DE2619329A1

DE2619329A1 - Elektrisches bauelement fuer eine mit zeitverzoegerung arbeitende schmelzsicherung

Info

Publication number: DE2619329A1
Application number: DE19762619329
Authority: DE
Inventors: Hiroo Arikawa; Masaya Maruo
Original assignee: SAN O IND CO; SAN-O INDUSTRIAL CO LTD
Current assignee: Soc Corp Tokio/tokyo Jp
Priority date: 1975-05-02
Filing date: 1976-04-30
Publication date: 1976-11-11
Also published as: DK195076A; CH612792A5; US4034329A; JPS5834891B2; NL7604616A; NL178827C; IT1063015B; GB1541939A; DE2619329C3; DK144779B; NL178827B; FR2309969B1; SE419276B; DK144779C; FR2309969A1; JPS51129653A; CA1043399A; DE2619329B2; SE7604831L

Description

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Dr. Dieter F. Morf ³°; April 1976

Dr. Hans-A. Braune g MilcGhoa 88, PianziiuuiMtr. 21

SAN-O INDUSTRIAL CO. ₃ LTD. Tejima Building, 33 Shiba-Kocohira-Chu, Tokio, Japan

Elektrisches Bauelement für eine mit Zeitverzögerung arbeitende Schmelzsicherung

Schmelzsicherungen werden gegenwärtig in einer Tielfalt von Bauformen und Grossen in den verschiedensten elektrischen und elektronischen Schaltkreisen eingesetzt und sind seit vielen Jahren bekannt. Eine Schmelzsicherung öffnet beim Schmelzen einen elektrischen Schaltkreis, wenn die Strombelastung desselben einen vorgegebenen sicheren Wert, beispielsweise die Kennstromstärke der Sicherung überschreitet. Jedoch öffnet in einigen Schaltkreisen, beispielsweise in Wechselstrom-Mo torkrei sen die Schmelzsicherung bei massigen Überlastungen zu rasch. Um diese Schwierigkeit zu beseitigen, werden mit Zeitverzögerung arbeitende Schmelzsicherungen verwendet, welche den Schaltkreis erst nach einer Überlastungsperiode öffnen, die um ein Mehrfaches grosser ist als jene gewöhnlicher Schmelz sicherungen.

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Gegenwärtig werden mehrere Bauarten von mit Zeitverzögerung arbeitenden Schmelzsicherungen verwendet. Eine mit einer Feder ausgestattete Schmelzsicherung besteht aus einem Schmelsdrahtelement, welches durch die Feder gespannt gehalten und an beiden Enden mittels eines' niedrig-schmelzenden Lotelements verlötet ist. Da jedoch ein verhältnismässig dünner Draht durch die Feder gespannt gehalten wird, die auf den Draht eine Zugspannung ausübt, ist die Sicherung gewöhnlich nicht sehr beständig gegenüber mechanischen Schwingungen und hat eine ge-sringe mechanische Festigkeit, insbesondere bezüglich Stossbeanspruchungen. Darüberhinaus führen der niedrige Schmelzpunkt des Lots, die Schwierigkeit, ausreichende Lotmengen vorzusehen und die benötigten besonderen Verfahrensweisen zu grossen Schwierigkeiten bei der Massenherstellung einer derartigen Schmelzsicherung, wenn die Herstellungskosten unter Erzielung einer guten mechanischen Festigkeit niedrig gehalten werden sollen.

Andere Bauformen von mit Zeitverzögerung arbeitenden Schmelzsicherungen enthalten ein Schmelzelement, welches einen keramischen Kern aufweist, der mit einem schmelzbaren Element umwickelt ist und dazu dient, eine Lichtbogenbildung in der Schmelzsicherung durch Absorbieren der in der Sicherung erzeugten Värme zu unterbrechen. Ferner ist eine Schmelzsicherung bekannt, welche eine Glasfaser aufweist, die mit einem schmelzbaren Element umwickelt ist und die dazu dient, durch Schmelzen der Glasfaser gleichzeitig mit dem schmelzbaren Element eine Lichtbogenbildung in der Schmelzsicherung zu unterbrechen. Jedoch haben alle diese Schmelzsicherungen ein unbefriedigendes Zeitverzögerungsverhalten und arbeiten in einigen Schaltkreisen nicht völlig zufriedenstellend»

Gemäss der vorliegenden Erfindung wird eine mit Zeitverzögerung arbeitende Schmelzsicherung zur Verfugung gestellt, welche ein überlegenes Zeitverzögerungsverhalten· aufweist,sowie eine grössere Stossfestigkeit und mechanische Festigkeit als bekannte Schmelzsicherungen. Die verbesserte,mit Zeitverzögerung

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arbeitende erfindungsgemässe Schmelzsicherung enthält ein im wesentlichen zylindrisches, poröses, gesintertes Kernmaterial mit schlechter Wärmeleitfähigkeit, worauf anschliessend noch eingegangen wird, und ein schmelzbares hochschmelzendes Drahtelement, das auf dem Kern aufgewickelt ist. Das schmelzbare Drahtelement ist eng im Mittelabschnitt des zylindrischen Kerns aufgewickelt und anschliessend mit grösserem Windungsabstand in anschliessenden Zwischenabschnitten und schliesslich wieder sehr eng im Bereich der Enden des zylindrischen Kernmaterials. Das schmelzbare Drahtelement wird anschliessend an beiden Enden mit einer ausreichenden Menge eines hochschmelzenden Lots verlötet und der zylindrische Kern wird dann in ein dielektrisches Rohr, beispielsweise ein Glasoder Keramikrohr, eingeführt und dort mittels einer Abdichtung befestigt, beispielsweise mittels Abdichtkappen, die an den beiden Eohrenden vorgesehen sind.

Die erfindungsgemässe,mit Zeitverzögerung arbeitende Schmelzsicherung wird anschliessend in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. i eine Seitenansicht des zylindrischen Kernmaterials, welches erfindungsgemäss mit einem schmelzbaren Drahtelement umwickelt ist,

Fig. 2 eine zum Teil im Schnitt gezeigte Seitenansicht einer erfindungsgemässen, mit Zeitverzögerung arbeitenden Schmelzsicherung und

Fig. 3 eine Kurvendarstellung, in welcher das Zeitverzögerungsverhalten einer erfindungsgemäss en Schmelzsicherung mit Jenem einer bekannten Schmelzsicherung verglichen wird.

Gemäss -den Fig. 1 und 2 ist ein länglicher, im wesentlichen zylindrischer Kern 1 vorhanden, der mit einem schmelzbareil Drahtelement 2 derart umwickelt ist, dass das Drahtelement im Mittelabschnitt des zylindrischen Kerns 1 einen engen Win-

dungsabstand aufweist, dann anschliessend in den Zwischenabschnitten 5 einen grossen Windungsabstand und an den Enden 6 des zylindrischen Kerns wiederum einen engen Windungsabstand, wobei der Draht mittels entsprechender Mengen eines hochschmelzenden Lots 7 befestigt ist. Der zylindrische Kern 1 wird anschliessend in ein dielektrisches Rohrelement 8 eingeführt, beispielsweise in ein Glas- oder Keramikrohr, wobei an beiden Rohrenden ein Abschluss 9 vorhanden ist, welcher beispielsweise durch eins Verschlusskappe gebildet wird, wobei wiederum bei 10 eine ausreichende Menge eines hochschmelzenden Lots zur Herstellung eines guten elektrischen Kontakts und zur starren Halterung des elektrischen Kerns 1 verwendet wird.

Der zylindrische Kern 1 besteht aus einem porösen, gesinterten Material, welches im wesentlichen Aluminiumoxid (AIpO,) oder eine Mischung aus Aluminiumoxid und Ton enthält.

Obgleich die relativen Anteile von Aluminiumoxid und Ton etwas variieren können, hat sich gezeigt, dass das am besten geeignete Material durch eine poröse, gesinterte Mischung gebildet wird, welche im wesentlichen etwa 75 bis etwa 90 Gew.% Aluminiumoxid und etwa 10 bis etwa 25 Gew.% Ton enthält. Dabei sind solche Aluminiumoxid-Ton - Mischungen, die Temperaturen von mindestens etwa 1600° C standhalten und ein Wasseraufnahmevermögen von etwa 15 bis 20 Gew.% besitzen, besonders bevorzugt.

Das schmelzbare Drahtelement 2 kann aus einer Vielzahl verfügbarer Metalle mit hohem Schmelzpunkt und guter elektrischer Leitfähigkeit ausgewählt werden.

Die erfindungsgemäss erzielbaren Vorteile werden am günstigsten dann erhalten, wenn das schmelzbare Drahtelement 2 über den zylindrischen Kern in der vorausgehend beschriebenen Weise gewickelt wird. Dabei wird das schmelzbare Drahtelement 2 im Mittelabschnitt J> des zylindrischen Kerns mit engem Abstand

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und einer Windungszahl von etwa 100/cm bis etwa 150/cm aufgewickelt, anschliessend im weiten Windungsabstand mit einer Windungszahl von etwa 2/cm bis etwa 8/cm und schliesslich in engem Windungsabstand an den Enden mit einer Windungszahl von etwa 100/cm bis etwa 150/cm.

Da die erfindungsgemässen, mit Zeitverzögerung arbeitenden Schmelzsicherungen im allgemeinen in Miniaturgrössen gefertigt werden, und zwar gewöhnlich für den Grossteil der Anwendungen mit einer Länge von etwa 3 ein, ist der Mittelabschnitt des zylindrischen Kerns 1 näherungsweise 1 cm lang, wobei die Zwischenabschnitte 5 durch den Bereich zwischen den Enden der Mittelabschnitte 3 und den Endabschnitten 6 des Kerns gebildet werden. Diese Abschnitte können in ihrem Abmessungen abhängig von der genauen Grosse der Schmelzsicherung variieren.

Zur Erzielung der gewünschten Uennstromstärke sowie eines möglichst kleinen Spannungsabfalls und zur Verringerung des Temperaturanstiegs in der Schmelzsicherung ist es erforderlich, die Länge des schmelzbaren Drahtelements 2 im Kittelabschnitt des zylindrischen Kerns 1 so klein wie möglich zu halten.

Da das für den zylindrischen Kern 1 verwendete Material eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist und das schmelzbare Drahtelement 2 mit grossem Windungsabstand in den Zwischenabschnitten 3 aufgewickelt ist, fliesst sehr wenig Wärme vom Mittelabschnitt zu den Enden der Schmelzsicherung. Daher hat die mit Zeitverzögerung arbeitende erfindungsgemässe Schmelzsicherung ein überlegenes Zeitverzögerungsverhalten, verglichen mit bekannten Schmelzsicherungen, in denen der Schmelzdraht auf einer Glasfaser aufgewickelt ist.

Es hat sich ferner gezeigt, dass durch Aufwickeln des schmelz.-, baren Drahtelements 2 am zylindrischen Kern 1 in der besonderen beschriebenen Weise und durch Anlöten der Enden des Schmelzdrahtes mittels eines hoch-schmelzenden Lots, eine lose Drahtanordnung ausgeschaltet werden kann. Dies steht im Gegensatz

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zur Verwendung von niedrig-schmelzenden eutektischen Loten, welche zu einem Lockern des Draht und damit zu minderwertigen Schmelzsicherungen geführt haben.

Gemäss einem Ausführungsbeispiel· der Erfindung wurde eine mit Zeitverzögerung arbeitende Schmelzsicherung durch Aufwickeln eines Metalldrahts an einem zylindrischen Kern mit einer Länge von näherungsweise 3 cm und einem Durchmesser von wenigen Millimetern erhalten, wobei der Kern aus 85 Gew.% Aluminiumoxid und 15 G-ew.% Ton bestand. Der Draht wurde mit engem Windungsabstand auf den Mit jelabschnitt des zylindrischen Kerns längs einer Erstreckung von näherungsweise 1 cm mit einer Windungszahl von 130/cm aufgewickelt, worauf sich gegen die Enden zueine Windung mit weitem Windungsabstand und einer Windungszahl von 4/cm anschloss, während an den Enden die Windungszahl wieder 130/cm betrug. Die Drahtenden wurden an den Kernenden mittels eines hoch-schmelzenden Lots verlötet und der zylindrische Kern wurde anschliessend in dem Glasrohr der Schmelzsicherung befestigt. Der ETennstrom der Schmelzsicherung betrug 100 mA entsprechend einer Schmelzsicherung der Klasse A.

Das Zeitverzögerungsverhalten dieser Schmelzsicherung wurde mit einer bekannten Schmelzsicherung der Klasse A mit ähnlicher Kennstromstärke verglichen und die Ergebnisse sind in Fig. 3 dargestellt, in welcher Prozent Hennstrom über der Schmelzzeit in Sekunden aufgetragen sind. In S¹Ig. 3 stellen die Kurven A und B die Verhältnisse jeweils für eine erfindungsgemässe Schmelzsicherung im Einklang mit dem vorausgehenden Ausführungsbeispiel und eine bekannte Schmelzsicherung dar. Diese Kurven zeigen deutlich, dass die erfindungsgemässe Schmelzsicherung ein überlegenes Zeitverzögerungsverhalten aufweist.

Weitere Abänderungen der Erfindung sind möglich und diese werden im Rahmen der Ansprüche der Erfindung mitumfasst. Die erfindungsgemässen Schmelzsicherungen eignen sich gut für eine Massenherstellung in Miniaturgrössen bei niedrigen Kosten,

wobei das verbesserte Zeitverzögerungsverhalten und ausgezeichnete mechanische Stabilität beibehalten werden.

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Claims

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Patentan sprüche

Elektrisches Bauelement für eine mit Zeitverzögerung arbeitende Schmelzsicherung, gekennzeichnet durch einen
länglichen, im wesentlichen zylindrischen Kern (1) mit
niedriger Wärmeleitfähigkeit, welcher einen Mittel abschnitt (3)? zwei Zwischenabschnitte (5) und zwei Endabschnitte (6) aufweist und mit einem schmelzbaren Metalldrahtelement mit hohem Schmelzpunkt umwickelt ist, wobei das schmelzbare Metalldrahtelement (2) im Mittelabschnitt eng gewickelt ist, dann anschliessend gegen die Enden
des Kerns zu mit grossem Windungsabstand und an den Enden selbst wieder mit engem Windungsabstand und das schmelzbare Drahtelement (2) an den Enden mit einem hoch-schmelzenden Lot angelötet ist.
2. Elektrisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern aus einem Material besteht, welches aus einer Materialgruppe ausgewählt ist, die Aluminiumoxid umfasst sowie eine Mischung, die im wesentlichen Aluminiumoxid und Ton enthält und einen Schmelzpunkt von mindestens etwa 1600° C hat.
3. Elektrisches Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung im wesentlichen etwa 75 bis etwa 90 Gew.% Aluminiumoxid und etwa 10 bis etwa 25 Gew.% Ton mit einer Wasseraufnahmefähigkeit von etwa 15 bis
etwa 20 Gew.% besteht.
4-. Elektrisches Bauelement nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung im wesentlichen aus 85 Gew.% Aluminiumoxid und etwa 15 Gew.% Ton besteht.
5. Elektrisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, dass das schmelzbare Metalldrahtelement (2) im Mittelabschnitt und in den Endabschnitten des zylindrischen Kerns (1) mit einer Windungszahl von etwa

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100/cm bis etwa 150/cm aufgewickelt ist und im Bereich dazwischen mit einer Windungszahl von etwa 2/cm bis etwa 8/cm.
6. Schmelzsicherung mit verbesserten Zeitverzögerungsverhalten, gekennzeichnet durch ein Rohrelement (8), welches an seinen beiden Enden mit einer Abschlussvorrichtung (9) versehen ist und welches einen länglichen im wesentlichen zylindrischen Kern (1) mit schlechter WärmeisLtfähigkeit aufweist, der einen Mittel.abschnitt, zwei Zwischenabschnitte und zwei Endabschnitte aufweist, wobei -sin schmelzbares Metalldrahtelement (1) mit hohem Schmelzpunkt eng im Mittelabschnitt aufgewickelt ist, anschliessend mit grossem Windungsabstand in den Zwischenabschnitten (5) und wiederum mit engem Windungsabstand in den Endabschnitten (6) des zylindrischen Kerns und das schmelzbare Metalldrahtelement (2) mit den Enden des zylindrischen Kerns (1) mittels eines hoch-schmelzenden Lots verlötet ist.
7- Schmelzsicherung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern aus einem Material besteht, welches aus einer Materialgruppe ausgewählt ist, die Aluminiumoxid sowie eine Mischung aus im wesentlichen Aluminiumoxid und Ton mit einem Schmelzpunkt von mindestens 1600° C enthält.
8. Schmelzsicherung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung im wesentlichen etwa 75 bis etwa 90 Gew.% Aluminiumoxid und etwa 10 bis etwa 25 Gew.% Ton enthält.
9. Schmelzsicherung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung im wesentlichen etwa 85 Gew.% Aluminiumoxid und etwa 15 Gew.% Ton enthält.
10. Schmelzsicherung nach einem der Ansprüche 6 bis 9» dadurch gekennzeichnet, dass das schmelzbare Metalldrahtelement (2)

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im Mittelabschnitt und den Endabschnitten des zylindrischen Kerns (1) mit einer Windungszahl zwischen etwa 100/cm und etwa 150/cm aufgewickelt ist und in dem dazwischen liegenden Mittelabschnitt mit einer Windungszahl von etwa 2/cm bis etwa 8/cm.

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