EP0935273A2 - Schmelzleiter für einen elektrischen Sicherungseinsatz - Google Patents

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EP0935273A2
EP0935273A2 EP98122731A EP98122731A EP0935273A2 EP 0935273 A2 EP0935273 A2 EP 0935273A2 EP 98122731 A EP98122731 A EP 98122731A EP 98122731 A EP98122731 A EP 98122731A EP 0935273 A2 EP0935273 A2 EP 0935273A2
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EP
European Patent Office
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solder
fusible conductor
conductor according
stop layer
area
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP98122731A
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English (en)
French (fr)
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EP0935273A3 (de
Inventor
Hans-Werner Rückling
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FERRAZ SHAWMUT GmbH
Original Assignee
Lindner GmbH
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Publication date
Priority claimed from DE19846349A external-priority patent/DE19846349A1/de
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Publication of EP0935273A3 publication Critical patent/EP0935273A3/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00—Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/02—Details
    • H01H85/04—Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges
    • H01H85/05—Component parts thereof
    • H01H85/055—Fusible members
    • H01H85/08—Fusible members characterised by the shape or form of the fusible member
    • H01H85/11—Fusible members characterised by the shape or form of the fusible member with applied local area of a metal which, on melting, forms a eutectic with the main material of the fusible member, i.e. M-effect devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49107—Fuse making

Definitions

  • the invention relates to a fuse element for an electrical fuse link.
  • Electrical fuse links are used to protect against overcurrents in low-voltage systems used that have a fusible conductor that occurs when it occurs an overcurrent at the narrowest points in a constriction area (the so-called Bottlenecks) melts and the electrical contact is interrupted.
  • a fuse element must meet two requirements: it must both Short-circuit currents safely interrupt in very short switch-off times as well Protect electrical system parts from long-term overloads, whereby small overcurrents, d. H. Amperages up to a predetermined amount are greater than a nominal current, are held for a limited period of time must, d. H. must not lead to tripping within this period (so-called slow switch-off characteristic). For example, with one Fuse with a nominal current of 16A 1.25 times the value of this Maintain nominal current for at least one hour without the Fusible conductor melts.
  • the invention is based on the object, a fuse element for an electrical Specify fuse link with a high reproducibility and characteristic curve stability of the melting behavior even when using a cadmium and lead-free solder is ensured.
  • the fuse element according to the invention contains a band-shaped base body, which is provided with at least one constriction area is and on a plummet in an at least adjacent to the constriction area Solder area is a cadmium and lead-free solder The solder order takes up, and that on the solder side in one on the solder area opposite side at least adjacent to the constriction area Stop area is provided with a first solder stop layer.
  • Cadmium and lead-free means that the inevitably present in the solder Traces or parts have no influence on the technological properties of the Have lots.
  • the first solder stop layer borders at least to the solder order, in particular it at least covers the solder order partially. This causes the solder to flow away across the constriction area particularly effectively prevented.
  • the base body preferably has a recess for receiving the solder application on. This also enables a locally precise application of the soldering order when using a smooth flowing solder.
  • depressions overlap and constriction area at least partially, d. H. at least the depression protrudes partially into the constriction area.
  • the first solder stop layer extends at least up to the edge of the constriction area facing away from the soldering order. This prevents the solder from over the constriction area drains away.
  • constriction area is on the solder side of the base body opposite flat side with a second solder stop layer.
  • the side facing away from the constriction area flows onto the base body in a further advantageous embodiment of the invention in one to the recess adjoining area facing away from the constriction area a third Lotstop Mrs arranged.
  • the solder stop layer preferably consists of a temperature-stable material, in particular from a curable adhesive.
  • a curable adhesive can be manufactured simply applied to the body. Furthermore is it chemically passive towards the material of the base body, d. H. he does not change the material properties of the Basic body. In particular, from a manufacturing point of view Fast curing adhesives provided by UV light.
  • a varnish or a resin can also be provided.
  • a metal preferably aluminum
  • a metallic layer can easily be sprayed on or even flame sprayed.
  • a temperature stable Material made of a metallic oxide can also be used, for example simply by oxidizing the surface of the fuse element.
  • the thickness of the solder stop layer is preferably at least 10 ⁇ m. This is ensures that the melting solder is effectively prevented from flowing apart is.
  • a fuse element provided, which has a constriction area, which is defined by a plurality of in a row arranged transversely to the longitudinal direction of the base body is formed, which have a groove-shaped parallel to this row Well for receiving the soldering order is assigned.
  • the fuse element consists of a band-shaped base body 2, for example made of copper (Cu) or silver (Ag), with a constriction area 4 is provided.
  • the constriction area 4 is separated by two opposite side recesses formed.
  • the base body 2 instructs a soldering area adjacent to the constriction area 4 is on both sides up to the longitudinal or side edges of the base body 2 extending channel-shaped Beading or recess 6, which is a trough for receiving a soldering job 8 forms.
  • the constriction area 4 is on the solder side, i. H. the one facing the soldering order 8 Flat side of the base body 2 in at least on this flat side adjacent to the constriction area and opposite the solder area Stop area with a first solder stop layer adjoining the solder application 8 10 provided.
  • the first solder stop layer 10 partially outside or overall outside of the constriction area 4, but adjacent to the constriction area Arrange 4 as shown in dashed lines in Fig.1. It is important that the solder has a sufficient amount in the narrowing area 4 when melting remains. It is therefore to keep the required amount of solder as small as possible of advantage, the first solder stop layer 10 into the constriction area 4 to extend to solder order 8.
  • the solder application 8 and the first solder stop layer 10 border at the narrowest point 12 of the constriction area 4 to each other.
  • the narrowest point 12 falls in the embodiment with the center of the constriction area 4 together.
  • there are fundamentally other forms of the constriction area 4 are also conceivable, as shown for example in DE 32 39 903 C2.
  • constriction area 4 and the recess 6 overlap in such a way that the narrowest point 12 with the edge of the depression facing the constriction region 4 6 coincides.
  • the depth T of the recess 6 is a thickness of the base body 2 between 0.1 and 0.2 mm about 1.2 mm.
  • Your Width B is approximately 3 mm with a width E of the constriction area 4 of about 2.5 mm.
  • the first solder stop layer 10 extends from the narrowest point 12 up to the limit of the constriction area 4 facing away from the soldering job 8, see above that the width L of the first solder stop layer 10 is half as large in the exemplary embodiment is like the width E of the constriction area 4 and in the exemplary embodiment approximately Is 1.25 mm.
  • the recess 6 is a trough or cavity for receiving of the solder order 8 forms.
  • solder order 8 are preferably soft, especially cadmium and lead-free soft solders, for example pure tin (Sn 99.9) or a tin-bismuth alloy (for example SnBi 87/13).
  • solder Fluxes for example solder oil, or their residues remain on the fuse element and are not shown in the figures for reasons of clarity.
  • Suitable as temperature-stable materials for the first solder stop layer 10 For example, zinc (Zn) or aluminum (Al) suitable on the surface of the Base body 2 sprayed or flame sprayed. As materials in principle, all materials are suitable for the solder stop layer 10 which are sufficient Have adhesiveness to the base body 2 and up to at least about 350 ° C are temperature resistant. Thermal or by are particularly advantageous UV radiation curable materials, for example a thermally curable Adhesive from Grace, type Amicon D 125 F4, or a by UV radiation curable silicone from Loctite, type 5091.
  • the layer thickness d of the first solder stop layer 10 is at least 10 ⁇ m when using a spray. When using an adhesive, it is advisable to apply a thicker layer thickness d to provide, in particular at least 0.3 mm.
  • A can also be used as the temperature-stable material for the first solder stop layer 10 temperature stable varnish or a temperature stable resin can be used.
  • the first solder stop layer 10 can also be oxidized Base body 2 are produced.
  • the one lying opposite the soldering job 8 Flat side of the base body 2 on part of the width E of the constriction area 4 a second solder stop layer 10a is applied.
  • the second solder stop layer 10a is preferably located there in the same area of the constriction point 4 like the first solder stop layer 10 and also only extends to the narrowest Location 12.
  • the second solder stop layer 10a is approximately the same thickness as the first solder stop layer 10. This second solder stop layer 10a prevents the Drain solder on the underside of the base body 2 via the constriction area 4 can.
  • a third solder stop layer 10b is arranged on the side. This third solder stop layer 10b prevents the soldering order 8 from running onto that facing away from the constriction region 4 Surface on the solder side of the base body 2. Also the third solder stop layer 10b has approximately the same thickness as the first solder stop layer 10a.
  • FIG. 3 An alternative embodiment is also shown in broken lines in FIG. 3, in which the first solder stop layer 10 and the second solder stop layer 10b are connected, so that they extend over the solder order 8. Likewise indicated by dashed lines that the extent of the solder stop layer 10 is not on the Constriction area 4 must be limited. You can also refer to the lot page the narrowing area 4 in the adjoining and from Extend the soldering order 8 area of the base body 2.
  • the top view according to FIG Dimensions the width D of the base body 2 in the narrowest area Point 12 illustrates.
  • the figure clearly shows that the Constriction area 4 and the recess 6 overlap, the recess 6 extends to the narrowest point 12 of the constriction area 4.
  • a fuse element is shown in the exemplary embodiment according to FIGS. 5a and 5b, whose narrowing area 4 has a plurality of narrowest points 12, in Embodiment 6 includes. These narrowest points 12 are due to remaining Bridges between a plurality of in series transverse to the longitudinal direction of the base body 2 spaced apart, circular disk-shaped in the embodiment Recesses 14 formed.
  • One down to the narrowing area 4 extending groove-shaped recess, highlighted by cross hatching 6 extends analogously to the exemplary embodiments according to FIGS. 4 to the middle of the constriction area 4, d. H. to the narrowest points 12.
  • first solder stop layer 10 and a first second solder stop layer 10a is provided on the narrow sides of the base body 2 as well as at the edge of the recesses 4. Expansion arches 16 serve to compensate for length tolerances to accommodate the Basic body 2 provided securing sleeve.
  • Figure 6 comprises an electrical fuse link, in the illustrated embodiment an NH fuse link, a housing 20 in which the base body 2 of the fuse element between two on the end faces of the housing 20 located contact blades 26 is arranged.
  • the housing 20 comprises a sleeve-shaped housing jacket 28 which consists of a Insulation material, for example a ceramic.
  • the housing jacket 28 is screwed to an end plate 30 or a base plate 31 on its end faces. Between the end plate 30 or the base plate 31 and the housing jacket 28 seals 32 are also arranged, which cover the interior seal the housing 20 tightly against the outside space and prevent it, that an extinguishing sand 33 located inside can escape to the outside.
  • the end plate 30 and the base plate 31 are each with a over the housing shell 28 protruding tab 34 provided.
  • One in the base plate 31 arranged cap 36 closes the interior of the housing 20 after it has been Extinguishing sand 33 has been filled.
  • a fuse element 40 for example a wire, which is electrically parallel to the Base body 2 is switched.
  • the display fuse element 40 is in the range of Base plate 31 on an intermediate plate 42, for example by spot welding, fixed and to the contact knife arranged on the base plate 31 26 connected.
  • In the end plate 30 there is an insulating bushing in an opening 44 46 used, through which the display fuse element 40 is passed.
  • the opening 44 opens into a recess 48 in the end plate 30.
  • a display device 50 is inserted into this recess 48 with a base leg 52 and fixed there by squeezing the lateral edge of the recess 48.
  • the display device 50 comprises an L-shaped curved display element 53 which a first leg 54 and a second almost perpendicular thereto Tavern 56 includes.
  • the first leg 54 is pivotable about one to the plane of the drawing vertical and parallel to the end plate 30 pivot axis.
  • the preferred exemplary embodiment according to the figure is the display device 50 in one piece and consists of a spring plate.
  • Base leg 52 and first Legs 54 form a leg spring which is fixed by the one on the first leg 54
  • Display fuse element 40 is fixed in the prestressed position such that the base leg 52 and first leg 54 run approximately parallel to one another, d. H. the leg spring is closed.
  • the base body 2 is now arranged in the housing 20 of the electrical fuse, that the solder order 8 from the face plate 30 or the sand filling side (Base plate 31) viewed from always on the same side of the constriction area 4 is located. In the exemplary embodiment, this is that from the front 30 opposite side of the constriction area 4. This is - same installation position (Indicator above) provided in the fuse box - a high level reproducibility in the tripping behavior of the NH fuse link guaranteed.

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Abstract

Ein Schmelzleiter für einen elektrischen Sicherungseinsatz enthält einen bandförmigen Grundkörper (2), der mit zumindest einem Verengungsbereich (4) versehen ist. Gemäß der Erfindung nimmt der Grundkörper (2) in einem zumindest an den Verengungsbereich (4) angrenzenden Lotbereich einen Lotauftrag (8) auf, wobei auf der Lotseite des Grundkörpers (2) eine an den Verengungsbereich (4) zumindest angrenzende erste Lotstopschicht (10) versehen ist. Dadurch ist im Ansprechfall des Sicherungseinsatzes ein unkontrolliertes Verlaufen leicht verlaufender Lote über den Verengungsbereich (4) des Schmelzleiters hinweg vermieden, die Reproduzierbarkeit des Abschaltverhaltens des Sicherungseinsatzes gewährleistet und dessen Funktionstüchtigkeit sichergestellt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schmelzleiter für einen elektrischen Sicherungseinsatz.
Zum Schutz vor Überströmen in Niederspannungsanlagen werden elektrische Sicherungseinsätze verwendet, die einen Schmelzleiter aufweisen, der bei Auftreten eines Überstroms an den engsten Stellen in einem Verengungsbereich (den sogenannten Engestellen) durchschmilzt und den elektrischen Kontakt unterbricht. Ein solcher Schmelzleiter muß dabei zwei Forderungen erfüllen: Er muß sowohl Kurzschlußströme in sehr kurzen Abschaltzeiten sicher unterbrechen als auch die elektrischen Anlagenteile vor lang andauernden Überlastungen schützen, wobei kleine Überströme, d. h. Stromstärken, die bis zu einem vorgegebenen Betrag größer sind als eine Nennstromstärke, für eine begrenzte Zeitdauer gehalten werden müssen, d. h. innerhalb dieser Zeitdauer nicht zur Auslösung führen dürfen (sogenannte träge Abschaltcharakteristik). So ist beispielsweise bei einer Schmelzsicherung mit einer Nennstromstärke von 16A der 1,25-fache Wert dieser Nennstromstärke für wenigstens eine Stunde aufrechtzuerhalten, ohne daß der Schmelzleiter durchschmilzt.
Aus der DE 32 39 903 C2 und aus der DE-Patentschrift 668 586 ist es bekannt, das Ansprechen des Schmelzleiters im Überlastbereich dadurch zu erreichen, daß auf einen Grundkörper, der im allgemeinen aus Kupfer (Cu) oder Silber (Ag) besteht, ein Wirkstoff, in der Regel ein Weichlot, aufgetragen wird, das bei den Temperaturen, die im Verengungsbereich entstehen, aufschmilzt und mit dem Werkstoff des Grundkörpers reagiert. Das Material des Grundkörpers diffundiert dabei in das aufgeschmolzene Weichlot. Die dabei entstehende Legierungsschicht hat einen höheren elektrischen Widerstand als der Grundwerkstoff. Dadurch wird die Temperatur des Schmelzleiters weiter erhöht. Dies führt zur zeitlich verzögerten Zerstörung des Schmelzleiters. Dieser Prozeß wird maßgeblich durch die konstruktive Gestaltung des Schmelzleiters und durch die verwendeten Werkstoffe beeinflußt.
In der DE-Patentschrift 668 586 werden nun zur Verbesserung der Reproduzierbarkeit des Auslöseverhaltens Maßnahmen vorgeschlagen, die es fertigungstechnisch ermöglichen sollen, eine stets gleiche, reproduzierbare Menge an Zinn auf den Schmelzleiter aufzubringen. Hierzu wird das Zinn in eine Vertiefung eingebracht und mit einem nicht brennbaren Lack überstrichen, um das Aufbringen einer bestimmten Menge zu erleichtern.
Das in der DE-Patentschrift 668 586 geschilderte Problem einer exakten Dosierung der aufgebrachten Lotmenge wurde nun im Laufe der fertigungstechnologischen Entwicklung durch den Einsatz automatischer Dosiersysteme befriedigend gelöst.
Dabei hat sich jedoch gezeigt, daß vor allem leicht fließende Weichlote bei ihrem an der Engestelle einsetzenden Aufschmelzen dazu neigen, über diese hinwegzufließen und sich außerhalb des Verengungsbereiches unkontrolliert über die Oberfläche des Schmelzleiters ausbreiten. Dies führt im Überstromfall zu einer nur schlecht reproduzierbaren Abschaltcharakteristik oder zu einem Versagen der Sicherung durch den an der Engstelle entstehenden Lotmangel. Dies führte zu einer Entwicklung von speziellen Loten, die aufgrund von Legierungszusätzen schlechtere Fließeigenschaften aufweisen und beim Aufschmelzen aufgrund ihrer höheren Oberflächenspannung Kügelchen bilden und sich deshalb nicht großflächig auf dem Schmelzleiter ausbreiten. Als geeigneter Legierungszusatz wird dabei in der Regel Cadmium (Cd) oder Blei (Pb) mit einem Gewichtsanteil bis etwa 20 % verwendet. Cadmium oder Blei sind jedoch toxische Schwermetalle, die bei der Herstellung und Entsorgung von Sicherungen Probleme bereiten können. Man war deshalb bestrebt Weichlote zu entwickeln, bei denen zum Erzielen schlechter Fließeigenschaften Cadmium oder Blei durch andere Legierungszusätze substituiert ist.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Schmelzleiter für einen elektrischen Sicherungseinsatz anzugeben, bei dem eine hohe Reproduzierbarkeit und Kennlinienbeständigkeit des Abschmelzverhaltens auch bei Verwendung eines cadmium- und bleifreien Lotes sichergestellt ist.
Die genannte Aufgabe wird gelöst mit einem Schmelzleiter mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Der Schmelzleiter gemäß der Erfindung enthält einen bandförmigen Grundkörper, der mit zumindest einem Verengungsbereich versehen ist und auf einer Lotseite in einem zumindest an den Verengungsbereich angrenzenden Lotbereich einen aus einem cadmium- und bleifreien Lot bestehenden Lotauftrag aufnimmt, und der auf der Lotseite in einem auf der dem Lotbereich abgewandten Seite zumindest an den Verengungsbereich angrenzenden Stopbereich mit einer ersten Lotstopschicht versehen ist.
Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß das im Überstromfall schmelzende leicht verlaufende cadmium- und bleifreie Lot nicht über den Verengungsbereich hinwegfließen und sich unkontrolliert und unter Verlust seiner Wirksamkeit auf der Oberfläche des Grundkörpers verteilen kann. Das Lot wird somit im Verengungsbereich gehalten und bildet dort ein hinreichend großes Reservoir zur Aufnahme des Grundwerkstoffes, um im Überstromfall die Zerstörung des Schmelzleiters an dieser Stelle herbeizuführen. Dadurch wird die Reproduzierbarkeit des Abschaltverhaltens des Sicherungseinsatzes im Ansprechfall erhöht. Durch die von der Lotstopschicht erzielte Begrenzung des Fließbereiches kann somit auch bei der Verwendung von cadmium- und bleifreiem Lot eine hohe Reproduzierbarkeit des Abschmelzverhaltens des Schmelzleiters sichergestellt werden. Dadurch ist die Umweltbelastung bei der Herstellung der Schmelzleiter und bei der Entsorgung der ausgelösten Sicherungen verringert, ohne daß diese mit einer Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften der Sicherung einhergeht.
Cadmium- und bleifrei heißt dabei, daß die unvermeidbar im Lot vorhandenen Spuren oder Anteile keinen Einfluß auf die technologischen Eigenschaften des Lots haben.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung grenzt die erste Lotstopschicht zumindest an den Lotauftrag an, insbesondere überdeckt sie den Lotauftrag zumindest teilweise. Dadurch ist ein Wegfließen des Lotes über den Verengungsbereich hinaus besonders wirkungsvoll unterbunden.
Vorzugsweise weist der Grundkörper eine Vertiefung zur Aufnahme des Lotauftrages auf. Dies ermöglicht ein örtlich genaues Aufbringen des Lotauftrages auch bei Verwendung eines leichtfließenden Lotes.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung überlappen sich Vertiefung und Verengungsbereich zumindest teilweise, d. h. die Vertiefung ragt zumindest teilweise in den Verengungsbereich hinein. Insbesondere erstreckt sich die Vertiefung und damit auch der Lotauftrag bis zur engsten Stelle des Verengungsbereiches. Durch diese Maßnahmen ist sichergestellt, daß das Lot im Bereich der höchsten auftretenden Temperatur vorliegt und dort bei Auftreten eines Überstromes rasch zu schmelzen beginnt, so daß der Grundwerkstoff leicht eindiffundieren kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich die erste Lotstopschicht zumindest bis zum vom Lotauftrag abgewandten Rand des Verengungsbereiches. Dadurch wird verhindert, daß das Lot über den Verengungsbereich abfließt.
Insbesondere ist der Verengungsbereich auf der der Lotseite des Grundkörpers gegenüberliegenden Flachseite mit einer zweiten Lotstopschicht versehen. Dadurch wird verhindert, daß das schmelzende Lot über eine Kante des Grundkörpers, auf der dem Lotauftrag gegenüberliegenden Flachseite gelangt und sich dort ausbreiten kann.
Um zu verhindern, daß der Lotauftrag bei seinem vollständigen Aufschmelzen auf der dem Verengungsbereich abgewandten Seite auf den Grundkörper abfließt, ist in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung in einem an die Vertiefung angrenzenden, vom Verengungsbereich abgewandten Bereich eine dritte Lotstopschicht angeordnet.
Die Lotstopschicht besteht vorzugsweise aus einem temperaturstabilen Material, insbesondere aus einem aushärtbaren Klebstoff. Ein solcher Klebstoff kann fertigungstechnisch einfach auf den Grundkörper aufgetragen werden. Darüber hinaus ist er chemisch gegenüber dem Werkstoff des Grundkörpers passiv, d. h. er führt auch langfristig nicht zu einer Veränderung der Werkstoffeigenschaften des Grundkörpers. Insbesondere sind aus fertigungstechnischen Gesichtspunkten durch UV-Licht schnell aushärtbare Klebstoffe vorgesehen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann als temperaturstabiles Material auch ein Lack oder ein Harz vorgesehen sein.
Insbesondere ist als temperaturstabiles Material ein Metall, vorzugsweise Aluminium oder Zink, oder ein Metalloxid vorgesehen. Eine metallische Schicht kann dabei auf einfache Weise aufgesprüht oder auch flammgespritzt werden. Ein temperaturstabiles Material aus einem metallischen Oxid läßt sich beispielsweise auch einfach durch Oxidieren der Oberfläche des Schmelzleiters herstellen.
Die Dicke der Lotstopschicht beträgt vorzugsweise wenigstens 10 µm. Dadurch ist sichergestellt, daß das schmelzende Lot wirkungsvoll am Auseinanderfließen gehindert ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, ist ein Schmelzleiter vorgesehen, der einen Verengungsbereich aufweist, der durch eine Mehrzahl von in einer Reihe quer zur Längsrichtung des Grundkörpers angeordneten Ausnehmungen gebildet ist, denen eine parallel zu dieser Reihe verlaufende rinnenförmige Vertiefung zum Aufnehmen des Lotauftrages zugeordnet ist.
Der Schmelzleiter gemäß der Erfindung ist vorzugsweise in einem Sicherungseinsatz, insbesondere in einem NH-Sicherungseinsatz eingebaut und dort insbesondere in einem Gehäuse in Löschsand eingebettet.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnung verwiesen. Es zeigen:
Fig. 1
einen Schmelzleiter gemäß der Erfindung in einer schematischen perspektivischen Darstellung.
Fig. 2
den Schmelzleiter gemäß Figur 1 in einem Längsschnitt.
Fig. 3
eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung eines Schmelzleiters gemäß der Erfindung in einem Längsschnitt.
Fig. 4
den Schmelzleiter gemäß Figur 3 in einer Draufsicht.
Fig. 5a,5b
einen Schmelzleiter gemäß der Erfindung mit einer Vielzahl von durch Ausnehmungen gebildeten Engestellen in einer Draufsicht bzw. einem Längsschnitt.
Fig. 6
einen elektrischen Sicherungseinsatz mit einem eingebauten Schmelzleiter gemäß der Erfindung.
Gemäß Figur 1 besteht der Schmelzleiter aus einem bandförmigen Grundkörper 2, beispielsweise aus Kupfer (Cu) oder Silber (Ag), der mit einem Verengungsbereich 4 versehen ist. Der Verengungsbereich 4 wird durch zwei einander gegenüberliegende seitliche Ausnehmungen gebildet. Der Grundkörper 2 weist an einem an den Verengungsbereich 4 angrenzenden Lotbereich eine sich beidseitig bis zu den Längs- oder Seitenkanten des Grundkörpers 2 erstreckende rinnenförmige Sicke oder Vertiefung 6 auf, die eine Mulde zur Aufnahme eines Lotauftrages 8 bildet.
Der Verengungsbereich 4 ist auf der Lotseite, d. h. der dem Lotauftrag 8 zugewandten Flachseite des Grundkörpers 2 in einem auf dieser Flachseite zumindest an den Verengungsbereich angrenzenden und dem Lotbereich gegenüberliegenden Stopbereich mit einer an den Lotauftrag 8 angrenzenden ersten Lotstopschicht 10 versehen. Im Ausführungsbeispiel ist der mit der Lotstopschicht 10 versehene Stopbereich im Verengungsbereich 4 angeordnet. Prinzipiell ist auch denkbar, die erste Lotstopschicht 10 teilweise außerhalb oder insgesamt außerhalb des Verengungsbereiches 4, jedoch angrenzend an den Verengungsbereich 4 anzuordnen, wie dies gestrichelt in Fig.1 eingetragen ist. Wichtig ist dabei, daß das Lot beim Aufschmelzen in ausreichender Menge im Verengungsbereich 4 verbleibt. Um die erforderliche Lotmenge möglichst gering zu halten, ist es deshalb von Vorteil, die erste Lotstopschicht 10 in den Verengungsbereich 4 hinein bis zum Lotauftrag 8 zu erstrecken.
Der Lotauftrag 8 und die erste Lotstopschicht 10 grenzen an der engsten Stelle 12 des Verengungsbereiches 4 aneinander. Die engste Stelle 12 fällt im Ausführungsbeispiel mit der Mitte des Verengungsbereiches 4 zusammen. Es sind jedoch auch grundsätzlich andere Formen des Verengungsbereiches 4 vorstellbar, wie sie beispielsweise in der DE 32 39 903 C2 dargestellt sind.
Der Verengungsbereich 4 und die Vertiefung 6 überlagern sich derart, daß die engste Stelle 12 mit dem dem Verengungsbereich 4 zugewandten Rand der Vertiefung 6 zusammenfällt.
In einem typischen Ausführungsbeispiel beträgt die Tiefe T der Vertiefung 6 bei einer Dicke des Grundkörpers 2 zwischen 0,1 und 0,2 mm etwa 1,2 mm. Ihre Breite B beträgt etwa 3 mm bei einer Breite E des Verengungsbereiches 4 von etwa 2,5 mm. Die erste Lotstopschicht 10 erstreckt sich von der engsten Stelle 12 bis zur vom Lotauftrag 8 abgewandten Grenze des Verengungsbereiches 4, so daß die Breite L der ersten Lotstopschicht 10 im Ausführungsbeispiel halb so groß ist wie die Breite E des Verengungsbereiches 4 und im Ausführungsbeispiel etwa 1,25 mm beträgt.
In Figur 2 ist zu erkennnen, daß die Vertiefung 6 eine Mulde oder Kuhle zur Aufnahme des Lotauftrages 8 bildet. Als für den Lotauftrag 8 vorgesehenes Lot sind vorzugsweise leicht verlaufende, insbesondere cadmium- und bleifreie Weichlote, beispielsweise Reinzinn (Sn 99.9) oder eine Zinn-Wismut-Legierung (beispielsweise SnBi 87/13), geeignet. Die zum Auftrag des Lotes notwendigen Flussmittel, beispielsweise Lotöl, oder deren Reste verbleiben auf dem Schmelzleiter und sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in den Figuren nicht dargestellt.
Als für die erste Lotstopschicht 10 geeignete temperaturstabile Werkstoffe sind beispielsweise Zink (Zn) oder Aluminium (Al) geeignet, die auf die Oberfläche des Grundkörpers 2 aufgesprüht oder flammgespritzt werden können. Als Werkstoffe für die Lotstopschicht 10 sind prinzipiell alle Materialien geeignet, die eine ausreichende Haftfähigkeit auf dem Grundkörper 2 aufweisen und bis wenigstens etwa 350° C temperaturbeständig sind. Besonders vorteilhaft sind thermisch oder durch UV-Bestrahlung aushärtbare Materialien, beispielsweise ein thermisch aushärtbarer Klebstoff der Fa. Grace, Typ Amicon D 125 F4, oder ein durch UV-Bestrahlung aushärtbares Silikon der Fa. Loctite, Typ 5091. Die Schichtdicke d der ersten Lotstopschicht 10 beträgt im Falle der Verwendung eines Sprays wenigstens 10 µm. Bei Verwendung eines Klebstoffes ist es zweckmäßig, eine dickere Schichtdicke d vorzusehen, insbesondere wenigstens 0,3 mm.
Als temperaturstabiler Werkstoff für die erste Lotstopschicht 10 kann auch ein temperaturstabiler Lack oder ein temperaturstabiles Harz verwendet werden. Alternativ hierzu kann die erste Lotstopschicht 10 auch durch eine Oxidation des Grundkörpers 2 hergestellt werden.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 ist auf der dem Lotauftrag 8 gegenüberliegenden Flachseite des Grundkörpers 2 auf einem Teil der Breite E des Verengungsbereiches 4 eine zweite Lotstopschicht 10a aufgetragen. Die zweite Lotstopschicht 10a befindet sich dort vorzugsweise in demselben Bereich der Verengungsstelle 4 wie die erste Lotstopschicht 10 und reicht ebenfalls nur bis zur engsten Stelle 12. Die zweite Lotstopschicht 10a hat annähernd dieselbe Dicke wie die erste Lotstopschicht 10. Diese zweite Lotstopschicht 10a verhindert, daß das Lot auf der Unterseite des Grundkörpers 2 über den Verengungsbereich 4 abfließen kann.
Auf der dem Lotauftrag zugewandten Seite des Grundkörpers 2 (Lotseite) ist angrenzend an die Vertiefung 6 auf der dem Verengungsbereich 4 abgewandten Seite eine dritte Lotstopschicht 10b angeordnet. Diese dritte Lotstopschicht 10b verhindert ein Verlaufen des Lotauftrages 8 auf die vom Verengungsbereich 4 abgewandte lotseitige Oberfläche des Grundkörpers 2. Auch die dritte Lotstopschicht 10b hat etwa diesselbe Dicke wie die erste Lotstopschicht 10a.
In Figur 3 ist außerdem gestrichelt eine alternative Ausführungsform eingezeichnet, bei der die erste Lotstopschicht 10 und die zweite Lotstopschicht 10b zusammenhängen, so daß sie sich über den Lotauftrag 8 erstrecken. Ebenso ist gestrichelt angedeutet, daß die Ausdehnung der Lotstopschicht 10 nicht auf den Verengungsbereich 4 begrenzt sein muß. Sie kann sich auch auf der Lotseite über den Verengungsbereich 4 hinaus in den an diesen anschließenden und vom Lotauftrag 8 abgewandten Bereich des Grundkörpers 2 erstrecken.
In der Draufsicht gemäß Figur 4 sind ergänzend zu den bereits in Figur 1 veranschaulichten Abmessungen die Breite D des Grundkörpers 2 im Bereich der engsten Stelle 12 veranschaulicht. In der Figur ist deutlich zu erkennen, daß sich der Verengungsbereich 4 und die Vertiefung 6 überlappen, wobei sich die Vertiefung 6 bis zur engsten Stelle 12 des Verengungsbereiches 4 erstreckt.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Figuren 5a und 5b ist ein Schmelzleiter dargestellt, dessen Verengungsbereich 4 eine Mehrzahl von engsten Stellen 12, im Ausführungsbeispiel 6, umfaßt. Diese engsten Stellen 12 sind durch verbleibende Stege zwischen einer Mehrzahl von in Reihe quer zur Längsrichtung des Grundkörpers 2 beabstandet voneinander angeordnete, im Ausführungsbeispiel kreisscheibenförmige Ausnehmungen 14 gebildet. Eine sich bis in den Verengungsbereich 4 erstreckende rinnenförmige, durch Kreuzschraffur hervorgehobene Vertiefung 6 erstreckt sich in Analogie zu den Ausführungsbeispielen gemäß Figuren 1 - 4 bis zur Mitte des Verengungsbereiches 4, d. h. bis zu den engsten Stellen 12. Auch in diesem Ausführungsbeispiel sind eine erste Lotstopschicht 10 sowie eine zweite Lotstopschicht 10a vorgesehen, die an den Schmalseiten des Grundkörpers 2 sowie am Rand der Ausnehmungen 4 zusammenhängen. Dehnungsbögen 16 dienen zum Ausgleich von Längentoleranzen einer zur Aufnahme des Grundkörpers 2 vorgesehenen Sicherungshülse.
In der Figur ist außerdem noch anhand einer Schrägschraffur veranschaulicht, daß die in Figur 1 bis 4 dargestellten Ausführungsformen als
Figure 00100001
Elementarzelle" des Schmelzleiters gemäß Figuren 5a und 5b angesehen werden können.
Gemäß Figur 6 umfaßt ein elektrischer Sicherungseinsatz, im dargestellten Ausführungsbeispiel ein NH-Sicherungseinsatz, ein Gehäuse 20, in dem der Grundkörper 2 des Schmelzleiters zwischen zwei an den Stirnseiten des Gehäuses 20 befindlichen Kontaktmessern 26 angeordnet ist.
Das Gehäuse 20 umfaßt einen hülsenförmigen Gehäusemantel 28, der aus einem Isolationswerkstoff, beispielsweise einer Keramik, besteht. Der Gehäusemantel 28 ist an seinen Stirnseiten mit einer Stirnplatte 30 bzw. einer Grundplatte 31 verschraubt. Zwischen der Stirnplatte 30 bzw. der Grundplatte 31 und dem Gehäusemantel 28 sind außerdem jeweils Dichtungen 32 angeordnet, die den Innenraum des Gehäuses 20 dicht gegen den Außenraum abschließen und verhindern, daß ein im Innenraum befindlicher Löschsand 33 nach außen entweichen kann.
Die Stirnplatte 30 und die Grundplatte 31 sind jeweils mit einer über den Gehäusemantel 28 vorstehenden Grifflasche 34 versehen. Eine in der Grundplatte 31 angeordnete Kappe 36 verschließt das Innere des Gehäuses 20, nachdem es mit Löschsand 33 gefüllt worden ist. Innerhalb des Gehäuses 20 ist ein Anzeigeschmelzleiter 40, beispielsweise ein Draht, angeordnet, der elektrisch parallel zum Grundkörper 2 geschaltet ist. Der Anzeigeschmelzleiter 40 ist im Bereich der Grundplatte 31 an einer Zwischenplatte 42, beispielsweise durch eine Punktschweißung, fixiert und an das an der Grundplatte 31 angeordnete Kontaktmesser 26 angeschlossen. In der Stirnplatte 30 ist in einer Öffnung 44 eine Isolierbuchse 46 eingesetzt, durch die der Anzeigeschmelzleiter 40 hindurchgeführt ist. Die Öffnung 44 mündet in eine Ausnehmung 48 der Stirnplatte 30. Eine Anzeigeeinrichtung 50 ist mit einem Basisschenkel 52 in diese Ausnehmung 48 eingelegt und dort durch Verquetschen des seitlichen Randes der Ausnehmung 48 fixiert.
Die Anzeigeeinrichtung 50 umfaßt ein L-förmig gebogenes Anzeigelement 53, das einen ersten Schenke 54 und einen dazu nahezu senkrecht verlaufenden zweiten Schenke 56 umfaßt. Der erste Schenkel 54 ist schwenkbar um eine zur Zeichenebene senkrechte und zur Stirnplatte 30 parallele Schwenkachse angeordnet. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der Figur ist die Anzeigeeinrichtung 50 einstückig und besteht aus einem Federblech. Basisschenkel 52 und erster Schenkel 54 bilden eine Schenkelfeder, die durch den am ersten Schenke 54 fixierten Anzeigeschmelzleiter 40 in vorgespannter Lage derart fixiert ist, daß Basisschenkel 52 und erster Schenke 54 annähernd parallel zueinander verlaufen, d. h. die Schenkelfeder geschlossen ist.
Der Grundkörper 2 ist nun derart im Gehäuse 20 der elektrischen Sicherung angeordnet, daß sich der Lotauftrag 8 von der Stirnplatte 30 oder der Sandeinfüllseite (Grundplatte 31) aus betrachtet stets auf der gleichen Seite des Verengungsbereiches 4 befindet. Im Ausführungsbeispiel ist dies die von der Stirnseite 30 abgewandte Seite des Verengungsbereiches 4. Dadurch ist - gleiche Einbaulage (Kennmelder oben) im Sicherungskasten vorausgesetzt - ein hohes Maß an Reproduzierbarkeit im Auslöseverhalten des NH-Sicherungseinsatzes gewährleistet.
Bezugszeichenliste
2
Grundkörper
4
Verengungsbereich
6
Vertiefung
8
Lotauftrag
10,10a,10b
erste, zweite, dritte Lotstopschicht
12
engste Stelle
14
Ausnehmung
16
Dehnungsbogen
20
Gehäuse
26
Kontaktmesser
28
Gehäusemantel
30
Stirnplatte
31
Grundplatte
32
Dichtung
33
Löschsand
34
Grifflasche
36
Kappe
40
Anzeigeschmelzleiter
42
Zwischenplatte
44
Öffnung
46
Isolierbuchse
48
Ausnehmung
50
Anzeigeeinrichtung
52
Basisschenkel
53
Anzeigeelement
54,56
erster, zweiter Schenkel

Claims (18)

  1. Schmelzleiter für einen elektrischen Sicherungseinsatz, insbesondere für einen NH-Sicherungseinsatz, mit einem bandförmigen Grundkörper (2), der zumindest einen Verengungsbereich (4) aufweist und auf einer Lotseite in einem zumindest an den Verengungsbereich (4) angrenzenden Lotbereich einen Lotauftrag (8) aus einem cadmium- und bleifreien Lot aufnimmt, und der auf der Lotseite in einem auf der dem Lotbereich abgewandten Seite zumindest an den Verengungsbereich (4) angrenzenden Stopbereich mit einer ersten Lotstopschicht (10) versehen ist.
  2. Schmelzleiter nach Anspruch 1, bei dem die erste Lotstopschicht (10) zumindest an den Lotauftrag (8) angrenzt.
  3. Schmelzleiter nach Anspruch 2, bei dem die erste Lotstopschicht (10) den Lotauftrag (8) zumindest teilweise überdeckt.
  4. Schmelzleiter nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem der Grundkörper (2) eine Vertiefung (6) zur Aufnahme des Lotauftrages (8) aufweist.
  5. Schmelzleiter nach Anspruch 4, bei dem die Vertiefung (6) zumindest teilweise in den Verengungsbereich (4) hineinragt.
  6. Schmelzleiter nach Anspruch 4 oder 5, bei dem sich die Vertiefung (6) bis zur engsten Stelle (12) des Verengungsbereiches (4) erstreckt.
  7. Schmelzleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem sich die erste Lotstopschicht (10) zumindest bis zum von der Vertiefung (6) abgewandten Rand des Verengungsbereiches (4) erstreckt.
  8. Schmelzleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Verengungsbereich (4) auf seiner der Lotseite gegenüberliegenden Flachseite des Grundkörpers (2) mit einer zweiten Lotstopschicht (10a) versehen ist.
  9. Schmelzleiter nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Lotseite in einem an die Vertiefung (6) angrenzenden, von dem Verengungsbereich (4) abgewandten Bereich mit einer dritten Lotstopschicht (10b) versehen ist.
  10. Schmelzleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Lotstopschicht (10,10a,10b) aus einem temperaturstabilen Material besteht.
  11. Schmelzleiter nach Anspruch 10, bei dem als temperaturstabiles Material ein aushärtbarer Klebstoff vorgesehen ist.
  12. Schmelzleiter nach Anspruch 10, bei dem als temperaturstabiles Material ein Lack vorgesehen ist.
  13. Schmelzleiter nach Anspruch 10, bei dem als temperaturstabiles Material ein Harz vorgesehen ist.
  14. Schmelzleiter nach Anspruch 10, bei dem als temperaturstabiles Material ein Metall oder eine Metallschicht vorgesehen ist.
  15. Schmelzleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Dicke der Lotstopschicht (10,10a,10b) wenigstens 10 µm beträgt.
  16. Schmelzleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Verengungsbereich (4) durch eine Mehrzahl von in einer Reihe quer zur Längsrichtung des Grundkörpers (2) angeordneten Ausnehmungen (14) gebildet ist, denen eine parallel zu dieser Reihe verlaufende rinnenförmige Vertiefung (6) zum Aufnehmen des Lotauftrages (8) zugeordnet ist.
  17. Elektrischer Sicherungseinsatz mit einem Schmelzleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  18. Elektrischer Sicherungseinsatz nach Anspruch 17, bei der der Schmelzleiter (2) in einem Gehäuse (20) in Löschsand (33) eingebettet ist.
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