DE3742532A1 - Kleinstsicherung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kleinstsicherung mit einem bei Überlast schmelzenden Schmelzleiter in einer druckdicht abgeschlossenen, gasgefüllten oder luftleeren Kammer.

Klein- und Kleinstsicherungen werden ihres geringen Platz­ bedarfs wegen zunehmend bevorzugt. Bei einer handelsüblichen Kleinstsicherung mit zylindrischem Gehäuse beträgt der Außen­ durchmesser nur 8 mm und die Höhe 6 mm. Das Schaltvermögen derartiger Sicherungen beträgt üblicherweise 35 A bei 250 V oder 100 A bei 125 V je nach Norm (Standard).

Für zahlreiche Anwendungsfälle wird jedoch ein höheres Schaltvermögen, als bisher erreichbar ist, verlangt. Hier­ für ist eine möglichst frühe Löschung des Lichtbogens erforderlich, der sich mit dem Einsetzen des Abschmelzens des Schmelzleiters bildet und über den der Strom trotz der Trennung durch den Schmelzleiter weiterhin fließt. Bei anhaltendem Lichtbogen werden durch die andauernde Energiezufuhr der Druck und die Temperatur im Inneren des Sicherungsgehäuses schließlich so groß, daß der maximale Belastungsdruck überschritten wird und die Gehäusewandung zerstört wird. Die Sicherung explodiert. Zur Vermeidung einer derart starken Druck- und Temperaturerhöhung im Siche­ rungsgehäuse wird die Sicherungskammer üblicherweise mit einer energieaufnehmenden Masse gefüllt, die beispielsweise aus Sand, Glassplittern oder einem typischen Löschmittel bestehen kann. Diese Füllmittel verändern die Charakteristik in Richtung flink und der Fertigungsaufwand wird größer.

Insbesondere bei Kleinstsicherungen ist die Verwendung von Füllmitteln zur Erhöhung des Schaltvermögens besonders nachteilig. Auch der Möglichkeit, die Druckfestigkeit des Sicherungsgehäuses zu verbessern, sind Grenzen gesetzt. Allerdings ist bereits eine deutliche Verbesserung des Schaltvermögens bei Kleinstsicherungen dadurch erreicht worden, daß man das Sicherungsgehäuse innen mit energie­ absorbierendem Material ausgekleidet hat. Dabei besteht zwischen diesem Material und dem Schmelzleiter sowie den Anschlußkontakten keine mechanische oder elektrische Ver­ bindung. Das Material wird beispielsweise in Form einer Keramikscheibe in ein zylinderförmiges Sicherungsgehäuse eingelegt (DE-OS 31 18 943.1) oder es wird eine Beschich­ tung der Innenwand des Gehäuses mittels keramischer Sus­ pensionen oder durch einen mehrschaligen Aufbau der Innen­ wand aus Materialien mit unterschiedlichem Wärmeleit- und Speichervermögen eine Anordnung geschaffen, mit der vor allem eine zusätzliche Wärmeabsorption geschaffen wird, die der Entstehung extremer Innendrücke entgegen­ wirkt. Diese Maßnahme erhöht zwar das Schaltvermögen von Klein- und Kleinstsicherungen bereits beträchtlich. Dennoch besteht der Wunsch nach einer weiteren Steigerung des Schalt­ vermögens insbesondere von Kleinstsicherungen, ohne daß die Abmessungen und der Fertigungsaufwand zunehmen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß in der Umgebung des Schmelzleiters im Abstand zu diesem ein elektrisch leitendes und wärmeabsorbierendes Element angeordnet ist. Die Ausbildung des Elements und seiner Lage zum Schmelzleiter sollen zweckmäßig so gewählt werden, daß der beim Abschalten der Sicherung am Schmelzleiter entstehende Lichtbogen auf das Element übergeht, so daß statt eines Lichtbogens zwei gebildet werden und damit die Lichtbogenlöschung erleichtert wird.

Es hat sich gezeigt, daß dieser neue von der Erfindung eingeschlagene Weg eine bedeutende Anhebung des Schaltver­ mögens von Kleinstsicherungen ohne Änderung der Abmessungen ermöglicht. Abweichend von den bisher eingeschlagenen Wegen wird die beim Abschmelzen des Schmelzleiters in der Kanmer der Sicherung freiwerdende Energie aus dem von der Kammer umschlossenen Raum abgeführt, ohne das den Schmelzleiter umhüllende gasförmige Medium als Energietransportmittel zu benutzen. Bisher war ohne Füllmittel, die aus den oben angegebenen Gründen insbesondere bei Kleinstsicherungen nicht in Betracht kommen, nicht zu vermeiden, daß der Licht­ bogen nach dem vollständigen Abschmelzen des Schmelzleiters zwischen den beiden inneren Kontakten der Sicherung weiter brennt, und zwar mit der Folge, daß die Energieabgabe an das Medium in der Kammer und damit die weitere Zunahme des Innendrucks in der Kammer anhält.

Erfindungsgemäß wird statt dessen durch die Verwendung des in der Umgebung des Schmelzleiters angeordneten, wärmeabsor­ bierenden und insbesondere elektrisch leitenden Elements in ent­ sprechender Lage gegenüber dem Schmelzleiter erreicht, daß der Lichtbogen unmittelbar nach Abschmelzen eines Teils des Schmelzleiters auf das Element überspringt und nunmehr, um den elektrischen Kreis zu schließen, zwei Lichtbögen bildet, die jedoch nicht mehr den Schmelzleiter erfassen, sondern von den inneren Enden der Kontaktstifte, zwischen denen der Schmelzleiter verläuft, ausgehen und sich von dort zu dem Element erstrecken. Bei der Zündung und Aufrecht­ erhaltung der Lichtbögen, die auf das im Nebenschluß liegende Element übergehen, wird das Material des Elements im Bereich der Fußpunkte der Lichtbögen aufgeheizt, wobei bereits Energie verzehrt wird. Je nach Art des Materials, aus dem das Element besteht, bringen die Lichtbögen das Material in den Fußpunktbereichen zum Schmelzen, so daß ein weiterer Energieanteil in Schmelzwärme umgesetzt wird. Bei entsprechen­ der Wahl der Form, des Materials und der Anordnung des Elements gegenüber den inneren Leitern der Sicherung ver­ größert sich die Gesamtlänge der beiden Lichtbögen, und die Energiezufuhr wird somit gesenkt. Ein beträchtlicher Teil der zugeführten Energie, die sonst das Aufheizen der Gasfüllung in der Kammer und dadurch das unerwünschte Anwachsen des Innendrucks in der Sicherungskammer bewirkt, wird damit als Schmelzwärme verbraucht, so daß der maximale Belastungsdruck des Sicherungsgehäuses nicht überschritten wird. Anders ausgedrückt, dient das Element in entsprechen­ der Auswahl der Abkühlung des Lichtbogens dadurch, daß dem Lichtbogen Energie entzogen wird, die vor allem direkt auf das Element übergeht. An dem Element bilden sich min­ destens zwei neue Fußpunkte des Lichtbogens, so daß die Lichtbogenspannung insgesamt zunimmt.

Im Ergebnis kann der beim Abschalten der Sicherung im Inneren der Kammer entstehende Druck auch dann überraschend niedrig gehalten werden, wenn die Strombelastung beim Abschalten der Sicherung in einer Größenordnung liegt, die mit den bisher verfügbaren Klein- und Kleinstsiche­ rungen der hier behandelten Art nicht beherrschbar ist.

Die Erfindung läßt sich prinzipiell bei allen bekannten Klein- und Kleinstsicherungen unabhängig von der jeweiligen Gehäuseform verwirklichen. Wesentlich ist stets, daß der Lichtbogen rechtzeitig von dem Schmelzleiter auf das Element überspringt und ein ausreichender Anteil der zugeführten Energie in Schmelzwärme umgesetzt und im Material des Elements gespeichert wird, so daß diese Energie nicht zur Erhöhung des Innendrucks in der Kammer beitragen kann. Ein rechtzeitiges Überspringen heißt, daß der Schmelzleiter zur Herbeiführung einer sicheren Trennung über eine entsprechende Mindestlänge geschmolzen sein muß, ehe der Lichtbogen den Schmelzleiter verläßt. Allerdings soll das Überspringen auch nicht später als notwendig erfolgen, um möglichst rasch eine direkte Zufuhr und Speicherung der Energie in dem Element zu bewirken.

Bei der Anwendung der Erfindung auf eine Kleinstsicherung, die aus einem Kunststoffsockel, einer Kunststoffkappe und zwei durch den Sockel hindurchtretenden Kontakten besteht, die innerhalb der Kappe durch einen Schmelzleiter überbrückt sind, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Element oberhalb des Schmelzleiters angeordnet ist. Diese Lage des Elements gestattet nicht nur eine leichte Anbringung bzw. Montage des Elements in der Kappe, sondern auch das Überspringen des Lichtbogens von dem Schmelzleiter auf das Element wird so begünstigt. Denn bedingt durch die spezielle Lage und Form der durch den Sockel hindurch­ tretenden Kontakte wird der Lichtbogen infolge elektro­ magnetischer Vorgänge nach oben gedrückt, so daß der Licht­ bogen oberhalb derKontakte verläuft.

Zweckmäßig weist das Element eine flache Form auf, damit die Bauhöhe der Sicherung nicht zunimmt. Außerdem reicht ein flaches Element für die Bildung des erforderlichen elektrischen Nebenschlusses nach Ansprechen des Lichtbogens aus.

Vorzugsweise entsprechen die Abmessungen des Elementes in einer zu dem Schmelzleiter parallelen Ebene im wesent­ lichen der lichten Breite der Kammer in dieser Ebene. Denn bei solchen Abmessungen zentriert sich das Element selbst beim Einsetzen in die Kappe, und bei entsprechender Bemessung läßt sich das Element in der Kunststoffkappe leicht durch bloßes Klemmen befestigen, wenn das Element beispielsweise aus einem Metallplättchen oder aus einem Kreuz oder Steg aus Metall etc. besteht.

Insbesondere unter den vorstehenden Voraussetzungen ist es zweckmäßig, wenn das Element die Form eines Plättchens hat, dessen Umriß dem Innenquerschnitt der Kammer bzw. der Kappe der Sicherung entspricht. Das Einsetzen und Be­ festigen des Elements in der Kammer durch Klemmen oder Verkleben oder dergleichen ist bei dieser Form besonders einfach, und es steht eine ausreichend große Oberfläche für das Überspringen des Lichtbogens und eine ausreichende Materialmenge für die Absorption und Speicherung der Wärme zur Verfügung.

Als Material, aus dem das Element hergestellt werden kann, seien als besonders geeignet vor allem Eisen, Kupfer, Alu­ minium, Titan, Zink, Zinn, Molybdän, Wolfram, Silber, Nickel und Tantal aufgeführt, ohne daß die Aufzählung jedoch ab­ schließend sein kann.

Das Element muß nicht notwendigerweise aus einem separa­ ten Teil bestehen, das in die Sicherung eingefügt wird. Es kann vielmehr auch direkt in der Sicherung insbesondere in der Kappe ausgebildet werden, beispielsweise durch einen am Boden der Kappe innen ausgeformten Steg, der auf geeignete Weise metallisiert wird. Dabei sollte für die Wärmespeicherung sowie für den Verbrauch von Energie für Schmelzwärme stets eine genügende Materialmenge zur Verfügung stehen. Es ist auch denkbar, ein separates Teil einzusetzen, das über eine hohe Wärmeleit- und Speicherfähigkeit verfügt, seiner Art nach jedoch nicht elektrisch leitend ist und deshalb an der Oberfläche metallisiert wird, um das Überspringen des Lichtbogens zu ermöglichen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert, in der eine Querschnittsansicht einer Kleinstsicherung dargestellt ist.

Die Kleinstsicherung besteht aus einem aus Kunststoff her­ gestellten, zylindrischen Sockel 1, auf den eine eben­ falls aus Kunststoff bestehende Kappe 2 aufgesetzt und druckdicht mit dem Sockel 1 verbunden, beispielsweise verschweißt ist. Durch den Sockel 1 hindurch erstrecken sich zwei elektrische Kontakte 3, 4, die im Querschnitt kreisförmig ausgebildet und im Sockel 1 befestigt sind. Dicht unterhalb der Enden 5, 6 der Kontakte 3, 4 ist ein Schmelzleiter 7 befestigt. Die besondere Form des Schmelzleiters 7 hängt, wie bekannt, von dem jeweils gewünschten Nennstrom und der Charakteristik der Sicherung ab. Die Befestigung des Schmelzleiters 7 an den Kontakten 3, 4 geschieht in der Regel durch Anlöten, Schweißen oder Bonden.

Oberhalb des Schmelzleiters 7 und der Kontaktenden 5, 6 befindet sich ein Element 8 in Form eines kreisrunden Me­ tallplättchens, das vor der Montage der Kappe 2 in die Kappe 2 eingesetzt und durch Klemmen oder Verkleben oder dergleichen in der dargestellten Lage am Boden der Kappe 2 befestigt wird.

Für den Abstand des Metallplättchens von den inneren Enden 5, 6 der Kontakte 3, 4 gilt als Faustregel, daß dieser Abstand kleiner als die Hälfte des Abstandes zwischen den Kontakten 3, 4 sein soll.

Der Sockel 1 und die Kappe 2 bilden eine druckdichte, zylin­ drische Kammer 9, in der der Schmelzleiter 7 von einem gasförmigen Medium umhüllt wird.

Die Abmessungen des dargestellten Sicherungsgehäuses betragen im Durchmesser ca. 10 mm und in der Höhe ca. 8 mm.

Beim Abschalten der Sicherung bildet sich nach dem Trennen des Schmelzleiters 7 durch Schmelzen desselben ein primärer Lichtbogen 10, der durch eine gestrichelte bogenförmige Linie angedeutet ist. Etwa wenn die Trennlänge im Schmelz­ leiter 7 den Abstand der Enden 5, 6 der Kontakte 3, 4 über­ steigt, springt der Lichtbogen derart über, daß sich zwei Lichtbögen 11, 12 bilden, die jeweils von einem der Kontakt­ enden 5, 6, wie dargestellt, zu dem Element 8 in Form des Metallplättchens verlaufen und so einen elektrischen Nebenschluß herbeiführen, während der primäre Lichtbogen 10 bereits erloschen ist. Aus den vorstehend in der Be­ schreibung erläuterten Gründen werden auch die sekundären Lichtbögen 11, 12 rasch gelöscht, so daß die Innendruck­ werte nicht extrem ansteigen können.

Praktische Versuche mit einem Eisenplättchen (St 37) mit einer Dicke von 1 mm ergaben bei Verwendung eines Schmelz­ leiters 7 mit träger Charakteristik ein Schaltvermögen von 100 A bei 250 V.

Claims (7)

1. Kleinstsicherung, mit einem bei Überlast schmelzenden Schmelzleiter in einer druckdicht abgeschlossenen, gasgefüllten oder luftleeren Kammer, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der Umgebung des Schmelzleiters (7) im Abstand zu diesem ein elektrisch leitendes und wärmeabsorbierendes Element (8) in der Kammer (9) angeordnet ist.

2. Kleinstsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ausbildung des Elementes (8) und seine Lage zum Schmelzleiter (7) derart gewählt ist, daß der beim Abschalten der Sicherung am Schmelzleiter (7) entstehende Lichtbogen (10) auf das Element (8) übergehen und verlöschen kann.

3. Kleinstsicherung nach Anspruch 1 oder 2, bestehend aus einem Kunststoffsockel, einer Kunststoffkappe und zwei durch den Sockel hindurchtretenden Kontakten, die inner­ halb der Kappe durch einen Schmelzleiter überbrückt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (8) oberhalb des Schmelzleiters (7) angeordnet ist.

4. Kleinstsicherung nach einem oder mehreren der vor­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (8) eine flache Form aufweist.

5. Kleinstsicherung nach einem oder mehreren der vor­ herstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die Abmessungen des Elements (8) in einer zu dem Schmelzleiter (7) parallelen Ebene im wesent­ lichen der lichten Breite der Kammer (9) in dieser Ebene entsprechen.

6. Kleinstsicherung nach einem oder mehreren der vor­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß das Element (8) die Form eines Plättchens hat, dessen Umriß zweckmäßig dem Innenquerschnitt der Kanmer (9) bzw. der Kappe (2) der Sicherung entspricht.

7. Kleinstsicherung nach einem oder mehreren der vor­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß das Element aus einem der folgenden Metalle, nämlich Eisen, Kupfer, Aluminium, Titan, Zinn, Zink, Molybdän, Wolfram, Silber, Nickel oder Tantal oder einer Legierung aus einem oder mehreren der vorstehend er­ wähnten Metalle besteht oder mindestens eine aus einem oder mehreren dieser Metalle gebildete Oberfläche auf­ weist.