Kleinstsicherung

Abstract

 Eine Kleinstsicherung, die einen bei Überlast schmelzen­den Schmelzleiter (7) in einer druckdicht abgeschlossenen, gasgefüllten oder evakuierten Kammer (9) aufweist, zeich­net sich durch die Anordnung einer Metallfläche (14) in der Umgebung des Schmelzleiters (7) in der Kammer (9) aus. Die Ausbildung der Metallfläche (14) und ihre Lage zum Schmelzleiter (7) werden derart gewählt, daß der beim Abschalten der Sicherung am Schmelzleiter ent­stehende Lichtbogen (10) auf die Metallfläche (14) über­gehen kann, so daß mindestens ein Sekundärlichtbogen (11) im Nebenschluß über die Metallfläche (14) entsteht. Durch das Aufschmelzen der Metallfläche (14) wird soviel Wärme absorbiert, daß der Sekundärlichtbogen (11) erlischt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Kleinstsicherung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Klein- und Kleinstsicherungen werden ihres geringen Platz­bedarfs wegen zunehmend bevorzugt. Bei einer handelsüb­lichen Kleinstsicherung mit zylindrischem Gehäuse beträgt der Außendurchmesser 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 Normierung.

[0003] Für zahlreiche Anwendungsfälle wird ein noch höheres Schaltvermögen verlangt. Hierfür ist eine möglichst frühe Löschung des Lichtbogens erforderlich, der sich mit dem Einsetzen des Abschmelzens der Schmelzleiter 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 Gehäuses schließlich so groß, daß der maximale Belastungsdruck überschritten wird und die Gehäusewandung zerstört wird. Die Sicherung explodiert. Zur Vermeidung einer derart starken Druck- und Temperatur- erhöhung im Sicherungsgehäuse wird die Sicherungskammer üblicherweise mit einer energieaufnehmenden Masse gefüllt, z. B. mit einer Metallfläche gemäß der DE-PS 724 865. Auch ist schon versucht worden, dem Druck innerhalb des Sicherungsgehäuses dadurch zu begegnen, daß eine Metall­kappe auf einen Keramiksockel fest aufgelötet wird. Es hat sich jedoch gezeigt, daß das Schaltvermögen dadurch nur geringfügig verbessert wird.

[0004] Es ist demnach Aufgabe der Erfindung, eine Kleinstsicherung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß ein noch höheres Schaltvermögen erreicht wird, ohne die Ab­messungen und den Fertigungsaufwand besonders erhöhen zu müssen.

[0005] Zur Lösung dieser Aufgabe werden die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 vorgeschlagen.

[0006] Es hat sich gezeigt, daß der von der Erfindung vorge­schlagene Weg eine bedeutende Anhebung des Schaltver­mögens von Kleinstsicherungen ohne Änderung der Abmessun­gen ermöglicht. Abweichend von den bisher vorgeschlagenen Lösungen wird beim Abschmelzen des Schmelzleiters die in der Kammer der Sicherung freiwerdende Energie aus dem von der Kammer umschlossenen Raum gebunden, ohne das den Schmelzleiter umhüllende gasförmige Medium als Energie­transportmittel zu benutzen. Gerade die Heranziehung des den Schmelzleiter umhüllenden Mediums zur Übertragung der Wärme auf die Metallteile hat sich bei den bekannten Sicherungen als zu langsam erwiesen, so daß bisher die Berstgefahr nicht gebannt war bei hohen Schaltvermögen.

[0007] Erfindungsgemäß wird stattdessen durch die unmittelbare Einbeziehung der Metallfläche in das Ablenken des Licht­bogens auf kalte Bereiche hoher Wärmekapazität die Um­gebung soweit abgekühlt, daß der Lichtbogen erlischt.

[0008] Ein beträchtlicher Teil der zugeführten Energie, die sonst das Aufheizen der Gasfüllung in der Kammer und dadurch das unerwünschte Anwachsen des Innendrucks bewirkt, wird damit als Schmelzwärme verbraucht, so daß der maxi­male Belastungsdruck des Sicherungsgehäuses nicht über­schritten wird. Anders ausgedrückt, dient die Metallfläche in entsprechender Auswahl der Abkühlung des Lichtbogens dadurch, daß dem Lichtbogen Energie entzogen wird, die vor allem direkt auf die Metallfläche übergeht.

[0009] Bei der Zündung und Aufrechterhaltung der Lichtbögen, die auf die im Nebenschluß liegende Metallfläche über­gehen, wird also das Metall der Metallfläche stark angeschmolzen. Hierfür ist es außerordentlich wichtig, daß die Wandstärke der Metallfläche ausreichend bemessen ist, damit sie nicht durchschmilzt und Löcher entstehen, durch die der entstandene Metalldampf und die Gase aus der Kammer ausgeblasen werden.

[0010] Der Energieverzehr durch Teilung, Verlagerung und Be­nutzung des Lichtbogens zum Metallschmelzen ist so effektiv, daß der beim Abschalten der Sicherung im Innern der Kammer entstehende Druck überraschend niedrig bleibt. Das trifft selbst dann noch zu, wenn die Strom­belastung beim Abschalten der Sicherung in einer Größen­ordnung liegt, die mit den bisher verfügbaren Klein- und Kleinstsicherungen nicht mehr beherrschbar ist.

[0011] Die Erfindung läßt sich bei allen bekannten Klein- und Kleinstsicherungen unabhängig von der jeweiligen Gehäuse­form verwirklichen. Wesentlich ist stets, daß der Licht­bogen rechtzeitig von dem Schmelzleiter auf die Metall­fläche übergeht und ein ausreichender Anteil der zugeführ­ten Energie in Schmelzwärme umgesetzt und im Material der Metallfläche gespeichert wird.Auf diese Weise ist der Beitrag zur Erhöhung des Innendrucks in der Kammer verschwindend gering. 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 der Metallffläche zu bewirken.

[0012] Mit den bisher bereits bekannten Metallkappen an Siche­rungen ist die erfindungsgemäße Aufgabe nicht lösbar. Die bekannten Metallkappen sind nämlich immer so ver­wandt worden, daß der sich bildende Lichtbogen beim Abschalten der Sicherung gerade nicht auf die Innenwan­dung des Gehäuses überspringen konnte. Metallkappen sind also in erster Linie wegen ihrer Lötbarkeit und wegen ihrer Festigkeit eingesetzt worden, nicht jedoch um ihre Schmelzwärme und Wärmekapazität zum Löschen des Licht­bogens einzusetzen.

[0013] Durch die Wahl der Abstände des Schmelzleiters bzw. der Kontakte von der Metallfläche läßt sich festlegen, wohin der Lichtbogen nach dem Durchschmelzen des Schmelzleiters auf der Metallfläche überspringt. Bei beengten Raumver­hältnissen, die regelmäßig in einer Kleinstsicherung vor­herrschen, werden die Abstände des Schmelzleiters bzw. der Kontakte von der Metallfläche so gewählt, daß zwei Lichtbögen entstehen, und zwar an den weitest aus­einander liegenden Stellen innerhalb der Kammer.

[0014] Es kann zweckmäßig sein, von vornherein einen der Kontakte mit der Metallfläche berühren zu lassen, so daß ein Stromfluß nicht erst durch Überspringen eines Licht­bogens entsteht, sondern von Hause aus an dieser Stelle vorhanden ist. Der andere Kontakt wird dann so gelegt, daß sein Abstand zu der Metallfläche kleiner ist als die kürzeste Entfernung zwischen dem Schmelzleiter und der Metallfläche an irgendeiner Stelle . Dadurch wird die Steuerung des Lichtbogens besonders sicher unabhängig von der Einbaulage der Sicherung erreicht.

[0015] Weitere Ausbildungen und vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

[0016] Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert; in der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht durch eine Kleinstsiche­rung gemäß der Erfindung, bei der die Metallfläche als Scheibe ausgebildet ist,

Fig. 2 eine Querschnittsansicht durch eine Kleinstsiche­rung gemäß der Erfindung, bei der die Metallfläche als Metallkappe ausgebildet ist und

Fig. 3 eine Querschnittsansicht gemäß der Fig. 2 eines ähnlichen Ausführungsbeispiels, bei dem einer der Kontakte Berührung mit der Metallkappe hat.

[0017] In der Figur 1 ist eine Kleinstsicherung gemäß der Erfin­dung wiedergegeben, die aus einem zylindrischen Sockel 1 aus Kunststoff und aus einer ebenfalls aus Kunststoff bestehenden Kappe 2 besteht. Die Kappe 2 ist druckdicht mit dem Sockel 1 verbunden, beispielsweise verschweißt. Durch den Sockel 1 hindurch erstrecken sich zwei elektri­sche Kontakte 3 und 4, die im Querschnitt kreisförmig ausgebildet sind und im Sockel 1 gasdicht verankert sind. Die Kontakte 3 und 4 tragen jeweils Endabschnitte 5 und 6, an denen ein Schmelzleiter 7 in üblicher Weise befestigt ist, beispielsweise mit Lot 13 oder durch Schweißen oder Bonden.

[0018] Der Sockel 1 und die Kappe 2 bilden eine druckdichte, zylindrische Kammer 9, in der der Schmelzleiter 7 von einem gasförmigen Medium umhüllt wird. Die Abmessungen der dargestellten Kleinstsicherung betragen im Durchmesser ca. 10 mm und in der Höhe ca. 8 mm.

[0019] Oberhalb des Schmelzleiters 7 und der Endabschnitte 5 und 6 an den Kontakten 3 und 4 befindet sich eine kreis­runde Scheibe 8 aus Metall, z. B. aus Eisen, Kupfer, Aluminium, Titan, Zinn, Zink, Molybdän, Wolfram, Silber, Nickel oder Tantal oder einer Legierung mit mindestens einem dieser Elemente. Die Metallscheibe 8 ist vor der Montage der Kappe 2 in diese eingesetzt und durch Klem­men oder Verkleben oder dgl. in der dargestellten Lage befestigt. Dem Schmelzleiter 7 ist eine Metallfläche 14 der Scheibe 8 zugewandt, die beim Ansprechen der Siche­rung mit eingestzt wird.

[0020] Bei einer Überlastung der Sicherung schmilzt der Schmelz­leiter 7, und es entsteht ein primärer Lichtbogen 10, der durch eine gestrichelte bogenförmige Linie in der Figur 1 angedeutet ist. Wenn etwa die Trennlänge im Schmelzleiter 7 den Abstand der Endabschnitte 5 und 6 der Kontakte 3 und 4 übersteigt, springt der Lichtbogen so auf die Metallscheibe 8 über, daß sich zwei Teillichtbögen 11 und 12 ergeben, die jeweils von einem der Endabschnitte 5 und 6 zu der Scheibe 8 verlaufen und einen elektrischen Nebenschluß herbeiführen. Der primäre Lichtbogen 10 erlischt dadurch.Aus den eingangs erwähnten Gründen wer­den auch die sekundären Teillichtbögen 11 und 12 rasch gelöscht, so daß der Innendruck kaum nennenswert ansteigt.

[0021] Praktische Versuche mit einer Scheibe aus Eisen mit einer Dicke von 1 mm haben bei der Verwendung eines Schmelzlei­ters 7 mit träger Charakteristik ein Schaltvermögen von 100 A bei 250 V ergeben.

[0022] In den Figuren 2 und 3 sind für identische Teile die­selben Bezugszeichen verwandt worden. Der hauptsächliche Unterschied besteht jedoch darin, daß statt einer Scheibe wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 1 eine Metallkappe 22 vorgesehen ist, deren Wirkung nachfolgend genauer erläutert wird. Die Metallkappe 22 ist außen mit einer fest anhaftenden Isolierschicht in Form einer Kunst­stoffkappe 23 versehen. Hierbei kann es sich ebenfalls um eine elektrisch isolierende Kunststoffschicht handeln, die noch vor der Formgebung einer Ronde zu der späteren Metallkappe 22 auf das Ausgangsblech aufgebracht ist. Es ist jedoch auch möglich, die Isolierschicht in Form der Kunststoffkappe 23 erst später aufzubringen, nämlich beispielsweise am Ende der Sicherungsfertigung durch Tauchen des Kappenbereiches in einem Flüssigkunststoffbad oder durch Aufsprühen einer entsprechenden Schicht auf die Oberfläche der Metallkappe 22 .

[0023] Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 2 ist ein Abstand A 1 zwischen dem Schmelzleiter 7 bzw. den Kontakten 3 und 4 und/oder dem Lot 13 einerseits und der benachbarten Metallfläche 14 der Metallkappe 22 andererseits kleiner gewählt als der Abstand der vorer­wähnten Bauteile gegenüber den übrigen Bereichen der Metallfläche 14 der Metallkappe 22, also beispielsweise gegenüber der Bodenfläche der Metallkappe 22. Die Wand­stärke W der Metallkappe 22 weist eine Mindestdicke auf, die sich im wesentlichen nach der Energiebelastung beim Abschalten der Sicherung richtet.

[0024] In einem Fall der Überlastung schmilzt wiederum der Schmelzleiter 7, und es bildet sich ein primärer Lichtbogen 10 aus, der schematisch durch gestrichelte Linien in der Figur 2 dargestellt ist. Der Abstand A 1 der Kontakte 3 und 4 bzw. des Schmelzleiters 7 von der Metallfläche 14 ist nun so bemessen, daß der Lichtbogen 10, wenn der Schmelzleiter 7 über eine ausreichend lange Strecke abge­schmolzen ist, von den Kontakten 3 und 4 aus auf die benachbarten Bereiche 24 der Metallfläche 14 überspringt und sich teilt, also zwei sekundäre Lichtbögen 11 und 12 bildet. Diese sekundären Lichtbögen 11 und 12 sind in der Figur 2 wiederum schematisch durch gestrichelte Linien wiedergegeben. Die nun den einen Ausgangspunkt der Lichtbögen 11 und 12 bildenden Bereiche 24 werden aufgeschmolzen, wodurch die Lichtbogenenergie bis zum Verlöschen der sekundären Lichtbögen 11 und 12 verzehrt wird. Vor allem bei Sicherungen mit einem hohen Schalt­vermögen entstehen Lichtbögen, die relativ tiefe Mulden in die Bereiche 24 der Metallkappe 22 einbrennen, so daß eine ausreichende Bemessung der Wandstärke W in Ab­hängigkeit von der zu erwartenden Schaltbelastung un­erläßlich ist.

[0025] Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 3 ist der eine Kontakt 3 mit seinem Endabschnitt 5 bis zur Be­rührungen mit der Metallfläche 14 verlängert. Ein Ab­stand A 2 zwischen dem anderen Endabschnitt 6 des Kontak­tes 4 und der Metallfläche 14 der Metallkappe 22 ist kleiner gewählt als der seitliche Abstand des Kontaktes 4 sowie des Schmelzleiters 7 von der seitlich verlaufenden Metallfläche 14 im zylindrischen Bereich der Metallkappe 22. Diese Anordnung wird gewählt, damit der schematisch dargestellte, sekundäre Lichtbogen 12 nach ausreichendem Abbrennen des Schmelzleiters 7 beim Abschalten der Sicherung vom Endabschnitt 6 des Kontaktes 4 auf die stirnseitige Metallfläche 14 der Metallkappe 22 über­springt und dort einen entsprechenden Bereich 24 erwärmt und zum Schmelzen bringt, wodurch wiederum die Energie des sekundären Lichtbogens 12 bis zum Verlöschen verzehrt wird.

[0026] Dieses Ausführungsbeispiel ist besonders gut zur Steue­rung des Sekundärlichtbogens geeignet, was diesen Typ besonders unabhängig von der Einbaulage macht. Selbst­verständlich kann auch der Endabschnitt 5 des Kontaktes 3 in einem Abstand A 2 zur Metallfläche 14 der Metallkappe 22 angeordnet werden, so daß im Auslöse­fall der Sicherung wiederum zwei sekundäre Lichtbögen entstehen.

[0027] Zur Verdeutlichung dessen, was unter einer ausreichenden Wandstärke W im Zusammenhang mit der Erfindung zu ver­stehen ist, sowie zur Veranschaulichung der übrigen Größenverhältnisse auch bezüglich des Abstandes A 1 werden nachstehend Abmessungen und Leistungsdaten eines Ausführungsbeispiels einer Kleinstsicherung gemäß der Figur 2 wiedergegeben, auf die die Erfindung jedoch keineswegsbeschränkt ist:

Außendurchmesser der Metallkappe	7,8 bis 7,9 mm
Wandstärke der Metallkappe	0,5 mm
Durchmesser der Kontakte 3 und 4	0,6 mm
Abstand der Kontakte 3 und 4	5,0 mm
Innenhöhe der Sicherungskammer 9	3,2 mm
seitlicher Abstand A 1 der Kontakte 3 und 4	0,5 mm
max. Schaltvermögen	200 A
Charakteristik der Sicherung	FF, F, M, T

Ansprüche

1. Kleinstsicherung mit einer druckdichten, abgeschlossenen, gasgefüllten oder evakuierten Kammer (9), die aus einem aus Isolierstoff bestehenden Sockel (1) und aus einer Kappe (2,22) besteht, mit zwei Kontakten (3,4), die gasdicht durch den Sockel (1) hindurchgeführt sind, mit einem bei Überlast schmelzenden Schmelzleiter (7) und mit einer Metallfläche (14) innerhalb der Kammer (9), die zur Aufnahme von Wärme bei der Löschung eines Licht­bogens (10)nach dem Schmelzen des Schmelzleiters (7) dient, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbildung der Metallfläche (14) und ihre Lage zum Schmelzleiter (7) bzw. zu den Kontakten (3,4) so gewählt sind, daß ein beim Schmelzen des Schmelzleiters (7) an diesem entstehender Lichtbogen (10) auf die Metallfläche (14) übergeht und verlöscht.

2. Kleinstsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Metallfläche (14) im wesentlichen durch eine Scheibe (8) gebildet ist.

3. Kleinstsicherung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Scheibe (8) oberhalb des Schmelz­leiters (7) angeordnet ist.

4. Kleinstsicherung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Scheibe (8) in einer Ebene angeordnet ist, die parallel zu einer Ebene verläuft, die durch Schmelzleiter (7) definiert ist.

5. Kleinstsicherung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­zeicnet, daß die Scheibe (8) die Form der Querschnittsform der Kappe (2) aufweist.

6. Kleinstsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Metallfläche (14) die gesamte Innenseite der Kappe (22) bedeckt.

7. Kleinstsicherung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Metallfläche (14) die Auskleidung einer Kunststoffkappe (23) bildet.

8. Kleinstsicherung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Metallfläche Bestandteil einer Metallkappe (22) ist.

9. Kleinstsicherung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Metallkappe (22) eine äußere Isolierschicht trägt.

10. Kleinstsicherung nach Anspruch 2 oder 6, dadurch ge­kennzeichnet, daß die Metallfläche (14) aus dem Metall einer Gruppe besteht, die die Elemente Eisen, Kupfer, Aluminium, Titan, Zinn, Zink, Molybdän, Wolfram, Silber, Nickel oder Tantal oder eine Legie­rung mit mindestens einem dieser Elemente umfaßt.

11. Kleinstsicherung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­zeichnet, daß einer der Kontakte (3) die Metall­fläche (14) berührt und daß der andere Kontakt (4) in einem Abstand von der Metallfläche (14) angeordnet ist, der kleiner ist als die kürzeste Entfernung des Schmelz­leiters (7) von der Metallfläche (14) an irgendeiner Stelle.

Zeichnung