EP1433190B1 - Element de fusible et son procede de fabrication - Google Patents

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EP1433190B1
EP1433190B1 EP02760023A EP02760023A EP1433190B1 EP 1433190 B1 EP1433190 B1 EP 1433190B1 EP 02760023 A EP02760023 A EP 02760023A EP 02760023 A EP02760023 A EP 02760023A EP 1433190 B1 EP1433190 B1 EP 1433190B1
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EP
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melting point
fuse element
high melting
silver
central
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Brian Ely
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    • H—ELECTRICITY
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    • 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
    • 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
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    • H01H85/05—Component parts thereof
    • H01H85/055—Fusible members
    • H01H85/06—Fusible members characterised by the fusible material

Definitions

  • the present invention relates to fuse technology. It relates more particularly to a fuse element flat - or wafer - intended, in particular, to react to low current overloads but long.
  • the invention also relates to a method of manufacturing such a fuse element.
  • the plate comprises, in series, a plurality of central portions each disposed between two lateral portions.
  • the central portion consists of a low melting point core and a high melting point sheath surrounding the core.
  • the core consists of a low melting strand bundle and a high melting point die surrounding the strands.
  • the method according to the invention is characterized in that the parts of the fuse element are formed and joined by rolling.
  • the central portion can either come from a sheathed wire having a low melting point core surrounded by a high melting point sheath, or from a composite wire formed of a bundle of low strands. melting point embedded in a high melting point matrix.
  • FIG. 1 shows, at 10, a fuse element in the form of a thin elongate wafer having, typically, a length of 10 to 100 mm, a width of 2 to 15 mm and a thickness of 0.02 to 0.5 mm.
  • This plate generally comprises, conventionally, notches or holes which reduce the section so as to optimize the short circuit function of the fuse.
  • the side portions 14 are made of a metal having good electrical conductivity and a high melting point, such as copper and silver.
  • the central portion 12 consists of a core 16, roughly rectangular section, and a sheath 18 surrounding the core. It occupies 15 to 60% by weight of the central portion 12, the sheath 18 thus occupying 40 to 85%.
  • the core 16 is essentially formed of a low melting point metal, preferably tin. As an indication, it may be a tin-silver alloy or tin-zinc comprising 80 to 98% tin.
  • Sheath 18 is essentially formed of a metal having good electrical conductivity and a high melting point, such as copper and silver.
  • the plate 10 always comprises a central portion 12 and two side portions 14. These are identical to those of the embodiment of the figure 1 but the central portion 12 consists of a bundle of strands 20 with a low melting point distributed in a matrix 22 with a high melting point.
  • the strands 20 occupy 15 to 60% by weight of the central portion 12, the matrix 22 thus occupying 40 to 85%.
  • the strands 20 are of the same nature as the core 16 and the matrix 22 of the same nature as the sheath 18.
  • the two side parts are made of copper, while the high melting portion of the central portion is made of silver.
  • the manufacture of the fuse element described above uses rolling techniques well known to those skilled in the art. It will therefore suffice to indicate that one starts from two strips of copper or silver intended to constitute the lateral parts 14 and, to make the central part 12, either of a sheathed wire having a tin core surrounded by a sheath of silver or copper, or a composite wire formed of a bundle of tin strands embedded in a matrix of silver or copper.
  • the rolling then makes it possible to weld the two strips and the wire by crushing them and then to roll them up to the required thickness.
  • the strip resulting from these operations is finally cut in the direction of its width to obtain the plates as shown in the figures.
  • the laminated structure has copper on the outside and silver on the inside, it is interesting to note that at their junction with the central silver portion 12, the two copper side portions 14 have convex ends. . This simply results from the fact that the silver of the central part is less hard than the copper or the silver of the lateral parts. When rolling, they encroach on the central part.
  • FIG. 3 shows a wafer 10 'according to the invention comprising several central parts 12, three in the embodiment shown, each inserted between two side portions 14.
  • the central portions 12 may be constituted either as shown in FIG. figure 3 , a core 16 and a sheath 18 surrounding it is, as shown on the figure 2 , a bundle of strands 20 distributed in a matrix 22.
  • Such a structure may be preferred for certain applications, in particular because it allows a faster response to overloads.

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  • Fuses (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Description

  • La présente invention se rapporte à la technologie des fusibles. Elle concerne, plus particulièrement, un élément de fusible plat - ou en plaquette - destiné, notamment, à réagir à des surcharges de courant faibles mais de longue durée. L'invention concerne aussi un procédé de fabrication d'un tel élément de fusible.
  • Il est connu, pour réaliser ce type de fusible, de déposer une parcelle d'un métal à bas point de fusion, tel que l'étain, désignée par l'expression "point M", au centre d'un ruban d'argent qui réagit, de manière classique aux fortes surcharges de courant (courts-circuits) mais reste insensible aux faibles surcharges de longue durée.
  • Lorsqu'un courant de faible surcharge circule dans le ruban d'argent pendant une durée importante, sa température s'élève progressivement jusqu'à faire fondre la parcelle d'étain. L'alliage de l'argent et de l'étain produit un eutectique ayant un point de fusion beaucoup plus faible que l'argent mais une résistance électrique suffisante pour provoquer la fusion du ruban à cet endroit. Typiquement, cette structure "point M" permet que la fusion intervienne à une température de 200 à 300 °C, alors que la température de fusion normale de l'argent est de 962 °C.
  • Les documents BE667917 , CH 587 559 , US 4 134 094 et GB 2 120 027 , par exemple, décrivent des réalisations de ce type.
  • La présente invention a pour but de fournir une structure d'élément de fusible en plaquette qui, notamment, améliore l'efficacité de l'effet du "point M" et simplifie fortement sa fabrication.
  • Pour atteindre ce but, l'élément de fusible selon l'invention est constitué d'une plaquette comportant au moins trois parties coplanaires et de même épaisseur réunies par soudage, à savoir:
    • une partie métallique centrale comportant une portion à point de fusion élevé et une portion à bas point de fusion noyée dans la portion à point de fusion élevé, et
    • deux parties métalliques latérales à point de fusion élevé.
  • Il peut être avantageux d'adopter une structure dans laquelle la plaquette comporte, en série, une pluralité de parties centrales disposées chacune entre deux parties latérales.
  • Dans une première forme de réalisation avantageuse, la partie centrale est constituée d'un noyau à bas point de fusion et d'une gaine à point de fusion élevé entourant le noyau.
  • Dans une deuxième forme de réalisation avantageuse, la partie centrale est constituée d'un faisceau de brins à bas point de fusion et d'une matrice à point de fusion élevée entourant les brins.
  • L'élément de fusible selon l'invention comporte encore les principales caractéristiques suivantes:
    • la portion à bas point de fusion de la partie centrale comporte essentiellement de l'étain;
    • la portion à bas point de fusion est un alliage étain-argent ou étain-zinc comprenant de 80 à 98% d'étain;
    • la portion à bas point de fusion occupe de 15 à 60% en poids de la partie centrale;
    • la portion à point de fusion élevé de la partie centrale est en cuivre ou en argent;
    • les parties latérales sont en cuivre ou en argent; et
    • de façon particulièrement avantageuse, les parties latérales sont en cuivre et la portion à point de fusion élevé de la partie centrale est en argent.
  • Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que les parties de l'élément de fusible sont formées et réunies par laminage.
  • De manière avantageuse, la partie centrale peut soit provenir d'un fil gainé possédant une âme à bas point de fusion entourée d'une gaine à point de fusion élevé, soit provenir d'un fil composite formé d'un faisceau de brins à bas point de fusion noyés dans une matrice à point de fusion élevé.
  • D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard du dessin annexé, dans lequel :
    • les figures 1 et 2 représentent deux modes de réalisation de l'élément de fusible, et
    • la figure 3 représente un élément de fusible à plusieurs parties centrales.
  • On se référera, tout d'abord, à la figure 1 qui montre, en 10, un élément de fusible se présentant sous la forme d'une mince plaquette allongée ayant, typiquement, une longueur de 10 à 100 mm, une largeur de 2 à 15 mm et une épaisseur de 0.02 à 0.5 mm. Cette plaquette comporte généralement, de manière classique, des encoches ou des trous qui en réduisent la section de façon à optimiser la fonction court-circuit du fusible.
  • La plaquette 10, découpée dans une bande, comporte trois parties coplanaires, juxtaposées dans le sens de sa longueur et réunies par soudage, à savoir:
    • une partie centrale 12 ayant, typiquement, une longueur de 2 à 10 mm, et
    • deux parties latérales 14.
  • Les parties latérales 14 sont réalisées en un métal présentant une bonne conductivité électrique et un point de fusion élevé, tel que le cuivre et l'argent.
  • Dans le mode de réalisation de la figure 1, la partie centrale 12 est constituée d'un noyau 16, à section grossièrement rectangulaire, et d'une gaine 18 entourant le noyau. Celui-ci occupe 15 à 60 % en poids de la partie centrale 12, la gaine 18 en occupant donc 40 à 85 %.
  • Le noyau 16 est essentiellement formé d'un métal à bas point de fusion, avantageusement de l'étain. A titre indicatif, il peut s'agir d'un alliage étain-argent ou étain-zinc comprenant de 80 à 98% d'étain.
  • La gaine 18 est essentiellement formée d'un métal présentant une bonne conductivité électrique et un point de fusion élevé, tel que le cuivre et l'argent.
  • Selon le mode de réalisation représenté à la figure 2, la plaquette 10 comporte toujours une partie centrale 12 et deux parties latérales 14. Celles-ci sont identiques à celles de la réalisation de la figure 1, mais la partie centrale 12 est constituée d'un faisceau de brins 20 à bas point de fusion répartis dans une matrice 22 à point de fusion élevé.
  • Les brins 20 occupent 15 à 60 % en poids de la partie centrale 12, la matrice 22 en occupant donc 40 à 85 %.
  • Les brins 20 sont de même nature que le noyau 16 et la matrice 22 de même nature que la gaine 18.
  • Ainsi est réalisé, selon deux modes différents illustrés par les figures 1 et 2, un élément de fusible dans lequel le "point M" est intimement intégré dans sa portion en cuivre ou argent sensible aux fortes surcharges de courant.
  • On notera que, selon un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, les deux parties latérales sont en cuivre, alors que la portion à point de fusion élevé de la partie centrale est en argent
  • Grâce à cette structure qui augmente considérablement les surfaces de contact entre l'étain et l'argent ou le cuivre, la formation de l'eutectique à bas point de fusion intervient plus rapidement que dans le cas des structures de l'art antérieur, utilisant une parcelle d'étain simplement déposée sur le fusible. L'efficacité du "point M" s'en trouve fortement améliorée. La quantité de matière nécessaire est donc réduite, ce qui abaisse le prix de revient du fusible. De plus, l'élément sensible ne comportant plus la bosse que constitue la parcelle d'étain, il est plus facile à manipuler.
  • La fabrication de l'élément de fusible décrit ci-dessus fait appel aux techniques de laminage, bien connues de l'homme de métier. On se contentera donc d'indiquer que l'on part de deux bandes de cuivre ou d'argent destinées à constituer les parties latérales 14 et, pour réaliser la partie centrale 12, soit d'un fil gainé possédant une âme en étain entourée d'une gaine d'argent ou de cuivre, soit d'un fil composite formé d'un faisceau de brins d'étain noyés dans une matrice d'argent ou de cuivre. Le laminage permet alors de souder les deux bandes et le fil en les écrasant puis de les laminer jusqu'à l'épaisseur demandée. La bande qui résulte de ces opérations est finalement découpée dans le sens de sa largeur pour obtenir les plaquettes telles que représentées sur les figures.
  • Lorsque la structure laminée comporte du cuivre à l'extérieur et de l'argent à l'intérieur, il est intéressant de noter qu'à leur jonction avec la partie centrale en argent 12, les deux parties latérales en cuivre 14 ont des extrémités convexes. Cela résulte simplement du fait que l'argent de la partie centrale est moins dur que le cuivre ou l'argent des parties latérales. Lors du laminage, celles-ci empiètent donc sur la partie centrale.
  • On se référera, pour terminer, à la figure 3 qui montre une plaquette 10' selon l'invention comportant plusieurs parties centrales 12, au nombre de trois dans le mode de réalisation représenté, insérées chacune entre deux parties latérales 14. Les parties centrales 12 peuvent être constituées soit, comme montré sur la figure 3, d'un noyau 16 et d'une gaine 18 l'entourant soit, comme montré sur la figure 2, d'un faisceau de brins 20 répartis dans une matrice 22. Une telle structure peut être préférée pour certaines applications, notamment du fait qu'elle permet une réponse plus rapide aux surcharges.

Claims (13)

  1. Elément de fusible constitué d'une plaquette (10, 10') comportant, au moins, trois parties (12,14) coplanaires et de même épaisseur réunies par soudage, à savoir :
    - une partie métallique centrale (12) comportant une portion à point de fusion élevé et une portion (16) à bas point de fusion noyée dans la portion (18) à point de fusion élevé, caractérisé en ce qu'il comporte deux parties métalliques latérales (14) à point de fusion élevé.
  2. Elément de fusible selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite plaquette (10') comporte, en série, une pluralité de parties centrales (12) et une pluralité de parties latérales (14) entourant lesdites parties centrales.
  3. Elément de fusible selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la partie centrale (12) est constituée d'un noyau (16) à bas point de fusion et d'une gaine (18) à point de fusion élevé entourant ledit noyau.
  4. Elément de fusible selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la partie centrale (12) est constituée d'un faisceau de brins (20) à bas point de fusion et d'une matrice (22) à point de fusion élevé entourant lesdits brins.
  5. Elément de fusible selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la portion à bas point de fusion de la partie centrale (12) comporte essentiellement de l'étain.
  6. Elément de fusible selon la revendication 5, caractérisé en la portion à bas point de fusion est un alliage étain-argent ou étain-zinc comprenant 80 à 98% d'étain.
  7. Elément de fusible selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la portion à bas point de fusion occupe 15 à 60% en poids de la partie centrale (12).
  8. Elément de fusible selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la portion à point de fusion élevé de la partie centrale (12) est en cuivre ou en argent.
  9. Elément de fusible selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les parties latérales (14) sont en cuivre ou en argent.
  10. Elément de fusible selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les parties latérales (14) sont en cuivre et la portion à point de fusion élevé de la partie centrale (12) est en argent.
  11. Procédé de réalisation de l'élément de fusible selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ses parties (12,14) sont formées et réunies par laminage.
  12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la partie centrale (12) provient d'un fil gainé possédant une âme à bas point de fusion entourée d'une gaine à point de fusion élevé.
  13. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la partie centrale (12) provient d'un fil composite formé d'un faisceau de brins à bas point de fusion noyés dans une matrice à point de fusion élevé.
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