DE19928713C2 - Aktives Sicherungselement mit Schmelzleiter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Erzeugnis nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs.

Insbesondere in Kraftfahrzeugen werden zur Absicherung von elektrischen Leitungen Schmelzsicherungen eingesetzt. Schmelzsicherungen haben den Nachteil, daß sie eine gewisse Trägheit im Auslöseverhalten haben. Bei einem Überstrom von 35% gegenüber dem nominalen Auslösestrom der Sicherung kann es bis zu einer halben Stunde dauern, bis eine Schmelzsicherung tätsächlich auslöst. Bei einem Überstrom von 250%, der dem 3,5-fachen nominalen Auslösestrom der Schmelzsicherung entspricht, kann es noch 5 Sekunden bis zur Auslösung der Schmelzsicherung dauern. Bei Sicherungswerten mit hohen nominalen Auslösestromwerten entseht daher das Problem, daß der tatsächliche Auslösestrom wesentlich höher sein muß. Für eine Schmelzsicherung mit einem nominalen Auslösestrom von 250 A bedeuted dies, daß bei einem Überstrom von 250% ein tatsächlicher Auslösestrom von 875 A fließen muß. Bei einem Kurzschluß mehrerer Leitungen, insbesondere in einem Fahrzeug bei oder nach einem Unfall, kann daher nicht sichergestellt werden, daß die Fahrzeugbatterie überhaupt einen ausreichend großen Strom zum Auslösen einer Schmelzsicherung zur Verfügung stellen kann.

Aus diesem Grund werden in der DE 197 44 765 A1 aktive Sicherungselemente eingesetzt. Bei diesen aktiven Sicherungselementen wird mit Hilfe einer exothermen chemischen Reaktion eine große Energiemenge freigesetzt. Diese Energiemenge ermöglicht ein Durchschmelzen eines Leiters an einer definierten Stelle. Nachteil derartiger Sicherungen ist, daß während oder unmittelbar nach der exothermen Reaktion Reaktionsmaterialien oder Teile des geschmolzenen Leiters unkontrolliert in der Umgebung der Sicherung umherfliegen. Dies kann zu Beschädigungen umliegender Elektroniken oder anderer Sicherungen führen.

Erfindungsgemäße Aufgabe ist es daher, eine aktive Sicherung auf der Basis einer exothermen Reaktion zu verbessern. Die chemische Reaktion soll möglichst gut gekapselt innerhalb eines elektrisch isolierenden thermisch gut leitenden Materials ablaufen. Dabei soll der Aus­ tritt von Reaktionmaterial vermieden werden

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des un­ abhängigen Anspruchs. Weitere vorteilhafte Ausführngsformen sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die Erfindung baut darauf auf, einen Schmelzleiter mit einem geschlossenen hitzebeständi­ gen Reaktionsbehälter zu verbinden und als integriertes Sicherungselement auszugestalten, wobei der Reaktionsbehälter ein zündfähiges chemisches Gemisch enthält. Die chemische Reaktion wird im Reaktionsbehälter gekapselt und läuft vollständig innerhalb des Behältnis­ ses ab, so daß keine Reaktionsmaterialien in die Umgebung entweichen. Die Wandung des Reaktionsbehälters ist aus einem hitzebeständigen thermisch gut leitenden Material und ist mit einem Schmelzleiter in gutem thermischen Kontakt, damit ein hoher Wärmeübergang von dem Reaktionsbehälter auf den Schmelzleiter gewährleistet ist. Die exotherme Reaktion im Innern des Reaktionsbehälters wird durch einen Zünder ausgelöst. Dürch die hohe Wärme­ leitfähigkeit des Reaktionsbehälters wird die bei der exothermen Reaktion freigesetze Energie auf den Schmelzleiter übertragen und schmilzt diesen an der Kontaktfläche zum Reaktions­ gehäuse durch.

Der mit der Erfindung hauptsächlich erzielte Vorteil wird darin gesehen, daß ein Entweichen von heißen und agressiven Reaktionsmaterialien in die Umgebung vermieden wird. Hier­ durch unterbleiben unerwünschte Beschädigungen von z. B. in der Umgebung angeordneten Elektroniken. Ein weiterer erfindungsgemäßer Vorteil ist darin zu sehen, daß zur Auslösung der Sicherung über den Zünder eine relativ geringe Energiemenge notwendig ist, so daß ins­ besondere in Kraftfahrzeugen auch bei einem Unfall das sichere Auslösen der erfindungsge­ mäßen Sicherungselementes gewährleistet ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen darge­ stellt und näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Eine schematische Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Sicherungselementes

Fig. 2 Eine schematische Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Sicherungselementes

Fig. 3 Eine schematische Schnittdarstellung einer dritten Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Sicherungselementes mit einer Metallfolie zwischen Schmelzleiter und Ke­ ramikgehäuse

Fig. 4 Eine schematische Schnittdarstellung einer vierten Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Sicherungselementes mit einem speziell ausgeformten Schmelzleiter

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sicherungselementes. Ein elek­ trischer Schmelzleiter steht in thermischen Kontakt mit mindestens einer Wandseite eines geschlossenen Reaktionsbehälters 2. Die Wandung des Reaktionsbehälters besteht vorzugs­ weise aus einer die Wärme gut leitenden Keramik oder Keramikverbindung. Im Reaktionsbe­ hälter ist ein zündfähiges Gemisch 3 enthalten, daß nach der Zündung exotherm reagiert. Vorzugsweise ist der Reaktionsbehälter mit an sich bekanntem Thermit gefüllt. Das zündfä­ hige Gemisch 3 wird im Sicherungsfall mit einem elektrisch ansteuerbaren Zünder 4 gezün­ det. Der Zünder 4 befindet sich innerhalb des Reaktionsbehälters 2 und ist über Zuleitungen 5, die durch eine Wand des Reaktionsbehälters 2 durchgeführt werden, von außen ansteuerbar und damit zündbar.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sicherungselementes. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 im wesentlichen durch eine spezielle geometrische Gestaltung des Reaktionsbehälters 2. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 hat die dem Schmelzleiter 1 zugewandte Behälterwand 7 eine gegenüber den übrigen Behälterwänden verminderte Wandstärke. Hierdurch wird mit Vorteil der Wärmeübergang auf den Schmelzleiter verbessert.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sicherungselementes. In diesem Ausführungsbeispiel ist die dem Schmelzleiter zugewandte Wand 6 des geschlosse­ nen Reaktionsbehälters in Metall oder in einer metallischen Verbindung ausgeführt. Vor­ zugsweise besteht die Wand 6 aus Kupfer. Dadurch wird mit Vorteil der Wärmeübergang aus dem Inneren des Reaktionsbehälters auf den Schmelzleiter verbessert.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sicherungselementes, bei der der Schmelzleiter 1 über speziell ausgebildete Bereiche 8 verfügt. Die Bereiche 8 des Schmelzleiters 1 sind mit dem Reaktionsbehälter 2 in thermischem Kontakt. Im Bereich 8 weist der Schmelzleiter einen verringerten Querschnitt auf, der als Sollbruchstelle ausgebildet ist. Bei Zündung des exothermen Gemischs 3 wird sich der Bereich 8 durch den thermischen Kontakt mit der Wand des Reaktionbehälters erwärmen. Die für die Trennung des Schmelz­ leiters benötigte Wärmemenge ist umso geringer je geringer der Querschnitt des Schmelzlei­ ters ist. Der Schmelzleiter wird sich also an der Stelle des geringsten Querschnitts durchtren­ nen, so daß der Bereich 8 mit dem verringerten Querschnitt als Sollbruchstelle wirkt.

Claims (5)

1. Sicherungselement zur Absicherung von elektrischen Leitungen gegen Überstrom mit einem Schmelzleiter (1), mit einem geschlossenen hitzebeständigen Reaktionsbehälter (2), in dessen Inneren ein zündfähiges chemisches Gemisch enthalten ist, das mittels elektrischer Zuleitungen (5) durch einen Zünder (4) zündbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzleiter (1) und der Reaktionsbehälter (2) thermisch gut leitend miteinander verbunden sind.

2. Sicherungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hitzebeständige Reaktionsbehälter (2) aus einer die Wärme gut leitenden Keramik oder Keramikverbin­ dung besteht.

3. Sicherungselement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Schmelzleiter (1) zugewandte Behälterand (7) eine gegenüber den übrigen Behäl­ terwänden verminderte Wandstärke aufweist.

4. Sicherungelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Schmelzleiter zugewandte Behälterwand (6) in Metall oder in einer metallischen Verbindung ausgeführt ist.

5. Sicherungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzleiter (1) über mindestens einen Bereich (8) mit vermindertem Querschnitt ver­ fügt.