DE2444802A1

DE2444802A1 - Sicherungselement

Info

Publication number: DE2444802A1
Application number: DE19742444802
Authority: DE
Inventors: Gerhard Schwarz
Original assignee: MICROTHERM GmbH
Current assignee: MICROTHERM GmbH
Priority date: 1974-09-19
Filing date: 1974-09-19
Publication date: 1976-04-01
Also published as: JPS5160961A; US4025889A; DE2444802B2

Description

^240802 Belel

DR. FRIEDRICH E. MAYER 753 pforzheim

DIPL.-INC. A. PANTENBURG westliche 24

DATCMTA VIW/X f T-I- KABELi TRIPATENT PFOHZHEIM

PATENTANWÄLTE _{TELEFON (0723I}, _ia460

Pinna Microtherm GmbH
753 Pforzheim

"Sicherungselement"

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sicherungselernent zum Schutz elektrischer Geräte gegen tfberhitzung, "bei welchem ein Schmelzgranulat und wenigstens eine gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Kolbengliedes gegen das Schmelzgranulat vorgespannte Feder derart in einer Hülse angeordnet sind, dass sich die Feder bei Erreichen der Ansprechtemperatur infolge Verflüssigung und Volumenänderung des Schmelzgranulates auf dieses zu ausdehnen kann, wodurch der elektrische Kontakt zwischen den A'nschlußdrähten unterbrochen wird.

Sicherungselemente der genannten Bauart sind bekannt und v/erden vorzugsweise als Hiniaturelemente ausgestaltet. Das· bekannte Element besteht aus einer becherförmigen lletallhülse, auf deren Boden zunächst das Schmelzgranulat eingefüllt und durch eine Scheibe abgedeckt ist. Auf dieser Scheibe stützt sich eine Kontaktdruck-Feder ab, welche eine zweite Scheibe gegen das von der offenen Becherseite her tief hereingezogene Ende des einen Anschlußdrahtes drückt, wobei sich zwischen diesem und der zweiten Scheibe noch eine sternförmig ausgebildete Schleiferscheibe befindet, deren radial vor-

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stehende Zungen umgebogen sind und mit der Innenseite der Hülse kontaktieren. Das in den Becher hereingezogene Drahtende ist in einen Keramikkörper eingelassen, der seinerseits in die Hülse eingebördelt ist. Auf diesem Keramikkörper stützt sich eine Kontaktöffnungs-Feder ab, die von der anderen Seite her auf die zweite Scheibe einwirkt, die somit in Balancedruck zwischen zwei Federn steht. Der zweite Anschlußdraht des Elementes ist mit der becherförmigen Hülse verbunden.

Das bekannte Element ist recht aufwendig konstruiert und bedarf zur Sicherstellung seiner Funktion der Einhaltung mehrerer Toleranzen. Aufgabe der Erfindung ist demgegenüber ein zuverlässiges Sicherungselement von sehr einfachem Aufbau.

Das erfindungsgemässe·Sicherungselement ist dadurch gekennzeichnet, dass zwei sich auf der Längsachse des Elementes gegenüberliegende Hülsen aus leitfähigem Material in einem gemeinsamen Mantel aus nichtleitendem Material angeordnet sind und dass zwischen den einander zugekehrten Enden der Hülsen ein Metallgranulat angeordnet ist, welches sich in einen Teilbereich der Hülsen hinein erstreckt und die elektrische Verbindung zxirischen diesen bewirkt und beim Ansprechen des Schmelzgranulates durch die sich ausdehnende Feder unter Zwischenschaltung eines Isolierkörpers aus wenigstens einer der Hülsen verdrängt■wird, wodurch der elektrische Kontakt unterbrochen wird«

Gegenüber dem bekannten Sicherungselement entfallen insbesondere die zweite Feder, die sternförmige Schleiferscheibe und eine der beiden Zwischenscheiben,' wodurch ein sehr einfacher Mechanismus erhalten und das Toleranzproblem weit-

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gehend eliminiert vrird. Ein wesentlicher Unterschied zu dem bekannten Sicherungselement "besteht in der Leitung des elektrischen Stromes durch das zwischen den "beiden Hülsen angeordnete Metallgranulat. ;

Die beiden sich auf der Längsachse des Elementes gegenüberliegenden Hülsen aus leitfähigem Material, die sich in einem gemeinsamen Mantel aus nichtleitendem Material befinden,können in bekannter Weise in ein Werkzeug eingelegt v/erden, in welchem sie mit duroplastischem Kunststoff umspritat werden, wobei die äusseren Enden der Hülsen vorzugsweise mit einem Teilabschnitt aus dem gemeinsamen Mantel hervortreten. In die hervortretenden Enden können dann die Anschlußdrähte eingequetscht werden. Auf diese Weise entsteht ein sehr robuster und dennoch recht einfacher Aufbau, der sich bequem realisieren lässt. Zugleich ist das Element voll isoliert.

Weitere Einzelheiten der Erfindung mögen nun anhand bevorzugter Ausgestaltungen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert sein. Es bedeuten:

. Fig. 1 zeigt eine erste Ausgestaltung des Sicherungselementes, bei welchem das zwischen den Hülsen eingefügte Granulat eine Mischung aus Metallgranulat und Schmelzgranulat ist.

Pig. 2 zeigt eine weitere Ausgestaltung des Elementes,bei welchem das Metallgranulat und das Schmelzgranulat in separaten Räumen angeordnet sind.

Pig. 3 zeigt eine weitere Ausgestaltung des Elementes, bei welchem das Schmelgranulat durch ein Schmelzlotplättchen ersetzt ist.

Pig. 4· zeigt eine weitere Ausgestaltung des Elementes,

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bei welchem äas Schmelzgranulat durch einen äoppelpilzförmigen Schmelzkörper ersetzt ist.

Unter anfänglicher Bezugnahme auf Mg. 1 befinden sich swei vorzugsweise gleich© -Hülsen 2 und 3 aus elektrisch leitfähigem Haterial in spiegelsynmetriseher Anordnung innerhalb eines gemeinsamen "Mantels 1 aus nichtleitendem Material« Die "beiden Hülsen und der ebenfalls Milseaformige Mantel sind koaxial zueinander angeordnet, wobei die im Inneren des Mantels 1 liegenden Enden der Hülsen "2 und 3 ©inen Abstand voneinander aufweisen₉ während di® äusseren Enden der Hülsen mit einem Seilbetrag ihrer Länge aus dem Mantel 1 hervorstehen» Zur besseren axiales Abstützung der Hülsen ■innerhalb des Mantels können di© Hülsen eine oder mehrere umlaufende Sicken 9 aufweisen«,

Des Mantel 1 und di© beiden Hülssa 2 mad 3 bilden eine separate Baugruppe 5 die durch Einlegen der Hülsen in ein Werkzeug und Umspritzen derselben mit duroplastisehem oder anderem geeignetem Haterial hergestellt werden kaaa. In die aussarhalb des Mantels vorstehenden Enden der Hülsen sind die elektrischen Anschlußdrähte A- des Elementes eingeführt und eingequetscht, wodurch eine mechanische und eine elektrisch leitende Verbindung gewährleistet ist«

Tor dem Einführen und Einquetschen des zweiten Anschlußdrahtes werden die inneren Bestandteil© des Sicherungselementes eingeführt, die im wesentlichen aus einer Schraubenfeder 5» einem kolbenartigen Isolierkörper S₅ ©iaem elektrisch leitfähigen Metallgranulat 7 und einem Schmelzgranulat 8 oder anderen Seliaialzkörpern bestehen«.

Bei der in Pig. 1 gezeigten ersten Ausgestaltung ist ein aus

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Metallgranulat 7 und Schmelzgranulat 8 "bestehendes Mischgranulat zwischen den einander zugekehrten inneren Enden der.Hülsen eingefüllt, welches sich auch in einen Teilbereich der Hülsen hinein erstreckt, wobei das elektrisch leitfähige Metallgranulat 7 die elektrische Verbindung zwischen den Hülsen 2 und 3 "bewirkt. Während sich das Mischgranulat in der einen Hülse 2 "bis zu dem eingeführten Ende des Anschlußdrahtes 4 hin erstreckt, "befinden sich in der anderen Hülse 3 die Schraubenfeder 5 und der kolbenartige Isolier körper 6, der an das Mischgranulat angrenzt. Die Schraubenfeder 5 ist vorgespannt und drückt den Isolierkörper 6 gegen das Mischgranulat, wo"bei sie sich an dem eingeführten Ende des anderen Anschlußdrahtes 4· abstützt.

Vie man aus der entlang der Längsachse des Elementes einander folgenden Anordnung der genannten Komponenten erkennen kann, verläuft der elektrische Strom von einem der Anschlußdrähte 4- kommend über die diesem Anschlußdraht zugeordnete Hülse 2 bzw. 3> von dieser aus über das Metallgranulat 7 zu der gegenüberliegenden Hülse 3 bzw. 2 und von dieser aus in deren Anschlußdraht M-. Wenn das Sicherungselement nun infolge unzulässig hoher Erhitzung anspricht, verflüssigt sich das Schmelzgranulat 8, wodurch sich das Volumen des Mischgranulates unter dem Druck der vorgespannten Feder 5 wesentlich reduziert, v/eil sich das Schmelzgranulat nach seiner Verflüssigung optimal in die freien Räume zwischen dem Metallgranulat einziehen kann. Es kann sich in flüssigem Zustand auch an dem Isolierkörper 6 vorbei in den Raum der Feder 5 ausdehnen, wobei zugleich eine funkenlöschende Wirkung eintritt. Hierbei dringt der kolbenförmige Isolierkörper 6 so weit auf den Granulatraum"zu vor, dass er aus der Hülse 3 heraustritt, wodurch der elektrische Kontakt zwischen dem Metallgranulat 7 und der Hülse 3 unterbrochen wird. Bei dieser Ausgestaltung ist über das Metallgranulat ein guter Wärmetransport in das Schmelzgranulat gegeben, wodurch ein rasches Ansprechen gewährleistet ist.

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Bei einer zweiten Ausgestaltung des Sicherungselementes, die in Pig. 2 dargestellt ist, sind das Metallgranulat 7 und das Schmelzgranulat 8 nicht als Mischgranulat, sondern separat eingefüllt, wobei sich das Metallgranulat 7 wieder in dem Raum zwischen den "beiden Hülsen 2 und 3 befindet und sich auch in einen Teilbereich der Hülsen hinein erstreckt, während das Schmelzgranulat einen wesentlichen Volumenteil der Hülse 2 füllt. Die Wirkungsweise dieser .Ausgestaltung ist derjenigen des in ELg. 1 gezeigten Sicherungselenentes weitgehend ähnlich. Beim Erreichen des Ansprechpunktes verflüssigt sich das Sclmelzgranulat 8, wodurch es unter den Druck der vorgespannten Feder 5 zunächst selbst ein kleineres Volumen annehmen und sich sodann auch noch in die freien Räume zwischen dem Metallgranulat 7 einschieben kann.

Bei einer weiteren, in Fig. 3 gezeigten Ausgestaltung, ist anstelle des separaten Schmelzgranulates der Fig. 2 ein-Schmelzplättchen 10 vorgesehen, welches vorzugsweise von der in die Hülse 2 eingestauchten Sicke 9 gehalten wird. Hierbei befindet sich zwischen dem Schmelzplättchen 10, welches aus eutektischea Schmelzlot bestehen kann, und dem Ende des eingeführten Anschlußdrahtes 4 ein Hohlraum 12. Das Metallgranulat 7 befindet sich Frieder im Raum zwischen den beiden Hülsen 2 und 3 und erstreckt sich auch in einen Teilbereich den? Hälsen hinein. Beim Erreichen der Ansprechtemperatur des Sehiaelzlotplättchens 10 wird dieses weich oder flüssig und wird durch die vorgespannte Feder 5 in den Hohlraum 12 idLneingeschleudert, woraufhin das Metallgranulat 7 nachfolgt und der kolbenartige Isolierkörper 6 wieder aus der Hülse 3 hervortritt, wodurch der elektrische Kontakt unterbrochen wird. ·

Bei einer vreiteren Ausgestaltung des Sicherungselementes,

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wie sie in Pig· 4- dargestellt ist, ist anstelle des separaten Schmelzgranulates der Pig. 2 ein doppelpilzförniger Schmelzkörper 11 vorgesehen, auf dessen einem Pilzkopf das Metallgranulat 7 ruht, während sich sein anderer Pilzkopf am Boden der Hülse 2 "bzw. an dem eingezogenen Ende des Drahtes 4 abstützt. Der hierbei notwendige Hohlraum ist durch die Formgebung des doppelpilzförmigen Schmelzkörpers selbst realisiert, wie man aus Pig. 4· erkennt. Der Wirkungsnechanismus ist demjenigen der in Pig«, 3 gezeigten Ausgestaltung sehr ähnlich und bedarf keiner weiteren Erläuterung.

Das hier gezeigte Grundprinzip eines Sicherungselementes .zum Schutz elektrischer Gerät© gegen "Überhitzung ist nicht auf die in den Piga. gezeigten Ausgestaltungen beschränkt, sondern auch in anderer räumlicher Anordnung realisierbar, die einer Hülsenform nicht bedarf. Weiterhin kann anstelle des Metallgranulat es 7 eine Püllung aus kleinen Ketallkugeln verwendet werden, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.

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Claims

Patentansprüche ;

1. Sicherungselement zum Schutz elektrischer Geräte gegen Überhitzung, bei welchem ein Schmelzgranulat und wenigstens eine gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Kolbengliedes gegen das Schmelzgranulat vorgespannte Feder derart in einer Hülse angeordnet sind, daß sich die Feder bei Erreichen der Ansprechtemperatur infolge Verflüssigung und Volumänderung des Schmelzgranulates auf dieses zu ausdehnen kann, wodurch der elektrische Kontakt zwischen den Anschlußdrähten unterbrochen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwei sich auf der Längsachse des Elementes gegenüberliegende Hülsen (2,5) aus leitfähigem Material in_v. einem'"gemeinsamen Mantel (1) aus nichtleitendem Material angeordnet sind und daß zwischen den einander zugekehrten Enden der Hülsen ein Metallgranulat (7) angeordnet ist, welches sich in einen Teilbereich der Hülsen hinein erstreckt und die elektrische Verbindung zwischen diesen bewirkt und beim Ansprechen des Scfaxselzgranulates (8) durch die sich ausdehnende Feder (5) unter Zwischenschaltung eines Isolierkörpers (6) aus wenigstens einer der Hülsen (5) verdrängt wird, wodurch der elektrische Kontakt unterbrochen wlrdo

Sishenm.'sselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

da£ der gemeinsame Mantel (1) ans Duroplast geformt ist, siit dem dia Hülsen (2,3) smmiadest la einem Teilabschnitt pritst sind, wobei in diese aur Abstützung an dem Mantel @ umlaufend® Siskea (9) eingetaucht sind«

3ο Sioher-ungealemenfc nach Anspruch 1 ©der 2₉ dadurch gekeaset, daß die Ansehlußdrähte (4·) für das Element ia die

äußeren ΈϊιΑθίσ der Hülsen (2,5) eingeführt g Eiüöuetachea. mit diesen leitend verbunden sind

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4·· Sicherungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Schmelzgranulat (8) dem Metallgranulat (7) beigemischt ist und die Feder (5) in eine der beiden Hülsen (3) eingesetzt ist und über einen kolbenartigen Isolierkörper (6) gegen das Mischgranulat (7+8) vorgespannt ist.

5. Sicherungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in eine der beiden Hülsen (2) das Schmelzgranulat (8) eingefüllt ist, während sich in der anderen Hülse (3) die Feder (5) und ein kolbenartiger Isolierkörper (6) befinden, über welche die Feder gegen das Metallgranulat (7) vorgespannt ist.

6. Sicherungselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des Schmelzgranulates ein Schmelzplättchen (10) vorgesehen ist, welches vorzugsweise von einer in diBoeine Hülse· (2)eingestauchten Sicke (9) gehalten ist, wobei sich zwischen dem Plättchen und dem eingeführten Ende des Anschlußdrahtes (4·) ein Hohlraum (12) befindet.

7· Sicherungselement nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des Schmelzgranulates (8) ein doppelpilzförmiger Schmelzkörper (11) vorgesehen ist, auf dessen einem Pilzkopf das Metallgranulat (7) ruht, während sich sein anderer Pilzkopf am Boden der Hülse (2) beziehungsweise an dem eingezogenen Ende des Drahtes (4) abstützt.

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