DE3725390A1 - Schaltsicherung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltsicherung zum Ab­ schalten von elektrischen Schaltkreisen gegen Über­ ströme und Überspannungen unter Einschluß eines Schmelz­ einsatzes zur irreversiblen Trennung einer elektrischen Leitung.

Schaltsicherungen dieser Art sind bisher nicht als Bau­ teil bekannt, sondern können durch eine entsprechende Kombination einer Schmelzsicherung mit einer Schaltung auf den jeweiligen Anwendungsfalls abgestimmt werden. Oftmals ist dabei die Schmelzsicherung örtlich getrennt von der Schutzschaltung, wobei die Schutzfunktion in der Regel rücksetzbar ist, also nach dem Abschalten durch Ausschalten des Gerätes wieder reaktivierbar ist. Be­ sonders häufig sind derartige Schutzschaltungen durch IC- Bauteile realisiert, so daß im Ergebnis auf einer Leiter­ platte mehrere Schutzschaltungen vorhanden sind, während nur eine einzige Schmelzsicherung im Bereich der Stromver­ sorgung vorgesehen ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schaltsicherung der eingangs genannten Art so zu vereinfachen, daß Schmelz­ sicherung und Schutzschaltung zu einer Einheit integriert sind; die so gebildete Einheit kann sowohl durch bipolare Bauteile als auch beispielsweise in einem IC-Bauteil realisiert werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß dem Schmelzeinsatz ein erster Transistor nachgeschaltet ist, daß parallel zu dem ersten Transistor hintereinander­ liegend ein erster Widerstand und ein weiterer Tran­ sistor geschaltet sind, daß die Basis des ersten Tran­ sistors an dem Kollektor des zweiten Transistors ange­ schlossen ist, und daß die Basis des zweiten Transistors über einen weiteren Widerstand mit dem Eingang der Schattsicherungverbunden ist.

Im normalen Betriebszustand ist der zweite Transistor geöffnet, während der erste Transistor durchgängig ist; vor oder hinter dem Transistor befindet sich der Schmelz­ einsatz, der jedoch in der Regel vor dem ersten Transistor angeordnet ist. Dies gilt insbesondere für Schaltsiche­ rungen gemäß der Erfindung, die nicht als bestückbares Bauteil sondern als Bestandteil größerer Bauteile inte­ griert sind, so daß bei getrenntem Schmelzeinsatz auch die beteiligte Schutzschaltung mit abgeschaltet ist.

Bei einer Überlastung der Schaltsicherung infolge eines Überstromes kommt es an dem zweiten Transistor infolge der sich ändernden Spannungen gemäß der Abhängigkeit U=R×I zu einem Ansprechen des zweiten Transistors mit der Folge, daß der erste Transistor abgeschaltet wird. Da die erfindungsgemäße Schaltsicherung nur in Verbindung mit Gleichströmen eingesetzt wird, bleibt dieser Zustand bis zum Abschalten der gesamten Schaltsicherung erhalten. Bei einem neuerlichen Einschaltvorgang sind zunächst die Ausgangswerte vorhanden, mit anderen Worten, nach einem erneuten Einschalten ist die Schaltsicherung zunächst wieder stromleitend, wobei ein einsetzender Überstrom in kürzester Zeit die Abschaltung erneut vornimmt. Die Zeitdauer hängt von einem eventuell eingesetzten Konden­ sator, von dem weiteren Widerstand bzw. von der Spannungs­ teilerschaltung unter Einschluß eines dritten Widerstandes ab.

Bei geschickter Wahl des ersten Widerstandes kann die Schaltsicherung gemäß der Erfindung so ausgebildet werden, daß bei durchgeschaltetem zweiten Transistor, also bei abgeschalteter Schaltsicherung, die Gesamt­ impedanz größer als 100 Kilo-Ohm ist. Damit erfüllt die Schaltsicherung die in der IEC-Norm gestellten Be­ dingungen für eine abgeschaltete Sicherung. Im Ergebnis kann also ungefährdet an der Anlage gearbeitet werden, da die fließenden Ströme keine Gefahr für Geräte oder den Menschen darstellen.

Wenn eine Überlastung der Schaltsicherung in Form einer Überspannung auftritt, die beispielsweise durch Blitz­ schlag oder dergleichen aus der Netzversorgung kommt, laufen in der Regel dieselben Vorgänge ab, die voran­ gehend beschrieben worden sind. Bei extremen Über­ spannungen kann jedoch der erste Transistor durchschlagen und damit permanent leitend werden, da die die Potentiale aufweisenden Schichten sehr dicht beieinander liegen und nur durch hauchdünne Elemente voneinander getrennt sind. In diesem Fall spricht der Schmelzeinsatz an, der die Überspannung durch Abschalten in wenigen Millisekunden unschädlich macht. Es sei nochmals darauf hingewiesen, daß dieser Fall höchst selten ist und in der Regel die Schaltfunktion des ersten Transistors eintritt und nicht des­ sen Zerstörung in Form einer permanenten elektrischen Leitung. Die Zerstörung im Sinne eines hoch-ohmigen Wider­ standes ist unschädlich und wirkt sich im Ergebnis wie eine Schaltsicherung mit aufgetrenntem Schmelzeinsatz aus. Es ist unerheblich, ob die Schaltsicherung gemäß der Erfindung durch Abschmelzen des Schmelzeinsatzes oder durch das Unbrauchbarwerden des ersten Transistors zu einem unüberwindbaren Widerstand für den fließenden Strom ge­ worden ist.

Es kann also festgestellt werden, daß bei der Schalt­ sicherung gemäß der Erfindung im Regelfall eine zuver­ lässige Abschaltung erfolgt, die rücksetzbar ist. Die Abschaltung führt zu einem Zustand, der dem eines defekt­ gewordenen, nun hoch-ohmigen Bauteils ähnelt. Bei einer Zerstörung des ersten Transistors im Sinne einer unter­ brochenen Leitung kann von einer galvanischen Trennung gesprochen werden. Dasselbe gilt für den abgeschmolzenen Schmelzeinsatz, falls die Zerstörung des ersten Tran­ sistors unerwartet zu dessen Leitfähigkeit geführt hat. Damit ist die Schaltsicherung gemäß der Erfindung her­ kömmlichen Schmelzsicherungen überlegen, was die Wieder­ verwendbarkeit bei leichten Überströmen betrifft. Hinzu kommt jedoch die bessere Trimmöglichkeit im Bereich schwacher Überströme, also in demjenigen Überlastbereich, der traditionell für eine Schmelzsicherung schwer zu beherrschen ist. Die Trimmöglichkeit wird in Verbindung mit den Ausführungsbeispielen, deren Schaltdiagramme dargestellt sind, noch näher erläutert.

Es muß beim Einschalten der Schaltsicherung gemäß der Erfindung sichergestellt sein, daß an der Basis des ersten Transistors früher ein Durchschaltpotential anliegt als an der Basis des zweiten Transistors, damit es überhaupt zu einer Stromleitung durch die Schalt­ sicherung kommt. Hier genügt eine minimale Kapazität zwischen der Basis und dem Emitter des zweiten Tran­ sistors, die beispielsweise bereits dann verwirklicht ist, wenn die Zuleitungsdrähte zu diesen beiden Elektroden des zweiten Transistors in einem gewissen Abstand zu­ mindest teilweise nebeneinander liegen. Selbstverständ­ lich kann an dieser Stelle auch bewußt eine Kapazität in Form eines Kondensators geschaltet werden, was nämlich zur Beeinflussung der Impulsfestigkeit ausgenutzt werden kann. Je größer diese Kapazität gewählt wird, desto impulsfester ist die Schaltsicherung, mit anderen Worten, desto längere Impulse werden ohne Abschaltung zugelassen. Es können also superträge Charakteristiken gewählt werden, die mit reinen Schmelzeinsätzen nicht erzielbar sind.

Das Potential an der Basis des zweites Transistors muß so gewählt werden, daß die Ansprechspannung zum Durch­ schalten nicht erreicht, jedoch bei Überströmen zuver­ lässig erreicht wird. An dieser Stelle besteht die Möglichkeit infolge einer Anpassung des der Basis vorgeschalteten Widerstandes, die Ansprechschwelle festzulegen. Deshalb wird dieser Widerstand vorzugsweise als Bestandteil einer Spannungs­ teilerschaltung gewählt, mit deren Hilfe die Einstellung einer gewünschten Ansprechschwelle sehr leicht und oft auch im Nachhinein möglich ist. Bei Verwendung einer der­ artigen Spannungsteilerschaltung in Verbindung mit dem genannten Kondensator kann in weiten Grenzen annähernd jede Ansprechschwelle und jede Charakteristik frei einge­ stellt werden, so daß ideale Voraussetzungen geschaffen sind, um die auf den Bedarfsfall ausgerichtete Sicherung anzubieten. Besonders hervorzuheben ist dabei, daß die gewählten Parameter quasi alterungsbeständig gewählt sind, also auch nach längsten Gebrauchsperioden in dieser Form erhalten bleiben.

Es wurde eingangs schon erwähnt, daß die erfindungsgemäße Schaltsicherung als fertiges Bauteil beispielsweise zur Bestückung einer Leiterplatte mit zwei Polen als An­ schlüssen gefertigt werden kann. Gegebenenfalls kann dabei eine Diode integriert sein, um die Verpolungs­ sicherheit herbeizuführen, wenn dabei der Spannungs­ abfall der Diode berücksichtigt wird. Die eigentliche Ausbildung des Schaltungsteils einschließlich des Schmelzeinsatzes kann auf einer Leiterplatte, auf einem Substrat in Hybridtechnik oder als anwendungsspezi­ fischer IC verwirklicht werden, wobei in allen Fällen eine Unterbringung in den heute üblichen Miniaturgehäusen für Kleinsicherungen und Kleinstsicherungen möglich ist.

Die vorangehend beschriebene Schaltsicherung eignet sich zunächst nur für Gleichstrom, weil ein Wechselstrom nach jeder halben Phase einen sogenannten Nulldurchgang aufweist, also keine Spannung vorhanden ist. Dies würde bei einer rücksetzbaren Abschaltung der Schaltungsanordnung zum Wiedereinschalten führen. Bei im übrigen gleichen Ver­ hältnissen würde wenig später eine erneute Abschaltung erfolgen usw. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist deshalb vorgesehen, die Schaltungsanordnung in eine Gleich­ richterbrückenschaltung einzufügen. Zusätzlich muß dann die Schaltungsanordnung einen Kondensator enthalten, der dafür sorgt, daß die mit Hilfe der Gleichrichter stets in einer Richtung stromdurchflossene Schaltungsanordnung in den Nulldurchgängen eine Spannung zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Schaltungsanordnung behält, mit deren Hilfe die Rücksetzung unterdrückt wird. Der Kondensator kann ohne­ hin in der Schaltungsanordnung enthalten sein oder parallel zu ihr geschaltet sein.

Ein parallel geschalteter Kondensator kann im übrigen auch bei Schaltungsanordnungen vorgesehen werden, die ausschließlich für Gleichstrom eingesetzt werden. Mit Hilfe eines derartigen Kondensators kann leicht die Charakteristik verändert werden, insbesondere die Impulsfestigkeit beeinflußt werden.

Falls die Schaltsicherung gemäß der Erfindung gesondert rücksetzbar sein soll, ist in Weiterbildung vorgesehen, daß mit Hilfe eines Tasters eine Verbindung von der Basis zu dem Emitter an dem zweiten Transistor geschaffen werden kann. Damit ist neben der stets möglichen Abschaltung für die Rück­ setzbarkeit eine weitere Möglichkeit vorhanden, deren Realisierung selbstverständlich davon abhängt, ob an dem entsprechenden Gehäuse der Schaltsicherung genügend Raum für einen Taster zur Verfügung steht. Notfalls muß über äußere Anschlüsse ein gesonderter Taster vorgesehen werden.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert; in der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Schaltsicherung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Er­ findung unter Benutzung einer Darlington- Transistorschaltung,

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel der Er­ findung, das insbesondere für eine Inte­ grierung innerhalb eines IC′s geeignet ist und

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Er­ findung zur Verwendung einer Schaltsicherung in einem Wechselstromnetz.

In der Fig. 1 ist eine Schaltungsanordnung für eine Schaltsicherung gemäß der Erfindung in einem ersten Ausführungsbeispiel wiedergegeben. Die Schaltungsan­ ordnung wird an den beiden Anschlußenden in eine Gleich­ stromzuleitung beispielsweise zu einem Gerät eingeschaltet, wobei die Anschlüsse durch Löten, Rasten, Stecken, Klemmen oder durch Schrauben hergestellt werden können. Das in der Fig. 1 wiedergegebene Ausführungsbeispiel ist zum Beispiel als Leiterplatte verwirklicht in einer Größe von 1 cm×1 cm, wobei die beiden Anschlüsse in eine vorbereitete Steckleiste oder dergleichen einge­ steckt werden können. Die einzelnen Bauteile wie Tran­ sistoren, Widerstände und gegebenenfalls ein Kondensator sind in herkömmlicher Weise oder in sogenannter SMD- Technik aufgebracht, also entweder mit die Platte durch­ ragenden Drahtenden oder mit auf der Platte aufstehenden Füßchen versehen, wobei die Kontaktierung jeweils durch Löten er­ folgt.

Im normalen, eingeschalteten Betrieb fließt ein Strom über einen Schmelzeinsatz S zu einem Transistor T ₁, durchläuft ihn vom Kollektor bis zum Emitter und verläßt von dort die Schaltsicherung gemäß der Erfindung. Zur Freigabe des genannten Strompfades durch den Transistor T ₁ hindurch bedarf es einer Schaltspannung zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors T ₁, die einmal durch den Spannungsabfall an dem Transistor T ₁ selbst und zum anderen durch einen einstellbaren Widerstand R ₁ gerade so gewählt ist, daß sie als dauernde Spannung anliegt. Bedingung dafür ist, daß ein Transistor T ₂ unterbrochen ist, also die an dessen Basis anliegende Spannung zum Emitter unterhalb der Schaltspannung dieses Transistors T ₂ liegt. Das wiederum wird mit Hilfe eines Widerstandes R ₂ und selbstverständlich mit Hilfe des Spannungsabfalls an diesem zweiten Transistor T ₂ sichergestellt.

Wenn infolge eines Überstromes die Spannung über der Schalt­ sicherung ansteigt, steigt auch der Strom durch den Wider­ stand R ₂ und damit der Basisstrom des Transistors T ₂ an, so daß bei der Überschreitung eines Schwellwertes der Transistor T ₂ durchgängig wird. Dadurch fällt das Spannungs­ niveau zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors T ₁ unter die Schaltgrenze, was zum Abschalten des Tran­ sistors T ₁ führt. Dieser Effekt verstärkt sich zunehmend selbsttätig, da das Öffnen des Transistors T ₁ eine noch höhere Steuerspannung entstehen läßt, was wiederum die Verstärkung begünstigt und damit den Widerstand des Tran­ sistors T ₂ herabsetzt. Die Schaltsicherung gemäß der Er­ findung hat dann ordnungsgemäß abgeschaltet.

Es ist leicht zu erkennen, daß über die Einstellung des Widerstandes R ₁ eine Anpassung der Schaltsicherung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 an unterschiedliche Strombereiche vorgenommen werden kann, so daß in jedem Fall der beschriebene Vorgang abläuft. Wenn, wie in der Fig. 1 gezeigt, im Zuge einer Spannungsteilerschaltung ein weiterer Widerstand R ₃ vorhanden ist, ist dieser mitbe­ stimmend für das Ansprechen des Transitors T ₂, wobei dann insbesondere dieser Widerstand R ₃ einstellbar ist.

In der Fig. 1 ist mit gestrichelten Linien noch ein Kondensator C ₁ eingezeichnet, der zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors T ₂ geschaltet ist. Dieser Kondensator wird in zweifacher Hinsicht ausgenutzt: Zum einen verlangsamt er den Aufbau eines Potentials zwischen den beiden genannten Elektroden des Transistors T ₂ beim Einschaltvorgang, so daß der Transistor T ₂ ge­ öffent bleibt, bis der Transistor T ₁ voll durchgeschaltet hat, zum anderen bestimmt die Kapazität des Kondensators C ₁ im Falle eines Überstromes die Ansprechzeit bis zum Ab­ schalten der Schaltsicherung, also die Impulsfestigkeit. Durch die Wahl des Kondensators C ₁ kann eine extrem träge Charakteristik der Schaltsicherung im Bereich kleiner Überströme gewählt werden, die mit Hilfe herkömmlicher Schmelzeinsätze nicht erreichbar ist.

Der Widerstand R ₂ kann selbstverständlich ebenfalls ein­ stellbar ausgebildet sein, wobei er insbesondere Bestand­ teil einer Spannungsteilerschaltung sein kann, was in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 2 noch näher beschrieben wird. Denn auch über die Wahl des Widerstandes R ₂ kann die verkraftete Impulsdauer und selbstverständlich die Ansprechschwelle der gesamten Schaltsicherung eingestellt werden, also das Vielfache des Nennstromes festgelegt werden, bei dem die Schaltsicherung gemäß der Erfindung abschaltet.

Wenn kein Kondensator C ₁ vorgesehen ist, genügt eine Nähe der Leitungen zu der Basis und von dem Emitter des Transistors T ₂, um einen minimalen Kondensatoreffekt herbeizuführen. Durch eine entsprechende Gestaltung der Leiterplatte kann dieser Effekt sehr leicht herbeigeführt werden, wenn er überhaupt gesondert berücksichtigt werden muß. In der Regel ist nämlich durch die Wahl der Wider­ stände sichergestellt, daß sich die Spannungen zugunsten einer durchgängigen Schaltsicherung von selbst beim Ein­ schalten eines Gerätes einstellen.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 2 ist der Transistor T ₁ als sogenannter Darlington-Transistor ausge­ bildet, also als doppelt verstärkender Transistor, der einen multiplizierten Verstärkungseffekt sowie einen auf­ summierten Spannungsabfall zwischen der Basis und dem Emitter aufweist. Es bedarf deshalb nur eines geringen Stromes durch den Widerstand R ₁, der folglich extrem hoch-ohmig gewählt werden kann. Im Ergebnis führt das dazu, daß die Gesamtimpedanz der Schaltsiche­ rung gemäß der Fig. 2 bei abgeschaltetem Transistor T ₁ größer als 100 kΩ ist, also größer als der Grenz­ wert, der für Sicherungen als Ruhewiderstand nach dem Abschalten zugelassen ist. Damit erfüllt zum Beispiel diese Type der Schaltsicherung gemäß der Erfindung die Voraussetzungen für Sicherungen, so daß sie bedenkenlos an Stellen eingesetzt werden kann, an denen die amtliche Vorschrift eine Rolle spielt.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 2 wird das an der Basis des Transistors T ₂ anstehenden Spannungs­ potential gegenüber dem Emitter ebenfalls mit Hilfe einer Spannungsteilerschaltung unter Einschluß eines Widerstandes R ₂ und eines regelbaren Widerstandes R ₃ einjustiert. Da mit Hilfe dieser Anordnung die im Sollzustand anstehende Spannung zwischen den beiden genannten Elektroden des Transistors T ₂ nahe an die Ansprechschwelle oder weiter weg gelegt werden kann, wird mit Hilfe der Einjustierung an dem variablen Widerstand R ₃ direkt die Ansprech­ schwelle festgelegt. Damit kann also eine Verzögerung der Abschaltung bei einem N-fachen des Nennstromes be­ stimmt werden, wobei N dann zwischen beispielsweise dem Faktor 2 und 10 liegt.

Wiederum kann ein Kondensator C ₁ zwischen den entsprechen­ den Elektroden des Transistors T ₂ geschaltet sein, was in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1 bereits erläutert worden ist. Auch die Einjustie­ rung des Widerstandes R ₁ dient denselben Zwecken, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel an dieser Stelle ein variabler Widerstand nicht so dringend erforderlich ist wie bei dem vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel.

Es wurde eingangs bereits erwähnt, daß der Darlington- Transistor T ₁ infolge seiner Zweistufigkeit eine ent­ sprechend hohe Schwellspannung aufweist. Sie kann dadurch herabgesetzt werden, daß für den Darlington-Transistor T ₁ bzw. für die beiden Transistoren einer Darlington- Schaltung Germanium-Transistoren verwendet werden, die eine geringere Schwellspannung von zum Beispiel 0,35 V aufweisen, während dieser Wert bei Silizium-Transistoren doppelt so hoch liegt. Der Transistor T ₂ wird dann als Silizium-Transistor ausgebildet, so daß sich annähernd dieselbe Schwellwertkonstellation ergibt wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 und 2 ist im Anschluß an den Emitter des Transistors T ₁ noch ein Wider­ stand R ₄ wahlweise angeschlossen, der weitere Möglichkeiten der Einjustierung eröffnet. Es ist deutlich zu erkennen, daß durch diesen Widerstand R ₄ der Spannungsabfall zwischen dem Ausgang der Schaltsicherung und der Basis des Transistors T ₁ und damit die Schwellspannung beeinflußt wird.

Das Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 2 ist besonders geeignet für eine sogenannte Hybridtechnik, also für eine Aufbringung der Schaltung auf ein Substrat beispiels­ weise aus Aluminiumoxyd, auf das die Leiterbahnen und die entsprechenden elektronischen Bauteile aufgebracht sind. Bis auf den Kondensator und die Transistoren können die Widerstände R sowie der Schmelz­ einsatz S in Dünnfilmtechnik oder Dickfilmtechnik aufge­ bracht sein, wobei das Eintrimmen der Widerstände sowie der Charakteristik des Schmelzeinsatzes durch eine Laser- oder Sandstrahltrimmung erfolgt. Die dabei entstehenden Baugrößen sind äußert gering und eignen sich zur Unter­ bringung in kleinsten Gehäusen. Diese Art der Herstellung eröffnet außerdem die Möglichkeit, zumindest den Wider­ stand R ₁ als PTC-Widerstand auszubilden, also als tempe­ raturabhängigen Widerstand, der bei ansteigenden Tempe­ raturen den Koeffizienten anhebt.

Sobald sich der Transistor T ₁ durch den Dauerbetrieb oder durch eine externe Wirkung stark erwärmt, ändert er seine Charakteristik geringfügig, was sich auf den Spannungsabfall zwischen der Basis und dem Emitter durchaus auswirken kann. Wenn nun für den Widerstand R ₁ ein PTC- Widerstand eingesetzt wird, ist über diese automatische Anhebung des Widerstandes bei einer Temperaturvergrößerung eine Kompensationsmöglichkeit vorhanden, die das Verhalten der Schaltsicherung von einer Temperaturbelastung unabhängig werden läßt. Gegebenenfalls kann sogar eine Veränderung der Charakteristik erfolgen, wenn ein PTC-Widerstand mit einer steileren Kennlinie eingesetzt wird, der zu einer Überkompensierung führt, also zu einer geringeren An­ sprechschwelle bei Temperaturbelastung. Diese Tendenz kann soweit gesteigert werden, daß allein über die Tempe­ ratur ein Ansprechen möglich ist, also der Transistor T ₁ geschaltet wird, ohne daß es einer Schaltung durch den Transistor T ₂ auf Durchgang bedarf. Diese Verhältnisse gelten im übrigen auch für das Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1.

In der Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergeben, das sich insbesondere für die Ausbildung als IC eignet. Mit Ausnahme der zu einer Darlington-Schaltung verknüpften Transistoren T ₁ und T ₁′ entspricht die Schaltungsanordnung unter Einschluß dieser beiden Transistoren, des Transistors T ₂ sowie des Widerstandes R ₁ im wesentlichen der Schaltungsanordnung gemäß der Fig. 2. Abweichend gestaltet ist die Spannungs­ teilerschaltung unter Einschluß von Widerständen R ₂′ und R ₂′′ in Reihe mit dem schon erörterten Widerstand R ₃.

Zwischen den Widerständen R ₂′′ und R ₃ ist eine Verbindung zur Basis des Transistors T ₂ abgegriffen, so daß sich an dieser Stelle eine Spannung gegenüber dem Emitter einstellt, die im normalen Einschaltzustand unterhalb der Schwell­ spannung liegt. Zwischen den Widerständen R ₂′ und R ₂′′ ist ein weiterer Abgriff vorhanden, der über einen Kondensator C ₂ und einen Widerstand R ₅ mit dem Ausgang der Schaltsiche­ rung verbunden ist. Dieser Reihenschaltung von Kondensator und Widerstand ist ein weiterer Transistor T ₃ parallelge­ schaltet, dessen Basis mit einem Mittelabgriff zwischen dem Kondensator C ₂ und dem Widerstand R ₅ verbunden ist.

Kondensatoren relativ großer Kapazität - hier ist eine Größenordnung von ca. 1 µF gemeint - die als zusätzliche Bestückungskosten die Verwendung eines IC′s belasten, sind in dieser Höhe ungewollt. Hingegen sind Transistoren in der Regel in ausreichender Anzahl verfügbar und damit von der Kostenseite her so gut wie ohne Einfluß. Diese Erscheinung macht sich die Erfindung bei dem Ausführungs­ beispiel gemäß der Fig. 3 zunutze. Es wird ein Konden­ sator C ₂ extrem geringer Kapazität eingesetzt, der nach seiner vollständigen Ladung jedoch nicht direkt mit dem Emitter des Transistors T ₂ zusammengeschaltet wird, sondern mit Hilfe des Transistors T ₃ eine Verstärkungswirkung her­ vorruft, wobei die verstärkte Spannung an den Emitter des Transistors T ₂ angelegt wird. In dieser Weise wird die­ selbe Wirkung bei wesentlich günstigeren Produktions­ kosten herbeigeführt.

Selbstverständlich bleibt die Beeinflussungsmöglichkeit der Ansprechzeit bei Impulsen über den Kondensator C ₂ bzw. über den Widerstand R ₅ erhalten, was vorangehend in Verbindung mit den anderen Ausführungsbeispielen bereits erläutert wurde. Auch die übrigen genannten Anpaßmöglich­ keiten an unterschiedliche Verwendungszwecke bleiben voll erhalten, falls sich diese Vielseitigkeit als erforderlich erweisen sollte.

Auch dieses Ausführungsbeispiel ist seiner Art nach bipolar, eignet sich also zur Anbringung an denjenigen Stellen, an denen bisher allenfalls ein Schmelzeinsatz eingefügt wurde. Es können Ströme von 35 Ampere bei 250 V sicher abge­ schaltet werden, wobei gegebenenfalls der Schmelzeinsatz S die Funktion übernimmt. Der eigentliche Schutz kann auf weniger als 150 mA bis herunter zu wenigen Milliampere ausgedehnt werden, falls die entsprechende Schaltung einen derartig sensiblen Schutz benötigt. Selbstverständ­ lich können auch Ströme von mehr als 1 Ampere rücksetz­ bar beherrscht werden.

Es wurde eingangs schon erwähnt, daß in die Reihe von Schmelzeinsatz und Schaltungsanordnung auch eine Diode mit Durchflußrichtung in Richtung des Ausgangs integriert sein kann, um einen Verpolungsschutz herbeizuführen. Dieser tritt dann durch eine ausbleibende Funktion der Schaltsicherung in Tätigkeit, wenn die Polung in der falschen Richtung erfolgt ist und eine aufgebrachte Spannung die Schaltungsanordnung beschädigen oder zer­ stören würde. Allerdings muß beim ordnungsgemäßen Betrieb der Spannungsabfall der Diode berücksichtigt werden, was jedoch ohne weiteres gelingt.

In allen Ausführungsbeispielen kann, wie in den Fig. 1 und 2 gestrichelt angedeutet, parallel zu der Schaltungsanordnung ein Kondensator C ₃ geschaltet werden, mit dessen Hilfe die Impulsfestigkeit gesteigert werden kann, also der jeweils leitende Schaltzustand bei Überströmen vor einer Abschaltung "gehalten" werden kann. Insbesondere in Ver­ bindung mit diesem Kondensator C ₃ gewinnt die Bemessung des Widerstandes R ₄ Bedeutung.

In der Fig. 4 ist eine Schaltsicherung gemäß der Erfindung wiedergegeben, die für den Einsatz in Wechselstromnetzen geeignet ist. Mit Hilfe von Dioden D ₁ bis D ₄, die nach Art eines üblichen Brückengleichrichters geschaltet sind, fließt durch die Schaltungsanordnung gemäß einem der vorangehend erläuterten Ausführungsbeispiele nur immer in einer Richtung ein Strom, so daß keine Gefahr der Zer­ störung besteht. Bedingung ist die Einbeziehung eines Kondensators C ₃ gemäß den Fig. 1 oder 2, bzw. eines integrierten Kondensators C ₂ gemäß der Fig. 3. Nur dann ist sichergestellt, daß beim Nulldurchgang einer anliegenden Wechselspannung die Schaltungsanordnung nicht rückgesetzt wird, wenn sie rücksetzbar geschaltet hat.

Je nach Größe des Gehäuses der Schaltsicherung gemäß der Erfindung nach einem der vorangehend geschilderten Aus­ führungsbeispiele kann ein Taster zum Überbrücken des Emitters und der Basis an dem Transistor T ₂ vorgesehen sein. In dieser Weise wird eine manuelle Möglichkeit zur Rücksetzung der Schaltungsanordnung geschaffen. Die Möglichkeit der Abschaltung und erneuten Einschaltung zur Rücksetzung einer abgeschalteten Schaltungsanordnung bleibt selbstverständlich dadurch erhalten. Ein ent­ sprechender Taster ist in den Figuren nicht wiedergegeben.

Die Schaltsicherung gemäß der Erfindung kann besonders vorteilhaft an Verstärkungseinheiten von Datenübermittlungs­ leitungen und dergleichen eingesetzt werden. Wegen der rücksetzbaren Abschaltung kann von Überwachungszentralen aus eine Fernreparatur durch vorübergehendes Abschalten und erneutes Anschalten vorgenommen werden, wenn die Störung auf einer Netzüberlastung beruht oder durch ge­ ringe Überspannungen aus der Netzversorgung hervorgerufen wird. Es werden dadurch also Fahrten zu entsprechenden Stationen gespart, was sich günstig auf die laufenden Betriebskosten auswirkt. Im übrigen wird die Schaltsiche­ rung gemäß der Erfindung überall dort eingesetzt, wo bisher ausschließlich Schmelzeinsätze Verwendung finden, wobei bei Einsatz der Erfindung eine größere Ansprech­ empfindlichkeit, eine gegebenenfalls längere Impulsdauer und eben die Rücksetzbarkeit erzielt wird, also Eigen­ schaften, die bisher dem reinen Schmelzeinsatz verwehrt sind.

Die Beschreibung der Erfindung ist unter Benennung üblicher Transistoren erfolgt, die gegebenenfalls noch die ältere Bauart von Germanium-Transistoren einschließt. Selbstver­ ständlich können auch sogenannte Feldeffekttransistoren eingesetzt werden können, die wegen ihrer Charakteristik besonders gut zu den Zielen der Erfindung passen. Hier bieten sich insbesondere MOS-Transistoren an, die reinen Sperrschichtfets überlegen sind.

Claims (15)

1. Schaltsicherung zum Absichern von elektrischen Schaltkreisen gegen Überströme und Überspannungen unter Einschluß eines Schmelzeinsatzes zur irrever­ siblen Trennung einer elektrischen Leitung, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schmelzeinsatz (S) ein erster Transistor (T ₁) nachgeschaltet ist, daß parallel zu dem ersten Transistor (T ₁) hinter­ einander ein erster Widerstand (R ₁) und ein weiterer Transistor (T ₂) geschaltet sind, daß die Basis des ersten Transistors (T ₁) an dem Kollektor des zweiten Transistors (T ₂) angeschlossen ist, und daß die Basis des zweiten Transistors (T ₂) über einen weiteren Widerstand (R ₂) mit dem Eingang der Schaltsicherung verbunden ist.

2. Schaltsicherung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der erste Transistor (T ₁) ein Darlington-Transistor ist bzw. zwei zu einer Darlington-Schaltung zusammengefaßte Transisto­ ren sind.

3. Schaltsicherung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der erste Widerstand (R ₁) so hoch-ohmig gewählt ist, daß bei durchge­ schaltetem zweiten Transistor (T ₂) die Gesamtimpe­ danz der der Schmelzsicherung (S) nachgeschalteten Anordnung größer als 100 Kilo-Ohm ist.

4. Schaltischerung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Widerstand (R ₂) Bestandteil einer ein­ stellbaren Spannungsteilerschaltung ist.

5. Schaltsicherung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Spannungsteiler­ schaltung einen dritten Widerstand (R ₃) enthält, der einstellbar bzw. trimmbar ist, und daß die Basis des zweiten Transistors zwischen dem zweiten Widerstand und dem dritten Widerstand angeschlossen ist.

6. Schaltsicherung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Basis und dem Emitter des zweiten Transistors (T ₂) ein Kondensator (C ₁) angeschlossen ist.

7. Schaltsicherung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche bzw. nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der erste Widerstand (R ₁) und/ oder der dritte Widerstand (R ₃) ein PTC-Widerstand ist.

8. Schaltsicherung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Darlington-Tran­ sistor (T ₁) ein Germanium-Transistor ist, und daß der zweite Transistor (T ₂) ein Silizium-Transistor ist.

9. Schaltsicherung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Widerstand (R ₁) einjustierbar ist.

10. Schaltsicherung nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der zweite Widerstand (R ₂) aufgetrennt ist in zwei Einzelwiderstände (R ₂′, R ₂′′), daß zwischen dem Mittelabgriff und dem Emitter des zweiten Transistors (T ₂) ein Kondensator (C ₂) sowie ein weiterer Widerstand (R ₅) angeschlossen ist, und daß parallel zu diesem Kondensator (C ₂) und diesem Widerstand (R ₅) ein dritter Transistor (T ₃) parallelgeschaltet ist, dessen Basis an dem Mittel­ abgriff zwischen diesem Kondensator (C ₂) und diesem Widerstand (R ₅) angeschlossen ist.

11. Schaltsicherung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Transistor eine Diode nachgeschaltet ist.

12. Schaltsicherung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Emitter des ersten Transisotrs (T ₁) ein Fest­ widerstand (R ₄) oder ein variabler Widerstand nachge­ schaltet ist.

13. Schaltsicherung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche mit Ausnahme des Anspruchs 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Transistoren (T ₁; T ₂; T ₃) ein Feldeffekttransistor ist, insbesondere ein MOS-Transistor ist.

14. Schaltsicherung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der dem Schmelzeinsatz nachgeschalteten Schaltungsanordnung ein Kondensator (C ₃) geschaltet ist.

15. Schaltsicherung nach Anspruch 10 oder 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schaltungsanordnung Bestand­ teil einer Gleichrichterschaltung mit Hilfe von vier Dioden (D ₁ bis D ₄) und damit an Wechselstrom an­ schließbar ist.