DE19523820A1 - Verfahren zur Stromunterbrechung in einer Sicherung und Aufbau der Sicherung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Unterbrechen eines elektrischen Stromes in einer Sicherung, die zum Schützen eines elektrischen Stromkreises in einem Kraftfahrzeug oder dergleichen verwendet wird, und betrifft auch den Aufbau einer solchen Sicherung. Mehr im einzelnen betrifft die Er­ findung ein Verfahren zum Unterbrechen eines elektrischen Stromes in einer Sicherung mit einstellbarer Schmelzbarkeit, welche einen Stromkreis definitiv unterbricht, wenn ein Ein­ schwingstrom auftritt, und betrifft auch den Aufbau einer solchen Sicherung.

Ein Schmelzeinsatz ist bisher verwendet worden als Sicherung zum Schützen eines elektrischen Stromkreises wie beispiels­ weise eines Motorlastkreises eines Kraftfahrzeugs, in welchem ein Einschwingstrom mit einer Stromdurchgangsrate von weniger als etwa 200% fließt. Dieser Schmelzeinsatz ist erforderlich, um effektiv zum Schützen eines Stromkreises zu funktionieren, wenn ein Stoßstrom mit einer Stromdurchgangsrate von mehr als 200% auftritt wie beispielsweise bei einem Vollkurzschluß. Und zwar kann der Bereich des Durchgangsstromes unterteilt werden in einen "Vollkurzschlußbereich", in welchem der Durchgangsstrom größer ist als ein Grenzwert (Stromdurch­ gangsrate von 200%), doppelt so groß wie der Nennwert, und einen "Rarkurzschlußbereich", in welchem der Durchgangsstrom niedriger ist als der Grenzwert. Es ist gewünscht worden, eine im Vollkurzschlußbereich sowie im Rarkurzschlußbereich wirksame Sicherung zu schaffen.

Genauer gesagt muß, wenn ein hoher Einschwingstrom wie bei einem Vollkurzschluß fließt, ein Stromkreis bestimmt unter­ brochen werden, bevor ein Schaden an dem Lastkreis, das Schmelzen eines an den Lastkreis angeschlossenen Zuführ­ drahtes, die Entstehung von Rauch und so weiter auftreten.

Zum Beispiel fließt beim Öffnen und Schließen eines Servofen­ sters eines Kraftfahrzeugs etwa 10 Sekunden lang ein Motor­ sperrstrom in einem mittleren Strombereich (in dem eine Stromdurchgangsrate unter 200% liegt). In diesem Fall ist es erforderlich, daß ein Stromkreis nicht unterbrochen wird, selbst wenn solch ein Motorsperrstrom häufig fließt.

Es ist eine Sicherung der beschriebenen Art mit abschaltver­ zögernden Kennwerten vorgeschlagen worden, wie offenbart in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung 5-16453.

Diese Sicherung 30 umfaßt ein Paar gegenüberliegende Verbin­ dungsabschnitte 34 und einen zwischen den beiden Verbindungs­ abschnitten 34 vorgesehenen Schmelzabschnitt 33, wobei der Schmelzabschnitt 33 einen Umfassungsabschnitt 32 aufweist, der ein Metallstück (metal chip) 31 festhält. Das Metallstück 31 wird gebildet durch Extrudieren von niedrigschmelzendem Metall in eine drahtförmige Gestalt und anschließendes Schneiden auf eine vorbestimmte Länge.

Ein Grundmaterial für den Schmelzabschnitt 33 ist eine Kup­ ferlegierung, wie sie für einen Leiter verwendet wird, und der Schmelzabschnitt 33 weist solch eine kleine Querschnitts­ fläche auf, daß er verzögerungsfrei durchtrennt werden kann, wenn ein hoher Strom durch ihn hindurchfließt. Das Metall­ stück 31 besteht aus Zinn mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als Kupfer und wird durch Stromzufuhr erhitzt zum Schmelzen, um in den Schmelzabschnitt 33 zu diffundieren und eine Legie­ rungsphase zu bilden. Daher wird in dem mittleren bis niedri­ gen Strombereich der Schmelzabschnitt 33 geschmolzen, damit er getrennt wird bei der Legierungsphase, die einen höheren Widerstand aufweist als die Kupferlegierung (Grundmaterial).

Die Zeit zum Schmelzen (melting or fusion) der Sicherung (die das niedrigschmelzende Metall wie beispielsweise Zinn und eine Zinnlegierung aufweist) durch den Durchgangsstrom vari­ iert entsprechend der Masse des Zinns. In der Sicherung die­ ser Art werden die Schmelzkennwerte bisher eingestellt durch Verändern der Abmessungen des massiven Metallstücks.

Jedoch wird in einem Prozeß zum Anfügen des Metallstücks an den Schmelzabschnitt der Sicherung ein Metallstückmaterial auf eine vorbestimmte Länge geschnitten, und dann wird das resultierende Metallstück an dem Schmelzabschnitt durch Fest­ klemmen befestigt, und daher ist die Steuerung der Abmessung des Stückes aus Zinn ziemlich schwierig. Und außerdem besteht ein weiteres Problem darin, daß mehrere Arten von Spannbacken vorgerichtet werden müssen, um verschiedenen äußeren Abmes­ sungen der Zinnstücke zu entsprechen.

Ein Ziel der Erfindung ist die Überwindung der obigen Pro­ bleme und mehr im einzelnen die Schaffung eines Verfahrens zum Unterbrechen eines elektrischen Stromes in einer Siche­ rung, in welcher unterschiedliche Schmelzkennwerte erzielt werden können mit der Verwendung von Metallstücken, die eine vorbestimmte äußere Abmessung aufweisen. Ein weiteres Ziel ist die Schaffung solch eines Sicherungsaufbaus.

Das genannte Ziel der Erfindung ist erreicht worden durch ein Verfahren zum Unterbrechen eines elektrischen Stromes in einer Sicherung, umfassend einen Schmelzabschnitt aus elek­ trisch leitendem Metall mit einem durch Schmelzen trennbaren Abschnitt, ein Metallstück aus niedrigschmelzendem Metall zum Absorbieren von in dem Schmelzabschnitt erzeugter Wärme, und einen Umfassungsabschnitt, der das Metallstück hält, wobei das Metallstück mit einem vorbestimmten Außendurchmesser, das einen Hohlraum aufweist, durch den Umfassungsabschnitt umfaßt wird; und durch Verändern des Volumens des Hohlraumes in dem Metallstück werden die Schmelzkennwerte des Schmelzabschnitts eingestellt.

Das genannte Ziel der Erfindung ist auch erreicht worden durch einen Sicherungsaufbau, umfassend einen Schmelzab­ schnitt aus elektrisch leitendem Metall mit einem durch Schmelzen trennbaren Abschnitt, ein Metallstück aus niedrig­ schmelzendem Metall zum Absorbieren von in dem Schmelzab­ schnitt erzeugter Wärme, und einen Umfassungsabschnitt, der das Metallstück hält, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall­ stück einen vorbestimmten Außendurchmesser aufweist und einen Hohlraum zum Einstellen von Schmelzkennwerten aufweist, und das Metallstück durch den Umfassungsabschnitt umfaßt wird.

Um das genannte Ziel effektiv zu erreichen, ist der Hohlraum vorzugsweise ein axial durch das Metallstück gebildetes Durchgangsloch, und die Schmelzkennwerte des Metallstücks werden vorzugsweise durch Verändern des Durchmessers des Hohlraumes eingestellt.

In dem Sicherungs-Stromunterbrechungsverfahren der Erfindung sowie dem Sicherungsaufbau der Erfindung wird das Metallstück mit dem vorbestimmten Außendurchmesser, das den Hohlraum auf­ weist, durch den Schmelzabschnitt umfaßt, und die Schmelz­ kennwerte des Schmelzabschnitts können eingestellt werden durch Einstellen des Volumens des Hohlraumes in dem Metall­ stück.

Das Metallstück mit dem vorbestimmten Außendurchmesser, das den Hohlraum zum Einstellen der Schmelzkennwerte aufweist, wird durch den Schmelzabschnitt umfaßt. Dieser Hohlraum ist definiert durch ein Durchgangsloch, das axial durch das Me­ tallstück gebildet ist, und durch Verändern des Durchmessers des Durchgangsloches können die Schmelzkennwerte des Metall­ stücks eingestellt werden.

Bei dieser Konstruktion dient das Metallstück aus niedrig­ schmelzendem Metall als wärmeabsorbierendes Glied, und in einem Hochstrombereich wird die Schmelzzeit verkürzt (Flinkdurchbrennkennwert), wenn das den Hohlraum definierende Durchgangsloch einen großen Durchmesser aufweist, so daß das Metallstück eine verminderte Masse aufweist.

In einem mittleren bis niedrigen Strombereich wird, wenn das den Hohlraum definierende Durchgangsloch einen großen Durch­ messer aufweist, so daß das Metallstück eine verminderte Masse aufweist, die Bildung einer angemessenen Legierungs­ phase als Ergebnis einer Diffusion des Metallstücks aus nied­ rigschmelzendem Metall in den Schmelzabschnitt aus hoch­ schmelzendem Metall verzögert, und die Schmelzzeit des Schmelzabschnitts wird verlängert (Flinkdurchbrennkennwert).

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Explosionsansicht einer bevor­ zugten Ausführungsform einer Sicherung der Erfin­ dung;

Fig. 2 des Abschnitts der Sicherung von Fig. 1, der ein Metallstück enthält;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Metallstücks, das einen Hohlraum aufweist;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines abgewandelten Metallstücks, das einen Hohlraum aufweist;

Fig. 5 eine abgewickelte Ansicht eines Schmelzabschnitts der Sicherung;

Fig. 6 ein Diagramm der Schmelzkennlinien von Sicherungen; und

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Sicherung.

Ein Verfahren zum Unterbrechen eines elektrischen Stromes in einer Sicherung gemäß der Erfindung sowie eine Sicherungsauf­ bau der Erfindung werden nun anhand der Fig. 1 bis 6 be­ schrieben.

Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt die Sicherung 1 dieser Ausfüh­ rungsform einen relativ langen Schmelzabschnitt 4 aus schmelzbarem Metall, der eine relativ schmale Querschnitts­ fläche aufweist. Der Schmelzabschnitt 4 umfaßt einen Umfas­ sungsabschnitt 2, der ein Metallstück (metal chip) 3 aus niedrigschmelzendem Metall festhält, und Strahlungsplattenab­ schnitte 5, wobei das Metallstück 3 einen Hohlraum oder eine Bohrung aufweist.

Die Sicherung 1 dieses Aufbaus wird in ein Gehäuse 10 aus Harz eingesetzt, und ein transparenter Deckel 9 wird an das Gehäuse angefügt. Der Zustand der Sicherung 1 kann durch den Deckel 9 beobachtet werden.

Wie in Fig. 2 gezeigt, erstreckt sich der Umfassungsab­ schnitt 2 von gegenüberliegenden Seiten in eine zylindrische Gestalt um das Metallstück 3 herum (das den Hohlraum 3A auf­ weist), um das Metallstück 3 zu umfassen. Das Metallstück 3 wird auf einen Mittelabschnitt des zu einer flachen Gestalt abgewickelten Umfassungsabschnitts 2 aufgelegt, und dann wird der Umfassungsabschnitt 2 deformiert, um das Metallstück 3 zu umfassen oder einzuklemmen, wird unten beschrieben. Infolge dieses Einklemmens wird eine Kontaktfläche 2A zwischen dem Metallstück 3 und dem Umfassungsabschnitt 2 gebildet. Ein elektrischer Strom fließt durch diese Kontaktfläche 2A in das Metallstück 3 hinein, und es wird auch Wärme durch diese Kon­ taktfläche 2A in das Metallstück 3 übertragen. Obwohl die Strahlungsplattenabschnitte 5 in der dargestellten Ausfüh­ rungsform vorgesehen sind, kann das Vorsehen dieser Strah­ lungsplattenabschnitte 5 entfallen.

In dieser Ausführungsform weist das Metallstück 3 in Fig. 3 die Form eines hohlen, zylindrischen Metallstückes auf, das aus niedrigschmelzendem Metall wie beispielsweise Zinn oder einer Zinnlegierung besteht. Das Metallstück 3 weist eine vorbestimmte äußere Abmessung oder einen Durchmesser D auf, und ein axial durch das Metallstück 3 gebildeter Hohlraum oder eine Bohrung 3A des Metallstücks 3 weist einen relativ kleinen Durchmesser X1 auf. Die Größe der Verminderung der Masse des Metallstücks 3 als Ergebnis der Bildung des Hohl­ raumes 3A ist relativ klein, so daß die Masse des Metall­ stücks 3 relativ groß ist.

Ein abgewandeltes Metallstück 3, das in Fig. 4 gezeigt ist, weist die vorbestimmte äußere Abmessung oder den Durchmesser D auf, und ein Hohlraum 3B weist einen relativ großen Durch­ messer X2 auf. Daher ist die Größe der Verminderung der Masse dieses Metallstücks 3 als Ergebnis der Bildung des Hohlraumes 3B ist relativ groß, so daß die Masse des Metallstücks 3 re­ lativ klein ist.

Obwohl in dieser Ausführungsform die Metallstücke der Siche­ rung der Erfindung eine zylindrische Gestalt aufweisen, sind sie nicht auf eine zylindrische Gestalt beschränkt und können eine polygonale Gestalt aufweisen, beispielsweise eine drei­ eckige und eine quadratische Gestalt.

In Fig. 5, die eine abgewickelte Ansicht des Schmelzab­ schnitts 4 dieser Ausführungsform zeigt, weist der Schmelzab­ schnitt 4 den Umfassungsabschnitt 2 zum Umfassen des Metall­ stücks 3 auf, wie oben beschrieben. Da die Metallstücke die vorbestimmte äußere Abmessung aufweisen, weist der Umfas­ sungsabschnitt 2 eine vorbestimmte Länge L auf. Daher braucht nur eine Art von Spannbacke für den Umfassungsvorgang vorbe­ reitet zu werden, und es besteht also keine Notwendigkeit, eine Mehrzahl solcher Spannbacken vorzurichten. Daher können die Sicherungen kostengünstiger hergestellt werden.

Wie in Fig. 6 bezüglich der Schmelzkennlinien der Erfindung gezeigt, ist der Bereich des Durchgangsstromes unterteilt in einen "Hochstrombereich" Z2, in welchem der Durchgangsstrom größer ist als ein Grenzwert (Stromdurchgangsrate von 200%), und einen "mittleren bis niedrigen Strombereich" Z1, in wel­ chem der Durchgangsstrom niedriger ist als der Grenzwert. Das Metallstück aus niedrigschmelzendem Metall dient als wärmeab­ sorbierendes Glied, und in dem Hochstrombereich Z2 weist das Metallstück eine verminderte Masse auf, wenn der Hohlraum in dem Metallstück den großen Durchmesser X2 aufweist, so daß die Schmelzzeit verkürzt ist, wie durch eine Kennlinie 23 an­ gezeigt. Und zwar kann durch Vergrößern des Volumens des Hohlraumes die Flinkdurchbrennkennwert gefördert werden.

In dem mittleren bis niedrigen Strombereich Z1 weist das Me­ tallstück eine verminderte Masse auf, wenn der Hohlraum einen großen Durchmesser aufweist, so daß die Bildung einer Legie­ rungsphase infolge der Diffusion des Metallstücks aus nied­ rigschmelzendem Metall in den Schmelzabschnitt von hoch­ schmelzendem Metall verlangsamt wird. Infolgedessen wird die Schmelzzeit des Schmelzabschnitts verlangsamt. Und zwar kann durch Vergrößern des Volumens des Hohlraumes der Trägedurch­ brennkennwert verzögert werden.

In der Sicherung der Erfindung können also wegen des Vorse­ hens des Hohlraumes die Schmelzkennwerte verbessert werden im Vergleich zu der herkömmlichen Sicherung (deren Schmelzkenn­ werte durch die Kennlinie 21 wiedergegeben sind), die das massive Metallstück aus niedrigschmelzendem Metall umfaßt. Das Volumen des Hohlraumes wird angepaßt durch Verändern des Durchmessers der Bohrung (oder des Durchgangsloches), welche den Hohlraum definiert, und daher können also die Schmelz­ kennwerte leicht eingestellt werden.

In dem mittleren bis niedrigen Strombereich Z1 wird die Masse des Metallstücks vermindert durch Vergrößern des Durchmessers des Hohlraumes, so daß die Zeit des Schmelzens des Schmelzabschnitts verlängert wird, wodurch der Trägedurch­ brennkennwert eingestellt wird.

In dem Hochstrombereich Z2 wird durch Einstellen der Masse des Metallstücks die Schmelzzeit des Schmelzabschnitts ver­ kürzt, um dadurch der Flinkdurchbrennkennwert einzustellen.

Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung

Wie oben beschrieben, wird in dem Schmelzstromunterbrechungs­ verfahren der Erfindung sowie dem Sicherungsaufbau der Erfin­ dung das Metallstück mit dem vorbestimmten Außendurchmesser, das den Hohlraum aufweist, durch den Schmelzabschnitt umfaßt, und durch Verstellen des Volumens des Hohlraumes in dem Me­ tallstück können die Schmelzkennwerte des Schmelzabschnitts eingestellt werden.

Das Metallstück mit dem vorbestimmten Außendurchmesser, das den Hohlraum zum Einstellen der Schmelzkennwerte aufweist, wird durch den Schmelzabschnitt umfaßt. Der Hohlraum ist das Durchgangsloch, das axial durch das Metallstück hindurch ge­ bildet ist, und durch Verändern des Durchmessers des Durch­ gangsloches können die Schmelzkennwerte des Metallstücks ver­ stellt werden.

Mit dieser Anordnung kann die Schmelzzeit definitiv verkürzt werden in dem Hochstrombereich (das heißt, in dem Vollkurz­ schlußbereich) und kann auch definitiv verlängert werden in dem mittleren bis niedrigen Strombereich (das heißt, in dem Rarkurzschlußbereich).

Und außerdem kann die Sicherung, da die Metallstücke den vor­ bestimmten Außendurchmesser aufweisen, durch lediglich eine Art von Spannbacke bearbeitet werden, und daher können die Herstellkosten vermindert werden.

Claims (5)

1. Sicherung, gekennzeichnet durch einen Schmelzabschnitt (4) aus elektrisch leitendem Me­ tall, der einen durch Schmelzen trennbaren Abschnitt auf­ weist,
ein Metallstück (3) aus niedrigschmelzendem Metall zum Ab­ sorbieren von in dem Schmelzabschnitt (4) erzeugter Wärme, das einen Hohlraum (3A, 3B) zum Einstellen von Schmelzkennwer­ ten aufweist, wobei das Metallstück (3) durch den Schmelzab­ schnitt (4) umfaßt wird,
und einen Umfassungsabschnitt (2), der das Metallstück (3) hält.

2. Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (3A, 3B) ein Durchgangsloch umfaßt, das axial durch das Metallstück (3) hindurch gebildet ist.

3. Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzkennwerte des Metallstücks (3) durch Verändern des Durchmessers des Hohlraumes (3A, 3B) eingestellt werden.

4. Sicherung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzkennwerte des Metallstücks (3) durch Verändern des Durchmessers des Hohlraumes (3A, 3B) eingestellt werden.

5. Sicherung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens eine Strahlungsplatte (5), die in der Nachbar­ schaft des Schmelzabschnitts (4) vorgesehen ist.