EP1455375B1 - Schmelzsicherungsbauelement mit einer temporär quasi-hermetischen Abdichtung des Innenraums - Google Patents

Schmelzsicherungsbauelement mit einer temporär quasi-hermetischen Abdichtung des Innenraums Download PDF

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EP1455375B1
EP1455375B1 EP03004735A EP03004735A EP1455375B1 EP 1455375 B1 EP1455375 B1 EP 1455375B1 EP 03004735 A EP03004735 A EP 03004735A EP 03004735 A EP03004735 A EP 03004735A EP 1455375 B1 EP1455375 B1 EP 1455375B1
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EP
European Patent Office
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tube
interior
fuse element
fusible conductor
sealing element
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Frank Althoff
Werner Barz
Andreas Baus
André Jöllenbeck
Peter PÖSSNICKER
Uwe RÖDER
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Wickmann Werke GmbH
Original Assignee
Wickmann Werke GmbH
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Priority to JP2004057045A priority patent/JP3970854B2/ja
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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
    • H01H85/041—Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges characterised by the type
    • H01H85/0411—Miniature fuses
    • H01H85/0415—Miniature fuses cartridge type
    • H01H85/0418—Miniature fuses cartridge type with ferrule type end contacts
    • 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
    • H01H85/143—Electrical contacts; Fastening fusible members to such contacts
    • H01H85/157—Ferrule-end contacts

Definitions

  • the invention relates to a fuse element with a fusible conductor which extends in an interior of a cylindrical tube of an electrical insulator between two end faces of the tube, wherein two end caps of an electrically conductive material are applied to the two ends of the tube such that an electrical contact is made to the fusible conductor, wherein the fusible conductor comprises a wire, which is guided around the front sides of the interior of the tube.
  • Fuse components of the type mentioned have long been known.
  • the cylindrical tube consists of a ceramic material and has a circular cylindrical interior and a square outer contour with rounded edges.
  • the fusible conductor is a wire extending diagonally in the interior so as to contact the walls of the tube only at the ends.
  • the wire of the fusible conductor is guided around the ends of the tube at the two ends, with the ends of the fusible conductor wire resting on the outer walls of the tube.
  • metallic end caps are placed on the two ends of the tube.
  • the end caps may, for example, be made of elastic material and pressed onto the ends of the tube, wherein the pressing not only for a tight fit of the end caps, but also provides for the electrical contact to the fusible link.
  • the metal caps can also be glued to the ends of the tube or soldered to them after appropriate preparation of the surface of the outer wall of the tube. A number of techniques are known for applying the end caps, the ensure both a tight fit of the caps as well as a good electrical contact with the fuse element.
  • the caps are applied to the ends of the tube so that the interior is hermetically sealed.
  • the interior may be filled with air, with a special gas mixture (for example, nitrogen) under normal pressure or reduced pressure or may also contain a vacuum.
  • a special gas mixture for example, nitrogen
  • Fuses with a fusible conductor which extends in an interior of a cylindrical tube made of an electrical insulator between two end faces of the tube are, for example, from U.S. Patents 4,158,187 and 4,656,453 known. Two end caps made of an electrically conductive material are applied to the two ends of the tube, that an electrical contact is made to the fusible link.
  • the fusible conductor comprises a wire which is guided around the end faces from the interior of the tube.
  • a heat-resistant elastomer element is introduced, whose cross section is at least as large as the cross section of the tube, and has the task to distribute the forces arising during pressing of the end cap evenly over the entire edge of the tube .
  • U.S. Patent 4,656,453 the fusible conductor inside the interior is connected to the end caps.
  • elastic plugs are pressed into the ends of the interior of the tube. They have an arc-suppressing function, which should be based on the fact that they are when the ends of the fusible conductor have been melted from the arc into the elastic plugs, these ends are sheathed by closing the formed void so that the arc extinguishes.
  • an arc generally forms.
  • the pulse-like energy supply due to the arc heats the optionally present in the interior of the gas and the vaporizing materials by melting.
  • the energy supplied via the arc leads to a sudden, sudden increase in the gas pressure in the interior of the fuse component.
  • This pressure pulse acts on the arc extinguishing and is therefore desirable.
  • a disadvantage of a fuse element with a hermetically sealed interior that the increase in pressure in the interior is also generated when the fuse component, for example, during an assembly process, is heated from the outside. Such heating occurs, for example, during soldering of an SMD fuse component.
  • the pressure increase in the interior of the tube associated with such a heating leads to an undesirable loading of the fuse component and can lead to damage of the component under extreme installation conditions.
  • the object of the invention is to provide an easily manufacturable fuse element, which has the advantage of sudden pressure increase in the case of severing the fusible conductor with a higher reliability of the device when heating during component assembly connects.
  • a fuse element with the features of claim 1.
  • at least one elastic sealing element is introduced at both ends of the tube in a space between the respective cap base and the end face of the tube and / or in a part of the adjoining to the end face of the tube, that the Sealing element is pressed against the end face and / or to the inner wall of the tube, wherein the wire of the fusible conductor is pressed by the sealing member to the end or the inner wall, that due to the deformation of the elastic sealing member between the gas-filled interior of the tube and the outer Environment of the fuse element pressure equalization channels remain of such a small cross-section that pressure changes in the interior are compensated only very slowly, so that a sudden increase in pressure in the interior, as he surrendered due to an arc t, can act on the arc extinguishing.
  • the fuse element With sudden pressure increases within a short time, the fuse element temporarily (temporarily) behaves as if the interior would be hermetically sealed. This should be referred to in the context of this description as a temporary quasihermetician seal the interior.
  • the effective cross-sectional area and the length of the pressure equalization channel or channels between the interior and the external environment are to be dimensioned in dependence on the volume of the interior and the temperature gradients occurring during assembly so that a predetermined maximum pressure increase in the interior is not exceeded during assembly. This results in minimum cross sections and maximum lengths of the pressure equalization channels.
  • the pressure equalization channels should be small enough so that the desired erratic pressure rise in the shutdown is degraded so slowly that he can still act deleting the arc.
  • the system of gas-filled interior and gas-flow pressure equalization channels shows when imprinting a sudden change in pressure in the interior compensation operations that can be modeled in electrical analogy approximately as a low-pass behavior.
  • the result is a time constant of an approximation of a low-pass first order, which can be derived from the exponentially declining pressure in the interior.
  • the fuse element is to be dimensioned so that the time constant of a reduction of sudden changes in the differential pressure between the interior and the external environment in the order of between 10 -2 and 10 2 seconds. With such a preferred dimensioning, the temperature gradients of, for example, 2 Kelvin per second occurring during SMD assembly operations will only cause acceptably low pressure increases in the interior.
  • the sealing elements in each end cap each comprise a platelet-shaped sealing element inserted in the cap base with a shape adapted to the outer cross-section of the tube.
  • These sealing elements are pressed by the caps on the front side of the tubes, wherein the fuse wire between the pressed plate and the end side is passed so that due to the elastic deformation of the inserted plate-shaped sealing element remains a very small pressure equalization channel between the end of the tube, fuse wire and sealing element.
  • the sealing elements each comprise at least one plug-type sealing element of an elastic material pressed in at both ends into the interior of the tube.
  • the plug of elastic material introduced into the interior presses a short section of the fuse wire onto the inner walls of the tube such that between the inner wall of the tube, the wire and the elastic, deformed sealing element remain two pressure equalization channels with very small cross-section.
  • the cross section of the pressure compensation channels depends on the cross section of the wire and on the elastic deformation of the sealing element.
  • an elastic plastic stopper is pressed into the interior at both ends of the tube.
  • the plastic plugs have, in the mechanically unloaded state (before being pressed in), a cross-sectional area which is equal to or slightly larger than the inner cross-sectional area of the tube.
  • the pressed-plastic plug presses the fusible conductor tightly against the inner wall of the tube and surrounds the pressed against the inner wall fusible conductor such that only a very narrow pressure equalization channel between the fusible conductor, the inner wall of the tube and the plastic plug remains.
  • the elastic plastic plug consists for example of a silicone rubber.
  • the fuse element 1 has a fusible conductor 2, which is arranged in the interior 3 of a cylindrical tube 4 such that it passes through the interior 3 approximately diagonally.
  • the diagonal arrangement of the fusible conductor 2 in the interior 3 creates defined environmental conditions on the surface of the fusible conductor, since it does not touch the inner walls of the tube 4.
  • the fuse element 2 is, for example, a wire with a circular shape Cross-section.
  • the fusible conductor may also include a wire spirally wound around an electrically insulating core.
  • the fuse element 2 may also consist of a plurality of interconnected wire sections. At the ends of the tube 4, the fusible conductor is guided around the end faces in such a way that the ends of the fusible conductor 2 rest on the outer wall of the tube 4.
  • End caps made of an electrically conductive material are applied to the ends of the tube 4.
  • the end caps are made of brass sheet and then tinned.
  • the tube 4 may, for example, be made of a ceramic material (eg Al 2 O 3 ), a glass material or another electrical insulator.
  • a plastic tube is used, for example, a tube made of a polyamide copolymer, which may be glass fiber reinforced.
  • the tube 4 is cylindrical and has in the preferred embodiment a circular cylindrical inner wall and a square outer cross-section with rounded edges, as shown in FIG FIG. 1B is shown.
  • the fuse wire 2 is guided around the end faces of the tube 4 in such a way that it rests in the axial direction approximately in the middle on one of the four outer surfaces of the tube 4.
  • the end caps 5 have an inner cross section which is slightly larger than the outer cross section of the tube 4. They are attached to the ends of the tube 4 with the fuse element 2 guided around and deformed from the outside by embossing such that they sit mechanically firmly on the tube 4 and thereby clamp the fuse element 2.
  • a laser pulse soldering is preferably provided at a point 6 between the fusible conductor 2 and the wall of the end cap 5.
  • the tube 4 has an inner diameter of about 2.5 mm and outer dimensions of about 4 mm ⁇ 4 mm ⁇ 9.6 mm.
  • the end caps are about 2.8 mm long and have an outside diameter of about 4.4 mm.
  • an elastically deformable plastic stopper 7 is pressed into the interior 3 at both ends of the tube 4.
  • the outer diameter of the elastic plastic plug corresponds to the inner diameter of the tube 4 or is slightly larger.
  • the plastic plug has a diameter of 2.5 mm and a length of 2 mm.
  • the plastic plug 7 presses the fusible conductor 2 over the length of the plastic plug to the inner wall of the tube 4.
  • the plastic plug 7 is made of a relatively easily deformable elastic material, for example of a silicone rubber. As it is in the enlarged section of the FIG.
  • the material of the plastic plug 7 deforms in the region of the fusible conductor 2 so that it engages around the fusible conductor, wherein on both sides of the support surface of the fusible conductor 2 on the inner wall of the tube 4 slight pressure equalization channels 10 and 11 remain along the fusible conductor 2.
  • the plastic plug 7 must not be made of a material that is plastically deformed and flows such that it completely surrounds the fusible conductor 2 and leaves no pressure equalization channels.
  • a plastic plate 8 between the bottom of the end cap 5 and the end faces of the tube 4 is inserted.
  • plastic plates 8 are compressed and thereby deformed so that they surround the fuse element 2, which rests on the end face of the tube 4, partially.
  • the plastic plate 8 support the plastic plug 7 from.
  • the plastic plate 8 and the plastic plug 7 may for example be made of the same material.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Schmelzsicherungsbauelement mit einem Schmelzleiter, der sich in einem Innenraum eines zylinderförmigen Röhrchens aus einem elektrischen Isolator zwischen zwei Stirnenseiten des Röhrchens erstreckt, wobei zwei Endkappen aus einem elektrisch leitenden Material derart auf die beiden Enden des Röhrchens aufgebracht sind, daß ein elektrischer Kontakt zu dem Schmelzleiter hergestellt ist, wobei der Schmelzleiter einen Draht umfaßt, der aus dem Innenraum des Röhrchens um die Stirnseiten herumgeführt ist.
  • Schmelzsicherungsbauelemente der eingangs genannten Art sind seit langem bekannt. Beispielsweise gibt es Schmelzsicherungsbauelemente, bei denen das zylinderförmige Röhrchen aus einem keramischen Material besteht und einen kreiszylinderförmigen Innenraum sowie eine quadratische Außenkontur mit abgerundeten Kanten aufweist. Der Schmelzleiter ist ein Draht, der sich in dem Innenraum diagonal derart erstreckt, daß er die Wandungen des Röhrchens lediglich an den Enden berührt. Der Draht des Schmelzleiters ist an den beiden Enden um die Stirnseiten des Röhrchens herumgeführt, wobei die Enden des Schmelzleiterdrahts auf den Außenwandungen des Röhrchens anliegen. Auf die beiden Enden des Röhrchens sind metallische Endkappen aufgesetzt. Die Endkappen können beispielsweise aus elastischem Material sein und auf die Enden des Röhrchens aufgepreßt werden, wobei das Aufpressen nicht nur für einen festen Sitz der Endkappen, sondern darüber hinaus auch für den elektrischen Kontakt zu dem Schmelzleiter sorgt. Die Metallkappen können auch auf die Enden des Röhrchens aufgeklebt oder nach entsprechender Vorbereitung der Oberfläche der Außenwandung des Röhrchens auf diese aufgelötet sein. Es sind eine Reihe von Techniken des Aufbringens der Endkappen bekannt, die sowohl für einen festen Sitz der Kappen als auch für einen guten elektrischen Kontakt zum Schmelzleiter sorgen.
  • Es gibt Schmelzsicherungsbauelemente der eingangs genannten Art, bei denen zwischen den Endkappen und der Wandung des Röhrchens ein Spalt derart verbleibt, daß der Innenraum des Röhrchens über den Spalt mit der Umgebung des Röhrchens verbunden ist. In diesem Fall gibt es einen Gasaustausch zwischen dem Innenraum und der Umgebung. Bei einer Erwärmung und Ausdehnung des Gases im Innenraum strömt dieses aus dem Innenraum aus, so daß ein relativ schneller Druckausgleich erfolgt.
  • Daneben gibt es Schmelzsicherungsbauelemente, bei denen die Kappen derart auf die Enden des Röhrchens aufgebracht sind, daß der Innenraum hermetisch abgedichtet ist. Bei diesen Bauelementen kann der Innenraum mit Luft, mit einem speziellen Gasgemisch (beispielsweise Stickstoff) unter Normaldruck oder vermindertem Druck gefüllt sein oder auch ein Vakuum enthalten.
  • Schmelzsicherungen mit einem Schmelzleiter, der sich in einem Innenraum eines zylinderförmigen Röhrchens aus einem elektrischen Isolator zwischen zwei Stirnseiten des Röhrchens erstreckt, sind beispielsweise aus den US-Patenten 4,158,187 und 4,656,453 bekannt. Zwei Endkappen aus einem elektrisch leitenden Material sind derart auf die beiden Enden des Röhrchens aufgebracht, daß ein elektrischer Kontakt zu dem Schmelzleiter herstellt ist. Bei dem US-Patent 4,158,187 umfaßt der Schmelzleiter einen Draht, der aus dem Innenraum des Röhrchens um die Stirnseiten herumgeführt ist. Zwischen dem Kappenboden und den Stirnseiten des Röhrchens ist ein hitzebeständiges Elastomer-Element eingebracht, dessen Querschnitt mindest so groß wie der Querschnitt des Röhrchens ist, und das die Aufgabe hat, die beim Aufpressen der Endkappe entstehenden Kräfte gleichmäßig auf den gesamten Rand des Röhrchens zu verteilen. Bei dem US-Patent 4,656,453 ist der Schmelzleiter innerhalb des Innenraums mit den Endkappen verbunden. Ferner sind hier elastische Stopfen in die Enden des Innenraums des Röhrchens eingepreßt. Sie haben eine lichtbogen-unterdrückende Funktion, die darauf beruhen soll, daß sie dann, wenn die Enden des Schmelzleiters von dem Lichtbogen bis in die elastischen Stopfen hinein abgeschmolzen worden sind, diese Enden durch Schließen des gebildeten Leerraums umhüllt werden, so daß der Lichtbogen erlischt.
  • Wenn der Schmelzleiter im Innenraum des Röhrchens durchtrennt wird (durchschmilzt; d.h. die Sicherung abschaltet), bildet sich in der Regel ein Lichtbogen aus. Die impulsartige Energiezufuhr aufgrund des Lichtbogens erwärmt das im Innenraum gegebenenfalls vorhandene Gas und die beim Durchschmelzen verdampfenden Materialien. Bei einem Schmelzsicherungsbauelement mit hermetisch dichtem Innenraum und Luft- bzw. Gasfüllung führt die über den Lichtbogen zugeführte Energie zu einem plötzlichen, sprunghaften Anstieg des Gasdrucks im Innenraum des Sicherungsbauelements. Dieser Druckimpuls wirkt auf den Lichtbogen löschend und ist somit erwünscht. Nachteilig bei einem Schmelzsicherungsbauelement mit hermetisch dichtem Innenraum ist allerdings, daß der Druckanstieg im Innenraum auch dann erzeugt wird, wenn das Sicherungsbauelement, beispielsweise bei einem Montagevorgang, von außen erwärmt wird. Eine solche Erwärmung tritt beispielsweise beim Auflöten eines SMD-Sicherungsbauelements auf. Der mit einer solchen Erwärmung verbundene Druckanstieg im Innenraum des Röhrchens führt zu einer unerwünschten Belastung des Sicherungsbauelements und kann unter extremen Montagebedingungen zu einer Schädigung des Bauelements führen.
  • Aus dem US-Patent 2,135,166 ist ein Schmelzsicherungsbauelement mit einem isolierenden Röhrchen, das mit einem lichtbogen-unterdrückenden Stoff gefüllt ist. In den Endkappen sind kleine Belüftungslöcher eingebracht, die einen langsamen Druckausgleich zwischen dem Inneren und der Umgebung gestatten. Der nach einem Auslösen der Sicherung auftretende hohe Druck kann sich nur langsam ausgleichen, so daß er den Lichtbogen unterdrücken kann.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfach herstellbares Schmelzsicherungsbauelement zu schaffen, das den Vorteil des sprunghaften Druckanstiegs im Falle des Durchtrennens des Schmelzleiters mit einer höheren Zuverlässigkeit des Bauelements bei einer Erwärmung während der Bauelementmontage verbindet.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Schmelzsicherungsbauelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Ausgehend von einem Schmelzsicherungsbauelement der eingangs genannten Art wird an beiden Enden des Röhrchens in einem Zwischenraum zwischen dem jeweiligen Kappenboden und der Stirnseite des Röhrchens und/oder in einem Teil des an die Stirnseite angrenzenden Innenraums des Röhrchens jeweils wenigstens ein elastisches Dichtungselement derart eingebracht, daß das Dichtungselement an die Stirnseite und/oder an die Innenwandung des Röhrchens angepreßt wird, wobei der Draht des Schmelzleiters derart von dem Dichtungselement an die Stirnseite bzw. die Innenwandung angedrückt wird, daß aufgrund der Deformation des elastischen Dichtungselements zwischen dem gasgefüllten Innenraum des Röhrchens und der äußeren Umgebung des Schmelzsicherungsbauelements Druckausgleichkanäle von derart geringem Querschnitt verbleiben, daß Druckänderungen im Innenraum nur sehr langsam ausgeglichen werden, so daß ein sprunghafter Druckanstieg im Innenraum, wie er sich aufgrund eines Lichtbogens ergibt, auf den Lichtbogen löschend einwirken kann. Bei sprunghaften Druckanstiegen innerhalb kurzer Zeit verhält sich das Schmelzsicherungsbauelement vorübergehend (temporär) so, als ob der Innenraum hermetisch abgedichtet wäre. Dies soll im Rahmen dieser Beschreibung als temporäre quasihermetische Abdichtung des Innenraums bezeichnet werden. Die wirksame Querschnittsfläche und die Länge des oder der Druckausgleichkanäle zwischen dem Innenraum und der äußeren Umgebung sind in Abhängigkeit vom Volumen des Innenraums und den bei der Montage auftretenden Temperaturgradienten so zu dimensionieren, daß bei der Montage eine vorgegebene maximale Druckerhöhung im Innenraum nicht überschritten wird. Daraus ergeben sich Mindestquerschnitte und Maximallängen der Druckausgleichkanäle. Andererseits sollen die Druckausgleichkanäle klein genug sein, so daß der gewünschte sprunghafte Druckanstieg im Abschaltfall so langsam abgebaut wird, daß er zuvor noch löschend auf den Lichtbogen einwirken kann.
  • Das System aus gasgefülltem Innenraum und gasdurchströmten Druckausgleichkanälen zeigt bei Aufprägung einer sprunghaften Druckänderung im Innenraum Ausgleichsvorgänge, die sich in elektrischer Analogie näherungsweise als Tiefpaß-Verhalten modellieren lassen. Es ergibt sich eine Zeitkonstante einer Näherung eines Tiefpasses erster Ordnung, die sich aus dem exponentiell abfallenden Druck im Innenraum ableiten läßt. Vorzugsweise ist das Schmelzsicherungsbauelement so zu dimensionieren, daß die Zeitkonstante eines Abbaus sprunghafter Änderungen des Differenzdrucks zwischen dem Innenraum und der äußeren Umgebung in der Größenordnung zwischen 10-2 und 102 Sekunden liegt. Bei einer solchen bevorzugten Dimensionierung werden die bei SMD-Montagevorgängen auftretenden Temperaturgradienten von beispielsweise 2 Kelvin pro Sekunde lediglich akzeptabel geringe Druckerhöhungen im Innenraum bewirken.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfassen die Dichtungselemente in jeder Endkappe jeweils ein in den Kappenboden eingelegtes plättchenförmiges Dichtungselement mit einer dem Außenquerschnitt des Röhrchens angepaßten Form. Diese Dichtungselemente werden von den Kappen an die Stirnseite der Röhrchen angepreßt, wobei der Schmelzleiterdraht zwischen dem angepreßten Plättchen und der Stirnseite so hindurchgeführt ist, daß aufgrund der elastischen Deformation des eingelegten plättchenförmigen Dichtungselements ein sehr geringer Druckausgleichskanal zwischen Stirnseite des Röhrchens, Schmelzleiterdraht und Dichtungselement verbleibt. Je stärker das Dichtungselement angedrückt wird, desto geringer ist der Querschnitt der auf beiden Seiten des Drahtes verbleibenden Druckausgleichkanäle.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schmelzsicherungsbauelements umfassen die Dichtungselemente jeweils wenigstens ein an den beiden Enden in den Innenraum des Röhrchens eingepreßtes stopfenartiges Dichtungselement aus einem elastischen Material. Der in den Innenraum eingebrachte Stopfen aus elastischem Material drückt einen kurzen Abschnitt des Schmelzleiterdrahts an die Innenwandungen des Röhrchens derart an, daß zwischen der Innenwandung des Röhrchens, dem Draht und dem elastischen, deformierten Dichtungselement zwei Druckausgleichkanäle mit sehr geringem Querschnitt verbleiben. Der Querschnitt der Druckausgleichkanäle hängt vom Querschnitt des Drahtes und von der elastischen Deformation des Dichtungselements ab.
  • Bei einer bevorzugten Ausführung sind in den Innenraum an beiden Enden des Röhrchens jeweils ein elastischer Kunststoffstopfen eingepreßt. Die Kunststoffstopfen weisen im mechanisch unbelastetem Zustand (vor dem Einpressen) eine Querschnittsfläche auf, die gleich der oder geringfügig größer als die Innenquerschnittsfläche des Röhrchens ist. Der eingepreßte Kunststoffstopfen preßt den Schmelzleiter eng an die Innenwandung des Röhrchens und umgreift den an die Innenwandung angedrückten Schmelzleiter dabei derart, daß nur einer sehr enger Druckausgleichkanal zwischen dem Schmelzleiter, der Innenwandung des Röhrchens und dem Kunststoffstopfen verbleibt. Der elastische Kunststoffstopfen besteht beispielsweise aus einem Silikongummi.
  • Weitere vorteilhafte und bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
    • Figur 1A eine schematische Längsschnittansicht eines erfindungsgemäßen Schmelzsicherungsbauelements; und
    • Figur 1B eine schematische Querschnittansicht des Schmelzsicherungsbauelements gemäß Figur 1A;
  • In den Figuren 1A und 1B ist schematisch eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schmelzsicherungsbauelements dargestellt. Das Schmelzsicherungsbauelement 1 weist einen Schmelzleiter 2 auf, der im Innenraum 3 eines zylinderförmigen Röhrchens 4 derart angeordnet ist, daß er den Innenraum 3 näherungsweise diagonal durchläuft. Die diagonale Anordnung des Schmelzleiters 2 im Innenraum 3 schafft definierte Umgebungsbedingungen an der Oberfläche des Schmelzleiters, da dieser die Innenwandungen des Röhrchens 4 nicht berührt. Der Schmelzleiter 2 ist beispielsweise ein Draht mit kreisförmigem Querschnitt. Bei alternativen Ausführungsformen kann der Schmelzleiter auch einen spiralförmig um einen elektrisch isolierenden Kern gewickelten Draht aufweisen. Der Schmelzleiter 2 kann auch aus mehreren miteinander verbundenen Drahtabschnitten bestehen. An den Enden des Röhrchens 4 ist der Schmelzleiter um die Stirnseiten derart herumgeführt, daß die Enden des Schmelzleiters 2 auf der Außenwandung des Röhrchens 4 aufliegen.
  • Auf die Enden des Röhrchens 4 sind Endkappen aus einem elektrisch leitenden Material, vorzugsweise Metallkappen, aufgebracht. Beispielsweise sind die Endkappen aus Messingblech hergestellt und anschließend verzinnt. Das Röhrchen 4 kann beispielsweise aus einem Keramikmaterial (z. B. Al2O3), einem Glaswerkstoff oder einem anderen elektrischen Isolator hergestellt sein. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird ein Kunststoff-Röhrchen eingesetzt, beispielsweise ein Röhrchen aus einem Polyamid-Copolymer, das ggf. glasfaser-verstärkt ist. Das Röhrchen 4 ist zylinderförmig und hat bei der bevorzugten Ausführungsform eine kreiszylinderförmige Innenwandung und einen quadratischen Außenquerschnitt mit abgerundeten Kanten, wie er in Figur 1B gezeigt ist. Bei dieser Ausführungsform ist der Schmelzleiterdraht 2 derart um die Stirnseiten des Röhrchens 4 herumgeführt, daß er in axialer Richtung etwa in der Mitte auf einer der vier Außenflächen des Röhrchens 4 aufliegt. Die Endkappen 5 weisen einen Innenquerschnitt auf, der geringfügig größer als der Außenquerschnitt des Röhrchens 4 ist. Sie werden auf die Enden des Röhrchens 4 mit herumgeführten Schmelzleiter 2 aufgesteckt und von außen durch Prägen derart verformt, daß sie mechanisch fest auf dem Röhrchen 4 sitzen und dabei den Schmelzleiter 2 einklemmen. Um eine sichere elektrische Verbindung zwischen Schmelzleiter 2 und Endkappen 5 herzustellen, ist vorzugsweise eine Laserimpulslötung an einer Stelle 6 zwischen dem Schmelzleiter 2 und der Wandung der Endkappe 5 vorgesehen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat das Röhrchen 4 einen Innendurchmesser von etwa 2,5 mm und Außenabmessungen von etwa 4 mm x 4 mm x 9,6 mm. Die Endkappen sind etwa 2,8 mm lang und haben einen Außendurchmesser von etwa 4,4 mm.
  • Erfindungsgemäß ist an beiden Enden des Röhrchens 4 jeweils ein elastisch verformbarer Kunststoffstopfen 7 in den Innenraum 3 eingepreßt. Der Außendurchmesser des elastischen Kunststoffstopfens entspricht dem Innendurchmesser des Röhrchens 4 oder ist geringfügig größer. Bei der bevorzugten Ausführungsform hat der Kunststoffstopfen einen Durchmesser von 2,5 mm und eine Länge von 2 mm. Der Kunststoffstopfen 7 preßt den Schmelzleiter 2 über die Länge des Kunststoffstopfens an die Innenwandung des Röhrchens 4 an. Der Kunststoffstopfen 7 ist aus einem relativ leicht verformbaren elastischen Material hergestellt, beispielsweise aus einem Silikonkautschuk. Wie es in dem vergrößerten Ausschnitt der Figur 1B gezeigt ist, verformt sich das Material des Kunststoffstopfens 7 im Bereich des Schmelzleiters 2 derart, daß es den Schmelzleiter umgreift, wobei an beiden Seiten der Auflagefläche des Schmelzleiters 2 auf der Innenwandung des Röhrchens 4 geringfügige Druckausgleichskanäle 10 und 11 entlang des Schmelzleiters 2 verbleiben. Der Kunststoffstopfen 7 darf dabei nicht aus einem Material gefertigt sein, das sich plastisch verformt und derart fließt, daß es den Schmelzleiter 2 vollständig umschließt und keine Druckausgleichskanäle hinterläßt. Außerdem ist bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Schmelzsicherungsbauelements 1 in beide Endkappen 5 ein Kunststoffplättchen 8 zwischen dem Boden der Endkappe 5 und den Stirnseiten des Röhrchens 4 eingelegt. Auch diese Kunststoffplättchen 8 werden zusammengedrückt und dabei verformt, so daß sie den Schmelzleiter 2, der auf der Stirnseite des Röhrchens 4 aufliegt, teilweise umgreifen. Darüber hinaus stützen die Kunststoffplättchen 8 die Kunststoffstopfen 7 ab. Die Kunststoffplättchen 8 und die Kunststoffstopfen 7 können beispielsweise aus demselben Material hergestellt sein.
  • Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind zahlreiche alternative Ausführungsformen denkbar. Beispielsweise kann die in Figur 1 gezeigte Ausführungsform dadurch abgewandelt werden, daß die getrennten Dichtungselemente 7 und 8 zu einem Dichtungselement verbunden werden. Es ist auch denkbar, daß die Dichtungselemente nur an einem Ende des Röhrchens 4 eingebracht werden und das andere Ende hermetisch verschlossen wird.

Claims (9)

  1. Schmelzsicherungsbauelement (1) mit einem Schmelzleiter (2), der sich in einem gasgefüllten Innenraum (3) eines zylinderförmigen Röhrchens (4) aus einem elektrischen Isolator zwischen zwei Stirnseiten des Röhrchens (4) erstreckt, wobei zwei Endkappen (5) aus einem elektrisch leitenden Material derart auf die beiden Enden des Röhrchens (4) aufgebracht sind, daß ein elektrischer Kontakt zu dem Schmelzleiter (2) hergestellt ist, wobei der Schmelzleiter (2) einen Draht umfaßt, der aus dem Innenraum (3) des Röhrchens (4) um die Stirnseiten herumgeführt ist,
    wobei an wenigstens einem der beiden Enden in einem Zwischenraum zwischen dem jeweiligen Kappenboden und der Stirnseite des Röhrchens (4) und/oder in einen Teil des an die Stirnseite angrenzenden Innenraums des Röhrchens jeweils wenigstens ein elastisches Dichtungselement (7, 8) eingebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungselement derart eingebracht ist, daß das Dichtungselement (7, 8) an die Stirnseite und/oder an die Innenwandung des Röhrchens (4) angepreßt wird, wobei der Draht des Schmelzleiters (2) derart von dem Dichtungselement an die Stirnseite bzw. die Innenwandung angedrückt wird, daß aufgrund der Deformation des elastischen Dichtungselements zwischen dem gasgefüllten Innenraum (3) des Röhrchens (4) und der äußeren Umgebung des Schmelzsicherungsbauelements (1) Druckausgleichkanäle (10, 11) von derart geringem Querschnitt verbleiben, daß Druckänderungen im Innenraum (3) nur sehr langsam ausgeglichen werden, so daß ein sprunghafter Druckanstieg im Innenraum, wie er sich aufgrund eines Lichtbogens, der beim Durchtrennen des Schmelzleiters (2) entsteht, ergibt, auf den Lichtbogen löschend einwirken kann.
  2. Schmelzsicherungsbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante eines Abbaus sprunghafter Änderungen des Differenzdrucks zwischen dem Innenraum und der äußeren Umgebung in der Größenordnung zwischen 10-2 und 102 Sekunden liegt.
  3. Schmelzsicherungsbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungselemente in jeder Endkappe (5) jeweils ein in den Kappenboden eingelegtes plättchenförmiges elastisches Dichtungselement (8) mit einer dem Röhrchenaußenquerschnitt angepaßten Form umfassen.
  4. Schmelzsicherungsbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungselemente jeweils wenigstens ein an den beiden Enden in den Innenraum des Röhrchens (4) eingepreßtes stopfenartiges Dichtungselement (7) aus einem elastischen Material umfassen.
  5. Schmelzsicherungsbauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Innenraum (3) an beiden Enden des Röhrchens (4) jeweils ein elastischer Kunststoffstopfen (7) eingepreßt ist, wobei der Kunststoffstopfen (7) im mechanisch unbelasteten Zustand eine Querschnittsfläche aufweist, die gleich der oder geringfügig größer als die Innenquerschnittsfläche des Röhrchens ist, wobei der eingepreßte Kunststoffstopfen (7) den Schmelzleiter (2) eng an die Innenwandung des Röhrchens (4) preßt und den an die Innenwandung angedrückten Schmelzleiter dabei derart umgreift, daß nur ein sehr enger Druckausgleichskanal (10, 11) zwischen dem Schmelzleiter (2), der Innenwandung des Röhrchens (4) und dem Kunststoffstopfen (7) verbleibt.
  6. Schmelzsicherungsbauelement nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das stopfenartige Dichtungselement, das an beiden Enden des Röhrchens in den Innenraum eingepreßt ist, auf seiner den Kappenböden zugewandten Seite einen vergrößerten Querschnitt aufweist, so daß das Dichtungselement einen Zwischenraum zwischen der Stirnseite des Röhrchens und dem Kappenboden zumindest teilweise ausfüllt.
  7. Schmelzsicherungsbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum (3) des Röhrchens (4) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
  8. Schmelzsicherungsbauelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Röhrchen (4) eine quadratische Außenkontur mit abgerundeten Kanten aufweist.
  9. Schmelzsicherungsbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Röhrchen (4) aus einem Kunststoffmaterial besteht.
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