DE19928713A1

DE19928713A1 - Active fuse element has melting conductor and chemical reaction container connected together and in form of integrated fuse element

Info

Publication number: DE19928713A1
Application number: DE1999128713
Authority: DE
Inventors: Rainer Maeckel; Thomas Schulz
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Daimler AG
Priority date: 1999-06-23
Filing date: 1999-06-23
Publication date: 2001-01-04
Anticipated expiration: 2019-06-24
Also published as: DE19928713C2

Abstract

The active fuse element has a melting conductor (1) with a closed heat-resistant reaction container (2) containing an ignitable chemical mixture that can be ignited by an igniter (4) via electrical leads (5). The melting conductor and the reaction container are connected together and take the form of an integrated fuse element.

Description

Die Erfindung betrifft ein Erzeugnis nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs.The invention relates to a product according to the preamble of the independent claim.

Insbesondere in Kraftfahrzeugen werden zur Absicherung von elektrischen Leitungen Schmelzsicherungen eingesetzt. Schmelzsicherungen haben den Nachteil, daß sie eine gewis se Trägheit im Auslöseverhalten haben. Bei einem Überstrom von 35% gegenüber dem no minalen Auslösestrom der Sicherung kann es bis zu einer halben Stunde dauern, bis eine Schmelzsicherung tätsächlich auslöst. Bei einem Überstrom von 250%, der dem 3,5-fachen nominalen Auslösestrom der Schmelzsicherung entspricht, kann es noch 5 Sekunden bis zur Auslösung der Schmelzsicherung dauern. Bei Sicherungswerten mit hohen nominalen Auslö sestromwerten entseht daher das Problem, daß der tatsächliche Auslösestrom wesentlich hö her sein muß. Für eine Schmelzsicherung mit einem nominalen Auslösestrom von 250 A be deuted dies, daß bei einem Überstrom von 250% ein tatsächlicher Auslösestrom von 875 A fließen muß. Bei einem Kurzschluß mehrerer Leitungen, insbesondere in einem Fahrzeug bei oder nach einem Unfall, kann daher nicht sichergestellt werden, daß die Fahrzeugbatterie überhaupt einen ausreichend großen Strom zum Auslösen einer Schmelzsicherung zur Verfü gung stellen kann.Especially in motor vehicles are used to protect electrical lines Fuses are used. Fuses have the disadvantage that they are certain have inertia in tripping behavior. With an overcurrent of 35% compared to the no minimum fuse tripping current, it can take up to half an hour for one Fuse actually triggers. With an overcurrent of 250%, 3.5 times corresponds to the nominal tripping current of the fuse, it can still take 5 seconds to The fuse must be triggered. For fuse values with high nominal tripping Current values therefore have the problem that the actual tripping current is considerably higher must be here. For a fuse with a nominal tripping current of 250 A this means that with an overcurrent of 250% an actual trip current of 875 A must flow. In the event of a short circuit of several lines, especially in a vehicle or after an accident, it can therefore not be guaranteed that the vehicle battery a sufficiently large current at all to trigger a fuse can provide.

Aus diesem Grund werden aktive Sicherungselemente eingesetzt. Bei diesen aktiven Siche rungselementen wird mit Hilfe einer exothermen chemischen Reaktion eine große Energie menge freigesetzt. Diese Energiemenge ermöglicht ein Durchschmelzen eines Leiters an ei ner definierten Stelle. Nachteil derartiger Sicherungen ist, daß während oder unmittelbar nach der exothermen Reaktion Reaktionsmaterialien oder Teile des geschmolzenen Leiters unkon trolliert in der Umgebung der Sicherung umherfliegen. Dies kann zu Beschädigungen umlie gender Elektroniken oder anderer Sicherungen führen.For this reason, active safety elements are used. With this active security With the help of an exothermic chemical reaction, elements become large energy released a lot. This amount of energy enables a conductor to melt through an egg a defined position. The disadvantage of such backups is that during or immediately after the exothermic reaction Reaction materials or parts of the molten conductor uncon flying around in the vicinity of the fuse. This can cause damage electronics or other fuses.

Erfindungsgemäße Aufgabe ist es daher, eine aktive Sicherung auf der Basis einer exother men Reaktion zu verbessern. Die chemische Reaktion soll möglichst gut gekapselt innerhalb eines elektrisch isolierenden thermisch gut leitenden Materials ablaufen. Dabei soll der Aus tritt von Reaktionmaterial vermieden werden.The object of the invention is therefore to provide an active fuse based on an exothermic men to improve response. The chemical reaction should be encapsulated as well as possible of an electrically insulating, thermally highly conductive material. The end should occurs from reaction material to be avoided.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des un abhängigen Anspruchs. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen enthalten.According to the invention this object is achieved by the characterizing features of the un dependent claim. Further advantageous embodiments are in the subclaims contain.

Die Erfindung baut darauf auf, einen Schmelzleiter mit einem geschlossenen hitzebeständi gen Reaktionsbehälter zu verbinden und als integriertes Sicherungselement auszugestalten, wobei der Reaktionsbehälter ein zündfähiges chemisches Gemisch enthält. Die chemische Reaktion wird im Reaktionsbehälter gekapselt und läuft vollständig innerhalb des Behältnis ses ab, so daß keine Reaktionsmaterialien in die Umgebung entweichen. Die Wandung des Reaktionsbehälters ist aus einem hitzebeständigen thermisch gut leitenden Material und ist mit einem Schmelzleiter in gutem thermischen Kontakt, damit ein hoher Wärmeübergang von dem Reaktionsbehälter auf den Schmelzleiter gewährleistet ist. Die exotherme Reaktion im Innern des Reaktionsbehälters wird durch einen Zünder ausgelöst. Durch die hohe Wärme leitfähigkeit des Reaktionsbehälters wird die bei der exothermen Reaktion freigesetzte Energie auf den Schmelzleiter übertragen und schmilzt diesen an der Kontaktfläche zum Reaktions gehäuse durch.The invention is based on a fuse element with a closed heat-resistant connect the reaction vessel and design it as an integrated safety element, wherein the reaction container contains an ignitable chemical mixture. The chemical The reaction is encapsulated in the reaction container and runs completely inside the container ses so that no reaction materials escape into the environment. The wall of the Reaction container is made of a heat-resistant and thermally highly conductive material with a fusible conductor in good thermal contact, so that a high heat transfer from the reaction vessel on the fuse element is guaranteed. The exothermic reaction in The inside of the reaction container is triggered by an igniter. Because of the high heat The conductivity of the reaction vessel becomes the energy released during the exothermic reaction transferred to the fuse element and melts it at the contact surface to the reaction housing by.

Der mit der Erfindung hauptsächlich erzielte Vorteil wird darin gesehen, daß ein Entweichen von heißen und agressiven Reaktionsmaterialien in die Umgebung vermieden wird. Hier durch unterbleiben unerwünschte Beschädigungen von z. B. in der Umgebung angeordneten Elektroniken. Ein weiterer erfindungsgemäßer Vorteil ist darin zu sehen, daß zur Auslösung der Sicherung über den Zünder eine relativ geringe Energiemenge notwendig ist, so daß ins besondere in Kraftfahrzeugen auch bei einem Unfall das sichere Auslösen der erfindungsge mäßen Sicherungselementes gewährleistet ist. The main advantage achieved with the invention is seen in that escape from hot and aggressive reaction materials into the environment is avoided. Here by preventing unwanted damage from e.g. B. arranged in the area Electronics. Another advantage of the invention is the fact that for triggering the fuse via the igniter requires a relatively small amount of energy, so that ins especially in motor vehicles, even in an accident, the safe triggering of the erfindungsge moderate security element is guaranteed.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen darge stellt und näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention is illustrated below with reference to drawings provides and explained in more detail. Show it:

Fig. 1 Eine schematische Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform des erfindungs gemäßen Sicherungselementes Fig. 1 is a schematic sectional view of a first embodiment of the fuse element according to the Invention

Fig. 2 Eine schematische Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform des erfindungs gemäßen Sicherungselementes Fig. 2 is a schematic sectional view of a second embodiment of the fuse element according to the Invention

Fig. 3 Eine schematische Schnittdarstellung einer dritten Ausführungsform des erfindungs gemäßen Sicherungselementes mit einer Metallfolie zwischen Schmelzleiter und Ke ramikgehäuse Fig. 3 is a schematic sectional view of a third embodiment of the fuse element according to the Invention with a metal foil between the fuse element and ceramic housing

Fig. 4 Eine schematische Schnittdarstellung einer vierten Ausführungsform des erfindungs gemäßen Sicherungselementes mit einem speziell ausgeformten Schmelzleiter Fig. 4 is a schematic sectional view of a fourth embodiment of the fuse element according to the Invention with a specially shaped fuse element

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sicherungselementes. Ein elek trischer Schmelzleiter steht in thermischen Kontakt mit mindestens einer Wandseite eines geschlossenen Reaktionsbehälters 2. Die Wandung des Reaktionsbehälters besteht vorzugs weise aus einer die Wärme gut leitenden Keramik oder Keramikverbindung. Im Reaktionsbe hälter ist ein zündfähiges Gemisch 3 enthalten, daß nach der Zündung exotherm reagiert. Vorzugsweise ist der Reaktionsbehälter mit an sich bekanntem Thermit gefüllt. Das zündfä hige Gemisch 3 wird im Sicherungsfall mit einem elektrisch ansteuerbaren Zünder 4 gezün det. Der Zünder 4 befindet sich innerhalb des Reaktionsbehälters 2 und ist über Zuleitungen 5, die durch eine Wand des Reaktionsbehälters 2 durchgeführt werden, von außen ansteuerbar und damit zündbar. Fig. 1 shows an embodiment of the fuse element according to the invention. An electrical fuse element is in thermal contact with at least one wall side of a closed reaction container 2 . The wall of the reaction vessel is preferably made of a heat or good ceramic or ceramic compound. In the reaction container, an ignitable mixture 3 is contained, which reacts exothermically after the ignition. The reaction vessel is preferably filled with thermite known per se. The ignitable mixture 3 is ignited in the event of a fuse with an electrically controllable igniter 4 . The igniter 4 is located inside the reaction container 2 and can be controlled from outside and thus ignited via feed lines 5 which are passed through a wall of the reaction container 2 .

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sicherungselementes. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 im wesentlichen durch eine spezielle geometrische Gestaltung des Reaktionsbehälters 2. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 hat die dem Schmelzleiter 1 zugewandte Behälterwand 7 eine gegenüber den übrigen Behälterwänden verminderte Wandstärke. Hierdurch wird mit Vorteil der Wärmeübergang auf den Schmelzleiter verbessert. Fig. 2 shows another embodiment of the security element according to the invention. This exemplary embodiment differs from the exemplary embodiment according to FIG. 1 essentially by a special geometric design of the reaction container 2 . In the exemplary embodiment according to FIG. 2, the container wall 7 facing the fusible conductor 1 has a reduced wall thickness compared to the other container walls. This advantageously improves the heat transfer to the fuse element.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sicherungselementes. In diesem Ausführungsbeispiel ist die dem Schmelzleiter zugewandte Wand 6 des geschlosse nen Reaktionsbehälters in Metall oder in einer metallischen Verbindung ausgeführt. Vor zugsweise besteht die Wand 6 aus Kupfer. Dadurch wird mit Vorteil der Wärmeübergang aus dem Inneren des Reaktionsbehälters auf den Schmelzleiter verbessert. Fig. 3 shows a further embodiment of the securing element according to the invention. In this embodiment, the fusible conductor wall 6 of the closed reaction vessel is made of metal or a metallic compound. Before preferably the wall 6 is made of copper. This advantageously improves the heat transfer from the inside of the reaction container to the fuse element.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sicherungselementes, bei der der Schmelzleiter 1 über speziell ausgebildete Bereiche 8 verfügt. Die Bereiche 8 des Schmelzleiters 1 sind mit dem Reaktionsbehälter 2 in thermischem Kontakt. Im Bereich 8 weist der Schmelzleiter einen verringerten Querschnitt auf, der als Sollbruchstelle ausgebildet ist. Bei Zündung des exothermen Gemischs 3 wird sich der Bereich 8 durch den thermischen Kontakt mit der Wand des Reaktionbehälters erwärmen. Die für die Trennung des Schmelz leiters benötigte Wärmemenge ist umso geringer je geringer der Querschnitt des Schmelzlei ters ist. Der Schmelzleiter wird sich also an der Stelle des geringsten Querschnitts durchtren nen, so daß der Bereich 8 mit dem verringerten Querschnitt als Sollbruchstelle wirkt. FIG. 4 shows a further embodiment of the fuse element according to the invention, in which the fuse element 1 has specially designed regions 8 . The areas 8 of the fusible conductor 1 are in thermal contact with the reaction vessel 2 . In area 8 , the fuse element has a reduced cross section, which is designed as a predetermined breaking point. When the exothermic mixture 3 is ignited, the region 8 will heat up due to the thermal contact with the wall of the reaction container. The amount of heat required for the separation of the fusible conductor is smaller the smaller the cross section of the fusible conductor. The fusible conductor will thus cut through at the point of the smallest cross-section, so that the area 8 with the reduced cross-section acts as a predetermined breaking point.

Claims

1. Fuse element for protecting electrical lines against overcurrent with a fusible conductor ( 1 ), with a closed heat-resistant reaction container ( 2 ), in the interior of which an ignitable chemical mixture is contained, which can be ignited by an igniter ( 4 ) by means of electrical supply lines ( 5 ) is characterized in that the fuse element ( 1 ) and the reaction vessel ( 2 ) are connected to one another and are designed as an integrated securing element.

2. Fuse element according to claim 1, characterized in that the heat-resistant reaction container ( 2 ) consists of a heat-conductive ceramic or ceramic compound.

3. Securing element according to one of claims 1 or 2, characterized in that the fuse element ( 1 ) facing the container wall ( 7 ) has a reduced wall thickness compared to the other container walls.

4. Fuse element according to one of claims 1 to 3, characterized in that the container wall ( 6 ) facing the fusible conductor is made of metal or a metallic compound.

5. Fuse element according to one of claims 1 to 4, characterized in that the fuse element ( 1 ) over at least one area ( 8 ) with a reduced cross section ver.