DE3909302C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schmelzsicherung mit einem vorgegebenen elektrischen Stromnennwert nach dem Oberbegriff der nebengeordneten Ansprüche 1, 3 und 5.

Eine mögliche Oxidation zwischen dem niedrigschmelzenden und dem hochschmelzenden Schmelzsicherungselement einer Schmelzsicherung ohne Vorrichtung zur Oxidationsverhinderung führt dazu, daß die Ansprechzeit der Schmelzsicherung, d. h. die Zeit, die sie benötigt, um als Folge des übermäßigen elektrischen Stromflusses entweder zu schmelzen oder aufzubrechen, sich bei langer Gebrauchsdauer der Schmelzsicherung vergrößert. Zu einer Oxidation des niedrigschmelzenden Schmelzsicherungselements und einer entsprechenden Verschlechterung der Ansprechzeit der Schmelzsicherung kommt es insbesondere dann, wenn in der Umgebung der Schmelzsicherung hohe Temperaturen herrschen. Eine solche Oxidation führt zu einer direkten Erniedrigung der Fähigkeit des niedrigschmelzenden Schmelzsicherungselements, zu schmelzen und sich daraufhin mit dem hochschmelzenden Schmelzsicherungselement zu verschmelzen.

Aus der DE-AS 13 01 852 ist eine gattungsgemäße Schmelzsicherung bekannt, bei der ein Schmelzleiterband, das beispielsweise aus Kupfer oder Silber besteht, mit einem Wirkstoffkörper, der beispielsweise aus Zinn besteht, mechanisch verbunden ist. Am Schmelzleiterband wird durch Stanzen ein Durchzug an der Stelle, an der der Wirkstoffkörper angebracht werden soll, hergestellt und die mechanische Verbindung zwischen Schmelzleiterband und Wirkstoffkörper erfolgt durch Verpressen. Vor dem Verpressen wird entweder auf dem Wirkstoffkörper (Metallplättchen) oder auf dem Schmelzleiterband ein Flußmittel aufgetragen, das das Entstehen einer Oxidschicht an dem Schmelzleiterband verhindert oder eine entstandene Oxidschicht zerstört, damit der Wirkstoffkörper beim Ansprechen des Schmelzeinsatzes an dem Schmelzleiterband voll zur Wirkung gelangen kann. Das Flußmittel kann beispielsweise aus einer Spiritus-Kolophonium-Lösung bestehen. Statt eines Flußmittels kann auch eine Zinnschicht auf dem Schmelzleiterband aufgetragen sein, die das Entstehen einer Oxidschicht verhindert.

Weiterhin ist aus der DE 25 51 627 A1 ein Schmelzleiter für träge elektrische Schmelzsicherungen bekannt, bei dem zwischen dem hochschmelzenden Schmelzsicherungselement, wie z. B. Silber oder Kupfer, und dem niedrigschmelzenden Schmelzsicherungselement, wie z. B. Zinn oder einer Zinnbleilegierung, eine Trennschicht, z. B. in Form einer Nickelauflage, aufgebracht wird. An den Stellen, an denen diese Trennschicht aufgetragen ist, soll eine Legierung des hochschmelzenden Schmelzsicherungselements durch das niedrigschmelzende Schmelzsicherungselement verhindert werden.

Die GB 21 20 027 A beschreibt ein Schmelzelement mit einem Kupferstreifen, der eine brückenartige Ausbuchtung, beispielsweise aus Silber, aufweist, in der eine Auflage aus niedrigschmelzendem Lötmaterial aufliegt. Dabei kann der Kupferstreifen in den Bereichen neben der brückenartigen Ausbuchtung mit einer Nickellegierung bedeckt sein, um eine Ausbreitung des Lötmaterials bei anhaltendem Überlaststrom zu verhindern und ferner eine Oxidation des Kupferstreifens zu vermeiden.

Aus der DE-PS 6 24 633 ist eine Schmelzsicherung bekannt, bei der ein Kernleiter aus hochschmelzendem Metall, z. B. Silber, mit einer Auflage aus leichter schmelzendem Metall, z. B. Zinn, versehen ist. Der Schmelzleiter wird bei der Herstellung einem Erhitzungsprozeß unterworfen, der zur Bildung einer Legierung zwischen der Auflage und dem Kernleiter führt, so daß die Schmelzcharakteristik der Schmelzsicherung vor ihrer Verwendung einen zumindest annähernd stationären Zustand aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schmelzsicherung gemäß der DE-AS 13 01 852 so weiterzuentwickeln, daß ein gleichbleibendes Ansprechverhalten der Schmelzsicherung auch bei langer Gebrauchszeit in einer erhitzten Umgebung gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Schmelzsicherung jeweils durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1, 3 oder 5 gelöst.

Dabei wird bei einer ersten Ausführungsform ein Metallpulver an die Kontaktflächen zwischen den Schmelzsicherungselementen gebracht, und über das Metallpulver wird das niedrigschmelzende Schmelzsicherungselement teilweise mit dem hochschmelzenden Schmelzsicherungselement verschmolzen.

Bei einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird zur Verhinderung der Oxidation eine Schicht aus oxidationsbeständigem Werkstoff gebildet, die über mindestens die Kontaktfläche des niedrigschmelzenden Schmelzsicherungselements aufgebracht ist.

Bei einer dritten Ausführungsform wird eine Versiegelungsanordnung durch ein Lötmetall gebildet, das auf das hochschmelzende und das niedrigschmelzende Schmelzsicherungselement aufgebracht wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Schmelzsicherung mit einer oxidationsverhindernden Anordnung in Form eines niedrigschmelzenden Metallpulvers;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht von Fig. 1;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Schmelzsicherung mit einer oxidationsverhindernden Anordnung in Form einer Schicht aus einem oxidationsbeständigen Werkstoff; und

Fig. 4 eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Schmelzsicherung mit einer oxidationsverhindernden Versiegelungsanordnung aus Lötmetall.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schmelzsicherung mit einem Schmelzsicherungselement (1) und endseitigen Halterungen (10). Das Schmelzsicherungselement (1) umfaßt ein erstes Schmelzsicherungselement (hochschmelzender metallischer Leiter) (2), der einstückig mit endseitigen Halterungen (10) ausgebildet ist, und ein zweites Schmelzsicherungselement, das als ein aus der DE-AS 13 01 852 bekanntes niedrigschmelzendes Metallplättchen (3) ausgebildet ist, das an einer Oberfläche des metallischen Leiters (2) angeordnet ist, und Klemmabschnitte (2b) zur Befestigung des niedrigschmelzenden Metallplättchens (3) am metallischen Leiter (2). Das Schmelzsicherungselement (1) ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Metallplättchen (3) mittels eines zwischen dem Metallplättchen (3) und dem metallischen Leiter (2) aufgebrachten Metallpulver (6) (in Fig. 1 nicht sichtbar; siehe hierzu Fig. 2) teilweise am metallischen Leiter (2) verschmolzen ist.

Für die vorstehende Ausführung kann der metallische Leiter (2) aus jedem hochschmelzenden Metall, wie beispielsweise Kupfer, verzinntem Kupfer, Kupferlegierungen, Aluminium und Aluminiumlegierungen hergestellt sein, wobei verzinntes Kupfer die bevorzugte Wahl ist. Für das Metallplättchen (3) können mehrere Arten niedrigschmelzender Metallplättchen verwendet werden, jedoch wird die Verwendung eines Zinnplättchens bevorzugt.

Bei der Schmelzsicherung (1) sind der metallische Leiter (2), die Klemmabschnitte (2b) und die endseitigen Halterungen (10) alle einstückig als eine Einheit ausgebildet. Das Metallplättchen (3) wird auf dem metallischen Leiter (2) mittels der Klemmabschnitte (2b) befestigt. Zuletzt wird ein elektrischer Strom, der den voreingestellten zulässigen Strom für die Schmelzsicherung (5) überschreitet, durch das Schmelzsicherungselement geschickt, für eine kurze Zeitspanne, die ausreicht, um das Metallplättchen (3) mittels des Metallpulvers (6) nur teilweise mit den anliegenden Oberflächen des metallischen Leiters (2) und den Klemmabschnitten (2b) zu verschmelzen.

Alternativ läßt sich die teilweise Verschmelzung durch eine externe Aufheizung des Schmelzsicherungselementes (1) erreichen.

In Fig. 2 ist ebenfalls die Ausführungsform aus Fig. 1 dargestellt, wobei das niedrigschmelzende Metallpulver (6), das die gleiche Zusammensetzung wie das Metallplättchen (3) aufweist, aufgebracht wird, bevor das Metallplättchen (3) durch die Klemmabschnitte (2b) befestigt wird. Dieses Metallpulver (6) dient dazu, die Teilverschmelzung des Metallplättchens (3) am metallischen Leiter (2) wirksam durchzuführen und die teilweise Verschmelzung zu beschleunigen.

In der beschriebenen ersten Ausführungsform ist es lediglich erforderlich, das Metallpulver (6) auf jene Abschnitte des Metallplättchens (3) aufzubringen, die in Anlage mit dem metallischen Leiter (2) stehen, jedoch kann das Metallpulver (6) auch auf die gesamte Oberfläche des Metallplättchens (3) aufgebracht werden. In diesem Falle wird bevorzugt, daß die einzelnen Pulverteilchen einen Korndurchmesser zwischen 10 und 80 µm haben und daß das Metallplättchen (3) geringfügig erhitzt wird, um das Aufbringen des Metallpulvers (6) auf dem Metallplättchen (3) zu erleichtern.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schmelzsicherung, bei der eine Verhinderung einer Oxidation erzielt wird, indem auf dem Metallplättchen (3) eine dünne Schicht eines oxidationsbeständigen Werkstoffes (7) gebildet wird.

Bei dieser zweiten Ausführungsform wird der oxidationsbeständige Werkstoff (Schicht) (7) auf dem Metallplättchen (3) gebildet, bevor dieses am metallischen Leiter (2) befestigt wird. In dieser Hinsicht ist es ausreichend, die oxidationsbeständige Schicht (7) nur an jenen Abschnitten zu bilden, die in Anlage mit dem metallischen Leiter (2) stehen, jedoch kann die oxidationsbeständige Schicht (7) aber auch über die gesamte Oberfläche des Metallplättchens (3) aufgebracht werden.

Andererseits ist es wichtig, daß der für die oxidationsbeständige Schicht (7) verwendete Werkstoff derart gewählt wird, daß er nicht die Fähigkeit des Metallplättchens (3) beeinträchtigt zu schmelzen und sich mit dem metallischen Leiter (2) zu verschmelzen, wenn der durch den metallischen Leiter (2) fließende Strom den vorgegebenen Nennwert der Schmelzsicherung (5) überschreitet. Zu diesem Zweck ist jedes der folgenden Elemente aus der Gruppe VIII oder Gruppe IB des periodischen Systems ausreichend: Kobalt (Co), Nickel (Ni), Palladium (Pd) und Platin (Pt) (Gruppe VIII); oder Kupfer (Cu), Silber (Ag) und Gold (Au) (Gruppe IB). Von diesen hat Kupfer die höchste relative Oxidationsrate. Da jedoch sein Wärmeleitvermögen nicht merklich durch eine derartige Oxidation beeinträchtigt wird, und im Hinblick auf seine verhältnismäßig geringen Kosten ist Kupfer die bevorzugte Auswahl.

Bei der Schmelzsicherung (5) gemäß der zweiten Ausführungsform wird die oxidationsbeständige Schicht (7) auf dem Metallplättchen (3) mittels einer geeigneten Plattierungs- oder Dampfabscheidungseinrichtung aufgebracht. Anschließend wird das Metallplättchen (3) am metallischen Leiter (2) in der gleichen Weise befestigt wie bei der ersten Ausführungsform, unter Wegfall der teilweisen Verschmelzung des Metallplättchens (3) am metallischen Leiter (2).

Beispielsweise kann die Herstellung eines Metallplättchens (3) mit einem metalloxidationsbeständigen Überzug dadurch erfolgen, daß ein mit einer Schicht eines oxidationsbeständigen Werkstoffes (7) überzogener Zinnstab durch ein Schneidmesser zerteilt wird.

Fig. 4 zeigt eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schmelzsicherung, deren Gesamtanordnung jener der ersten Ausführungsform sehr ähnlich ist und daher werden nur jene Teile erläutert, die unterschiedlich gegenüber der ersten Ausführungsform sind.

Der Hauptunterschied zwischen den Schmelzsicherungen der ersten und der dritten Ausführungsform besteht darin, daß bei der Schmelzsicherung (5) der dritten Ausführungsform das Metallplättchen (3) nicht teilweise am metallischen Leiter (2) verschmolzen ist. Stattdessen wird das Metallplättchen (3) am metallischen Leiter (2) mittels eines Lötmetalles (8) verlötet, das derart aufgebracht wird, daß mindestens jene Abschnitte des Metallplättchens (3), die in Anlage mit dem metallischen Leiter (2) stehen, völlig gegenüber jeglichem äußeren Einfluß abgeschlossen sind. Zu diesem Zweck wird die Verwendung eines Lötmetalles (8), dessen Schmelzpunkt unterhalb jenem des Metallplättchens (3) liegt, wie beispielsweise eine Legierung aus Zinn und Blei, bevorzugt. Ferner kann, falls gewünscht, das Lötmetall (8) aufgebracht werden, um vollständig alle Abschnitte des Metallplättchens (3) zu verschließen.

Zur Durchführung dieses abschließenden Verlötungsschrittes ist jede bekannte Löteinrichtung geeignet:

Bei allen vorausgehend beschriebenen drei Ausführungsformen sind das Schmelzsicherungselement und die endseitigen Halterungen als einstückig ausgebildete Einheit beschrieben. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß es bei allen diesen Ausführungsformen möglich ist, getrennt gebildete Schmelzsicherungselemente (1) und endseitige Halterungen (10) zu verwenden, die dann miteinander verbunden werden. Ferner können zur Halterung des Metallplättchens (3) die metallischen Leiter (2) der erfindungsgemäßen Schmelzsicherung (5) derart ausgebildet sein, daß sie eine ebene Fläche, eine Ausnehmung oder seitliche Nuten aufweisen.

Im Einklang mit der Aufgabenstellung der Erfindung werden nunmehr, entweder durch teilweises Verschmelzen mittels eines Metallpulvers (6) oder durch Verschließen der Abschnitte des Metallplättchens (3), die in Anlage mit dem metallischen Leiter (2) stehen, oder durch Vorsehen einer oxidationsbeständigen Schicht (7) am Metallplättchen (3), die am metallischen Leiter (2) anliegenden Abschnitte gegenüber einer Oxidation geschützt. Fließt somit ein elektrischer Strom durch die Schmelzsicherung (5), der deren vorgegebenen Nennwert überschreitet, so schmilzt das Metallplättchen (3) und verschmilzt mit dem metallischen Leiter (2) zur Bildung einer Legierung, die entweder schmilzt oder aufbricht, wobei dies ohne merkliche Änderung der Ansprechzeit erfolgt, selbst wenn die Schmelzsicherung (5) lange Zeit in einer erhitzten Umgebung verwendet wurde.

Zur Bestätigung der erfindungsgemäßen Wirkung wurden mehrere Schmelzsicherungen, die entsprechend den vorausgehend beschriebenen Ausführungsformen hergestellt wurden, gegenüber bekannten Schmelzsicherungen geprüft. Die erhaltenen Ergebnisse zeigten, daß die erfindungsgemäßen Schmelzsicherungen Lebenszeiten aufwiesen, die fünfmal so hoch wie die Lebensdauer der bekannten Schmelzsicherungen waren. Insbesondere zeigte sich, daß die Schmelzsicherung (5) gemäß der ersten Ausführungsform die höchste Lebensdauer aufwies.

Claims (10)

1. Schmelzsicherung mit einem vorgegebenen elektrischen Stromnennwert umfassend

• - ein erstes Schmelzsicherungselement, das aus einem Werkstoff besteht, der einen hohen Schmelzpunkt hat,
• - ein zweites Schmelzsicherungselement, das am ersten Schmelzsicherungselement befestigt ist und aus einem Werkstoff mit niedrigem Schmelzpunkt besteht, wobei das zweite Schmelzsicherungselement eine Kontaktfläche hat, die in Anlage mit dem ersten Schmelzsicherungselement steht, und das zweite Schmelzsicherungselement schmelzen und sich mit dem ersten Schmelzsicherungselement verschmelzen kann, um mit ihm eine Legierung zu bilden, wenn ein durch die Schmelzsicherung fließender elektrischer Strom deren vorgegebenen Nennwert überschreitet, wobei die gebildete Legierung einen hohen elektrischen Widerstand hat, so daß die Legierung durch diesen durch die Schmelzsicherung fließenden, hohen elektrischen Strom geschmolzen oder aufgebrochen wird, und
• - eine Anordnung zur Verhinderung der Oxidation mindestens der Kontaktfläche des zweiten Schmelzsicherungselementes,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Anordnung zur Verhinderung der Oxidation durch ein Metallpulver (6) gebildet wird, welches zwischen die Schmelzsicherungselemente (3, 2) an die Kontaktfläche gebracht wird, und
• - mit dem Metallpulver (6) das zweite Schmelzsicherungselement (3) teilweise mit dem ersten Schmelzsicherungselement (2) verschmolzen wird.

2. Schmelzsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - das zweite Schmelzsicherungselement (3) aus einem Metall besteht, das Zinn umfaßt, und
• - das erste Schmelzsicherungselement (2) aus einem Metall besteht, das aus einer Gruppe gewählt ist, zu der Kupfer, Kupferlegierung, verzinntes Kupfer, Aluminium und Aluminiumlegierung gehören.

3. Schmelzsicherung mit einem vorgegebenen elektrischen Stromnennwert umfassend

• - ein erstes Schmelzsicherungselement, das aus einem Werkstoff besteht, der einen hohen Schmelzpunkt hat,
• - ein zweites Schmelzsicherungselement, das am ersten Schmelzsicherungselement befestigt ist und aus einem Werkstoff mit niedrigem Schmelzpunkt besteht, wobei das zweite Schmelzsicherungselement eine Kontaktfläche hat, die in Anlage mit dem ersten Schmelzsicherungselement steht, und das zweite Schmelzsicherungselement schmelzen und sich mit dem ersten Schmelzsicherungselement verschmelzen kann, um mit ihm eine Legierung zu bilden, wenn ein durch die Schmelzsicherung fließender hoher elektrischer Strom deren vorgegebenen Nennwert überschreitet, wobei die gebildete Legierung einen hohen elektrischen Widerstand hat, so daß die Legierung durch diesen durch die Schmelzsicherung fließenden, hohen elektrischen Strom geschmolzen oder aufgebrochen wird, und
• - eine Anordnung zur Verhinderung der Oxidation mindestens der Kontaktfläche des zweiten Schmelzsicherungselements,

dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zur Verhinderung der Oxidation durch eine Schicht aus oxidationsbeständigem Werkstoff (7) gebildet wird, die über mindestens die Kontaktfläche des zweiten Schmelzsicherungselementes (3) aufgebracht ist.

4. Schmelzsicherung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der oxidationsbeständige Werkstoff (7) aus einem Metall besteht, das aus einer Gruppe gewählt ist, zu der Kobalt (Co), Nickel (Ni), Palladium (Pd), Platin (Pt), Kupfer (Cu), Silber (Ag) und Gold (Au) gehören.

5. Schmelzsicherung mit einem vorgegebenen elektrischen Stromnennwert umfassend

• - ein erstes Schmelzsicherungselement, das aus einem Werkstoff besteht, der einen hohen Schmelzpunkt hat,
• - ein zweites Schmelzsicherungselement, das am ersten Schmelzsicherungselement befestigt ist und aus einem Werkstoff mit niedrigem Schmelzpunkt besteht, wobei das zweite Schmelzsicherungselement eine Kontaktfläche hat, die in Anlage mit dem ersten Schmelzsicherungselement steht, und das zweite Schmelzsicherungselement schmelzen und sich mit dem ersten Schmelzsicherungselement verschmelzen kann, um mit ihm eine Legierung zu bilden, wenn ein durch die Schmelzsicherung fließender hoher elektrischer Strom deren vorgegebenen Nennwert überschreitet, wobei die gebildete Legierung einen hohen elektrischen Widerstand hat, so daß die Legierung durch diesen durch die Schmelzsicherung fließenden, hohen elektrischen Strom geschmolzen oder aufgebrochen wird, und
• - eine Anordnung zur Verhinderung der Oxidation mindestens der Kontaktfläche des zweiten Schmelzsicherungselements,

dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zur Verhinderung der Oxidation aus einer Versiegelungsanordnung besteht, die mindestens die Kontaktfläche gegenüber äußeren Einflüssen verschließt.

6. Schmelzsicherung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Versiegelungsanordnung ein Lötmetall (8) ist, das auf das erste und zweite Schmelzsicherungselement (2, 3) aufgebracht wird.

7. Schmelzsicherung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• - das Metallpulver (6) einen Schmelzpunkt hat, der im wesentlichen gleich dem Schmelzpunkt des zweiten Schmelzsicherungselements (3) ist, und
• - das teilweise Verschmelzen des Metallpulvers (6) mit dem zweiten Schmelzsicherungselement (3) durch einen durch die Schmelzsicherung (5) hindurchgeleiteten Strom, der den vorgegebenen elektrischen Stromnennwert überschreitet, erfolgt ist.