DE3716391A1 - Subminiatur-sicherung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Sicherungen und insbesondere auf eine elektrische Subminiatur-Sicherung, wie sie für den Schutz elektrischer Schaltungen bei Anwen­ dungen verwendet wird, bei denen nur ein begrenzter Raum zur Verfügung steht, wie dies beispielsweise in den US- Patenten ... (US-Patentanmeldungen 7 15 799 und 8 52 605) beschrieben ist. Diese Art von Sicherung ist insbesondere zweckmäßig, wenn Platz auf Druckschaltungsplatten gespart werden soll.

Subminiatur-Sicherungen werden ebenso wie andere Arten von Sicherungen dazu verwendet, Schaltungsbauteile gegen Schä­ den zu schützen, die durch einen durch die Schaltung flies­ senden Überstrom hervorgerufen werden können. Bei Überströ­ men werden allgemein Überlastströme und Kurzschlußströme unterschieden. Man spricht allgemein von einem Überlast­ strom, wenn dieser im Bereich von 135% bis 500% des nor­ malen oder Nennstromes liegt. Kurzschlußströme können ober­ halb von 500% des Nennstromes liegen.

Um von entsprechenden Prüfstellen abgenommen zu werden, muß eine Sicherung bestimmte Testbedingungen bestehen, wie z.B. einen Kurzschlußtest, einen Test mit niedriger Überlast und einem Durchgangstest. Bei dem Test mit geringer Überlast muß sich das Sicherungselement innerhalb einer festgelegten Zeitperiode bei einem Prozentsatz des Nennstroms öffnen, der irgendwo im Bereich von 135-500% liegt. Für den Kurz­ schlußtest muß das Sicherungselement die Schaltung ohne Auf­ reißen des Sicherungskörpers unterbrechen. Für den Durch­ gangstest wird die Spannung nach dem Unterbrechen der Si­ cherung für eine Minute beibehalten, wobei die Sicherung während dieser Zeit nicht wieder die Verbindung herstellen oder einen Lichtbogen zünden darf.

Viele übliche Sicherungen bestehen aus einem Sicherungsele­ ment und einem zweistückigen Sicherungsgehäuse, das eine Kappe und einen Basisteil umfaßt. Bei einer Kurzschlußbe­ dingung steigt der Druck im Inneren des Gehäuses an. Auf­ grund der geringen körperlichen Größe der Subminiatur-Si­ cherung und damit der kurzen Lichtbogenlöschstrecke, d.h. der kurzen Entfernung zwischen den Anschlüssen, die das Schmelzelement tragen, ist das Gehäuse einer derartigen Sicherung schwerwiegenden Ausfallproblemen ausgesetzt, die normalerweise bei einer körperlich größeren Sicherung nicht auftreten. Es besteht die Gefahr, daß das Sicherungsgehäuse auseinanderfliegt oder aufreißt.

Bei der zweistückigen Gehäusekonstruktion tritt dieses Auf­ reißen normalerweise an der Dichtung zwischen der Kappe und dem Basisteil auf. Wenn das Gehäuse aufreißt, wird hier­ durch nicht nur ein stromführender Lichtbogen freigelegt, sondern es wird weiterhin dieser Lichtbogen verlängert, wo­ durch möglicherweise Schäden an den hinter der Sicherung lie­ genden Schaltungsbauteilen aufgrund der zusätzlichen Zeit hervorgerufen werden, die erforderlich ist, um die Schal­ tung vollständig zu unterbrechen. Wenn das Gehäuse undicht wird, beginnt der Druck in dem Gehäuse abzusinken. Hier­ durch wird eine Vergrößerung der Unterbrechungszeit hervor­ gerufen.

Dem Fachmann ist bekannt, daß, wenn das Sicherungselement einem Kurzschlußstrom ausgesetzt wird, das Sicherungselement aufgeheizt wird, bis es den Schmelzpunkt des Leiters des Sicherungselementes erreicht. Die Geschwindigkeit des Tem­ peraturanstiegs ist unter anderem eine Funktion der Größe des Überstroms. Sobald die Temperatur des Leiters den Schmelz­ punkt erreicht, wird das Leitermaterial sehr schnell ver­ dampft, wobei verdampfte Metallatome mit dem Gas oder Luft­ medium vermischt werden, die den Leiter umgeben. Ein Licht­ bogen wird in der Gasmischung oder dem Plasma gebildet, das als leitender Pfad für den Lichtbogen dient. Die vergrös­ serte Temperatur des Lichtbogenplasmas vergrößert weiterhin den Druck in dem Sicherungsgehäuse. Wenn das Lichtbogenplas­ ma sehr dicht wird, so wird die Bewegung geladener Teilchen in dem Plasma beschränkt. Eine verringerte Mobilität der ge­ ladenen Teilchen vergrößert den Widerstand der Lichtbogen­ strecke, was ein Löschen des Lichtbogens bewirkt, was er­ forderlich ist, damit sich eine einwandfreie Funktion der Sicherung hinsichtlich der Unterbrechung des Stromes in der Schaltung ergibt. Es ist daher zu erkennen, daß der Druckanstieg in dem Sicherungsgehäuse für das Löschen des Lichtbogens und für die Unterbrechung des Stromes an die Schaltung vorteilhaft ist. Bekannte Sicherungen neigten zu einem Aufreißen bei einem Druckanstieg.

Ein Versuch, dieses Problem zu beseitigen, ist in den US- Patenten ... (US-Patentanmeldungen 7 15 799 und 8 52 605) beschrieben. Diese US-Patente beschreiben eine Subminiatur- Sicherung, die zwei Anschlüsse und ein schmelzbares Element zwischen den Anschlüssen umfaßt, das auf einem Keramiksub­ strat gehaltert ist, von einem Keramiküberzug umschlossen ist und von einem einstückigen Gehäuse umgeben ist. Obwohl festgestellt wurde, daß diese Sicherung sehr gut arbeitet, ergibt sich ein Punkt bei der Strombelastung, bei dem die Sicherung die bei einem Kurzschluß entstehenden Drücke nicht mehr länger aufnehmen kann. Dies gilt insbesondere für Spannungen von 250 Volt und mehr.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Kurzschluß­ verhalten einer Subminiatur-Sicherung der eingangs genann­ ten Art und damit den maximal erreichbaren Nennstrom zu vergrößern.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Er­ findung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße elektrische Subminiatur-Sicherung ist insbesondere für Druckschaltungsplatten und andere Anwen­ dungen geeignet, bei denen der für elektrische Bauteile zur Verfügung stehende Raum begrenzt ist. Finger auf An­ schlußelementen haltern ein Keramiksubsträt. Das Substrat ist an beiden Enden metallisiert und wird in die Finger eingesetzt, wobei das Substrat einen schmelzbaren Draht haltert, der die beiden Anschlüsse elektrisch miteinander verbindet. Die Finger und das Substrat bilden eine Bau­ gruppe, die erhitzt wird, um die Elemente mit oder ohne die Verwendung eines Flußmittels miteinander zu verlöten. Die Baugruppe wird in einem keramischen Bindemittel oder Klebemittel eingebettet, das mit einem zweiten Material überzogen wird, das eine hohe dielektrische Festigkeit aufweist, wie z.B. Bornitrat. Der überzogene Sicherungs­ körper wird in einem einstückigen Gehäuse eingeschlossen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Aus­ führungsform der nach dem erfindungsge­ mäßen Verfahren hergestellten Subminiatur- Sicherung;

Fig. 2 eine Schnittansicht der Subminiatur-Siche­ rung nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Schnittansicht von der in Fig. 1 ge­ zeigten Seite der Subminiatur-Sicherung;

Fig. 4 eine Seitenansicht eines Anschlusses der Subminiatur-Sicherung nach Fig. 1;

Fig. 5 eine Seitenansicht eines Anschlusses und des Substrates der Subminiatur-Sicherung nach Fig. 1;

Fig. 6 eine Draufsicht auf ein Substrat, das bei den Subminiatur-Sicherungen nach Fig. 1 verwendet wird;

Fig. 7 eine Endansicht des in Fig. 6 gezeigten Sub­ strates;

Fig. 8 eine teilweise gestrichelt dargestellte perspektivische Ansicht einer in Keramik ge­ tauchten Baugruppe.

Obwohl die Erfindung in verschiedenen Formen ausgeführt wer­ den kann, sind in den Zeichnungen, die im folgenden ausführ­ lich beschrieben werden, verschiedene bevorzugte Ausführungs­ beispiele der Erfindung dargestellt. Es ist jedoch verständ­ lich, daß die folgende Beschreibung lediglich ein Beispiel der Grundgedanken der Erfindung darstellt und die Erfindung in keiner Weise auf die erläuterten speziellen Ausführungs­ formen beschränkt ist.

In den Zeichnungen zeigen die Fig. 1-3 eine Ausführungs­ form der Subminiatur-Sicherung 10, die den Gegenstand der Erfindung bildet. Die Sicherung 10 umfaßt einen ersten An­ schluß 20, einen zweiten Anschluß 30, ein isolierendes Ele­ ment oder ein Substrat 80, einen schmelzbaren Leiter 130, einen Keramiküberzug 180, einen zweiten Überzug 200 und ein Gehäuse 190. Die Nennstromangabe 191, das Katalogsymbol 192, die Nennspannung 193 und das Warenzeichen 194 des Her­ stellers dienen zur Identifikation der speziellen darge­ stellten Sicherung.

Die beiden Anschlüsse 20 und 30 bestehen jeweils aus einem Oberteil 40 und einem Unterteil 50. Der Unterteil 50 der Anschlüsse 20 und 30 ist in eine eine gedruckte Schaltung tragende Platte oder Druckschaltungsplatte einsteckbar, wo er an seinem Platz festgelötet wird oder dieser Unterteil 50 kann in eine Sicherungsfassung eingesteckt werden, die auf der Druckschaltungsplatte angeordnet ist, wobei der Querschnitt dieses Unterteils im wesentlichen flach ist. Obwohl die flache Form bevorzugt wird, ist die Erfindung in gleicher Weise auf andere Formen anwendbar, wie z.B. auf die Verwendung eines einen kreisrunden Querschnitt aufwei­ senden leitenden Materials.

Die Anschlüsse 20 und 30 sind aus einer Kupferlegierung dadurch hergestellt, daß sie aus einem ebenen Stück aus Leitermaterial ausgestanzt sind, das mit Zinn, Lot oder irgendeiner anderen Legierung plattiert sein kann. Andere Materialien, wie z.B. Phosphorbronze oder Berylliumbronze und andere Legierungen von elektrisch leitenden Materia­ lien sind ebenfalls geeignet. Die Zugfestigkeit ist vor­ zugsweise höher als die Zugfestigkeit von Kupfer und nied­ riger als die von Edelstahl.

Der Oberteil 40 der Anschlüsse 20 und 30 kann mit einem Zinnlot 22 oder einer Zinn-Blei-Verbindung überzogen sein, um eine Lotaufschmelzverbindung zu bilden. Die bevorzugte Ausführungsform gemäß Fig. 4 zeigt eine Zinn- oder Zinn- Blei-Verbindung, die vor dem Stanzen der Finger 70 auf ei­ ner Seite warmgewalzt ist. Dieses Verfahren verringert die Menge an Zinn- oder Zinn-Blei-Verbindung dadurch, daß le­ diglich eine Seite des ebenen Leitermaterials plattiert wird. Das beschichtete Leitermaterial wird als mit Lot be­ schichtet bezeichnet.

Ein, zwei oder mehr Finger 70 bilden eine Aufnahme für das Substrat 80. Wie dies in Fig. 5 gezeigt ist, besteht jeder Finger 70 aus zwei gekrümmten Abschnitten 90 und 100, die jeweils eine S-förmige Form aufweisen. Die Finger 70 sind an einem Ende miteinander verbunden, wobei sich die gekrümmten Abschnitte 90 und 100 jedes Fingers gegenüber­ liegen. Die Gesamtform ist gabelartig und ergibt eine Fe­ derdruckkraft an den einander am nächsten liegenden Punk­ ten, so daß das Substrat 80 mechanisch festgehalten wird. Die Spitze 120 jedes Fingers 70 ist unter einem spitzen Winkel gegenüber dem Substrat 80 angeordnet. Dieser Winkel ist groß genug gemacht, damit ein schmelzbares Element 130 zwischen die Spitzen 120 und das Substrat 80 paßt. Dies ermöglicht es, daß das schmelzbare Element 130 zwi­ schen den Anschlußfinger 70 und das Substrat 80 mit mini­ maler Beanspruchung gezogen werden kann. Aufgrund der Tat­ sache, daß das schmelzbare Element 130 bei der bevorzug­ ten Ausführungsform ein dünner Draht mit einem sehr klei­ nen Durchmesser ist, ist es erforderlich, irgendwelche auf den Draht einwirkende Zugbeanspruchungen zu verringern oder vollständig zu beseitigen, um ein Reißen zu verhin­ dern.

Das Substrat 80 wird dazu verwendet, zwei der Oberteile 40 mechanisch an ihrem Platz zu verbinden. Das in den Fig. 6 und 7 gezeigte Substrat ist flach und rechteckig und es weist allgemein eine Kastenform auf. Die maximale Länge des Substrates zwischen den Anschlüssen 20 und 30 ist durch die erforderliche Lichtbogenstrecke bestimmt, die erforderlich ist, um einen bei einer vorgegebenen System­ spannung und einem Überstrom erzeugten Lichtbogen zu un­ terbrechen. Die Länge kann jedoch vergrößert werden, um die Handhabung während des Herstellungsvorganges zu er­ leichtern.

Während des Lichtbogenunterbrechungszyklus kann die Tem­ peratur in dem Sicherungsgehäuse Temperaturen oberhalb von 205 Grad C erreichen. Weil das Substrat erforderlich ist, um die Anschlüsse 20 und 30 mechanisch zu verbinden und um die erforderliche Lichtbogenstreckenlänge aufrecht­ zuerhalten, ist es wichtig, daß das Substrat 80 während des Unterbrechungszyklus nicht bricht. Ein derartiges Bre­ chen des Substrates könnte einen schwerwiegenden Ausfall der Sicherung hervorrufen. Weiterhin ist es wichtig, ein Material zu verwenden, das bei hohen Temperaturen nicht verkohlt, weil es dann eine elektrische Leitung aufrecht­ erhalten würde. Aus diesem Grund muß ein Material verwen­ det werden, das die Fähigkeit hat, hohen Temperaturen zu widerstehen. Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht das Substrat 80 aus einem keramischen polykristallinen Material, wie z.B. Aluminium Silizium Oxyd. Verschiedene andere keramische polykristalline Materialien, wie z.B. Glas, Beryllium-Keramik, Glimmer und organische Faserma­ terialien sind jedoch ebenfalls geeignet.

Ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt bei der Auswahl des Substrates 80 besteht darin, daß es gute Isoliereigen­ schaften aufweisen muß. Schlecht isolierende Materialien würden bei der Unterbrechung eine Stromleitung längs des Substrates 80 ermöglichen. Dies könnte zu einer vergrös­ serten Unterbrechungszeit und daher zu einem schwerwie­ genden Ausfall der Sicherung 10 führen. Polikristalline Keramikmaterialien sind gute Wärmeisolatoren und sie wei­ sen gleichzeitig eine ausgezeichnete dielektrische Festig­ keit auf und sie sind daher für die Verwendung als Mate­ rial für die Substrate 80 geeignet. Das Substrat 80 weist ein oder mehrere Öffnungen 140 auf, wie dies weiter unten ausführlicher erläutert wird.

Jedes Ende 160 des Substrates 80 ist bei 162 metallisiert, um Anschlußteile für die Anschlüsse 20 und 30 und den schmelzbaren Leiter zu bilden. Bei der bevorzugten Aus­ führungsform erfolgt die Metallisierung mit Silber oder einer Silberlegierung. Das auf dem Substrat abgeschiedene leitende Material sollte nicht nur ein guter elektrischer Leiter sein, sondern es sollte auch eine sehr hohe Dichte haben und weiterhin relativ einfach zu verarbeiten sein. Weil Silber im Gegensatz zu Kupfer, das in einer Stick­ stoffumgebung gesintert werden muß, in Luft gebrannt oder gesintert werden kann, wird Silber bevorzugt. Andere Lei­ termaterialien, wie z.B. Gold, sind genauso als Leiterma­ teralien für das Substrat geeignet. Aufgrund des Kosten­ faktors wird jedoch Silber bevorzugt.

Nachdem das Silber auf die Substratenden 160 abgeschieden und gebrannt wurde, können die Enden in ein Zinn- oder Zinn-Blei-Bad getaucht werden. Hierdurch wird die Oxida­ tion verringert und ein Lotrückschmelzanschluß gebildet.

Es wird bevorzugt, daß die Lot-Rückschmelzverbindung (beispielsweise Zinn-Blei), die auf die Anschlüsse 20 und 30 abgeschieden wird, die gleiche Schmelztemperatur wie die Lot-Rückschmelzverbindung aufweist, in die die Sub­ stratenden 162 eingetaucht werden. Wenn die Schmelztem­ peraturen gleich oder nahezu gleich sind, kann eine Löt­ verbindung dadurch hergestellt werden, daß die Anschlüsse 20 und 30 mit den Substratenden 162 in Berührung gebracht werden und lediglich Wärme und, falls erforderlich, Fluß­ mittel zugeführt wird. Ohne Hinzufügung von zusätzlichem Lot wird eine Lötverbindung geschaffen, wenn die Lot- Rückschmelzverbindung auf den Anschlüssen 20 und 30 und auf den Substratenden 162 den Schmelzpunkt erreicht und sich nachfolgend abkühlen kann. Weil die Kontaktpunkte der Anschlüsse 20 und 30 vollständig mit der Lot-Rückschmelz­ verbindung bedeckt sind, und zwar ebenso wie die Enden 162 des Substrates 80, wird eine bessere Lötverbindung gebildet, als dies der Fall sein würde, wenn Lotmaterial von außen zugeführt würde, um die Verbindung herzustellen.

Ein schmelzbarer Leiter 130 in Form eines langen konti­ nuierlichen Drahtes ist zwischen den beiden Anschlüssen 20 und 30 verbunden, um einen elektrischen Strompfad zu bilden. Der Querschnitt des Leiters ist durch das speziel­ le verwendete leitende Material, den Nennstrom, der durch die Sicherung 10 fließt, und den gewünschten Überstrom- Schmelzwert bestimmt. Der schmelzbare Leiter kann ein Draht, ein Dickfilm, ein Dünnfilm oder irgendeine andere Form von Leiter sein, wie er in der Industrie üblich ist.

Weil eine Sicherung in Reihe mit einem zu schützenden Bau­ element angeordnet ist, ist es erforderlich, daß die Sicherung einen normalen Strom ohne einen zufälligen Aus­ fall führen kann. Daher muß der Leiter so bemessen sein, daß er den normalen Strom ohne zu schmelzen leitet. Wei­ terhin muß der Widerstand des speziellen Leitermaterials in Betracht gezogen werden. Leiter, die einen relativ nied­ rigen Widerstand aufweisen, können ohne zu schmelzen einen größeren Strom führen, als Leiter der gleichen Größe mit einem höheren Widerstand. Beispielsweise weist Nickel ei­ nen höheren Widerstand als Kupfer auf, so daß, wenn Nickel als leitendes Material verwendet wird, ein größerer Quer­ schnitt des Nickelleiters verglichen mit einem Kupferlei­ ter erforderlich ist, um den gleichen Strom zu leiten.

Der Leiter 130 wird dadurch zwischen den beiden Anschlüssen 20 und 30 verbunden, daß er zwischen die Substratenden 162 und die Anschlußfinger 70 gebracht wird. Aufgrund der Lot­ beschichtung auf der Innenseite der Anschlußfinger 70 und der Substratenden 162 wird der Leiter 130 an den Anschluß­ fingern 70 und den Substratenden 162 durch Aufheizen des Kontaktpunktes und nachfolgendes Abkühlen befestigt, wo­ durch eine Lötverbindung nach dem Lot-Rückschmelzverfahren gebildet wird. Dieses Verfahren kann weiterhin ohne Zinn­ beschichtung oder andere geeignete Beschichtungen auf den Substratenden 162 durchgeführt werden. Die Anschlüsse 20 und 30, das Substrat 80 und der Leiter 130 bilden eine Bau­ gruppe 60. Wenn der Leiter 130 ein schmelzbarer Draht, Streifen usw. ist, besteht der nächste Schritt in der Ent­ fernung von überschüssigem Material zwischen den einzelnen Elementbaugruppen.

Fig. 8 zeigt die Baugruppe 80, nachdem sie in ein Keramik­ bindemittel 180 eingetaucht wurde. Andere geeignete Isolier­ überzüge schließen ohne Beschränkung Hochtemperatur-Keramik­ überzüge, Steinsand, Wasserglas oder andere zum Anhaften gebrachte Füllmaterialien ein. Der Isolierüberzug absor­ biert das Plasma und verringert dessen Temperatur. Der Ke­ ramiküberzug bedeckt die Sicherungsbaugruppe 60, so daß sie im wesentlichen frei von Luft ist. Noch wichtiger ist, daß der offene Kanal in dem Keramikmaterial, der durch die Ver­ dampfung des schmelzbaren Leiters geschaffen wird, ein sehr kleines, der Druckwirkung ausgeübtes Volumen aufweist. Weil der offene Kanal beträchtlich kleiner ist, ist der hierin entstehende Druck größer, was zu verbesserten Sicherungs­ eigenschaften führt. Der Keramiküberzug verbessert weiter­ hin die Sicherungs-Betriebseigenschaften durch Vergrößern des Lichtbogenwiderstandes durch Kühlung des Lichtbogens.

Der Keramiküberzug 180 bewirkt weiterhin eine Absorption des Metalldampfes während der Unterbrechung, wodurch die Lichtbogenplasmatemperatur verringert wird. Das massive lnnere des Isolierüberzuges läßt lediglich zu, daß eine sehr kleine zylindrische Kammer oder ein kleines zylindri­ sches Volumen unter Druck gesetzt wird. Dieses Volumen ist durch das von dem schmelzbaren Leiter 130 vor seinem Verdampfen eingenommene Volumen bestimmt. Weil das von dem Lichtbogen erzeugte Gas in diesem kleinen Bereich fest­ gehalten wird, wird dies zu einem wesentlich höheren ört­ lichen Druck in dem Lichtbogenkanal als in einem luftge­ füllten Gehäuse. Daher wird eine Unterbrechung der Schal­ tung bei einer schnellen Funkenlöschung erzielt. Weil das Keramikmaterial 180 weiterhin in Verbindung mit dem Ge­ häuse 190 steht, bewirkt dieses zusätzlich eine Isolation des Kunststoffgehäuses 190 gegenüber den hohen Temperatu­ ren des Lichtbogens. Hierdurch wird eine Verkohlung des Kunststoffmaterials vermieden, das sonst zu einer erneu­ ten Zündung des Lichtbogens führen könnte. Weil während der Unterbrechung die Temperatur im lnneren des Sicherungs­ gehäuse auf mehr als 205 Grad C ansteigen kann, kann das Keramiksubstrat vorzugsweise Temperaturen von ungefähr 3500 Grad C widerstehen.

Das bei der bevorzugten Ausführungsform verwendete Kera­ mikbindemittel wird aus einer Mischung von 4-7 Teilen Pulver und einem Teil Wasser hergestellt. Das verwendete Keramikpulver ist Magnesiumoxid und von der Firma Cotronics Corp. unter der Bezeichnung Cotronics Nr. 919 erhältlich. Dieses Material hat einen Widerstand von 1000 Ohm pro Zen­ timeter und eine Durchschlagsfestigkeit von 270 Volt pro Millimeter. Das Keramikpulver kann vor dem Mischen mit Wasser durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 0,3- 0,15 mm (US mesh 50-100) gesiebt werden.

Es wurde im Verlauf der Vorbereitung der Subminiatur-Si­ cherung für eine Massenherstellung festgestellt, daß der Keramiküberzug 180 während der nachfolgenden Handhabung in vielen Fällen springt und von dem Substrat 80 abbricht. Dadurch, daß man das Keramikbindemittel 180 die Öffnung 140 durchdringen läßt und das Keramikbindemittel mit bei­ den Flächen der Baugruppe 60 in Verbindung bringt, haftet das Keramikmaterial besser an der Baugruppe 60. Es wird angenommen, daß der ausgehärtete Keramikstopfen 180 in der Öffnung 140 wie ein Niet wirkt, der das Keramikmate­ rial auf beiden Flächen der Baugruppe 60 zusammenhält.

Während der Herstellung wurde festgestellt, daß es schwie­ rig ist, zu erreichen, daß das Keramikbindemittel 180 vollständig die kleine Öffnung 140 füllt. Bei dem bevor­ zugten Herstellungsverfahren wird daher Keramikmaterial auf eine Seite des Substrates aufgebracht, durch Schwin­ gungen durch die Öffnung 140 hindurch bewegt, worauf die Baugruppe getaucht wird. Bei einem anderen Herstellungs­ verfahren wird die Baugruppe 60 nach dem Eintauchen in das Keramikbindemittel 180 in einer derartigen Position horizontal zum Boden gehalten, die es ermöglicht, daß das viskose keramische Bindemittel unter der Wirkung der Schwer­ kraft fließt und vollständig die Öffnung 140 durchdringt.

Obwohl das vorstehend beschriebene Verfahren zur Sicher­ stellung einer vollständigen Durchdringung der Öffnung 140 mit dem Keramikbindemittel 180 als sich am besten geeignet herausgestellt hat, wurde festgestellt, daß auch andere Verfahren geeignet sein können. Beispielsweise kann das Keramikbindemittel 180 direkt in die Öffnung 140 mit Hilfe einer Düse oder anderen Einrichtungen ein­ gespritzt werden, bevor die Baugruppe 60 in das Keramik­ bindemittel eingetaucht wird.

Die mit dem Keramikmaterial überzogene Baugruppe 60 wird als nächstes mit einer Schicht aus einem Material mit ei­ ner höheren Durchschlagsfestigkeit überzogen. Die maxi­ malen Kurzschlußfähigkeiten einer Sicherung mit dem ein­ zigen Keramiküberzug wird durch die Hinzufügung dieses zweiten Überzuges beträchtlich verbessert. Die einen ein­ zigen Überzug aufweisende Sicherung scheint auszufallen oder aufzureißen, wenn die Kombination von Spannung und Strom einen Wert erreicht, bei dem der sich ergebende Lichtbogen in der Lage ist, den Keramiküberzug zu durch­ dringen und das Kunststoffgehäuse zu erreichen. Dieser Zustand scheint die Lichtbogenbildung zu verlängern, was schließlich zu einem Aufreißen des Gehäusekörpers führt. Der zweite Überzug mit seiner höheren Durchschlagfestig­ keit wirkt als Sperre und verbessert die Kurzschlußfähig­ keiten der Sicherung dadurch, daß verhindert wird, daß der Lichtbogen das Kunststoffgehäuse erreicht.

Ein Material, von dem festgestellt wurde, daß es beson­ ders für das Aufbringen dieses zweiten Überzuges geeig­ net ist, ist Bornitrat. Andere Materialien, die für die­ sen zweiten Überzug geeignet sind, können aus einer Grup­ pe von Materialien ausgewählt werden, die Borsilikat, Boroxyd oder irgendein anderes Material mit einer Durch­ schlagsfestigkeit umfaßt, die gleich oder größer als Bor­ nitrat ist.

Das Bornitrat oder der zweite Überzug 200 kann in einer einzigen Schicht aufgetragen werden, obwohl es sich als vorteilhaft herausgestellt hat, Schichten von Bornitrat dadurch aufzubauen, daß die Baugruppe 60 in eine Lösung von Bornitrat eingetaucht wird, worauf jede Schicht aus­ gehärtet wird, bevor die nächste Schicht aufgebracht wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform wurde festgestellt, daß drei oder mehr Schichten aus dielektrischem Material 200 zu den besten Ergebnissen führen. Die Verwendung einer dicken Schicht des Dielektrikmaterials 200 neigte zur Riß­ bildung, wenn das Dielektrikum gehärtet wurde.

Die Baugruppe 40 wird als nächstes in einem einstücki­ gen Gehäuse 190 eingekapselt, das aus einem kunststoff­ artigen Material besteht, wie es beispielsweise unter der Bezeichnung "Ryton R-10" von der Firma Phillips Chemical Co. betrieben wird. Die Baugruppe wird in ei­ ne Form eingesetzt und das Kunststoffmaterial wird in die Form in einem Spritzgußverfahren bei erhöhten Tem­ peraturen und Drücken eingepreßt. Ein Stift wird zur Positionierung der mit Keramikmaterial beschichteten Baugruppe 60 verwendet, wodurch eine Öffnung 110 gemäß Fig. 3 verbleibt. Die Temperatur und der Druck und die Strömungsgeschwindigkeit beim Spritzgießen des Mate­ rials ist kritisch. Ein zu hoher Druck führt zu einem Brechen des Keramikbindemittels und kann zu einem Aus­ fall der Sicherung führen. Eine zu hohe Temperatur kann zu einem Aufschmelzen des Lotes führen, was dazu führt, daß die Sicherung elektrisch unterbrochen ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird im Unterschied zu den bekannten Spritzgußverfahren ein niedrigerer Druck, eine niedrigere Temperatur und eine niedrigere Strömungsgeschwindigkeit verwendet, als dies von dem Hersteller des Kunststoffmaterials festgelegt wurde. Der Druck beträgt nominell 1334 N (300 LB) bei einer Nenntemperatur von 300 Grad C (575 Grad F), wobei die geringste praktisch verwendbare Strömungsgeschwindig­ keit verwendet wird, die die Form füllt. Die Verwendung eines abgedichteten einstückigen Gehäuses 170 verrin­ gert die Gefahr eines katastrophalen Sicherungsausfalls. Wenn der Leiter 130 seine Schmelztemperatur erreicht, verdampft er sehr schnell, wodurch ein Plasma gebildet wird, das aus einem Gas (üblicherweise Luft) mit Ionen und Elektronen besteht. Ein Lichtbogen wird zwischen den Anschlüssen 20 und 30 gebildet, wenn der Leiter 130 verdampft. Sobald der Lichtbogen ausgebildet wur­ de, steigt der Druck in dem Gehäuse 190 an. Dieser Druckanstieg in dem Gehäuse 190 begrenzt die Mobili­ tät der geladenen Teilchen in dem Plasma. Es ist wich­ tig, die Mobilität der geladenen Teilchen zu verringern, um die Zeit zu verringern, die erforderlich ist, den Lichtbogen zu löschen und den Überstrom erfolgreich zu unterbrechen.

Aus dem Vorstehenden ist zu erkennen, daß eine neuar­ tige Subminiatur-Sicherung beschrieben wurde. Die Si­ cherung und das Verfahren zur Herstellung dieser Si­ cherung sind leicht an übliche Konstruktionspraktiken und automatische Herstellungstechniken anpaßbar.

Claims (7)

1. Subminiatur-Sicherung mit zwei Anschlüssen, einem schmelzbaren Element, das die beiden Anschlüsse elek­ trisch miteinander verbindet, und mit einem Sicherungs­ gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß ein Substrat (180) vorgesehen ist, das die beiden Anschlüsse (20, 30) mechanisch miteinander verbindet, daß das schmelzbare Element (130) auf dem Substrat (180) gehaltert ist, daß ein erster Überzug (180) das das schmelz­ bare Element (130) tragende Substrat (180) und das obere Ende (60) der Anschlüsse (20, 30) umgibt, daß ein zweiter Überzug (200) zumindestens teilweise den ersten Überzug (180) umschließt, und daß das Gehäuse (190) den zweiten Überzug (200) umgibt und diesen zumindestens teilweise umschließt.

2. Subminiatur-Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat 180 eine Öffnung (140) aufweist.

3. Subminiatur-Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Überzug (180) aus Keramikmaterial besteht.

4. Subminiatur-Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus Steinsand, Wasser, Glas oder anderen mit Klebemittel gebundenen Füllmaterialien besteht.

5. Subminiatur-Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Überzug (300) aus Bornitrat besteht.

6. Subminiatur-Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Überzug (200) aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Borsilikat, Boroxyd oder Bornitrat besteht.

7. Subminiatur-Sicherung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Überzug (200) in Schichten aufgebaut ist.