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Die Erfindung betrifft eine Sicherung
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Herkömmlicherweise ist ein Schmelzeinsatz bisher
als Sicherung zum Schutz eines elektrischen Stromkreises, wie beispielsweise
eines Motorlastkreises eines Kraftfahrzeugs, eingesetzt worden,
in welchem ein Einschwingstrom mit einer Stromdurchgangsrate von
weniger als etwa 200 % fließt.
Dieser Schmelzeinsatz ist erforderlich, um als effektiver Schutz
für einen
Stromkreis zu fungieren, wenn ein Stoßstrom mit einer Stromdurchgangsrate
von mehr als 200 % auftritt, wie beispielsweise bei einem Vollkurzschluß. Der Bereich
des Durchgangsstromes kann nämlich
in einen "Vollkurzschlußbereich", in welchem der
Durchgangsstrom größer ist
als ein Grenzwert (Stromdurchgangsrate von 200 %), doppelt so groß wie der
Nennwert, unterteilt werden und in einen "Rarkurzschlußbereich", in welchem der Durchgangsstrom niedriger
ist als der Grenzwert. Es ist daher wünschenswert, eine im Vollkurzschlußbereich
sowie im Rarkurzschlußbereich
wirksame Sicherung zu schaffen.
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Genauer gesagt muß, wenn ein hoher Einschwingstrom
wie bei einem Vollkurzschluß fließt, ein Stromkreis
bestimmt unterbrochen werden, bevor ein Schaden an dem Lastkreis,
das Schmelzen eines an den Lastkreis angeschlossenen Zuführdrahtes,
die Entstehung von Rauch und so weiter auftreten.
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Zum Beispiel fließt beim Öffnen und Schließen eines
Servofensters eines Kraftfahrzeugs etwa 10 Sekunden lang ein Motorsperrstrom
in einem mittleren Strombereich (in dem eine Stromdurchgangsrate
unter 200 % liegt). In diesem Fall ist es erforderlich, daß ein Stromkreis
nicht unterbrochen wird, selbst wenn solch ein Motorsperrstrom häufig fließt.
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Aus der
US 3,116,390 ist bekannt, Metallplomben,
die einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweisen als die Sicherungselemente
selbst, mit einem. Durchgangsloch zu versehen. Das derart dargestellte
Durchgangsloch einer Metallplombe dient jedoch einzig und allein
dazu, beim Schmelzen der Metallplombe den Einfluß einer auftretenden Oberflächenspannung
bei einer geschmolzenen Metallplombe wirksam zu verhindern und so
den Fluß des
Lotes zum Loch zu ermöglichen.
Das Durchgangsloch ist jedoch nicht geeignet oder vorgesehen, den Schmelzkennwert
der Sicherung zu verändern
oder etwa durch Variation der Größe des Loches
in der Metallplombe die Sicherung bei gleichen Abmessungen auf unterschiedliche
Schmelzkennwerte anzupassen.
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Eine Sicherung der eingangs genannten
Art mit abschaltverzögernden
Kennwerten ist aus der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung
JP SS-166453 A und
ebenfalls aus der
DE
42 41 922 A1 bekannt.
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Diese Sicherung 30 (7) umfaßt ein Paar gegenüberliegende
Verbindungsabschnitte 34 und einen zwischen den beiden
Verbindungsabschnitten 34 vorgesehenen Schmelzabschnitt 33,
wobei der Schmelzabschnitt 33 einen Umfassungsabschnitt 32 aufweist,
der ein Metallstück
(metal chip) 31 festhält. Das
Metallstück 31 wird
gebildet durch Extrudieren von niedrigschmelzendem Metall in eine
drahtförmige
Gestalt und anschließendes
Schneiden auf eine vorbestimmte Länge .
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Als Grundmaterial für den Schmelzabschnitt 33 dient
eine Kupferlegierung, wie sie für
einen Leiter verwendet wird, und der Schmelzabschnitt 33 weist solch
eine kleine Querschnittsfläche
auf, daß er
verzögerungsfrei
durchtrennt werden kann, wenn ein hoher Strom durch ihn hindurchfließt. Das
Metallstück 31 besteht
aus Zinn mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als Kupfer und wird
durch Stromzufuhr erhitzt und zum Schmelzen gebracht, um dann in
den Schmelzabschnitt 33 zu diffundieren und eine Legierungsphase
zu bilden. Daher wird in dem mittleren bis niedrigen Strombereich der
Schmelzabschnitt 33 geschmolzen, damit er getrennt wird
bei der Legierungsphase, die einen höheren Widerstand aufweist als
die Kupferlegierung (Grundmaterial).
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Die Zeit zum Schmelzen (melting or
fusion) der Sicherung (die das niedrigschmelzende Metall wie beispielsweise
Zinn und eine Zinnlegierung aufweist) durch den Durchgangsstrom
variiert entsprechend der Masse des Zinns. In der Sicherung dieser Art
werden die Schmelzkennwerte bisher eingestellt durch Verändern der
Abmessungen des massiven Metallstücks.
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Jedoch wird in einem Prozeß zum Anfügen des
Metallstücks
an den Schmelzabschnitt der Sicherung ein Metallstückmaterial
auf eine vorbestimmte Länge
geschnitten, und dann wird das resultierende Metallstück an dem
Schmelzabschnitt durch Festklemmen befestigt, und daher ist die
Steuerung der Abmessung des Stückes
aus Zinn ziemlich schwierig. Und außerdem besteht ein weiteres
Problem darin, daß mehrere
Arten von Spannbacken vorgerichtet werden müssen, um verschiedenen äußeren Abmessungen
der Zinnstücke
zu entsprechen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei
einer Sicherung der eingangs genannten Art die obigen Probleme zu überwinden
und eine Sicherung zu schaffen, bei der unterschiedliche Schmelzkennwerte
erzielt werden können
mit der Verwendung von Metallstücken,
die eine vorbestimmte äußere Abmessung
aufweisen. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale
in Anspruch 1 gelöst.
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Um das genannte Ziel effektiv zu
erreichen, ist der Hohlraum vorzugsweise ein axial durch das Metallstück gebildetes
Durchgangsloch, und die Schmelzkennwerte des Metallstücks werden
vorzugsweise durch Verändern
des Durchmessers des Hohlraumes eingestellt.
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In dem Sicherungs-Stromunterbrechungsverfahren
der Erfindung so wie dem Sicherungsaufbau der Erfindung wird das
Metallstück
mit dem vorbestimmten Außendurchmesser,
das den Hohlraum aufweist, durch den Schmelzabschnitt umfaßt, und die
Schmelzkennwerte des Schmelzabschnitts können durch Einstellen des Volumens
des Hohlraumes in dem Metallstück
eingestellt werden.
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Das Metallstück mit dem vorbestimmten Außendurchmesser,
das den Hohlraum zum Einstellen der Schmelzkennwerte aufweist, wird
durch den Schmelzabschnitt umfaßt.
Dieser Hohlraum ist definiert durch ein Durchgangsloch, das axial
durch das Metallstück
gebildet ist, und durch Verändern
des Durchmessers des Durchgangsloches können die Schmelzkennwerte des
Metallstücks
eingestellt werden.
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Bei dieser Konstruktion dient das
Metallstück aus
niedrigschmelzendem Metall als wärmeabsorbierendes
Glied, und in einem Hochstrombereich wird die Schmelzzeit verkürzt (Flinkdurchbrennkennwert),
wenn das den Hohlraum definierende Durchgangsloch einen großen Durchmesser
aufweist, so daß das
Metallstück
eine verminderte Masse aufweist.
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In einem mittleren bis niedrigen
Strombereich wird, wenn das den Hohlraum definierende Durchgangsloch
einen großen
Durchmesser aufweist, so daß das
Metallstück
eine verminderte Masse aufweist, die Bildung einer angemessenen
Legierungsphase als Ergebnis einer Diffusion des Metallstücks aus
niedrigschmelzendem Metall in den Schmelzabschnitt aus hochschmelzendem
Metall verzögert,
und die Schmelzzeit des Schmelzabschnitts wird verlängert (Flinkdurchbrennkennwert).
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Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand
der Unteransprüche
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiels
näher beschrieben.
In der Zeichnung zeigen:
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1 eine
perspektivische Explosionsansicht einer bevorzugten Ausführungsform
einer Sicherung der Erfindung;
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2 des
Abschnitts der Sicherung von 1,
der ein Metallstück
enthält;
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3 eine
perspektivische Ansicht des Metallstücks, das einen Hohlraum aufweist;
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4 eine
perspektivische Ansicht eines abgewandelten Metallstücks, das
einen Hohlraum aufweist;
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5 eine
abgewickelte Ansicht eines Schmelzabschnitts der Sicherung;
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6 ein
Diagramm der Schmelzkennlinien von Sicherungen; und
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7 eine
perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Sicherung.
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Ein Ablauf einer Unterbrechung eines
elektrischen Stromes in einer Sicherung sowie ein Sicherungsaufbau
werden nun anhand der 1 bis 6 beschrieben.
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Wie in 1 gezeigt,
umfaßt
die Sicherung 1 dieser Ausführungsform einen relativ langen Schmelzabschnitt 4 aus
schmelzbarem Metall, der eine relativ schmale Querschnittsfläche aufweist.
Der Schmelzabschnitt 4 umfaßt einen Umfassungsabschnitt 2,
der ein Metallstück
(metal chip) 3 aus niedrigschmelzendem Metall festhält, und
Strahlungsplattenabschnitte 5, wobei das Metallstück 3 einen
Hohlraum oder eine Bohrung aufweist.
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Die Sicherung 1 dieses Aufbaus
wird in ein Gehäuse 10 aus
Harz eingesetzt, und ein transparenter Deckel 9 wird an
das Gehäuse
angefügt.
Der Zustand der Sicherung 1 kann durch den Deckel 9 beobachtet
werden.
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Wie in 2 gezeigt,
erstreckt sich der Umfassungsabschnitt 2 von gegenüberliegenden
Seiten in eine zylindrische Gestalt um das Metallstück 3 herum
(das den Hohlraum 3A aufweist), um das Metallstück 3 zu
umfassen. Das Metallstück 3 wird
auf einen Mittelabschnitt des zu einer flachen Gestalt abgewickelten
Umfassungsabschnitts 2 aufgelegt, und dann wird der Umfassungsabschnitt 2 deformiert,
um das Metallstück 3 zu
umfassen oder einzuklemmen, wird unten beschrieben. Infolge dieses
Einklemmens wird eine Kontaktfläche 2A zwischen
dem Metallstück 3 und
dem Umfassungsabschnitt 2 gebildet. Ein elektrischer Strom
fließt
durch diese Kontaktfläche 2A in
das Metallstück 3 hinein,
und es wird auch Wärme
durch diese Kontaktfläche 2A in
das Metallstück 3 übertragen.
Obwohl die Strahlungsplattenabschnitte 5 in der dargestellten
Ausführungsform
vorgesehen sind, kann das Vorsehen dieser Strahlungsplattenabschnitte 5 entfallen.
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In dieser Ausführungsform weist das Metallstück 3 in 3 die Form eines hohlen,
zylindrischen Metallstückes
auf, das aus niedrigschmelzendem Metall, wie beispielsweise Zinn
oder einer Zinnlegierung, besteht. Das Metallstück 3 weist eine vorbestimmte äußere Abmessung
oder einen Durchmesser D auf, und ein axial durch das Metallstück 3 gebildeter
Hohlraum oder eine Bohrung 3A des Metallstücks 3 weist
einen relativ kleinen Durchmesser XI auf. Die Größe der Verminderung der Masse
des Metallstücks 3 als
Ergebnis der Bildung des Hohlraumes 3A ist relativ klein,
so daß die
Masse des Metallstücks 3 relativ
groß ist.
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Ein abgewandeltes Metallstück 3,
das in 4 gezeigt ist,
weist die vorbestimmte äußere Abmessung
oder den Durchmesser D auf, und ein Hohlraum 3B weist einen
relativ großen
Durchmesser X2 auf. Daher ist die Größe der Verminderung der Masse
dieses Metallstücks 3 als
Ergebnis der Bildung des Hohlraumes 3B ist relativ groß, so daß die Masse des
Metallstücks 3 relativ
klein ist.
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Obwohl in dieser Ausführungsform
die Metallstücke
der Sicherung der Erfindung eine zylindrische Gestalt aufweisen,
sind sie nicht auf eine zylindrische Gestalt beschränkt und
können
eine polygonale Gestalt aufweisen, beispielsweise eine dreieckige
und eine quadratische Gestalt.
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In 5,
die eine abgewickelte Ansicht des Schmelzabschnitts 4 dieser
Ausführungsform
zeigt, weist der Schmelzabschnitt 4 den Umfassungsabschnitt 2 zum
Umfassen des Metallstücks 3 auf,
wie oben beschrieben. Da die Metallstücke die vorbestimmte äußere Abmessung
aufweisen, weist der Umfassungsabschnitt 2 eine vorbestimmte
Länge L auf.
Daher braucht nur eine Art von Spannbacke für den Umfassungsvorgang vorbereitet
zu werden, und es besteht also keine Notwendigkeit, eine Mehrzahl solcher
Spannbacken vorzurichten. Daher können die Sicherungen kostengünstiger
hergestellt werden.
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Wie in 6 bezüglich der
Schmelzkennlinien der Erfindung gezeigt, ist der Bereich des Durchgangsstromes
unterteilt in einen "Hochstrombereich" Z2, in welchem der
Durchgangsstrom größer ist
als ein Grenzwert (Stromdurchgangsrate von 200 %), und einen "mittleren bis niedrigen
Strombereich" Z1, in
welchem der Durchgangsstrom niedriger ist als der Grenzwert. Das
Metallstück
aus niedrigschmelzendem Metall dient als wärmeabsorbierendes Glied, und
in dem Hochstrombereich Z2 weist das Metallstück eine verminderte Masse auf,
wenn der Hohlraum in dein Metallstück den großen Durchmesser X2 aufweist,
so daß die
Schmelzzeit verkürzt
ist, wie durch eine Kennlinie 23 angezeigt. Und zwar kann durch
Vergrößern des
Volumens des Hohlraumes die Flinkdurchbrennkennwert gefördert werden.
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In dem mittleren bis niedrigen Strombereich Z1
weist das Metallstück
eine verminderte Masse auf, wenn der Hohlraum einen großen Durchmesser aufweist,
so daß die
Bildung einer Legierungsphase infolge der Diffusion des Metallstücks aus
niedrigschmelzendem Metall in den Schmelzabschnitt von hochschmelzendem
Metall verlangsamt wird. Infolgedessen wird die Schmelzzeit des
Schmelzabschnitts verlangsamt. Und zwar kann durch Vergrößern des
Volumens des Hohlraumes der Trägedurchbrennkennwert
verzögert
werden.
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In der Sicherung der Erfindung können also wegen
des Vorsehens des Hohlraumes die Schmelzkennwerte verbessert werden
im Vergleich zu der herkömmlichen
Sicherung (deren Schmelzkennwerte durch die Kennlinie 21 wiedergegeben
sind), die das massive Metallstück 31 aus
niedrigschmelzendem Metall umfaßt.
Das Volumen des Hohlraumes wird angepaßt durch Verändern des
Durchmessers der Bohrung (oder des Durchgangsloches), welche den Hohlraum
definiert, und daher können
also die Schmelzkennwerte leicht eingestellt werden.
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In dem mittleren bis niedrigen Strombereich Z1
wird die Masse des Metallstücks 3 vermindert durch
Vergrößern des
Durchmessers des Hohlraumes 3A, so daß die Zeit des Schmelzens des Schmelzabschnitts 4 verlängert wird,
wodurch der Trägedurch-brennkennwert
eingestellt wird.
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In dem Hochstrombereich Z2 wird durch
Einstellen der Masse des Metallstücks 3 die Schmelzzeit des
Schmelzabschnitts 4 verkürzt, um dadurch den Flinkdurchbrennkennwert
einzustellen.
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Vorteilhafte
Wirkungen der Erfindung
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Das Metallstück mit dem vorbestimmten Außendurchmesser,
das den Hohlraum zum Einstellen der Schmelzkennwerte aufweist, wird
durch den Schmelzabschnitt umfaßt.
Der Hohlraum ist das Durchgangsloch, das axial durch das Metallstück hindurch
gebildet ist, und durch Verändern
des Durchmessers des Durchgangsloches können die Schmelzkennwerte des
Metallstücks
verstellt werden.
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Mit dieser Anordnung kann die Schmelzzeit definitiv
verkürzt
werden in dem Hochstrombereich (das heißt, in dem Vollkurzschlußbereich)
und kann auch definitiv verlängert
werden in dem mittleren bis niedrigen Strombereich (das heißt, in dem
Rarkurzschlußbereich).
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Und außerdem kann die Sicherung,
da die Metallstücke
den vorbestimmten Außendurchmesser aufweisen,
durch lediglich eine Art von Spannbacke bearbeitet werden, und daher
können
die Herstellkosten vermindert werden.