EP3853878A1

EP3853878A1 - Sicherungskörper und schmelzsicherung

Info

Publication number: EP3853878A1
Application number: EP19821035.3A
Authority: EP
Inventors: Thomas Hochmuth; Robert Hüttinger; Jean-Mary Martel; Christian Rohrwild; Adolf Schmid; Volker Seefeld
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2019-01-16
Filing date: 2019-12-03
Publication date: 2021-07-28
Anticipated expiration: 2039-12-03
Also published as: EP3853878B1; CN113287184A; WO2020148015A1; US11923163B2; US20220068582A1

Abstract

Der erfindungsgemäße Sicherungskörper (10) für eine Schmelzsicherung mit integrierter Messfunktion weist einem ersten Aufnahmeraum (20) zur Aufnahme eines Schmelzleiters der Schmelzsicherung auf, wobei der erste Aufnahmeraum (20) in einer Längserstreckungsrichtung (L) der Schmelzsicherung durch ein Verschlusselement und in einer zur Längserstreckungsrichtung (L) orthogonalen Richtung (R) durch den Sicherungskörper (10) begrenzt ist. Weiterhin weist der Sicherungskörper (10) einem vom ersten Aufnahmeraum (20) räumlich abgegrenzten zweiten Aufnahmeraum (30) zur Aufnahme einer Messeinrichtung der Schmelzsicherung auf, wobei der zweite Aufnahmeraum (30) zur Aufnahme der Messeinrichtung in einem Wandabschnitt (13) des Sicherungskörpers (10) ausgebildet ist. Durch den im Sicherungskörper (10) ausgebildeten zweiten Aufnahmeraum (30) wird die darin angeordnete Messeinrichtung gegen störende Umgebungseinflüsse wirksam geschützt. Die Messeinrichtung dient dazu, den durch die Schmelzsicherung fließenden elektrischen Strom unmittelbar an der Sicherung zu ermitteln. Auf diese Weise ist eine Schmelzsicherung mit integrierter Messfunktion realisierbar, welche es ermöglicht, den Zustand der Schmelzsicherung - und damit den Zustand einer mittels der Schmelzsicherung abgesicherten elektrischen Anlage - ohne das Erfordernis einer Sichtprüfung vor Ort unmittelbar erfassen zu können.

Description

Beschreibung

Sicherungskörper und Schmelzsicherung

Die Erfindung betrifft einen Sicherungskörper für eine

Schmelzsicherung mit integrierter Messfunktion, mit einem ersten Aufnahmeraum (115) zur Aufnahme eines Schmelzleiters der Schmelzsicherung, sowie mit einem zweiten Aufnahmeraum zur Aufnahme einer Messeinrichtung der Schmelzsicherung. Wei terhin betrifft die Erfindung eine Schmelzsicherung mit inte grierter Messfunktion, welche einen derartigen Sicherungskör per aufweist.

Leiter, die von einem elektrischen Strom durchflossen werden, erwärmen sich. Bei unzulässig hohen Strömen kann es zu einer unzulässig starken Erwärmung des Leiters und infolgedessen zu einem Abschmelzen der den Leiter umgebenden Isolation kommen, was in der Folge zu Beschädigungen bis hin zu einem Kabel brand führen kann. Um dieser Brandgefahr vorzubeugen, muss bei Auftreten eines zu hohen elektrischen Stromes, d.h. eines Überlaststromes oder eines Kurzschlussstromes, dieser elekt rische Strom rechtzeitig abgeschaltet werden. Dies wird mit tels sogenannter Überstrom-Schutzeinrichtungen gewährleistet.

Ein Beispiel für eine derartige Überstromschutzeinrichtung ist beispielsweise eine Schmelzsicherung, die durch das Ab schmelzen eines oder mehrerer Schmelzleiter den Stromkreis unterbricht, wenn die Stromstärke des durch die Schmelzsiche rung abgesicherten Stromkreises einen bestimmten Wert über eine bestimmte Zeitdauer hinweg überschreitet. Die Schmelzsi cherung besteht aus einem isolierenden Körper, welcher zwei elektrische Anschlüsse aufweist, die im Inneren des isolie renden Körpers durch einen oder mehrere Schmelzleiter elek trisch leitend miteinander verbunden sind. Der Schmelzleiter, welcher einen im Vergleich zu den übrigen Leitern des Strom kreises reduzierten Querschnitt aufweist, wird durch den ihn durchfließenden Strom erwärmt und schmilzt, wenn der maßgeb- liehe Nennstrom der Sicherung für eine vorbestimmte Zeitdauer deutlich überschritten wird. Aufgrund seiner guten Isolati onseigenschaften wird als Material für den isolierenden Kör per zumeist Keramik verwendet. Ein derartiger Schmelzsiche rungseinsatz ist beispielsweise aus der europäischen Patent schrift EP 0 917 723 Bl oder den deutschen Offenlegungs schriften DE 10 2014 205 871 Al sowie DE 10 2016 211 621 Al prinzipiell vorbekannt.

Schmelzsicherungen sind in verschiedenen Bauarten erhältlich. Neben einfachen Gerätesicherungen, welche einen einfachen Glaszylinder, in dem der Schmelzleiter aufgenommen ist, auf weisen, existieren auch Bauformen, bei denen der Keramikkör per mit Sand - zumeist Quarzsand - gefüllt ist: Hierbei wird zwischen Typen mit verfestigtem sowie mit unverfestigtem Quarzsand unterschieden. Bei einer mit Sand verfestigten Schmelzsicherung ist der Schmelzleiter von Quarzsand umgeben. In der Regel ist das Gehäuse der Schmelzsicherung dabei durch einen Keramikkörper, in dem der verfestigte Sand, die

elektrischen Anschlüsse sowie der Schmelzleiter aufgenommen bzw. gehalten sind, gebildet. Der Quarzsand fungiert hierbei als Lichtbogenlöschmittel: wird der Nennstrom der Schmelzsi cherung deutlich überschrittenen - beispielsweise aufgrund eines hohen Kurzschlussstromes - so führt dies zu einem An sprechen der Schmelzsicherung, in dessen Verlauf der Schmelz leiter zunächst schmilzt und anschließend aufgrund der hohen Temperaturentwicklung verdampft. Dabei entsteht ein elek trisch leitendes Plasma, über das der Stromfluss zwischen den elektrischen Anschlüssen zunächst aufrechterhalten wird - es bildet sich ein Lichtbogen. Indem sich der Metalldampf des verdampften Schmelzleiters auf der Oberfläche der Quarzsand körner niederschlägt, wird der Lichtbogen wiederum abgekühlt. In der Folge steigt der Widerstand im Inneren des Sicherungs einsatzes derart an, dass der Lichtbogen endgültig verlischt. Die durch die Schmelzsicherung zu schützende elektrische Lei tung ist damit unterbrochen. Aus dem Stand der Technik sind im Bereich der Schmelzsiche rungen Niederspannungs-Hochleistungssicherungen, sogenannte NH-Sicherungen, aber auch Halbleiterschutzsicherungen, soge nannte HLS-Sicherungen, wie sie beispielsweise unter dem Pro duktnamen SITOR vertrieben werden, prinzipiell vorbekannt.

Bei NH-Sicherungen werden üblicherweise ein oder mehrere Schmelzleiter in Form von Metallbändern verwendet. Dabei wei sen die Schmelzleiter zumeist sogenannte Engstellenreihen zur selektiven Ausschaltung der Schmelzsicherung auf. Weiterhin kann auf einen oder mehrere der Schmelzleiter zumindest ein Lotdepot aufgebracht sein, mit dessen Hilfe die Überlastcha rakteristik der Schmelzsicherung beeinflussbar ist. Der für das Abschaltverhalten der Sicherung maßgebliche Durchlas senergiewert I²t ist bei NH-Sicherungen relativ groß, weswe gen diese eine eher trägere Charakteristik aufweisen.

Erwärmt sich der Schmelzleiter durch einen elektrischen Über laststrom auf eine Temperatur, welche oberhalb der Schmelz temperatur des Lotes liegt, so diffundiert dieses Lot in das Schmelzleitermaterial ein und bildet mit diesem eine Legie rung. Dadurch erhöht sich der elektrische Widerstand des Schmelzleiters, was zu dessen weiterer Erwärmung führt, wodurch der Diffusionsvorgang solange weiter beschleunigt wird, bis der Schmelzleiter in der Umgebung des Lotdepots vollständig aufgelöst ist, so dass er abreißt, wodurch der Stromfluss unterbrochen wird. Bei einem kurzzeitigen, zuläs sigen Überstrom erfolgt keine vorzeitige Ausschaltung durch die NH-Sicherung . Bei Auftreten eines Kurzschluss-Stromes hingegen reißt der Schmelzleiter an den Engstellenreihen auf. Dadurch entstehen gleichzeitig mehrere kleine, in Reihe ge schaltete Lichtbögen, deren Spannungen sich addieren und da mit zu einer schnelleren Ausschaltung der Schmelzsicherung führen. NH-Sicherungen dienen beispielsweise zum Schutz von Anlagen oder Schaltschränken vor Brand, beispielsweise durch überhitzte Anschlussleitungen. Seitens der Betreiber elektrischer Anlagen wird vermehrt der Wunsch geäußert, den Zustand einer elektrischen Anlage zeit nah erfassen zu können. In der Vergangenheit erfolgte dies oftmals mittels einer Sichtprüfung - im Falle von Schmelzsi cherungen beispielsweise dadurch, dass die Sicherungen mit einem Kennmelder ausgestattet sind, welcher ein Auslösen der jeweiligen Sicherung außen am Gehäuse der betreffenden Siche rung optisch signalisiert. Für die Zukunft wird jedoch ver mehrt gefordert, diese Information jederzeit und möglichst ortsunabhängig abfragen zu können, beispielsweise über eine Leitwarte. Aus diesem Grund werden elektrische Installations geräte vermehrt dazu ertüchtigt, Informationen über ihren Be triebszustand bereitzustellen. Elektrische Schaltgeräte, bei spielsweise Brandschutzschalter, die bereits über eine eigene Steuerungslogik verfügen, können mit relativ geringem Aufwand dazu ertüchtigt werden, entsprechende Informationen aufzube reiten und bereitzustellen.

Bei Schmelzsicherungen gibt es entsprechende Lösungen, indem mittels eines an die Sicherung anbaubaren Kommunikationsmo duls die vom Kennmelder optisch bereitgestellte „Ausgelöst"- Information aufzunehmen und weiterzuleiten. Anbaubare Lösun gen haben jedoch den Nachteil, dass sie zusätzlichen Bauraum benötigen und daher in bereits bestehenden Installationen nur mit verhältnismäßig hohem Aufwand eingesetzt werden können. Für einen einfachen Retrofit-Einsatz , bei dem eine bestehende Sicherung herkömmlicher Bauart ohne Kommunikationsmodul, d.h. ohne eine Mess-, Auswerte- und Kommunikationseinheit, durch eine neue Sicherung mit einem entsprechenden Kommunikations modul im Sinne einer Nachrüstung oder Modernisierung der An lage ersetzt wird, kommen diese anbaubaren Lösungen oftmals nicht zum Einsatz, da der hierfür benötigte, zusätzliche Bau raum nicht zur Verfügung steht.

Zur Lösung dieses vor allem bei Retrofit-Anwendungen auftre tenden Problems des begrenzten Bauraums ist in der internati onalen Patentanmeldung WO 2017/078525 Al eine Schmelzsiche- rung beschrieben, bei der eine Stromsensor in den Druckkörper der Schmelzsicherung integriert ist. Mit Hilfe dieses Strom sensors kann der im Normalbetrieb auftretende Stromfluss durch die Schmelzsicherung gemessen und an eine außerhalb der Schmelzsicherung angeordnete Abfrage-Einheit übermittelt wer den. Da in einer Schmelzsicherung jedoch auch vergleichsweise hohe Temperaturen auftreten können, ist es fraglich, wie zu verlässig ein in den Druckkörper der Schmelzsicherung inte grierter Sensor über die Lebensdauer der Schmelzsicherung hinweg funktioniert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schmelz sicherung mit integrierter Messfunktion sowie einen Siche rungskörper für eine derartige Schmelzsicherung bereitzustel len, welche die vorstehend genannten Probleme zumindest teil weise überwinden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Schmelzsicherung mit integrierter Messfunktion sowie den Sicherungskörper für eine derartige Schmelzsicherung gemäß den unabhängigen An sprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungs gemäßen Schmelzsicherung sowie des erfindungsgemäßen sind Ge genstand der abhängigen Ansprüche.

Der erfindungsgemäße Sicherungskörper für eine Schmelzsiche rung mit integrierter Messfunktion weist einem ersten Aufnah meraum zur Aufnahme eines Schmelzleiters der Schmelzsicherung auf, wobei der erste Aufnahmeraum in einer Längserstreckungs richtung der Schmelzsicherung durch ein Verschlusselement und in einer zur Längserstreckungsrichtung orthogonalen Richtung durch den Sicherungskörper begrenzt ist. Weiterhin weist der Sicherungskörper einem vom ersten Aufnahmeraum räumlich abge grenzten zweiten Aufnahmeraum zur Aufnahme einer Messeinrich tung der Schmelzsicherung auf, wobei der zweite Aufnahmeraum zur Aufnahme der Messeinrichtung in einem Wandabschnitt des Sicherungskörpers ausgebildet ist. Ein Sicherungskörper, welcher auch als Druckgehäuse oder Druckkörper bezeichnet werden kann, dient primär dazu, den bei einer Erwärmung oder Auslösung der Schmelzsicherung auf tretenden Druck aufzunehmen, weswegen hohe Anforderungen an die mechanische Festigkeit und Stabilität des Sicherungskör pers gestellt werden. Der erfindungsgemäße Sicherungskörper für eine Schmelzsicherung mit integrierter Messfunktion dient darüber hinaus dazu, eine Messeinrichtung der Schmelzsiche rung aufzunehmen und vor Beschädigung zu schützen. Hierzu weist der Sicherungskörper neben dem ersten Aufnahmeraum zur Aufnahme eines Schmelzleiters einen zweiten Aufnahmeraum zur Aufnahme der Messeinrichtung auf, welcher vorteilhafter Weise in der Längserstreckungsrichtung verschließbar ist, bei spielsweise durch das Verschlusselement. Auf diese Weise ist die im zweiten Aufnahmeraum anordenbare Messeinrichtung gegen störende Umgebungseinflüsse wie Staub, Feuchtigkeit oder Schmutz wirksam geschützt.

Durch den erfindungsgemäßen Sicherungskörper ist eine

Schmelzsicherung realisierbar, bei der der durch die Schmelz sicherung fließende elektrische Strom unmittelbar an der Schmelzsicherung erfasst werden kann, ohne dass dabei die Bauform oder die Baugröße - und damit die technischen Eigen schaften der Schmelzsicherung - maßgeblich beeinflusst wer den. Damit ist eine Schmelzsicherung mit den Außenabmessungen einer herkömmlichen NH-Sicherung realisierbar, welche auch für Retrofit-Anwendungen einsetzbar ist.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Sicherungskörpers ist der zweite Aufnahmeraum sowohl nach innen zum ersten Auf nahmeraum als auch nach außen durch je einen Wandabschnitt des Sicherungskörpers begrenzt.

Dieser zweite Aufnahmeraum ist in einer zur Längserstre ckungsrichtung orthogonal orientierten Richtung sowohl nach außen als auch nach innen, d.h. zum ersten Aufnahmeraum hin, durch den Sicherungskörper räumlich abgegrenzt. Damit ist nicht nur ein wirksamer Schutz gegen die vorstehend gennann ten Umgebungseinflüsse, sondern auch ein wirksamer Schutz vor Beschädigung der Messeinrichtung durch einen Druckanstieg im Inneren des Sicherungskörpers aufgrund einer Auslösung der Schmelzsicherung realisierbar. Die Zuverlässigkeit der Mes- einrichtung wird dadurch deutlich verbessert.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist der Si cherungskörper eine im Wesentlichen hohlzylinderartige Form auf, welche an den Enden mit jeweils einem Verschlusselement verschließbar ist.

Eine hohlzylinderartige Form, welche auch als prismen-artige Form bezeichnet werden kann, stellt eine Raumform dar, welche aus einer Grundfläche sowie einer dazu orthogonal orientier ten Höhe gebildet ist. Derartige Raumformen haben den Vor teil, dass sie bei geeigneter Materialauswahl auf einfache Art und Weise im Strangpressverfahren herstellbar sind. Ande re Fertigungsverfahren, insbesondere auch additive Ferti gungsverfahren, umgangssprachlich auch als 3D-Druck bezeich net, kommen jedoch ebenso in Frage.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Sicherungs körpers weist der zweite Aufnahmeraum einen ringförmigen ers ten Abschnitt zur Aufnahme eines Stromwandlers sowie einen zweiten Abschnitt zur Aufnahme einer Elektronikbaugruppe auf.

Der zweite Aufnahmeraum, welcher der Aufnahme der Messein richtung dient und einen in einem Wandabschnitt des Siche rungskörpers ausgebildeten Hohlraum darstellt, ist in zwei Partitionen unterteilbar: einen ringförmigen ersten Abschnitt zur Aufnahme des Stromwandlers der Messeinrichtung sowie ei nen zweiten Abschnitt zur Aufnahme der Elektronikbaugruppe der Messeinrichtung. Die beiden Abschnitte müssen dabei nicht zwingend durch eine Trennwand oder Ähnliches voneinander ge trennt sein sondern können unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sein oder auch ineinander übergehen. In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Sicherungs körpers ist der erste Abschnitt und/oder der zweite Abschnitt durch zumindest eines der Verschlusselemente verschließbar.

Vorteilhafter Weise wird mit Hilfe des zumindest einen Ver schlusselements sowohl der erste Abschnitt als auch der zwei te Abschnitt verschließbar, um die in den Abschnitten ange ordneten Komponenten der Messeinrichtung vor Umgebungsein flüssen wie Staub, Schmutz oder Feuchtigkeit wirksam zu schützen. Auf diese Weise kann der Montageaufwand reduziert werden .

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist der Siche rungskörper einstückig ausgebildet.

Die einstückige Ausführungsform - insbesondere im Hinblick auf die Herstellung des Sicherungskörpers mit Hilfe eines Ad- ditive-Manufacturing-Verfahrens - hat den Vorteil, dass hier durch nachgelagerte Montageschritte vermieden werden. Die Montagekosten können dadurch weiter reduziert werden.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist der Siche rungskörper aus einem keramischen Werkstoff oder einem ther mostabilen Kunststoff gebildet.

Keramische Werkstoffe sind aufgrund ihrer hohen Druckfestig keit zur Herstellung eines Sicherungskörpers besonders geeig net. Thermostabile Kunststoffe, sofern sie ausreichend wärme stabil sind, zeichnen sich hingegen durch ihre vereinfachte Verarbeitbarkeit bei gleichzeitig vergleichsweise niedrigen Herstellkosten aus.

Die erfindungsgemäße Schmelzsicherung mit integrierter Mess funktion weist einen Sicherungskörper der vorstehend be schriebenen Art auf, durch den ein erster Aufnahmeraum sowie ein vom ersten Aufnahmeraum räumlich abgegrenzter zweiter Aufnahmeraum gebildet sind. Weiterhin weist die Schmelzsiche rung einen Schmelzleiter, welcher in dem ersten Aufnahmeraum angeordnet ist, sowie eine Messeinrichtung, welche in dem zweiten Aufnahmeraum angeordnet ist, auf. Dabei ist der zwei te Aufnahmeraum in einem Wandabschnitt des Sicherungskörpers ausgebildet, wobei die für den ersten Aufnahmeraum benötigte Bauhöhe in der Längserstreckungsrichtung der Schmelzsicherung der Bauhöhe einer standardisierten NH-Sicherung entspricht.

Mit Hilfe der Messeinrichtung wird die Möglichkeit geschaf fen, den durch die Schmelzsicherung fließenden elektrischen Strom unmittelbar an der Sicherung zu ermitteln. In einer zur Längserstreckungsrichtung radialen Richtung ist der zweite Aufnahmeraum sowohl nach außen als auch nach innen, d.h. zum ersten Aufnahmeraum hin durch den Sicherungskörper abgegrenzt und damit geschützt. Auf diese Weise ist eine Schmelzsiche rung mit integrierter Messfunktion realisierbar, um den Zu stand der Schmelzsicherung, und damit den Zustand einer mit tels der Schmelzsicherung abgesicherten elektrischen Anlage ohne das Erfordernis einer Sichtprüfung vor Ort unmittelbar erfassen zu können.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Schmelzsicherung weist die Messeinrichtung einen Stromwandler sowie eine

Elektronikbaugruppe auf. Dabei ist der Stromwandler in einem ersten Abschnitt des zweiten Aufnahmeraumes angeordnet, wäh rend die Elektronikbaugruppe in einem zweiten Abschnitt des zweiten Aufnahmeraumes angeordnet ist.

Der im zweiten Aufnahmeraum angeordnete Stromwandler dient dabei zum einen als Stromsensor, welcher die erfassten Strom messwerte an die Elektronikbaugruppe weiterleitet, wo die Messwerte weiterverarbeitet werden. Zum anderen wird die hierfür benötigte Energie ebenfalls mit Hilfe des Stromwand lers durch elektromagnetische Induktion aus dem Primärstrom, d.h. dem Betriebsstrom der Schmelzsicherung generiert. Der Stromwandler dient somit auch als Energiequelle für die Elektronikbaugruppe. Um auch bei geringen Betriebsströmen der Schmelzsicherung ausreichend Energie für die Elektronikbau gruppe bereitzustellen und somit die Zuverlässigkeit der Mes seinrichtung zu gewährleisten, muss der Stromwandler hierzu vergleichsweise groß dimensioniert sein.

Gleichzeitig muss die Schmelzsicherung kompakt gehalten wer den, um auch für Retrofit-Anwendungen im Rahmen einer Nach rüstung oder Modernisierung bestehender Anlagen, bei denen eine herkömmliche Schmelzsicherung ohne Messvorrichtung er setzt wird, eingesetzt werden zu können. Da die Schmelzsiche rung dabei idealer Weise die Abmessungen einer standardisier ten NH-Sicherung aufweist, ist der zweite Aufnahmeraum, in dem die Messeinrichtung aufgenommen und gehaltert ist, insbe sondere in axialer Richtung, d.h. in der Längserstreckungs richtung, stark limitiert. Um einen möglichst großen Strom wandler in einem ersten Abschnitt des zweiten Aufnahmeraumes anordnen zu können, ist die Elektronikbaugruppe in einem zweiten Abschnitt des zweiten Aufnahmeraumes seitlich, d.h. in radialer Richtung, neben dem Stromwandler angeordnet. Auf diese Weise kann der Stromwandler hinsichtlich seiner Abmes sungen dahingehend optimiert werden, dass die für die Elekt ronikbaugruppe bereitgestellte Energie möglichst groß ist.

Auf diese Weise ist es möglich, eine Schmelzsicherung mit in tegrierter Messfunktion zu konstruieren, welche keine externe Stromquelle zur energetischen Versorgung der Messeinrichtung benötigt .

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Schmelzsi cherung weist die Elektronikbaugruppe eine Übertragungsein richtung auf, um ein von der Messeinrichtung erfasstes Mess signal an eine außerhalb der Schmelzsicherung angeordnete Empfangseinrichtung zu übertragen.

Mit Hilfe der Übertragungseinrichtung können die ermittelten Messdaten oder auch auf diesen Messdaten basierende, weiter verarbeitete Daten an eine externe Einheit, beispielsweise eine Datensammeleinrichtung oder eine Leitwarte übertragen werden. Auf diese Weise ist es möglich, den Betriebszustand der Schmelzsicherung zu jedem Zeitpunkt ermitteln zu können, ohne dass hierzu ein Techniker oder Installateur erforderlich ist, welcher die Sicherung vor Ort inspiziert.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Schmelzsi cherung erfolgt die Übertragung des Messsignals von der Über tragungseinrichtung an die Empfangseinrichtung drahtlos.

Durch eine drahtlose Übertragung der Daten an die externe Empfangseinrichtung wird der Installationsaufwand der

Schmelzsicherung deutlich vereinfacht. Für die kabellose oder drahtlose Übertragung der Daten - Messwerte oder auf Messwer ten basierende, vorverarbeitete Daten - von der Übertragungs einrichtung an die Empfangsvorrichtung kommen gängige Über tragungsverfahren wie beispielsweise Bluetooth, RFID (sowohl aktiv als auch passiv), ZigBee, etc. in Betracht. Die für die Übertragung benötigte Energie wird dabei vorteilhafter Weise wieder mit Hilfe des Stromwandlers durch elektromagnetische Induktion aus dem Primärstrom gewonnen.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Schmelzsi cherung entspricht der für die Schmelzsicherung insgesamt be nötigte Bauraum dem Bauraum einer standardisierten NH- Sicherung .

Indem die erfindungsgemäße Schmelzsicherung mit integrierter Messfunktion hinsichtlich ihrer Baugröße der Größe einer her kömmlichen NH-Sicherung entspricht, kommt sie auch für Retro- fit-Anwendungen im Rahmen einer Nachrüstung oder Modernisie rung bestehender Anlagen, bei denen eine herkömmliche

Schmelzsicherung ohne Messvorrichtung durch eine Schmelzsi cherung mit integrierter Messfunktion ersetzt wird, in Frage. Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemä ßen Sicherungskörpers sowie der erfindungsgemäßen Schmelzsi cherung unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläu tert. In den Figuren sind:

Figur 1 eine schematische Darstellung einer aus dem Stand der Technik bekannten NH-Sicherung;

Figuren

2 bis 4 schematische Darstellungen des erfindungsgemäßen

Sicherungskörpers für eine Schmelzsicherung mit in tegrierter Messfunktion in verschiedenen Ansichten.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets mit dem gleichen Bezugszeichen versehen. Die Beschrei bung gilt für alle Zeichnungsfiguren, in denen das entspre chende Teil ebenfalls zu erkennen ist.

Figur 1 zeigt schematisch den prinzipiellen Aufbau einer standardisierten NH-Schmelzsicherung, wie sie aus dem Stand der Technik bereits vorbekannt ist. Die Schmelzsicherung 1 weist zwei Anschlusselemente 3 auf, welche aus einem

elektrisch leitenden Werkstoff, beispielsweise Kupfer, beste hen. In den Darstellungen sind die Anschlusselemente 3 als Messerkontakte ausgebildet - dies ist jedoch nicht erfin dungswesentlich. Die Anschlusselemente 3 sind mechanisch fest und dicht mit einem Schutzgehäuse 2 mit der Höhe H verbunden, welches aus einem festen, nichtleitenden und möglichst hitze beständigen Werkstoff, beispielsweise aus einer Keramik, be steht und als Druckkörper für die Schmelzsicherung 1 dient. Das Schutzgehäuse 2 weist im Allgemeinen eine röhren- oder hohlzylinderförmige Grundform auf und ist nach außen druck dicht, beispielsweise mit Hilfe zweier Verschlusskappen 4, verschlossen. Die Anschlusselemente 3 erstrecken sich dabei jeweils durch eine in den Verschlusskappen 4 ausgebildete Öffnung in den Hohlraum des Schutzgehäuses 2. In diesem Hohl raum ist zumindest ein sogenannter Schmelzleiter 5 angeord- net, welcher die beiden Anschlusselemente 3 elektrisch lei tend miteinander verbindet.

Der verbleibende Hohlraum ist zumeist vollständig mit einem Löschmittel 6 befüllt, welches zum Löschen und Kühlen der Schmelzsicherung 1 im Auslösefall dient und den Schmelzleiter 5 vollständig umgibt. Als Löschmittel 6 wird beispielsweise Quarzsand verwendet. Anstelle des in Figur 1 dargestellten einen Schmelzleiters 5 ist es ebenso möglich, mehrere

Schmelzleiter 5 elektrisch zueinander parallel geschaltet in dem Schutzgehäuse 2 anzuordnen und entsprechend mit den bei den Kontaktelementen 3 zu kontaktieren. Durch Art, Anzahl, Anordnung und Gestaltung der Schmelzleiter 3 kann die Auslös- ekennlinie - und damit das Auslöseverhalten - der Schmelzsi cherung 1 beeinflusst werden.

Der Schmelzleiter 5 besteht im Allgemeinen aus einem gut lei tenden Werkstoff wie Kupfer oder Silber und weist über seine Länge, d.h. in seiner Längserstreckungsrichtung L, mehrere Engstellenreihen 7 sowie ein oder mehrere Lotdepots 8 - soge nannte Lotpunkte - auf. Die Längserstreckungsrichtung L ist somit die Parallele zu einer gedachten Verbindungslinie der beiden Anschlusselemente 3. Über die Engstellenreihen 7 sowie die Lotpunkte 8 kann ebenfalls die Auslösekennlinie der

Schmelzsicherung 1 beeinflusst und an den jeweiligen Anwen dungsfall angepasst werden. Bei Strömen, die kleiner sind als der Nennstrom der Schmelzsicherung 1, wird im Schmelzleiter 5 nur so viel Verlustleistung umgesetzt, dass diese in Form von Wärme schnell über den Löschsand 6, das Schutzgehäuse 2 sowie die beiden Anschlusselemente 3 nach außen abgegeben werden kann. Die Temperatur des Schmelzleiters 5 steigt dabei nicht über dessen Schmelzpunkt hinaus an. Fließt ein Strom, der im Überlastbereich der Schmelzsicherung 1 liegt, so steigt die Temperatur im Inneren der Schmelzsicherung 1 stetig weiter an, bis der Schmelzpunkt des Schmelzleiters 5 überschritten wird und dieser an einer der Engstellenreihen 7 durch

schmilzt. Bei hohen Fehlerströmen - wie sie beispielsweise aufgrund eines Kurzschlusses auftreten - wird so viel Energie im Schmelzleiter 5 umgesetzt, dass dieser praktisch auf der ganzen Länge aufgeheizt wird und infolge dessen an allen Eng stellenreihen 7 gleichzeitig schmilzt.

Da flüssiges Kupfer bzw. Silber noch gute elektrisch leitende Eigenschaften aufweist, wird der Stromfluss zu diesem Zeit punkt noch nicht unterbrochen. Die aus dem Schmelzleiter 5 gebildete Schmelze wird folglich weiter aufgeheizt, bis sie schließlich in den gasförmigen Zustand übergeht, wodurch sich ein Plasma bildet. Dabei entsteht ein Lichtbogen, um den Stromfluss über das Plasma weiter aufrecht zu erhalten. Im letzten Stadium einer Sicherungsabschaltung reagieren die leitfähigen Gase mit dem Löschmittel 6, welches bei konventi onellen Schmelzsicherungen 1 zumeist aus Quarzsand besteht. Dieser wird aufgrund der durch den Lichtbogen bedingten, ext rem hohen Temperaturen im Umfeld des Lichtbogens aufgeschmol zen, was zu einer physikalischen Reaktion des geschmolzenen Schmelzleitermaterials mit dem umgebenden Quarzsand 6 führt. Da das dabei entstehende Reaktionsprodukt elektrisch nicht leitend ist, sinkt der Stromfluss zwischen den beiden An schlusselementen 3 rasch gegen Null ab. Dabei ist jedoch zu beachten, dass einer bestimmten Masse an Schmelzleitermateri al auch eine entsprechende Masse an Löschmittel erfordert.

Nur so kann sichergestellt werden, dass am Ende der Siche rungsabschaltung noch genügend Löschmittel 6 vorhanden ist, um das gesamte leitfähige Plasma wirksam zu binden.

In den Figuren 2 bis 4 ist ein Ausführungsbeispiel des erfin dungsgemäßen Sicherungskörpers 10 für eine Schmelzsicherung mit integrierter Messfunktion schematisch dargestellt. Der Sicherungskörper 10 ist einstückig aus einem geeigneten Mate rial, beispielsweise einer Keramik oder einem thermostabilen Kunststoff gebildet. Er ist als Hohlkörper ausgeformt, dessen im Wesentlichen zylindrische Innenwand 11 einen ersten Auf nahmeraum 20, der sich entlang einer Längserstreckungsrich tung L erstreckt, in einer zur Längserstreckungsrichtung L, orthogonal orientierten radialen Richtung R begrenzt. In der Längserstreckungsrichtung L sowie in der Gegenrichtung ist der Sicherungskörper 10 durch jeweils eine Stirnseite 12-1 bzw. 12-2 begrenzt, an denen jeweils ein Verschlusselement (nicht dargestellt) der Schmelzsicherung montierbar ist, um den ersten Aufnahmeraum 10 in der Längserstreckungsrichtung L sowie in der Gegenrichtung zu verschließen. Die Bauhöhe H des Sicherungskörpers 10 entspricht dabei der Bauhöhe einer stan dardisierten NH-Sicherung, wie in Figur 1 dargestellt und vorstehend beschrieben.

Der erste Aufnahmeraum 10 dient dazu ein Schmelzleiter (nicht dargestellt) der Schmelzsicherung aufzunehmen und zu fixie ren. Weiterhin kann der erste Aufnahmeraum 10 mit einem ge eigneten Löschmittel, beispielsweise Quarzsand, gefüllt sein, um die Auslöseeigenschaften der Schmelzsicherung zu verbes sern. Der erste Aufnahmeraum 10 entspricht somit dem Hohlraum der vorstehend zu Figur 1 beschriebenen Schmelzsicherung.

Darüber hinaus weist der erfindungsgemäße Sicherungskörper 10 einen zweiten Aufnahmeraum 30 auf, der in einer Wandung 13 des Sicherungskörpers 10 ausgebildet ist. Der zweite Aufnah meraum 30 ist dazu vorgesehen, eine Messeinrichtung (nicht dargestellt) der Schmelzsicherung aufzunehmen, um den durch die Schmelzsicherung fließenden elektrischen Strom zu messen, das gemessene Signal ggf. zu verarbeiten und an eine überge ordnete Stelle, beispielsweise einen Datensammler oder eine Leitwarte, zu übertragen. Konstruktiv gesehen stellt der zweite Aufnahmeraum 30 eine taschenartige Vertiefung dar, welche in die erste Stirnseite 12-1 eingebracht ist. Zur an deren Stirnseite 12-2 hin, als auch nach außen sowie nach in nen zum ersten Aufnahmeraum 31 hin, ist der zweite Aufnahme raum 30 durch den Sicherungskörper 10 begrenzt.

Die im zweiten Aufnahmeraum 30 anzuordnende Messeinrichtung (nicht dargestellt) besteht im Wesentlichen aus einem Strom wandler sowie einer mit diesem elektrisch leitend verbundenen Elektronikbaugruppe. Daher ist der zweite Aufnahmeraum 30 in einen ringförmig ausgebildeten ersten Abschnitt 31, welcher dazu dient, den ringförmigen Stromwandler aufzunehmen, sowie einen zweiten Abschnitt 32, der zur Aufnahme der Elektronik baugruppe ausgebildet ist, unterteilt. Die beiden Abschnitte 31 und 32 müssen dabei nicht durch eine Trennwand oder Ähnli ches voneinander abgegrenzt sein, sondern können vielmehr un mittelbar benachbart zueinander angeordnet sein oder auch in einander übergehen.

Der Stromwandler dient dabei primär als Stromsensor, welcher den durch die Schmelzsicherung fließenden elektrischen Strom erfasst. Die erfassen en Strommesswerte werden dann an die Elektronikbaugruppe weiterleitet. Ferner kann die für die Elektronikbaugruppe benötigte Energie ebenfalls mit Hilfe des Stromwandlers durch elektromagnetische Induktion aus dem Pri märstrom, d.h. dem Betriebsstrom der Schmelzsicherung gene riert werden. Der Stromwandler dient damit neben seiner Mess funktion auch als Energiequelle für die Elektronikbaugruppe. Dadurch ist es möglich, eine Schmelzsicherung mit integrier ter Messfunktion zu konstruieren, welche keine externe Strom quelle zur energetischen Versorgung der Messeinrichtung benö tigt .

Die Elektronikbaugruppe muss möglichst kompakt gestaltet sein, da der hierfür zur Verfügung stehende Bauraum im zwei ten Abschnitt 32 des zweiten Aufnahmeraumes 30 stark begrenzt ist. Eine kompakte Gestaltung ist beispielsweise durch die Verwendung einer kompakten Leiterplatte mit integrierten Schaltkreisen möglich. Um die von der Messeinrichtung erfass ten Messdaten, oder auch auf diesen Messdaten basierende, weiterverarbeitete Daten, an eine außerhalb der Schmelzsiche rung angeordnete Empfangseinrichtung - beispielsweise eine Datensammeleinrichtung oder eine Leitwarte - zu übertragen, weist die Elektronikbaugruppe eine geeignete Übertragungsein richtung auf. Für diese Übertragung kommen dabei alle gängi gen Übertragungsverfahren wie beispielsweise Bluetooth, RFID (sowohl aktiv als auch passiv), ZigBee, etc. in Betracht. Auf diese Weise ist es möglich, den Betriebszustand der Schmelz sicherung zu jedem beliebigen Zeitpunkt ermitteln zu können, ohne dass hierfür ein Techniker oder Installateur erforder- lieh wäre, welcher die Sicherung vor Ort visuell inspizieren muss .

Der erfindungsgemäße Sicherungskörper für eine Schmelzsiche rung mit integrierter Messfunktion sowie die dazugehörige Schmelzsicherung zeichnen sich dadurch aus, dass die Mess- und Kommunikationstechnik nicht in einem separaten Gehäuse, sondern in einer im Sicherungskörper gebildeten Aussparung angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass kein zusätzlicher Bauraum für die Messeinrichtung benötigt wird, welcher zu ei- ner Verkürzung des Sicherungskörpers führen würde, welche zu einer Reduzierung der zu erreichenden Nennspannung der

Schmelzsicherung führen würde.

Bezugs zeichenliste

1 Schmelzsicherung

2 Schutzgehäuse / Druckkörper

3 Anschlusselement

4 Verschlusskappe

5 Schmelzleiter

6 Löschmittel / Löschsand

7 Engstellenreihe

8 Lotdepot

10 Sicherungskörper

11 Innenwand

12-1 erste Stirnseite

12-2 zweite Stirnseite

13 Wandung

20 erster Aufnahmeraum

30 zweiter Aufnahmeraum

31 erster Abschnitt

32 zweiter Abschnitt

H Bauhöhe

L Längserstreckungsrichtung

R radiale Richtung

Claims

Patentansprüche

1. Sicherungskörper (10) für eine Schmelzsicherung mit inte grierter Messfunktion,

- mit einem ersten Aufnahmeraum (20) zur Aufnahme eines Schmelzleiters der Schmelzsicherung, wobei der erste Aufnahmeraum (20) in einer Längserstreckungsrichtung (L) der Schmelzsicherung durch ein Verschlusselement und in einer zur Längserstreckungsrichtung (L) ortho gonalen Richtung (R) durch den Sicherungskörper (10) begrenzt ist,

- mit einem vom ersten Aufnahmeraum (20) räumlich abge grenzten zweiten Aufnahmeraum (30) zur Aufnahme einer Messeinrichtung der Schmelzsicherung,

wobei der zweite Aufnahmeraum (30) zur Aufnahme der Mess einrichtung in einem Wandabschnitt (13) des Sicherungs körpers (10) ausgebildet ist.

2. Sicherungskörper (10) nach Anspruch 1,

wobei der zweite Aufnahmeraum (30) sowohl nach innen zum ersten Aufnahmeraum (20) als auch nach außen durch je einen Wandabschnitt (13) des Sicherungskörpers (10) be grenzt ist.

3. Sicherungskörper (10) nach einem der vorherigen Ansprü che, wobei der Sicherungskörper (10) eine im Wesentli chen hohlzylinderartige Form aufweist, welche an den En den mit jeweils einem Verschlusselement verschließbar ist .

4. Sicherungskörper (10) nach einem der vorherigen Ansprü che, wobei der zweite Aufnahmeraum (30) einen ringförmi gen ersten Abschnitt (31) zur Aufnahme eines Stromwand lers sowie einen zweiten Abschnitt (32) zur Aufnahme ei ner Elektronikbaugruppe aufweist.

5. Sicherungskörper (10) nach einem der vorherigen Ansprü che, wobei der erste Abschnitt (31) und/oder der zweite Abschnitt (32) durch zumindest eines der Verschlussele mente verschließbar ist.

6. Sicherungskörper (10) nach einem der vorherigen Ansprü che, wobei der Sicherungskörper (10) einstückig ausgebil det ist.

7. Sicherungskörper (10) nach einem der vorherigen Ansprü che, wobei der Sicherungskörper (10) aus einem kerami schen Werkstoff oder einem thermostabilen Kunststoff ge bildet ist.

8. Schmelzsicherung mit integrierter Messfunktion,

- mit einem Sicherungskörper (10) nach einem der Ansprü che 1 bis 7, durch den ein erster Aufnahmeraum (20) sowie ein vom ersten Aufnahmeraum (20) räumlich abge grenzter zweiter Aufnahmeraum (30) gebildet sind,

- mit einem Schmelzleiter, welcher in dem ersten Aufnah meraum (20) angeordnet ist,

- mit einer Messeinrichtung, welche in dem zweiten Auf nahmeraum (30) angeordnet ist,

- wobei die für den ersten Aufnahmeraum (20) benötigte Bauhöhe in der Längserstreckungsrichtung (L) der Bau höhe einer standardisierten NH-Sicherung entspricht,

- wobei der zweite Aufnahmeraum (30) in einem Wandab schnitt (13) des Sicherungskörpers (10) ausgebildet ist .

9. Schmelzsicherung nach Anspruch 8,

- wobei die Messeinrichtung einen Stromwandler sowie ei ne Elektronikbaugruppe aufweist,

- wobei der Stromwandler in einem ersten Abschnitt (31) des zweiten Aufnahmeraumes (30) angeordnet ist, und - wobei die Elektronikbaugruppe in einem zweiten Ab schnitt (32) des zweiten Aufnahmeraumes () angeordnet ist .

10. Schmelzsicherung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei die Elektronikbaugruppe eine Übertragungseinrich tung aufweist, um ein von der Messeinrichtung erfasstes Messsignal an eine außerhalb der Schmelzsicherung ange ordnete Empfangseinrichtung zu übertragen.

11. Schmelzsicherung nach Anspruch 10,

wobei die Übertragung des Messsignals von der Übertra gungseinrichtung an die Empfangseinrichtung drahtlos er folgt .

12. Schmelzsicherung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei der für die Schmelzsicherung insgesamt benötigte Bauraum dem Bauraum einer standardisierten NH-Sicherung entspricht .