36 und der Schmelzabschnitt 33 angeordnet sind. Auch in der Ausführung aus den 8 und 9 weisen die Magnete 40, 40a mit unterschiedlichen Polen zueinander (Nordpol zu Südpol). Wie aus 8 erkennbar ist, weist der Südpol 42 des Magneten 40 der unteren Gehäusehälfte 20a zum Schmelzabschnitt 33, so dass der Nordpol 41 des Magneten 40a der oberen Gehäusehälfte 20b zum Schmelzabschnitt 33 und zum Südpol 42 des Magneten 40 der oberen Gehäusehälfte 20b weist.
Allgemein ist für die Ausführung aus den 8 und 9 bevorzugt, dass das Gehäuse 20 eine erste, obere Gehäusehälfte 20b und eine zweite, untere Gehäusehälfte 20a aufweist, zwischen denen der Sicherungseinsatz 30 eingefasst ist, wobei die erste Gehäusehälfte 20b eine erste Seitenwand 25a, eine zweite Seitenwand 25b und einen Bodenabschnitt und die zweite Gehäusehälfte 20a eine erste Seitenwand 25a, eine zweite Seitenwand 25b und einen Bodenabschnitt aufweisen, wobei die erste Seitenwand 25a und die zweite Seitenwand 25b über den Bodenabschnitt verbunden sind und wobei die erste Seitenwand 25a in Bezug auf den Bodenabschnitt höher ist als die zweite Seitenwand 25b. Die erste Seitenwand 25a des oberen Gehäuseabschnitts 20a und die zweite Seitenwand 25b des unteren Gehäuseabschnitts 20b überlappen einander, insbesondere in Dickenrichtung dieser Seitenwände 25a, 25b. Die zweite Seitenwand 25b des oberen Gehäuseabschnitts 20a und die erste Seitenwand 25a des unteren Gehäuseabschnitts 20b überlappen einander, insbesondere in Dickenrichtung dieser Seitenwände 25a, 25b. Zwischen der ersten Seitenwand 25a der unteren Gehäusehälfte 20a und zweiten Seitenwand 25b der oberen Gehäusehälfte 20b ist ein Spalt 24 gebildet, der den Innenraum des Gehäuses 20 mit der Umgebung des Gehäuses 20 gasdurchlässig verbindet. Zwischen der zweiten Seitenwand 25b der unteren Gehäusehälfte 20a und ersten Seitenwand 25a der oberen Gehäusehälfte 20a ist ein Spalt 24 gebildet, der den Innenraum des Gehäuses 20 mit der Umgebung des Gehäuses 20 gasdurchlässig verbindet. An der zweiten Seitenwand 25b ist die schlitzförmige Öffnung des Aufnahmeraums für den Magneten 40, 40a gebildet, wobei die erste Seitenwand 25a der anderen Gehäusehälfte die schlitzförmige Öffnung abdeckt. Der Spalt 24 kann auf dem Weg zwischen Innenraum und Umgebung des Gehäuses 20 mindestens einmal abgewinkelt sein.
Die Ausführung aus 10 entspricht im Wesentlichen der Ausführung aus den 8 und 9, wobei die zweite Seitenwand 25b jeweils der ersten und zweiten Gehäusehälfte 20a, 20b einen Aufnahmeschlitz für die erste Seitenwand 25a der anderen aus erster und zweiter Gehäusehälfte 20a, 20b bildet. Die erste Seitenwand 25a wird von der zweiten Seitenwand 25b der anderen Gehäusehälfte beidseitig eng anliegend eingefasst. Der zwischen der ersten Seitenwand 25a und der zweiten Seitenwand 25b gebildete Spalt 24 besteht aus mehreren Teilspalten, 24a, 24b, 24c und ist auf dem Weg zwischen Innenraum und Umgebung des Gehäuses 20 mindestens zweimal abgewinkelt. Ein erster Teilspalt 24a und ein dritter Teilspalt 24c sind parallel zueinander, wobei die Teilspalte 24a, 24c über einen zweiten Teilspalt 24b verbunden sind, der senkrecht auf den ersten und dritten Teilspalt 24a, 24c steht. Das hierdurch gebildete Labyrinth verhindert besonders vorteilhaft den Austritt von geschmolzenem Metall aus dem Innenraum.
Bezugszeichenliste

10: Schmelzsicherung
20: Gehäuse
20a: untere Gehäusehälfte
20b: obere Gehäusehälfte
21: Stift
22: Rippe
23: Stufe
24: Spalt
24a–c: Teilspalte
25a: erste Seitenwand
25b: zweite Seitenwand
30: Sicherungseinsatz
31: erste Kontaktzunge
32: zweite Kontaktzunge
33: Schmelzabschnitt
34: Ausnehmung / Loch
35: erste Basis
36: zweite Basis
37: Durchbruch
38: Ausnehmung / Einkerbung
40: Magnet
40a: Magnet
41: Nordpol
42: Südpol
50: Streckenlast
60: Lichtbogen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 548914 [0002]
DE 3343496 A1 [0003]
DE 957865 [0004]
EP 1150319 A1 [0005]
US 4063297 A [0006]
EP 0073201 B1 [0007]
FR 2625604 A1 [0008]
US 685766 [0009]
GB 619239 [0010]
DE 10115575 B4 [0012]
JP 11329206 A [0013, 0028]
JP 2008300094 A [0014, 0025, 0028]

Claims

Schmelzsicherung (10), insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, umfassend: – einen Sicherungseinsatz (30) aus elektrisch leitendem Material, insbesondere Metall, und ein Gehäuse (20) aus elektrisch nichtleitendem Material, welches den Sicherungseinsatz (30) zumindest teilweise einfasst, – wobei der Sicherungseinsatz (30) eine erste Basis (35), eine zweite Basis (36) und einen Schmelzabschnitt (33) aufweist, wobei der Schmelzabschnitt (33) mit einem Ende in die erste Basis (35) und mit einem anderen Ende in die zweite Basis (36) mündet und die erste Basis (35) mit der zweiten Basis (36) elektrisch leitend verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass – die Schmelzsicherung (10) ferner einen Magneten (40) aufweist, der so angeordnet ist, dass sein Magnetfeld den Schmelzabschnitt (33) beeinflusst.
Schmelzsicherung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherungseinsatz (30) einstückig ist, insbesondere ein aus einem plattenförmigen Halbzeug hergestelltes Teil ist, und/oder der Schmelzabschnitt (33) gerade zwischen den Stellen, in welche der Schmelzabschnitt (33) in die erste Basis (35) und die zweite Basis (36) mündet, verläuft.
Schmelzsicherung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherungseinsatz (30) ein Zinkblech ist, das vorzugsweise über seine Oberfläche verzinnt ist.
Schmelzsicherung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (40) ein Permanentmagnet, vorzugsweise ein Ferritmagnet oder ein Neodymmagnet ist.
Schmelzsicherung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine erste Kontaktzunge (31), die von dem Gehäuse (20) abragt und mit der ersten Basis (35) verbunden ist, und eine zweite Kontaktzunge (32), die von dem Gehäuse (20) abragt und mit der zweiten Basis (36) verbunden ist, wobei der Schmelzabschnitt (33) zwischen der ersten Kontaktzunge (31) und der zweiten Kontaktzunge (32) angeordnet ist.
Schmelzsicherung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die erste Kontaktzunge (31) und die zweite Kontaktzunge (32) in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, oder – die erste Kontaktzunge (31) in einer ersten Ebene und die zweite Kontaktzunge (32) in einer zweiten Ebene angeordnet sind, wobei die zweite Ebene (32) parallel zu und beabstandet von der ersten Ebene (31) ist.
Schmelzsicherung (10) nach einem der zwei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kontaktzunge (31) und die zweite Kontaktzunge (32) in unterschiedliche Richtungen oder in eine gemeinsame Richtung von dem Gehäuse (20) abragen.
Schmelzsicherung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (40) neben und/oder in der Nähe des Schmelzabschnitts (33) angeordnet ist.
Schmelzsicherung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nord-Süd-Richtung des Magneten (40) quer, insbesondere senkrecht auf die Verbindungslinie zwischen der ersten und der zweiten Basis (35, 36) oder quer, insbesondere senkrecht auf den Schmelzabschnitt (33) steht.
Schmelzsicherung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Basis (35) und die zweite Basis (36) mit einem Abstand voneinander beabstandet sind und sich der Magnet (40) mit einer Länge, die kürzer ist als dieser Abstand, zwischen der ersten Basis (35) und der zweiten Basis (36) angeordnet ist.
Schmelzsicherung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Quotient aus der Länge des Schmelzabschnitts (33) geteilt durch die Querschnittsfläche des Schmelzabschnitts (33) mindestens 12 mm^–1, vorzugsweise mindestens 15 mm^–1 beträgt.
Schmelzsicherung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20) so ausgebildet ist, dass es die Umgebung des Gehäuses (20) mit der von dem Gehäuse (20) eingefassten unmittelbaren Umgebung des Schmelzleiters (33) gasdurchlässig verbindet.
Schmelzsicherung (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20) aus mehreren Gehäuseteilen (20a, 20b) zusammengesetzt ist, wobei an mindestens einer Fügestelle zwischen zwei Gehäuseteilen (20a, 20b) ein gasdurchlässiger Spalt (24) gebildet ist, der die Umgebung des Gehäuses (20) mit dem Innenraum des Gehäuses (20), insbesondere der unmittelbaren Umgebung des Schmelzabschnitts (33), gasdurchlässig verbindet, wobei bevorzugt ist, dass der Spalt (24) auf dem Weg zwischen Innenraum und Umgebung mindestens einmal abgewinkelt ist.
Schmelzsicherung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (40) ein erster Magnet (40) ist und die Schmelzsicherung (10) einen zweiten Magneten (40a) aufweist, wobei der Schmelzabschnitt (33) zwischen dem ersten Magneten (40) und dem zweiten Magneten (40a) angeordnet ist, wobei bevorzugt ist, dass der erste Magnet (40) und der zweite Magnet (40a) an einer z.B. U-förmigen oder ringförmigen Verbindungsschiene aus einem weichmagnetischen Werkstoff befestigt sind, das den ersten Magneten (40) und den zweiten Magneten (40a) verbindet.
Schmelzsicherung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gerade Schmelzabschnitt (33) und der Magnet (40) so zueinander angeordnet sind, dass die aufgrund des durch den Schmelzabschnitt (33) fließenden Stroms und des Magnetfelds des Magneten (40) auf den und quer zu dem geraden Schmelzabschnitt (33) wirkende Streckenlast (50) den geraden Schmelzabschnitt (33) so stark durchbiegt, dass der Schmelzabschnitt (33) abreißt.
Verwendung der Schmelzsicherung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 in einem Stromkreis, insbesondere einem Hochvoltstromkreis, eines Kraftfahrzeugs.