DE2723487C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schmelzsicherung mit einem rohrförmigen wärmeleitfähigen Keramikgehäuse mit mindestens einem durchgehenden Kanal, bei der mit Anschluß­ kontakten versehene Endkappen das Gehäuse abschließen und in dem Kanal ein mit den Kontakten leitend verbundener bandförmiger Schmelzleiter aus durchgehend einheitlichem Material in wärmeleitfähigem Löschmittel eingebettet ange­ ordnet ist, wobei der Schmelzleiter in seinen Endbereichen Engstellen für die Überstromschaltung und im Mittelbereich solche mit demgegenüber größerem Querschnitt für die Kurz­ schlußschaltung aufweist, und die Wärme, die an der Eng­ stelle im Endbereich des Schmelzleiters entsteht, im wesent­ lichen von dem jeweiligen Anschlußkontakt aufgenommen wird.

Bei einer bekannten derartigen elektrischen Schmelzsiche­ rung (US-PS 39 38 067) ist der mindestens eine Schmelzlei­ ter axial verlaufend in dem zugeordneten durchgehenden Kanal angeordnet und von dem letzteren füllenden wärmeleit­ fähigen Löschmittel umgeben und in diesem eingebettet. Die temperaturbedingte Längenausdehnung des Schmelzleiters bedingt eine verhältnismäßig ungünstige mechanische Bean­ spruchung des letzteren, insbesondere seiner Engstellen. Auch ist der Wärmeübergang vom Schmelzleiter auf das Isoliergehäuse in bestimmten Fällen nicht zufriedenstel­ lend. Soll eine derartige elektrische Schmelzsicherung für höheren Nennstrom ausgelegt sein, so werden mehrere Gehäuse für die Schmelzsicherung vorgesehen.

Bekannt sind auch elektrische Schmelzsicherungen (US-PS 33 94 333), bei denen zur Verminderung mechanischer Spannungs­ beanspruchungen des Schmelzleiters der zwischen den axialen Endbereichen liegende Mittelteil des Schmelzleiters unter Bildung entgegengesetzt geneigter ineinander übergehender Abschnitte aus der Ebene der axialen Endbereiche nach außen gebogen verlaufen.

Bekannt ist schließlich (US-PS 32 91 942), bei elektrischen Schmelzsicherungen zum Erreichen einer Auslösung bei ver­ hältnismäßig geringem Überstrom und einem Kurzschlußstrom zwei verschiedene räumlich voneinander getrennte Löschmit­ tel zu verwenden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Schmelzsicherung für Überstrom- und Kurzschlußauslösung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bereits bei relativ geringem Überstrom auslöst und bei der die Alterung, die durch thermisch verursachte, ständig wechselnde mechanische Spannung her­ vorgerufen wird, vermindert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in den Endbereichen die Kanten des Schmelzleiters die Kanal­ wand zwecks Wärmeübergang berühren, während der Mittelteil derart geformt ist, daß sich die Schmelzleiterkanten in einem Abstand zur Kanalwand befinden. Vorzugsweise besteht das Gehäuse aus Keramik mit einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens 2,93 W/K · m. Der Mittelteil des Schmelzleiters verläuft geneigt, ist im Kanal des Gehäuses angeordnet und nimmt die temperaturbedingte Längenausdehnung des Schmelz­ leiters auf. Vorzugsweise sind zwei verschiedene räumlich voneinander getrennte Löschmittel vorgesehen, wobei eine erste äußere Schwachstelle und mindestens eine weitere Schwachstelle im Mittelbereich des Schmelzleiters von einem wärmeabsorbierenden Löschmittel umgeben und eingebettet sind und eine zweite äußere Schwachstelle im Mittelbereich des Schmelzleiters hingegen von einem wärmeisolierenden Löschmittel umgeben und eingebettet sind.

Das wärmeabsorbierende Löschmittel kann Ouarzsand und das wärmeisolierende Löschmittel Calciumphosphat sein.

Die Verwendung eines Keramikmaterials hoher Wärmeleitfähig­ keit erweist sich für den Übergang der Wärme vom Schmelz­ leiter auf die Kanalwand als besonders geeignet. Der Wär­ meübergang vom Schmelzleiter zur Kanalwand erlaubt den beiden äußeren Schwachstellen, den Nennstrom des Schmelz­ leiters dauernd zu führen, obgleich die beiden äußeren Schwachstellen jeweils einen sehr kleinen Querschnitt aufweisen und daher die gewünschte Wirkung einer Stromkreis­ unterbrechnung hervorrufen können. Infolge der speziellen Form und Anordnung des Schmelzleiters in dem Kanal des Isoliergehäuses nimmt der geneigte Teil des Schmelzleiters die temperaturbedingte Längenausdehnung auf, verbessert dadurch den Wärmeübergang auf das Isoliergehäuse und redu­ ziert die mechanische Beanspruchung des Schmelzleiters, insbesondere der Schwachstellen.

Die Verwendung der beiden verschiedenen, räumlich voneinan­ der getrennten Löschmittel verbessert zusätzlich das Aus­ löseverhalten im Bereich geringen Überstroms. Die räumliche Trennung der beiden Löschmittel wird dabei durch die Form des Schmelzleiters erreicht.

Der Querschnitt des Kanals sollte möglichst klein sein, damit ein Löschmittel auf die Innenfläche der Kanalwand erhebliche Wärmemengen übertragen kann, die es vom Schmelz­ leiter aufnimmt. Auf der anderen Seite muß der Querschnitt groß genug sein, damit die Schwachstellen des Schmelzlei­ ters ausreichend in das Löschmittel eingebettet sind, um zu gewähren, daß ein beim Auftrennen des Schmelzleiters ent­ stehender Lichtbogen sofort und vollständig gelöscht wird. Folglich sollte die Querschnittsfläche des Kanals 300 . . . 3600mal so groß wie der Querschnitt der kleinsten Schwachstelle sein.

Die erfindungsgemäße Schmelzsicherung kann die Lichtbogen­ zeit geeignet verringern und ist damit zum Schutz von Halbleiterschaltungen besonders geeignet, wohingegen aber die Stromteilheit zu Kurzschlußbeginn nur von den äußeren Netzbedingungen abhängt.

Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Schmelzsicherung werden nun an Hand von Zeichnungen erläutert. In diesen sind:

Fig. 1 ein Seitenriß einer bevorzugten Aus­ führungsform der elektrischen Schmelz­ sicherung;

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Schnitts auf der Linie 2-2 der Fig. 1;

Fig. 3 eine Darstellung eines Schnitts auf der Linie 3-3 der Fig. 2, wobei der Maßstab gleich dem der Fig. 2 ist,;

Fig. 4 eine vergrößerte Draufsicht eines Schmelz­ leiters der Ausführungsform der elektri­ schen Schmelzsicherung nach Fig. 1;

Fig. 5 ein Seitenriß des Schmelzleiters der Fig. 4, im Maßstab letzterer;

Fig. 6 ein Schnitt durch eine zweite bevor­ zugte Ausführungsform der elektrischen Schmelzsicherung;

Fig. 7 ein Schnitt auf der Linie 7-7 der Fig. 6;

Fig. 8 eine Strom-Zeit-Kurve, die beim Durch­ brennen einer 400-A/700-V-Schmelz­ sicherung erhalten wird und

Fig. 9 eine Strom-Zeit-Kurve, die beim Durch­ brennen einer 600-A/700-V-Schmelz­ sicherung erhalten wird.

Aus den Fig. 1 bis 5 geht eine bevorzugte Ausführungsform der elektrischen Schmelzsicherung so hervor, die ein Ge­ häuse 22 aus einer organischen Keramik mit einem durchge­ henden Kanal 23 aufweist. Die Wärmeleitfähigkeit der an­ organischen Keramik beträgt mehr als 2,93 W/K · m. Keramiken mit einer solchen Wärmeleitfähigkeit sind Aluminiumoxid, Berylliumoxid, Bornitrid, Steatit, Mullit und Cordierit. Vorzugsweise wird Aluminiumoxid eingesetzt, da seine Wärme­ leitfähigkeit sehr hoch und eine entsprechende Keramik sehr robust ist. An den Enden ist das Gehäuse 22 auf seinen Außenflächen mit Ringnuten 24, 26 versehen.

Ein zwingenartiger Anschluß (Endkappe) 28, 30 ist auf das Ende des Gehäuses 22 aufgeschoben und mit der freien Kante seines Randes in die Ringnut 24 bzw. 26 eingedrückt. Eine nachgie­ bige Ringdichtung 29, 31 wird in die Nut 24, 26 eingelegt, bevor die freie Kante des Randes des Anschlusses 28, 30 über die Nut geschoben und in sie eingedrückt wird.

Am Anschluß 28, 32 ist ein Messerkontakt 32 bzw. 34 ange­ bracht, wodurch eine dauerhafte elektrische und mechanische Verbindung entsteht.

Ein langgestreckter Schmelzleiter 36 ist an den Enden mittels einer Lotmasse mechanisch und elektrisch mit dem Anschluß 28, 30 verbunden. Wie in Fig. 4 gezeigt, weist der Schmelzleiter 36 Schwachstellen 38, 40, 42, 44, 46 und 48 auf. Der Schmelzleiter 36 ist mit konstanter Dicke ausge­ führt, so daß die Querschnittsfläche der einzelnen Schwach­ stellen nur von deren Breite abhängt. Die Schwachstellen 38, 48 haben im wesentlichen die gleiche Breite, die jeweils erheblich geringer ist als die gemeinsame Breite von jeweils zwei Engstellen, die die Schwachstellen 40, 42, 44 und 46 bilden.

Vorzugsweise hat der Kanal 23 einen Durchmesser von 6,73 mm, beträgt die Breite jedes Endes des Schmelzelements 36 5,46 mm, jeder Schwachstelle 38, 48 0,38 mm, jeder den Schwachstellen 40, 42, 44, 46 zugeordneten Engstelle 0,47 mm und damit jeder Schwachstelle 40, 42, 44, 46 0,94 mm sowie die Dicke des Schmelzleiters 36 zwischen 38 und 127 µm. Der Schmelzleiter 36 besteht aus Silber.

Die axialen Endbereiche des Schmelzleiters 36 liegen in einer Ebene. Wie Fig. 2 zeigt, ist diese Ebene radial gegen die Achse des Kanals 23 versetzt und liegt an einer Seite des Kanals 23. Wie aus den Fig. 4 und 5 hervorgeht, ist der Mittelteil 51, 53 des Schmelzleiters 36 aus der durch die axialen Endbereiche verlaufenden Ebene um über die Breite des Schmelzleiters 36 sich erstreckende Biegelinien 50, 52 derart nach außen zur anderen Kanalseite hingebogen, daß zwei entgegengesetzt gezeigte, nach außen verlaufende Teile 51, 53 des Mittelteils in einer zu den Biegelinien 50, 52 parallel verlaufenden, sich über die Breite des Schmelzlei­ ters 36 erstreckende Biegelinie 54 ineinander übergehen, wobei die gezeigten Teile 51, 53 des Mittelteils jeweils mit den axialen Endbereichen des Schmelzleiters 36 einen Winkel im Bereich von 140° bis 160° einschließen.

In den Endbereichen berühren die Kanten des Schmelzleiters 36 die Kanalwand zwecks eines guten Wärmeüberganges. Eine Berührung zwischen Teilen der langen Kanten der Endbereiche des Schmelzleiters 36 und der einen Kanalwand sowie zwi­ schen Teilen an der Biegelinie 54 des Mittelteils des Schmelzleiters 36 und der gegenüberliegenden Kanalwand läßt sich leicht erreichen, indem der Schmelzleiter 36 so lang ausgelegt wird, daß die Anschlüsse 28, 30 einen einwärts gerichteten Axialdruck auf den Schmelzleiter 36 ausüben, der den Mittelteil an der Biegelinie 54 auf die gegenüber­ liegende Kanalwand und damit die Teile der langen Kanten der Endbereiche auf die andere Kanalwand drückt.

Die Schwachstellen 42, 44 sind nahe an, aber auf gegenlie­ genden Seiten der Biegelinie 54 angeordnet, so daß die Wärme von den Schwachstellen 42, 44 zur Biegelinie 54 hin fließt. Ein erheblicher Teil der Wärme geht somit auf das Gehäuse 22 über und der Querschnitt der Schwachstellen 42, 44 läßt sich verhältnismäßig kleiner ausführen.

Die Schwachstellen 42, 44 liegen einwärts im Abstand von den langen Kanten des Schmelzleiters 36. Ebenso liegen auch die Schwachstellen 38, 40, 46 und 48 einwärts im Abstand von den langen Kanten des Schmelzleiters 36. Durch diese Anordnung können die Schwachstellen bei einem starken Überstrom oder einem Kurzschluß schnell durchbrennen, obgleich Teile der langen Kanten in den Endbereichen des Schmelzleiters 36 sowie Teile an der Biegelinie 54 an den zugeordneten Kanalwänden liegen.

Da die Querschnittsfläche jeder Schwachstellen 38, 48 wesentlich geringer als die Querschnittsfläche der Schwach­ stellen 40, 42, 44 und 46 ist, sind die mechanische Festig­ keit und der Biegewiderstand der Schwachstellen 38, 48 geringer als die der Schwachstellen 40, 42, 44, 46. Ein Biegen der Schwachstellen 38, 48 wird durch ihre Anordnung in den Endbereichen des Schmelzleiters 36 und durch das Vorhandensein der Biegelinien 50, 52, 54 vermieden. Da die unmittelbar an die Schwachstellen angrenzende Oberfläche der Kanalwand einen radialen Versatz der Endbereiche des Schmelzleiters 36 verhindert, wird eine radiale Bewegung der Schwachstellen 38, 48 vermieden. An den Biegelinien wird dabei jede durch Wärme verursachte Längung des Schmelzleiters 36 aufgenommen, die ein radiales Auslenken der Schwachstellen 38, 48 verursachen könnte.

Wenn der Anschluß 28 auf das zugeordnete Ende des Gehäuses 22 aufgeschoben und dort befestigt worden ist, wird ein wärmeabsorbierendes Löschmittel 56 in den Kanal 23 einge­ füllt, das die Schwachstellen 38, 40, 42 und 44 dann unmittelbar umgibt und einbettet. Quarzsand hat sich als besonders geeignetes wärmeabsorbierendes Löschmittel erwie­ sen. Anschließend wird ein wärmeisolierendes Löschmittel 58 in den Kanal 23 eingefüllt, das die Schwachstellen 46, 48 dann umgibt und einbettet. Calciumphosphat hat sich z.B. als wärmeisolierendes Löschmittel als sehr brauchbar herausgestellt. Durch die Einbettung der Schwachstellen 46, 48 in das wärmeisolierende Löschmittel 58 ist gewährleistet, daß im Kanal 23 eine ausreichende Menge des wärmeisolieren­ den Löschmittels vorliegt, um die Schwachstellen 46, 48 sowie jeden Teil des Schmelzleiters 36, der beim Durchbren­ nen der Schwachstellen ebenfalls schmilzt, vollständig zu berühren und einzubetten.

Die Querschnittfläche des Kanals 23 beträgt 35,6 mm². Wenn der Schmelzleiter 36 127 µm dick ist, hat der Querschnitt der Schwachstelle 38 und 48 eine Fläche von 0,048 mm², während das Verhältnis des Querschnitts des Kanals 23 zum Querschnitt der Schwachstellen 735 : 1 beträgt. Ist der Schmelzleiter 36 0,038 mm dick, haben die Schwachstellen 38, 48 einen Querschnitt von 0,014 mm², so daß das Verhält­ nis des Querschnitts des Kanals 23 zum Querschnitt der Schwachstellen 2451 : 1 ist. Falls erwünscht, kann das Ver­ hältnis des Querschnitts des Kanals 23 zum Querschnitt der Schwachstelle 38 oder 48 jeweils bis hinunter zu 300 : 1 oder bis hinauf zu 3600 : 1 gemacht werden, da Verhältnisse in diesem Bereich dem Löschmittel 56 ermöglichen, erhebliche Mengen der Wärme, die es vom Schmelzleiter 36 aufnimmt, auf die Kanalwände zu übertragen. Weiterhin kann das Löschmit­ tel 56 zusammen mit dem Löschmittel 58 jede Lichtbogenbil­ dung beim Durchbrennen des Schmelzleiters 36 schnell und vollständig löschen.

Wenn der Strom durch die Schmelzsicherung 20 fließt, wird im Schmelzleiter 36 Wärme erzeugt und die Zunahme der Temperatur bewirkt eine Längenausdehnung des Schmelzleiters 36. Da die Anschlüsse 28, 30 die Enden des Schmelzleiters 36 an einer Bewegung voneinanderweg hindern, zwingt die von der Temperaturerhöhung bewirkte Längenausdehnung der axia­ len Endbereiche des Schmelzleiters 36 die Biegelinien 50, 52 näher zueinander. Entsprechend erfahren auch die Teile 51, 53 des Schmelzleiters 36 eine Längenausdehnung. Im Endergebnis wird der Mittelteil des Schmelzleiters 36 an den entgegengesetzten Enden der Biegelinien 50, 52 und an denen der Biegelinie 54 sehr dicht auf die Kanalwand gedrückt. Diese innige Berührung ist erwünscht, da sie den Wärmeübergang vom Schmelzleiter 36 auf die Innenfläche der Kanalwand weiter verstärkt.

Der Querschnitt jeder Schwachstellen 38, 48 ist geringer als der Querschnitt der Schwachstellen 40, 42, 44 bzw. 46, so daß an den Schwachstellen 38, 48 jeweils mehr Wärme als an einer der Schwachstellen 40, 42, 44 bzw. 46 erzeugt wird. Da die Schwachstellen 38, 48 jedoch sehr nahe an den Anschlüssen 28 bzw. 30 liegen und zwischen Schwachstelle und Anschluß jeweils ein sehr guter Wärmeübergang stattfin­ det, wird ein erheblicher Anteil der an den Schwachstellen 38, 48 erzeugten Wärme zu den Anschlüssen 28 bzw. 30 und von dort zur Außenbeschaltung geführt. Ein weiterer Teil der an den Schwachstellen 38 48 erzeugten Wärme und ein Teil der an den Schwachstellen 40, 42, 44 und 46 erzeugten Wärme wird über die langen Kanten der axialen Endbereiche des Schmelzleiters 36 auf die Innenfläche der Kanalwand übertragen. Ein weiterer Teil der an den Schwachstellen 42, 44 erzeugten Wärme geht an den Enden der Biegelinie 54 auf die Innenfläche der Kanalwand über, während schließlich ein Teil der an den Schwachstellen 38, 42, 44 und 48 erzeugten Wärme auf die Innenfläche der Kanalwand über Löschmittel 56, 58 übertragen wird. Das wärmeabsorbierende Löschmittel 56 absorbiert mehr Wärme pro Längeneinheit des Schmelzlei­ ters 36 als das wärmeisolierende Löschmittel 58. Der Wär­ meübergang vom Schmelzleiter 36 zur Innenfläche der Kanal­ wand über die langgestreckten Kanten der axialen Endberei­ che des Schmelzleiters 36 und an den Enden der Biegelinie 54 ist besonders wichtig und trägt wesentlich zur Fähigkeit der Schwachstellen 38, 48 bei, trotz ihrer sehr geringen Querschnittsfläche unter dem Nennstrom der elektrischen Schmelzsicherung 20 intakt zu bleiben.

Fließt ein niedriger, aber möglicherweise schädlicher Überstrom über einen vorbestimmten Zeitraum durch die elektrische Schmelzsicherung 20, so sind der Anschluß 30, der Teil der Innenfläche der Kanalwand, um der ein guter Wärmeübergang zu den langen Kanten des zugeordneten axialen Endbereichs des Schmelzleiters 36 gegeben ist, sowie das wärmeisolierende Löschmittel 58 nicht mehr in der Lage, Wärme vom Schmelzleiter 36 mit einer Geschwindigkeit aufzu­ nehmen, die die Schwachstelle 48 am Durchbrennen hindert. Folglich brennt die Schwachstelle 48 am Ende des vorbe­ stimmten Zeitraums durch und öffnet damit den Stromkreis, in dem sie sich befindet. Die Schwachstelle 38 kann gleich­ zeitig mit oder kurz nach der Schwachstelle 48 durchbren­ nen, nicht aber vor der Schwachstelle 48. Dies ist er­ wünscht, da das Löschmittel 58 in Gegenwart eines Lichtbo­ gens, der sich beim Durchbrennen der Schwachstelle 48 bilden kann, nichtleitend bleibt. Handelt es sich beim Löschmittel 58 um Calciumphosphat, so gibt dieses beim Durchbrennen der Schwachstelle 48 Dampf ab, der den Licht­ bogen löscht. Die elektrische Schmelzsicherung 20 kann den Stromkreis, in dem sie sich befindet, bereits bei einem Überstrom öffnen, der nur 120% des Nennstroms der Schmelz­ sicherung 20 beträgt.

Der Schmelzleiter 36 enthält keinerlei Legierungsbestand­ teile in Form eines Niets, der beim Erwärmen des Schmelz­ leiters 36 mit dessen Material eine Legierung bilden könnte. Aus diesem Grunde können die Schwachstellen des Schmelzleiters 36 wesentlich kleinere Querschnittsflächen als Schwachstellen eines Schmelzleiters aufweisen, der Legierungsmaterial enthält. Die sehr kleinen Querschnitts­ flächen der Schwachstellen des Schmelzleiters 36 machen es möglich, daß der Schmelzleiter 36 den Stromkreis bei einem nur geringen, aber schon potentiell schädlichen Überstrom schnell unterbrechen kann.

Wenn in dem Stromkreis, in dem die elektrische Schmelz­ sicherung 20 sich befindet, ein Kurzschluß auftritt, brennen die Schwachstellen 38, 48 sofort durch. Die Schwachstellen 40, 42, 44 und 46 schmelzen dabei fast gleichzeitig mit den Schwachstellen 38, 48, und der Stromkreis wird sofort unterbrochen.

Aus den Fig. 6 und 7 geht eine zweite bevorzugte Ausfüh­ rungsform der elektrischen Schmelzsicherung 60 mit einem Keramikgehäuse 62 mit drei Kanälen 64, 66 und 68 hervor, deren Durchmesser jeweils gleich dem Durchmesser des Kanals 23 im Gehäuse 22 der Schmelzsicherung 20 nach den Fig. 1 bis 5 ist. Die Achsen der drei Kanäle 64, 66 und 68 liegen parallel zueinander und zur geometrischen Achse des Gehäu­ ses 62. Die Wärmeleitfähigkeit der anorganischen Keramik des Gehäuses 62 beträgt auch hier mehr als 2,93 W/K · m und es wird ebenfalls Aluminiumoxid wegen seiner sehr hohen Wärmeleitfähigkeit und seiner Robustheit bevorzugt einge­ setzt. Ringnuten 70, 72 sind in die Außenflächen des Gehäuses 62 an dessen Enden eingeformt.

Ein zwingenartiger Anschluß 74, 76 ist auf das Ende des Gehäuses 62 aufgeschoben und die freie Kante seines Randes ist in die Ringnut 70, 72 eingedrückt. Vorher werden jedoch Ringdichtungen 73, 75 aus nachgiebigem Material in die Ringnuten 70, 72 eingesetzt. Im Anschluß 74, 76 ist ein Messerkontakt 78 bzw. 80 angebracht, wodurch eine dauerhaf­ te elektrische und mechanische Verbindung entsteht.

Schmelzleiter 82, 84 sind in den Kanälen 64, 66 des Ge­ häuses 62 angeordnet und mit nicht gezeigten Lotmassen an den Enden mechanisch und elektrisch mit den Anschlüssen 74, 76 verbunden. Die Schmelzleiter 82, 84 sind vorzugsweise im wesentlichen identisch mit dem Schmelzleiter 36 ausgebildet - bei einigen Nennströmen sind sie vollständig identisch, bei anderen mit unterschiedlicher Dicke ausgeführt. Beispielsweise kann die Dicke des Schmelzleiters 36 einer 35A-Schmelzsicherung 20 genau gleich der Dicke jedes Schmelzleiters 82, 84 in einer 70A-Schmelzsicherung 60 sein. die Dicke jedes Schmelzleiters 82, 84 in einer 100A- Schmelzsicherung 60 kann jedoch größer sein als die eines Schmelzleiters 36 in einer 50A-Schmelzsicherung.

Ein wärmeabsorbierendes Löschmittel 94 umgibt den Mittel­ teil und einen Endbereich der Schmelzleiter 82, 84 und bettet diese ein. Ein wärmeisolierendes Löschmittel 96 umgibt und bettet den anderen Endbereich der Schmelzleiter 82, 84 ein. Die Löschmittel 94, 96 entsprechen vorzugsweise jeweils den Löschmitteln 56 bzw. 58.

Die elektrische Schmelzsicherung 60 unterscheidet sich im wesentlichen von der Schmelzsicherung 20 durch das Gehäuse 62. Der Nennstrom der elektrischen Schmelzsicherung 60 ist erheblich höher als der Nennstrom der elektrischen Schmelz­ sicherung 20. Es ist wichtig, daß jeder Kanal im Gehäuse 62 nur einen Schmelzleiter enthält.

Die Funktion und Arbeitsweise der elektrischen Schmelzsi­ cherung 60 und damit der Schmelzleiter 82, 84 sind ähnlich der Funktion und Arbeitsweise der elektrischen Schmelz­ sicherung 20 bzw. des Schmelzleiters 36. Da jedoch der Nennstrom der elektrischen Schmelzsicherung 60 höher ist als der der elektrischen Schmelzsicherung 20, muß die elektrische Schmelzsicherung 60 höhere Dauernennströme führen und höhere Werte geringer Überströme unterbrechen.

Sind elektrische Schmelzsicherungen mit höherem Nennstrom erforderlich, so können für jede Schmelzsicherung mehrere Gehäuse vorgesehen sein. Beispielsweise weisen Schmelz­ sicherungen im Bereich von 250 . . . 400A Nennstrom zwei Gehäuse mit jeweils drei Kanälen auf, wobei sich in jedem der sechs Kanäle jeweils ein Schmelzleiter befindet und die Unterschiede der Nennströme zwischen der verschiedenen Schmelzsicherungsausführungen mit der Dicke der Schmelzlei­ ter eingestellt werden. Bei 450 . . . 600A-Schmelzsicherungen weist jede drei Gehäuse mit jeweils drei Kanälen auf, wobei jeder der neun Kanäle einen Schmelzleiter enthält. Die Nennstromunterschiede werden durch Ändern der Dicke der Schmelzleiter erreicht. Bei elektrischen Schmelzsicherungen im Bereich von 700 . . . 800A Nennstrom hat jede fünf Gehäuse mit jeweils drei Kanälen, wobei jeder der 15 Kanäle einen Schmelzleiter enthält und die Nennstromunterschiede über die Dicke der Schmelzleiter eingestellt werden. Bei elek­ trischen Schmelzsicherungen für einen Nennstrombereich von 900 . . . 1000A hat jede Sicherung sechs Gehäuse, wobei jeder der 16 Kanäle einen Schmelzleiter enthält. Die Nennstromun­ terschiede werden auch hier über die Dicke der Schmelzlei­ ter eingestellt.

Fig. 8 zeigt eine Strom-Zeit-Kurve, wobei die ansteigende Flanke 98 der Kurve dem Strom durch eine 400A/700V-Schmelz­ sicherung entspricht, wenn mittels einer Kondensatorgruppe ein Kurzschluß über die Schmelzsicherung gelegt wird. Die Flanke 98 ist im wesentlichen gradlinig, steigt unter einem Winkel von nur etwa 11° zur Vertikalen an und geht in einen oberen Teil 100 der Kurve über, der seinerseits in eine abfallende Flanke 102 übergeht. Die Flanke 102 ist im wesentlichen gradlinig und fällt unter einem Winkel von nur etwa 10° zur Vertikalen ab.

Fig. 9 zeigt eine Strom-Zeit-Kurve mit einer ansteigenden Flanke 110, die den Strom durch eine 600A/700V-Schmelz­ sicherung darstellt, wenn diese mittels einer Kondensator­ gruppe kurzgeschlossen wird. Die Flanke 110 ist im wesent­ lichen gradlinig, verläuft unter einem Winkel von nur etwa 22° zur Vertikalen und geht in einen oberen Teil 112 der Kurve über, der seinerseits in eine abfallende Flanke 114 der Kurve übergeht, die ebenfalls im wesentlichen gradlinig ist und unter einen Winkel von nur etwa 14° zur Vertikalen verläuft. Wie aus den Fig. 8 und 9 ablesbar ist, kann die 400A/700V-Schmelzsicherung bzw. die 600A/700V-Schmelzsiche­ rung die Lichtbogenzeit verringern und ist somit besonders zum Schutz von Halbleiterschaltungen geeignet, wohingegen aber die Stromteilheit zu Kurzschlußbeginn nur von den äußeren Netzbedingungen, d.h. im Fall gemäß Fig. 8 bzw. Fig. 9 von der kurzzuschließenden Kondensatorgruppe abhängt.

Die in Fig. 8 gezeigte Trennzeit beträgt nur etwa 2 ms, die in Fig. 9 3 ms, womit diese Trennzeiten kürzer als die Trennzeiten herkömmlicher elektrischer Schmelzsicherungen vergleichbaren Nennstroms bzw. entsprechender Nennspannung sind. Mit einigen Ausführungsformen der elektrischen Schmelzsicherung sind Trennzeiten erreichbar, die bis zu 30% kürzer als die Trennzeiten herkömmlicher Schmelzsiche­ rungen vergleichbarer Betriebswerte sind.

Die Schmelzleiter können außer aus Silber aus Kupfer, einem anderen hochleitfähigen Werkstoff oder einer hochleitfähi­ gen Legierung hergestellt sein.

Das Schmelzelement 36 wird in beiden in der Zeichnung gezeigten elektrischen Sicherungen verwendet, und beide diese sollen die Ausführungsformen der elektrischen Schmelzsicherung in einer 250V- oder einer 130V-Schaltung eingesetzt werden, so können die nachgiebigen Ringdichtun­ gen 29, 31 gemäß Fig. 1 bis 3 sowie die nachgiebigen Ringdichtungen 73, 75 gemäß Fig. 6 und 7 entfallen.

Die Kanäle 23, 64, 66 und 68 weisen einen kreisrunden Querschnitt auf. Andere Querschnittsformen sind möglich, wobei jedoch von Wichtigkeit ist, daß kein Schmelzleiter sich flächig über seine gesamte Breite an der Innenfläche der Kanalwand anlegen kann.

Claims (5)

1. Elektrische Schmelzsicherung

• - mit einem rohrförmigen wärmeleitfähigen Keramikgehäuse mit mindestens einem durchgehenden Kanal
• - bei der mit Anschlußkontakten versehene Endkappen das Gehäuse abschließen
• - und in dem Kanal ein mit den Kontakten leitend verbun­ dener bandförmiger Schmelzleiter aus durchgehend einheit­ lichem Material in wärmeleitfähigem Löschmittel eingebet­ tet angeordnet ist,
• - wobei der Schmelzleiter in seinen Endbereichen Engstellen für die Überstromabschaltung und im Mittelteil solche mit demgegenüber größerem Querschnitt für die Kurzschlußab­ schaltung aufweist,
• - und die Wärme, die an der Engstelle im Endbereich des Schmelzleiters entsteht im wesentlichen von dem jewei­ ligen Anschlußkontakt aufgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß
• - in den Endbereichen die Kanten des Schmelzleiters (36; 82, 84) die Kanalwand zwecks Wärmeübergang berühren
• - während der Mittelteil derart geformt ist, daß sich die Schmelzleiterkanten in einem Abstand zur Kanalwand be­ finden.

2. Elektrische Schmelzsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (22; 62) aus Keramik mit einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens 2,93 W/K×m besteht.

3. Elektrische Schmelzsicherung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelteil des Schmelz­ leiters (36; 82, 84) geneigt verläuft, im Kanal (23, 64, 66) des Gehäuses (22, 62) angeordnet ist und die temperaturbedingte Längenausdehnung aufnimmt.

4. Elektrische Schmelzsicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch zwei verschiedene, räumlich voneinander getrennte Löschmittel (56, 58, 94, 96), wobei eine erste äußere Schwachstelle (38) und mindestens eine weitere Schwachstelle (40, 42, 44) im Mittelbereich des Schmelzleiters (36; 82, 84) von einem wärmeabsor­ bierenden Löschmittel (56, 94) umgeben und eingebettet sind, und eine zweite äußere Schwachstelle (48) und eben­ falls eine weitere Schwachstelle (46) im Mittelbereich des Schmelzleiters (36; 82, 84) hingegen von einem wärmeisolierenden Löschmittel (56; 96) umgeben und eingebettet sind.

5. Elektrische Schmelzsicherung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeabsorbierende Löschmittel (56; 94) Quarzsand und das wärmeisolierende Löschmittel (58; 96) Calciumphosphat sind.