DE102019004223A1

DE102019004223A1 - Schmelzleiter und Sicherung

Info

Publication number: DE102019004223A1
Application number: DE102019004223.9A
Authority: DE
Inventors: Jens Weber; Johannes-Georg Gödeke; Thorsten Glintzer; Markus Lippold
Original assignee: Siba Fuses GmbH
Current assignee: Siba Fuses GmbH
Priority date: 2019-05-16
Filing date: 2019-06-18
Publication date: 2020-11-19
Also published as: US20220216025A1; EP3942589A1; PL3942589T3; DK3942589T3; CN113841215A; ES2932373T3; HUE060814T2; KR20220006533A; EP3942589B1; WO2020229017A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schmelzleiter (1) vorgesehen zur Verwendung für eine Sicherung (2), vorzugsweise für eine G-Sicherung, mit einem elektrisch leitfähigen Schmelzdraht (3). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine zumindest bereichsweise, vorzugsweise vollständig, die äußere Mantelfläche (4) des Schmelzdrahts (3) umgebende, elektrisch isolierende und/oder elektrisch nicht-leitende Ummantelung (5) vorgesehen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schmelzleiter, vorgesehen zur Verwendung für eine Sicherung, vorzugsweise für eine G-Sicherung, mit einem elektrisch leitfähigen Schmelzdraht.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Sicherung, insbesondere eine G-Sicherung, mit einem äußeren Sicherungsgehäuse. In dem Sicherungsgehäuse ist wenigstens ein um einen, insbesondere elektrisch isolierenden, Wickelkörper gewickelter Schmelzleiter der vorgenannten Art angeordnet.
Schmelzleiter für Schmelzsicherungen sind im Stand der Technik bekannt. Schmelzleiter werden, wie zuvor erwähnt, um einen Wickelkörper gewickelt, wobei der Wickelkörper elektrisch nicht-leitfähig bzw. elektrisch nicht-leitend ist. Die Wicklung dient letztlich dazu, die effektive Länge des Schmelzleiters zu erhöhen, ohne Vergrößerung der Länge der gesamten Sicherung. Durch die Verlängerung des Schmelzleiters kann eine träge Charakteristik und eine höhere Bemessungsspannung erreicht werden. Je dichter der Draht gewickelt wird - das heißt je mehr Windungen je Längeneinheit gewickelt werden - desto höher ist insbesondere der elektrische Widerstand des Schmelzleiters pro Längeneinheit. Ebenfalls steigt auch die Wärmebelastung pro Längeneinheit.
Eine dichtere bzw. engere Wicklung des Schmelzleiters ist jedenfalls dann von Nöten, wenn geringe Nennströme bei träger Charakteristik durch die Sicherung abgesichert werden sollen.
In der Praxis ergibt sich allerdings das Problem, dass der Windungsabstand nicht beliebig verkleinerbar ist. Letztlich ist es, um elektrische Kurzschlüsse zu vermeiden, erforderlich, den Windungsabstand auf wenigstens das 0,5 bis 1,5-fache des Durchmessers des Schmelzleiters zu beschränken. Andernfalls würde ein elektrischer Kurzschluss zwischen benachbarten Windungen nicht sicher verhindert werden können, da ein Funkenübersprung zwischen den Windungen hervorgerufen werden kann. Auch sogenannte „Fast-Kurzschlüsse“ und/oder Windungsschlüsse sind möglich, wobei dies letztlich zu einem nicht-genormten bzw. nichtstandardisierten Sicherungsverhalten der Spannung bzw. des Stromes führt, da dies die Charakteristik der Sicherung verändert.
Darüber hinaus ist die Herstellung des um den Wickelkörper gewickelten Schmelzleiters umso aufwendiger, desto dichter die Windungen gewickelt werden sollen. Örtliche Schwankungen der Wickeldichte bzw. der Windungsabstände können nicht vermieden werden, was sich nachteilig auf das Sicherungs- und Belastungsverhalten sowie die Charakteristik des Abschaltverhaltens der Sicherung auswirkt.
Da Sicherungen in einem technisch sehr sensiblen Bereich und insbesondere zum (Überlast-)Schutz eingesetzt werden, müssen jegliche Schwankungen und/oder vermeintliche Kurzschlüsse („Fast-Kurzschlüsse“) möglichst vermieden werden. Demzufolge darf eine vorgegebene Wickeldichte bzw. ein vorgegebener Windungsabstand nicht unterschritten werden.
Es ist erforderlich, dass die Sicherung für die genormten bzw. angegebenen Werte eine entsprechende (Sicherungs-)Charakteristik aufweist. Dies ist jedenfalls dann nicht gegeben, wenn sich bei den Kontaktstellen der Windungen eine elektrische Verbindung ergeben würde, weshalb der Mindest-Windungsabstand entscheidend ist.
Aber selbst bei größeren Abständen kann aufgrund des Herstellungsverfahrens nicht vermieden werden, dass zumindest bereichsweise ein zu geringer Windungsabstand vorhanden ist, so dass sich der Schmelzleiter in kleineren Bereichen kurzschließen kann. Das kann zudem auch durch die Eigenschaften des Schmelzleiters selbst hervorgerufen werden und/oder leichte, insbesondere leitende Verschmutzungen zwischen den Windungen des Schmelzleiters können zum Kurzschluss führen.
Ein weiteres Problem ist das verwendete Flussmittel im Lot, das zur Kontaktierung der Schmelzleiterenden benötigt wird. Wenn als Schmelzleiter Drähte mit einem Zinnauftrag bzw. Zinn aufweisende Schmelzleiter verwendet werden, kann das Flussmittel die Zinnschicht bzw. das Zinnmaterial angreifen und durch Aufschmelzen beim notwendigen Reflow-Prozess Lotbrücken bilden. Dies wirkt sich nachteilig auf das Sicherungsverhalten aus, wobei die für die Sicherung angegebenen Werte, insbesondere die Charakteristik, Schmelzzeit und/oder sonstige Grenzwerte, nicht mehr eingehalten werden können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, einen Schmelzleiter bzw. eine Sicherung bereit zu stellen, die die vorgenannten Probleme bzw. Herausforderungen des Standes der Technik reduziert bzw. zumindest im Wesentlichen verringert.
Die vorgenannte Aufgabe ist bei einem Schmelzleiter der eingangs genannten Art erfindungsgemäß zumindest im Wesentlichen dadurch gelöst, dass eine zumindest bereichsweise, vorzugsweise vollständig, die äußere Mantelfläche des Schmelzdrahtes umgebende elektrisch isolierende und/oder elektrisch nicht-leitende Ummantelung vorgesehen ist.
Vorzugsweise ist die elektrisch isolierende Ummantelung unmittelbar auf der äußeren Mantelfläche des Schmelzdrahtes angeordnet und umschließt insbesondere die gesamte äußere Mantelfläche des Schmelzdrahtes. Letztlich umhüllt also die Ummantelung den Schmelzdraht, so dass der Schmelzdraht als Kern des Schmelzleiters fungiert.
Als elektrisch isolierende und/oder elektrisch nicht-leitende Ummantelung wird eine derartige Ummantelung verstanden, die nicht elektrisch leitfähig ist und/oder die das elektrische Leitverhalten des Schmelzdrahtes nicht beeinflusst. Über die Ummantelung wird insbesondere kein Strom geleitet.
Durch die den Schmelzdraht umgebende Ummantelung kann insbesondere der Windungsabstand im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten (Schmelz-)Sicherungen drastisch reduziert werden, insbesondere auf nahezu 0 mm gesenkt werden. Letztlich kann die Ummantelung der einen Windung die Ummantelung der benachbarten Windung berühren. Dies ermöglicht den Einsatz von Sicherungen, die gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Sicherungen eine völlig neuartige Dimensionierung aufweisen. Erfindungsgemäß gelingt es, einen Schmelzleiter für eine Sicherung bereitzustellen, ohne dass die Gefahr eines elektrischen Kurzschlusses oder einer anderen Beeinträchtigung besteht.
Erfindungsgemäß werden die Restriktionen des Standes der Technik im Hinblick auf den Windungsabstand in vorteilhafter Weise überwunden.
Selbst wenn die Schmelzleiterwindungen unmittelbar bzw. sehr dicht aneinander liegen, kann ein Kurzschluss zwischen den Windungen sicher vermieden werden, da der elektrisch leitfähige Schmelzdraht letztlich von einer elektrischen Isolierung (Ummantelung) umgeben ist. Somit wird ein elektrischer Kurzschluss zwischen benachbarten Windungen des Schmelzleiters verhindert.
Dies löst auch das Problem des örtlich schwankenden Windungsabstandes aufgrund des Herstellungsverfahren und/oder aufgrund von Toleranzen der Wicklungsmaschine. Erfindungsgemäß kann der Windungsabstand auch variieren.
Darüber hinaus kann durch die Ummantelung ein weiteres Problem des Standes der Technik gelöst werden. Die in der Sicherung eingesetzten Lote können nun nicht mehr das elektrische Leitverhalten des Schmelzdrahtes beeinflussen, da der Schmelzdraht letztlich nicht unmittelbar dem Lot und/oder dem Flussmittel ausgesetzt sein muss. Dies gilt insbesondere auch für denjenigen Teil des Schmelzleiters, der nicht eingelötet werden soll. Die verwendeten Flussmittel bzw. Lote können darüber hinaus auch chemisch aggressiver, aber insbesondere prozessoptimierter, eingestellt werden. Die Metalllegierungen bzw. das Metall des Schmelzdrahtes ist erfindungsgemäß vor dem Flussmittel durch die Ummantelung geschützt. Die Ummantelung stellt demgemäß auch eine chemische Schutzschicht für den Schmelzdraht sicher.
Besonders vorteilhaft ist der Einsatz des Schmelzleiters für eine G-Sicherung - das heißt für eine Gerätschutzsicherung. Geräteschutzsicherungen sind in der DIN-Reihe 60127, insbesondere die DIN EN IEC 60127 (Stand Mai 2019) genormt, wobei eine Mehrzahl von DIN-Normen zur vorgenannten Reihe korrespondieren. Durch den erfindungsgemäßen Schmelzleiter können G-Sicherungen für ein sehr träges Verhalten, insbesondere für geringe Nennströme, bereitgestellt werden.
Die G-Sicherung ist eine Schmelzsicherung und eine Überstromschutzeinrichtung, die durch das Abschmelzen des Schmelzleiters den Stromkreis unterbricht, wenn die Stromstärke einen bestimmten Wert während einer ausreichenden bzw. vorgebbaren Zeit überschreitet. Auch der Begriff der Schmelzsicherung ist in der vorgenannten DIN-Reihe definiert. Geräteschutzsicherungen können alternativ auch als GS-Sicherungen bezeichnet werden. G-Sicherungen werden für Nennströme von etwa 0,03 bis 40 A mit einem Abschaltvermögen von etwa 5 A bis 300 kA, insbesondere etwa 10 A bis 300 kA, gefertigt. Die Länge und/oder Breite der G-Sicherung ist in Abhängigkeit von spezifischen Ländervorgaben geregelt.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Ummantelung als Beschichtung ausgebildet ist. Vorzugsweise ist als Beschichtung ein Lack vorgesehen. Der Auftrag der Ummantelung als Beschichtung ermöglicht insbesondere eine einfache Applikation der Ummantelung bzw. ein einfaches Herstellungsverfahren für den erfindungsgemäßen Schmelzleiter, insbesondere wobei ein „konventioneller“ Schmelzdraht durch die Beschichtung mit der Ummantelung als erfindungsgemäßer Schmelzleiter ausgebildet werden kann.
Als Beschichtung kann vorzugsweise eine derartige Beschichtung genutzt werden, die durch eine Lösung von Polymeren in einem, insbesondere kresolischen, Lösungsmittelgemisch gebildet ist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Beschichtung als Material Harz, vorzugsweise in einem Lösungsmittelgemisch gelöst, aufweist. Das Harz, das in dem Lösungsmittelgemisch gelöst ist, kann insbesondere Additive und/oder einen Härtungskatalysator aufweisen. Des Weiteren kann die Beschichtung als Material einen Kunststoff, vorzugsweise Polyurethan, aufweisen und/oder als Polyimid-Lack ausgebildet sein.
Die vorgenannte erfindungsgemäße Ausbildung der Ummantelung ermöglicht die elektrisch isolierende und/oder elektrisch nicht-leitende Funktion der Ummantelung. Der Lack bzw. die Beschichtung kann beispielsweise auflackiert und anschließend bei Temperaturen zwischen 300 bis 600 °C eingebrannt werden. Bevorzugt werden glatte, konzentrische und porenfreie Filme erhalten, wobei auch ein mehrfacher Lackierauftrag und ein anschließendes Einbrennen vorgesehen sein kann. So kann der Lack zwischen 5 bis 30 Mal, bevorzugt zwischen 6 bis 20 Mal, lackiert und eingebrannt werden.
Polyimid-Lack ist insbesondere durch die hohe thermische Belastbarkeit vorteilhaft. Dies ermöglicht letztlich, dass die Ummantelung hohen thermischen Beanspruchungen, insbesondere hervorgerufen durch den durch den Schmelzdraht geführten Strom, ausgesetzt sein kann, ohne die elektrische Isolierung des Schmelzdrahtes zu beeinträchtigen.
Vorzugsweise ist die Ummantelung metallfrei ausgebildet - das heißt, dass das Material der Ummantelung zumindest im Wesentlichen kein Metall oder keine Metalllegierung aufweist. Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Ummantelung als Silikonummantelung ausgebildet sein und/oder als Material einen Kunststoff und/oder Silikon aufweisen und/oder daraus bestehen. Silikone können als Poly(organo)siloxane bezeichnet werden und geben insbesondere eine Gruppe synthetischer Polymere an, bei denen Siliciumatome über Sauerstoffatome verknüpft sind. Die Silikonummantelung ermöglicht eine kostengünstige elektrische Isolierung des Schmelzdrahtes, die insbesondere dauerfest bzw. dauerhaft mit der äußere Mantelfläche des Schmelzdrahtes verbunden ist.
Die Ummantelung kann, insbesondere unmittelbar oder mittelbar, fest mit der, vorzugsweise gesamten, äußeren Mantelfläche des Schmelzdrahtes verbunden sein, vorzugsweise stoffschlüssig. Insbesondere kann der Verbund zwischen der äußeren Mantelfläche des Schmelzdrahtes und der Ummantelung bei der Herstellung der Ummantelung des Schmelzdrahtes selbst bzw. beim Auftrag der Ummantelung hervorgerufen werden. Wenn die Ummantelung als Beschichtung und/oder Silikonummantelung ausgebildet ist und durch Auftrag auf der äußeren Mantelfläche des Schmelzdrahtes erzeugt wird, ergibt sich bevorzugt „automatisch“ der vorgenannte Verbund.
Bei einer weiteren ganz besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Material der Ummantelung einen Anteil bzw. einen Gewichtsanteil, insbesondere Massenanteil, an dem Gesamtmaterial des Schmelzleiters zwischen 0,1 bis 25 Gew.-%, bevorzugt zwischen 1 bis 20 Gew.-%, weiter bevorzugt zwischen 5 bis 15 Gew.-% und insbesondere zumindest im Wesentlichen zwischen 8 bis 12 Gew.-%, aufweist. Der vorgenannte Massenanteil des Materials der Ummantelung an dem Gesamtmaterial des Schmelzleiters gibt an, dass die Ummantelung letztlich eher einen geringen Anteil an dem Material des Schmelzleiters aufweist. Ganz besonders bevorzugt besteht der Schmelzleiter vornehmlich aus dem Schmelzdraht, wobei der Schmelzdraht einen Massenanteil an dem Gesamtmaterial des Schmelzleiters zwischen 30 bis 99,9 Gew.-%, bevorzugt zwischen 60 bis 95 Gew.-%, aufweist. Ganz besonders bevorzugt ist die Ummantelung als Lackfilm ausgebildet, die um die äußere Mantelfläche des Schmelzdrahtes herum aufgetragen worden ist.
Darüber hinaus kann bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Erfindungsgedankens der Schmelzdraht eine den Schmelzdraht zumindest bereichsweise umgebende weitere Ummantelung aufweisen. Die weitere Ummantelung kann zwischen dem Schmelzdraht und der Ummantelung angeordnet sein. Insbesondere ist die weitere Ummantelung unmittelbar an der äußeren Mantelfläche des Schmelzdrahtes vorgesehen und umgibt, vorzugsweise vollständig, die äußere Mantelfläche des Schmelzdrahtes. Dabei kann die weitere Ummantelung zumindest bereichsweise, vorzugsweise vollständig, an ihrer äußeren, dem Schmelzdraht abgewandten, Mantelfläche von der elektrisch nicht-leitenden bzw. elektrisch isolierenden Ummantelung umgeben sein. Ganz besonders bevorzugt ist die weitere Ummantelung ebenfalls elektrisch leitfähig ausgebildet.
Die weitere Ummantelung kann als Material Metall, insbesondere eine Metalllegierung, vorzugsweise Zinn und/oder eine Zinnlegierung, aufweisen. Die weitere Ummantelung kann ferner bevorzugt dazu dienen, die physikalisch-chemischen Prozesse im Überlastfall zu schwächen, um so insbesondere eine Abschaltung zu ermöglichen - auch als M-Effekt bekannt.
Bei Überlastströmen tritt letztlich an der Engstelle des Schmelzdrahtes bzw. des Schmelzleiters im Bereich des Auftrags der weiteren Ummantelung, insbesondere im Bereich des Zinnauftrages, die größte Wärmeentwicklung auf, die das Material der weiteren Ummantelung, insbesondere das Zinn oder die Zinnlegierung, aufheizt. Beim Überschreiten der Schmelztemperatur wird das Zinn flüssig und bildet mit dem Material des Schmelzdrahtes eine Legierung. Diese Legierung hat im Vergleich zum Werkstoff bzw. Material des Schmelzdrahtes eine geringere elektrische und thermische Leitfähigkeit und insbesondere einen niedrigeren Schmelzpunkt. Infolge der sich weiter erhöhenden Wärmeentwicklung wird der Schmelzleiter bzw. der Schmelzdraht an der entsprechenden Stelle unterhalb des eigentlichen Schmelzpunkt schmelzflüssig und trennt die Strombahn auf. Dieses Phänomen ist im Jahr 1939 von Metcalf entdeckt worden, weshalb dieses auch als M-Effekt bekannt ist und bezeichnet wird. Eine Sicherung, insbesondere eine G-Sicherung, kann somit durch den Auftrag der weiteren Ummantelung, die insbesondere Zinn aufweist und/oder daraus besteht, auf die Außenseite des Schmelzdrahtes den zuvor geschilderten M-Effekt zur Auslösung des Sicherung ausnutzen.
Ganz besonders bevorzugt wird auch der die Ummantelung bei Überschreiten des Schmelzpunktes des Schmelzdrahtes und/oder der weiteren Ummantelung schmelzflüssig.
Vorzugsweise ist der Schmelzdraht, die Ummantelung und/oder die weitere Ummantelung derart ausgebildet, dass sie einen zumindest im Wesentlichen kreisförmigen Außenquerschnitt aufweisen. Ganz besonders bevorzugt weist der Schmelzdraht einen kreisförmigen Querschnitt auf und ist insbesondere zylinderförmig ausgebildet. Die Ummantelung und/oder die weitere Ummantelung kann, vorzugsweise unmittelbar oder mittelbar, angrenzend an die äußere Mantelfläche des Schmelzgrades angeordnet sein und bevorzugt einen ringförmigen Querschnitt aufweisen und/oder als Hohlzylinder ausgebildet sein. Die vorgenannte Ausbildung des Schmelzdrahtes und der Ummantelung ermöglicht eine einfache Herstellung und eine einfache Beschichtung des Schmelzdrahtes mit der Ummantelung.
Darüber hinaus lässt sich ein derartiger Schmelzdraht besonders gut, insbesondere in verschiedene Richtungen, um einen Wickelkörper wickeln.
Insbesondere können die Formen bzw. die Form der weiteren Ummantelung und/oder der Ummantelung korrespondierend zum Außenquerschnitt des Schmelzdrahtes ausgebildet sein. Vorzugsweise korrespondiert die Form der weiteren Ummantelung zum Außenquerschnitt des Schmelzdrahtes, wobei die Ummantelung wiederum zum Außenquerschnitt der weiteren Ummantelung und/oder zum Außenquerschnitt des Schmelzdrahtes korrespondieren kann. Insbesondere erfolgt der Auftrag der weiteren Ummantelung und/oder der Ummantelung auf der äußeren Mantelfläche des Schmelzdrahtes derart, dass sich zwischen dem Schmelzdraht und der Ummantelung und/oder der weiteren Ummantelung kein Freiraum, kein Spiel und/oder keine Poren und/oder kein „Schlupf” ergibt.
Ferner kann der Schmelzleiter einen Durchmesser zwischen 1 µm bis 1000 µm, bevorzugt zwischen 10 µm bis 600 µm, weiter bevorzugt zwischen 15 µm bis 550 µm, aufweisen. Die vorgenannte Dicke bzw. der Durchmesser des Schmelzleiters ist insbesondere derart ausgebildet, dass das Schaltverhalten der Sicherung, vorzugsweise der G-Sicherung, gewährleistet werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Schmelzdraht einen Durchmesser zwischen 1 µm bis 800 µm, bevorzugt zwischen 5 µm bis 500 µm, weiter bevorzugt zwischen 10 µm bis 400 µm ,aufweist.
Die Ummantelung und/oder die weitere Ummantelung kann insbesondere eine Schichtdicke zwischen 0,01 µm bis 300 µm, weiter bevorzugt zwischen 0,1 µm bis 200 µm, weiter bevorzugt zwischen 1 µm bis 100 µm, weiter bevorzugt weiter zwischen 1,5 µm bis 50 µm, aufweisen. Ganz besonders bevorzugt weist die Ummantelung und/oder die weitere Ummantelung eine zumindest im Wesentlichen konstante Schichtdicke auf, so dass sich insbesondere die ringförmige und/oder hohlzylindrische Form der Ummantelung und/oder der weiteren Ummantelung ergibt.
Der Schmelzdraht kann als Material Metall, insbesondere eine Metalllegierung, aufweisen. Als Material bzw. Metall kann Kupfer, Silber und/oder eine Kupferlegierung und/oder eine Silberlegierung vorgesehen sein. Auch Zinn und/oder eine Zinnlegierung kann als Material des Schmelzdrahtes vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann als Material für den Schmelzdraht eine sich von Kupfer und/oder Silber unterscheidende Metalllegierung und/oder Metall vorgesehen sein, insbesondere Stahl, Nickel, Eisen und/oder Wolfram.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, insbesondere zur Sicherstellung des M-Effektes, dass sich das Material der weiteren Ummantelung, insbesondere das Metall der weiteren Ummantelung, von dem Material des Schmelzleiters, insbesondere dem Metall des Schmelzleiters, unterscheidet. Insbesondere unterscheiden sich die Metalllegierungen der Materialien voneinander. Ganz besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Schmelzdraht von einer Zinn- oder Zinnlegierung-Beschichtung umgeben ist, die das zuvor geschilderte Schaltverhalten des Schmelzleiters sicherstellt.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Sicherung, insbesondere eine G-Sicherung, mit einem äußeren Sicherungsgehäuse, wobei in dem Sicherungsgehäuse wenigstens ein um einen, insbesondere elektrisch isolierenden, Wickelkörper gewickelter Schmelzleiter nach wenigstens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen angeordnet ist.
Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Sicherung darf zur Vermeidung von unnötigen Wiederholungen und/oder Ausführungen auf die Vorteile und/oder besonderen Ausführungsformen des Schmelzleiters verwiesen werden, die in erfindungsgemäßer Art und Weise gleichzeitig auch für die Sicherung gelten. Diesbezüglich sei demgemäß auf die vorherigen Ausführungen ausdrücklich verwiesen, die auch bevorzugte Ausgestaltungen der Sicherung, insbesondere der G-Sicherung, darstellen.
Besonders bevorzugt ist bei der Sicherung vorgesehen, dass das Sicherungsgehäuse an den zwei Stirnseiten zumindest teilweise offen bzw. geöffnet ausgebildet ist. Ganz besonders bevorzugt ist weiter vorgesehen, dass das Sicherungsgehäuse eine zumindest im Wesentlichen hohlzylinderförmige Form aufweist, wobei als Material für das Sicherungsgehäuse insbesondere Glas und/oder Keramik vorgesehen sein kann. Stirnseitig kann an dem Sicherungsgehäuse - insbesondere zur elektrischen Kontaktierung - jeweils wenigstens eine zur elektrischen Kontaktierung ausgebildete Kontaktkappe angeordnet sein. Die Kontaktkappe ist insbesondere auf der Stirnseite des Sicherungsgehäuses derart aufgesteckt bzw. angeordnet, dass die Öffnungen des Sicherungsgehäuses, in der insbesondere der Schmelzdraht und/oder das Lot angeordnet ist, verdeckt sind. Auch ein Kennmelder kann stirnseitig an dem Sicherungsgehäuse angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse als Material ein kermisches Material und/oder Porzellan aufweist und/oder daraus besteht.
Darüber hinaus kann der, vorzugsweise zylinderförmige, Wickelkörper als Glasfaserseele ausgebildet sein und/oder als Material wenigstens eine Glasfaser aufweisen und/oder daraus bestehen. Die Glasfaser kann insbesondere elektrisch nicht-leitend bzw. elektrisch isolierend ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich ist grundsätzlich möglich, dass als Material der isolierenden Faser Glas, Keramik und/oder, insbesondere temperaturfeste, Kunststoffe vorgesehen sind. Auch Keramikfasern können insbesondere für das Material des Wickelkörpers vorgesehen sein.
Der Wickelkörper kann eine Dicke und/oder einen Durchmesser, insbesondere bei einer zylinderförmigen Ausbildung, zwischen 0,01 bis 2 mm, bevorzugt zwischen 0,1 bis 1 mm, weiter bevorzugt zwischen 0,2 bis 0,7 mm, aufweisen.
Der Außendurchmesser des Wickelkörpers korrespondiert insbesondere zur Anzahl der Wicklungen des Schmelzleiters bei einer vorgegebenen Länge des Schmelzleiters. Je dicker der Wickelkörper ist, desto weniger Umwicklungen eines Schmelzleiters bei gleicher Schmelzleiterlänge werden hervorgerufen.
Vorteilhafterweise ist der Schmelzleiter derart um den Wickelkörper gewickelt, dass die Windungen dicht aneinander liegen.
Der Abstand unmittelbar benachbarter Windungen des Schmelzleiters kann geringer als 0,5 mm, bevorzugt geringer als 0,05 mm, weiter bevorzugt geringer als 0,01 mm, weiter bevorzugt geringer als 0,001 mm, ausgebildet sein. Derzeit sind im Stand der Technik als geringste Abstände zwischen den Windungen ein Abstand zwischen 0,018 mm bis 0,561 mm vorgesehen. Dieser Abstand kann erfindungsgemäß deutlich unterschritten werden.
Die Sicherung kann eine Länge zwischen 5 bis 50 mm, bevorzugt zwischen 6,1 bis 30 mm, aufweisen. Die Länge der Sicherung kann insbesondere in Abhängigkeit des Einsatzzweckes und/oder länderspezifischer Vorgaben ausgewählt sein.
Die Sicherung kann ferner eine Breite zwischen 1 bis 10 mm, bevorzugt zwischen 2,1 bis 5,8 mm, aufweisen. Auch die Breite kann in Abhängigkeit des Verwendungszweckes angepasst werden.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung und der Zeichnung selbst. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Es zeigt:

1 eine schematische Querschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen Sicherung,
2 eine schematische Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen Schmelzleiters,
3 eine schematische Querschnittsdarstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schmelzleiters und
4 eine schematische Querschnittsdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sicherung.

2 zeigt einen Schmelzleiter 1, der zur Verwendung für eine Sicherung 2 vorgesehen ist, wie dies die 1 und die 4 zeigen.
Als Sicherung 2 ist im hier dargestellten Ausführungsbeispiel eine G-Sicherung 2 vorgesehen.
Der Schmelzleiter 1 weist einen elektrisch leitfähigen Schmelzdraht 3 auf. Der Schmelzdraht 3 kann einen zumindest im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, wie dies die 2 und 3 zeigen.
Die 2 zeigt, dass zumindest bereichsweise, insbesondere vollständig, die äußere Mantelfläche 4 des Schmelzdrahtes 3 von einer elektrisch isolierenden und/oder elektrisch nicht-leitenden Ummantelung 5 umgeben ist. Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Ummantelung 5 unmittelbar an die äußere Mantelfläche 4 des Schmelzdrahtes 3 angrenzt. Dabei ist insbesondere kein Spiel und kein Schlupf bzw. zumindest im Wesentlichen kein (lichter) Abstand zwischen der äußeren Mantelfläche 4 und der Ummantelung 5 vorgesehen.
3 zeigt, dass die Ummantelung 5 mittelbar die äußere Mantelfläche 4 des Schmelzdrahtes 3 umgibt, wobei zwischen der äußeren Mantelfläche 4 des Schmelzdrahtes 3 und der Innenseite der Ummantelung 5, die dem Schmelzdraht 3 zugewandt ist, eine weitere Schicht bzw. eine weitere Ummantelung 6 vorgesehen ist.
Die Ummantelung 5 kann als Beschichtung und/oder als Lack ausgebildet sein. Die Beschichtung kann durch eine Lösung von Polymeren in einem, insbesondere kresolischen, Lösemittelgemisch gebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Beschichtung als Material Harz, vorzugsweise in einem Lösungsmittelgemisch gelöst, aufweisen. Dem im Lösungsmittelgemisch gelösten Harz können Additive und/oder ein Härtungskatalysator zugegeben werden.
Des Weiteren kann die Ummantelung 5 bzw. die Beschichtung als Material einen Kunststoff, vorzugsweise Polyurethan, aufweisen und/oder als Polyimid-Lack ausgebildet sein.
Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform des Schmelzleiters 1 ist vorgesehen, dass die Ummantelung 5 als Lack ausgebildet ist, wobei bei Herstellung des Schmelzleiters 1 der Schmelzdraht 3 mehrfach, insbesondere zwischen 6 bis 20 Mal, mit dem Lack zur Bildung der Ummantelung 5 lackiert worden ist, wobei der Lack anschließend bei Temperaturen zwischen 300 bis 600 °C eingebrannt worden ist.
Des Weiteren ist die in 2 dargestellte Ummantelung 5 metallfrei ausgebildet.
Nicht dargestellt ist, dass die Ummantelung 5 als Silikonummantelung ausgebildet ist. Dabei kann die Ummantelung 5 Silikon aufweisen und/oder daraus bestehen.
Wie zuvor erwähnt, kann die Ummantelung 5 - unabhängig von der Ausbildung als Lackschicht - ein Material aus Kunststoff aufweisen und/oder daraus bestehen. Ganz besonders bevorzugt ist das Material derart ausgebildet, dass die Ummantelung 5 elektrisch isolierend und/oder elektrisch nicht-leitend ist.
Darüber hinaus ist bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass das Material der Ummantelung 5 einen Anteil bzw. einen Massenanteil an dem gesamten Material der Schmelzleiters 1 zwischen 5 bis 15 Gew.-% aufweist. In weiteren, nicht näher dargestellten Ausführungsformen kann der Massenanteil des Materials der Ummantelung 5 an dem Gesamtmaterial bzw. Gesamtmassenanteil des Schmelzleiters 1 zwischen 0,1 bis 25 Gew.-% variieren.
3 zeigt, dass der Schmelzleiter 1 eine dem Schmelzdraht 3, insbesondere unmittelbar, zumindest bereichsweise umgebende weitere Ummantelung 6 aufweist. Die weitere Ummantelung 6 ist zwischen dem Schmelzdraht 3 und der Ummantelung 5 angeordnet. Des Weiteren weist die weitere Ummantelung 6 als Material ein Metall, insbesondere eine Metalllegierung im dargestellten Ausführungsbeispiel Zinn bzw. eine Zinnlegierung, auf. Dabei kann sich das Material, insbesondere das Metall, des Schmelzdrahtes 3 von dem Metall der weiteren Ummantelung 6 unterscheiden. Die Materialien des Schmelzdrahtes 3 und der weiteren Ummantelung 6 sind derart aufeinander abgestimmt, dass der, zuvor beschriebene, M-Effekt im Auslösefall sichergestellt werden kann.
3 zeigt weiter, dass der Schmelzdraht 3 einen kreisförmigen Außenquerschnitt aufweist, wobei auch sowohl die Ummantelung 5 als auch die weitere Ummantelung 6 einen zumindest im Wesentlichen kreisförmigen Außenquerschnitt aufweisen. Dabei kann der Schmelzdraht 3 eine zylinderförmige Form aufweisen. Die weitere Ummantelung 6 und die Ummantelung 5 können einen ringförmigen Querschnitt aufweisen und insbesondere eine hohlzylindrische Form bilden.
Darüber hinaus zeigt 3, dass kein Freiraum zwischen den Schichten:

Schmelzdraht 3, weitere Ummantelung 6 und Ummantelung 5 vorgesehen ist. Die vorgenannten Schichten bzw. die vorgenannten Komponenten 3, 5, 6 grenzen unmittelbar aneinander.

Der in 2 dargestellte Schmelzleiter 1 weist einen Durchmesser 7 zwischen 15 µm bis 550 µm auf. Der Schmelzleiter 3 wiederum kann einen Durchmesser 8 zwischen 10 µm bis 400 µm aufweisen. Die in 2 dargestellte Ummantelung 5 kann insbesondere einen Durchmesser zwischen 1,5 µm bis 50 µm aufweisen.
Der Schmelzleiter 3 kann als Material Metall, insbesondere eine Metalllegierung, aufweisen. Als Metall bzw. Material des Schmelzdrahtes 3 kann Kupfer, Silber und/oder Zinn und/oder eine Kupferlegierung, eine Silberlegierung und/oder eine Zinnlegierung vorgesehen sein.
Wie zuvor erwähnt, ist das Material der weiteren Ummantelung 6 von dem Material des Schmelzdrahtes 3 in dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel unterschiedlich ausgebildet, wobei sich insbesondere die Metalllegierungen der Materialien voneinander unterscheiden.
1 zeigt eine Sicherung 2, im dargestellten Ausführungsbeispiel eine G-Sicherung 2. Die Sicherung 2 weist ein Sicherungsgehäuse 11 auf, wobei in dem Sicherungsgehäuse 11 wenigstens ein um einen elektrisch isolierenden Wickelkörper 12 gewickelter Schmelzleiter 1 nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen vorgesehen ist.
Das Sicherungsgehäuse 11 kann hohlförmig, insbesondere hohlzylinderförmig, ausgebildet sein und als Material Glas und/oder Keramik (in weiteren Ausführungsformen) aufweisen.
In 4 ist eine weitere Ausführungsform der Sicherung 2 gezeigt. Die 1 und 4 unterscheiden sich dahingehend, dass der Abstand 17 zwischen unmittelbar benachbarten Windungen 16 des Schmelzleiters 1 unterschiedlich ausgebildet ist. Durch die elektrisch isolierende Ummantelung 5 können die Windungen 16 dicht aneinander gewickelt werden, so dass sich der Abstand 17 auf nahezu Null reduzieren kann. Allerdings kann auch eine Beabstandung der Windungen 16 vorgesehen sein, wie im Detail in 1 ersichtlich ist. Beide Ausführungsformen können mit dem Schmelzleiter 1 umgesetzt werden.
Nicht dargestellt ist, dass das Sicherungsgehäuse 11 an den zwei Stirnseiten 13 zumindest teilweise offen ausgebildet ist. Durch die Öffnung kann der Schmelzleiter 1 geführt werden.
Die 1 und 4 zeigen, dass stirnseitig (an den Stirnseiten 13) an dem Sicherungsgehäuse 11 jeweils wenigstens eine zur elektrischen Kontaktierung ausgebildete, insbesondere metallische, Kontaktkappe 14 angeordnet ist. Die Kontaktkappe 14 kann die Öffnungen des Sicherungsgehäuses 11, die stirnseitig vorgesehen sein können, verschließen.
Der in den 1 und 4 dargestellte Wickelkörper 12 kann eine zylinderförmige Form aufweisen und/oder als Glasfaserseele ausgebildet sein. Dabei kann der Wickelkörper 12 als Material wenigstens eine Glasfaser aufweisen und/oder daraus bestehen.
Der in 1 dargestellte Wickelkörper 12 weist eine Dicke bzw. einen Durchmesser zwischen 0,2 bis 0,7 mm auf.
4 zeigt, insbesondere im Vergleich zu 1, dass der Abstand 17 unmittelbar benachbarter Windungen 16 des um den Wickelkörper 12 gewickelten Schmelzleiters 1 sehr gering ausgebildet sein kann. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Abstand 17 geringer als 0,05 mm, insbesondere geringer als 0,01 mm.
Bei der in 1 dargestellten Wicklung des Schmelzleiters 1 ist vorgesehen, dass die aus dem Stand der Technik bekannten Abstände 17 vorgesehen sind, die zwischen 0,018 bis 0,561 mm liegen.
Die Sicherung 2 kann eine Länge zwischen 6,1 bis 30 mm und/oder größer als 30 mm, insbesondere zwischen 30 mm bis 60 mm, aufweisen. Die Breite der Sicherung 2 kann ferner zwischen 2,1 bis 5,8 mm und/oder zwischen 5,8 bis 15 mm und/oder größer als 5,8 mm liegen.
In 4 ist im Detail dargestellt, dass der Abstand 17 unmittelbar benachbarter Windungen 16 auf nahezu Null bzw. auf einen sehr kleinen Abstand 17 reduziert werden kann. Demgemäß können die Windungen 16 unmittelbar aneinander angrenzen, so dass sich die Ummantelungen 5 unmittelbar aneinander angrenzender Windungen 16 des Schmelzleiters 1 berühren können, insbesondere vollflächig aneinander anliegen.
Bezugszeichenliste

1: Schmelzleiter
2: Sicherung
3: Schmelzdraht
4: äußere Mantelfläche von 3
5: Ummantelung
6: weitere Ummantelung
7: Durchmesser von 1
8: Durchmesser von 3
9: Schichtdicke von 5
10: Schichtdicke von 6
11: Sicherungsgehäuse
12: Wickelkörper
13: Stirnseite
14: Kontaktkappe
15: Dicke von 12
16: Windung
17: Abstand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN-Reihe 60127 [0020]
DIN EN IEC 60127 [0020]

Claims

Schmelzleiter (1) vorgesehen zur Verwendung für eine Sicherung (2), vorzugsweise für eine G-Sicherung, mit einem elektrisch leitfähigen Schmelzdraht (3), dadurch gekennzeichnet, dass eine zumindest bereichsweise, vorzugsweise vollständig, die äußere Mantelfläche (4) des Schmelzdrahts (3) umgebende, elektrisch isolierende und/oder elektrisch nicht-leitende Ummantelung (5) vorgesehen ist.
Schmelzleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (5) als Beschichtung, vorzugsweise als Lack, ausgebildet ist, insbesondere wobei die Beschichtung durch eine Lösung von Polymeren in einem, insbesondere kresolischen, Lösemittelgemisch gebildet ist und/oder wobei die Beschichtung als Material Harz, vorzugsweise in einem Lösemittelgemisch gelöst, aufweist, vorzugsweise unter Zugabe von Additiven und/oder einem Härtungskatalysator, und/oder wobei die Beschichtung als Material einen Kunststoff, vorzugsweise Polyurethan, aufweist und/oder als Polyimid-Lack ausgebildet ist.
Schmelzleiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (5) metallfrei ausgebildet ist und/oder dass die Ummantelung (5) als Silikonummantelung ausgebildet ist und/oder als Material einen Kunststoff und/oder Silikon aufweist und/oder daraus besteht.
Schmelzleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Ummantelung (5) einen Anteil an dem Gesamtmaterial des Schmelzleiters (1) zwischen 0,1 bis 25 Gew.-%, bevorzugt zwischen 1 bis 20 Gew.-%, weiter bevorzugt zwischen 5 bis 15 Gew.-%, aufweist.
Schmelzleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzdraht (3) eine den Schmelzdraht (3) zumindest bereichsweise umgebende weitere Ummantelung (6) aufweist, wobei die weitere Ummantelung (6) zwischen dem Schmelzdraht (3) und der Ummantelung (5) angeordnet ist, insbesondere wobei die weitere Ummantelung (6) als Material Metall, insbesondere eine Metalllegierung, vorzugsweise Zinn und/oder eine Zinnlegierung, aufweist.
Schmelzleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzdraht (3), die Ummantelung (5) und/oder die weitere Ummantelung (6) einen zumindest im Wesentlichen kreisförmigen Außenquerschnitt aufweisen.
Schmelzleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzleiter (1) einen Durchmesser (7) zwischen 1 µm bis 1000 µm, bevorzugt zwischen 10 µm bis 600 µm, weiter bevorzugt zwischen 15 µm bis 550 µm, aufweist und/oder dass der Schmelzdraht (3) einen Durchmesser (8) zwischen 1 µm bis 800 µm, bevorzugt zwischen 5 µm bis 500 µm, weiter bevorzugt zwischen 10 µm bis 400 µm, aufweist und/oder dass die Ummantelung (5) und/oder die weitere Ummantelung (6) eine Schichtdicke (9, 10) zwischen 0,01 µm bis 300 µm, bevorzugt zwischen 0,1 µm bis 200 µm, weiter bevorzugt zwischen 1 µm bis 150 µm, weiter bevorzugt weiter zwischen 1,5 µm bis 50 µm, aufweist.
Schmelzleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzdraht (3) als Material Metall, insbesondere eine Metalllegierung, aufweist, insbesondere wobei das Material Kupfer, Silber und/oder eine Kupferlegierung und/oder eine Silberlegierung aufweist.
Schmelzleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Material der weiteren Ummantelung (6) von dem Material des Schmelzdrahtes (3) unterscheidet, insbesondere wobei sich die Metalllegierungen der Materialien voneinander unterscheiden.
Sicherung (2), insbesondere G-Sicherung, mit einem äußeren Sicherungsgehäuse (11), wobei in dem Sicherungsgehäuse (11) wenigstens ein um einen, insbesondere elektrisch isolierenden, Wickelkörper (12) gewickelter Schmelzleiter (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche angeordnet ist.
Sicherung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungsgehäuse (11) an zwei Stirnseiten (13) zumindest teilweise offen ausgebildet ist, wobei stirnseitig an dem Sicherungsgehäuse (11) jeweils wenigstens eine zur elektrischen Kontaktierung ausgebildete Kontaktkappe (14) angeordnet ist.
Sicherung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet dass der, vorzugsweise zylinderförmige, Wickelkörper (12) als Glasfaserseele ausgebildet ist und/oder als Material wenigstens eine Glaserfaser aufweist und/oder daraus besteht, insbesondere wobei der Wickelkörper (12) eine Dicke (15) und/oder einen Durchmesser zwischen 0,01 bis 2 mm, bevorzugt zwischen 0,1 bis 1 mm, weiter bevorzugt zwischen 0,2 bis 0,7 mm, aufweist.
Sicherung nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (17) unmittelbar benachbarter Windungen (16) des um den Wickelkörper (12) gewickelten Schmelzleiters (1) geringer als 0,5 mm, bevorzugt geringer als 0,05 mm, weiter bevorzugt geringer als 0,01 mm, weiter bevorzugt weiter geringer als 0,001 mm, ausgebildet ist.