DE2800932A1 - Schmelzsicherung - Google Patents

Description

Die Erfindung besieht sich auf eine Schmelzsicherung, die verhindern soll, daß elektrische Geräte, elektrische Schaltungselemente u. dgl. beschädigt werden und betrifft insbesondere eine Schmelzsicherung für Kraftfahrzeuge.

Die elektrischen Geräte und Schaltungen, die bei Kraftfahrzeugen verwendet werden, werden im allgemeinen mit einer Niederspannung, wie beispielsweise 12V, betrieben. Die Schmelzsicherung zum Schutz derartiger elektrischer Niederspannungsgeräte und Schaltungselemente weist ein zylindrisches Glasrohr mit einem flachen Schmelzleiter auf, der in diesem Glasrohr eingeschlossen ist, wobei Metallanschlüsse an beiden Enden des Rohres vorgesehen sind, die elektrisch mit dem Schmelzleiter verbunden sind und die zum elektrischen Anschluß dienen. Diese Niederspannungssicherungen werden im allgemeinen als Sicherungspatronen bezeichnet.

Eine Sicherung dieser Art arbeitet als Unterbrecher und ist in einer Speiseleitung einer elektrischen Schaltung eingebaut, um die Zuspeisung zur elektrischen Schaltung durch Schmelzen des Schmelzleiters durch Joulsche Wärme zu unterbrechen, die erzeugt wird, wenn ein übermäßig großer Strom in der Speiseleitung infolge einer überlast oder eines Kurzschlusses strömt. Dadurch wird die Beschädigung von elektrischen Geräten und Schaltungselementen sowie ein übermässiger Energieverbrauch verhindert. Eine Menge Bedingungen und Eigenschaften sind für diese Sicherungen erforderlich, um die im Vorstehenden erläuterte Funktionsweise sicherzustellen.

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Unter den Charakteristiken ist die Schmelzcharakteristik ein entscheidender Faktor, um die Güte der Schmelzsicherung zu bestimmen,und damit die Sicherung als schnell ansprechende Sicherung verwendet werden kann, ist es erwünscht, daß diese Sicherung derart wirksam ist, daß der Speisekreis so kurzzeitig wie möglich, ansprechend an den übermäßig großen Strom, abgeschaltet werden kann. Durch die schnell ansprechende Sicherung kann die Beschädigung von elektrischen Geräten und Schaltelementen, sowie ein übermäßiger Energieverbrauch im wesentlichen dadurch verhindert werden, daß die Schmelzcharakteristiken erfüllt werden.

Bei elektrischen Geräten und Schaltungselementen, bei denen eine derartige Sicherung verwendet wird, erfolgt die Zuspeisung diskontinuierlich oder intermittierend durch die Sicherung. Die Sicherung muß über lange Zeiten eine mechanische Festigkeit haben, die für eine dynamische Anwendung ausreichend ist. Im allgemeinen wird diese Sicherung im normalen Betrieb der elektrischen Geräte und der elektrischen Schaltungen nicht schmelzen, jedoch ist die Sicherung so aufgebaut, daß sie einen derartigen spezifischen Widerstand und eine derartige Schmelztemperatur hat, daß ein Schmelzen durch Wärme erfolgt, die bei einem abnormalen Betrieb erzeugt wird. Auch im normalen Betrieb wird Joulsche Wärme infolge des Widerstandes im Schmelzleiter erzeugt und dadurch wird der Schmelzleiter mehr oder weniger chemischen, physikalischen und mechanischen Einwirkungen ausgesetzt. Wenn der elektrische Strom intermittierend im Schmelzleiter in Abhängigkeit von der Einschaltung und Ausschaltung der Geräte und Schaltelemente strömt, so wird Joulsche Wärme intermittierend erzeugt und dadurch erhitzt diese Joulsche Wärme den Schmelzleiter intermittierend entsprechend der Charakteristiken des Schmelzleiters. Die intermittierende Erhitzung ergibt, verglichen

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mit der kontinuierlichen Erhitzung, größere physikalische und mechanische Einwirkungen auf den Schmelzleiter. Zu diesen Einwirkungen gehören das Ausdehnen und Zusammenziehen des Schmelzleiters durch Temperaturänderungen, und dies erzeugt wiederholte mechanische Spannungsbelastungen im Schmelzleiter. Die Wiederholung dieser mechanischen Spannungen oder Belastungen führen zu einer mechanischen Ermüdung des Schmelzleiters, und dies führt zu Rissen oder Teilbrüchen im Schmelzleiter und schließlich dazu, daß der Schmelzleiter bricht.

Die Dauerhaftigkeit steht in Beziehung zum schnellen Ansprechen der Schmelzcharakteristik und eine Verbesserung der Dauerhaftigkeit führt im allgemeinen dazu, daß das schnelle Ansprechen verschlechtert wird, wohingegen eine Verbesserung des schnellen Ansprechens zu einer Verminderung der Dauerhaftigkeit führt.

Schmelzcharakteristiken und Dauerhaftigkeit der Sicherungen für elektrische Schaltungen von Kraftfahrzeugen weisen einen bestimmten zulässigen Bereich auf, und diese Merkmale sind, wie folgt, spezifiziert. Schmelzcharakteristiken:

1) Soll innerhalb von 15 Sekunden bei 150% des Nennleistungsstromes schmelzen,

2) soll innerhalb einer Stunde bei 135% des Nennleistungsstromes schmelzen und

3) soll bei 110% des Nennleistungsstromes nicht schmelzen.

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4) Soll in der Lage sein, mehr als fünfzigtausendmal zehn Sekunden lang 70% des Nennleistungsstromes aufnehmen zu können.

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Die Schmelzsicherung soll so ausgelegt sein, daß sie diesen Spezifikationen entspricht. Es ist jedoch sehr schwer, eine Schmelzsicherung zu schaffen, die eine derartige Schmelzcharakteristik hat, daß sie augenblicklich bei einem überstrom schmilzt, der dicht bei dem Strom liegt, bei dem, wie unter 3) ausgeführt, kein Schmelzen stattfinden soll, wobei die Sicherung ferner die unter Punkt 4) aufgeführte Dauerhaftigkeit aufweist. Durch die Dauerhaftigkeit wird ganz erheblich das schnelle Ansprechen der Schmelzsicherung in einem gewissen Ausmaß beeinträchtigt. Die unter Punkt 4) aufgeführte Dauerhaftigkeit ist praktisch nicht ausreichend. Gegenwärtig ist eine höhere Leistung erforderlich, und es soll eine wiederholte Zuführung für wenigstens einhunderttausendmal möglich sein.

Es ist ein Siel der Erfindung, die Dauerhaftigkeit der Schmelzsicherung zu verbessern, ohne daß deren schnelles Ansprechen beeinträchtigt wird.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, sowohl die Dauerhaftigkeit als auch das schnelle Ansprechen wesentlich zu verbessern.

Die erfindungsgemäße Schmelzsicherung weist ein schlankes Rohr auf, in dem ein Schmelzelement eingebaut ist und Anschlüsse sind an beiden Enden des Rohres befestigt. Der Schmelzleiter ist ein plattenartiger Körper, der einen Schmelzabschnitt und Tragabschnitte aufweist, die sich vom Schmelzabschnitt aus zu beiden Enden des Schmelzleiters hin erstrecken. Jeder Tragabschnitt ist elektrisch mit dem zugeordneten Anschluß verbunden. Wenigstens ein Teil des Schmelzleiters ist gebogen, um die thermischen Ausdehnungen und Kontraktionen des Schmelzabschnittes aufzunehmen.

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Das Rohr besteht vorzugsweise aus Glas und ist zylindrisch ausgebildet. Falls gewünscht, kann das Rohr auch aus einem wärmebeständigen Hartkunststoff oder Porzellan bestehen. Das Rohr kann auch unter Verwendung dieser Materialien transparent sein. Da das Innere des Rohres sichtbar ist, ist es in diesem Falle möglich, festzustellen, ob der Schmelzleiter durchgebrannt ist oder nicht. Das Rohr ist an beiden Stirnseiten offen, und von diesen aus kann der Schmelzleiter eingesetzt v/erden. Der Schmelzleiter besteht aus Zink oder einer Legierung, die Zink, Kupfer und Titan enthält, oder einer Legierung, die Zinn, Kupfer und Magnesium enthält,oder einer Legierung, die Zink, Magnesium und Kadmium enthält. Die Zusammensetzung hängt von den SchmelzCharakteristiken und der gewünschten Dauerhaftigkeit ab. Beide Tragabschnitte des Schmelzleiters und die Anschlüsse an den Rohrendensind mittels einer Legierung verlötet, die Zink und Zinn aufweist, um diese Teile elektrisch miteinander zu verbinden. Die Anschlüsse bestehen aus einem elektrisch leitenden Material, wie beispielsweise Messing, und vorzugsweise kann eine Nickelbeschichtung vorgesehen sein.

Vorzugsweise sind die Tragabschnitte rechteckig ausgebildet, und der Schmelzabschnitt ist schmaler als die rechteckigen Tragabschnitte und ist in der gleichen Ebene gekrümmt, in der die Tragabschnitte liegen. Der Schmelzabschnitt kann auch so gebogen sein, daß er einen kreisförmigen Bogen beschreibt, der nahezu senkrecht zur flachen Ebene der Tragabschnitte verläuft.

Der schmale Schmelzabschnitt erstreckt sich ferner vorzugsweise von einer Spitze, die in der Mitte eines jeden Tragabschnitts endend angeordnet ist. Andererseits kann sich

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der schmale Schmelzabschnitt vom oberen Teil und unteren Teil eines jeden Tragabschnittes aus erstrecken.

Die Erfindung betrifft somit eine Schmelzsicherung mit einem schlanken Rohr, in das ein Schmelzleiter eingebaut ist, wobei Anschlüsse an beiden Rohrenden befestigt sind, und erfindungsgemäß weist der Schmelzleiter einen plattenförmigen Körper auf, der Tragabschnitte hat, die sich von jedem Ende eines Schmelzabschnittes aus erstrecken, wobei die Tragabschnitte elektrisch mit den Anschlüssen verbunden sind und der Schmelzabschnitt in wenigstens einem Teil gebogen ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Schmelzsicherung,

Fig. 2 eine Schnittansicht der in Fig. 1 dargestellten Sicherung,

Fig. 3 eine Ansicht einer abgeänderten Ausführungsform des in Fig. 1 gezeigten Schmelzleiters,

Fig. 4 eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform des Schmelzleiters

und
Fig. 5 eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform des in Fig. 1 dargestellten Schmelzleiters.

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Es sei nunmehr auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen. Eine Schmelzsicherung 3 hat die Form eines schlanken und zylindrischen Rohres und ein Schmelzleiter 3 ist in ein transparentes zylindrisches Glasrohr 2 eingesetzt. Das Rohr 2 ist an beiden Stirnseiten offen, und an diesen sind Metallkappen 4 befestigt. Die Metallkappen 4 weisen zylindrische Abschnitte 5 und Endplatten 6 auf. Die Metallkappen 4 bilden die Anschlüsse, über die elektrischer Strom dem Schmelzleiter 3 zugeführt wird.

Die Kappen 4 sind derart ausgebildet und angeordnet, daß die Öffnungen an beiden Enden verschlossen v/erden und dadurch wird der Eintritt von Fremdteilchen, wie beispielsweise Staub, Wasser u. dgl., in das Innere des Rohres 2 verhindert. Ein Klebstoff wird verwendet, um die Oberflächen zwischen dem Rohr 2 und den Kappen 4 miteinander zu verbinden, so daß diese nicht leicht voneinander getrennt werden können. Der Schmelzleiter 3 besteht aus einer sich in Längsrichtung erstreckenden flachen Platte. Der Schmelzleiter 3 hat zwei rechteckige Tragabschnitte 7 und 3, die an beiden Enden des Schmelzleiters vorgesehen sind und einen Schmelzabschnitt 9, der einstückig oder ganzteilig mit den beiden Tragabschnitten 7 und 8 ausgebildet ist. Der Tragabschnitt 7 ist so geformt, daß er allmählich zum zugespitzten Ende 10 hin schmaler wird, welches elektrisch mit der Metallkappe 4 verbunden ist. Um einen elektrischen Anschluß herzustellen, ist ein Lotmittel 11 zwischen der Metallkappe 4 und dem zugespitzten Ende 10 vorgesehen. Durch diese elektrische Verbindung wird der Schmelzleiter 3 fest von der Metallkappe 4 an diesem Ende getragen. Der Tragabschnitt 7 v/eist in der Nähe der Mitte einer sich in Längsrichtung erstreckenden Seite eine Aussparung auf, die durch das transparente Rohr 2 zu erkennen ist. Die Aussparung oder

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der Ausschnitt ist vorgesehen, um den Zustand an den Spitzen der beiden Tragabschnitte 7 und 8 sichtbar zu machen, die nach dem Zusammenbau der Schmelzsicherung unsichtbar werden. Der Tragabschnitt 7 erstreckt sich von der Aussparung 12 weiter und wird dann allmählich schmaler und ist mit dem Schmelzabschnitt 9 verbunden. Der Schmelzabschnitt 9 ist konkav gebogen und beschreibt den ersten Bogen mit einer Breite, die im wesentlichen gleich der verengten Breite des Tragabschnittes 7 ist, und dann verläuft die Biegung konvex und beschreibt den zweiten Bogen mit der gleichen Breite, wie im Vorstehenden beschrieben. Dadurch wird der Schmelzabschnitt wellenförmig ausgebildet. Die beiden Bögen liegen in einer flachen Ebene, in der auch die Tragabschnitte 7 und 8 liegen. Die Breite des Schmelzabschnittes 9 wird in Abhängigkeit von solchen Parametern bestimmt, wie beispielsweise dem Material der Plattensubstanz, der Dicke der Plattensubstanz, der Länge des Schmelzabschnittes, den Schmelzcharakteristiken, der Dauerhaftigkeit usw. Der im Vorstehenden erwähnte Schmelzabschnitt 9 kann alternativ, wie in Fig. 3 dargestellt, ausgebildet sein. In diesem Fall erstreckt sich der Schmelzabschnitt 39 vom unteren Ende des Tragabschnittes 7 aus geradlinig zum Tragabschnitt 8 hin, wobei die Breite kleiner ist als die des Tragabschnittes 7, und dann erstreckt sich der Schmelzabschnitt umgekehrt zum Tragabschnitt 7 hin und beschreibt dabei den ersten konvexen Bogen. Dann ist der Schmelzabschnitt wieder zum Tragabschnitt 8 hin gebogen und beschreibt den konvexen Bogen gegen den Tragabschnitt 7 und der Schmelzabschnitt ist dann mit dem oberen Ende des Tragabschnittes 8 verbunden. Durch diese Ausbildung weist der Schmelzabschnitt die Form eines S auf. Die Verbindungsabschnitte zwischen dem Schmelzabschnitt 39 und den Tragabschnitten 7 und 8 verlaufen im wesentlichen

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parallel zueinander und sin oben und unten, ohne daß sich ihre Wege kreuzen, angeordnet. Bei diesem Schmelzabschnitt ist es möglich, dessen Länge zu vergrößern, wodurch mechanische Spannungen aufgenommen werden können, ohne daß der Abstand zwischen den Tragabschnitten 7 und 8 vergrößert wird. Der Schmelzabschnitt kann auch, wie in Fig. 4 dargestellt, ausgebildet sein. Der Schmelzabschnitt 49 ist so geformt, daß jeder Tragabschnitt 7 und 8 sich geradlinig zu den Tragabschnitten 8 und 7 von einem Mittelabschnitt aus erstreckt und dann ist dieser Schmelzabschnitt senkrecht zur flachen Ebene gebogen, welche die Tragabschnitte 7 und 8 aufweist, und zwar in der Nähe der Mitte zwischen den Tragabschnitten. Dann ist der Schmelzabschnitt gekrümmt, um einen Bogen zu bilden, wobei eine Verbindung an der Oberseite einer jeden Krümmung erfolgt. Dadurch hat der Querschnitt des Schmelzabschnittes die Form eines U. Der Schmelzabschnitt kann auch die in Fig. 5 dargestellte Form haben. Bei dieser Ausführungsform ist der Schmelzabschnitt 59 so ausgebildet, daß zwei Bogenspitzen, wie sie bei 49 in Fig. 4 dargestellt sind, einander gegenüberliegend,ohne einander zu überlappen, angeordnet sind, und dann sind die einen Enden eines jeden Bogens miteinander verbunden und die anderen Enden sind mit den Tragabschnitten verbunden. In diesem Fall kann der Schmelzabschnitt mit einer geringen Neigung gegenüber der flachen Ebene gebogen sein, welche die Tragabschnitte 7 und 8 enthält. Der Schmelzabschnitt ist etwa in der Mitte des Rohres 2 angeordnet, die nicht von den Kappen 4 bedeckt ist und deshalb ist der Schmelzabschnitt durch das Rohr hindurch sichtbar, und man kann das Schmelzen des Schmelzabschnittes von der Außenseite her überprüfen oder beobachten.

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Es sei nunmehr auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen, wobei bei der Darstellung der Tragabschnitt 8 im wesentlichen gleich oder ähnlich aufgebaut ist wie der Tragabschnitt 7. Die Aussparung 12 ist jedoch am Tragabschnitt 3 nicht vorgesehen- Es reicht aus, wenn diese Aussparung oder dieser Ausschnitt an einem der Tragabschnitte vorgesehen ist. Das Ende 13 des Tragabschnittes 8 weist Vorsprünge auf, die seitlich vorstehen, und dieses Ende ist etwas breiter ausgebildet. Das Lötmittel 11 wird in den Raum zwischen dem breiten Ende 13 und der Metallkappe 4 eingebracht, und dadurch werden diese Teile elektrisch miteinander verbunden, und gleichzeitig wird der Schmelzleiter 3 durch die Metallkappe 4 an diesem Ende getragen. Eine Farbmarkierung kann auf den Tragabschnitt 7 und/oder 8 aufgebracht werden, wobei beispielsweise eine Farbe wie rot, blau, schwarz usw. verwendet werden kann, und zwar gemäß der Schmelzbetriebsdaten. Durch Aufbringen einer Farbe auf die Tragabschnitte, die durch das Rohr 2 sichtbar sind, ist es leicht und einfach, die Betriebsdaten der Sicherung festzustellen, d. h. beispielsweise die Stromaufnahmefähigkeit. Dadurch, daß der Tragabschnitt breit gestaltet ist, trägt dieser zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit bei und dient gleichzeitig als Abstrahlungsplatte und erhitzt nicht übermäßig den Schmelzabschnitt im normalen Betrieb der Sicherung, und dadurch werden mechanische Belastungen, die auf den Schmelzabschnitt aufgebracht werden, gering. Die wie im Vorstehenden beschrieben aufgebaute Sicherung hat beispielsweise einen Durchmesser von 6,4 mm, eine Länge von 30 mm, wobei der Schmelzleiter eine Dicke von 0,1 mm und eine Länge von etwa 8 mm (Schmelzabschnitt) hat.

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Claims (6)

MÜLLER-BORE -DEUFEL- SCHÖN- HERTEL 2800932 PATENTANWÄLTE DR. WOLFGANG MÜLLER-BORE (PATENTANWALTVON 1927-1975) DR. PAUL DEUFEL. D1PL.-CHEM. DR. ALFRED SCHÖN. D1PL.-CHEM. WERNER HERTEL, DIPL.-PHYS. Hl/Gei.-P 2318 PACIFIC ENGINEERING CO., LTD., Gifu, Japan Schmelzsicherung Patentansprüche

1. ^Schmelzsicherung mit einem schlanken Rohr, einem in diesem -"^y eingebauten Schmelzleiter und Anschlüssen, die an beiden Enden des Rohres befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzleiter (3) einen plattenförmigen Körper aufweist, der Tragabschnitte (7, 8) hat, die sich von jedem Ende eines Schmelzabschnittes (9, 39, 49, 59) aus erstrecken, daß die Tragabschnitte (7, 8) elektrisch mit jedem Anschluß (4) verbunden sind und daß der Schmelzabschnitt in wenigstens einem Teil gebogen ist.

2. Schmelzsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragabschnitte (7, 8) eine rechteckige Form haben, daß der Schmelzabschnitt (9) eine geringere Breite aufweist

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M. O —

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als die der Tragabschnitte und daß der Schmelzabschnitt in der flachen Ebene der Tragabschnitte gebogen ist.

3. Schmelzsicherung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzabschnitt geringerer Breite in der Mitte zwischen den Tragabschnitten vorgesehen ist und mit jedem Ende der entsprechenden Tragabschnitte verbunden ist und so gebogen ist, daß dieser wenigstens einen Bogen beschreibt.

4. Schmelzsicherung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzabschnitt geringerer Breite mit jedem der rechteckigen Tragabschnitte verbunden ist und am oberen oder unteren Teil der Tragabschnitte angeordnet ist und gebogen ist, um wenigstens einen Bogen zu beschreiben.

5. Schmelzsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragabschnitte rechteckig ausgebildet sind und daß der Schmelzabschnitt schmaler ist als die Tragabschnitte und senkrecht zur flachen Ebene der Tragabschnitte gebogen ist, um wenigstens einen Bogen zu beschreiben.

6. Schmelzsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr transparent ist und daß Farbe gemäß der Stromaufnahmekapazität auf die Tragabschnitte aufgebracht ist.

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