DE3239903C2

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Info

Publication number: DE3239903C2
Application number: DE19823239903
Authority: DE
Inventors: Ullrich Dr. Ddr 9519 Ortmannsdorf Dd Reinhold; Gunther Dr. Ddr 9900 Plauen Dd Krautheim; Andreas Dr. Ddr 9533 Wilkau-Hasslau Dd Neidhardt; Peter Dr. Ddr 9300 Annaberg-Buchholz Dd Leonhardt
Original assignee: KOMBINAT VEB KERAMISCHE WERKE HERMSDORF DDR 6530 HERMSDORF DD
Current assignee: KOMBINAT VEB KERAMISCHE WERKE HERMSDORF DDR 6530 HERMSDORF DD
Priority date: 1981-11-09
Filing date: 1982-10-28
Publication date: 1987-08-06
Also published as: DD201072B1; DD201072A1; DE3239903A1; BE894971A

Description

Die Erfindung betrifft einen einstückigen Schmelzleiter für elektrische Sicherungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Schmelzleiter werden insbesondere in Niederspan nungs-Hochleistungssicherungen eingesetzt.The invention relates to a one-piece fuse element for electrical fuses according to the preamble of claim 1. Such fusible conductors are used especially in low chip high-performance fuses.

Ein solcher einstückiger Schmelzleiter ist durch die US-PS 29 88 620 bekannt, bei der der Wirkstoff die Engstellen einer Engstellenreihe bis zur Hälfte bedeckt und in Form einer flächen haften Auflage aufgebracht ist. Die geringe Stärke der Auflage führt aber zu einem strömungstechnisch ungünstigen Querschnitt und behindert somit die Ausbildung von inneren Strömungen im Wirkstoffdepot. Im Querstromfall verliert der Wirkstoff infolge seiner Verflüssigung seine Formstabilität. Das bedingt ein un definiertes Breitfließen und damit eine streuende Abschmelz charakteristik. Nachteilig ist weiterhin, daß das Trägermaterial breitflächig aufgelöst werden muß. Das hat wegen der eintretenden Wirkstoffsättigung entweder eine Verlängerung der Abschmelzzeit, die Vergrößerung des Wirkstoffvorrates oder die Erhöhung der Be triebstemperatur und damit höhere Energieverluste zur Folge.Such a one-piece fuse element is known from the US-PS 29 88 620 known, in which the active ingredient is the bottlenecks of a Row of bottlenecks half covered and in the form of a surface adherent condition is applied. The low thickness of the edition leads to a cross section that is unfavorable in terms of flow and thus hinders the formation of internal currents in the Active ingredient depot. In the case of cross flow, the active ingredient loses as a result its liquefaction its dimensional stability. That requires an un defined wide flow and thus a scattering melting characteristic. Another disadvantage is that the carrier material must be resolved over a wide area. That has because of the entering Drug saturation either an extension of the melting time, the increase in the drug supply or the increase in loading drive temperature and thus higher energy losses.

Aus der DE-AS 26 10 262 und der DE-PS 24 28 569 sind Schmelzleiter bekannt, die mindestens eine Wirkstoffanhäufung vor der strom tragenden Engstelle besitzen und nur ein Teilbereich des Wirk stoffes an Zonen hoher Temperatur anliegt. Bei einer solchen Lösung muß der Wirkstoff im Überstromfall erst zur Reaktions stelle auf der Engstelle hinkriechen. Damit kann sich dort kein genügend großer Strömungsquerschnitt für eine lokale Auflösung infolge von Strömungen im Werkstoff aufbauen, so daß die Auf lösung langsamer verläuft. Das Hinkriechen wird insbesondere nach längerer Betriebszeit und erfolgter Schmelzleiteroxydation durch eine herabgesetzte Benetzungsfähigkeit des Trägermaterials erschwert. Nachteilig ist weiterhin, daß der stromtragende Quer schnitt vom Wirkstoffzentrum radial nach außen parallel zur Oberfläche aufgelöst wird, wodurch das Verhältnis von Angriffs fläche des Wirkstoffes zum aufzulösenden Volumen des zur Unter brechung notwendigen Trägermaterials sehr klein ist und der Abschmelzvorgang dadurch länger dauert. Schließlich kommt es durch das Kriechen des Wirkstoffes zur Reaktionsstelle zu einer Kühlung des Wirkstoffes, wodurch der Abschmelzvorgang zusätz lich verlängert wird.DE-AS 26 10 262 and DE-PS 24 28 569 are fusible conductors known to have at least one drug buildup before the current have a supporting constriction and only a partial area of the effect material is in zones of high temperature. With one In the event of an overcurrent, the active ingredient must first solution for the reaction place crawl on the bottleneck. No one can deal with it there sufficiently large flow cross-section for a local resolution build up due to currents in the material so that the on solution runs more slowly. The crawling is particularly after a long period of operation and fusion conductor oxidation due to a reduced wetting ability of the carrier material difficult. Another disadvantage is that the current-carrying cross cut radially outward from the drug center parallel to Surface is dissolved, reducing the ratio of attack area of the active ingredient to the volume to be resolved to the bottom refraction necessary support material is very small and the The melting process takes longer. Finally it comes by crawling the drug to the reaction site to a Cooling of the active ingredient, whereby the melting process additional is extended.

In der GB-PS 14 76 870 wird vorgeschlagen, eine beträchtliche Wirkstoffmenge in Rinnen mit u-förmigem oder rechteckigem Quer schnitt unmittelbar an den Rand der Engstellenreihe angrenzend zu positionieren. Da sich die Reaktionsstelle auf der Engstelle außerhalb der wirkstoffgefüllten Rinne befindet und der Wirk stoff erst zur Reaktionsstelle hinkriechen muß, kann sich dort kein genügend großer Strömungsquerschnitt für eine lokale Auf lösung infolge sich ausbildender Strömungen im Wirkstoff auf bauen, so daß die Auflösung langsamer verläuft. Auch die in die ser Patentschrift geforderte beträchtliche Wirkstoffmenge ist mit höherem Materialverbrauch und der Gefahr des undefinierten Breitlaufens, z. B. bei mechanischen Erschütterungen, verbunden, was wiederum zu starken Kennlinienschwankungen und einer Redu zierung der Alterungsbeständigkeit führt.In GB-PS 14 76 870 it is proposed to be considerable Amount of active substance in channels with a U-shaped or rectangular cross cut immediately adjacent to the edge of the row of bottlenecks to position. Because the reaction point is on the bottleneck is outside the drug-filled channel and the drug must first crawl to the reaction site, can there not a sufficiently large flow cross-section for a local opening solution due to the formation of currents in the active ingredient build so that the resolution is slower. Even those in the is required considerable amount of active ingredient with higher material consumption and the risk of the undefined Spreading, e.g. B. connected with mechanical shocks, which in turn leads to strong characteristic curve fluctuations and a reduction adornment of aging resistance.

In der CH-PS 3 08 494 wird ein Wirkstoffauftrag auf der Seite der Engstellen angegeben, auf der zwischen Engstellen und Schmelzlei terende ein kleiner elektrischer Widerstand vorliegt. Da der Wirkstoff als Auflagemetall flächenhaft aufgebracht ist, reicht diese Maßnahme nicht aus, einen strömungsgesteuerten Abschalt mechanismus in Gang zu setzen.In CH-PS 3 08 494 an active ingredient application is on the side of the Constrictions indicated on the between constrictions and smelting there is a small electrical resistance. Since the Active ingredient as a supporting metal is applied, is sufficient this measure does not mean a flow-controlled shutdown mechanism to start.

In der US-PS 42 27 168 wird schließlich ein Schmelzleiter be schrieben, bei dem der Wirkstoffauftrag unmittelbar an die für die Abschaltung vorgesehene Engstelle angrenzt, diese jedoch nicht halb bedeckt. Nachteilig bei dieser Variante ist, daß der Wirk stoff nicht in z. B. einer Rinne geometrisch fixiert vorliegt, was ein undefiniertes Breitfließen und damit einerseits stark streuende Abschmelzcharakteristiken bedingt und andererseits zu Wirkstoffquerschnitten führt, die für den Auflösungsvorgang sehr ungünstig sind. In the US-PS 42 27 168, finally, a fuse element be wrote, in which the drug application directly to the for the shutdown intended for shutdown is adjacent, but not this half covered. A disadvantage of this variant is that the effect fabric not in z. B. a gutter is geometrically fixed, what an undefined wide flow and therefore strong on the one hand scattering melting characteristics conditional and on the other hand too Active ingredient cross sections leads to the dissolution process very much are unfavorable.

Weiterhin ist festzustellen, daß die Position des Wirkstoffes auf dem Schmelzleiter nicht so gewählt wurde, daß die Tempe raturverteilung den Abschmelzvorgang optimal begünstigt. Schließ lich kann für die gesamte ausgewertete Patentliteratur festge stellt werden, daß der Einfluß äußerer Kräfte (z. B. Schwerkraft, Zentrifugalkraft) auf den Auflösungsvorgang durch Förderung oder Behinderung von Strömungen innerhalb des Wirkstoffes nicht er kannt wird und daß damit speziell bei Schmelzleitern mit nur einem einseitig vom Temperaturmaximum der Reaktionsstelle be findliche Lotdepot die Abschmelzcharakteristik wesentlich von der Einbaulage abhängig ist.It should also be noted that the position of the active substance on the fuse element was not chosen so that the tempe temperature distribution optimally favors the melting process. Close Lich can be set for the entire patent literature evaluated that the influence of external forces (e.g. gravity, Centrifugal force) on the dissolution process by conveying or Obstruction of flows within the active ingredient does not he is known and that with it especially with fusible conductors with only one side of the temperature maximum of the reaction point sensitive solder depot the melting characteristics of depends on the installation position.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schmelzleiter der eingangs genannten Art so weiter zu entwickeln, daß die zum Auslösen des Sicherungsein satzes nötige Arbeit verringert wird, der Schmelzleiter dabei eine verbesserte Kennlinienbeständigkeit aufweist und einfach herzustellen ist.The object of the invention is so a fuse element of the type mentioned continue to develop that to trigger the fuse set necessary work is reduced, the fuse element has improved characteristic curve stability and is simple is to be produced.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale im Anspruch 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by the characterizing Features solved in claim 1.

Die Grundgedanken der Lösung bestehen in der Erzeugung geschlos sener Materieströmungen im Wirkstoff als Folge der sich durch den Auflösungsvorgang ausbildenden Dichteunterschiede unter Nut zung eines äußeren Kraftfeldes (z. B. Schwerkraft), in der Füh rung der Materieströmung durch kältere Wirkstoffbereiche, so daß dort die Ausscheidung von mitgeführtem Trägermaterial infolge der geringen Sättigungskonzentration erzwungen wird, in der Rückführung des regenerierten Wirkstoffes zur heißen Reaktions stelle, in der Gestaltung der Strömungen im heißen Bereich der art, daß räumlich nur sehr begrenzte Trägermaterialgebiete be zogen auf die gesamte Grenzfläche Trägermaterial-Wirkstoff ange strömt werden, und daß die Auflösung des Trägermaterials im wesentlichen nur dort erfolgt und in der Erzeugung von Turbulen zen an der Auflösungsstelle infolge starker Richtungsumkehr der Materieströmung, wodurch die Auflösungsgeschwindigkeit noch wei ter erhöht wird.
The basic idea of the solution consists in the generation of closed material flows in the active substance as a result of the density differences formed by the dissolution process using an external force field (e.g. gravity), in the guidance of the material flow through colder active substance areas, so that there Elimination of entrained carrier material is forced due to the low saturation concentration, in the return of the regenerated active substance to the hot reaction point, in the design of the flows in the hot region of the kind that spatially very limited carrier material regions flowed to the entire interface of carrier material-active substance are, and that the dissolution of the carrier material takes place essentially only there and in the generation of turbulence zen at the resolution point due to a strong reversal of the direction of the material flow, whereby the dissolution rate is further increased further.

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels und der dazugehörigen Zeichnungen näher erläutert werden.The invention is based on an embodiment and the associated drawings are explained in more detail.

Der in Fig. 2 und in Fig. 3 dargestellte Schmelzleiter 1 be steht aus einem bandförmigen Trägermaterial aus einem elektrisch gut leitenden Werkstoff (z. B. Silber, Kupfer oder Kombinationen entsprechender Werkstoffe), der mehrere Engstellenreihen 6, 7 mit unterschiedlichem Widerstand und mindestens ein Wirkstoff depot 3 aufweist. Der Wirkstoff befindet sich in einer Rinne, deren Verhältnis von mittlerer Rinnbreite b zu Rinnentiefe t (s. Fig. 1b) bei eins liegt.The fusible conductor 1 shown in Fig. 2 and in Fig. 3 be made of a band-shaped carrier material made of an electrically highly conductive material (e.g. silver, copper or combinations of corresponding materials), the several narrow rows 6, 7 with different resistance and at least has an active ingredient depot 3 . The active ingredient is located in a channel, the ratio of average channel width b to channel depth t (see FIG. 1b) is one.

Als Wirkstoff wird vorteilhafterweise ein mit dem Trägermaterial reaktionsfähiges Lot mit geringem Schmelzintervall, insbesondere Reinmetall oder eutektisches Gemisch verwendet.The active ingredient is advantageously one with the carrier material reactive solder with a short melting interval, in particular Pure metal or eutectic mixture used.

Mindestens eine Engstellenreihe 6 ragt so weit in ein Wirkstoff depot 3 hinein, daß jede einzelne Engstelle 2 (vgl. Fig. 1a und b) dieser Engstellenreihe bis zur Hälfte mit Wirkstoff bedeckt ist, so daß gleichzeitig in der Nähe der Reaktionsstelle 5 ein aus reichender Strömungsquerschnitt 4 gewährleistet ist. Dabei be findet sich das Wirkstoffdepot 3 auf der Seite der Engstellen reihe 6, die, auf die Schmelzleiterenden bezogen, den kleineren elektrischen Widerstand hat.At least one row of bottlenecks 6 extends so far into an active substance depot 3 that each individual narrow point 2 (cf. FIGS. 1a and b) of this narrow line is half covered with active substance, so that at the same time in the vicinity of the reaction point 5 a reaching Flow cross section 4 is guaranteed. The active ingredient depot 3 is located on the side of the bottlenecks row 6 , which, based on the fusible conductor ends, has the smaller electrical resistance.

Vorteilhafterweise werden Engstellenreihen 6, 7 mit unterschied lichem elektrischen Widerstand auf dem Schmelzleiter 1 so ange ordnet, daß die Engstellenreihen 7 mit geringem elektrischen Widerstand weiter außen als die Engstellenreihe 6 mit höherem elektrischen Widerstand angeordnet sind. Die unterschiedlichen Widerstandsbeiträge der Engstellenreihen 6 und 7 werden durch unterschiedliche Engstellenformen realisiert, wobei der strom tragende Querschnitt an der engsten Stelle der jeweiligen Eng stelle aber gleich groß ist. Der in Fig. 2 und 3 angegebene Abstand a kann dabei gegebenenfalls gleich Null gewählt werden, so daß der Schmelzleiter sowohl eine geradzahlige als auch eine ungeradzahlige Anzahl von Engstellenreihen aufweisen kann. Die Positionierung des in Fig. 2 dargestellten Schmelzleiters 1 in der Sicherung hat so zu erfolgen, daß sich beim Betreiben der Sicherung der Schwerpunkt des Wirkstoffes von der halb mit Wirk stoff bedeckten Engstellenreihe aus gesehen stets in Kraft richtung (z. B. bei Ausnutzung der Schwerkraft: F ₁ vertikaler Einbau, F ₂ horizontaler Einbau) befindet.Advantageously, bottleneck rows 6, 7 with differing electrical resistance on the fusible link 1 are arranged so that the bottleneck rows 7 with low electrical resistance are arranged further outside than the bottleneck row 6 with higher electrical resistance. The different resistance contributions of the bottleneck rows 6 and 7 are realized by different bottleneck shapes, but the current-carrying cross-section at the narrowest point of the respective bottleneck is the same size. The distance a shown in FIGS. 2 and 3 can optionally be chosen to be zero, so that the fuse element can have both an even number and an odd number of bottleneck rows. The fuse element 1 shown in FIG. 2 must be positioned in the fuse in such a way that when the fuse is operated, the center of gravity of the active substance is always in the direction of force from the half-narrow portion covered with active substance (for example when using the Gravity: F ₁ vertical installation, F ₂ horizontal installation).

Werden zwei Wirkstoffdepots 3 auf dem Schmelzleiter 1 angeordnet, um ihn von der Einbaulage weitestgehend unabhängig zu machen, so muß durch deren Anordnung gemäß Fig. 3 gewährleistet wer den, daß die einzelnen Wirkstoffrinnen in Form, Größe und Lage zur jeweils halb mit Wirkstoff bedeckten Engstellenreihe so übereinstimmen, daß jeweils eine von ihnen die Bedingungen für den im weiteren darzustellenden Abschaltmechanismus optimal erfüllt.Two drug depots disposed on the fusible conductor 1 to 3, to make it from the installation position largely independent, so Fig. 3 must accordance ensured by the arrangement of who the that the individual active channels in shape, size and position for each half-covered with active ingredient Engstellenreihe so that one of them optimally fulfills the conditions for the shutdown mechanism to be presented below.

Im Auslösungsfall der Sicherung wird der Wirkstoff durch die Widerstandsbeiträge der Engstellen in den flüssigen Zustand überführt, wobei durch die Anordnung des Wirkstoffes auf dem Schmelzleiter 1 und der sich ausbildenden Temperaturverteilung infolge der Anordnung und Form der Engstellenreihe der größere Teil des Wirkstoffes eine niedrigere Temperatur als der Wirk stoffteil besitzt, der sich an der Reaktionsstelle 5 befindet (vgl. Fig. 1c). Das Ziel der Erfindung wird dadurch gefördert, daß die unterschiedlichen Widerstandsbeiträge der verschiedenen Engstellenreihen diese Temperaturdifferenz noch weiter ver größern. Es kommt unter Einwirkung der äußeren Kraft (F ₁, F ₂) zu einem Strömungsvorgang 8 (Fig. 1b) innerhalb des Wirk stoffes, wobei sich infolge des Anströmens des Trägermaterials an der Reaktionsstelle 5 Turbulenzen ausbilden, die einen be sonders guten Abtransport des aufgelösten Trägermaterials be wirken und somit eine wesentlich schnellere Auflösung an der lokal sehr begrenzten Reaktionsstelle 5 als an anderen mit Wirk stoff bedeckten Stellen des Trägermaterials erfolgt. Diese lokale, schnelle Auflösung des Trägermaterials wird dadurch be günstigt, daß trägermaterialreicher Wirkstoff durch kältere Wirkstoffzonen strömt und sich dort die Trägermaterialanteile ausscheiden. Der im weiteren zur Reaktionsstelle 5 zurück strömende Wirkstoff besitzt ständig ein großes Lösungsvermögen und seine Reaktionsfähigkeit wird dadurch aufrecht erhalten. In the event that the fuse is triggered, the active ingredient is converted into the liquid state by the resistance contributions of the constrictions, whereby the larger part of the active ingredient has a lower temperature than that due to the arrangement of the active ingredient on the fusible conductor 1 and the temperature distribution that forms due to the arrangement and shape of the constriction row Has active substance part, which is located at the reaction point 5 (see. Fig. 1c). The aim of the invention is promoted by the fact that the different resistance contributions of the various bottleneck rows further increase this temperature difference. It comes under the action of the external force (F ₁ , F ₂ ) to a flow process 8 ( Fig. 1b) within the active substance, 5 turbulence forming due to the inflow of the carrier material at the reaction point, which be a particularly good removal of the dissolved Carrier material act and thus a much faster dissolution takes place at the locally very limited reaction point 5 than at other points of the carrier material covered with active substance. This local, rapid dissolution of the carrier material is favored by the fact that active substance-rich active substance flows through colder active substance zones and the carrier material portions separate out there. The active ingredient flowing back to reaction point 5 has a constant high solubility and its reactivity is maintained.

Der erfindungsgemäße Schmelzleiter 1 erzwingt diese optimalen Strömungsverhältnisse und erreicht damit die geforderten Ab schmelzzeiten bei sehr niedrigen Temperaturen, d. h. bei Tem peraturen, die nur wenig über dem Schmelzpunkt der Wirkstoffe liegen.The fuse element 1 of the invention enforces this optimum flow conditions, thus achieving the required From melting times at very low temperatures, ie temperatures at Tem, which are only slightly above the melting point of the active ingredients.

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 Schmelzleiter 1 wird dadurch sehr alterungs beständig. Gleichzeitig bedeuten diese niedrigen Temperaturen auch ein energieverlustarmes Arbeiten der Sicherung.In the case of electrical currents up to the small test current, on the other hand, the active ingredient remains solid and there is no reaction between the active ingredient and the carrier material, nor do currents form in the active ingredient. The fuse element 1 is very aging resistant. At the same time, these low temperatures also mean that the fuse works with little energy loss.

Claims

1. One-piece fuse element for electrical fuses in the form of a metal strip with narrow cross-sections and with at least one drug depot arranged on the metal strip, the bottlenecks of a row of bottlenecks projecting up to half into the drug depot, characterized by the combination of the features:

- The active ingredient depot ( 3 ) is designed as a channel,
- The channel profile is formed without edges with a width-depth ratio (b : t) of 1 in the cross-section of the fuse element ( 1 ),
- The active ingredient depot ( 3 ) is located on the side of the bottleneck row ( 6 ) on which there is a smaller electrical resistance between the bottleneck row ( 6 ) and the fuse element end
- The focus of the active substance depot ( 3 ) is from the narrow part row ( 6 ) covered with the active substance, viewed in the direction of an external force field (F ₁ ; F ₂ ).

2. One-piece fuse element for electrical fuses according to claim 1, characterized in that at least a second active substance depot ( 3 ) on the fuse element ( 1 ) is arranged, the individual active substance channels in shape, size and position to the narrow range ( 6 ) match and with respect the longitudinal axis of the fuse element ( 1 ) are shaped opposite.