DE1299356B

DE1299356B - Sicherungselement

Info

Publication number: DE1299356B
Application number: DEL42288A
Authority: DE
Inventors: Stumpe August Christian; Dr Phil Karl; Steimel
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1962-06-22
Filing date: 1962-06-22
Publication date: 1969-07-17
Also published as: SE313363B; AT249779B; NL294395A; GB1029395A; US3256408A; CH410137A

Description

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Der Einsatz hochempfindlicher elektrischer Geräte Die Erfindung betrifft ein Sicherungselement, das

und Bauelemente macht es in der Technik häufig er- die Vorteile von Schmelzsicherung und Kurzschließei forderlich, daß gegen eine unzulässige strommäßige vereinigt, ohne dabei deren Nachteile aufzuweisen.
Überlastung schaltungstechnische Schutzvorkehrungen Die Erfindung bezieht sich auf ein Sicherungsele-

getroffen werden. Insbesondere Halbleiterbauele- 5 ment zum Schütze von empfindlichen elektrischen mente sind wegen der geringen Wärmekapazität des Bauelementen, vorzugsweise von Halbleiterbauele-Halbleitermaterials empfindlich gegen Überlastungen /menten, mit mindestens einem Schmelzleiter, zwei mit und bedürfen deshalb sehr schnell ansprechender / dem Schmelzleiter verbundenen stromführenden Schutzeinrichtungen. / Hauptelektroden und mindestens einer den Schmelz-

Bisher bekannte schnell ansprechende Schutzein- io leiter nicht berührenden Hilfselektrode. Die Erfinrichtungen sind beispielsweise überflinke Schmelz- dung besteht dabei darin, daß der Schmelzleiter eine sicherungen. Schmelzsicherungen der bekannten Art oder mehrere Engstellen mit unterschiedlicher Abweisen aber den Nachteil auf, daß nach Ansprechen Schmelzcharakteristik aufweist, daß eine oder meh- und Abschmelzen des Schmelzleiters zwirnen den rere Hilfselektroden an der Stelle, an der der Schmelzverbleibenden Teilen des Schmelzleiter^·" ein Licht- 15 leiter seine empfindlichste Engstelle hat, angeordnet bogen entsteht, der den Strom so lange weiterführt, sind und daß die Hilfselektroden den Lichtbogen von bis die zu Beginn des Lichtbogens in-Üen Induktivi- dem durchzubrennenden Schmelzleiter so übertäten des Stromkreises gespeicherte^ Energie in den nehmen, daß der Lichtbogen nur zwischen dem Wirkwiderständen des Kreises uiid im Lichtbogen Schmelzleiter und der Hilfselektrode weiterbrennt selbst in Wärme umgesetzt ist. Hinzu kommt, daß die 20 und dadurch die andere Hauptelektrode, an der das Betriebsspannungsquelle auch/während dieses Vor- zu schützende Bauelement angeschlossen ist, stromganges Energie in den Stromkreis liefert und dadurch frei macht,
die Stromführungsdauer des Lichtbogens verlängert. Es ist bereits eine Schmelzsicherung bekannt

Bei hohen Überstroniwerten und damit verbun- (deutsche Auslegeschrift 1092547), bei der nach denen kurzen Abschmelzzeiten des Schmelzleiters 25 Durchschmelzen des Schmelzleiters der an den als der Sicherung kann-die Zeitdauer, während der der Kappen ausgebildeten Hauptelektroden entstehende Lichtbogen den Überstrom weiterführt, die Dauer der Lichtbogen durch eine Hilfselektrode aufgeteilt wird. Abschmelzzeit oder sogar ein Vielfaches davon er- Durch die besondere Form der Hilfselektroden reichen. Für das Abschmelzen des Schmelzleiters ist werden die beiden Teillichtbogen auf die Ausblasedas der Wärmeentwicklung proportionale, sogenannte 30 öffnungen der Hauptelektroden kommutiert. Dort Schmelzint^gral $i₂dt maßgebend. Dieses Schmelz- werden die Lichtbogen durch das aus der Löschintegral ist im Bereich hoher Überströme und kurzer kammer ausströmende Drucklöschmittel ausgeblasen. Abschnielzzeiten nahezu konstant. Der gesamte von Die Hilfselektroden haben nur die Funktion, den der Sicherung durchgelassene Wert des Integrals über Lichtbogen aufzuteilen und vor die Ausblaseöffnung der/ Quadrat des Überstromes wächst jedoch auf 35 zu kommutieren. Der Strom durch die Sicherung, der Grund der vom Lichtbogen verlängerten Stromfüh- bis zur Löschung des Lichtbogens fließt, wird aus-/iungsdauer der Sicherung mit höheren Überströmen schließlich über die Hauptelektroden geleitet. Das ist / beträchtlich an. Da für die zulässige Strombelastbar- beim Erfindungsgegenstand gerade vermieden.
/ keit von empfindlichen elektrischen Bauelementen An Hand der in der Figur aufgezeigten prinzipiellen

und Einrichtungen, insbesondere von Halbleiterbau- 40 Darstellung wird sowohl der Aufbau als auch die elementen, bei sehr kurzer Überstromdauer ähnlich Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes dargestellt wie für das Abschmelzen des Schmelzleiters ein nahe- und erläutert.

zu konstanter Wert des zeitlichen Integrals über dem Die Figur zeigt den prinzipiellen Aufbau des erQuadrat des Belastungsüberstromes gilt, können diese findungsmäßigen Sicherungselementes mit den beiden im Bereich hoher Kurzschlußströme nicht mehr 45 durch den Schmelzleiter 2 verbundenen Elektroden 1 sicher geschützt werden. und 3 und einer räumlich dem Schmelzleiter zuge-

Durch eine besonders hohe, in der Sicherung zu- ordneten Hilfselektrode 4.

gelassene Lichtbogenspannung könnte die Brenndauer Der Schmelzleiter 2 wird mittels der beiden Elek-

des Lichtbogens zwar verkürzt werden, jedoch sind troden 1 und 3 in Reihe zu dem zu schützenden elekder Höhe der Lichtbogenspannung Grenzen durch 5° irischen Bauelement bzw. in Reihe zu der zu die spannungsmäßige Belastbarkeit eventuell parallel- schützenden Einrichtung in den Stromkreis geschalgeschalteter elektrischer Geräte gesetzt. tet. Die Hilfselektrode 4 wird mit dem vom Schmelz-

Eine weitere in der Technik bekannte Maßnahme leiter abgewandten Anschluß des zu schützenden zum Schütze von empfindlichen elektrischen Bauele- Elementes in der Weise verbunden, daß die aus menten und Einrichtungen, wie auch zum Schütze 55 Schmelzleiter, zu schützendem Bauelement und Hilfsvon Halbleiterbauelementen, besteht darin, daß im elektrode sowie den zugehörigen Verbindungsleitun-Störungsfall das zu schützende Bauelement oder die gen bestehende Leiterschleife eine möglichst niedrige Betriebsspannungsquelle durch einen mechanischen Induktivität aufweist. Bei auftretendem Überstrom Kontakt, einen sogenannten Kurzschließer, über- spricht der Schmelzleiter 2 an und schmilzt ab, so brückt wird, so daß der Überstrom in den durch den 60 daß zwischen den beiden Elektroden 1 und 3 bzw. Kurzschließer gebildeten Nebenweg kommutiert wird. zwischen den Enden der verbleibenden Schmelzleiter-Dadurch wird auch eine spannungsmäßige Über- teile ein Lichtbogen entsteht.

lastung eventuell parallelgeschalteter Bauelemente Auf Grund der an den Elektroden 1 und 3 und der

vermieden. an der Hilfselektrode 4 auftretenden verschiedenen

Diese Kurzschließer sind jedoch in ihrem An- 65 Potentiale und der dadurch hervorgerufenen Kräfte sprechverhalten träger als Schmelzsicherungen und wird ein Kommutieren des Lichtbogens auf die Hilfserfordern außerdem zu ihrer Betätigung einen großen elektrode 4 bewirkt,
schaltungstechnischen Aufwand. Da die aus der dem zu schützenden Bauelement

zugeordneten Elektrode, beispielsweise Elektrode 3, dem zu schützenden Bauelement selbst und der Hilfselektrode 9 sowie den zugehörigen Verbindungsleitungen bestehende Leiterschleife nur eine sehr geringe Induktivität aufweist und damit in dieser Leiterschleife nur sehr wenig elektrische Energie gespeichert sein kann, verlöscht der Lichtbogen zwischen der dem zu schützenden elektrischen Bauelement zugewandten Elektrode und der Hilfselektrode 4 praktisch augenblicklich mit der Kommutierung. Damit ist bereits der Stromkreis mit dem zu schützenden Bauelement unterbrochen und der Überstrom über die Hilfselektrode 4 in den Parallelstromkreis kommutiert. Zwischen der dem zu schützenden elektrischen Bauelement abgewandten Elektrode, beispielsweise Elektrode 1 und der Hilfselektrode bleibt der Lichtbogen so lange bestehen, bis die zur Aufrechterhaltung des Lichtbogens notwendige Spannung unterschritten wird.

Ein besonders definiertes Ansprechen des Schmelzleiters und damit Abschmelzen kann dadurch erzielt ao werden, daß am Schmelzleiter eine oder mehrere Engstellen ausgebildet sind. In für die Kommutierung des Lichtbogens besonders vorteilhafter Weise können eine oder mehrere Hilfselektroden einer oder mehreren Engstellen räumlich zugeordnet werden, as Des weiteren hat es sich als günstig erwiesen, den Schmelzleiter mit Engstellen unterschiedlicher Abschmelzcharakteristik zu versehen, wobei sich wiederum eine überaus vorteilhafte Kommutierung des Lichtbogens und damit des Überstromes erzielen läßt, wenn die Hilfselektrode oder die Hilfselektroden der Engstelle mit dem kleinsten Querschnitt zugeordnet sind.

Um ein möglichst schnelles Löschen des bereits kommutierten Lichtbogens zu erreichen, kann der Schmelzleiter mit Ausnahme des der oder den Hilfselektroden zugeordneten Schmelzleiterteiles in Sand oder einem ähnlichen temperaturbeständigen isolierenden Material eingebettet werden.

Wird der Schmelzleiter so ausgebildet, daß er zwei parallel verlaufende Engstellen aufweist, zwischen denen eine oder mehrere Hilfselekroden angeordnet sind, so bewirken die durch den Stromfluß auftretenden magnetischen Kräfte eine besondere schnelle Kommutierung der beiden beim Abschmelzen beider Engstellen auftretenden Lichtbogen.

Jede auftretende Auslenkung des beim Ansprechen des Schmelzleiters auftretenden Lichtbogens kann in günstiger Weise zur Kommutierung des Lichtbogens ausgenutzt werden, wenn die Hilfselektrode den Schmelzleiter ring- oder zylinderförmig umgibt.

Claims

Patentansprüche:

1. Sicherungselement zum Schutz von empfindlichen elektrischen Bauelementen, vorzugsweise von Halbleiterbauelementen, mit mindestens einem Schmelzleiter, zwei mit dem Schmelzleiter verbundenen stromführenden Hauptelektroden und mindestens einer den Schmelzleiter nicht berührenden Hilfselektrode, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzleiter (2) eine oder mehrere Engstellen mit unterschiedlicher Abschmelzcharakteristik aufweist, daß eine oder mehrere Hilfselektroden (4) an der Stelle, an der der Schmelzleiter (2) seine empfindlichste Engstelle hat, angeordnet sind und daß die Hilfselektroden (4) den Lichtbogen von dem durchbrennenden Schmelzleiter (2) so übernehmen, daß der Lichtbogen nur zwischen dem Schmelzleiter (2) und der Hilfselektrode (4) weiterbrennt und dadurch die andere Hauptelektrode (1, 3), an der das zu schützende Bauelement angeschlossen ist, stromfrei macht.

2. Sicherungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelztiegel (2) mit Ausnahme des der oder den Hilfselektroden (4) zugeordneten Teiles in Sand oder einem ähnlich temperaturbeständigen, isolierenden Material eingebettet ist.

3. Sicherungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektroden (4) räumlich zwischen zwei parallelgeschalteten Engstellen des Schmelzleiters (2) angeordnet sind.

4. Sicherungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Hilfselektroden (4) den Schmelzleiter (2) ring- oder zylinderförmig umgeben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen