EP0973184A1 - Elektrisches Sicherungselement mit zwischen Anschlussstücken angeordnetem Schmelzstreifen - Google Patents
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- EP0973184A1 EP0973184A1 EP99111706A EP99111706A EP0973184A1 EP 0973184 A1 EP0973184 A1 EP 0973184A1 EP 99111706 A EP99111706 A EP 99111706A EP 99111706 A EP99111706 A EP 99111706A EP 0973184 A1 EP0973184 A1 EP 0973184A1
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- H01H2085/466—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the protective device with remote controlled forced fusing
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- H01H85/05—Component parts thereof
- H01H85/055—Fusible members
- H01H85/12—Two or more separate fusible members in parallel
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- H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
- H01H9/10—Adaptation for built-in fuses
- H01H9/106—Adaptation for built-in fuses fuse and switch being connected in parallel
Definitions
- the invention relates to an electrical fuse element with at least one fuse strip, which is mechanically and electrically connected at both ends to connectors, these parts being made of an electrically conductive material.
- Such securing elements are known and serve different purposes.
- To the Example one thinks increasingly in the automotive industry about the crash behavior of Vehicles following with the aim of vehicle occupants more or less facing the direct consequences to protect an accident.
- the cause of such a fire can For example, a pinched cable that is still in use when Rescue scissors can be squeezed off and lead to sparking. Therefore one is endeavors to remove essential parts of an electrical system from the energy source (the battery) cut off.
- the object of the invention is therefore an electrical fuse element of the beginning to create the type mentioned, which compared to previous shutdown or safety systems is cheaper, lighter and has a more variable function.
- At least one Melting strip at least one with its one outer end with the connector and with its other, opposite end connected to a receiving piece Has fuse element, wherein the receptacle with at least one heating element controlled heating of the receptacle is connected.
- the first connector to the second opposite Connector that that on the first connector of the melting strips, be it in Form one or in the form of two fusible conductors, the fusible conductor that Connects receptacle and the second connector is connected to the latter.
- the electrical current flows from the first connector to the Fusible conductor (forming the fusible strip), further over the receptacle and from this in the opposite connector.
- the heating element is controlled in a controlled manner. This means that of a not described and not shown Evaluation electronics of known type of heating current is sent into the heating element, after a signal has caused the evaluation electronics to emit the heating current.
- the new fuse element according to the invention is a fuse with secondary Heat source. If you connect the new fuse element between the positive pole one Energy source, for example a vehicle battery, and a supply line then immediately become apparent the further advantage that the contact resistance to the existing system does not elevated. The resistance of the new element goes to zero.
- the new security element has an independent fuse element and works autonomously, i.e. it switches in Short-circuit trap automatically with high overload current. This independent function remains also exist if the heating element is not switched on or not heated.
- the new securing element has a high degree of variability. It can be characterized by its modular character adjust to different applications. In an extreme special case could by replacing the melting strip (you take a different sheet) Securing element from an application area with few consumers to one easily converted with many consumers.
- the use of the heating element attached to the receptacle is advantageous the response of the new security element accelerated considerably. Have attempts shown that compared to normal switch-off times for fuses of around 500 Seconds according to the invention when using the heating element the switch-off time to 50 seconds can be reduced.
- the self-sufficient safety element can by Newly used heating according to the invention in the area of the receptacle externally can be controlled.
- the emergency operation described in connection with the known pyrocutter can be used for perform the new securing element well. In the event of a trigger, only this becomes physical Component itself destroyed, not the entire assembly. Instead of the new securing element can provide a standard backup for emergency operation due to the good accessibility be used.
- the material cross section through which the electrical current in the fuse element flows according to the invention is smaller in the area of the respective fusible conductor than am Connector and also smaller than on the receptacle.
- the heating element will Receiving piece brought to a higher temperature, and you have lower in the areas Cross-section measured a large temperature gradient and then the desired there Melting of the fuse element found.
- the new fuse element is inexpensive for uninterruptible power supplies use, for example in computer systems and also in motor vehicles. Especially at Long lines connected to a battery used to have the problem that a short-circuit current was not generated sufficiently high to a conventional one Get fuses to switch; nevertheless, enough electricity flowed around for example, to set a line on fire. This is suitable for solving these problems new fuse element according to the invention excellent. Even with smaller currents Power lines are now activated, for example in the event of a crash All electronics from the battery are turned off when an error signal warms up of the heating element, because then the new fuse element can be used earlier trigger. Individuals can now use it for new protection concepts in the automotive industry Paths of the entire supply system are monitored and if an error occurs on them Way be turned off.
- the melting strip has at least two fusible conductors, each with its outer end connected to a connecting piece, whose inner end is connected to the receiving piece and the heating element.
- the two fusible conductors can be symmetrical on both sides of the Receiving piece be attached so that the heating from the inside, by the heating element over the receptacle to the fuse element located on each of the two sides he follows.
- This symmetrical structure gives you an even better temperature distribution, and you have a better use of the heating energy than that of the heating element
- the heat introduced only affects the fuse element.
- could without any special Measures in the general first case with only one fuse element Heat from the receptacle on the side facing away from the fuse element in the Connection piece flow with the possible consequence that the switch-off temperature only a little later is achieved.
- this disadvantage can be avoided if you have a thermal break arranges between the receptacle and the connector, so that by the Heating element generated heat can not escape unhindered to the connector.
- Each fuse element acts as a thermal brake. So that's a thermal Resistance meant a kind of heat barrier.
- the breaking current can thus be halved of the melt flow can be reduced without a heating element. It is expedient according to the invention even if only one melting strip has a receptacle with a heating element. So if when two melting strips are connected in parallel, for example half the current take over, only one of the two melting strips is connected to the heating element, is sufficient with advantage half the heating output for switching activation. You get one Gain factor. The melt flow is reduced to half.
- At least one fuse element also has a constriction
- the Character of the thermal barrier or thermal barrier by increasing the thermal Resistance increased due to this bottleneck.
- the effect of the Heating element increases and the response of the fuse element according to the invention be accelerated.
- thermal brake could also be used in one or both of the connectors integrate. You could do that, for example, by making a hole or one Effect recess. In effect, you get through these bottlenecks or heat brakes Reduction of the cross section through which the current has to flow. Depending on the application you can optimize the conditions so that enough current through the Securing element flows, but at the narrow point, however, the heat flow in the desired Extent is braked.
- the fuse element can in an alternative embodiment also be provided with a diffusion agent, for example in the form of a solder bump.
- the invention is characterized in that the heating element by friction welding and / or gluing and / or soldering and / or crimping and / or pressure joining and / or Rivets is attached to the receptacle.
- the heating element by friction welding and / or gluing and / or soldering and / or crimping and / or pressure joining and / or Rivets is attached to the receptacle.
- Another cheap embodiment is characterized in that the Receiving piece is bent into a U-shape to form a clamping spring such that the heating element is clamped between the legs of the clamping spring of the receiving piece.
- the Melting strips with attached receptacle can simply be pulled through Make punching out of a selected sheet. If you then choose the die so that the receptacle is longer than a measure of the heating element, then you can use the heating element by folding the receptacle practically "wrap" it in this.
- the recording piece can be bent in a U-shape so that the two legs of the U press against each other. A heating element can be easily clamped in such a spring in this way and hold on.
- the heating element is plate-shaped and has a layer structure with a base layer made of ceramic, with an electrical heatable heat conductor layer made of platinum and a cover layer made of ceramic.
- a platinum plate can be placed, from which by means of laser beams Areas are burned out so that a kind of platinum heating coil is created. It it goes without saying that one end of this helix with the feed wire and the other with the Leakage wire for electrical current is connected.
- This heating current is from a Evaluation electronics supplied, which evaluates a signal and the delivery of the heating current concerned.
- the evaluated signal can be derived from any physical quantity. It can come from the heating element itself, for example.
- the securing element heats up the receiving piece and therefore the heating element.
- the result is an accelerated one Switch off the fuse element.
- the heating element in the fuse according to the invention can also be used as an information provider to by electricity and / or Temperature information to tell the user - with the help of the heating element - which one Current flows between the connectors.
- the securing element can be a Tripping current need that can be greater than a fault current.
- a conventional one Fuse would then occur if only the error signal or only a small overcurrent do not trigger. Due to the error signal, the evaluation electronics are used to trigger the Heating current causes, but is advantageous according to the invention for the use of the additional function ensured that the system is unlocked.
- the outer functional parts of an electrical fuse element are the connectors 1a, 1b, which are shown in plan view in Figures 1, 5 and 6. In between is in the embodiment of Figure 1, a single melting strip 2, while in the Embodiments according to FIGS. 5 and 6 each have two melting strips 2a and 2b in between.
- the length of each melting strip, 2, 2a, 2b is equal to the distance of the straight edges 3 of the two connectors 1a, 1b from each other.
- the fusible strip 2 has two fusible conductors 4a, 4b on. In between is a receiving piece 5, which according to the cross-sectional view 2 is bent into a U-shape.
- the lower leg of the U is 6 and the upper leg is 7 designated. Both legs 6, 7 form a through the correspondingly sharply curved web 8 Clamping spring.
- this clamping spring 6-8 From the open side of this clamping spring 6-8, a heating element 9 is inserted and between the legs 6 and 7 of the receptacle 5 clamped. About additional used Glue or solder material to further reduce the heat resistance is not shown. At the connection points 10a and 10b there are interfaces via connecting lines 11a and 11b are provided. Those shown in between in Figures 1, 5 and 6 Interfaces 12a and 12b are connected to the heating conductor layer denoted by 13. If you use the heating element 9 as a temperature sensor on the one hand and you measure between the Interfaces 11a and 11b, on the other hand, the voltage drop during operation when current from the one connector 1a flows to the other connector 1b, then allows recycling both signals to determine the current flowing through the melting strip 2.
- the interfaces 12a and 12b cannot with one shown evaluation electronics are connected, which after receiving a signal Heating current through the lines denoted by 14 in Figures 3 and 4.
- the Layer structure of the heating element 9 can be seen from FIG. 3, namely the lower one Base layer 15 made of ceramic, the overlying heat conductor layer 13 made of platinum and the applied cover layer 16 made of ceramic, which for fixing the lines 14 to the the respective platinum conductor.
- This heating element 9 has a plate shape, which is why it is good on a flat surface Attach receptacle 5 and there in the embodiment shown here by Clamp spring 6 - 8 can be clamped.
- the melting strips form with the connecting pieces a flat metal structure. But you can also imagine non-flat parts that are electrically connected to each other. Instead of metals, such as copper sheets or silver sheets, you can also doped for individual components of the fuse element Introduce semiconductor elements or other electrically conductive materials.
- FIG. 5 there is another parallel to the melting strip 2a (above) Melting strips 2b (below) are arranged and each with the connecting pieces 1a and 1b connected. Only the lower melting strip 2b has the receiving piece 5 between two Fusible conductors, like the upper fusible conductors with 4a (left) and 4b (right) of the Recording piece 5 are designated. All fusible conductors 4a, 4b can be straight or curved bars with continuous, straight edges. In the embodiments shown here but semicircular recesses are made in the edges, through which there is a constriction 17 in each case.
- the arrangement of the melt strips 2a and 2b is that same as in the embodiment of FIG. 5.
- the lower melting strip 2b has but not even a receptacle 5 with heating element 9. Rather, the middle ones Areas of the two melting strips 2a and 2b by an additional, transverse to the Melting strip connecting piece 18 connected.
- This connector 18 has in this embodiment the receiving piece 5 with the heating element 9.
- the Function is corresponding, with the respective fusible conductor in the region of its constriction 17 melts first.
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Abstract
Beschrieben wird ein elektrisches Sicherungselement mit wenigstens einem Schmelzstreifen (2), der an beiden Enden mit Anschlußstücken (1a, 1b) mechanisch und elektrisch verbunden ist, wobei diese Teile (2, 1a, 1b) aus einem elektrisch leitenden Material bestehen. Zur Schaffung eines solchen Sicherungselementes, welches gegenüber bisherigen Abschalt- oder Sicherungssystemen preisgünstiger, leichter ist und eine variablere Funktion hat, sieht die Erfindung vor, daß wenigstens der eine Schmelzstreifen (2, 2a, 2b) wenigstens einen mit seinem einen äußeren Ende mit dem Anschlußstück (1a, 1b) und mit seinem anderen, gegenüberliegenden Ende mit einem Aufnahmestück (5) verbundenen Schmelzleiter (4a, 4b) aufweist, wobei das Aufnahmestück (5) mit mindestens einem Heizelement zur gesteuerten Erwärmung des Aufnahmestückes (5) verbunden ist. <IMAGE>
Description
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Sicherungselement mit wenigstens einem Schmelzstreifen,
der an beiden Enden mit Anschlußstücken mechanisch und elektrisch verbunden ist,
wobei diese Teile aus einem elektrisch leitenden Material bestehen.
Derartige Sicherungselemente sind bekannt und dienen unterschiedlichen Zwecken. Zum
Beispiel denkt man in der Automobilindustrie zunehmend über das Crash-Verhalten von
Fahrzeugen nach mit dem Ziel, Fahrzeuginsassen mehr oder weniger vor den direkten Folgen
eines Unfalles zu schützen. Unter anderem will man einen Fahrzeugbrand nach einer Kollision
oder einem anderweitig bedingten Defekt vermeiden. Ursächlich für einen solchen Brand kann
zum Beispiel ein abgequetschtes Kabel sein, das sogar noch bei der Betätigung von
Rettungsscheren abgequetscht werden und zur Funkenbildung führen kann. Daher ist man
bestrebt, wesentliche Teile einer elektrischen Anlage von der Energiequelle (der Batterie)
abzutrennen.
Es gibt bereits Systeme mit Sicherungselementen der eingangs genannten Art, mit welchen
die elektrische Verbindung zwischen Batterie und Bordnetz getrennt wird. Eine Art dieser
bekannten Systeme sind die Pyrocutter, die auf pyrotechnischen Treibsätzen basieren, welche
das Batteriekabel aus dem Kabelschuh treiben, Leitungen absprengen und dergleichen. Diese
Pyrocutter sind für den Benutzer des Fahrzeuges nicht reversibel, und sie können auch nicht
gewartet werden. Mit Nachteil besteht auch nicht die Möglichkeit, einen Notbetrieb
durchzuführen, d.h. eine Leitungsunterbrechung durch ein Notkabel zu überbrücken und den
Fahrbetrieb dadurch wieder aufzunehmen. Abgesehen von dem hohen Preis besitzt ein
Pyrocutter keine Variabilität in dem Sinne, daß ein solches System bei unterschiedlichen
Fahrzeugklassen austauschbar eingesetzt werden könnte. Pyrocutter funktionieren auch nur
und ausschließlich durch einen externen Impuls, schalten also nicht zusätzlich und unabhängig
von diesem externen Impuls bei Auftreten hoher Überströme. Nachteilig ist außer einer nicht
zu unterschreitenden Baugröße auch die Tatsache, daß zur Herstellung von Pyrocuttern
Sprengstoff verarbeitet werden muß. Dieser erfordert besondere Bedingungen im produzierenden
Betrieb (Sprengstoffbeauftragter, Bunker).
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein elektrisches Sicherungselement der eingangs
genannten Art zu schaffen, welches gegenüber bisherigen Abschalt- oder Sicherungssystemen
preisgünstiger, leichter ist und eine variablere Funktion hat.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß wenigstens der eine
Schmelzstreifen wenigstens einen mit seinem einen äußeren Ende mit dem Anschlußstück und
mit seinem anderen, gegenüberliegenden Ende mit einem Aufnahmestück verbundenen
Schmelzleiter aufweist, wobei das Aufnahmestück mit mindestens einem Heizelement zur
gesteuerten Erwärmung des Aufnahmestückes verbunden ist. Bei diesen Begriffen wird davon
ausgegangen, daß zwischen den Anschlußstücken im einfachsten Falle zum Beispiel ein
Schmelzstreifen angebracht ist, der im einfachsten Falle einen Schmelzleiter enthält. Bei zwei
hintereinandergeschalteten Schmelzleitern bilden diese den erwähnten Schmelzstreifen. An
einem Ende eines Schmelzleiters ist ein Aufnahmestück angebunden. Bei der einfachsten Form
ist also die Folge von dem ersten Anschlußstück zum zweiten gegenüberliegenden
Anschlußstück diejenige, daß sich an das erste Anschlußstück der Schmelzstreifen, sei es in
Form eines oder in Form zweier Schmelzleiter anschließt, sich an den Schmelzleiter das
Aufnahmestück anschließt und mit letzterem das zweite Anschlußstück verbunden ist. Im
normalen Betriebsfall fließt also der elektrische Strom von dem ersten Anschlußstück über den
(den Schmelzstreifen bildenden) Schmelzleiter, weiter über das Aufnahmestück und von
diesem in das gegenüberliegende Anschlußstück. Auf dem Aufnahmestück ist ein Heizelement
angebracht, welches in Wärmekontakt mit dem Aufnahmestück steht mit der Folge, daß bei
Erwärmen des Heizelementes das Aufnahmestück und die diesem benachbarten Teile des
Sicherungselementes erwärmt werden. Die Erwärmung des Heizelementes erfolgt gesteuert.
Damit ist gemeint, daß von einer nicht näher beschriebenen und auch nicht dargestellten
Auswerteelektronik an sich bekannter Art der Heizstrom in das Heizelement geschickt wird,
nachdem ein Signal die Auswerteelektronik zum Abgeben des Heizstromes veranlaßt hat.
Wenn der Fachmann die Lehre der neuen Erfindung befolgt, erkennt er beim Bau des neuen
Sicherungselementes, daß dieses nicht nur ein geringeres Gewicht hat und preisgünstiger ist,
mit Vorteil auch eine kleinere Baugröße hat, sondern vor allem variablere Funktionen hat.
Das neue Sicherungselement gemäß der Erfindung ist eine Sicherung mit sekundärer
Wärmequelle. Schaltet man das neue Sicherungselement zwischen den Pluspol einer
Energiequelle, zum Beispiel einer Fahrzeugbatterie, und eine Zuleitung, dann zeigt sich sogleich
der weitere Vorteil, daß sich der Übergangswiderstand zu dem bestehenden System nicht
erhöht. Der Widerstand des neuen Elementes geht gegen null. Das neue Sicherungselement
besitzt einen eigenständigen Schmelzleiter und funktioniert autark, d.h. es schaltet im
Kurzschlußfalle bei hohem Überlaststrom selbständig ab. Diese selbständige Funktion bleibt
auch bestehen, wenn das Heizelement nicht eingeschaltet bzw. nicht erwärmt wird.
Das neue Sicherungselement hat eine hohe Variabilität. Es läßt sich durch seinen Baukastencharakter
auf unterschiedliche Anwendungsfälle einstellen. In einem extremen Sonderfall
könnte durch Austauschen des Schmelzstreifens (man nimmt ein anderes Blech) ein
Sicherungselement von einem Anwendungsgebiet mit wenigen Verbrauchern zu einem solchen
mit vielen Verbrauchern einfach umgerüstet werden.
Durch den Einsatz des an dem Aufnahmestück angebrachten Heizelementes wird mit Vorteil
das Ansprechen des neuen Sicherungselementes erheblich beschleunigt. Versuche haben
gezeigt, daß im Vergleich zu normalen Abschaltzeiten bei Sicherungen von etwa 500
Sekunden erfindungsgemäß bei Einsatz des Heizelementes die Abschaltzeit auf 50 Sekunden
reduziert werden kann. Das an sich autark arbeitende Sicherungselement kann durch die
erfindungsgemäß neu eingesetzte Heizung im Bereich des Aufnahmestückes extern
angesteuert werden.
Der im Zusammenhang mit den bekannten Pyrocuttern beschriebene Notbetrieb läßt sich bei
dem neuen Sicherungselement gut durchführen. Es wird physikalisch im Auslösefalle nur das
Bauelement selbst zerstört, nicht die gesamte Baugruppe. Anstelle des neuen Sicherungselementes
kann für den Notbetrieb infolge der guten Zugänglichkeit eine Standardsicherung
eingesetzt werden.
Der Materialquerschnitt, durch welchen der elektrische Strom bei dem Sicherungselement
gemäß der Erfindung hindurchfließt, ist im Bereich des jeweiligen Schmelzleiters kleiner als am
Anschlußstück und auch kleiner als am Aufnahmestück. Durch das Heizelement wird das
Aufnahmestück auf höhere Temperatur gebracht, und man hat in den Bereichen geringeren
Querschnittes ein großes Temperaturgefälle gemessen und dann wunschgemäß auch dort das
Abschmelzen des Sicherungselementes festgestellt.
Sowohl bei Überlastströmen, wenn das neue Sicherungselement autark, d.h. ohne äußere
Signale und ohne Heizelement arbeitet, erfolgt das Abschalten durch die Grundfunktion
ungestört. Gleichwohl hat das neue Sicherungselement die Zusatzfunktion, daß das
Heizelement gesteuert erwärmt werden kann und unabhängig von der Grundfunktion
gegebenenfalls ein früheres Freischalten der Leitungen gewährleistet.
Das neue Sicherungselement läßt sich günstig bei unterbrechungsfreien Stromversorgungen
anwenden, zum Beispiel in Computeranlagen und auch in Kraftfahrzeugen. Insbesondere bei
langen, an einer Batterie angeschlossenen Leitungen hatte man früher das Problem, daß bei
einem Erdschluß nicht ein ausreichend hoher Kurzschlußstrom erzeugt wurde, um herkömmliche
Sicherungen zum Schalten zu bringen; gleichwohl floß aber genügend Strom, um
beispielsweise eine Leitung in Brand zu setzen. Zur Lösung dieser Probleme eignet sich das
neue Sicherungselement gemäß der Erfindung vorzüglich. Auch bei kleineren Strömen können
Stromleitungen jetzt freigeschaltet werden, zum Beispiel im Crash-Fall eines Fahrzeuges die
ganze Elektronik von der Batterie abgeschaltet werden, wenn ein Fehlersignal das Erwärmen
des Heizelementes veranlaßt, denn dann läßt sich das neue Sicherungselement früher
auslösen. Es können für neue Schutzkonzepte in der Automobilindustrie jetzt auch einzelne
Pfade des gesamten Versorgungssystems überwacht und bei Auftreten eines Fehlers auf diese
Weise abgeschaltet werden.
Bei vorteilhafter weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Schmelzstreifen wenigstens
zwei jeweils mit ihrem äußeren Ende mit einem Anschlußstück verbundene Schmelzleiter auf,
deren jeweils inneres Ende mit dem Aufnahmestück und dem Heizelement verbunden ist. Diese
Ausführungsform ist eine Weiterentwicklung der allgemeinen, vorstehend erläuterten Version.
Die Lehre der Erfindung kann bereits angewandt werden, wenn der Schmelzstreifen nur einen
Schmelzleiter hat, sofern letzterer über das Aufnahmestück mit dem Heizelement erwärmt
werden kann. Besonders vorteilhaft hat es sich weiterhin gezeigt, wenn der Schmelzstreifen
anstelle eines Schmelzleiters nun zwei Schmelzleiter hat, während auch eine größere Anzahl
Schmelzleiter denkbar wäre. Die zwei Schmelzleiter können symmetrisch auf beiden Seiten des
Aufnahmestückes angebracht sein, so daß die Erwärmung von innen, von dem Heizelement
über das Aufnahmestück zu dem auf jeder der beiden Seiten befindlichen Schmelzleiter hin
erfolgt. Durch diesen symmetrischen Aufbau hat man eine noch bessere Temperaturverteilung,
und man hat eine bessere Ausnutzung der Heizenergie, denn die von dem Heizelement
eingebrachte Wärme wirkt nur noch auf die Schmelzleiter. Dagegen konnte ohne besondere
Maßnahmen in dem allgemeinen ersten Falle mit dem nur einen einzigen Schmelzleiter die
Wärme von dem Aufnahmestück auf der dem Schmelzleiter abgewandten Seite in das
Anschlußstück fließen mit der möglichen Folge, daß die Abschalttemperatur erst etwas später
erreicht wird. Dieser Nachteil ist allerdings dann vermeidbar, wenn man eine Wärmebremse
zwischen dem Aufnahmestück und dem Anschlußstück anordnet, so daß die durch das
Heizelement erzeugte Wärme nicht ungehindert zu dem Anschlußstück entweichen kann.
Bei dem symmetrischen Aufbau mit der beidseitigen Anordnung von Schmelzleitern am
Aufnahmestück wirkt jeder Schmelzleiter wie eine Wärmebremse. Damit ist ein thermischer
Widerstand gemeint, eine Art Wärmebarriere.
Vorteilhaft ist es gemäß der Erfindung ferner, wenn wenigstens zwei Schmelzstreifen parallel
zueinander geschaltet und an zwei gegenüberliegende Anschlußstücke angeschlossen sind.
Mit diesen Maßnahmen ist eine Suboptimierung zu erreichen. Steht nämlich nur wenig
Wärmeenergie zur Verfügung und müssen dennoch große Ströme abgeschaltet werden, kann
der Stromfluß aufgeteilt werden, zum Beispiel hälftig, mit der Folge, daß der erste Teil des
Stromes durch den einen Schmelzstreifen mit zwischengeschaltetem Heizelement und der
andere Stromteil durch den anderen Schmelzstreifen fließt. Wird durch ein Fehlersignal die
Auswerteelektronik zur Abgabe eines Heizstromes veranlaßt, dann kann derjenige Schmelzstreifen
abschalten, in welchem das Heizelement eingebaut ist. Selbst wenn der Strom dann
insgesamt durch den anderen Schmelzstreifen fließt, schaltet dieser auch ab, denn er ist nicht
für die Aufnahme des Gesamtstromes ausgelegt. Der Ausschaltstrom kann somit auf die Hälfte
des Schmelzstromes ohne Heizelement gesenkt werden. Zweckmäßig ist es nach der Erfindung
auch, wenn nur ein Schmelzstreifen ein Aufnahmestück mit Heizelement aufweist. Wenn also
bei der Parallelschaltung von zwei Schmelzstreifen, die zum Beispiel je hälftig den Strom
übernehmen, nur einer der beiden Schmelzstreifen mit dem Heizelement verbunden ist, reicht
mit Vorteil die halbe Heizleistung für die Schaltauslösung. Man erhält dadurch einen
Verstärkungsfaktor. Der Schmelzstrom wird also auf die Hälfte reduziert.
Wenn erfindungsgemäß ferner wenigstens ein Schmelzleiter eine Engstelle hat, wird der
Charakter der Wärmebremse oder Wärmebarriere durch die Erhöhung des thermischen
Widerstandes infolge dieser Engstelle erhöht. Durch die Wärmebremsen kann der Effekt des
Heizelementes vergrößert und das Ansprechen des erfindungsgemäßen Sicherungselementes
beschleunigt werden.
Man könnte auch in einem oder beiden Anschlußstücken eine solche Wärmebremse
integrieren. Das könnte man beispielsweise durch Anbringen eines Loches oder einer
Ausnehmung erwirken. Im Effekt erhält man diese Engstellen bzw. Wärmebremsen durch
Verringerung des Querschnittes, durch welchen der Strom zu fließen hat. Je nach Anwendungsfall
kann man die Zustände optimieren, so daß ausreichend Strom durch das
Sicherungselement fließt, gleichwohl an der Engstelle aber der Wärmefluß in dem gewünschten
Ausmaß gebremst wird. Der Schmelzleiter kann bei einer alternativen Ausführungsform
auch mit einem Diffusionsmittel versehen sein, zum Beispiel in Form einer Lötperle.
Weiterhin ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement durch Reibschweißen
und/oder Kleben und/oder Löten und/oder Crimpen und/oder Druckfügen und/oder
Nieten auf dem Aufnahmestück befestigt ist. Mit derartigen, an sich bekannten Verfahren läßt
sich das Heizelement einfach und effektiv so auf dem Aufnahmestück anbringen, daß sich ein
guter Wärmekontakt ergibt. Diese Befestigungsmethoden und -materialien verhindern ein
Auftragen, so daß das Gesamtvolumen des Heizelementes klein gehalten werden kann. Auch
ist der Aufwand gering und technisch gut beherrschbar.
Eine andere günstige Ausführungsform ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das
Aufnahmestück U-förmig zu einer Klemmfeder derart gebogen ist, daß das Heizelement
zwischen den Schenkeln der Klemmfeder des Aufnahmestückes festklemmbar ist. Der
Schmelzstreifen mit angesetztem Aufnahmestück läßt sich zum Beispiel einfach durch
Ausstanzen aus einem ausgesuchten Blech herstellen. Wählt man die Stanzform dann so, daß
das Aufnahmestück länger als ein Maß des Heizelementes ist, dann kann man das Heizelement
durch Umfalten des Aufnahmestückes praktisch in dieses "einwickeln". Das Aufnahmestück
kann U-förmig so gebogen werden, daß die beiden Schenkel des U klemmend gegeneinanderdrücken.
Ein Heizelement läßt sich auf diese Weise gut in eine solche Feder einklemmen
und festhalten. Günstig kann es auch sein, wenn man zusätzlich zu der Klemmverbindung in
der eben beschriebenen Weise Klebstoff, Lötmaterialien und dergleichen zum Festhalten des
Heizelementes an dem Aufnahmestück verwendet. Durch eine richtige Materialauswahl kann
der Wärmewiderstand zwischen Heizelement und Aufnahmestück weit herabgesetzt werden.
Wichtig ist das Erzielen eines möglichst geringen Wärmeübergangswiderstandes zwischen
Heizelement und Aufnahmestück, wobei die Kontaktart möglichst formschlüssig sein soll.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn erfindungsgemäß das Heizelement plattenförmig ist
und einen Schichtenaufbau hat mit einer Basisschicht aus Keramik, mit einer elektrisch
erwärmbaren Heizleiterschicht aus Platin und einer Abdeckschicht aus Keramik. Auf eine
Basisschicht aus Keramik kann eine Platinplatte aufgelegt werden, aus der mittels Laserstrahlen
Bereiche so herausgebrannt werden, daß eine Art Platinheizwendel entsteht. Es
versteht sich, daß das eine Ende dieser Wendel mit dem Zuführdraht und das andere mit dem
Abführdraht für elektrischen Strom verbunden wird. Dieser Heizstrom wird von einer
Auswerteelektronik geliefert, welche ein Signal auswertet und die Abgabe des Heizstromes
besorgt.
Das ausgewertete Signal kann aus beliebigen physikalischen Größen abgeleitet werden. Es
kann zum Beispiel aus dem Heizelement selbst kommen. Durch den Stromfluß durch das
Sicherungselement erwärmt sich das Aufnahmestück und mithin das Heizelement. Greift man
an den Anschluß- bzw. Versorgungsdrähten des Heizelementes eine entsprechende Spannung
ab, die zum Beispiel auf einen Stromfluß durch das Sicherungselement geeicht ist, dann kann
man bei Überschreiten eines bestimmten Stromflusses bereits die Auswerteelektronik zur
Abgabe des Zusatzstromes für das Heizelement veranlassen. Die Folge ist ein beschleunigtes
Abschalten des Sicherungselementes. Das Heizelement bei der erfindungsgemäßen Sicherung
kann also auch als Informationsgeber verwendet werden, um durch Strom- und/oder
Temperaturinformationen dem Benutzer - mit Hilfe des Heizelementes - anzusagen, welcher
Strom zwischen den Anschlußstücken fließt.
Bei einem Kraftfahrzeug können maximale Ströme für bestimmte Verbraucher festgelegt
werden, die nicht überschritten werden dürfen, anderenfalls das Sicherungselement gemäß der
Erfindung auslösen sollen. Das Sicherungselement kann in seiner Grundfunktion einen
Auslösestrom benötigen, der größer als ein Fehlerstrom sein kann. Eine herkömmliche
Sicherung würde dann bei Auftreten nur des Fehlersignals oder eines nur kleinen Überstromes
nicht auslösen. Durch das Fehlersignal, weiches die Auswerteelektronik zum Auslösen des
Heizstromes veranlaßt, wird aber mit Vorteil erfindungsgemäß für den Einsatz der Zusatzfunktion
gesorgt, damit das System freigeschaltet wird.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit den
anliegenden Zeichnungen. Diese zeigen:
- Figur 1
- die Draufsicht auf den Schmelzstreifen mit zwei Anschlußstücken für ein elektrisches Sicherungselement gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
- Figur 2
- eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II der Figur 1,
- Figur 3
- im Querschnitt den Schichtenaufbau einer besonderen Ausführungsform eines Heizelementes,
- Figur 4
- eine Draufsicht auf das Heizelement gemäß Figur 3, wenn man dort von oben nach unten blickt,
- Figur 5
- eine ähnliche Ansicht wie Figur 1, jedoch von einer anderen Ausführungsform, bei welcher zwischen zwei Anschlußstücken zwei parallel zueinander liegende (elektrisch geschaltete) Schmelzstreifen angeordnet sind, und
- Figur 6
- eine ähnliche Ansicht wie Figur 5, jedoch von einer weiteren anderen Ausführungsform, bei welcher das Aufnahmestück nicht in einem der zwei parallelgeschalteten Schmelzstreifen sondern dazwischen angeordnet ist, nämlich auf einem Verbindungsstück zwischen den zwei parallelen Schmelzstreifen.
Die äußeren Funktionsteile eines elektrischen Sicherungselementes sind die Anschlußstücke
1a, 1b, die in Draufsicht in den Figuren 1, 5 und 6 dargestellt sind. Dazwischen befindet sich
bei der Ausführungsform der Figur 1 ein einziger Schmelzstreifen 2, während sich bei den
Ausführungsformen nach den Figuren 5 und 6 jeweils zwei Schmelzstreifen 2a und 2b
dazwischen befinden. Die Länge jedes Schmelzstreifens, 2, 2a, 2b ist gleich dem Abstand der
geraden Kanten 3 der beiden Anschlußstücke 1a, 1b voneinander.
Bei der Ausführungsform der Figur 1 weist der Schmelzstreifen 2 zwei Schmelzleiter 4a, 4b
auf. Dazwischen ist ein Aufnahmestück 5 angeordnet, welches gemäß der Querschnittsansicht
der Figur 2 U-förmig gebogen ist. Der untere Schenkel des U ist mit 6 und der obere mit 7
bezeichnet. Beide Schenkel 6, 7 bilden durch den entsprechend scharf gebogenen Steg 8 eine
Klemmfeder.
Von der offenen Seite dieser Klemmfeder 6 - 8 ist ein Heizelement 9 eingelegt und zwischen
den Schenkeln 6 und 7 des Aufnahmestückes 5 festgeklemmt. Etwa zusätzlich verwendeter
Kleber oder Lotmaterial zur weiteren Verringerung des Wärmewiderstandes ist nicht
dargestellt. An den Anschlußstellen 10a und 10b sind über Verbindungsleitungen Schnittstellen
11a und 11b vorgesehen. Die in den Figuren 1, 5 und 6 dazwischen gezeigten
Schnittstellen 12a und 12b sind mit der mit 13 bezeichneten Heizleiterschicht verbunden.
Benutzt man das Heizelement 9 als Temperaturfühler einerseits und mißt man zwischen den
Schnittstellen 11a und 11b andererseits den Spannungsfall beim Betrieb, wenn Strom von dem
einen Anschlußstück 1a zu dem anderen Anschlußstück 1b fließt, dann erlaubt die Verwertung
beider Signale, den durch den Schmelzstreifen 2 fließenden Strom festzustellen.
Bei einem anderen Anwendungsfall können die Schnittstellen 12a und 12b mit einer nicht
gezeigten Auswerteelektronik verbunden sein, welche nach Empfang eines Signales einen
Heizstrom durch die in den Figuren 3 und 4 mit 14 bezeichneten Leitungen führt. Der
Schichtenaufbau des Heizelementes 9 ist aus Figur 3 zu erkennen, nämlich die untere
Basisschicht 15 aus Keramik, die darüber befindliche Heizleiterschicht 13 aus Platin und die
aufgelegte Abdeckschicht 16 aus Keramik, welche für die Fixierung der Leitungen 14 an dem
jeweiligen Platinleiter sorgt.
Dieses Heizelement 9 hat Plattenform, weshalb es sich gut auf einer ebenen Fläche des
Aufnahmestückes 5 anbringen und sich dort bei der hier gezeigten Ausführungsform durch die
Klemmfeder 6 - 8 festklemmen läßt.
Bei der hier gezeigten Ausführungsform bilden die Schmelzstreifen mit den Anschlußstücken
einen flächigen Aufbau aus Metall. Man kann sich aber auch nicht-flächige Teile vorstellen, die
elektrisch miteinander verbunden sind. Anstelle von Metallen, wie zum Beispiel Kupferblechen
oder Silberblechen, kann man sich für einzelne Bauteile des Sicherungselementes auch dotierte
Halbleiterelemente oder andere elektrisch leitende Materialien vorstellen.
Bei der Ausführungsform der Figur 5 ist parallel zu dem Schmelzstreifen 2a (oben) ein weiterer
Schmelzstreifen 2b (unten) angeordnet und jeweils mit den Anschlußstücken 1a und 1b
verbunden. Nur der untere Schmelzstreifen 2b hat das Aufnahmestück 5 zwischen zwei
Schmelzleitern, die ebenso wie die oberen Schmelzleiter mit 4a (links) und 4b (rechts) des
Aufnahmestückes 5 bezeichnet sind. Zwar können alle Schmelzleiter 4a, 4b gerade oder
gebogene Stege mit durchgehenden, geraden Kanten sein. Bei den hier gezeigten Ausführungsformen
sind in den Kanten aber halbkreisförmige Ausnehmungen eingebracht, durch welche
sich jeweils eine Engstelle 17 ergibt.
Bei der Ausführungsform der Figur 6b ist die Anordnung der Schmelzstreifen 2a und 2b die
gleiche wie bei der Ausführungsform der Figur 5. Der untere Schmelzstreifen 2b weist
allerdings selbst nicht ein Aufnahmestück 5 mit Heizelement 9 auf. Vielmehr sind die mittleren
Bereiche der beiden Schmelzstreifen 2a und 2b durch ein zusätzliches, quer zu den
Schmelzstreifen verlaufendes Verbindungsstück 18 verbunden. Dieses Verbindungsstück 18
weist bei dieser Ausführungsform das Aufnahmestück 5 mit dem Heizelement 9 auf. Die
Funktion ist entsprechend, wobei der jeweilige Schmelzleiter im Bereich seiner Engstelle 17
zuerst aufschmilzt.
Claims (8)
- Elektrisches Sicherungselement mit wenigstens einem Schmelzstreifen (2), der an beiden Enden mit Anschlußstücken (1a, 1b) mechanisch und elektrisch verbunden ist, wobei diese Teile (2, 1a, 1b) aus einem elektrisch leitenden Material bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der eine Schmelzstreifen (2, 2a, 2b) wenigstens einen mit seinem einen äußeren Ende mit dem Anschlußstück (1a, 1b) und mit seinem anderen, gegenüberliegenden Ende mit einem Aufnahmestück (5) verbundenen Schmelzleiter (4a, 4b) aufweist, wobei das Aufnahmestück (5) mit mindestens einem Heizelement (9) zur gesteuerten Erwärmung des Aufnahmestückes (5) verbunden ist.
- Sicherungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzstreifen (2) wenigstens zwei jeweils mit seinem äußeren Ende mit einem Anschlußstück (1a, 1b) verbundene Schmelzleiter (4a, 4b) aufweist, deren jeweils inneres Ende mit dem Aufnahmestück (5) und dem Heizelement (9) verbunden ist.
- Sicherungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Schmelzstreifen (2a, 2b) parallel zueinander geschaltet und an zwei gegenüberliegende Anschlußstücke (1a, 1b) angeschlossen sind.
- Sicherungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Schmelzstreifen (2b) ein Aufnahmestück (5) mit Heizelement (9) aufweist.
- Sicherungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Schmelzleiter (4a, 4b) eine Engstelle (17) hat.
- Sicherungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (9) durch Reibschweißen und/oder Kleben und/oder Löten und/oder Crimpen und/oder Druckfügen und/oder Nieten auf dem Aufnahmestück (5) befestigt ist.
- Sicherungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufnahmestück (5) U-förmig zu einer Klemmfeder (6, 7, 8) derart gebogen ist, daß das Heizelement (9) zwischen den Schenkeln (6, 7) der Klemmfeder (6 - 8) des Aufnahmestückes (5) festklemmbar ist.
- Sicherungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (9) plattenförmig ist und einen Schichtenaufbau hat mit einer Basisschicht (15) aus Keramik, mit einer elektrisch erwärmbaren Heizleiterschicht (13) aus Platin und mit einer Abdeckschicht (16) aus Keramik.
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