DE3728775A1 - Elektrische sicherung, insbesondere axiale kleinstsicherung mit kunststoffformkoerper, sowie verfahren zur herstellung einer sicherung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Sicherungen. Stabsicherungen mit axial ausgerichteten Leitern sind seit langem in der Sicherungstechnik bekannt. Das Sicherungs­ element einer solchen Sicherung ist typischerweise ein Schmelz­ draht, der innerhalb einer zylindrischen das Gehäuse der Siche­ rung bildenden Buchse mittig gehaltert ist. Um das Schmelzen des Drahtes verläßlich sicherzustellen, ist es wesentlich, daß der Sicherungsdraht zwischen seinen Halterungspunkten die Innenwandung der Buchse nicht berührt, und daher sind die Enden des Schmelzdrahtes in einer solchen Art und Weise ge­ haltert, daß derartige Kontakte ausgeschlossen sind. Äußere Leiter mit Endkappen, in denen sich Lötmittel befindet, werden verwendet, um die Drahtenden der Sicherung aufzunehmen, welche über das Äußere der Buchsenenden herumgelegt sind. Die endgül­ tige Montage besteht darin, die Endkappen über die umgelegten Enden der Sicherungsdrähte hinweg durch Anwendung von Druck einzupassen, woraufhin ein kurzzeitiges Erhitzen des Lötmittels folgt, um eine gute elektrische Verbindung zwischen dem Schmelz­ draht und den Endkappen zu erhalten.

Da das Sicherungsgehäuse, welches durch die Buchse ge­ bildet ist, einen Isolierkörper bilden muß und für gewöhn­ lich aus Keramik oder Glas besteht, zu welchen nicht ohne wei­ teres Lötverbindungen hergestellt werden können, ist der einzige wesentliche Widerstand gegenüber der Trennung der Endkappen von der Buchse durch die Preßpassung der Endkappen auf der Außenfläche der Buchse gegeben. Demzufolge hält ein derar­ tiger Sicherungsaufbau ganz allgemein Zugbeanspruchungen nur schlecht stand und versagt im Zugtest, wenn Zugkräfte an die beiden Leiterenden angelegt werden. Derartige Auf­ bauten sind daher auch anfällig gegenüber Korrosion, die auf Feuchtigkeit zurückzuführen ist, und zwar wegen der freige­ legten Metallendkappen und weil keine hermetische Abdichtung vorhanden ist.

Ein weiteres Problem bei Stabsicherungen ist, daß ein bestimmter Prozentsatz der Sicherungen fehlerhaft ist, und zwar weil keine guten elektrischen Verbindungen zwischen den Sicherungselementen und den Endkappen während des Lötvor­ ganges hergestellt werden. Derartige Sicherungen müssen daher aussortiert und/oder nachgebessert werden.

Bei einer bekannten Lösung der o.a. Probleme wird ein heißschrumpfbarer Plastikschlauch über die Buchse und die Endkappe mit ausreichender Länge gelegt, wobei der Schlauch das innere Ende der Leiter, wenngleich lose, überlappt, und sich über die Endkappen hinaus nach außen erstreckt. Der durch Wärme aufgeschrumpfte Schlauch erbringt einige Verbesserungen hinsichtlich der Festigkeit der Sicherung, erbringt jedoch nur eine mittelmäßige Abdichtung des Innenraums der Sicherung. Ein besonderer Nachteil dieser Konstruktion ist jedoch, daß die Kappenenden weiterhin äußeren Einflüssen ausgesetzt sind, und zwar weil die nur begrenzt zur Verfügung stehende Schrumpfungsfähigkeit des Schlauches die erwünschte Endkappen­ abdichtung zwischen dem Schlauch und den Leitern ausschließt. Es ist daher notwendig, die Endkappen zu plattieren oder abzu­ decken, um einen hinreichenden Korrosionswiderstand für diese Elemente sicherzustellen. Jedoch ist der daraus resultierende Aufbau immer noch nicht ausreichend stark, und zwar weil bereits eine mittlere Zugkraft an den Leitern die Endkappen so verschieben kann, daß der Sicherungsdraht bricht. Weiterhin kann durch diese Art der Konstruktion keine Verbesserung bei Sicherungen erzielt werden, welche wegen ungenügender Lötverbindungen fehlerhaft sind.

Mit Hilfe einer anderen bekannten Sicherung (US-PS 43 85 281) sollen einige der o.a. Probleme gelöst werden. Sie besteht aus einem Sicherungsstab mit einer Isolier­ buchse und Endkappen, wobei die benachbarten Teile der Leiter, die von den Endkappen vorstehen, mit einem Isolier­ material hoher Bindefestigkeit, beispielsweise einem Epoxymaterial, überzogen werden. Der Isolierüberzug deckt die Endkappen ab und verankert diese an der das Gehäuse bildenden Buchse. Jedoch bestehen immer noch Probleme mit Sicherungen, die wegen schlechter Lötverbindungen fehler­ haft sind. Hinzu kommt noch, daß Epoxymaterialien häufig brechen oder bei höheren Temperaturen brüchig werden.

Gemäß der Erfindung ist eine Stabsicherung geschaffen worden, bei welcher ein hohler zylindrischer Isolierkörper, Endkappen oder Ringbeschläge, die die Enden des Isolier­ zylinders umschließen, schmelzbare mit den Ringbeschlägen verbundene Verbindungsteile, und leitend an Ringbeschlägen be­ festigte Leiter zur Stromführung zur und von der Sicherung in einem hochtemperaturfesten Isolierkunststoff eingeschlossen bzw. verkapselt sind. Der Isolierkunststoff wird druch Spritzformen aufgebracht und erhöht die Temperatur der Stab­ sicherung auf einen ausreichend hohen Wert, um ein erneutes Flüssigwerden der Lötverbindungen zu bewirken, die das Sicherungselement mit den Ringbeschlägen oder Endkappen verbinden. Auf diese Art und Weise kann die Herstellung fehlerhafter Sicherungen (als Folge schlecht hergestellter Lötverbindungen) praktisch ausgeschlossen werden. Weitere Vorteile, die auf die Verwendung von Spritzkunststoffüber­ zügen für Stabsicherungen zurückzuführen sind, sind die Erhöhung der dimensionellen Stabilität des Endproduktes und eine bemerkenswerte Verbesserung des Betriebsverhaltens der Sicherung, und zwar sowohl in der mechanischen Festig­ keit als auch hinsichtlich eines verbesserten Kurzschluß verhaltens.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert:

Fig. 1 ist eine Teillängsansicht einer bekannten Stabsicherung.

Fig. 2 ist eine Teilquerschnittsansicht der in Fig. 1 gezeigten Sicherung, nachdem jedoch ein Plastik­ überzug mit hoher Haftfestigkeit angebracht worden ist.

Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen Strom und Spannung in Abhängigkeit von der Zeit für eine bekannte Sicherung und eine Sicherung gemäß der vorlie­ genden Erfindung.

Bei der in Fig. 1 gezeigten bekannten Sicherung wird eine bestimmte Länge eines Schmelzdrahtes 1 zwischen den Enden einer anfänglich offenen Zylinderbuchse 2 ver­ mittels eines Paares von tassenförmigen Endkappen 3 gehaltert, wobei jede Kappe mit einer inneren Ausnehmung zur Aufnahme eines Endes der Buchse 2 über eine Preßpassung ausgebildet ist Ein Lötmittelkörper 4 in jeder Kappe 3 wird erhitzt, um den Schmelzdraht 1 zu benetzen und ihn an den Endkappen 3 zu befestigen. Mit Schultern ausgebildete Verbindungsleiter 5 passen durch die Mitte der Kappen 3 hindurch und werden vor der Montage des Sicherungsaufbaus dort durch Einstecken be­ festigt.

Fig. 2 zeigt die bevorzugte Ausführungsform der Erfin­ dung bei welcher die in Fig 1 gezeigte Sicherung mit einem Kunststoffmaterial hoher Bindefestigkeit oder dergl. überzogen worden ist, um eine verbesserte strukturelle Festig­ keit zu erzielen und darüberhinaus eine vollständige Abdich­ tung der Buchse 2 und der Endkappen 3 gegenüber nachteiligen Feuchtigkeitseinflüssen zu erzielen. Bei der bevorzugten Aus­ führungsform der Erfindung wird die Sicherung in eine Form gebracht, und es wird Kunststoff in die Form eingespritzt, so daß dieser die Stabsicherung umgibt. Es handelt sich um ein in der Technik bekanntes Spritzverfahren.

Eine Anzahl von im Handel erhältlichen Kunststoffen stehen im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung zur Verfügung. Um jedoch eine erneute Verflüssigung des Kappenteils 4 sicherzustellen, sollte der verwendete Kunststoff bei einer Temperatur oberhalb ungefähr 104°C eingspritzt werden.

Die Verwendung von spritzgeformten Kunststoffüber­ zügen hat verschiedene bemerkenswerte Vorteile erbracht. Beispielsweise können durch Verwendung einer Form für Spritzkunststoff Toleranzen des Zylinderkörpers in der Größenordnung von ±0,05 mm erreicht werden. Bei bekannten Sicherungen liegt die Toleranz bei ±=,5mm.

Ein weiterer Vorteil hat sich durch Verwendung von spritzgeformten Kunststoffkörpern herausgestellt, und zwar eine Erhöhung der Schlag- und Biegefestigkeit der Siche­ rungen. Es wurde gefunden, daß Kunststofformkörper in der beschriebenen Art Innendrücken widerstehen können, die im Inneren einer Sicherung auftreten, wenn dort bei einer Spannung von 125V ein Kurzschlußstrom von 50A bei einem Leistungs­ faktor von 0,97 fließt. Die durch eine solche Überlast erzeugten inneren Drücke würden für gewöhnlich einen Bruch von Epoxydharzsicherungen bedingen. Dies ist jedoch auf die geringere mechanische Festigkeit von Epoxy-Überzügen zurückzuführen.

Ein neuer und gewissermaßen unerwarteter Vorteil einer Kunststoff überzogenen Sicherung im Vergleich zu bekannten Sicherungen mit Buchsen und auch zu Sicherungen mit Epoxyd­ überzügen ist das vemerkenswert verbesserte Kurzschlußstrom­ verhalten. Wie Fig. 3 zeigt, ist das Verhalten einer mit Kunststoff überzogenen Sicherung bemerkenswert besser als das vergleichbare Verhalten einer mittels Epoxyd überzogenen Sicherung. Bei den durchgeführten Versuchen, deren Ergebnisse in Fig. 3 wiedergegeben sind, wurde eine mit Epoxyd überzogene Sicherung und eine mit Kunststoff überzogene Sicherung gemäß der vorliegenden Erfindung einem Kurzschlußstromtest ausgesetzt, bei welchem bei 125V und einem 0,97 Leistungsfaktor ein Strom von 50A floß. Strom und Spannung für die Siche­ rung gemäß der Erfindung sind mit 22 bzw. 24 bezeichnet. Mit 32 und 34 sind Strom und Spannung für eine mit Epoxymaterial überzogene bekannte Sicherung bezeichnet. Die bedeutsamste Information, die diese Kurven wieder­ geben, ist der i²t-Wert von dem Zeitpunkt an, an dem die Sicherung öffnet. Diesem Wert entspricht die Fläche unter­ halb der Stromkurve, und zwar beginnend mit dem Zeitpunkt, an dem die Kurzschlußunterbrechung erfolgt. Bei den durch­ geführten Versuchen, deren Ergebnisse in der Fig. 3 ge­ zeigt sind, beträgt dieser Wert 4,38 A²s für die Sicherung gemäß der Erfindung, für die bekannte Sicherung hingegen 9,53A²s.

Es ist leicht ersichtlich, daß ein aus Kunststoff ge­ formter Sicherungskörper ein bemerkenswert verbessertes Kurzschlußstromverhalten zeigt, daß das erneute Flüssig­ werden der Lötverbindung während des Spritzvorganges die Zahl der auszusondernden Sicherungen verringert, daß eine erhöhte strukturelle Festigkeit erzielt werden kann und daß die Sicherung gegenüber Flüssig- und Feuchtigkeit abgedichtet ist.

Es wird darauf hingewiesen, daß anstelle des Kunststoff­ materials auch andere hochtemperaturbeständige Materialien verwendet werden können, durch deren Einsatz die Lötver­ bindungen erneut erschmolzen werden und eine mechanische Festigkeit und Stabilität erzeugt wird, und zwar nicht nur bei Stabsicherungen sondern auch bei anderen Arten von Sicherungen.

Claims (4)

1. Sicherung mit verbessertem Kurzschlußstromverhalten, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kunststoffüberzug die inneren Teile der Sicherung umschließt.

2. Sicherung, aufweisend
ein an gegenüberliegenden Enden offenes Isolier­ gehäuse in der Form einer zylindrischen Buchse;
ein in dem Gehäuse untergebrachtes Schmelzelement;
ein Paar Endkappen, die jeweils die Enden der Buchse abschließen, die Enden des Schmelzelementes festlegen und eine elektrische Verbindung zu diesen herstellen, wobei jede Kappe tassenförmig um eine zylindrische Aus­ nehmung bildend und das eine Ende der Buchse aufnehmend ausgestaltet ist und einen äußeren Leiter aufweist, der an der Kappe befestigt ist, von dorther nach außen vorsteht und eine elektrische Verbindung zum Schmelz­ element herstellt; wobei jede Kappe eine bestimmte Menge an Lötmaterial enthält, welches erschmolzen wird, um einen elektrischen Kontakt zwischen den Endkappen und den Enden des Schmelzelementes herzustellen, wobei sich ferner das Schmelzelement diagonal über die Länge des Gehäuses bzw. der Buchse erstreckt und an jedem Ende einen Teil aufweist, der über das offene Ende der Buchse hinausgeht, über einen Teil des äußeren Um­ fanges der Buchse zurückgelegt ist und zwischen den Buchsenenden und den Kappenenden zu liegen kommt;
und eine haftende ausgebildete, isolierende hochtemperaturbeständige Überzugsschicht, die außen die Buchse, die Endkappen und die Leitern umgibt und die Buchse, die beiden Endkappen und einen Teil der Leiter in der Nähe der Endkappen ab­ deckt, abdichtet und fest miteinander verbindet.

3. Sicherung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hochtemperaturfeste Überzugsschicht aus Kunst­ stoff besteht.

4. Verfahren zur Herstellung einer stabförmigen elek­ trischen Sicherung, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherung durch einen Spritzformgebungsvorgang mit einem gleichförmigen bzw. einheitlichen Kunststoffkörper verkapselt wird und dabei die Lötverbindungen wieder verflüssigt werden.