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Die Erfindung betrifft eine Flachsicherung mit einem Gehäuse
aus einem elektrisch isolierenden Material und einem in dem
Gehäuse angeordneten Schmelzsicherungselement, das zwei
voneinander beabstandete, metallische Leisten- bzw. Messeranschlüsse
aufweist, die aus dem Gehäuse herausragende Enden besitzen,
sowie ein metallisches Verbindungsglied zur Verbindung der
beiden Anschlüsse, wobei das Verbindungsglied so angeordnet
ist, daß es praktisch frei in einem Raum innerhalb des Gehäuses
verläuft, und so ausgelegt ist, daß es schmilzt, wenn die
Stärke eines über einen gewissen Zeitraum hindurchtretenden
Stroms einen zulässigen Wert überschreitet. Solch eine
Sicherung ist aus der US-A 4 344 060 bekannt.
Schmelzsicherungen dieser Art finden häufig in der Automobilindustrie
Anwendung.
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Die bekannte Schmelzsicherung wird beim Betrieb oft derart
verwendet, daß die Kontaktmesser und das Verbindungsglied in einer
horizontalen Ebene liegen. Für gewöhnlich ist die Konstruktion
derart, daß das Verbindungsglied nach länger andauerndem
Stromdurchfluß, dessen Stärke den für die Sicherung bestimmten
Nennwert leicht überschreitet, oder nach Durchfluß eines Stroms von
sehr hoher Stärke (Kurzschlußstrom) schmilzt. Bei
langandauerndem leicht zu hohem Strom steigt die Temperatur des
Verbindungsglieds progressiv bis zu dessem Schmelzen an. Der
Temperaturanstieg wird durch die durch den Durchfluß von
elekrischem Strom bewirkte elektrische Verlustleistung in dem
Material verursacht.
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Liegt die Stromstärke bei Normalbetrieb unter dem Nennwert, so
wird nicht so viel Wärme in dem Verbindungsglied erzeugt, daß
ein Bereich des Verbindungsglieds schmilzt, weich wird oder
sich durch die Wärmeausdehung übermäßig verlängert. Die in dem
Verbindungsglied entstehende Wärme wird in die angrenzenden
Anschlüsse, das Gehäuse und den Träger, in dem die
Schmelzsicherung befestigt ist, abgeführt. Durchläuft ein Strom mit
einer über dem Nennwert liegenden Stromstärke das
Verbindungsglied,
so ist die erzeugte Wärme so groß, daß sie nur
unzulänglich über die Anschlüsse und das Gehäuse abgeführt werden kann,
so daß die Temperatur über die Schmelztemperatur hinaus
ansteigt. Vor dem Schmelzen erweicht das Verbindungsglied. Für
die Funktionssicherheit der Schmelzsicherung ist es wichtig,
daß das Erweichen des Verbindungsglieds vor dem Schmelzen und
seine Wärmeausdehnung nicht so weit voranschreiten, daß das
Teil anfängt, durchzuhängen und die Gehäusewandung berührt. In
diesem Fall findet eine zusätzliche Wärmeableitung statt, was
dazu führt, daß die Sicherung nicht schmilzt. Bei den
herkömmlichen Stromstärken war die Konstruktion derart, daß so gut wie
überhaupt keine Gefahr des Durchhängens bestand. Sind jedoch
höhere zulässige Stromstärken zu berücksichtigen, wie
beispielsweise 30 A und mehr, so sollte die Konstruktion
entsprechend angepaßt werden. In solch einem Fall wird man sich
des öfteren insbesondere für ein längeres Verbindungsglied
entscheiden. Bei einem längeren Verbindungsglied wird jedoch
wiederum das vorstehend beschriebene Problem des Durchhängens
und Berühren der Gehäusewandung auftreten.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung
einer Schmelzsicherung, mit der die vorstehend beschriebenen
Probleme verhindert werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß
durch Schaffung einer Schmelzsicherung gelöst, die eine
Einrichtung aufweist, mit der das Durchhängen des
Verbindungsglieds verhindert werden kann. Diese Einrichtung weist
Vorsprünge auf, die sich in den Zwischenraum zwischen
Gehäusewandung und Verbindungsglied hinein erstrecken, wobei die
Vorsprünge das Verbindungsglied entweder ständig oder beim ersten
Anzeichen des Durchhängens stützen. Bei einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sicherung sind an der
Einrichtung zur Verhinderung eines Durchhängens zusätzlich noch
Vorrichtungen am Verbindungsglied selbst vorgesehen.
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Bei einem geeigneten Ausführungsbeispiel einer derartigen
Sicherung umfassen die am Verbindungsglied vorgesehenen
Einrichtungen Mittel zur Herabsetzung des Schmelzpunktes in
Verbindung mit Mittel zur Konzentration des Schmelzvorgangs an
einer vorbestimmten Stelle. Die Mittel zur Herabsetzung des
Schmelzpunktes sind vorzugsweise Zinnperlen, und die Mittel zur
Konzentration des Schmelzvorgangs bestehen vorzugsweise in
einer Reduzierung der Abmessungen des Verbindungsglieds, in
Durchbrüchen im Verbindungsglied oder in Durchbrüchen im
Verbindungsglied zusammen mit die Durchbrüche umgebenden,
verdickten Bereichen.
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Bei einer sich als sehr zufriedenstellend erwiesenen
erfindungsgemäßen Schmelzsicherung ist eine Hohlklammer aus Zinn
in einem Verbindungsglied aus Zink vorgesehen. Im Hohlraum der
Klammer ist ein Verschlußelement aus Kupfer vorgesehen, wobei
das Verschlußelement von den Gehäusewandungsvorsprüngen
gestützt oder nicht weit von diesen beabstandet ist.
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Bei einem weiteren geeigneten Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Sicherung ist das Verbindungsglied zweistückig aus
Kupfer ausgebildet, wobei die beiden Teile durch eine Zinnperle
verbunden sind, die durch ein Preß-Nietverfahren eingebracht
ist.
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Durch geeignete Materialauswahl für das Verbindungsglied und
des gleichen oder eines anderen Materials für die daran bzw.
darin vorzusehenden Perlen, Durchbrüche und Verdickungen kann
nicht nur ein Durchhängen verhindert werden, sondern die
Schmelzsicherung kann auch träge oder weniger träge ausgelegt
werden. Das Material für die Messeranschlüsse kann das gleiche
wie das Material für das Verbindungsglied sein. In diesem Fall
lassen sich Anschlüsse und Verbindungsglied einstückig
ausbilden. Dies ist jedoch nicht zwingend. Bei einer getrennten
Ausbildung von Anschlüssen und Verbindungsglied kann die
Verbindung zwischen diesen Elementen auf geeignete Weise durch ein
Preß-Nietverfahren erfolgen.
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Aufgrund seines günstigen Preises ist verzinntes Messing ein
für die Messeranschlüsse geeignetes Material. Für das
Verbindungsglied ist dieses Material wegen seiner relativ hohen
Schmelztemperatur weniger wünschenswert. Ein sowohl für die
Anschlüsse als auch das Verbindungsglied geeignetes Material
ist beispielsweise mit einer Kupferschicht und/oder Zinnschicht
versehenes Zink.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen
dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der
Zeichnung zeigen:
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Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Gehäuses, des
Messeranschlußpaars und des Verbindungsglieds
einererfindungsgemäßen Schmelzsicherung;
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Fig. 2 einen Schnitt durch ein erstes
Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schmelzsicherung;
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Fig. 3 - 5 eine schematische Draufsicht auf die für das
Verständnis der vorliegenden Erfindung
relevanten Bereiche von verschiedenen
Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sicherung;
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Fig. 6 einen Schnitt eines wesentlichen Merkmals eines
Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Schmelzsicherung;
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Fig. 7A, 7B jeweils eine Draufsicht und einen Querschnitt
eines Merkmals einer weiteren Ausführungsform;
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Fig. 8A, 8B ein Merkmal einer weiteren Ausführungsform.
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Fig. 1 ist eine Explosionsdarstellung der erfindungsgemäßen
Schmelzsicherung. Die Sicherung umfaßt ein Gehäuse 1 aus einem
geeigneten Kunststoffmaterial und ein Sicherungselement 2 aus
Metall.
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Wie auch im Querschnitt in Fig. 2 dargestellt, weist das
Gehäuse 1 eine im allgemeinen rechteckige Form auf, die durch die
relativ nahe zueinander beabstandeten, gegenüberliegenden
breiteren Seitenwandungen 3 und 4 definiert ist, die die
schmaleren Seitenwandungen 5 und 6 miteinander verbinden. Die
Oberseite ist durch eine obere Wandung 7 gebildet.
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In den Wandungen 3 und 4 sind tiefer und weniger tief
zurückgesetzte Bereiche vorgesehen. Zwischen den tiefer zurückgesetzten
Bereichen, die beispielsweise bei Bezugszeichen 8 und 9 in Fig.
1 dargestellt sind, sind im Gehäuseinneren verhältnismäßig
schmale Durchgänge vorhanden, die zu den Enden 10 und 11 der
entsprechenden Messeranschlüsse 12 und 13 des
Schmelzsicherungselements 2 im wesentlichen engtoleriert sind. An den
Messeranschlüssen vorgesehene, nasenförmige Endstücke 14 und 15
erstrecken sich bis knapp unter die jeweiligen, in der oberen
Fläche 7 des Gehäuses vorgesehenen Öffnungen 16, 17, die mit
den vorstehend beschriebenen schmalen Durchgängen in Verbindung
stehen.
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Durch die weniger tief zurückgesetzten Bereiche 18 und 19 der
Wandungen 3 und 4 ist ein Zwischenraum 20 im Gehäuse 1
vorhanden, in dem nach Einführen des Sicherungselements 2 in das
Gehäuse das Verbindungsglied 21 so angeordnet ist, daß es sich
im wesentlichen frei erstreckt. Am unteren Ende des
zurückgesetzten Bereichs 19 der Wandung 4 ist ein bandförmiger Fortsatz
22 vorgesehen, der nach Einführen des Sicherungselements in das
Gehäuse derart umbiegbar ist, daß er am unteren Ende des
zurückgesetzten Wandbereichs 18 anliegt, so daß der Zwischenraum
20 nach unten abgeschlossen ist.
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In Fig. 1 ist das Verbindungsglied 21 des Sicherungselements 2
als einstückig mit den Messeranschlüssen 12 und 13 ausgebildet
dargestellt. Dies ist jedoch nicht unbedingt notwendig. Soweit
gewünscht, kann das Verbindungsglied, das das
Schmelzsicherungselement an sich darstellt, separat ausgebildet sein
und mit den Anschlüssen auf geeignete Weise verbunden sein.
Löten und Schweißen sind zwar mögliche Verfahren zur Verbindung
eines separaten Verbindungsglieds, ein Preß-Nietverfahren wird
jedoch bevorzugt. Ein separates Verbindungsglied kann im
Zusammenhang mit der Auswahl des verwendeten Materials wünschenswert
sein. Ein Material, das zur Verwendung als Material für das
Verbindungsglied wegen seines Schmelzverhaltens und dergleichen
besonders geeignet ist, kann für die Messeranschlüsse vom
wirtschaftlichen Standpunkt aus evtl. weniger attraktiv sein.
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Beim im Querschnitt in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Sicherung umfaßt die Vorrichtung zur
Verhinderung des Durchhängens des Verbindungsglieds 21 bei
erhöhter Wärmeentwicklung während des Betriebs zwei Vorsprünge
23, 34, die sich von der jeweiligen Innenfläche der
zurückgesetzten Bereiche 18 und 19 zum Verbindungsglieds 21 hin
erstrecken. Die Vorsprünge 23 und 24, die im dargestellten
Ausführungsbeispiel konisch ausgebildet sind, können das
Verbindungsglied 21 berühren oder sich bis knapp zum Verbindungsglied
hin erstrecken. Im ersten Fall sind während des Betriebs die
Vorsprünge unmittelbar nach der Entwicklung von Wärme im
Verbindungsglied 21 bereits in der Lage, einen geringen Teil
hiervon (durch den Punktkontakt) abzuleiten. Im zweiten Fall findet
solch eine Ableitung erst statt, wenn das Verbindungsglied
angefangen hat, durchzuhängen und die Spitze eines konischen
Vorsprungs 23, 24 das Verbindungsglied 21 berührt.
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In den Fig. 3 - 8 sind verschiedene Ausführungsformen der
erfindungsgemäßen Schmelzsicherung im einzelnen, aber lediglich
schematisch dargestellt. Die Fig. 3, 4 und 5 zeigen alle ein
gerades Verbindungsglied zwischen geraden Messeranschlüssen.
Selbstverständlich können aber sowohl die Anschlüsse als auch
das Verbindungsglied jede geeignete Form aufweisen,
insbesondere
die in Fig. 1 dargestellte. Das Verbindungsglied und
die Messeranschlüsse können einstückig ausgebildet sein oder
auf geeignete Weise miteinander verbundene, separate Teile
sein.
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In Fig. 3 ist das Verbindungsglied 31 zwischen
Messeranschlüssen 32 und 33 vorgesehen und weist ein Paar von eingestanzten
Durchbrüchen 34 und 35 auf. Zwischen den Durchbrüchen 34 und 35
ist eine Zinnperle 36 vorgesehen. Bei geeigneter Auswahl der
Lage und Größe der Durchbrüche wird bei Betrieb die Temperatur
des Bereichs des Verbindungsglieds 31, der sich zwischen den
Durchbrüchen 34 und 35 befindet, bei einem Wert gehalten, der
durch das zwischen den Durchbrüchen vorhandene Zinn einen
vorbestimmten Höchstwert nicht überschreitet. Dieser Höchstwert
entspricht in etwa der Schmelztemperatur von Zinn. Durch die
Durchbrüche ist die Wärmeübertragung von dem Bereich zwischen
den Durchbrüchen auf den Bereich des Verbindungsglieds 31
zwischen jedem Durchbruch und den benachbarten
Messeranschlüssen begrenzt. Durch diese Vorrichtungen besitzt der Bereich
zwischen den Durchbrüchen 34 und 35 beim Betrieb eine nahezu
konstante Temperatur vor dem eventuellen Schmelzvorgang, wobei
diese konstante Temperatur die Schmelztemperatur von Zinn kaum
oder überhaupt nicht überschreiten wird. Bei dieser
Konfiguration besteht so gut wie keine Gefahr des Durchhängens.
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Fig. 4 zeigt eine Abwandlung, bei der das die Messeranschlüsse
42 und 43 verbindende Verbindungsglied 41 zwei voneinander
beabstandete Zinnperlen 44 und 45 aufweist. Zwischen den
Zinnperlen 44 und 45 ist ein Durchbruch 46 in das Verbindungsglied
41 gestanzt. Durch die Zinnperlen 44 und 45 überschreitet beim
Betrieb die Temperatur des Verbindungsglieds zwischen den
Perlen und um die Perlen herum keinen durch die Schmelztemperatur
des Zinns festgelegten Wert. Der Durchbruch 46 entspricht einer
Reduzierung der Abmessungen des Verbindungsglieds 41, so daß
dieses mit hoher Wahrscheinlichkeit an dieser Stelle schmilzt.
Durch die begrenzte Temperatur besteht nahezu keine Gefahr des
Durchhängens.
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Fig. 5 zeigt eine Variante des Ausführungsbeispiels gemäß Fig.
3. Das Verbindungsglied 51 verbindet die Messeranschlüsse 52
und 53. Eine Zinnperle 56 ist in der Mitte des
Verbindungsglieds 51 vorgesehen. Im Verbindungsglied 51 sind an den
gegenüberliegenden Seiten der Perle 56 Einschnürungen 54 und 55
vorgesehen, die eine den Durchbrüchen 34 und 35 gemäß Fig. 3
ähnliche Funktion besitzen.
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Fig. 6 zeigt eine andere Lösung für das Problem des
Durchhängens. Das Verbindungsglied 61 aus Zink ist an einer
geeigneten Stelle, beispielsweise in der Mitte, mit einer Klammer 62
aus Zinn versehen. In der Klammer 62 ist ein beispielsweise aus
Kupfer bestehendes Verschlußelement 63 vorgesehen. Um bei
Erweichen oder Schmelzen des Zinns der Klammer 62 ein
Herausfallen des Verschlußelements 63 zu vermeiden, wird dieses
Verschlußelement durch an der Innenseite 66, 67 der
Schmelzsicherungsgehäusewandung vorgesehene, nach innen zeigende
konische Vorsprünge 64 und 65 in seiner Position gehalten. Bei
dieser Konstruktion dient die Klammer 62 aus Zinn als
Vorrichtung zur Herabsetzung des Schmelzpunktes, wodurch das aus Zink
bestehende Verbindungsglied 61 nicht so heiß wird, daß es
durchhängt. Das Kupferverschlußelement 63 wirkt mit den
Vorsprüngen 65 und 64 als zusätzliche Wärmesenke und als
zusätzliche Wärmekapazität.
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Die Fig. 7A-7B zeigen eine weitere, dem Ausführungsbeispiel in
Fig. 3 ähnliche Variante. Das Verbindungsglied 71 ist mit zwei
voneinander beabstandeten Durchbrüchen 72 und 73 versehen,
wobei zwischen diesen eine Zinnperle 74 vorgesehen ist. Diese
Variante unterscheidet sich von der in Fig. 3 dadurch, daß die
Durchbrüche von Verdickungen oder Kragen 75, 76 umgeben sind,
wodurch die Wärmekapazität erhöht wird. Solche Verdickungen
können auch separat vorgesehen sein, ohne daß Durchbrüche
vorhanden sind.
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Die Fig. 8A - 8B zeigen eine weitere Variante. Hierbei besteht
das Verbindungsglied aus zwei Teilen 81 und 82, die durch eine
mit Hilfe eines Preß-Nietverfahrens vorgesehenen Perle
miteinander verbunden sind. Die Teile 81 und 82 des Verbindungsglieds
bestehen beispielsweise aus Kupfer und die Perle 83 aus Zinn.
Die Perle bewirkt eine Herabsetzung des Schmelzpunkts, wodurch
die Schmelztemperatur nicht so ansteigen kann, daß ein
Durchhängen verursacht wird.
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In der vorstehenden Beschreibung wurden bestimmte Metalle
genannt, die sich für die entsprechenden Teile der
erfindungsgemäßen Schmelzsicherung als geeignet erwiesen. Natürlich können
aber auch andere Metalle verwendet werden.