DE2830963C2

DE2830963C2 - Bei Überlastung infolge überhöhter Temperatur und/oder überhöhtem Strom den Stromfluß unterbrechende elektrische Sicherung

Info

Publication number: DE2830963C2
Application number: DE19782830963
Authority: DE
Inventors: Hermann Ulrich Ferdinand Dr.-Ing. 8500 Nürnberg Müller
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1978-07-14
Filing date: 1978-07-14
Publication date: 1985-03-14
Also published as: DE2830963A1

Description

Die Erfindung betrifft eine bei Überlastung infolge überhöhter Temperatur und/oder überhöhtem Strom den Stromfluß unterbrechende elektrische Sicherung aus einem Träger aus Kunststoff, der bei überhöhter Temperatur schmilzt oder schrumpft und einer auf dem Träger angeordneten Metallisierung, die mit elektrischen Anschlüssen in Kontakt steht.

Mit derartigen Abschaltsicherungen sollen insbesondere einzelne Bauelemente, aber auch elektronische Schaltungen bzw. Schaltungsteile vor Überlastung geschützt werden.

Es sind bereits elektrische Sicherungen mit einem bei unzulässig hohem Strom schmelzenden Draht bekannt.

Solche Schmelzdrahtsicherungen sind sehr einfach aufgebaut und lassen sich preisgünstig herstellen. Nachteilig hierbei ist jedoch, daß sich der Zeitpunkt der Abschaltung nicht exakt definieren läßt und die Abschaltung nicht immer exakt nachvollziehbar erfolgt

Es sind weiter elektronische Abschaltsicherungen mit genau definierbarem Abschaltzeitpunkt bekannt. Diese Art der Absicherung ist aber mit relativ großem technischen Aufwand verbunden.

Aus der DE-PS 6 04 029 ist eine elektrische Sicherung bekannt, bei der auf einem Träger aus Kunststoff eine leitfähige Schicht, beispielsweise aus Edelmetall, angeordnet ist Bei einem überhöhten Strom, der durch die leitfähige Schicht fließt, wird durch die Stromwärme der Kunststoffträger zum Erv-eichen oder Schmelzen gebracht, so daß dadurch die leitfähige Schicht unterbrochen wird.

Aus der DD-PS 45 156 ist eine elektrische Sicherung bekannt, bei der in einem evakuiertem Glaskolben eine dünne Trägerhaut aus Kunststoff angeordnet ist. auf der eine elektrisch leitende Schicht angeordnet ist. Bei überhöhtem Strom, der durch die Metallschicht fließt wird der Kunststoffträger zerstört und dadurch der Strom unterbrochen. Die Dicke der Trägerhaut und der leitenden Schicht muß unter Berücksichtigung des Wärmeableitwiderstandes der Materialien und des maximal zulässigen Stromes entsprechend gewählt werden.

Bei diesen bekannten Sicherungen mu3 die leitende Schicht entsprechend dick und der Kunststoffträger entsprechend dünn sein, damit der gewünschte Effekt eintritt Solche Sicherungen sind daher mechanisch sehr anfällig.

Aus der FR-PS 8 98 961 ist eine elektrische Sicherung bekannt, bei der in einer Umhüllung mit zwei Zuleitungen ein Gemisch aus einem Halbleiterpulver mit einem Kunstharz angeordnet ist Bei überhöhtem Strom wird der Halbleiter in einen Nichtleiter umgewandelt.

Aus der GB-PS 4 99 816 ist eine elektrische Sicherung bekannt bei der eine Metallschicht auf ausschließlich anorganischem Isoliermaterial angeordnet ist. Bei übermäßigem Strom in der Metallschicht vi.'d der anorganische Isolator örtlich überhitzt so daß er springt und dadurch wird die Metallschicht unterbrochen, bevor sie zum Schmelzen kommt Mit einer solchen Sicherung kann kein exakter Ansprechwert erzielt werden.

Aus der DE-OS 24 26 348 ist eine elektrische Sicherung bekannt, bei der ein Gemisch aus einem niedrig schmelzenden Metallpulver, Kieselerde und einem organischen Flußmittel in einem Harz dispergiert sind. Bei überhöhtem Strom srhmilzt das Metall und ballt sich zu voneinander isolierten Kügelchen zusammen. Hiermit läßt sich auch kein exakter Ansprechwert erzielen.

so Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sicherung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einfach aufgebaut ist, sich einfach herstellen läßt, einen genau definierten Ansprechwert hat und mechanisch stabil ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebene Maßnahme gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden.
Die Sicherung gemäß der Erfindung arbeitet sowohl

als reine Übertemperatursicherung als auch als Stromsicherung. Der Ansprechpunkt als Übertemperatursicherung wird ausschließlich durch die Schmelz- oder Schrumpfungstemperatur des Kunststoffträgers bestimmt.

im Gegensatz zu den bekannten Sicherungen wird bei dem Ansprechen als Überstromsicherung nicht soviel Wärme durch die Leiterschicht erzeugt, daß der Träger zerstört wird, sondern die Leiterschichi wird so

dünn gewählt, daß sie bei Überstrom mindestens teilweise wegbrennt, ohne daß dabei der Träger zum Schmelzen kommt. Da hierbei keine Wärmeübertragung von der Leiterschicht auf den Träger erforderlich ist, spricht die Sicherung sehr schnell und exakt bei einem definierten Strom an. Im Gegensatz zu den bekannten Sicherungen ist die Metallisierung sehr dünn, aber der Träger kann verhältnismäßig dick sein, so daß die Anordnung i.iechanisch sehr stabil ist

Da so dünne Schichten in ihrem Widerstandsverhalten wesentlich von dem des kompakten Metalls abweichen, kann keine bestimmte Schichtdicke für die Metallisierung angegeben werden. Die erforderlichen Eigenschaften der Metallisierung sind daher durch die Quadratleitfähigkeit definiert Dies ist die Leitfähigkeit einer quadratischen Metallisierungsfläche, die vom Material, der Struktur und der Dicke abhängt.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Träger in Stab- oder Rohrform ausgebildet; er kann auch als bandartige Kunststoffolie mit einer Foliendicke von 5 bis 30 μπι ausgebildet sein.

Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Träger aus Kunststoffkugeln ausgebildet, die einander elektrisch kontaktieren. Dazu sind die metallisierten Kunststoffkugeln übereinander und/oder nebeneinander geschichtet in einem nicht leitenden Behälter angeordnet

Weitere Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet

Im Ausführungsbeispiei gemäß der Fig. 1 ist eine bandartige Kunststoffolie 1 als Träger vorgesehen. Die Kunststoffolie 1 ist aus einem bei der Abschalttemperatur schmelzenden oder schrumpfenden Kunststoff, wie Polypropylen, Polyäthylen-Terephthalat, Polyvinylchlorid ausgebildet und kann aus Schaumstoff bestehen. Sie weist vorzugsweise eine Folienstärke von 5 bis 30 μΐη. Die Kunststoffolie 1 ist mit einer Metallisierung 2 versehen. Die Metallisierung 2 kann aus Kupfer, Aluminium, Zink, aber auch aus Silber oder Gold, ausgebildet sein. Sie kann auf die Kunststoffolie 1 aufgespritzt oder anderweitig aufgebracht sein. Die Metallisierung 2 ist so ausgebildet, daß sie eine Quadratleitfähigkeit von 10 bis 0.1 Siemens aufweist, je nach Metallisierungsart

Die metallisierte Kunststoffolie ist in geeigneter Weise arretiert und elektrisch kontaktiert, (m Ausführungsbeispiel gemäß der F i g. 1 ist die Kunststoffolie 1 auf eine ebene, der Breite und Länge der Folie entsprechende Oberfläche einer Halterung 3 aufgelegt. Die Halterung 3 kann auch stab- oder rohrförmig ausgebildet sein. Die Kunststoffolie 1 ist dann auf den Mantel der Halterung aufgelegt.

Die Halterung 3 ist aus nicht leitendem Material ausgebildet; vorzugsweise aus einem Material mit höherem Schmelzpunkt als das der Folie. Die Kunststoffolie 1 ist auf der Halterung 3 mittels Klemmen 4 und 5 beidseitig festgehalten derart, daß die Klemmen 4 und 5 mit der Metallisierung 2 kontaktieren. Die Klemmen 4 und 5 sind aus elektrisch leitendem Material, beispielsweise aus Hartbronze ausgebildet Mit den Klemmen 4 und 5 sind elektrische Anschlüsse 6 und 7 leitend verbunden.

Irn normalen Betriebsfall erfolgt ein Stromfluß über den Anschluß 7, die Klemme 5, die Metallisierung 2, die Klemme 4 und den Anschluß 6 zu dem abzusichernden Bauelement, dem Schaltungsteil bzw. zu der abzusichernden Schaltung.

Im Überlastungsfall infolge überhöhter Temperatur schrumpft oder schmilzt uU Kunststoffolie; im Uberlastungsfall infolge unzulässig hoher Stromstärke kommt es zu Ausbränden in der Metallisierung, in beiden Fällen erfolgt eine Kontaktunterbrechung zwischen den Klemmen 4 und 5 bzw. zwischen den Anschlüssen 6 und 7 und damit eine Unterbrechung der Stromzufuhr zu dem zu versorgenden Bauelement, Schaltungsteil bzw. zu der Schaltung.

Die Abschalttemperatur dieser Sicherung ist abhängig von der Foliendicke und der Folienbreite; die Abschaltstromstärke ist abhängig von der Metallisierungsstärke und der Folienbreite; die Abschaltgeschwindigkeit ist abhängig von der Foliendicke und indirekt von der Metallisierungsstärke und der Folienbreite. Die Sicherung ist also je nach Anwendungsgebiet in weiten Grenzen variabel.

Es ist vorgesehen, je nach den gegebenen Erfordernissen die Kunststoffolie 1 auch beidseitig metallisiert auszubilden.

Im Ausführungsbeispiel gemäß der Fig.2 sind Kunststoffkugeln 8 als Träger vorgesehen. Die Kunststoffkugeln 8 sind wie die Kunststoffe·.» 1 aus Polypropylen, Polyäthylen-Terephthalat, Polyvinylchlorid ausgebildet; sie können auch aus Schaumstoff bestehen. Die Oberflächen der Kunststoffkugeln 8 sind metallisiert Die Metallisierung ist gleichfalls aus Kupfer, AIuminium, ?^:nk. Silber oder Gold ausgebildet derart daß sie eine Quadratleitfähigkeit von 10 bis 0,1 Siemens aufweist, je nach Metallisierungsart

Die metallisierten Kunststoffkugeln 8 sind so angeordnet, daß sie sich gegenseitig kontaktieren. Dies kann in einfacher Weise dadurch erfolgen, daß sie in einem Behälter neben- und übereinanderliegend angeordnet sind. Der Behälter ist im Ausführungsbeispiel gemäß der F i g. 2 als Rohr 9 aus Kunststoff oder Glas ausgebildet: auch hierbei ist vorzugsweise ein Material verwendet das einen höheren Schmelzpunkt als das der Kunststoffkugeln 8 aufweist Das Rohr 9 ist beidseitig mit Kapseln 10 und 11 aus leitendem Material, beispielsweise aus metallischem Material wie Hartkupfer oder anderem verschlossen. Dabei kontaktieren die metallisierten Oberflächen der entsprechenden Kunststoffkugeln die Kapseln 10 und 11. Die Kapseln 10 und 11 sind mit elektrischen Anschlüssen 12 und 13 versehen.

Im normalen Betriebsfal! erfolgt ein Stromfiuß durch die Sicherung über den Anschluß 12, die Kapsel 10, die metallischen Oberflächen der Kunststoffkugeln 8, die Kapsel 1X und den Anschluß 13.

Im Überlastungsfall infolge überhöhter Temperatur schrumpfen oder schmelzen die Kunststoffkugeln 8; im Überlastungsfall infolge unzulässig hoher Stromstärke erfolgen Abbrände an. den Kontaktstellen der Kugeloberflächen zueinander. In beiden Fällen erfolgt also eine Kontaktunterbrechung zwischen den Kapseln 10 und 11 L/v. zwischen den Anschlüssen 12 und 13.

Die Abschalttemperatur der Sicherung ist abhängig vom Durchmesser eier Kunststoffkugeln 8, die Abschaltstromstärke und die Abschaltgeschwindigkeit sind jeweils abhängig von der Metallisierungsstärke der Kugeloberflächen und vom Durchmesser der Kunststoffkugeln. Im Ausführungsbeispiel gemäß der F i g. 3 ist als Träger ein Kunststoffstab 14 vorgesehen. Der .Kunststoffstab 14 ist gleichfalls aus einem bei der Abschalttemperatur schmelzenden oder schrumpfenden Kunststoff wie Polypropylen, Polyäthylen-Terephthalat, Polyvinylchlorid ausgebildrt und kann aus Schaumstoff bestehen. Der Mantel des Kunststoffstabes 14 ist mit einer Metallisierung 15 versehen. Die Metallisierung 15 ist aus Kupfer, Aluminium, Zink, Gold oder Silber ausgebildet und in geeigneter Weise, beispielsweise durch Aufsprit-

/cn, aufgebracht. Die Metallisierung IS ist so ausgebildet, daß sie eine Quadratleitfähigkeit von 10 bis 0,1 Siemens aufweist, je nach Metalllisierungsart. Dem Kunststoffstab 14 sind beidseitig Kappen 16 und 17 aus elektrisch leitendem Material, beispielsweise aus Hartkup- s fer, mit angeformten Anschlüssen 18 und 19 aufgestülpt derart, daß die Kappen 16 und 17 die Metallisierung 15 kontaktieren.

Im normalen Betriebsfall erfolgt ein Stromfluß durch die Sicherung über den Anschluß 18, die Kappe 16, die Metallisierung 15, die Kappe 17 und den Anschluß 19.

Im Überlastungsfall infolge überhöhter Temperatur erfolgt ein Schmelzen des Kunststoffstabes 14; im Überlastungsfall infolge unzulässig hoher Stromstärke erfolgen Abbrände auf der Metallisierung 15 und ein is Schmelzen des Kunststoffstabes. In beiden Fällen erfolgt also eine Kontaktunterbrechung zwischen den Kappen 16 und <7 hru/. den elektrischen Anschlüssen 18 uncfl9.

Die Abschalltemperatur dieser Sicherung ist abhängig von der Stablänge und vom Stabdurchmesser; die Abschaltstromstärke ist abhängig von der Metallisierungsstärke und der Stablänge; die Abschaltgeschwindigkeit ist abhängig vom Stabdurchmesser und indirekt von der Metallisierungsstärke und der Stablänge. Es ist vorgesehen, je nach den gegebenen Erfordernissen den Stab aus Kunststoff als Rohr aus Kunststoff auszubilden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Bei Überlastung infolge überhöhter Temperatur und/oder überhöhtem Strom den Stromfluß unterbrechende elektrische Sicherung aus einem Träger aus Kunststoff, der bei überhöhter Temperatur schmilzt oder schrumpft und einer auf dem Träger angeordneten Metallisierung, die mit elektrischen Anschlüssen in Kontakt steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallisierung eine Quadratleitfähigkeit von 10—0,1 Siemens aufweist.

2. Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger ein Kunststoffband mit einer Dicke von 5 bis 30 μπι ist.

3. Sicherung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffband beidseitig metallisiert ist.

4. Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger ein Kunststoffstab ist

5. Sicherung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß der Träger ein Kunststoffrohr ist

6. Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus übereinander und/oder nebeneinander geschichteten KLanststoffkugeln besteht deren Metallisierungen miteinander in elektrischem Kontakt stehen und von denen die äußeren mit elektrischen Anschlüssen in Kontakt stehen.

7. Sicherung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die metallisierten Kunststoffkugeln in einem nichtleitenden Behälter ü .geordnet sind.

8. Sicherung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter rohr ^rmig ausgebildet ist. und daß die Rohrenden mit metallischen Verschlüssen versehen sind, welche als elektrische Anschlüsse dienen.

9. Sicherung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus Schaumstoff besteht.

10. Sicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus Polypropylen besteht.

11. Sicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus PoIyäthylen-Terephthalat besteht.

12. Sicherung nach einem der Ansprüche i bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus Polyvinylchlorid besteht.