DE4123738A1 - Mikroschmelzsicherung hoher abschaltleistung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Bauteil bzw. ein Schalt­ kreiselement zum Schutze von an eine elektrische Schal­ tung angeschlossenen Bauteilen vor einem Durchbrennen unter einem den Stromkreis durchfließenden abnormalen Überstrom, insbesondere eine Mikroschmelzsicherung hoher Abschaltleistung.

In neuerer Zeit wird in zunehmenden Maße eine Miniaturi­ sierung von elektronischen Geräten gefordert und ange­ strebt. Um diesen Anforderungen zu genügen, wird die Länge der Verdrahtung eines Schaltkreises auf einer (gedruckten) Schaltungsplatine verkleinert, wobei auch spannungsführende Teile (charging sections) entgegenge­ setzter Polaritäten immer näher aneinander angeordnet werden. Infolgedessen kann im Vergleich zu einer bisheri­ gen Schaltungsplatine ein abnormaler Strom oder Überstrom einer höheren Größe fließen, wenn ein ungewollter Kurz­ schuß auftritt.

Um diesem Problem zu begegnen, werden kleinere Schal­ tungsschutzbauteile angestrebt, wobei sich auch der Abstand zwischen Klemmen oder Anschlüssen derart verklei­ nerter Schaltungsschutzbauteile verkleinert. Beim Ab­ schalten eines im folgenden einfach als Überstrom be­ zeichneten abnormalen Stroms besteht eine enge Beziehung zwischen dem Auftreten einer Lichtbogenentladung und der Größe des Überstroms und/oder dem Abstand zwischen den Anschlüssen. Je höher die Größe des Überstroms wird oder je kleiner der Abstand zwischen den Anschlüssen ist, um so eher tritt eine längere Lichtbogenentladung auf, die mit einer Wärmeerzeugung einer hohen Temperatur eines Mehrfachen von 1000°C einhergeht; infolgedessen besteht dabei die Gefahr, daß die Schaltungsschutzbauteile selbst durchbrennen. Das Abschalten des (Über-)Stroms wird daher mit der Erfüllung der Forderung nach Miniaturisierung der Schaltungsschutzbauteile immer schwieriger.

Die Erfindung bezieht sich nun auf eine Mikroschmelzsi­ cherung hoher Abschaltleistung, die aufgrund ihrer hohen Abschaltleistung das obengenannte Problem zu lösen vermag.

Es ist eine Schmelzsicherung dieser Art bekannt, bei der ein Lichtbogenlöschmaterial um ein durchschmelzbares Element oder Schmelzelement herum gepackt ist, um einen Hochtemperatur-Lichtbogen zu löschen, der nach dem Durchschmelzen des Schmelzelements unter einem Überstrom entsteht.

Da bei dieser bisherigen Schmelzsicherung das Lichtbogen­ löschmaterial in unmittelbarer Berührung mit dem Schmelz­ element steht, scheuert es an der Oberfläche des Schmelz­ elements oder schneidet in diese Oberfläche ein, wodurch das Schmelzelement beschädigt wird. Die Schmelzsicherung dieser Art ist daher mit dem Mangel behaftet, daß sie aufgrund einer solchen Beschädigung mechanisch versagen kann. Wenn zudem das Schmelzelement durch einen großen Strom durchgeschmolzen wird, wird eine vollständige Verteilung (dispersion) der vom durchgeschmolzenen Schmelzelement freigesetzten Metalldämpfe durch das das Schmelzelement umschließende Lichtbogenlöschmaterial verhindert, wodurch auch die Entstehung weiter Abstände oder Zwischenräume zwischen Metallteilchen verhindert wird, woraus eine mangelhafte Isolierung resultiert. Deshalb besteht die Gefahr für das Wiederauftreten einer Lichtbogenentladung. Außerdem ist das Packen oder Ein­ bringen eines teilchenförmigen Lichtbogenlöschmaterials in den Hauptkörper einer kleinen Schmelzsicherung sehr schwierig und umständlich und einer hohen Produktionslei­ stung derartiger Schmelzsicherungen zuwiderlaufend.

Im Hinblick auf die Mängel beim Stand der Technik liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine zuverläs­ sige Mikroschmelzsicherung hoher Abschaltleistung zu schaffen, die sicher einen großen (Über-)Strom zu unter­ brechen vermag, während dabei ein in ihr enthaltenes Schmelzelement im Normalbetrieb beschädigungsfrei bleiben soll.

Gegenstand der Erfindung ist eine Mikroschmelzsicherung hoher Abschaltleistung, umfassend einen isolierenden Körper (Gehäuse) mit einer Wand und einem durch diese im Körper festgelegten Hohlraum, zwei leitfähige Anschlüsse, die entgegengesetzt zueinander durch die Wand hindurch aus dem Hohlraum herausgeführt sind, und ein schmelzbares Element oder Schmelzelement mit zwei Enden, die jeweils innerhalb der Hohlraums mechanisch und elektrisch mit einem der beiden Anschlüsse verbunden sind, wobei sich das Schmelzelement vom einen der beiden Anschlüsse zum anderen Anschluß erstreckt, die gekennzeichnet ist durch ein Isolierelement mit einer dieses (längs) durchsetzen­ den Öffnung, durch welche sich das Schmelzelement hin­ durcherstreckt, und mit einer Form, durch die bei in den Hohlraum des Körpers eingesetztem Isolierelement (je­ weils) ein Zwischenraum zwischen der Innenfläche der Wand des Körpers und dem Isolierelement gebildet ist.

Das im Hohlraum des Körpers angeordnete Isolierelement bewirkt, daß Metalldampf, der beim Schmelzen des die Öffnung des Isolierelements durchsetzenden Schmelzelement unter einem das Schmelzelement durchfließenden (abnorma­ len) Überstrom entsteht, über die Öffnung zur Außenfläche des Isolierelements und dann zur Verteilung zur Innenflä­ che der Wand des Körpers (oder Gehäuses) entlassen oder abgeleitet wird, wodurch die Ablagerungsdichte der Metalldämpfe an den jeweiligen Flächen von Körper und Isolierelement verringert wird und demzufolge der Iso­ lierwiderstand erhöht werden kann.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen.

Fig. 1 eine auseinandergezogene perspektivische Darstel­ lung einer Schmelzsicherung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine auseinandergezogene perspektivische Darstel­ lung der Schmelzsicherung nach Fig. 1 mit einge­ setzten Bauteilen,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung der vollständig zusammengesetzten Schmelzsicherung gemäß der Erfindung,

Fig. 4 einen Teil-Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Schmelzsicherung und

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie A-A′ in Fig. 4.

Gemäß den Fig. 1 bis 5 ist ein Hauptkörper (oder Gehäuse) 1 einer Schmelzsicherung aus einem wärmebeständigen Isoliermaterial, wie Keramik, durch Prägen oder Pressen und Brennen des Materials zu einem parallelelepipedför­ migen "Kasten" einer Breite von 2-3 mm, einer Länge von 7-8 mm und einer Höhe von 2-3 mm geformt, wobei die Material(wand)dicke im Bereich von 0,5-1 mm liegt.

Insbesondere sind in Längsenden des (kastenförmigen) Hauptkörpers 1 Schlitze ausgebildet, über welche An­ schlüsse 3, 4 aus dem Hauptkörper 1 herausragen. Zwischen diesen Anschlüssen 3, 4 ist innerhalb des Hauptkörpers 1 ein schmelzbares Element oder Schmelzelement 6 befestigt, oder Schaltkreisen außerhalb des Hauptkörpers 1 verbunden sind.

Einwärts der Längsenden (oder Stirnseiten) des Hauptkör­ pers 1 sind Trennwände 10, 11 vorgesehen, die eine Einwärtsverschiebung der Anschlüsse 3, 4 und eine Ver­ schiebung eines im Hauptkörper angeordneten zylindrischen Rohrs 2 verhindern.

Für die Anschlüsse 3, 4 wird mit Lot metallisiertes Kupfer(blech) verwendet, das durch Preßformen zu jeweils einer T-förmigen Zuleitung geformt ist, um deren Heraus­ ziehen in Längsrichtung aus dem Hauptkörper 1 zu verhin­ dern, wenn das T-förmige Ende der betreffenden Zuleitung in den Hauptkörper 1 eingesetzt worden ist. Das zylindri­ sche Rohr 2 besteht aus einem wärmebeständigen Isolierma­ terial, wie Keramik, das durch Prägen oder Pressen und Brennen in die Form eines zylindrischen Rohrs eines Außendurchmessers von 1 mm und eines Innendurchmessers von 0,5 mm gebracht worden ist. Gemäß Fig. 2 besitzt dieses (zylindrische) Rohr 2 eine solche Länge, daß es eben in das Innere 5 des Hauptkörpers 1 eingepaßt werden kann, nachdem das Schmelzelement 6 durch das Rohr 2 hindurchgezogen worden ist.

Das Schmelzelement 6 wird an den Enden der Anschlüsse 3, 4 mittels Lötpunkten 8 bzw. 9 befestigt. Anschließend wird ein aus dem gleichen Werkstoff wie der Hauptkörper 1 bestehender Deckel 7 auf den Hauptkörper 1 aufgesetzt, um dessen obere Öffnung zu verschließen und abzudichten; daraufhin ist die Mikroschmelzsicherung des äußeren Aussehens gemäß Fig. 3 fertiggestellt.

Gemäß Fig. 5 weist ein durch den (kastenförmigen) Haupt­ körper 1 und den auf diesen aufgesetzten Deckel 7 gebil­ deter Hohlraum einen rechteckigen (quadratischen) Querschnitt auf. Dabei sind Zwischenräume 12, 13, 14 und 15 zwischen der Innenwandfläche des Hauptkörpers 1 mit dem Deckel 8 und der Außenfläche des (zylindrischen) Rohrs 2 festgelegt.

Mit der beschriebenen Mikroschmelzsicherung hoher Ab­ schaltleistung, die einen einfachen Aufbau aufweist, bei dem das zylindrische Rohr mit dem es durchsetzenden Schmelzelement in den kastenförmigen Hauptkörper 1 eingesetzt ist, kann ein überragender Isolierwiderstand dadurch erreicht werden, daß sich Metalldämpfe in die Zwischenräume 12-15 verteilen und von den Innenwandflä­ chen von Hauptkörper 1 und Deckel 7 sowie von den Außen­ und Innenflächen des zylindrischen Rohrs 2 absorbiert werden können. Außerdem kann dabei eine zufriedenstellen­ de Leistung zum sicheren Unterbrechen oder Abschalten eines großen Stroms mittels eines einfachen zusätzlichen Bauelements, wie des zylindrischen Rohrs 2, bei einfacher Montage der Schmelzsicherung erzielt werden. Darüber hin­ aus ist das Schmelzelement 6 im Rohr 2 nicht von irgend­ einem Material, z. B. einem Lichtbogenlöschmaterial, umschlossen, so daß es von den mit der Verwendung eines Lichtbogenlöschmaterials zusammenhängenden Einschränkun­ gen frei ist. Weiterhin wird auch ein Abscheuern oder sonstiges Beschädigen des Schmelzelements 6 vermieden, wodurch ein mechanischer Bruch verhindert und demzufolge eine höchst zuverlässige Schmelzsicherung erhalten wird.

Es wurde ein Vergleichsversuch zwischen der erfindungsge­ mäßen Mikroschmelzsicherung hoher Abschaltleistung und einer herkömmlichen, ein Lichtbogenlöschmaterial verwen­ denden Schmelzsicherung durchgeführt. Mit der erfindungs­ gemäßen Mikroschmelzsicherung hoher Abschaltleistung konnte ohne jede Schwierigkeit ein einwandfreier (Über-) Stromabschaltvorgang unter einer für Kurzschluß- Abschalttest angewandten Spannung von 125 V, einem Kurzschlußstrom von 50 A und bei einem Leistungsfaktor von 0,7, wie sie nach der (japanischen) Norm UL198G für Überstromschutz-Schmelzsicherungen festgelegt wird, erreicht werden; die erfindungsgemäße Schmelzsicherung zeigte dabei eine Kurzschluß(strom)-Abschaltleistung ähnlich derjenigen einer Schmelzsicherung unter Verwen­ dung eines Lichtbogenlöschmaterials. In einem Wiederho­ lungs-Überstromtest, bei dem ein Anregungsstrom gleich dem Nennstrom wiederholt für jeweils 1 s abwechselnd ein- und abgeschaltet wird, brannte zudem die herkömmliche Schmelzsicherung unter Verwendung eines Lichtbogenlösch­ materials nach 852 Ein/Abschaltzyklen durch, während die Mikroschmelzsicherung hoher Abschaltleistung das wieder­ holte Anspannunglegen über 10 000 Zyklen ohne Durchbren­ nen aushielt.

Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, weist die Mikroschmelzsicherung hoher Abschaltleistung eine überlegene Leistungsfähigkeit auf.

Es ist darauf hinzuweisen, daß zur Bildung eines Zwi­ schenraums oder mehrerer Zwischenräume zwischen der Innenwandfläche des Hauptkörpers 1 und des Deckels 7 sowie der Außenfläche des Rohrs 2 die Querschnittsform eines durch den Hauptkörper 1 und den auf diesen aufge­ setzten Deckel 7 festgelegten Hohlraums und die Außenflä­ chen-Querschnittsform des Rohrs 2 verschiedenartig abgewandelt werden können. Darüber hinaus kann auch das zylindrische Rohr 2 aus mehreren zylindrischen Rohren bestehen, die innerhalb des Hauptkörpers 1 in Reihe angeordnet sind.

Claims (6)

1. Mikroschmelzsicherung hoher Abschaltleistung, umfas­ send
einen isolierenden Körper (Gehäuse) mit einer Wand und
einem durch diese im Körper festgelegten Hohlraum, zwei leitfähige Anschlüsse, die entgegengesetzt zueinander durch die Wand hindurch aus dem Hohlraum herausgeführt sind, und
ein schmelzbares Element oder Schmelzelement mit zwei Enden, die jeweils innerhalb der Hohlraums mechanisch und elektrisch mit einem der beiden Anschlüsse verbun­ den sind, wobei sich das Schmelzelement vom einen der beiden Anschlüsse zum anderen Anschluß erstreckt, gekennzeichnet durch
ein Isolierelement mit einer dieses (längs) durchset­ zenden Öffnung, durch welche sich das Schmelzelement hindurcherstreckt, und mit einer Form, durch die bei in den Hohlraum des Körpers eingesetztem Isolierele­ ment (jeweils) ein Zwischenraum zwischen der Innenflä­ che der Wand des Körpers und dem Isolierelement gebildet ist.

2. Mikroschmelzsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Körper und das Isolierelement aus einem Keramikmaterial geformt sind.

3. Mikroschmelzsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Körper einen kastenförmigen Haupt­ körper mit einer Ausnehmung und einem diese abdecken­ den Deckel umfaßt,
die beiden Anschlüsse an den jeweiligen Längsenden oder Stirnseiten des kastenförmigen Hauptkörpers angeordnet sind,
die Ausnehmung des kastenförmigen Hauptkörpers in einem Querschnitt desselben eine rechteckige (oder quadratische) Form aufweist und
das Isolierelement ein zylindrisches Rohr ist.

4. Mikroschmelzsicherung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der kastenförmige Hauptkörper, der Deckel und das Isoliermaterial aus einem Keramikmate­ rial geformt sind.

5. Mikroschmelzsicherung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Isolierelement aus einer Anzahl zylindrischer Rohre besteht, die in der Ausnehmung des kastenförmigen Hauptkörpers in Reihe angeordnet sind.

6. Mikroschmelzsicherung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Inneren des kastenförmigen Hauptkör­ pers an den Längs-Endabschnitten desselben Trennwände zur Verhinderung einer Verschiebung des Isolierele­ ments in Längsrichtung des kastenförmigen Hauptkörpers vorgesehen sind.