EP3178104A1 - Schmelzsicherung für eine zu schützende einrichtung - Google Patents

Schmelzsicherung für eine zu schützende einrichtung

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EP3178104A1
EP3178104A1 EP15745221.0A EP15745221A EP3178104A1 EP 3178104 A1 EP3178104 A1 EP 3178104A1 EP 15745221 A EP15745221 A EP 15745221A EP 3178104 A1 EP3178104 A1 EP 3178104A1
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EP
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contact
fuse
fusible conductor
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potential
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Phoenix Contact GmbH and Co KG
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    • H01H2085/388—Means for extinguishing or suppressing arc using special materials

Definitions

  • the invention relates to a triggerable fuse for a device to be protected.
  • a fuse can then be triggered.
  • the current flowing through the fuse heats the fusible conductor so far that at least partial, if not complete, melting of the fusible conductor occurs.
  • This melting is usually associated with the occurrence of an arc whereby material of the fusible conductor evaporates. This steam settles elsewhere, with the arc cooling to the extent that the current is limited and eventually shut off.
  • the melting of the fusible conductor is determined by its material and geometry properties, so that depending on the material and / or geometry of the fusible conductor, a respective amount of heat Q for evaporation of the fusible conductor is necessary.
  • the reflow characteristics and associated trigger currents are described by the melt integral I 2 t.
  • this passage integral must actually be taken into account in order to avoid damage.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of a fuse according to the invention
  • Fig. 2 shows a second embodiment of an inventive
  • FIG. 3 shows a detail relating to embodiments of the invention
  • 4 shows a use of different embodiments of a fuse according to the invention with an exemplary overvoltage protection device.
  • Figures 1, 2 and 4 each show a schematic representation of a fuse according to the invention F.
  • the fuse F is connected in series with a device 8 to be protected, the series circuit being connected to a supply network having a first potential L and a second potential N different therefrom.
  • the potentials L and N may be any suitable DC or AC potential.
  • the potentials L and N thus form the supply network to which the series circuit is connected.
  • the fuse F has a first contact 1 and a second contact 2.
  • the second contact 2 is used for electrical contacting of the device 8 to be protected.
  • the fuse F further has a fuse element 5, which connects the first contact 1 with the second contact 2.
  • the fuse F at least one further contact 3, wherein the further contact 3 isolated to the first contact 1 and isolated to the second contact 2 is arranged. In a non-triggered state of the fuse F, the further contact 3 is in contact with the fusible conductor 5.
  • the first contact 1 is directly connected to the first potential L and the device 8 to be protected is directly connected to the second potential N. Furthermore, the further contact 3 is likewise directly connected to the second potential N during operation.
  • a fourth contact 4 which provides an external triggering, wherein upon triggering the fusible conductor 5 is caused directly or indirectly to melt. If an error occurs, for example as a result of an overcurrent or a short circuit, the fusible conductor 5 breaks down.
  • the arc which occurs occurs in the region of the further contact 3. This is favored, inter alia, by the fact that the further contact 3 essentially has the potential N, so that in this case the voltage between the fusible conductor 5, which essentially has the potential L, is greater than the potential of the second contact 2, which is essentially the one same potential as the fusible conductor 5, wherein here a reduction by the potential drop on the protective device 8 occurs.
  • This secondary arc will usually have a larger current, so that a safe separation of the fusible conductor and thus protection of the device 8 is ensured.
  • the fourth contact 4 for external triggering.
  • the fourth contact 4 - preferably as in the figures 1. 2 and 4 - in close proximity to the contact 2 and the further contact 3.
  • the sequence may be suitably chosen, e.g.
  • the further contact 3 and the second contact 2 may be adjacent to the fourth contact, or else the fourth contact is arranged above the further contact, and thus the further contact has the second contact 2 and the fourth contact 4 as neighbor.
  • the fourth contact 4 is also isolated in the fuse out.
  • the fourth contact 4 may serve as spark gaps for the area of approach of the contact 3 to the fusible conductor 5. Thus you get a triggerable fuse.
  • the fusible conductor 5 or the contact 3 are used, but without being limited thereto.
  • a further contact (not shown) may also be provided, which is insulated from the second contact 2, the further contact 3 and the fourth contact 4.
  • an ignition now occurs between the fourth contact 4 and the further contact 3, between the fourth contact 4 and the fusible conductor 5, or between the fourth contact 4 and the further contact, not shown.
  • the ignition can also be supported by a resistive support, as shown for example in DE 10146728 or by means of a transformer high-voltage pulse as shown in DE 50 2005 008 658 of the applicant.
  • a suitable triggering can be provided by means of a suitably designed trigger device 9. If, for example, the device 8 to be protected detects a malfunction, then the trigger device 9 can be triggered.
  • various monitoring mechanisms for electrical circuits and devices for controlling the trigger device 9 can be used. Examples include arc detection and temperature monitoring called.
  • the flow of current through the device 8 to be protected is interrupted. This ensures that the device 8 to be protected in the event of a fault only has to carry that energy corresponding to i 2 t, which is necessary for the melting and development of the first arc. If external triggering is provided by means of the triggering device 9, the current with respect to the device 8 to be protected is irrelevant. This energy is much lower than the energy that would flow through the device until the fuse (forward integral) is cleared. As a result, the fused circuit is greatly relieved.
  • the fusible conductor 5 has a predetermined breaking point in the region of the further contact 3. In a short circuit case of the electrical device to be protected, the fusible conductor 5 will now melt in the region of the predetermined breaking point 6.
  • the arc results in ionization, so that the arc can select the contact 3 as a new base point or due to the low resistance (eg with appropriate dimensioning) and / or arrangement relative to the second contact.
  • the flow of current through the device 8 to be protected is interrupted. This ensures that the device to be protected 8 in the event of a fault, only that energy must carry according to i 2 t, which is necessary for melting the predetermined breaking point 6 and the development of the first arc. This energy is much lower than the energy that would flow through the device until the fuse (forward integral) is cleared.
  • the fusible conductor 5 is filled with an extinguishing medium, in particular with sand and / or POM (polyoxymethylene).
  • an extinguishing medium in particular with sand and / or POM (polyoxymethylene).
  • POM polyoxymethylene
  • the switching characteristics in terms of the switching capacity and the speed are improved, since now an improved cooling of the arc is provided, whereby the switching capacity and the switching speed can be improved.
  • the further contact 3 is designed like a disk, wherein the fusible conductor 5 is guided in a recess or through an opening.
  • the contact may be configured as a disk having a substantially circular opening.
  • the fourth contact 4 is designed like a disk, wherein the fusible conductor 5 is guided in a recess or through an opening.
  • the contact may be configured as a disk having a substantially circular opening.
  • the fuse F may further comprise an auxiliary fusible conductor 10 which is in electrical connection with the first contact 1 and which is in electrical connection with the fourth contact 4.
  • auxiliary fusible conductor 10 which is in electrical connection with the first contact 1 and which is in electrical connection with the fourth contact 4.
  • Ignition circuits are usually in terms of their electrical parameters, e.g. their electrical cross-section, designed much smaller than the electrical main path of the spark gap, since the backup fuse is basically to be dimensioned for the maximum derived surge current pulse. Therefore, it may be necessary to secure ignition circuits by additional protective devices, which requires additional space. Furthermore, the triggering of a protective device in the ignition circuit must additionally signaled and given If extra be reported, since the spark gap with unusual ignition circuit typically provides reduced protection. Thus, there is a significant additional effort that can be minimized by the integration of the auxiliary fusible conductor as a backup for the ignition circuit in the backup, and in addition a gain in security is generated by the spark gap 8 is completely separated electrically.
  • the trigger device 9 for a spark gap can be designed as a device 8 to be protected, as shown in FIG.
  • the fusible conductor 5 and the auxiliary fusible conductor 10 different embodiments may be provided.
  • the fusible conductor 5 and the auxiliary fusible conductor can be guided in wire-like fashion at least in sections, or as shown in FIG. 3 on the left-hand side, the auxiliary fusible conductor 10 can be separated in sections from the fusible conductor 5.
  • the auxiliary fusible conductor 10 can be separated in sections by stamping, separating, milling or the like from the fusible conductor 5.
  • the auxiliary fusible conductor 10 may, as shown in FIG. 3 on the right, in sections also surround the fusible conductor 5 in a helical manner.
  • the auxiliary fusible conductor 10 should extend at least in the region of the approach of the contact 3 to the melting timer 5 insulated from the fusible conductor 5, so that a substantially defined ignition point is present.
  • the fusible conductor 5 and the auxiliary fusible conductor 10 can have one or more predetermined breaking points 6 in the region of the further contact 3 or in the region of the fourth contact 4.
  • the fuse F according to the invention in a fuse arrangement A, e.g. as shown in Figure 4, used in addition to the fuse F and the device to be protected 8 and a trigger device 9, which is connected to the fourth contact 4 and an "external" triggering, ie a triggering, not directly the Hauptleitpfad owed.
  • the device to be protected 8 may have an overvoltage protection device, for example a spark gap and / or a varistor and / or a transient voltage suppressor diode.
  • an overvoltage protection device for example a spark gap and / or a varistor and / or a transient voltage suppressor diode.
  • a wear monitoring device 12 which is e.g. is designed as protected with a degradable material protected contact.
  • the trigger 9 is then e.g. On the output side connected to the wear monitoring device 12 of the spark gap 8 to the fourth contact 4.
  • both the ignition circuit, as well as the wear monitoring device 12 is secured over the auxiliary fusible conductor 10, so that both the overload of the ignition circuit and an overload of the spark gap 8 in its interior by triggering the auxiliary fusible conductor 10 and subsequent burning of the main fusible conductor 5, the spark gap 8 completely disconnected from the mains.
  • An arc between the ends of the fired Hilfsschmelzleiters 10 is formed in the region of approach between the contact 4 and the fusible conductor 10 by overloading the auxiliary fusible conductor 10.
  • a second arc ignites the fusible conductor 5 and the contact 3, which is used to burn the fusible conductor 5, ie to trigger the fuse leads.
  • a predetermined breaking point 6 which breaks when overloading of the fuse conductor first, so that at this point a first arc is formed.
  • the auxiliary fusible conductor 10 can be energized and triggered by switching devices in the device to be protected or a trigger device 9. Thus one obtains a triggerable fuse F.
  • the usual mechanisms for the isolated implementation of potentials can be used.
  • Particularly advantageous is the layered structure of metal plates and insulating plates with a Sich ceremoniessendplatte for completion.
  • the various potentials can be introduced through the stacked insulated plates.
  • the disk stack may e.g. be bolted.
  • the triggering of the fuse can be signaled according to the usual mechanisms.
  • the presented invention can be used particularly advantageously in the field of electromobility as well as the generation of electrical energy by means of photovoltaics.
  • vehicles or equipment or devices should meet certain safety criteria, for example, in an accident or fire, no danger to occupants or helpers.
  • an automatically or externally triggerable and high-performance shutdown of the power source as an example of a device to be protected 8 can be provided by the invention readily.
  • Wear monitoring device 12 First potential L Second potential N Fuse arrangement A

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Fuses (AREA)

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Schmelzsicherung (F) für eine zu schützende Einrichtung (8), welche mit der Schmelzsicherung (F) in Reihe geschaltet ist, wobei die Reihenschaltung an ein Versorgungsnetz mit einem ersten Potential (L) und einem hiervon verschiedenen zweiten Potential (N) angeschlossen ist, wobei die Schmelzsicherung (F) einen ersten Kontakt (1) und einen zweiten Kontakt (2) aufweist, wobei der zweite Kontakt (2) zur elektrischen Kontaktierung der zu schützenden Einrichtung (8) dient, wobei die Schmelzsicherung (F) einen Schmelzleiter (5) aufweist, der den ersten Kontakt (1) mit dem zweiten Kontakt (2) verbindet, wobei die Schmelzsicherung (F) weiterhin einen weiteren Kontakt (3) aufweist, wobei der weitere Kontakt (3) isoliert zum ersten Kontakt (1) und isoliert zum zweiten Kontakt (2) angeordnet ist und in einem nicht ausgelösten Zustand kontaktlos zu dem Schmelzleiter (5) ist, wobei der erste Kontakt (1) im Betrieb mit dem ersten Potential (L) unmittelbar verbunden ist, und wobei die zu schützende Einrichtung (8) im Betrieb mit dem zweiten Potential (N) unmittelbar verbunden ist, wobei der weitere Kontakt (3) im Betrieb ebenfalls mit dem zweiten Potential (N) unmittelbar verbunden ist, wobei weiterhin ein vierter Kontakt (4) bereitgestellt wird, der eine externe Triggerung bereitstellt, wobei eine Triggerung zu einem Lichtbogen führt, der den Schmelzleiter (5) mittelbar oder unmittelbar zum Schmelzen veranlasst.

Description

Schmelzsicherung für eine zu schützende Einrichtung
Die Erfindung betrifft eine triggerbare Schmelzsicherung für eine zu schützende Einrichtung.
Sowohl eine Vielzahl von elektrischen Geräten, als auch elektrischen Leitungen werden für den Fall von Fehlern durch Sicherungen geschützt. Dabei können Fehler der unterschiedlichsten Art auftreten. Die häufigsten Fehler können als Überlastfehler oder als Kurzschlussfehler verstanden werden.
Typischerweise kann dann eine Schmelzsicherung ausgelöst werden. Dabei erwärmt der die Schmelzsicherung durchfließende Strom den Schmelzleiter soweit, dass es zumindest zu einem partiellen, wenn nicht sogar einem vollständigen Aufschmelzen des Schmelzleiters kommt. Dieses Aufschmelzen ist in aller Regel damit verbunden, dass ein Lichtbogen auftritt, wobei Material des Schmelzleiters verdampf. Dieser Dampf schlägt sich an anderer Stelle nieder, wobei der Lichtbogen soweit gekühlt wird, dass der Strom begrenzt und schließlich abgeschaltet wird.
Das Aufschmelzen des Schmelzleiters ist durch seine Material- und Geometrieeigenschaften bestimmt, so dass je nach Material und/oder Geometrie des Schmelzleiters eine jeweilige Wärmemenge Q zur Verdampfung des Schmelzleiters notwendig ist. Typischerweise werden die Aufschmelzeigenschaften und damit verbundene Nennauslöseströme durch das Schmelzintegral l2t beschrieben.
Dabei ist aber zu berücksichtigen, dass dieser Strom, der einen Fehlerfall darstellt, dennoch durch das zu schützende Gerät oder die zu schützende Anlage fließt.
Insbesondere bei hohen Kurzschlussströmen besteht somit die Gefahr einer eigentlich zu vermeidenden Schädigung, da die Leistungsgrenze des zu schützenden Gerätes überschritten wird. Zudem ist zu berücksichtigen, dass nicht nur in der Phase des Aufschmelzens des Schmelzleiters ein Strom fließt, sondern auch in der Phase des Löschens. D.h. erst die Integration der beiden Stromflussbereiche über der Zeit führt zum Durchlassintegral.
Somit muss bei der Dimensionierung eigentlich dieses Durchlassintegral berücksichtigt werden, um eine Schädigung zu vermeiden.
Allerdings wird dies häufig fehlerhaft vernachlässigt, sodass es zu Fehldimensionierungen kommt. Besondere Anforderungen gelten für den Fall in dem das zu schützende Gerät eine Überspannungsschutzeinrichtung ist, denn diese sollen kurzfristig hohe Ströme passieren lassen, ohne dass die Schmelzsicherung auslöst, zugleich aber auch bei geringen andauernden Fehlerströmen, wie sie z.B. bei einer Schädigung der Überspannungsschutzeinrichtung oder als Netzfolgestrom auftreten können, frühzeitig abzuschalten. Während erstere Anforderung häufig zu hohen Bemessungsstromwerten der Sicherung führt, ist die zweite Anforderung nur mit geringen Nennstromwerten sinnvoll zu realisieren.
Gleichzeitig ist ein immer stärkerer Trend zu kleinen Bauräumen festzustellen. Mit bisherigen Schmelzsicherungen sind die Anforderungen daher nicht vereinbar.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Schmelzsicherung bereitzustellen. Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schmelzsicherung, Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Schmelzsicherung,
Fig. 3 ein Detail in Bezug auf Ausführungsformen der Erfindung, und Fig. 4 eine Verwendung von unterschiedlichen Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Schmelzsicherung mit einer beispielhaften Überspannungsschutzeinrichtung. Die Figuren 1 , 2 und 4 zeigen je eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schmelzsicherung F.
Die Schmelzsicherung F ist mit einer zu schützende Einrichtung 8 in Reihe geschaltet, wobei die Reihenschaltung an ein Versorgungsnetz mit einem ersten Potential L und einem hiervon verschiedenen zweiten Potential N angeschlossen ist. Dabei können die Potentiale L und N jedes geeignete Gleichspannungs- oder Wechselspannungspotential sein. Die Potentiale L und N bilden somit das Versorgungsnetz an dem die Reihenschaltung angeschlossen ist. Dabei weist die Schmelzsicherung F einen ersten Kontakt 1 und einen zweiten Kontakt 2 auf. Der zweite Kontakt 2 dient zur elektrischen Kontaktierung der zu schützenden Einrichtung 8.
Die Schmelzsicherung F weist weiterhin einen Schmelzleiter 5 auf, der den ersten Kontakt 1 mit dem zweiten Kontakt 2 verbindet.
Weiterhin weist die Schmelzsicherung F zumindest einen weiteren Kontakt 3 auf, wobei der weitere Kontakt 3 isoliert zum ersten Kontakt 1 und isoliert zum zweiten Kontakt 2 angeordnet ist. In einem nicht ausgelösten Zustand der Schmelzsicherung F ist der weitere Kontakt 3 kontaktlos zu dem Schmelzleiter 5.
Im Betrieb ist der erste Kontakt 1 mit dem ersten Potential L unmittelbar verbunden und die zu schützende Einrichtung 8 ist mit dem zweiten Potential N unmittelbar verbunden. Weiterhin ist der weitere Kontakt 3 im Betrieb ebenfalls mit dem zweiten Potential N unmittelbar verbunden.
Darüber hinaus wird ein vierter Kontakt 4 bereitgestellt, der eine externe Triggerung bereitstellt, wobei bei einer Triggerung der Schmelzleiter 5 mittelbar oder unmittelbar zum Schmelzen veranlasst wird. Tritt nun ein Fehlerfall auf, z.B. durch einen Überstrom oder einen Kurzschluss, so kommt es zu einem Auftrennen des Schmelzleiters 5. Der dabei auftretende Lichtbogen tritt im Bereich des weiteren Kontaktes 3 auf diesen über. Dies ist unter anderem dadurch begünstigt, dass der weitere Kontakt 3 im Wesentlichen das Potential N aufweist, sodass hier die Spannung zwischen dem Schmelzleiter 5, der im Wesentlichen das Potential L aufweist, größer ist als das Potential des zweiten Kontaktes 2, der im Wesentlichen das gleiche Potential wie der Schmelzleiter 5 aufweist, wobei hier eine Minderung durch den Potentialabfall über das schützende Gerät 8 eintritt. Dieser sekundäre Lichtbogen wird in aller Regel einen größeren Strom aufweisen, sodass ein sicheres Auftrennen des Schmelzleiters und damit ein Schutz des Gerätes 8 gewährleistet ist.
Andererseits ist es auch möglich den vierten Kontakt 4 für eine externe Triggerung zu verwenden. Dabei liegt der vierte Kontakt 4 - bevorzugt wie in den Figuren 1 . 2 und 4 gezeigt - in unmittelbarer Nähe zu dem Kontakt 2 und dem weiteren Kontakt 3.
Dabei kann die Abfolge geeignet gewählt sein, z.B. kann der weitere Kontakt 3 und der zweite Kontakt 2 zum vierten Kontakt benachbart sein, oder aber der vierte Kontakt ist oberhalb vom weiteren Kontakt angeordnet und somit hat der weitere Kontakt den zweiten Kontakt 2 und den vierten Kontakt 4 als Nachbar.
Der vierte Kontakt 4 ist ebenfalls isoliert in die Sicherung geführt. Der vierte Kontakt 4 kann als Zündfunkenstrecken für den Bereich der Annäherung des Kontaktes 3 an den Schmelzleiter 5 dienen. Somit erhält man eine triggerbare Schmelzsicherung.
Als elektrischen Gegenkontakt zum vierten Kontakt 4 kann beispielsweise der Schmelzleiter 5 oder der Kontakt 3 dienen, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. Beispielsweise kann auch noch ein weiterer Kontakt (nicht dargestellt) vorgesehen sein, der isoliert zu dem zweiten Kontakt 2, dem weiteren Kontakt 3 und dem vierten Kontakt 4 ist. Je nach Ausgestaltung tritt nun eine Zündung zwischen dem vierten Kontakt 4 und dem weiteren Kontakt 3, zwischen dem vierten Kontakt 4 und dem Schmelzleiter 5, oder zwischen dem vierten Kontakt 4 und dem nicht dargestellten weiteren Kontakt auf. Dabei kann die Zündung auch durch eine resistive Unterstützung, wie z.B. in der DE 10146728 oder mittels eines transformatorischen Hochspannungsimpulses wie in der DE 50 2005 008 658 der Anmelderin gezeigt unterstützt sein. Hierzu kann eine geeignete Triggerung mittels einer entsprechend ausgestalteten Triggereinrichtung 9 vorgesehen sein. Stellt z.B. die zu schützenden Einrichtung 8 eine Fehlfunktion fest, so kann die Triggereinrichtung 9 zum Auslösen veranlasst werden. Beispielsweise können verschiedenste Überwachungsmechanismen für elektrische Stromkreise und Geräte zur Steuerung der Triggereinrichtung 9 genutzt werden. Beispielhaft seien Lichtbogenerkennung und Temperaturüberwachungen genannt.
Durch die Triggerung kann mit relativ geringer Energie eine Zündung ausgelöst werden, in dessen Folge ein Lichtbogen mit hoher Leistung zwischen dem weiteren Kontakt 3 und dem Schmelzleiter 5 entsteht, wodurch der Schmelzleiter 5 soweit auftrennt, dass der Strom abgeschaltet wird.
Bei Auftrennen des Schmelzleiters 5 entsteht dort ein primärer Lichtbogen. Dieser brennt zunächst zwischen den an der Trennstelle entstehenden Enden des Schmelzleiters 5. Unter der Einwirkung des Lichtbogens brennen nun die aufgetrennten Enden des Schmelzleiters 5 ab, wobei sich der Lichtbogen verlängert Dieser Prozess kann je nach Ausgestaltung und Ort des Auftrennens unterschiedlich schnell vonstattengehen. Durch die Ionisierung verursacht durch den Lichtbogen bildet sich, soweit nicht schon geschehen, der weitere Kontakt 3 als (neuer) Fußpunkt des Lichtbogens aus.
Somit wird der Stromfluss durch das zu schützende Gerät 8 unterbrochen. Dadurch ist sichergestellt, dass das zu schützende Gerät 8 im Fehlerfall lediglich diejenige Energie entsprechend i2t tragen muss, die zum Aufschmelzen und der Entwicklung des ersten Lichtbogens notwendig ist. Wird eine externe Triggerung mittels der Triggereinrichtung 9 bereitgestellt, so spielt der Strom in Bezug auf das zu schützende Gerät 8 keine Rolle. Diese Energie ist wesentlich geringer als die Energie die bis zum Löschen der Sicherung (Durchlassintegral) durch das Gerät fließen würde. Hierdurch wird der abgesicherte Stromkreis stark entlastet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Schmelzleiter 5 im Bereich des weiteren Kontaktes 3 eine Sollbruchstelle auf. In einem Kurzschlussfall des zu schützenden elektrischen Gerätes wird nun der Schmelzleiter 5 im Bereich der Sollbruchstelle 6 aufschmelzen. Solche Sollbruchstellen 6 können z.B. durch Verjüngung(en) und/oder Perforation(en) des Schmelzleiters 5 realisiert sein. Ein Lichtbogen entsteht und wiederum brennt der Lichtbogen die beiden Enden des Schmelzleiters 5 ab, und verlängert sich dadurch. Im Bereich der Annäherung des Kontaktes 3 an den Schmelzleiter 5 kommt es durch den Lichtbogen zu einer Ionisierung, so dass der Lichtbogen, als neuen Fußpunkt den Kontakt 3 wählen kann bzw. auf Grund des geringen Widerstandes (z.B. bei entsprechender Dimensionierung) und/oder Anordnung relativ zum zweiten Kontakt wird. Somit wird der Stromfluss durch das zu schützende Gerät 8 unterbrochen. Dadurch ist sichergestellt, dass das zu schützende Gerät 8 im Fehlerfall lediglich diejenige Energie entsprechend i2t tragen muss, die zum Aufschmelzen der Sollbruchstelle 6 und der Entwicklung des ersten Lichtbogens notwendig ist. Diese Energie ist wesentlich geringer als die Energie die bis zum Löschen der Sicherung (Durchlassintegral) durch das Gerät fließen würde.
Besonders vorteilhaft kann zudem vorgesehen sein, dass der Schmelzleiter 5 mit einem Löschmedium, insbesondere mit Sand und/oder POM (Polyoxymethylen) gefüllt ist. Hierdurch werden die Schalteigenschaften in Bezug auf das Schaltvermögen als auch die Schnelligkeit verbessert, da nunmehr eine verbesserte Kühlung des Lichtbogens bereitgestellt wird, wodurch das Schaltvermögen als auch die Schaltgeschwindigkeit verbessert werden kann. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der weitere Kontakt 3 scheibenartig ausgeführt, wobei der Schmelzleiter 5 in einer Einbuchtung oder durch eine Öffnung geführt ist. Hierdurch kann die Herstellung besonders einfach und somit kostengünstig gestaltet werden. Beispielsweise kann der Kontakt als eine Scheibe mit einer im Wesentlichen kreisförmigen Öffnung ausgestaltet sein.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der vierte Kontakt 4 scheibenartig ausgeführt, wobei der Schmelzleiter 5 in einer Einbuchtung oder durch eine Öffnung geführt ist. Hierdurch kann die Herstellung besonders einfach und somit kostengünstig gestaltet werden. Beispielsweise kann der Kontakt als eine Scheibe mit einer im Wesentlichen kreisförmigen Öffnung ausgestaltet sein.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung, die in Figur 2 und 4 gezeigt ist, kann die Schmelzsicherung F weiterhin einen Hilfsschmelzleiter 10 aufweisen, der mit dem ersten Kontakt 1 in elektrischer Verbindung steht und der mit dem vierten Kontakt 4 in elektrischer Verbindung steht. Hierdurch kann die Funktionsweise z. B. in Bezug auf Funkenstrecken als zu schützendes Gerät 8 verbessert werden. Diese Ausführungsform ist besonders geeignet, um Hilfskreise elektrischer Geräte hoher Leistung abzusichern. Denkbar wäre, die elektronischen Mess- Steuer- Regel- und Sicherheitseinrichtungen von großen Motoren und anderen Leistungsstarken Verbrauchern, die Hilfskreise geringer Leistung haben, bei denen der Ausfall des Hilfskreises jedoch zu einer sofortigen Abschaltung (Notabschaltung) des Hauptgerätes führen soll.
Im Speziellen ist die Absicherung von Zündkreisen von Funkenstrecken denkbar. Zündkreise sind in aller Regel hinsichtlich ihrer elektrischen Parameter, z.B. ihres elektrischen Querschnitts, wesentlich kleiner ausgelegt als der elektrische Hauptpfad der Funkenstrecke, da die Vorsicherung grundsätzlich für den maximal abzuleitenden Stoßstromimpuls zu dimensionieren ist. Daher kann es erforderlich sein, Zündkreise durch zusätzliche Schutzeinrichtungen abzusichern, was zusätzlichen Bauraum erfordert. Weiterhin muss das Auslösen einer Schutzeirichtung im Zündkreis zusätzlich signalisiert und gegeben Falls extra ferngemeldet werden, da die Funkenstrecke mit ausgefallenem Zündkreis typische Weise einen verminderten Schutz bietet. Somit ergibt sich ein erheblicher zusätzlicher Aufwand, der durch die Integration des Hilfsschmelzleiters als Sicherung für den Zündkreis in die Vorsicherung minimiert werden kann, und zusätzlich ein Gewinn an Sicherheit erzeugt wird, indem die Funkenstrecke 8 vollständig elektrisch abgetrennt wird.
Beispielsweise kann die Triggereinrichtung 9 für eine Funkenstrecke als zu schützendes Gerät 8 wie in Figur 4 dargestellt ausgeführt sein. Für die Gestaltung des Schmelzleiters 5 und des Hilfsschmelzleiters 10 können unterschiedliche Ausführungsformen vorgesehen sein. So kann wie in den Figuren 2 und 4 gezeigt, der Schmelzleiter 5 und der Hilfsschmelzleiter drahtartig zumindest Abschnittsweise parallel geführt sein, oder aber wie in Figur 3 auf der linken Seite dargestellt, kann der Hilfsschmelzleiter 10 als Teilstück vom Schmelzleiter 5 abschnittsweise abgetrennt sein. Beispielsweise kann der Hilfsschmelzleiter 10 entsprechend durch Abstanzung, Abtrennung, Fräsen oder dergleichen vom Schmelzleiter 5 abschnittsweise abgetrennt sein.
Oder aber der Hilfsschmelzleiter 10 kann wie in Figur 3 rechts dargestellt abschnittsweise auch wendelartig den Schmelzleiter 5 umgeben. Dabei soll der Hilfsschmelzleiter 10 zumindest im Bereich der Annäherung des Kontaktes 3 an den Schmelzeiter 5 isoliert vom Schmelzleiter 5 verlaufen, sodass eine im Wesentlichen definierte Zündstelle vorhanden ist. Zudem kann der Schmelzleiter 5 als auch der Hilfsschmelzleiter 10 über eine oder mehrere Sollbruchstellen 6 im Bereich des weiteren Kontaktes 3 bzw. im Bereich des vierten Kontaktes 4 verfügen.
Besonders vorteilhaft kann die erfindungsgemäße Schmelzsicherung F in einer Schmelzsicherungsanordnung A, z.B. wie in Figur 4 dargestellt, eingesetzt werden, die neben der Schmelzsicherung F auch die zu schützende Einrichtung 8 und eine Triggereinrichtung 9 aufweist, welche mit dem vierten Kontakt 4 verbunden ist und eine „externe" Triggerung, d.h. eine Triggerung, die nicht direkt dem Hauptleitpfad geschuldet ist, ermöglicht.
Dabei kann die zu schützende Einrichtung 8 eine Überspannungsschutzeinrichtung, beispielsweise eine Funkenstrecke und/oder einen Varistoren und/oder eine Transient Voltage Suppressordiode aufweisen. In der Ausführungsform gemäß Figur 4 ist weiterhin eine Verschleißüberwachungseinrichtung 12 vorgesehen, die z.B. als mit einem degradierbaren Material geschützter Kontakt ausgeführt ist. Die Triggereinrichtung 9 ist dann z.B. ausgangsseitig mit der Verschleißüberwachungseinrichtung 12 der Funkenstrecke 8 zum vierten Kontakt 4 verbunden.
In Figur 4 ist so wohl der Zündkreis, als auch die Verschleißüberwachungseinrichtung 12 über den Hilfsschmelzleiter 10 abgesichert, so dass sowohl die Überlastung des Zündkreises als auch eine Überlastung der Funkenstrecke 8 in ihrem Inneren durch Auslösen des Hilfsschmelzleiters 10 und nachfolgendem Abbrennen des Hauptschmelzleiters 5 die Funkenstrecke 8 vollständig vom Netz getrennt wird.
Dabei entsteht bei Überlastung des Hilfsschmelzleiters 10 im Bereich der Annäherung zwischen dem Kontakt 4 und dem Schmelzleiter 5 ein Lichtbogen zwischen den Enden des aufgebrannten Hilfsschmelzleiters 10. Mittels dieses Lichtbogens zündet ein zweiter Lichtbogen zischen dem Schmelzleiter 5 und dem Kontakt 3, der zum Abbrennen des Schmelzleiters 5, also zum Auslösen der Sicherung führt. Zur Verbesserung des Zündverhaltens kann der Hilfsschmelzleiter 10 im Bereich der Annäherung des Kontaktes 3 an den Schmelzleiter 5 eine Sollbruchstelle 6 aufweisen, die bei Überlastung des Schmelzleiters als erstes bricht, so dass an dieser Stelle ein erster Lichtbogen entsteht. Bei geeigneter Dimensionierung des Schmelzleiters 5 und des Hilfsschmelzleiters 10 ist es somit möglich, mittels eines geringen Auslösestromes im Schmelzleiter 8 die hochstromtragfähige Schmelzsicherung F auszulösen, ohne dass der Strom bis zum Auslösen und Löschen der hochstromtragfähigen Sicherung F (Durchlassintegral i2t) durch das zu schützende Gerät 8 fließen muss. Insbesondere kann der Hilfsschmelzleiter 10 durch Schalteinrichtungen in dem zu schützenden Gerät oder einer Triggereinrichtung 9 bestromt und ausgelöst werden. Somit erhält man eine triggerbare Schmelzsicherung F.
Zur Einführung der isolierten Potentiale des weiteren Kontaktes 3 und des vierten Kontaktes 4 können die üblichen Mechanismen zur isolierten Durchführung von Potentialen genutzt werden. Besonders vorteilhaft ist der schichtweise Aufbau aus Metallplatten und Isolierplatten mit einer Sicherungsendplatte zum Abschluss. In diesem Aufbau können die verschiedenen Potentiale über die gestapelt voneinander isolierten Platten eingeführt werden. Der Plattenstapel kann z.B. verschraubt sein.
Das Auslösen der Schmelzsicherung kann entsprechend den üblichen Mechanismen signalisiert werden.
Die vorgestellte Erfindung kann besonders vorteilhaft im Bereich der Elektromobilität als auch der Erzeugung von elektrischer Energie mittels Photovoltaik verwendet werden. Hier ist häufig festzustellen, dass Fahrzeuge oder Anlagen oder Geräte bestimmte Sicherheitskriterien erfüllen sollen, um z.B. bei einem Unfall oder bei einem Brand, keine Gefährdung für Insassen oder Helfer darzustellen. Dann kann durch die Erfindung ohne weiteres eine automatisch oder extern triggerbar und hochleistungsfähige Abschaltung der Energiequelle als Beispiel eines zu schützenden Gerätes 8 bereitgestellt werden.
Bezugszeichenliste
Schmelzsicherung F
Erster Kontakt 1
Zweiter Kontakt 2
Weiterer Kontakt 3
Schmelzleiter 5
Sollbruchstelle 6
Zu schützende Einrichtung 8
Triggereinrichtung 9
Hilfsschmelzleiter 10
Verschleißüberwachungseinrichtung 12 Erstes Potential L Zweites Potential N Schmelzsicherungsanordnung A

Claims

Patentansprüche
1 . Schmelzsicherung (F) für eine zu schützende Einrichtung (8), welche mit der Schmelzsicherung (F) in Reihe geschaltet ist, wobei die Reihenschaltung an ein Versorgungsnetz mit einem ersten Potential (L) und einem hiervon verschiedenen zweiten Potential (N) angeschlossen ist, wobei die Schmelzsicherung (F) einen ersten Kontakt (1 ) und einen zweiten Kontakt (2) aufweist, wobei der zweite Kontakt (2) zur elektrischen Kontaktierung der zu schützenden Einrichtung (8) dient, wobei die Schmelzsicherung (F) einen Schmelzleiter (5) aufweist, der den ersten Kontakt (1 ) mit dem zweiten Kontakt
(2) verbindet, wobei die Schmelzsicherung (F) weiterhin einen weiteren Kontakt
(3) aufweist, wobei der weitere Kontakt (3) isoliert zum ersten Kontakt (1 ) und isoliert zum zweiten Kontakt (2) angeordnet ist und in einem nicht ausgelösten Zustand kontaktlos zu dem Schmelzleiter (5) ist, wobei der erste Kontakt (1 ) im Betrieb mit dem ersten Potential (L) unmittelbar verbunden ist, und wobei die zu schützende Einrichtung (8) im Betrieb mit dem zweiten Potential (N) unmittelbar verbunden ist, wobei der weitere Kontakt (3) im Betrieb ebenfalls mit dem zweiten Potential (N) unmittelbar verbunden ist, wobei weiterhin ein vierter Kontakt (4) bereitgestellt wird, der eine externe Triggerung bereitstellt, wobei eine Triggerung zu einem Lichtbogen führt, der den Schmelzleiter (5) mittelbar oder unmittelbar zum Schmelzen veranlasst.
2. Schmelzsicherung (F) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzleiter (5) im Bereich des weiteren Kontaktes (3) eine Sollbruchstelle aufweist.
3. Schmelzsicherung (F) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzleiter (F) mit einem Löschmedium, insbesondere mit Sand und/oder POM, zumindest abschnittsweise umgeben ist.
4. Schmelzsicherung (F) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vierte Kontakt (4) scheibenartig ausgeführt ist, wobei der Schmelzleiter (5) in einer Einbuchtung oder durch eine Öffnung geführt ist.
5. Schmelzsicherung (F) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzsicherung (F) weiterhin einen Hilfsschmelzleiter (10) aufweist, der mit dem ersten Kontakt (1 ) in elektrischer Verbindung steht und der mit dem vierten Kontakt (4) in elektrischer Verbindung steht.
6. Schmelzsicherung (F) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Kontakt (3) scheibenartig ausgeführt ist, wobei der Hilfsschmelzleiter (10) in einer Einbuchtung oder durch eine Öffnung geführt ist.
7. Schmelzsicherungsanordnung (A) aufweisend eine Schmelzsicherung (F) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und eine zu schützende Einrichtung (8), weiterhin aufweisend eine Triggereinrichtung (9), welche mit dem vierten Kontakt (4) verbunden ist und eine externe Triggerung ermöglicht.
8. Schmelzsicherungsanordnung (A) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die zu schützende Einrichtung (8) eine Überspannungsschutzeinrichtung aufweist.
9. Schmelzsicherungsanordnung (A) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Überspannungsschutzeinrichtung ausgewählt ist aus einer Gruppe aufweisend Funkenstrecken, Varistoren, Transient Voltage Suppressordioden.
10. Schmelzsicherungsanordnung (A) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Überspannungsschutzeinrichtung eine Funkenstrecke mit einer Zündhilfselektrode ist, wobei die Triggereinrichtung (9) einen Zündkreis aufweist, und wobei der Zündkreis mit der Hilfselektrode der Funkenstrecke (8) verbunden ist.
1 1 . Schmelzsicherungsanordnung (A) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Überspannungsschutzeinrichtung eine Funkenstrecke mit einer Verschleißüberwachungseinrichtung (12) ist, wobei die Triggereinrichtung (9) mit Verschleißüberwachungseinrichtung (12) der Funkenstrecke (8) verbunden ist.
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