DE69407648T2

DE69407648T2 - Strombegrenzungssicherungen

Info

Publication number: DE69407648T2
Application number: DE69407648T
Authority: DE
Inventors: Michel A Goldstein; Robert M Pimpis; George F Walker Jr
Original assignee: Gould Electronics Inc
Current assignee: Gould Electronics Inc
Priority date: 1993-04-23
Filing date: 1994-04-22
Publication date: 1998-04-23
Anticipated expiration: 2014-04-23
Also published as: EP0621620A2; JPH0757612A; US5294905A; ES2111851T3; EP0621620B1; EP0621620A3; DE69407648D1; BR9400988A; DK0621620T3

Description

Die Erfindung betrifft Strombegrenzungssicherungen.
Strombegrenzungssicherungen haben typischerweise ein oder mehrere schmelzbare Elemente, die zwei leitende Anschlüsse in einem Isoliergehäuse verbinden. Die US-Patentschrift US-A-0 973 250 (Baricklow) beschreibt eine solche Sicherung, in welcher das Isoliergehäuse aus Porzellan oder einem äquivalenten isolierenden Material besteht. Die US-Patentschrift US-A-3 766 507 (Jacobs jr.) und die US-Patentschrift US-A-4 962 977 (Suuronen) beschreiben Sicherungen mit kastenförmigen Gehäusen.
Eine Sicherung nach dem Oberbegriff der vorliegenden Erfindung ist aus der GB-A-2 054 987 bekannt.
Die vorliegende Erfindung liefert eine Sicherung mit
einem Isoliergehäuse, das einen Kasten mit einem geschlossenen oberen Ende und einem offenen Boden sowie einen Deckel zum Verschließen des Kastens umfaßt, wobei der Deckel kleiner als die Öffnung am Boden des Kastens ist, um zwei Schlitze zwischen dem Deckel und der Kante des Kastens durch den offenen Boden hindurch zu begrenzen,
Anschlüssen, die sich durch die Schlitze hindurch erstrecken, wobei jeder der Anschlüsse einen inneren Abschnitt innerhalb des Gehäuses und einen äußeren Abschnitt außerhalb des Gehäuses hat, und
einem schmelzbaren Element mit Enden, die jeweils mit inneren Abschnitten der Anschlüsse verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Kasten allgemein rechteckig mit einer vierseitigen Struktur einschließlich erster und zweiter einander gegenüberliegender Endwände ist und die Schlitze, durch welche sich die Anschlüsse erstrecken, an entgegengesetzten Enden des offenen Bodens des Kastens nahe den Endwänden sind.
Bei bevorzugten Ausführungsformen hat der Kasten zwei runde Öffnungen nahe seinem oberen Ende. Diese Öffnungen liegen an gegenüberliegenden Seiten des Kastens und sind koaxial miteinander angeordnet. Ein freitragender Indikator zum Anzeigen, daß die Sicherung durchgebrannt ist, liegt in diesen Hohlräumen und erstreckt sich zwischen ihnen. Die selbsttragende Konstruktion des Indikators verhindert, daß der Indikator durch festes Füllungsbindemittel beeinflußt wird, das verwendet werden kann. Sie erleichtert auch die Montage, da der Indikator leicht in das Gehäuse eingesetzt werden kann und der Indikator auch als ein Mittel zur geeigneten Anordnung der Anschlüsse in dem Gehäuse dient.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat jeder Anschluß einen ersten und einen zweiten Abschnitt, wobei der erste Abschnitt senkrecht zu dem zweiten und in dem Gehäuse angeordnet ist. Wenn die Anschlüsse in dem Gehäuse liegen, sind die ersten Abschnitte eines jeden Anschlusses parallel zueinander. Der erste Abschnitt eines jeden Anschlusses hat auch eine Kerbe, die an seiner Spitze liegt. Diese Kerbe dient dazu, elektrischen Kontakt mit dem selbsttragenden Indikator herzustellen.
Der Kasten und der Deckel sind vorzugsweise durch spritzgußgeformte Teile aus thermoplastischem Material und durch Schweißen, am meisten bevorzugt durch Ultraschallschweißen, aneinander befestigt. Dies vereinfacht die Herstellung, da es die Notwendigkeit von Befestigungsmitteln ausschaltet und eine kurze Montagezeit gestattet. Das thermoplastische Material enthält vorzugsweise 20 bis 40 % Füllstoff (am meisten bevorzugt 30 bis 35 % Füllstoff).
Das Gehäuse enthält Lichtbogenlöschfüllung, die durch ein Loch im Deckel eingeführt wird. Diese Füllung kann mit einer Bindemittellösung imprägniert und gehärtet sein, um ein festes Füllungsbindemittel zu ergeben, das vorteilhaft ist, da es Energie absorbiert, welche sonst auf das Gehäuse übertragen würde.
Geeignete Methoden zur Befestigung des schmelzbaren Elementes an den Anschlüssen schließen Löten, Widerstandsschweißen und Ultraschallschweißen ein. Das schmelzbare Element wird vorzugsweise an der breiten Vorderfläche der Anschlüsse befestigt. Bei einigen Ausführungsformen sind an den breiten Vorderflächen der Anschlüsse Schlitze angeordnet, um die Befestigung des schmelzbaren Elementes zu erleichtern. Es sollte verständlich sein, daß auch mehrere schmelzbare Elemente verwendet werden können.
Die Erfindung wird nun beispielhalber unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben, in welcher insgesamt gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und in welcher
Fig. 1 eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Sicherung nach einer Ausführungsform der Erfindung ist,
Fig. 2 eine Ansicht eines Gehäuses der in Fig. 1 gezeigten Sicherung von unten ist und
Fig. 3 eine Teilschnittansicht ist, die die Verbindung des Kastens und Deckels des Gehäuses der in Fig. 1 gezeigten Sicherung zeigt.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 enthält eine Sicherung 10 einen Kasten 12 aus isolierendem Material, einen Deckel 14 aus isolierendem Material, Anschlüsse 16 aus leitendem Material und schmelzbare Elemente 18 aus leitendendem Material. Jedes schmelzbare Element 18 hat zwei parallele Teile, die an Enden mit parallelen Reihen von Löchern verbunden sind, welche Kerbenabschnitte ergeben. Der Deckel 14 ist kleiner als der Kasten 12, so daß, wenn der Deckel 14 an dem Kasten 12 befestigt ist, zwei Schlitze 30 an gegenüberliegenden Enden des Bodens des Kastens 12 gebildet werden. An gegenüberliegenden Seiten und nahe dem oberen Ende des Kastens 12 sind zwei Löcher 20 angeordnet. Diese Löcher sind koaxial ausgerichtet und so dimensioniert, daß sie das Einsetzen eines selbsttragenden Indikators 22 erlauben. Die Anschlüsse 16 enthalten äußere Abschnitte 24 und innere Abschitte 26. Die inneren Abschnitte 26 haben zurückgesetzte Seiten 28 jeweils mit einer Abmessung, um ein Ende eines schmelzbaren Elementes 18 aufzunehmen, sowie Noppen 29 (mit einem Durchmesser von 3,2 mm [0,125"] und 1,3 mm [0,050"] von dem 3,0 mm [0,118"] dicken Anschluß nach innen vorspringend), um in das Kunststoffmaterial des Deckels 14 einzugreifen und einen Entfernung der Anschlüsse 16 zu verhindern. Die inneren Abschnitte 26 haben auch Kerben 38 jeweils mit einer Abmessung, um eine Metallendkappe 40 des selbsttragenden Indikators 22 zu berühren. Die äußeren Abschnitte 24 haben Ausschnitte 32, 34. Die schmelzbaren Elemente 18 sind an den zurückgesetzten Seiten 28 durch Punktschweißen befestigt. Der Kasten 12 und der Deckel 14 bestehen aus thermoplastischem Material und sind miteinander verchweißt.
Fig. 3 zeigt die zusammenpassenden Abschnitte des Deckels 14 und des Kastens 12. Die Kante des Deckels 14 und der Boden einer Seitenwand 100 des Kastens 12 sind so abgestuft, daß sie eine Scherfuge ergeben, die für halbkristallines Material besonders bevorzugt ist, um eine gute Verbindungsfestigkeit zu bekommen. Die Seitenwand 100 hat einen rechtwinkligen Abschnitt 102 mit einer unteren Oberfläche 104, einer vertikalen Oberfläche 106 und einer oberen Oberfläche 108. Der dazu passende Abschnitt des Deckels 14 hat einen ähnlichen rechtwinkligen Abschnitt 110 mit einer unteren Oberfläche 112, einer vertikalen Oberfläche 114 und einer oberen Oberfläche 116. Die Gesamtwanddicke ist etwa 2,3 mm (0,091"), und es gibt 0,3 mm (0,012") bis 0,4 mm (0,016") Überlagerung für die verwendeten vertikalen Oberflächen, um Ultraschallschweißen zu erlauben. Während eines solchen Schweißens wird ein Teil ortsfest gehalten und das andere zu ihm hinbewegt und mit 20 kHz vibriert. Das Material der überlagerten vertikalen Oberflächen schmilzt, wenn die beiden zusammengebracht werden, was zu einer Scherverbindung führt, die gute Bindungsfestigkeit hat.
Das thermoplastische Material hat die Fähigkeit, geschmolzen und umgeformt zu werden, während es seine Eigenschaften behält, wenn es unter seinen Schmelzpunkt abgekühlt wird. Dies ist erwünscht, um eine Verbindung vorgeformter Gehäuseteile durch Verschweißen zu gestatten und die Verwendung von Klebstoffen zu vermeiden. Das Material sollte auch eine ausreichend hohe Verwendungstemperatur bei kontinuierlicher Verwendung haben, um die bauliche Unversehrtheit bei erhöhten Temperaturen zu behalten, die beim Erhitzen entstehen, wenn man bei Nennstrombedingungen arbeitet. Vorzugsweise ist die Dauerverwendungstemperatur (UL 46 C, 100 000 h Test) größer als 120 ºC. Füllstoffe werden vorzugsweise in thermoplastischen Harzen zugesetzt, um die Kosten des Materials zu reduzieren und die mechanischen Eigenschaften des Kunststoffes durch Bildung einer Stützmatrix in dem Kunststoff zu verbessern. Füllstoffe neigen dazu, die Dauerverwendungstemperatur des thermoplastischen Materials zu erhöhen und so verbesserte Strukturunversehrtheit bei erhöhten Temperaturen zu liefern. Je nach dem Harz und dem Füllstoffmaterial neigt jedoch die Steigerung der Füllstoffkonzentration über eine bestimmte Menge hinaus dazu, die Festigkeit zu vermindern. Auch neigt eine Steigerung der Konzentration über eine bestimmte Menge hinaus dazu, die Fähigkeit, feste Bindungen unter Verwendung von Ultraschallschweißen zu erzeugen, negativ zu beeinflussen. Es ist demnach erwünscht, die Dauerverwendungstemperatur so hoch wie möglich zu steigern, während man noch gute Bindungsfestigkeit bei Verwendung von Ultraschallschweißen erzielt. Geeignete Füllstoffmaterialien schließen Glasfasern, Calciumcarbonat, Kohlenstoffasern, Zellulose und Graphitfasern ein. Im allgemeinen ergeben thermoplastische Materialien mit einer Dauerverwendungstemperatur oberhalb 120 ºC und einer Füllstoffkonzentration zwischen 20 und 40 % (am meisten bevorzugt zwischen 30 und 35 %) die erforderliche Festigkeit bei erhöhter Tempertur, während sie noch eine Verarbeitung durch Ultraschallschweißen erlauben. Das thermoplastische Material enthält vorzugsweise auch einen Flammenverzögerer, ist nicht giftig (gibt keine Toxine ab, wenn es sich auf erhöhter Temperatur befindet) und hat hohe dielektrische Festigkeit (über 400 V/mil).
Ein geeignetes Material für das thermoplastische Material ist glasverstärktes halbkristallines Polyphthalamidharz mit einem Gehalt von 33 % Glasfüllstoff, das unter der Handelsbezeichnung Amodel AF-1133 VO bei der Amoco Performance Products, Inc., Atlanta, GA erhältlich ist. Dieses Material enthält ein Flammenverzögerungsmittel und hat eine Dauerverwendungstemperatur von 125 ºC nach UL 746 C.
Andere geeignete Materialien schließen ein hochkristallines Nylon 4.6 mit 30 % Glasfüllstoff ein, das bei der DSM Corporation unter der Handelsbezeichnung Stanyl erhältlich ist, sowie Polyphenylensulfid mit 30 % Glasfüllstoff, das bei der Phillips Corporation unter der Handelsbezeichnung Ryton erhältlich ist, und mit Glas gefüllte Flüssigkristallpolymere, wie Xydar von Amoco, Supec von General Electric und Vectra von Hoechst Celanese.
Bei der Herstellung wird der sel bsttragende Indikator 22 in den Kasten 12 durch Löcher 20 gepreßt. Die Enden schmelzbarer Elemente 18 (eine spezielle Sicherung kann ein oder mehrere schmelzbare Elemente 18 einschließen) werden an zurückgesetzten Seiten 28 durch Löten, Widerstandsschweißen oder Ultraschallschweißen befestigt, während Enden 16 starr befestigt werden. Der Kasten 12 wird dann über der noch befestigten Untereinheit von Anschlüssen 16 und befestigten schmelzbaren Elementen 18 derart plaziert, daß Kerben 38 von Anschlüssen 16 Metallendkappen 40 des Indikators 22 berühren, zu welchem Zeitpunkt die Befestigung entfernt wird. Der Kasten 12 und der Deckel 14 werden dann durch Ultraschall miteinander verschweißt, wie bereits beschrieben wurde. Wenn der Deckel 14 zu dem Kasten 12 bewegt wird, tritt die untere Oberfläche des Deckels 14 mit den Noppen 29 in Eingriff, was die Anschlüsse 16 abwärts schwenkt und guten Kontakt der Kappen 40 an den Kerben 38 garantiert. Der Kunststoff schmilzt um die Noppen 29 und wirkt als Verankerung der Anschlüsse 16 an ihrer Stelle und zur Verhinderung ihrer Entfernung.
Das Gehäuse wird durch die Füllöffnung 42 im Deckel 14 mit einer (nicht gezeigten) Quarzfüllung gefüllt, und die gesamte Anordnung wird vibriert, um die Verdichtung der Quarzfüllung zu maximieren. Die Quarzfüllung wird dann mit einer Bindemittellösung durch die Füllöffnung 42 imprägniert. Nachdem die Bindemittellösung 48 gehärtet ist, wird die Füllöffnung 42 mit einem vorgeformten Metallstopfen oder einer nichtleitenden Vergießung 44 dicht verschlossen.
Andere Ausführungsformen der Erfindung liegen innerhalb des Erindungsgedankens der folgenden Ansprüche.

Claims

1. Sicherung mit

einem Isoliergehäuse, das einen Kasten (12) mit einem geschlossenen oberen Ende und einem offenen Boden und einen Deckel (14) zum Verschließen des Kastens (12) umfaßt, wobei der Deckel kleiner als die Öffnung am Boden des Kastens ist, um zwei Schlitze (30) zwischen dem Deckel (14) und der Kante des Kastens durch den offenen Boden hindurch zu begrenzen,

Anschlüssen (16), die sich durch die Schlitze (30) erstrecken, wobei jeder der Anschlüsse (16) einen inneren Abschnitt (26) im Inneren des Gehäuses und einen äußeren Abschnitt (24) außerhalb des Gehäuses hat, und

einem schmelzbaren Element (18) mit Enden, die mit jeweiligen inneren Abschnitten (26) der Anschlüsse (16) verbunden sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

der Kasten allgemein rechteckig mit einem vierseitigen Aufbau einschließlich erster und zweiter einander gegenüberliegender Seitenwände ist und daß sich die Schlitze (30), durch welche sich die Anschlüsse erstrecken, an entgegengesetzten Enden des offenen Bodens des Kastens in Nachbarschaft zu den Endwänden befinden.

2. Sicherung nach Anspruch 1, bei der die Schlitze durch Vertiefungen (30) in Seitenkanten des Deckels (14) vorgesehen sind.

3. Sicherung nach Anspruch 1 oder 2 mit mehreren schmelzbaren Elementen (18), deren Enden mit jeweiligen inneren Abschnitten (26) beider Anschlüsse (16) verbunden sind.

4. Sicherung nach Anspruch 3, bei der die Enden der schmelzbaren Elemente Seitenkanten der inneren Abschnitte der Anschlüsse überlappen und an zurückgesetzten Seitenoberflächen (28) der inneren Abschnitte befestigt sind.

5. Sicherung nach Anspruch 3 oder 4, bei der die schmelzbaren Elemente (18) allgemein parallel zu den Seitenwänden des Kastens zwischen den Endwänden sind.

6. Sicherung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der der Kasten (12) zwei nahe dem oberen Ende des Kastens angeordnete runde Öffnungen (20) hat, wobei diese Öffnungen (20) in einander gegenüberliegenden Seiten des Kastens liegen und koaxial zueinander angeordnet sind, und die Sicherung einen in dem Kasten (12) zwischen den runden Öffnungen (20) angeordneten Indikator (22) einschließt.

7. Sicherung nach Anspruch 6, bei der die inneren Abschnitte (26) der Anschlüsse (16) parallel zueinander sind und Kerben (38) enthalten, die elektrischen Kontakt mit dem Indikator (22) herstellende Oberflächen aufnehmen und haben.

8. Sicherung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der jeder der Anschlüsse (16) einen ersten und einen zweiten Abschnitt hat, wobei der zweite Abschnitt im wesentlichen senkrecht zu dem ersten ist.

9. Sicherung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der die inneren Abschnitte (26) der Anschlüsse (16) parallel zueinander sind.

10. Sicherung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der der Kasten (12) und der Deckel (14) aus thermoplastischem Material bestehen und miteinander verschweißt sind.

11. Sicherung nach Anspruch 10, bei der das thermoplastische Material eine Dauerverwendungstemperatur größer als 120 ºC hat.

12. Sicherung nach Anspruch 10 oder 11, bei der das thermoplastische Material einen Füllstoff enthält.

13. Sicherung nach Anspruch 12, bei der das thermoplastische Material zwischen 20 und 40 % Füllstoff hat.

14. Sicherung nach Anspruch 13, bei der das thermoplastische Material zwischen 30 und 35 % Füllstoff hat.

15. Sicherung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, bei der das thermoplastische Material hochkristallines Nylon 4.6, Polyphthalamid, Polyphenylensulfid oder Flüssigkristall polymer umfaßt.

16. Sicherung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der das Gehäuse eine lichtbogenlöschende Füllung enthält.

17. Sicherung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der das oder jedes schmelzbare Element (18) mit den inneren Abschnitten (26) der Anschlüsse (16) durch Widerstandschweißen verbunden ist.

18. Sicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei der das oder jedes schmelzbare Element (18) mit den inneren Abschnitten (16) der Anschlüsse (16) durch Ultraschallschweißen verbunden ist.

19. Sicherung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der die inneren Abschnitte (26) Noppel (29) haben, die vorstehen, um so eine Entfernung der Anschlüsse (16) aus dem Gehäuse zu verhindern.