DE3221919C2

DE3221919C2 - Überwachungselement für Leistungsstromkreise

Info

Publication number: DE3221919C2
Application number: DE19823221919
Authority: DE
Inventors: Manfred Rupalla; Renate 5810 Witten Schulz; Klaus Dipl.-Phys. Stärk
Original assignee: Wickmann Werke GmbH
Current assignee: Wickmann Werke GmbH
Priority date: 1982-06-11
Filing date: 1982-06-11
Publication date: 1985-07-18
Also published as: DE3221919A1

Abstract

Eine elektrische Sicherung weist ein Schmelzelement (2) als Kurzschlußschutz und einen temperaturabhängigen Widerstand (7), beispielsweise einen NTC-Sensor, auf, die im Siebdruckverfahren galvanisch voneinander getrennt auf einen aus hochwärmeleitfähigem Keramikmaterial bestehenden Träger so angebracht sind, daß zwischen ihnen eine definierte Wärmekopplung besteht. Wenn das Schmelzelement (2) in einen Leistungskreis geschaltet ist und unter Strombelastung, insbesondere unter Überstrombelastung, erwärmt wird, ergibt sich aufgrund der Wärmekopplung ein Wärmefluß zu dem Widerstand (7), der entsprechend erwärmt und dessen Widerstandswert dadurch in bestimmter Abhängigkeit von der auf das Schmelzelement (2) einwirkenden Strombelastung reduziert wird. Diese Widerstandsverringerung kann, wenn der Widerstand (7) beispielsweise in einen Steuerkreis geschaltet ist, zur Ausführung einer Vielzahl von Zusatzfunktionen benutzt werden, wofür dem Widerstand (7) vorbestimmte Arbeitspunkte zugeordnet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Überwachungselement für Leistungsstromkreise mit einem wärmeabgebenden Element im Primärkreis und einem damit thermisch gekoppelten, temperaturabhängigen Widerstand für eine Schaltfunktion in einem Sekundärkreis.

Ein derartiges Überwachungselement ist z. B. in der US-PS 36 96 294 beschrieben. Es dient in erster Linie zur Messung der tatsächlichen el. Energie die sich in einer Erwärmung des wärmeabgebenden Elementes niederschlägt und über den temperaturabhängigen Widerstand gegebenenfalls verstärkt zur Anzeige gebracht wird. Um Fehlmessungen durch eine Gesamterwärmung des Überwachungselementes entgegenzuwirken, ist neben dem thermisch gekoppelten, temperaturabhängigen Widerstand ein ebenfalls temperaturabhängiger Referenzwiderstand vorhanden, der den Einfluß der Umgebungstemperatur mindert. Ein sehr ähnliches Überwachungselement ist aus der europäischen Offenlegungsschrift 13 843 bekannt. Insbesondere anhand der Fig. 3 dieser Veröffentlichung wird ein Strommesser beschrieben, der für die Steuerfunktion mehrere Potentiale zur Verfugung stellt. Auch dieser Strommesser dient dazu, bei einer behördlich begrenzten Leistungsentnahme aus dem Netz nur die mit höherer Priorität versehenen Stromverbraucher zu versorgen und die weniger wichtigen entsprechend abzuschalten bzw. zu drosseln. Auch bei diesem Strommesser wird ein Referenzwiderstand benutzt, um Meßfehler infolge einer Erwärmung oder Abkühlung des gesamten Überwachungselementes auszuschließen.

Eine weitere thermische Kopplung zwischen einem Primärkreis und einem Sekundärkreis ist aus der US-PS 39 24 214 bekannt. Bei dieser Anordnung wird z. B. der Sekundärkreis eines Transformators über die Sicherung innerhalb des Primärkreises in der Weise mit abgesichert, daß ein Überstrom aus dem Sekundärkreis zur Erwärmung der Sicherung des Primärkreises herangezogen wird, so daß eiue thermische Auslösung der Sicherung infolge der erhöhten Erwärmung eintritt. Auf ein und dieselbe Sicherung des Primärkreises eines Transformators können die Wärmewiderstände unterschiedlicher Sekundärkreise wirken, so daß das Auslö- ;5 sen der Sicherung von einem oder von mehreren Sekundärkreisen aus ausgehen kann. Als Sicherung wird je weils ein Element mit einer Schmelzpille verwendet, die durch äußere Einwirkungen zum Zerfließen gebracht wird. Bei fehlenden Wärmewiderständen aua untergeordneten Schaltkreisen müssen bei diesem Sicherungstyp die Zuleitungen als Widerstandsdrähte ausgebildet Sein, uäiüit es zu einer ausreichenden Erwärmung der Schmelzpiile kommt
Schließlich ist aus der DE-OS 18 03 554 bekannt, Sicherungen bzw. Heizvorrichtungen in Plattenform herzustellen, und zwar auch im Siebdruckverfahren, das für eine wirtschaftliche Herstellung von Flachsicherungen oder Heizvorrichtungen in Flachbauform besonders geeignet ist Diese letztgenannte Druckschrift lehn allerdings lediglich, ein in dieser Weise hergestelltes Element als Sicherung oder als Heizvorrichtung zu verwenden, eine thermische Kopplung oder dergleichen ist nicht erwähnt

Die genannten Leistungsmesser werden gemäß ihrer Bestimmung für Schaltfunktionen und Regelaufgaben eingesetzt bzw. zur Feststellung der tatsächlichen pro Zeiteinheit gelieferten Energiemenge. Im eigentlichen Sinne liefern sie daher keinen Beitrag zur Überwachung von elektrischen Geräten, die z. B. vor Überströmen geschützt werden sollen. Diesem T,z'. kommt die US-PS 39 24 214 noch am nächsten. Allerdings ist im wesentlichen eine Anordnung beschrieben, gemäß der die Vorgänge in einem bestimmten Schaltkreis — beispielsweise in dem einen Sekundärkreis eines Transformators — dazu benutzt werden können, die Sicherung in einem anderen Schaltkreis — beispielsweise dem Primärkreis eines Transformators — auszulösen, damit in dem einen Schaltkreis keine irreparablen Schaden eintreten. Im wesentlichen handelt es sich also um eine Sicherung mit

so einer Fernauslösung, die auf thermischem Wege vorgenommen wird. Entsprechend ist auch die Sicherung als thermische Überlastsicherung ausgebildet, also mit einer Schmelzpille versehen, die gezielt durch ein Heizelement zum Schmelzen gebracht wird.

Eine besonders exakte, also engen Toleranzen unterliegende Absicherung ist mit derartigen Anordnungen nicht erzielbar. Zwar ist die Möglichkeit der Fernauslösung gegeben, die Schaltgenauigkeit bei Störungen in demjenigen Kreis, in dem die Sicherung untergebracht ist. ist jedoch sehr mangelhaft, da ebenfalls thermisch ausgelöst werden muß. also mit Hilfe von Zuleitungen, die als Widerstandsdrähtc ausgebildet sind. Damit lassen sich zwar Schaltfunktionen erreichen, die von hochentwickelten Sicherungen her bekannten Charakteristi-

b5 ken lassen sich jedoch damit nicht verwirklichen.

Es ist demnach Aufgabe der Erfindung, ein Überwachungselement der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dessen Anwendung die von dem wärmeabgcbemlL-n

p Element indirekt gemessene Leistung zu einer dosierten p Absicherung ausgenutzt werden kann und zusätzlich ei-{*£ ne herkömmliche Absicherung gegen Beschädigungen fif, aus einer Überlastung vorhanden ist
|t Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, IS daß mit dem temperaturabhängigen Widerstand eine an % sich bekannte Schmelzsicherung thermisch gekoppelt Il ist.

fö Die Erfindung sieht also vor, daß im Primärkreis eines

«f abzusichernden elektrischen Gerätes in herkömmlicher ff Weise eine Sicherung in Form eines Schmelzelementes, |i also eine Schmelzsicherung eingegliedert ist. Diese ft Schmelzsicherung dient sowohl als Mittel zur endgülti- §5 gen Abschaltung bei nicht abgeschalteten oder nicht §§i abschaltbaren Störungen, die zu Schäden an dem elek- )¥i irischen Gerät führen würden, als auch zur Anzeige des 9i Grades der Überlastung vor dem Bereich der Auslöfi ί sung in Form der Wärmeabgabe, die von dem tempera- £j turabhängigen Widerstand aufgenommen und in Schaltic funktionen umgesetzt wird. Der temperaturabhängige Widerstand kann ein NTC- oder PTC-Widerstand sein, :\ was sich nach der eigentlichen Verwendung für die !,■'.· Schaltfunktion richtet Die Erfindung schafft areo insbe- ^: ; sondere ein Überwachungselement, das auch zur Beein- :. ) flussung des Primärkreises durch den Sekundärkreis ge-.'": eignet ist, so daß bei entsprechender Verwendung eine \, extrem gut aussteuerbare Sicherung vorhanden ist, die J; neben einer zuverlässigen Abschaltung infolge eines Durchschmelzensdes Schmelzelementes eine Belastung des elektrischen Gerätes bis unmittelbar an die von der Einwirkdauer abhängenden Überstromwerte gestattet. Selbstverständlich können auch mit dem erfindungsgemäßen Überwachungselement Vorgänge beispielsweise im Sekundärkreises eines Transformators ausgenutzt werden, um einen Schaltvorgang im Primärkreis des Transformators vorzunehmen.

Dabei wird jedoch der Leistungsanstieg in dem Sekundärkreis mit Hilfe der Schmelzsicherung als Temperaturerhöhung festgestellt und dann über den Sekundärkreis des Überwachungselementes eine entsprechende Unterbrechung im Primärkreises des Transformators durchgeführt, beispielsweise mit Hilfe eines Leistungstransistors oder sogar mit Hilfe eines Magnetschalter. Entscheidend ist dabei jedoch, daß der Sekundärkreis des Transformators nach wie vor durch eine Sicherung geschützt bleibt, so daß ein Versagen der nachgeordneten Schaltung nicht auch den Schutz zunichte macht.

Diese unbedingte Schutzfunktion ist besondere -.vichtig. Die sichere Funktion des erfindungsgemäßen Überwachungselementes hängt nämlich in erster Linie von der Beibehaltung der vorgegebenen thermischen Kopplung zwischen der Schmelzsicherung und dem temperaturabhängigen Widerstand ab, so daß eine Störung dieser thermischen Kopplung unverzüglich eine Störung der Schaltfunktion zur Folge hat, und zwar beinahe ausschließlich in der Richtung, daß die Schaltfunktion von einer niedrigeren Leistungsaufnahme im Primärkreis ausgeht, als tatsächlich vorhanden ist. Gerade für diese Fälle bietet das erfindungsgemäße Überwachungselement einen sehr guten Schutz, da als Auffangstellung stets die Schmelzsicherung vorhanden ist. Die thermische Kopplung kann z. B. dadurch schlechter werden, daß das im Siebdruck zu einem Schichtaufbau zusammengesetzte Überwachungselement unter inneren Ablösungen leidet.

Im allgemeinen gcs'.attct das erfindungsgemäße ÜbcrwaehunKselcment, in einem sonst vom Leistungsstromkreis unabhängigen zweiten Stromkreis, dem Sekundärkreis, die jeweils gewünschte Zusatzfunktion herbeizuführen, sei es eine kontinuierliche Anzeige odei· Signalgabe oder eine anderweitige Auslösung von Schaltfunktionen bei Erreichen vorbestimmter Arbeitspunkte des temperaturabhängigen Widerstandes herbeizuführen. Der Arbeitspunkt wird bestimmt durch unter- oder überschreiten bestimmter Widerstandswerte des temperaturabhängigen Widerstandes in Abhängigkeit von der jeweiligen Strombelastung im Leistungskreis und einer dieser Belastung entsprechenden Erwärmung des mit dem temperaturabhängigen Widerstand durch Wärmekopplung verbundenen Schmelzeiementes. Insbesondere bei Verwendung von Dickfilmschmelzleitern ist man bestrebt, die bei Stromfluß entstehende Wärme möglichst nur auf einen kleinen lokalen Bereich wirksam werden zu lassen, damit besonders bei langen Einwirkzeiten die jeweiligen Träger des Schmelzelementes nicht zu stark aufgeheizt werden.

Vorzugswebe werden diese örtlich begrenzten Bereiche höherer Temperaturen der Sch:·.ilzsichcrung zur Wärmekopplung mit dem temperaturabhängigen Widerstand benutzt

Zur Vereinfachung der Herstellung der erfindungsgemäßen Überwachungselemente bietet sich das Siebdnjckverfahren an, bei dem die einzelnen Elemente gegebenenfalls schichtweise übereinander aufgebracht werden. In jedem Falle müssen für die Wärmekopplung reproduzierbare Verhältnisse geschaffen werden, um eine definierte Abhängigkeit zwischen der Strombelastung im Leistungskreis über die Schmelzsicherung und der entsprechenden Änderung der Widerstandswerte des temperaturabhängigen Widerstandes zu gewährleisten. Wesentliche, hierfür maßgebliche Faktoren sind die Form und Anordnung sowie das Material und die Charakteristik (hinsichtlich der bis zum Abschmelzen der Schmelzsicherung bestehenden Möglichkeiten) des Schmelzelementes, wie Wärmeübergangs- und Wärmedurchgangsverhältnisse (je nach Form, Anordnung und Material des den Wärmetransport zwischen der Schmelzsicherung und dem Widerstand herbeiführenden Elementes) sowie die Lage, Anordnung und Charakteristik des temperaturabhängigen Widerstandes. Zwischen einigen der vorgenannten Faktorei! bestehen Wechselwirkungen.

Ganz gleich wie die maßgeblichen Faktoren für den jeweiligen Anwendungsfall vorherbestimmt bzw. vorausberechnet sind, ist die Herbeiführung einer definierten Wärmekopplung und Abhängigkeit jederzeit durch Einzelmeßabgleiche der einzelnen Glieder bzw. Strekken der Kette der Wärmekopplung als auch erst recht durch einen Gesamtabgleich möglich, und zwar innerhalb des Produktionsablaufes.
Zwischen der Schmelzsicherung und dem temperaturabhängigen Widerstand kann eine elektrische Verbindung im Leisturifcükreis bestehen. Vorzugsweise sind das Schmelzelement und der temperaturabhängige Widerstand jedoch voneinander elektrisch isoliert bzw. galvanisch getrennt. Diese Ausführung hat für eine Vielzahl von Anwendungsfällen Bedeutung, und ihre Her-Stellung ist relativ einfach.

Die Schmelzsicherung und der temperaturabhängige Widerstand sind vorzugsweise im Abstand voneinander an einem wärmedurchlässigen Träger aus Isoliermaterial (ζ. B. AI₂Oj) angeordnet. Die Wärmedurchlässigkeit soll zweckmäßig durch das Material des gemeinsamen Träger bedingt sein, obwohl auch die Form bzw. Struktur, beispielsweise eine vorbestimmte Porosität, unab-

hängig vom Werkstoff für den Wärmedurchgang des Trägers bestimmend sein kann. Der Abstand ist so zu wählen, daß die gewünschte Temperaturbeeinflussung des Widerstandes in Abhängigkeit von der Erwärmung der Schmelzsicherung erfolgen kann, je nach gewünsch- ■> ter Charakteristik dieser Abhängigkeit, nämlich ob beispielsweise eine sehr spontane, also flinke Reaktion des Widerstandes auf Wärmeveränderungen der Schmelzsicherung oder ob eine sehr träge Reaktion gewünscht wird.

Je nach Verwendungszweck und Charakteristik kann es vorteilhaft sein, daß die Schmelzsicherung una der Widerstand an gegenüberliegenden Oberflächen des Trägers aus plattenförmigen! Material angeordnet sind und der Wärmefluß von der Schmelzsicherung zum Widerstand in Dickenrichtung des Trägers verläuft, ober aber daß die Schmelzsicherung und der Widerstand nebeneinander auf dem Träger angeordnet sind. Eine eindeutige galvanische Trennung sowie eine schmale Ausführung des Trägers wird im erstgenannten Fall ermöglicht. Auch der Wärmefluß in Dickenrichtung des Trägers ist in diesem Fall eindeutiger vorherzubestimmen.

Die Schmelzsicherung und der temperaturabhängige Widersland können auch durch eine wärmeleitende Isolierschicht voneinander getrennt sein, die dann gemeinsam auf einem Träger angeordnet sind. Die Isolierschicht läßt sich beispielsweise für eine superflinke Reaktion des Widerstandes außerordentlich dünn ausgestalten, da sie keinerlei Trägeraufgaben übernehmen muß, sondern nur zur galvanischen Trennung zwischen jo beiden Elementen dient. In welcher Reihenfolge die Elemente über- bzw. nebeneinander angeordnet werden, hängt von den Bedürfnissen des Einzelfalls ab. Der Träger läßt sich auch beidseitig jeweils mit einem Schichtaufbau versehen, wenn ein Mehrfach-Überwacnungselement mit entsprechender Wärmekopplung gewünscht wird.

Es kann auch vorteilhaft sein, daß eine Schmelzsicherung eine Wärmekopplung zu mehr als einem temperaturabhängigen Widerstand aufweist, beispielsweise auf beiden Seiten (oben, unten und/oder seitlich) der Schmelzsicherung ein Widersland durch ein Dielektrikum getrennt angeordnet ist, wobei die Charakteristik der Widerstände verschieden sein kann. In Anwendung auf einen Träger mit doppelseitigem Schichtaufbau kann man so ein Bauelement mit zwei Schmelzsicherungen und vier hiervon abhängigen Widerständen erhalten.

Grundsätzlich soll die Schmelzsicherung und/oder der Widerstand bzw. die Widerstände im Siebdruckverfahren auf den Träger und/oder aufeinander aufgebracht werden. Die Dickfilmtechnik läßt eine besonders einfache Verwirklichung des erfindungsgemäßen Überwiichungselementes zu.

Beispiele der Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf ein Überwachungselement mit einer Schmelzsicherung bestehend aus einem beidseitig beschichteten Träger; ω

F i g. 2 eine Seitenansicht zu F i g. I;

F i g. 3 eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform eines (ibcrwachungselcmentes mit einer Schmelzsicherung;

F i g. 4 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Überwachungselementes mit Anordnung mehrerer Schichten übereinander auf einem Träger;

F i g. 5 eine Ansicht zu F i g. 4 in Richtung des Pfeils A von Fig. 4;

Fig.6 ein Diagramm zur Verdeutlichung der Zeitdauer / bis zum Abschalten der Sicherung in Abhängigkeit vom jeweiligen ///\- Verhältnis im Lcistungskrcis;

Fig. 7 ein der Fig.6 ähnliches Diagramm zur Darstellung der Zeitdauer ί in Abhängigkeit vom Verhältnis I/In im Leistungskreis beim Erreichen von drei Widerstandswerten eines temperaturabhängigen Widerstands im Sekundärkreis;

Fig.8 ein Diagramm zur Darstellung der Änderung des Widerstands R im Sekundarkreis in Abhängigkeit von der Zeit t für vier verschiedene Strombelastungsverhältnisse im Leistungskreis;

Fig.9 ein Diagramm zur Darstellung der Änderung des Widerstands im Sekundarkreis in Abhängigkeit vom Momentan-Stromwert / im Leistungskreis bei stationären Verhältnissen.

Ein in Fig. I und 2 dargestelltes Überwachungsclement besteht aus einem Träger 1, hergestellt aus handelsüblichem 0.36 mm Keramik-Plattenmaterial, vorzugsweise aus Aluminiumoxyd mit einem Reinheitsgrad von 96%, und weist auf der Oberseite ein Schmelzelement als Schmelzsicherung, allgemein mit 2 bezeichnet, auf, das aus zwei Leiterbahnen 4 mit einer mitiigen Engstelle 3 gebildet ist und mit Lot 5 an den Enden befestigte Anschlüsse 6 aufweist. Auf der entgegengesetzten Seite des Trägers 1 ist, der Engstclle (»hot spot«) mittig exakt gegenüberliegend ein als NTC-Sensor ausgebildeter Widerstand 7 angeordnet, der beidseitig Leiterbahnen 8 sowie mit Lot 9 befestigte Anschlüsse 10 aufweist.

Die vorgenannten Schichten sind sämtlich im Siebdruckverfahren auf den Träger 1 aufgebracht und in Dickfilmtechnik in üblicher Weise verfestigr worden. Das Schmelzelement 2 ist aus einer handelsüblichen Schmelzleiterpaste hergestellt und für einen Nennstrom In von 2.5 A ausgelegt worden. Auch der NTC-Scnsor ist aus einer handelsüblichen Paste einer Schichtdicke von ca. 25 μ gebildet und für einen Kaltwidcrsuind von 10⁵Ohm ausgelegt und genauso wie das Sehmclzelement 2 durch Anwendung bekannter Dickfilmtechnik auf dem Träger 1 verfestigt worden.

Dieses Ausführungsbeispiel liegt den Versuchen /ur Ermittlung der Meßwerte für die Diagramme gemäß Fig. 6—9 zugrunde.

Wenn die Schmelzsicherung im einem Leistungskreis liegt, geht die bei Strombelastung an der Engstelle 3 entstehende Wärme durch den Träger 1 auf den Widerstand 7 über und reduziert den Widerstandswert des Widerstands 7 entsprechend. Umgekehrt würd. eine Widerstandserhöhung erfolgen bei Verwendung eines PTC-Sensors. Auf diese Weise lassen sich die eingangs erwähnten Zusatzfunktionen verwirklichen, wenn der Widerstand 7 in einen entsprechenden Sekundärkreis gelegt wird.

Wenn für den Träger I eine handelsübliche Dicke von 0,63 mm bei gleichem Ausgangsmaterial gewählt wird, ergibt sich eine gegenüber den im Leistungskreis auftretenden Strombelastungen verlangsamte bzw. verzögerte Reaktion auf Seiten des Widerslands 7. Andere Zusammenhänge ergeben sich aus den Diagrammdarstellungen gemäß F i g. 6—9.

Das in F i g. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem vorhergehend beschriebenen vor allem dadurch, daß das Schmelzelement 2 und der temperaturabhängige Widerstand 7 an der gleichen Oberfläche des Trägers t unmittelbar nebeneinander ange-

ordnet sind. Im übrigen bezeichnen gleiche Bezugszeichen die gleichen Elemente wie in Fig. 1 bzw. Fig. 2. Man erkennt, daß die Engstelle 3 und der Widerstand 7 gegenüber den anschließenden Leiterbahnen 4 bzw. 8 seitlich nach innen aufeinander zu versetzt sind, um eine ί relativ rasche Reaktion im Widerstand 7 bei Veränderungen der Strombclasiung der Engstellc3 /u erreichen, wobei <':r WärmcfluU durch den wie im vorhergehenden Beispiel aus hochwärmeleitfähigem Aluminiunioxyd-Keramikwerkstoff bestehenden Träger 1 verläuft. Für eine definierte Wärmekopplung ist es generell /weckmäßig, wenn der in Abhängigkeit von der Strombelastung seine Wärmeabgabe verändernde Teil, aiso im vorliegenden Fall die Engstelle 3. und das die Veränderungen im Wärmefluß registrierende Element, also im vorliegenden Beispiel der Widerstand 7, auch in ihrer Größe aufeinander abgestimmt sind. Ferner ist ts wesentlich, für die Engstelle 3 und den Widerstand 7 eine solche Nähe zu wählen, daß der Widerstand 7 zuverlässig innerhalb des Bereichs liegt, dessen Wärmeprofil in beständiger Relation zur an der Engstelle 3 untei Strombelastung entwickelten und abgegebenen Wärme steht, und zwar weitestgehend ungestört von anderen Temperatureinflüssen.

In dem in F i g. 4 und 5 dargestellten Ausführungsbei- 2Ί spiel sind der temperaturabhängige Widerstand 7 mit seinen l.eilerbahnen 8' und Anschlüssen 10' sowie eine beispielsweise aus Porzellan bestehende Isolierschicht 11 und darauf das Schmelzelement 2 mit seinen Leiterbahnen 4' sowie den Anschlüssen 6' schichtweise übereinanc'.^r auf dem Träger Γ im Siebdruckverfahren auf gebracht. Da das Dielektrikum in Gestalt der Isolierschicht U sehr viel dünner ausgebildet sein kann als die in den vorhergehenden Beispielen erläuterten Träger 1, ergibt sich bei diesem Ausführungsbeispiel eine wesentlieh spontanere Wärmekopplung zwischen der Engstelle 3 und dem Widerstand 7. Die Isolierschicht 11 wird dabei ebenfalls aus einer hierfür geeigneten handelsüblichen Paste mit einer Schichtdicke von beispielsweise 25 μ hergestellt.

Bei den Diagrammen von Fig.6—9 sind die Zeitsowic die Widerstandsachsen jeweils mit einfach logarithmischer Einteilung versehen. Ein Überwachungselemcnt der in F i g. 1 und 2 dargestellten Art. ausgelegt für In = 2,5 A war in einem Leistungskreis der Versuchsan-Ordnung Strombelastungen verschiedener Stärke und Zeitdauer ausgesetzt, und in Abhängigkeit von den sich hierbei an dem als NTC-Sensor (Kaltwiderstand = 10'Ohm) ausgebildeter. Widerstand 7 ergebenden Temperaturänderungen konnten die entsprechenden Widerstandswerte gemessen werden, die für den praktischen Einsatz zur Festlegung des jeweiligen Arbeitspunktes des Sekundärkreises zur Ausführung der jeweils gewünschten Zusatzfunktion wesentlich sind.

Fig.6 veranschaulicht die Charakteristik des Überwachungselementes in dem hier interessierenden Bereich, der mit S gekennzeichnet ist. Insbesondere für die Wertepaare I/In — 1,1 In bzw. 1,2 In und 13 In sowie 1,4 I_n läßt sich die jeweilige Dauer der Abschaltzeit t ablesen. Der stark abfallende Kurvenverlauf verdeutlicht, daß die Abschaltzeiten, also die Zeit bis zum Durchschmelzen der Engstelle 3, mit zunehmendem Überstrom stark abnehmen.

In F i g. 7 sind die gleichen Abhängigkeiten dargestellt wie in Fig.6, jedoch auf den Bereich S von Fig.6 beschränkt, so daß die Skala an der Abszisse und Ordinate entsprechend gespreizt ist. Dem Abschaltbereich der Schmelzsicherung entspricht die gestrichelte Linie, und zusätzlich sind die Kurven der Widerstandswerie 5 sowie 10 und 25 Kiloohm eingetragen, die sich in Abhängigkeit von wechselnden Strombelastungcn I/In nach entsprechender Zeitdauer ergeben. Bei einer Strombelustung von I/In = 1,1 reduziert sich beispielsweise der Widerstand des NTC-Sensors auf 25 Kiloohm nach ca. IO(s). während bei einer Strombclasiung von I/In = 1.2 dieser reduzierte Widerstandswert von 25 Kiloohm bereits wesentlich früher erreicht wird und in noch kürzerer Zeit bei I/In = 1,3. Bei I/I_N = 1.4 reduziert sich der Widerstandswert bereits nach 10 (s) auf ca. 10 Kiloohm. Bei l/l ν = 1.6 wird bereits der Widerstandsweri von 10 Kiloohm nicht mehr erreicht, weil zuvor bereits das Schmelzelement abgeschmolzen ist.

In Fig. 8 wird die Abnahme des Widerstandswertes des Widerstands 7 in Abhängigkeit von der hierfür erforderlichen Zeitdauer für vier verschiedene Strombelastungen, nämlich für die Werte 1,1 sowie 1,2 und 1,3 sowie 1,4 //v dargestellt. Man kann einen mehr oder weniger starken Abfall des Widerstandswertes je nach Strombelastung im Leistungskreis feststellen. Die gestrichelte Linie ist als grober Anhaltswert für einen möglichen Kurvenverlauf eingezeichnet, der sich bei einem Übcrwachungselcment des Ausführungsbeispicls von F i g. 4 ergeben könnte, wo nämlich der ausgeprägte Abfall des Widerstandswertes über der Zeilaehse die wesentlich spontanere Wärmekopplung widerspiegelt.

Zur Verdeutlichung der Abhängigkeit der sich bei bestimmten Strombelastungen unter zusätzlicher Berücksichtigung des Zeitfaktors ergebenden Widerstandswerte dienen entsprechend markierte Meßpunkte in den Diagrammen von F i g. 7 und 8.

F i g. 9 zeigt die Abhängigkeit der Änderung der Widerstandswerte im Sekundärkreis von der jeweiligen Strombelastung im Leistungskreis im stationären Zustand, der dem Kurvenauslauf von Fig.8 für die dort angegebenen S:rombeiastungen entspricht.

Als erfindungswesentlich ist anzusehen, daß der insbesondere in der vorstehenden Beschreibung erwähnte temperaturabhängige Widerstand auch ersetzbar ist durch ein temperaturabhängiges Dielektrikum, indem man nämlich als Sensor einen Kondensator einsetzt. Auch ein magnetischer Sensor bei dem sich temperaturabhängige Permeabilitätsänderungen ergeben, ist alternativ einsetzbar. Schließlich läßt sich auch unmittelbar ein Träger als Temperatur- bzw. Wärmesensor verwenden, indem ein mit einem ausgeprägten piezoelektrischen Effekt reagierendes Substrat benutzt wird.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Überwachungselement für Leistungsstromkreise mit einem wärmeabgebenden Element im Primärkreis und einem damit thermisch gekoppelten, temperaturabhängigen Widerstand für eine Schaltfunktion in einem Sekundärkreis, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem temperaturabhängigen Widerstand (7) eine an sich bekannte Schmelzsicherung (2) thermisch gekoppelt ist

2. Überwachungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzsicherung (2) und der Widerstand (7) an gegenüberliegenden Oberflächen eines Trägers (1) aus plattenförmigen! Material angeordnet sind und der Wärmefluß von der Schmelzsicherung (2) zu dem Widerstand (7) primär in Dickenrichtung des Trägers (1) verlauft

3. Überwachungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzsicherung (2) und der Widerstand (7) nebeneinander auf einem Träger(i)angeordnet sind.

4. Überwachungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzsicherung (2) eine Wärmekopplung zu mehr als einem Widerstand (7) aufweist, beispielsweise auf beiden Seiten der Schmelzsicherung (2) ein Widerstand (7), getrennt durch ein Dielektrikum, angeordnet ist, wobei die Charakteristik der Widerstände (7) verschieden sein kann.

5. Überwachungseiement nach einem der Ansprüche 2—4, d'darch gekennzeichnet, daß die Schmelzsicherung (2) und/oder der Widerstand (7) bzw. die Widerstände und Isolierschichten im Siebdruckverfahren auf den Träger (Ij V) >:nd/oder aufeinander aufgebracht sind.