DE3609455C2

DE3609455C2 - Sicherung für eine elektrische Schaltung

Info

Publication number: DE3609455C2
Application number: DE3609455A
Authority: DE
Inventors: Leon Gurevich; Vernon Spaunhorst
Original assignee: Cooper Industries LLC
Current assignee: Cooper Industries LLC
Priority date: 1985-03-25
Filing date: 1986-03-20
Publication date: 1997-04-03
Anticipated expiration: 2006-03-21
Also published as: GB2173054A; JPS61259430A; GB8607221D0; JPH0628129B2; DE3609455A1; US4612529A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherung für eine elektrische Schaltung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Solche Sicherungen, wie sie beispielsweise aus der US-A-3218414 bekannt sind, werden verwendet, um Schaltungselemente vor Scha den zu schützen, der durch einen zu hohen Stromfluß durch die Schaltung verursacht wird. Ein zu hoher Strom wird allgemein als Überlaststrom oder als Kurzschlußstrom eingestuft. Über lastströme liegen allgemein in dem Bereich von 135% bis 200% des normalen oder Soll-Stromes. Kurzschlußströme können bis 1000% des Soll-Stromes oder mehr betragen.

Bei der aus der US-A-3218414 vorbekannten Sicherung wird ein Schmelzleiter durch eine Bohrung transversal durch äußere und innere Schichten eines Tragkörpers hindurchgeführt. Die äußeren Schichten sind aus Metall, und die innere Schicht ist aus einem organischen Isolationsmaterial gefertigt, welche Gas bei Auf treten von Wärme durch einen elektrischen Entladungsbogen ab gibt.

Die axialen Enden des Schmelzleiters sind an Außenseiten der Außenschichten aufgelötet. Zum elektrischen Anschluß sind zwei Drahtleitungen mit ihren abgeflachten Enden ebenfalls mit den Außenseiten der äußeren Schichten beabstandet zu den äußeren Enden des Schmelzleiters aufgeschweißt.

Um alle Oberflächen und Kanten des Tragkörpers zu bedecken, bildet ein Einschlußkörper eine kontinuierliche Außenfläche für den Tragkörper. Das thermoplastische Material des Einschlußkör pers füllt ebenso eine Bohrung wie V-förmige Einschnitte des Tragkörpers auf.

Nachteilig bei der vorbekannten Sicherung ist, daß ein mechani sches Halten der Isolationseinrichtung, beziehungsweise des Substrats, das heißt des Tragkörpers nach der US-A-3218414, während des Herstellungsprozesses nicht möglich ist. Statt dessen müs sen die Leitungsdrähte eingeschweißt werden, wozu entsprechende Metallplatten benötigt werden. Außerdem ist das Einsetzen des Schmelzdrahtes relativ aufwendig, da dieser durch eine enge Bohrung hindurchgeführt werden muß und anschließend dessen Enden zum Anlöten auf den Außenseiten der Metallplatten umgebogen werden müssen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Sicherung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dahingehend zu verbessern, daß die Sicherung vereinfacht aufgebaut und ein fach herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die Sicherung nach Anspruch 1 gelöst.

Aufgrund der gabelförmigen Ausbildung der Klemmen mit einer Mehrzahl von Fingern ist die Isolationseinrichtung gemäß der Erfindung in einfacher Weise gehalten, so daß während des Her stellens ein zusätzliches Befestigen der Klemmen in der Isola tionseinrichtung nicht unbedingt notwendig ist. Weiterhin ist durch die direkte Anordnung des Sicherungsleiters auf einer Seite der Isolationseinrichtung, das heißt, zwischen zwei ein seitig an der Isolationseinrichtung anliegenden Klemmfingern, der Aufbau der Sicherung und deren Herstellung weiter verein facht.

Weiterhin ist zu beachten, daß sich die Sicherung aufheizt, wenn sie einem Kurzschlußstrom ausgesetzt wird, bis der Schmelzpunkt des Sicherungsleiters erreicht wird. Die Geschwin digkeit des Hitzeanstiegs ist unter anderem eine Funktion der Größe des Stromes. Wenn die Temperatur des Schmelzpunktes des Sicherungsleiters erreicht wird, verdampft das Leitermaterial, wobei verdampfte Metallatome mit dem Gasmedium oder Luftmedium gemischt werden, das den Leiter umgibt. Nach dem Verdampfen bildet sich ein Lichtbogen in dem Gasgemisch, das durch die Verdampfung des Sicherungsleiters erzeugt wird. Das sich da durch ergebende Plasma wirkt als Leitweg für den Lichtbogen. Die ansteigende Temperatur des Licht- oder Plasmabogens erhöht ebenfalls den Druck im Sicherungsgehäuse. Wenn das Plasma im Lichtbogen dichter wird, wird die Bewegung der geladenen Teil chen in dem Plasma eingeschränkt. Eine eingeschränkte Beweg lichkeit der geladenen Teilchen erhöht den Widerstand im Licht bogen, wodurch dieser erlöschen kann.

In der US-A-4417226 wird eine keramische Auskleidung im Inneren eines zweiteiligen Sicherungsgehäuses beschrieben, um den Kunststoffkörper gegenüber der Hitze zu isolieren, die während eines Kurzschlusses erzeugt wird. Durch einfaches Beschichten des Inneren eines luftgefüllten Sicherungsgehäuses mit einer keramischen Auskleidung wird jedoch nicht eine sich schnell öffnende Sicherung erreicht. Das relativ große innere Luftvolu men sowie die keramische Auskleidung, die nur einen relativ ge ringen Gasdurchtritt nach außen erlaubt, verhindert den für ein schnelles Löschen des Lichtbogens nötigen schnellen Druckan stieg. Ein niedriger Druck im Sicherungsgehäuse erleichtert eine Bewegung der geladenen Teilchen in dem Plasma bei einem Kurzschluß. Dies bedeutet eine verlängerte Lichtbogenzeit, die wiederum zu einem mit Metall stark angereicherten Hochdruckgas führt. Eine derartige, verlängerte Lichtbogenzeit erhöht die Ge fahr eines katastrophalen Sicherungsausfalles.

Weitere Ausführungsbeispiele von Sicherung sind in der US-A- 2941059 und der US-A-3775723 beschrieben.

Die DE-PS 835318 offenbart einen Schmelzleiter, der direkt von einem Keramikmaterial umgeben ist. In welcher Weise und ob der Schmelzleiter mit elektrischen Anschlußdrähten verbunden ist, ist nicht zu entnehmen.

Die DE 28 33 046 A1 offenbart ein einkapselndes Gehäuse für einen Schmelzdraht, der mit Klemmen verlötet ist. Die Klemmen sind flache Metallstreifen, die den Schmelzdraht einseitig oder beidseitig kontaktieren. Im Falle eines beidseitigen Kontaktes weisen die Metallstreifen gabel-ähnliche Enden auf, zwischen denen der Schmelzleiter gehalten ist. Nach Anordnung des Schmelzleiters zwischen den gabelförmigen Enden wird diese Ein heit durch ein Isolationsmaterial wie beispielsweise ein thermoplastisches Material eingekapselt. Das Einkapselungsmate rial schrumpft während des Abkühlens und stellt einen engeren Kontakt zwischen Schmelzleiter und Metallstreifen her.

Die DE 33 05 366 A1 zeigt ein Sicherungselement in Chip-Form mit einem Schmelzleiter, der auf einer Isolationsplatte aufge brachten Kontaktbelägen aufgelötet wird. Die Kontaktbeläge sind voneinander beabstandet, wodurch der Schmelzleiter eine Öffnung zwischen den Kontaktbelägen überbrückt. Diese Öffnung ist in der Isolationsplatte gebildet. Diese Isolationsplatte kann zu sammen mit dem Schmelzleiter in ihrem oberen Abschnitt durch eine Schutzkappe geschützt werden.

Das DE-GM 76 19 023 offenbart eine doppelt ummantelte NH- Sicherung, bei der zwei halbkugelförmige Gehäuseteile einen Schmelzleiter und eine Sandfüllung enthalten. Die beiden Gehäuse halbschalen sind durch Ultraschallverschweißen miteinander verbindbar. Innerhalb der beiden Halbschalen sind die Schmelz leiter mit Kontaktmessern verbunden, die zwischen seitlichen Ansätzen der Halbschale und durch Grifflaschen gehalten sind.

Wird statt des zweiteiligen Gehäuses nach DE-GM 76 19 023 er findungsgemäß ein einteiliges Gehäuse oder eine einheitliche Umhüllung verwendet, wird der Innendruck der Sicherung über eine ausreichend lange Zeit zum sicheren und schnellen Löschen des Lichtbogens beibehalten. Wird weiterhin eine isolierende Beschichtung verwendet, kann diese das Plasma absorbieren und Kleber, Steinmehl, Wasserglas sowie weitere, mit Kleber ange reicherte Füllstoffe. Das Isolationsmaterial bedeckt den Siche rungsleiter, so daß dieser im wesentlichen luftfrei ist. Beson ders wichtig ist, daß der offene Kanal im Isolationsmaterial, der durch das Verdampfen des Sicherungsleiters entsteht, ein geringes Volumen aufweist, das dem Druck, beziehungsweise Druck erzeugung ausgesetzt ist. Da der Kanal erheblich kleiner ist, steigt dessen Druck erheblich weiter an, was zu einem verbes serten Sicherungsverhalten führt. Die Beschichtung mit bei spielsweise keramischem Isolationsmaterial verbessert ebenfalls das Verhalten der Sicherung durch Erhöhen des Lichtbogenwider standes aufgrund der Lichtbogenkühlung.

Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ergeben sich durch die zusätzlichen Merkmale der Unteransprüche und werden im folgenden anhand der in der Zeichnung beigefügten Figuren näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Sicherung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung der in Fig. 1 gezeigten Sicherung;

Fig. 3 eine Seitenansicht der Sicherung gemäß Fig. 1;

Fig. 4 eine Querschnittsdarstellung der in Fig. 1 ge zeigten Sicherung;

Fig. 5 eine Frontdarstellung der Klemmen der in Fig. 1 gezeigten Sicherung;

Fig. 6 eine Frontdarstellung eines bevorzugten Aus führungsbeispiels der Sicherung gemäß der vor liegenden Erfindung;

Fig. 7 eine Seitenansicht der in Fig. 6 gezeigten Si cherung;

Fig. 8 eine Frontdarstellung eines anderen Ausführungs beispiels der Sicherung gemäß der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 9 eine Seitenansicht der Sicherung gemäß Fig. 6.

In Fig. 1 ist eine Sicherung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Sicherung 10 enthält eine erste Klemme 20, eine zweite Klemme 30, eine Isolationseinrichtung 80, einen Sicherungsleiter 130 und eine einheitliche Umhüllung bzw. ein Gehäuse 170.

Die beiden Klemmen (Sicherungsklemmen) 20 und 30 haben jeweils einen oberen Abschnitt 40 und einen unteren Abschnitt 50. Der untere Abschnitt 50 der Klemmen 20 und 30 kann in eine gedruckte Schaltungsplatine eingesetzt werden, in der die Sicherung 10 eingelötet wird, oder in einen Sicherungssockel einge setzt werden, der auf der gedruckten Schaltungsplatine vorgesehen ist. Der untere Abschnitt 50 ist im wesent lichen flach. Obwohl eine flache Anordnung bevorzugt ist, kann die vorliegende Erfindung ebenfalls bei anderen Ausführungsformen angewendet werden, wie beispielsweise bei Ausführungsformen, bei denen Leitermaterialien mit kreisförmigem Querschnitt verwendet werden.

Klemmenanschläge oder Anschlußanschläge 60 können in einer festen Entfernung vom unteren Abschnitt 50 jeder Klemme 20 und 30 beabstandet sein. Diese Anschläge 60 dienen als Standteile und beschränken die Länge des unteren Abschnitts 50 der Klemme 20, 30, der in die Sicherungs aufnahme eingesetzt werden kann. Wenn die Klemmen 20 und 30 in eine Aufnahme bis zu den Anschlägen 60 ein gesetzt werden, besteht ein ausreichender Kontakt zwi schen den Sicherungsklemmen 20 und 30 sowie den An schlußdrähten der Aufnahme, um die gewünschte elektrische Verbindung herzustellen. Diese Anschläge 60 verhindern ebenfalls, daß die Umhüllung 170 mit der gedruckten Schal tungsplatine bei solchen Anwendungsfällen in Kontakt gerät, bei denen die Sicherung 10 direkt auf die gedruckte Schal tungsplatine aufgelötet wird. Ebenfalls können Kunst stoff-Standteile in der Umhüllung 170 eingeformt sein und verwendet werden, um die Funktion der Anschläge 60 auszuführen.

Die oberen Teile 40 der Klemmen 20 und 30 enthalten zwei oder mehr Klemmenfinger (Finger, Anschlußfinger) 70. Die Finger 70 sind am besten in Fig. 3 zu sehen. Diese Klemmenfinger 70 werden zu ver schiedenen Zwecken verwendet. Ein Zweck liegt in der mechanischen Halterung der Isolationseinrichtung 80 beim Herstellungsverfahren. Jeder Finger 70 enthält zwei gekrümmte Abschnitte 90 und 100, die jeweils S-förmig ausgebildet sind. Die Finger 70 sind an einem Ende miteinander verbunden, wobei die gekrümmten Abschnitte 90 und 100 der beiden Finger 70 einander gegenüber liegen. Die Gesamt anordnung ist gabelförmig und bildet eine Feder-Druck kraft am Kontaktpunkt 110 der Finger 70 zum mechanischen Halten der Isolationseinrichtung 80. Die Spitze 120 eines jeden Fingers 70 liegt in einem spitzen Winkel bezüglich der Isolationseinrichtung 80. Dieser Winkel ist gerade groß genug, damit der Leiter (Sicherungsleiter) 130 zwischen die Spitzen 120 und die Isolationseinrichtung 80 paßt. Auf diese Weise kann der Leiter 130 zwischen dem Anschlußfinger 70 und der Isolationseinrichtung 80 mit einer minimalen Beanspruchung gezogen werden. Aufgrund der Tatsache, daß der Leiter 130 einen geringen Durchmesser hat, ist es nötig, jegliche mögliche Zugspannung zu vermindern oder zu vermeiden.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bestehen die Klemmen 20 und 30 aus einer Kupferlegierung. Jedoch können auch andere Materialien, wie beispielsweise Phosphor-Bronze, Beryllium-Bronze und andere Legierungen elektrisch leitender Materialien eingesetzt werden. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel haben die Kupfer legierungs-Leiter eine Zugstärke, die nahe an derjenigen von Phosphor-Bronze liegt. Die Zugstärke liegt üblicher weise höher als diejenige von Kupfer und niedriger als diejenige von Edelstahl.

Die Klemmen 20 und 30 werden durch Ausstanzen aus einem flachen Stück von Leitermaterial hergestellt. Wie in Fig. 5 ersichtlich ist, ist dieses Verfahren sehr ge eignet zum Formen der drei Klemmenfinger 70.

Nach dem Ausstanzen aus dem Leitermaterial werden die Klemmen 20 und 30 mit Zinn beschichtet oder mit einer Zinn-Blei-Verbindung beschichtet, um eine Löt-Fluß- Verbindung zu bilden. Dieses Verfahren minimiert den Zinnbetrag oder den Betrag an Zinn-Blei-Verbindung, der benötigt wird, um den Löt-Anschluß-Punkt oder Löt-Fluß- Punkt zu bilden.

Nachdem das Leitermaterial in Form von drei Fingern 70 aus gestanzt ist, wird der mittlere Finger 70 von den beiden äußeren Fingern 70 getrennt, um eine U-förmige Schlitz- Aufnahme zum Aufnehmen der Isolationseinrichtung 80 zu bilden. Obwohl drei Finger 70 besonders geeignet zum Aufbringen der benötigten mechanischen Spannung zum Einklemmen der Isolationseinrichtung 80 sind, sind weitere Ausführungs formen möglich, die zwei, vier oder sogar mehr Finger 70 aufweisen.

Ein abweichendes Verfahren liegt in dem Heiß-Rollen von Zinn oder einer Zinn-Blei-Verbindung auf eine Seite des flachen Leitergrundmaterials vor dem Aus stanzen der Klemmen 20 und 30. Dieses Verfahren minimiert die Zinnmenge oder die Menge an Zinn- Blei-Verbindung auf einer Seite des flachen Leiter grundmaterials vor dem Ausstanzen der Klemmen 20 und 30. Das beschichtete Leitermaterial wird dann zinn-plattiert genannt.

Die Isolationseinrichtung 80 wird zur mechanischen Verbindung der beiden Klemmen 20 und 30 verwendet. Die Isolationseinrichtung 80 ist flach, rechtwinkelig und hat eine im wesentlichen kasten förmige Gestalt. Die minimale Länge der Isolationseinrichtung 80 zwischen den Klemmen 20 und 30 wird durch den benötigten Funkenspalt bzw. die benötigte Funkenstrecke zur Unter brechung des Lichtbogens bei einer vorbestimmten System spannung und einem vorbestimmten Überstrom bestimmt. Jedoch kann die Länge auch größer gewählt werden, um die Handhabung beim Herstellungsverfahren zu verein fachen.

Während eines Lichtbogen-Unterbrechungs-Zyklus erreicht die Temperatur im Sicherungsgehäuse zwischen 204°C und 260°C. Da die Isolationseinrichtung notwendigerweise die beiden Klemmen 20 und 30 verbinden muß, um den benötigten Funkenspalt aufrechtzuerhalten, ist es erforderlich, daß die Isolationseinrichtung 80 nicht während des Unterbrechungszyklus zusammenbricht. Ein derartiger Zusammenbruch der Isolationseinrichtung 80 würde ebenfalls einen zerstörerischen Ausfall der Sicherung 10 verursachen. Daher ist es wichtig, ein Grund material zu verwenden, das nicht bei hoher Temperatur verkohlt, da dies die elektrische Leitfähigkeit unter stützen würde. Aus diesem Grund muß das Material eine hohe Temperaturfestigkeit haben. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht die Isolationseinrichtung 80 aus einem polykristallinen Keramikmaterial, wie beispielsweise Aluminium-Silizium-Oxid. Allerdings können verschiedene weitere keramische polykristalline Materialien wie beispielsweise Glas, Beryllium-Keramik, Mica sowie organische Fasern verwendet werden.

Ein weiterer, wichtiger Gesichtspunkt liegt in der Aus wahl des Grundmaterials, so daß dies gute dielektrische Eigenschaften aufweist. Schlechte dielektrische Ma terialien würden ein Leiten längs der Isolationseinrichtung 80 bei der Unterbrechung des Stromes herbeiführen. Dies könnte die Unterbrechnungszeit erhöhen und damit zu einem zerstörenden oder katastrophalen Sicherungsaus fall führen. Polykristalline Keramikmaterialien sind nicht nur gute thermische Isolatoren, sondern haben auch eine hervorragende elektrische, dielektrische Festigkeit und sind daher als Materialien für die Isolationseinrichtung 80 sehr geeignet.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Isolationseinrichtung 80 kann diese eine oder mehrere Öffnungen 140 aufweisen. Da Keramik ein besserer Wärmeleiter als Luft ist, führt das Aus setzen des Sicherungsleiters 130 an einem kleinen Teil gegenüber Luft zu einem Herabsetzen der Sicherungs zeit für einen gegebenen Laststrom.

Das Ende 160 der Isolationseinrichtung 80 ist metallisiert, um eine Verbindung für die Klemmen 20 und 30 sowie den Sicherungs leiter 130 zu bilden. Bei einem bevorzugten Ausführungsbei spiel wird die Metallisierung mit Silber vorgenommen.

Zusätzlich zur guten Leitfähigkeit ist es wünschenswert, daß das leitfähige Material, das auf der Isolationseinrichtung 80 auf gebracht ist, eine hohe Dichtigkeit hat und leicht verarbeitet werden kann. Da Silber in Luft gebrannt oder gesintert werden kann, ist Silber ein bevorzugtes Material, während beispielsweise Kupfer in einer Stick stoff-Atmosphäre gesintert werden muß. Andere Leiter materialien, wie beispielsweise Gold, sind ebenfalls als Leitermaterialien für die Isolationseinrichtung 80 möglich. Je doch ist aufgrund der Kosten Silber das bevorzugte Material.

Nachdem das Silber auf den Enden 160 aufgebracht und aufgeheizt bzw. aufgebrannt ist, werden die Enden während eines nächsten Herstellungsschrittes in Zinn oder eine Zinn-Silber-Verbindung eines Bades eingetauscht. Dieses vermindert die Oxidation und bildet einen Löt- Fluß-Anschlußpunkt.

Es ist wichtig, daß die Zusammensetzung der Löt-Fluß- Verbindung, wie z. B. Blei-Zinn, die auf den Klemmen 20 und 30 abgelagert wird, dieselbe Schmelztemperatur wie die Löt-Fluß-Zusammensetzung aufweist, in die die Enden 160 der Isolationseinrichtung 80 eingetaucht werden. Wenn die Schmelztemperaturen übereinstimmen oder nahe aneinander liegen, kann eine Lötverbindung hergestellt werden, indem die Klemmen 20 und 30 in Verbindung mit den Enden 160 gebracht werden und lediglich Hitze zugeführt wird. Ohne Zufuhr von irgendwelchem zusätzlichen Lötmaterial wird eine Lötverbindung hergestellt, wenn die Löt-Fluß- Zusammensetzung an den Klemmen 20 und 30 sowie diejenige der Enden 160 der Isolationseinrichtung 80 den Schmelzpunkt erreicht, woraufhin eine Abkühlung vorgenommen wird. Die Anschluß punkte der Klemmen 20 und 30 sind vollständig mit der Löt-Fluß-Zusammensetzung bedeckt, ebenso wie die Enden 160 der Isolationseinrichtung 80, so daß eine bessere Lötverbindung gebildet wird, als diejenige, die mit einem von außen zugeführten Lötmaterial zur Bildung der Verbindung erreicht wird.

Der Sicherungsleiter 130 ist zwischen den beiden Klemmen 20 und 30 zum Bilden eines elektrischen Stromweges angeschlossen. Der Querschnitt des Leiters 130 ist dem speziellen, verwendeten Leitmaterial angepaßt und richtet sich ferner nach dem Soll-Strom, der durch die Sicherung 10 fließen soll, und nach dem Überschuß- Strom, bei dem ein Öffnen der Sicherung 10 erwünscht ist. Der Sicherungsleiter 130 kann ein Draht, ein Dickfilm, ein Dünnfilm oder eine andere Leiterart sein, die üblicherweise in der Industrie verwendet wird.

Da eine Sicherung 10 in Reihe mit dem zu schützenden Gerät geschaltet wird, ist es nötig, daß die Sicherung 10 den Soll-Strom ohne Ausfallgefahr durchläßt. Daher muß der Leiter 130 eine derartige Abmessung haben, daß der Soll- Strom ohne Durchbrennen des Leiters 130 hindurchfließen kann. Der Widerstand des speziellen Leitermaterials muß in Betracht gezogen werden. Leiter 130 mit einem relativ niedri gen spezifischen Widerstand können einen höheren Strom ertragen, ohne daß es zum Durchbrennen des Leiters 130 kommt, als diejenigen mit der gleichen Größe, die einen höheren spezifischen Widerstand aufweisen. Beispielsweise hat Nickel einen höheren spezifischen Widerstand als Kupfer, so daß bei Verwendung von Nickel als Leitermaterial ein größerer Querschnitt des Nickelleiters im Vergleich zum Querschnitt des Kupferleiters benötigt wird, um denselben Strom zu leiten.

Ebenfalls liegen weitere Faktoren vor, die die Leiter größe beeinflussen. Ein Faktor ist die Fähigkeit des Leiters 130 zur Ableitung von Wärme, die bei einem durch den Leiter fließenden Strom erzeugt wird. Daher können ein oder mehrere Öffnungen 140 in der keramischen Isolationseinrichtung 80 vorgesehen sein, um die Wärmeableitung vom Leiter 130 zu ver mindern. Da Luft schlechter die Hitze leitet als Keramik, sinkt die Ansprechzeit für die Sicherung 10 bei Überlast strömen ab. Die Öffnungen 140 werden normalerweise in Verbindung mit einem Mittelteil des Leiters 130 angeordnet. Im Mittenteil des Leiters 130 liegt der heißeste Punkt vor. Die an den Klemmen 20 und 30 angebrachten Leiter enden leiten Hitze zu den Klemmen 20, 30 und geben mittels Konvektion Wärme an die Umgebungsluft ab. Aus diesem Grund liegt der heißeste Punkt des Leiters 130 in dessen Mitte.

Der Leiter 130 wird zwischen den beiden Klemmen 20 und 30 angeschlossen, indem er zwischen den Enden 160 der Isolationseinrichtung 80 und den Spitzen 120 der Klemmenfinger 70 an geordnet wird. Aufgrund der Lötmittel-Plattierung auf der Innenseite der Klemmenfinger 70 und der Enden 160 wird der Leiter 130 an den Klemmen fingern 70 und den Enden 160 durch Aufheizen der Kontaktpunkte befestigt, so daß bei deren Abkühlung eine Lötverbindung durch das Lötmittel-Wieder verflüssigungsverfahren gebildet wird.

Die Klemmen 20 und 30, die Isolationseinrichtung 80 und der Leiter 130 bilden eine Anordnung. Diese Anordnung ist bei einem Ausführungsbeispiel in einem einstückigen, aus Kunststoff bestehenden, kastenförmigen Gehäuse oder einer einheitlichen Umhüllung 170 angeordnet, wie am besten in Fig. 1 zu sehen ist. Das Gehäuse 170 besteht aus Kunststoff material und weist eine im wesentlichen kastenartige Form auf. Das Gehäuse 170 hat vier Seiten 171, 172, 173 und 174, eine obere Fläche 175 und einen offenen Boden 176. Die beiden Seiten 171 und 172 haben V-förmige Nuten, während die anderen beiden Seiten 173 und 174 Lippen 177 und 178 enthalten. Die Lippen 177 und 178 enthalten Teile aus dickem Kunststoff.

Das Gehäuse 170 wird über die Sicherungsanordnung ge stülpt. Daraufhin werden die Lippen 177 gebördelt und gleichzeitig mit Ultraschall verschweißt. Das Ultra schall-Schweißverfahren verursacht eine Verflüssigung des Kunststoffes zum Bilden und Abdichten des Bodens 176 des Gehäuses 170. Die V-förmigen Nuten in den Seiten 171 und 172 ermöglichen ein Zusammenziehen der Lippen 177 und 178. Daher wird ein einstückiges, dichtes Gehäuse 170 um die in Fig. 2 dargestellte Sicherungsanordnung gebildet. Die Verwendung eines abgedichteten einstückigen Gehäuses 170 vermindert das Risiko eines zerstörerischen Sicherungsausfalles. Wenn der Leiter 130 seine Sicherungs temperatur erreicht hat, verdampft er schlagartig und bildet ein Plasma, das aus einem Gas (üblicherweise Luft) mit Ionen und Elektronen besteht. Zu dem Zeitpunkt, zu dem der Leiter 130 durchbrennt, wird ein Lichtbogen zwischen den Klemmen 20 und 30 gebildet. Wenn einmal der Lichtbogen zustande gekommen ist, steigt der Druck in dem Gehäuse 170 an. Der in dem Gehäuse 170 ansteigende Druck begrenzt die Beweglichkeit der geladenen Teilchen in dem Plasma. Dies ist wichtig für die Verminderung der Beweglichkeit der geladenen Teilchen, zum Vermindern der benötigten Zeit zum Löschen des Lichtbogens und zum er folgreichen Unterbrechen des Überstromes.

Bislang bestanden zweiteilige Gehäuse aus einer Kappe und einem Grundteil. Diese zweiteiligen Gehäuse würden aufgrund des Druckanstiegs in dem Gehäuse während des Stromunterbrechungszyklus undicht sein. Die Gehäuse undichtigkeit führte zu einer Druckverminderung in dem Gehäuse und somit zu einer erhöhten Beweglichkeit der geladenen Teilchen in dem Plasma. Dies führte zu einem leitfähigen Pfad mit relativ niedrigem Widerstand zwi schen den Sicherungsklemmen, was die Auslöschzeit zum Unterbrechen des Lichtbogens verlängerte. Die Verlängerung der Lichtbogenzeit erhöhte den Druck, woraus die Gefahr eines zerstörenden Sicherungsausfalls resul tierte. Aufgrund des relativ kleinen Funken-Spaltes bzw. Abstandes zwischen den Sicherungsklemmen war dieses Problem besonders stark bei Subminiatur-Sicherungen.

Das Gehäuse 170, das in der vorliegenden Anmeldung be schrieben wurde, löst dieses Problem durch Erhöhen der mechanischen Festigkeit des Gehäuses 170. Da das Gehäuse 170 einheitlich ist und aus einem Stück besteht, und durch Ultraschallverschweißen versiegelt ist, wird ein im wesentlichen homogenes, einstückiges, abgedichtetes Gehäuse 170 gebildet, das dem Druck widerstehen kann, der aus der Unterbrechung des Stromes stammt, wodurch die katastrophalen Sicherungsausfälle mit zerstörerischer Wirkung vermieden werden.

Die Fig. 6 und 7 zeigen das bevorzugte Ausführungsbei spiel, das ferner das Kurzschlußverhalten der in den Fig. 1 bis 4 beschriebenen Sicherung 10 ver bessert. Dieses Ausführungsbeispiel enthält die bereits beschriebene Sicherungsanordnung, die daraufhin mit einem Isolationsmaterial, wie beispielsweise einer Hochtemperaturkeramik oder einem Keramikkleber 180 be schichtet wird. Die keramische, beschichtete Anordnung kann daraufhin in ein einstückiges oder einheitliches Gehäuse 190 eingesetzt werden oder in eine Kunststofform eingesetzt werden. In der Form wird geschmolzenes Plastik überlicherweise mit einem Druck von Tausenden von Pfunden pro Quadratinch eingespritzt und in der Form verdichtet, um ein homogenes einstückiges Gehäuse 190 um die Sicherung zu bilden, so daß keine Luft inner halb des Gehäuses 190 eingeschlossen bleibt. Dieses Verfahren zur Herstellung des Gehäuses 190 ist im Stand der Technik als Einsatz-Formen oder Einsatz-Spritzformen bekannt.

Die keramische Beschichtung 180 und das einsatz-geformte Gehäuse 190 verbessern die Kurzschlußeigenschaft der Si cherung durch Erhöhen des Lichtbogenwiderstandes während der Unterbrechung. Dies kann durch Erhöhen des Druckes oder durch Verminderung der Plasmatemperatur erreicht werden.

Die keramische Beschichtung (Hochtemperaturkeramik, Keramikkleber) 180 absorbiert ebenfalls den Metalldampf während der Stromunterbrechung und ver mindert somit die Lichtbogen-Plasmatemperatur. Das massive Innere der isolierenden Beschichtung 180 ermöglicht lediglich die Druckerzeugung innerhalb einer sehr kleinen zylindrischen Kammer oder innerhalb eines sehr kleinen zylindrischen Volumens. Dieses Volumen ist durch das Volumen festgelegt, das durch den Sicherungsleiter 130 vor dessen Verdampfung angenommen wird. Da das durch den Lichtbogen erzeugte Gas in einem derart kleinen Bereich eingezwängt wird, führt dies zu einem extrem hohen örtlichen Druck innerhalb des Lichtbogenkanals im Vergleich zu luftgefüllten Gehäusen, die beispiels weise in der US-4417226 beschrieben wer den, das an Asdollahi erteilt worden ist. Somit wird ein schnelles Löschen des Kurzschlußstromes erreicht. Da darüber hinaus die Keramik 180 ebenfalls in Verbindung mit dem Gehäuse 190 steht, bewirkt sie eine Isolation der Kunststoffgehäuse 190 und 170 gegenüber der hohen Lichtbogentemperatur. Dies verhindert eine Verkohlung des Kunststoffs, was zu einem erneuten Zünden des Lichtbogens führen könnte.

Bei einem abweichenden Ausführungsbeispiel, das in den Fig. 8 und 9 gezeigt ist, ist die bisher beschriebene Sicherungsanordnung mit einer Isolierbeschichtung 180 versehen. Die beschichtete Anordnung wird daraufhin mit Epoxid-Harz beschichtet, welches als Gehäuse 190 dient.

Verfahren zu ihrer Herstellung sind üblichen Konstruktions praktiken zugänglich und ermöglichen so eine automatische Fertigung.

Claims

1. Sicherung für eine elektrische Schaltung, die zum Einsetzen in eine gedruckte Schaltungsplatine geeignet ist, mit:

a) einer ersten Klemme (20) und einer zweiten Klemme (30) je weils mit einem oberen Abschnitt (40) und einem unteren Ab schnitt (50);
b) einer Isolationseinrichtung (80) zum elektrischen und ther mischen Isolieren der ersten Klemme (20) von der zweiten Klemme (30) und zum Halten der ersten und zweiten Klemme (20, 30) in einer im wesentlichen parallelen Lage, beabstan det voneinander mit einem vorbestimmten Abstand;
c) einem Sicherungsleiter (130) der zwischen der ersten und zweiten Klemme (20, 30) angeschlossen ist, wobei die Isola tionseinrichtung (80), der Sicherungsleiter (130) und die oberen Abschnitte (40) der ersten und zweiten Klemme (20, 30) eine Anordnung (40, 80, 130) bilden; und
d) einer einheitlichen Umhüllung (170) zum Aufnehmen der Anord nung (40, 80, 130),
dadurch gekennzeichnet,
- daß der obere Abschnitt (40) der ersten und zweiten Klemme (20, 30) wenigstens zwei Finger (70) in einer gabelförmigen Anordnung aufweist,
- daß die wenigstens zwei Finger (70) die Isolationseinrich tung (80) aufnehmen und die erste und zweite Klemme (20, 30) bezüglich der Isolationseinrichtung (80) positionieren, und
- daß der Sicherungsleiter (130) jeweils zwischen den Fingern (70) und der Isolationseinrichtung (80) gehalten wird.

2. Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Anordnung (40, 80, 130) mit einem elektrischen Iso liermaterial (180) beschichtet ist.

3. Sicherung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

- daß das Isoliermaterial (180) Keramik enthält.

4. Sicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

- daß die einheitliche Umhüllung (170) Epoxid-Harz enthält.

5. Sicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

- daß die einheitliche Umhüllung (170) aus einem geformten Kunststoff besteht.

6. Sicherung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

- daß das Isoliermaterial (180) einen Klebstoff enthält.

7. Sicherung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,

- daß die einheitliche Umhüllung (170) ein Kunststoff-Gehäuse (190) ist, das im wesentlichen luftleer ist.

8. Sicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Isolationseinrichtung (80) wenigstens eine Öffnung (140) zwischen ihren beiden Kanten aufweist, und sich ein Teil des Sicherungsleiters (130) über diese Öffnung (140) in der Iso lationseinrichtung (80) erstreckt.

9. Sicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,

- daß die unteren Abschnitte (50) der ersten Klemme (20) und der zweiten Klemme (30) flach sind und zwei Enden bilden.

10. Sicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,

- daß der untere Abschnitt (50) der ersten und der zweiten Klemme (20, 30) jeweils einen Anschlag (60) aufweist, der von einem Ende des jeweiligen unteren Abschnitts (50) in einer vorbestimmten Entfernung beabstandet ist und hervor steht, um den Bereich der ersten und der zweiten Klemme (20, 30) festzulegen, mit dem die erste und die zweite Klemme (20, 30) in die gedruckte Leitungsplatine eingesetzt werden kann.

11. Sicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,

- daß die einheitliche Umhüllung (170) eine einstückig ausge bildete Kunststoffstandfläche (175) zum Festlegen der Ent fernung aufweist, über die die erste und die zweite Klemme (20, 30) in die gedruckte Schaltungsplatine eingesetzt wer den kann.

12. Sicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Isolationseinrichtung (80) ein keramisches Grundma terial enthält.

13. Sicherung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Isolationseinrichtung (80) eine im wesentlichen ka stenartige rechteckige Form aufweist.

14. Sicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Kanten der Isolationseinrichtung (80) mit einem Me tall beschichtet sind, um das Löten der ersten und der zwei ten Klemme (20, 30) an die Isolationseinrichtung (80) zu erleichtern.

15. Sicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Sicherungsleiter (130) an der ersten und der zweiten Klemme (20, 30) durch Löten angebracht ist.

16. Sicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Finger (70) an dem oberen Abschnitt (40) der ersten Klemme (20) mit einer Plattierung aus einer Lötlegierung be schichtet sind.

17. Sicherung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Querschnitt der einheitlichen Umhüllung (170) im we sentlichen rechteckförmig ist, wobei diese in einem Ur sprungszustand ein geöffnetes Ende (Öffnung, offener Boden 176) hat, das um die Anordnung (40, 80, 130) herum ver schlossen wird.

18. Sicherung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,

- daß ein geöffnetes Ende der einheitlichen Umhüllung (170) durch Ultraschallschweißen verschließbar ist.

19. Sicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet,

- daß die einheitliche Umhüllung (170) die Form einer ka stenähnlichen Struktur mit jeweils zwei einander gegenüber liegenden Flächen (171, 172, 173, 174) aufweist, die eine im wesentlichen rechteckförmige Öffnung (176) festlegen, wobei zwei der einander gegenüberliegenden Flächen (171, 172) eine V-förmige Nut aufweisen und wobei die Öffnung (176) zwei Lippen (177, 178) festlegt, die einander gegenüberliegen und zum Verschließen der Öffnung (176) nahe aneinander legbar sind.

20. Sicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet,

- daß die einheitliche Umhüllung (170) aus einem einsatzge formten Kunststoffkörper besteht.