DE3239903A1 - Integral melting conductor for electrical fuses - Google Patents
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Abstract
Description
Titel der Erfindung Einstückiger Schmelzleiter für elektrische Sicherungen Anwendungsgebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft einen einstückigen Schmelzleiter für elektrische Sicherungen mit zumindest einem Wirkstoffdepot in einer Rinne und querschnittverminderten Engestellen.Title of the invention One-piece fusible link for electrical fuses Field of application of the invention The invention relates to a one-piece fusible conductor for electrical fuses with at least one active substance depot in a channel and reduced cross-section constrictions.
Derartige Schmelzleiter werden insbesondere in Niederspannungs-Hochleistungssicherungen eingesetzt.Such fusible conductors are used in particular in low-voltage high-performance fuses used.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Durch die DE-OS 2927660 ist ein Schmelzleiter bekannt, der mit einem Weichlotauftrag und querschnittsverminderten Engstellen unterschiedlicher Aussparungsbreite eine bestimmte Abschaltcharakteristik und geringe Alterung erreichen soll, indem der Wirkstoff unmittelbar auf einer Engstelle aufgetragen wird und das Temperaturmaximum durch zusätzliche Quer schnittaveremungen in die wirkstofftragende Stelle hineingelegt wird.Characteristic of the known technical solutions by the DE-OS 2927660 a fusible conductor is known which has a soft solder application and a reduced cross-section Bottlenecks of different recess widths have a certain shutdown characteristic and low aging should be achieved by applying the active ingredient directly to a bottleneck is applied and the temperature maximum through additional cross-sectional ceremonies is placed in the drug-carrying site.
Dieser Schmelzleiter hat den Nachteil, daß die für das Abschmelzen erforderliche Temperatur infolge ungünstig gewählter Auflösungsbedingzungen weit über dem Schmelzpunkt des Wirkstoffes liegt.This fusible link has the disadvantage that the melting point required temperature due to unfavorably chosen resolution conditions far is above the melting point of the active ingredient.
Diese hohe Erwärmung setzt die Alterungsbeständigkeit harah und führt zu großen Energieverlustem, da auch bei Nennstrom bereits eine hohe Betriebstemperatur erreicht wird.This high warming sets the aging resistance harah and leads too great energy losses, since even at rated current there is already a high operating temperature is achieved.
Aus der DE-PS 2428569 sind Schmelz leiter bekannt, die mindestens eine Wirkstoffanhäufung vor der stromtragenden Engstelle angeordnet haben und nur ein Teilbereich des Wirkstoffes an Zonen hoher Temperatur anliegt.From DE-PS 2428569 fusible conductors are known that at least have arranged an accumulation of active substances in front of the current-carrying constriction and only part of the active ingredient is in high temperature zones.
Hierbei ist nachteilig, daß der Wirkstoff im Auflösungsfall von der Wirkstoffanhäufung zur Reaktionsstelle auf der Engstelle transportiert werden maß, welches insbesondere nach längerer Betriebszeit durch die herabgesetzte Benetzungsfähigkeit des Trägermaterials erschwert wird. Nachteilig ist weiterhin, d.aß der stromtragende Querschnitt dabei voe Wirkstoffzentrum radLal nach au.ßen parallel zur Oberfläche aufgelöst wird, wodurch das Verhältnis von Angriffsfläche des Wirkstoffes zum aufzulösenden Volumen des zur Unterbrechung notwendigen Trägermaterials sehr klein ist und der Abschmelz.vorgang dadurch verzögert wird.The disadvantage here is that the active ingredient in the case of dissolution of the Accumulation of active ingredients to the reaction site on the bottleneck is measured, especially after a long period of operation due to the reduced wettability of the carrier material is made more difficult. Another disadvantage is that the current-carrying Cross-section from the active ingredient center radially outwards, parallel to the surface is dissolved, whereby the ratio of the area of attack of the active substance to the one to be dissolved Volume of the carrier material necessary for the interruption is very small and the The melting process is delayed as a result.
Gleichzeitig kommt es infolge des Fließens des Wirkstoffes zur Reaktionsst.elle hin zu einer Kühlung derselben, wodurch der Abschmelzvorgang zusätzlich verlängert wird.At the same time, the flow of the active ingredient causes the reaction point towards a cooling of the same, whereby the melting process is additionally prolonged will.
In der US PS 4227167 wird schließlich. ein Schmelzleiter beschrieben, bei dem der Wirkstoffauftrag unmittelbar an die für die Abschaltung vorgesehene Engstelle angrenzt. Nachteilig bei dieser Variante ist, daß d'.er Wirkstoff nicht in z. Ra einer Rinne geometrisch fixiert vorliegt, was ein undefiniertes Ereitfließen und damit einerseits stark steuerende Abschmelzcharakteristiken bedingt und andererseits zun Wirkstoffquerschnitten führt, die für den Auflösungsvorgung sehr ungünstig sind.In US PS 4227167 is finally. a fuse link described, in which the application of the active substance directly to the one intended for the shutdown Adjacent bottleneck. The disadvantage of this variant is that d'.er active ingredient is not in z. Ra of a gutter is geometrically fixed, which is an undefined flow and thus on the one hand strongly controlling melting characteristics and on the other hand leads to active ingredient cross-sections which are very unfavorable for the resolution process.
Weiterhin ist festzustellen, daß die Position des Wirkstoffes auf' dem Schmelzleiter nicht so gewählt wurde, daß die Temperaturverteilung den Abschmelzvorgang optimal begünstigt, Schließlich kann für die gesamte ausgewertete Patentliteratur festgestellt werden, daß der Einfluß äußerer Kräfte ( 3.It should also be noted that the position of the active ingredient on ' the fusible conductor was not chosen so that the temperature distribution the melting process optimally favored, after all, can for the entire evaluated patent literature it can be established that the influence of external forces (3rd
Schwerkraft, Zentrifugalkraft) auf den Auflösungsvorgang durch Förderung oder Behinderung von Strömungen innerhalb des Wirkstoffes nicht erkannt. wird und daß damit speziell bei Schmelzleit.ern mit nur einem einseitig vom Temperaturmaximum der Reaktionastelle befindlichen Lotdepot die Abschmelzcharakteristik wesentlich von der Einbaulage abhängig wird0 Ziel der Erfindung Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen verlustarmen, alterungs- und kannlinienbeständigen sowie technologisch vorteilhaft herstellbaren Schmelzleiter zu schaffen.Gravity, centrifugal force) on the dissolution process through conveyance or obstruction of flows within the active ingredient not recognized. will and that especially with fusible conductors with only one side of the temperature maximum the The solder depot located at the reaction point significantly reduces the melting characteristic the installation position depends on the object of the invention. The object of the invention is in it, a low-loss, aging and can line-resistant as well as technological to create advantageously manufacturable fusible conductors.
Derlegung des Wesens der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schmelzleiter zu schaffen, der möglichst schnell bei Temperaturen, aie nur wenig über dem Schmelzpunkt des Wirkstoffes liegen, abschmilzt und den Stromfluß. unterbricht. Dazu müssen die stromtragenden Querschnitte aller Enge stellen eiiner Engestellenreihe senkrecht zu deren Oberfläche und sehr lokal auf den Enge stellen aufgelöst werden. Mit dieser Lokalen Auflösung wird erreicht, daß nur ein sehr kleines Trägermaterialvolumen im Verhältnis zur Wirkstoffmenge aufgelöst werden muß.Laying down the essence of the invention The object of the invention is to provide a To create fusible conductors, which as quickly as possible at temperatures, aie only a little lie above the melting point of the active ingredient, melts and the current flow. interrupts. To do this, the current-carrying cross-sections of all constrictions must be in a row of constrictions perpendicular to their surface and very locally on the narrow spots. With this local resolution it is achieved that only a very small volume of carrier material must be dissolved in relation to the amount of active ingredient.
Durch Aufbringen eines Teiles des Wirkstoffes auf jeweils die Hälfte der Engestellen einer Engestellenreihe, die der Lotrinne zugewandt ist, die ihrerseits senkrecht zur Stromrichtung angeordnet ist, wird erreicht, daß sich der Wirkstoff ständig unmittelbar auf der Reaktionsstelle befindet, diese Raktionsstelle selbst aber im Randbereich des Wirkstoffdepots und auf den Engestelen der entsprechenden Engestellenreihe liegt und der Wirkstoff auch nach Auf schmelzen seine Form und.By applying part of the active ingredient to half of each the narrow spots of a row of narrow spots facing the plumb line, which in turn is arranged perpendicular to the direction of flow, it is achieved that the active ingredient is constantly located directly on the reaction point, this reaction point itself but in the edge area of the drug depot and on the steles of the corresponding Narrow row is and the active ingredient also after melting its shape and.
Lage beibehält, d. h. ein Hinteransport zur Reaktionsstelle ist nicht erforderlich, eine kühlende Wirkung des Wirkstoff es tritt nicht auf und. die strömungstechnisch günstige Anordnung des Wirkstoffes bleibt erhalten.Maintains position, d. H. there is no rear transport to the reaction point necessary, a cooling effect of the active ingredient does not occur and. the fluidic favorable arrangement of the active ingredient is retained.
Greschwindigkeitsbestimmend für den Abschaltvorgang ist die Sättigung des Wirkstoffes mit aufgelöstem Trägermaterial.The saturation determines the speed of the shutdown process of the active ingredient with dissolved carrier material.
Durch geeignete Anordnung des Schmelzleiters in einem äußeren Kraftfeld (Schwerkraft, Zentrifugalkraft usw.) werden Strömungen begünstigt, die in Verbindung mit dem kälteren Teil des Wirkstoffvorrates dort zu Ausscheidungen führten, so daß der zur Reaktionsstelle zurückströmende Wirkstoff seine Lösungsfähigkeit ständig aufrechterhält.By suitable arrangement of the fusible conductor in an external force field (Gravity, centrifugal force, etc.) flows are favored, which in connection with the colder part of the drug supply there led to excretions, so that the The active substance flowing back to the reaction point constantly maintains its dissolving power.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst;, daß gemäß Fig. 1a und 1b sich der Wirkstoff 3 in mindestens einer quer üvber das Trägermaterial 1 verlaufenden Rinne mit strömungstechnisch günstiger Form und Größe, deren Verhältnis von mittlerer Breite b eu Tiefe t bei t liegt, befindet, und die Rinne auf dem Schmelzleiter so. anzuordnen istg daß jeweils die halben Flächen aller Engestellen 2 einer Engestellenreihe in die Wirkstoffrinne so hineinragen, daß jm Wirkstoff in der Nähe der Reaktionsstelle ein genügend großer Strömungsquerschnitt 4 gewährleistet ist. Gemäß Fig. llc wirdfdazu die Seite der Engestellenreihe gewählt, bei der inL Betriebsfall der Sicherung die Temperatur von der Engestellenreihe weg abnimmt und damit der größere Teil des Wirkstoffdepots auf niedrigeren Temperaturen als die Reaktionsstelle 5 liegt.According to the invention the object is achieved; that according to FIG. 1a and 1b the active substance 3 spreads in at least one direction across the carrier material 1 running channel with aerodynamically favorable shape and size, their ratio of middle width b eu depth t is located at t, and the groove on the fusible link so. is to be arranged that each half the area of all narrow spots 2 of a row of narrow spots protrude into the drug channel so that the drug is in the vicinity of the reaction site a sufficiently large flow cross section 4 is guaranteed. According to Fig. 11c, f becomes the side of the narrow row is selected, in the case of the inL operating case of the fuse the Temperature decreases away from the row of narrow points and with it the larger part of the active ingredient depot is at lower temperatures than the reaction point 5.
Vorteilhafterweise sollte dieser Temperaturunterschied möglichst groß gestaltet werden. Dabei ist der Schmelzleiter bei Verwendung nur eines Wirkstoffdepots erfindungsgemäß so anzuordnen, daß sich der Schwerpunkt des Wirkstoffes von der halb mit Wirkstoff bedeckten Engestellenreihe aus gesehen stets in Kraftrichtung befindet (z. B, F1 vertikaler Einbau, F 2 horizontaler Einbau des Schmelzleiters bei Ausnutzung der Schwerkraft). Werden dagegen mehrere Wirkstoffdepots auf dem Trägermaterial angeordnet, so muß gewährleistet sein, daß alle Wirkstoffdepots den oben genannten Forderungen in gleicher Weise genügen.This temperature difference should advantageously be as large as possible be designed. The fusible link is when only one active substance is used according to the invention to be arranged so that the focus of the active ingredient of the Row of narrow spots half covered with active ingredient, viewed always in the direction of force (e.g. F1 vertical installation, F 2 horizontal installation of the fuse element when using gravity). If, on the other hand, there are several drug depots on the Carrier material arranged, it must be ensured that all drug depots the The above requirements are equally sufficient.
Als Wirkstoff wird. vorteilhafterweise ein mit dem Trägermaterial reaktionsfähiges Lot mit geringem Schmelzintervall, insbesondere Reinmetall oder eutektisches Gemisch verwendet wer den.As an active ingredient. advantageously one with the carrier material reactive solder with a low melting range, especially pure metal or eutectic mixture used who the.
Ausführungsbeispiel Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiel und der dazugehörigen Zeichnungen näher erläutert werden Der in Fig. 1 und in Fig. 2 dargestellte Schmelzleiter besteht aus einem bandförmigen Trägermaterial 1 aus einem elektrisch gut leitendem Werkstoff z. Bo Silber, Kupfer oder Kombinationen entsprechender Werkstoffe) der mehrere Engestellanreihen 6, 7 und mindestens ein Wirkstoffdepot auf weist. Der Wirkstoff befindet sich in einer Rinne, deren Verhältnis von miteinander Rinnenbereits b zu Rinnentiefe t (s.Exemplary embodiment The invention is intended to be based on an exemplary embodiment and the associated drawings are explained in more detail in Fig. 1 and in Fig. Fusible conductor shown in FIG. 2 consists of a strip-shaped carrier material 1 an electrically conductive material z. Bo silver, copper or combinations corresponding materials) of the several rack rows 6, 7 and at least one Active ingredient depot has. The active ingredient is in a gutter whose ratio from each other channel already b to channel depth t (s.
Fig. 1b) bei eine liegt.Fig. 1b) is at a.
Mindestens eine Engestellenreihe 6 ragt so weit in ein Wirkstoffdepot 3 hinein, daß åed.e einzelne Enge stelle dieser Engestellenreihe bis zur Hälfte mit Wirkstoff bedeckt ist, sodaß gleichzeitig in der Nähe d.er Reaktionsstelle ein ausreichender Strömungsquerschnitt 4 gewährleistet ist. Dabei befindet sich das Wirkstoffdepot auf der Seite der Engestellenraihe 6, die, auf die Schmelzleiterenden bezogen, den kleineren elektrischen Widerstand hat.At least one row of narrow points 6 protrudes so far into an active ingredient depot 3 into it, that åed.e individual narrowness of this row of narrows is up to halfway is covered with active ingredient, so that at the same time in the vicinity of the reaction site sufficient flow cross section 4 is guaranteed. There is that Active substance depot on the side of the narrow row 6, the one on the fusible wire ends related, has the lower electrical resistance.
Vorteilhafterweise werden Engestellenreihen mit unterschiedlichem elektrischen Widerstand auL dem Schmelzleiter so angeordnet, daß die Engestellenreihen mit. geringerem elektrischen Widerstand 7 weiter außen als die Engestellenreihen mit höherem elektrischen Widerstand angeordnet sind. Die unterschiedlichen Widerstandsbeiträge der Engestellenreihen 6 und 7 werden durch unterschiedliche Engestellenformen realsiert, wobei der stromtragende Querschnitt an der engsten Stelle der jeweiligen Engestelle aber gleich groß ist. Der in Fig 2 und 3 angegebene Abstand a kann dabei gegebenenfalls gleich Null gewählt werden, sodaß der Schmelzleiter sowohl eine gerudzahlige als auch eine ungeradzahlige Anzahl von Engestellenreihen aufweisen kann. Die Positierung des in Fig. 2 dargestellten Schmelzeleiters in der Sicherung hat so zu erfolgen, daß sich beim Betreiben der Sicherung der Schwerpunkt. des Wirstoffes von der halb mit Wirkstoff bedeckten Engestellenreihe aus gesehen stets in Kraftrichtung (z. R. bei Ausnutzung der Schwerkraft: F1 vertikaler Einbau, F2 horizontaler Einbau) befindet.Advantageously, narrow rows with different electrical resistance auL the fusible conductor arranged so that the narrow rows with. lower electrical resistance 7 further out than the narrow rows are arranged with a higher electrical resistance. The different resistance contributions the narrow point rows 6 and 7 are realized by different narrow point shapes, the current-carrying cross-section at the narrowest point of the respective constriction but is the same size. The distance a indicated in FIGS. 2 and 3 can optionally be chosen equal to zero, so that the fusible link has both an even number and can also have an odd number of narrow rows. The positioning the fuse in the fuse shown in Fig. 2 must be done in such a way that that when operating the fuse, the center of gravity. of the active substance of the half Row of narrow spots covered with active ingredient from seen always in the direction of force (e.g. when using gravity: F1 vertical installation, F2 horizontal installation) is located.
Werden zwei Wirkstoff'depots auf dem Schmelzleiter angeordnet, am ihn von der Einb'aulage weitestgehend unabhängig zu machen, so muß durch deren Anordnung gemäß Fig. 3 gewährleistet werdem, d.aß die einzelnen Wirkstoffrinnen in Formt Größe und Lage zur jeweils halb! mit Wirkstoff bedackten Engestellenreihe so übereinstimmen, daß jeweils eine von ihnen die Bedingungen für dem im weiteren darzustellenden Abschaltmechanisums optimal erfüllt.If two drug depots are arranged on the fusible link, on To make it largely independent of the installation position, this must be done through their arrangement 3 ensures that the individual active substance channels are in size and location to each half! row of narrow spots coated with active substance match so that that in each case one of them the conditions for the shutdown mechanism to be shown below optimally fulfilled.
Im Auslösungsfall der Sicherung wird der Wirkstoff durch die Widerstandsbeiträge der Engestel!len in den flüssigen Zustand.In the event of the fuse being triggered, the active substance is activated by the resistance contributions the constrictions in the liquid state.
überführt, wobei durch die Anordnung des Wirkstoffes auf dem Schmelzleiter und d.er sich ausbildenden Temperaturverteilung infolge der Anordnung und Form der Engestellenrehen der größere Teil des Wirkstoffes eine niedrigere Temperatur als d.er Wirkstoffteil besitzt, der sich an der Reaktionsstelle befindet. Das. Ziel der Erfindung wird. dadurch gefördert. das die unterschiedlichen Wiederstandsbeiträge der verschiedenen Emgestellenreihen diese Temperaturdifferenz noch weiter vergrößeren.transferred, whereby by the arrangement of the active ingredient on the fusible link and d.the developing temperature distribution as a result of the arrangement and shape of the Twisting the greater part of the active ingredient to a lower temperature than constricting d.the active ingredient part that is located at the reaction site. That. target of the invention. promoted thereby. that the different resistance contributions of the various rows of embankments increase this temperature difference even further.
Es kommt unter Einwirkung der äußeren Kraft zu einem Strömungsvorgang 8 (Fig. 1av innerhalb des Wirkstoff es, wobei sich imfolge des Anströmens des Trägermaterials an der Rekationsstelle 5 Turbulenzen ausbilden, die einen besonders guten Abtransport des aufgelösten Trägermaterials bewirken und somit eine wesentlich schnellere Auflösung an der lokal sehr begrenzten Reaktionastelle als an anderen mit Wirkstoff be deckten Stellen des Trägermaterials erfolgt. Diese lokale, schnelle Auf lösung des Trägermaterials wird dadurch begünstigt, daß trägermat.erialreicher Wirkstoff durch kältere Wirkstoffzonen strömt und sich dort die Trägermatieralanteile ausscheiden. Der im weiteren zur Reaktionsstelle zurückströmende Wirkstoff besitzt ständig ein großes Lösungsvermögen und seine Reaktionsfähigkeit wird dadurch aufrecht erhalten. Der erfindungsgemäße Schmelzleiter erzwingt diese optimalen Strömungsverhältnisse und erreicht damit die geforderten Abschmelzzeiten bei sehr niedrigen Temperaturen, d.h. bei Temperaturen, die nur wenig über Schmlzpunkt des Wirkstoffes liegen.A flow process occurs under the action of the external force 8 (Fig. 1av within the active ingredient it, whereby as a result of the flow against the carrier material Forming turbulence at the reaction point 5, which facilitates particularly good evacuation of the dissolved carrier material and thus a much faster dissolution at the locally very limited reaction site than at others covered with active ingredient Place the carrier material takes place. This local, rapid dissolution of the carrier material is favored by the fact that the active ingredient rich in carrier material through colder active ingredient zones flows and the carrier material is deposited there. The further to the The active substance flowing back into the reaction point always has a high dissolving power and its responsiveness is thereby maintained. The inventive Fusible link enforces these optimal flow conditions and thus achieves the required Melting times at very low temperatures, i.e. at temperatures that are only lie little above the melting point of the active ingredient.
Bei elektrischen Strömen bis zum kleinen Prüfstrom bleibt der Wirkstoff dagegen fest und es kommt weder zur Reaktion zwischen Wirkstoff und Trägermaterial, noch bilden sich im Wirkstoff Strömungen aus, Der Schmelzlaiter wird dadurch sehr alterungsbeständig. Gleichzeitig bedueten diese niedrigen Temperaturen auch ein energievelustarmes Arbeiten der Siche- Bezugszeichenaufstellung 1 - Trägermaterial 2 - Enegestelle 3 - Wirkstoffdepot 4 - Strömungsquerschnitt 5 - Reaktionsstellen 6 - Enge'stellenreihe mit hohem elektrischen Widerstand 7 - Engestellenreihe mit niedrigerem eleltrischen Widerstand 8 - Strömungsvorgang F1 - Kraftrichtung bei vertikalem Einbau F2 - Kraftrichtung bei horizontalem Einbau a - Engestellenreihenabstand b - mittlere Breite der Rinne t - Tiefe der Rinne L e e r s e i t eThe active ingredient remains in the case of electrical currents down to a small test current on the other hand solid and there is no reaction between the active ingredient and the carrier material, Currents are still developing in the active ingredient resistant to aging. At the same time, these low temperatures also played a role low-energy work of the safety List of reference symbols 1 - carrier material 2 - frame 3 - active ingredient depot 4 - flow cross section 5 - Reaction points 6 - Narrow point row with high electrical resistance 7 - Narrow point row with lower electrical resistance 8 - flow process F1 - direction of force with vertical installation F2 - direction of force with horizontal installation a - narrow point row spacing b - mean width of the channel t - depth of the channel L e r s e i t e
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