Die Erfindung betrifft einen Wickelschmelzleiter für ein Schmelzsicherungsbauelement mit einem elektrisch isolierenden oder hochohmigen Kern, um den wenigstens ein Schmelzleiterdraht gewickelt ist. Ferner bezieht sich die Erfindung auf Verfahren zum Herstellen eines solchen Wickelschmelzleiters.
Wickelschmelzleiter der eingangs genannten Art werden seit längerer Zeit in Schmelzsicherungsbauelementen eingesetzt. Beispielsweise wird um einen aus mehreren Glasfasern bestehenden Kern ein Schmelzleiterdraht gewickelt, wobei eine vorgegebene Wickeldichte einzuhalten ist, um gewünschte Eigenschaften zu erzielen. Ein derartiger vorgefertigter Wickelschmelzleiter wird dann auf eine vorgegebene Länge zugeschnitten und beispielsweise in ein Keramikröhrchen eingebracht und dabei mit den elektrisch leitfähigen Endkappen, die auf das Röhrchen aufgesetzt werden, elektrisch verbunden und gleichzeitig mechanisch befestigt. Zur elektrischen und mechanischen Befestigung wird der Wickelschmelzleiter beispielsweise an die Endkappen angelötet.
In dem
In dem Patent
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Sicherungsbauelement mit einem Wickelschmelzleiter zu schaffen, das ein verbessertes Abschaltverhalten zeigt.
Diese Aufgabe wird durch einen Wickelschmelzleiter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Wickelschmelzleiters mit den Merkmalen des Anspruchs 8 oder des Anspruchs 11 gelöst.
Der Wickelschmelzleiter für ein Schmelzsicherungsbauelement mit einem elektrisch isolierenden oder hochohmigen Kern, auf den wenigstens ein Schmelzleiterdraht gewickelt ist, wobei der Kern Spalten, Poren oder andere Zwischenräume aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, daß ein temperaturbeständiger Kunststoff derart auf den Kern aufgebracht ist, daß zumindest die zwischen dem Schmelzleiterdraht freiliegenden Oberflächenbereiche des Kerns von dem Kunststoff bedeckt und die zwischen dem gewickelten Schmelzleiterdraht und der Oberfläche des Kerns gebildeten Zwischenräume (das heißt Spalten) sowie zumindest die äußeren Zwischenräume des Kerns mit dem Kunststoff im wesentlichen (d.h. zumindest soweit, daß keine Kapillarwirkung hervorgerufen wird) ausgefüllt sind.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß das Abschaltvermögen durch Reste des beim Löten des Schmelzleiterdrahts verwendeten Flußmittels verschlechtert wird, wobei diese Reste davon herrühren, daß das Flußmittel beim Löten aufgrund der Kapillarwirkung in Spalten und Zwischenräume des Kerns bzw. zwischen dem gewickelten Schmelzleiterdraht und der Oberfläche des Kerns eindringen.
Die erfindungsgemäße Einbringung eines temperaturbeständigen Kunststoffs stellt eine "Versiegelung" der Spalten und Zwischenräume dar, die ein Eindringen des Flußmittels verhindert.
Erfindungsgemäß wird ein Wickelschmelzleiter hergestellt, indem zunächst ein Kern mit einem nicht ausgehärteten flüssigen Kunststoffmaterial getränkt wird, wobei auch die Oberfläche des Kerns mit einer Schicht des Kunststoffmaterials überzogen wird, dann der getränkte Kern vor dem Aushärten des Kunststoffmaterials mit dem Schmelzleiterdraht umwickelt wird und schließlich das Kunststoffmaterial aushärten gelassen wird, so daß ein temperaturbeständiger Kunststoff gebildet wird. Bei diesem Herstellungsverfahren kann die Menge des noch nicht ausgehärteten flüssigen Kunststoffmaterials im Kern so dimensioniert werden, daß beim Umwickeln des Kerns sämtliche Zwischenräume und Spalten zwischen Schmelzleiterdraht und Kern und innerhalb des Kerns geschlossen werden, aber die nach au-ßen weisenden Flächen des Schmelzleiterdrahts frei bleiben. Dies hat den Vorteil, daß der Wickelschmelzleiter lötbar bleibt, ohne daß zuvor der Kunststoff entfernt zu werden braucht.
Bei einem alternativen Herstellungsverfahren wird zunächst der Schmelzleiterdraht auf den Kern gewickelt. Anschließend wird der Wickelschmelzleiter mit einem noch nicht ausgehärteten flüssigen Kunststoffmaterial derart beschichtet, daß das Kunststoffmaterial in Zwischenräume zwischen dem Schmelzleiterdraht und dem Kern sowie in die Poren, Spalten oder anderen Zwischenräume des Kerns eindringen kann. Dann härtet das Kunststoffmaterial aus, so daß ein temperaturbeständiger Kunststoff gebildet wird. Diese Verfahrensalternative bietet den Vorteil, daß ein herkömmlicher Wickelschmelzleiter als Ausgangsmaterial verwendet werden kann.
Bei dem erfindungsgemäßen Wickelschmelzleiter kann das Flußmittel nicht mehr in die Zwischenräume zwischen Schmelzleiterdraht und Kern sowie in den Kern eindringen, wodurch das Schaltvermögen verbessert wird. Darüber hinaus wird der Schmelzleiterdraht nach dem Aushärten des Kunststoffs auf dem Kern fixiert, was höhere Wickeldichten von beispielsweise über 60 % ermöglicht.
Bei einer typischen Ausführungsform besteht der Kern aus mehreren Glas- und/oder Keramikfasern, wobei auch die Zwischenräume zwischen den einzelnen Fasern von dem Kunststoff im wesentlichen gefüllt werden. Die Kerne aus mehreren parallelen Glas- oder Keramikfasern werden beim Wickeln komprimiert, so daß - bei der ersten Herstellungsverfahrensalternative - nach einem vorherigen Tränken der Fasern mit dem Kunststoffmaterial ein Teil des Kunststoffmaterials beim Wickeln aus dem Kern herausgedrückt wird und zwischen den Drahtwicklungen verbleibt. Wenn ein relativ hoher Überschuß des flüssigen Kunststoffmaterials verbleibt, so kann das überschüssige Kunststoffmaterial anschließend durch mechanisches Abstreifen des Wickelschmelzleiters entfernt werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform wird als Kunststoffmaterial ein Silikon verwendet, das im flüssigen Zustand aufgebracht wird und später aushärtet. Das ausgehärtete Silikon ist temperaturbeständig. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung werden dem Silikon ein oder mehrere lichtbogenlöschende Materialien zugemischt, vorzugsweise ein Melaminpulver. Dies unterstützt zusätzlich die lichtbogenlöschende Wirkung der Silikonbeschichtung.
Vorteilhafte und/oder bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsformen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 ist eine schematische Darstellung eines Abschnitts eines erfindungsgemäßen Wickelschmelzleiters 1. Ein Schmelzleiterdraht 2 ist auf einen isolierenden oder hochohmigen Kern 3 gewickelt. Bei dem Schmelzleiterdraht 2 handelt es sich beispielsweise um einen Draht aus einem mit einer Zinnschicht versehenen Silber-Kupfer-Legierungskern mit einem kreisförmigen Querschnitt und einem Durchmesser im Bereich von 0,05 mm bis 0,5 mm. Selbstverständlich sind eine Vielzahl anderer Legierungen und Metalle denkbar. Der Querschnitt braucht auch nicht kreisförmig zu sein, sondern es kann beispielsweise ein Metallband gewickelt werden. Auch sind dünnere oder dickere Drähte in Abhängigkeit von den gewünschten Eigenschaften denkbar. Der Kern 3 könnte beispielsweise aus einem mehr oder weniger flexiblen Stab aus einem isolierenden Material (z. B. Glas, Glaskeramik, Kunststoff oder Keramik) oder hochohmigen Material (z. B. Halbleiter oder hochohmiger Metalleiter) bestehen. Bei bevorzugten Ausführungsformen besteht der Kern jedoch aus einem Bündel von Glas- und/oder Keramikfasern. Vorzugsweise besteht der Kern aus Glasseide, d. h. einem Bündel verdrillter oder versponnener Glasfasern. Im Rohzustand liegen die Glasfasern der Glasseide relativ locker aneinander, so daß viele Zwischenräume gebildet werden. Beim Umwickeln des Glasseidenkerns 3 mit dem Schmelzleiterdraht 2 wird die Glasseide komprimiert, d. h. es werden die einzelnen Glasfasern aneinandergedrückt.
Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Wickelschmelzleiters 1, bei dem ein Kern aus Glasseide verwendet wird, wird der Kern 3 vor dem Umwickeln mit einem (noch) flüssigen Silikonkunststoff getränkt, so daß sich die Zwischenräume zwischen den Glasfasern mit dem Kunststoffmaterial füllen. Selbstverständlich brauchen nicht sämtliche Zwischenräume gefüllt zu werden; es genügt im Grunde, wenn sich die äußeren Schichten der Glasseide mit dem Kunststoff füllen, so daß die Glasseide derart versiegelt wird, daß keine Flüssigkeiten mehr in die ggf. noch vorhandenen inneren Zwischenräume gelangen können. Beim Umwickeln des getränkten Kerns 3 mit dem Schmelzleiterdraht 2 wird ein Teil des Kunststoffmaterials aus der Glasseide herausgedrückt und verbleibt auf dem Kern 3 und füllt die Zwischenräume (Spalten) zwischen dem Schmelzleiterdraht 2 und dem Kern 3 aus. Verbleibt zuviel überschüssiges Kunststoffmaterial, so kann dieses in noch flüssigem Zustand vom Wickelschmelzleiter 1 abgestreift werden. Es ist aber auch denkbar und bevorzugt, daß die Aufnahme des flüssigen Kunststoffmaterials in den rohen Kern 3 so dimensioniert wird, daß nach dem Wickeln kein Abstreifen mehr erforderlich ist. Figur 1 zeigt das verbliebene Kunststoffmaterial 4 zwischen den einzelnen Windungen des Schmelzleiterdrahts 2. Anschließend härtet der Kunststoff aus, wobei Aushärten im Sinne von Abbinden zu verstehen ist. Das Kunststoffmaterial braucht dabei nicht hart zu werden. Im Gegenteil, bei Verwendung von Silikon bleibt der ausgehärtete temperaturbeständige Kunststoff vorzugsweise weich bzw. elastisch, so daß der Wickelschmelzleiter 1 flexibel bleibt.
Als Kunststoffmaterial wird vorzugsweise ein Silikon verwendet, wobei das Silikonmaterial beispielsweise aus zwei Komponenten besteht, die vor dem Aufbringen gemischt werden. Vorzugsweise werden dem Silikon lichtbogenlöschende Materialien, insbesondere Melaminpulver, zugesetzt. Beispielsweise werden zehn Anteile Silikonharz mit vier Anteilen Melaminpulver gemischt.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Schmelzsicherungsbauelements 5, in dem der erfindungsgemäße Wickelschmelzleiter 1 eingesetzt wird. Der Wickelschmelzleiter 1 umfaßt einen Kern 3, auf den der Schmelzleiterdraht 2 aufgewikkelt und bei dem die Zwischenräume zwischen den Windungen des Schmelzleiterdrahts 2 mit dem Kunststoffmaterial 4 gefüllt sind. Bei der schematischen Darstellung in Figur 2 ist das aufgebrachte Kunststoffmaterial 4 zur Verdeutlichung nur auf der linken Hälfte des Wickelschmelzleiters 1 dargestellt. Die Schmelzsicherung 5 umfaßt ein isolierendes Röhrchen 6 aus Glas, Kunststoff oder Keramik, in dessen Innenraum 7 der Wikkelschmelzleiter 1 aufgenommen ist. Das Röhrchen 6 kann einen runden oder rechteckigen Querschnitt haben. Der Innenraum 7 kann luftgefüllt, gasgefüllt, leer oder mit einem anderen Material gefüllt sein. Auf die Enden des Röhrchens 6 sind zwei Endkappen 8 aufgesetzt (z. B. aufgelötet oder aufgeklebt). Der Schmelzleiter 1 ist auf die Böden der Endkappen 8 aufgelötet, wobei das Lot in Figur 2 schematisch durch die Lotbereiche 9 dargestellt ist. Die Lötstelle kann aber auch deutlich kleiner ausfallen, als es in Figur 2 mit den schraffierten Bereichen 9 dargestellt ist. Der schraffierte Bereich 9 kann in diesem Fall auch ein Dichtungsmaterial, welches in die Endkappen eingebracht ist, darstellen.
Wird der Wickelschmelzleiter 1 auf die Innenböden der Endkappen 8 aufgelötet, so wird neben dem Lot selbstverständlich auch ein Flußmittel verwendet. Die erfindungsgemäße Versiegelung des Schmelzleiters 1 mittels des Kunststoffmaterials 4 verhindert, daß geschmolzene bzw. flüssige Teile des Flußmittels aufgrund der Kapillarwirkung den Wickelschmelzleiter entlang wandern. Solche nicht mehr entfernbaren Flußmittelreste würden eine Kohlenstoffquelle bilden und im Falle des Abschaltens (Durchtrennens) des Schmelzleiters leitfähige Brücken bilden, welche ein Neuzünden des Lichtbogens in den Folge-Halbwellen unterstützen.
Figur 3 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Sicherungsbauelements 10. Durch einen Sockel 11 sind zwei Kontaktstifte 12 hindurchgeführt. Auf den Sockel 11 ist eine Schutzkappe 13 aufgesetzt. Im Innenraum zwischen Sockel 11 und Schutzkappe 13 münden die Enden der Anschlußstifte 12 in Anschlußfahnen 14, an denen jeweils ein Ende eines Wickelschmelzleiters 1 befestigt ist. Der Wickelschmelzleiter 1 ist an den Anschlußfahnen 14 mit jeweils einer Lötverbindung 15 befestigt.
Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind zahlreiche alternative Ausführungsformen denkbar. Beispielsweise kann ein Wikkelschmelzleiter 1 verwendet werden, bei dem um den Kern 3 parallel zu dem Schmelzleiterdraht 2 eine oder mehrere isolierende Fasern gewickelt sind, die benachbarte Windungen des Schmelzleiterdrahts 2 somit in einem vorgegebenen Abstand zueinander halten. Die Kombination einer derartigen Weiterbildung mit der erfindungsgemäßen Versiegelung verbessert das Abschaltvermögen und die Reproduzierbarkeit der Eigenschaften des Wickelschmelzleiters.
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