DE3716391C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Subminiatur-Sicherung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Miniatur-Sicherungen werden, ebenso wie andere Arten von Sicherungen, dazu verwendet, Schaltungsbauteile gegen Schäden zu schützen, die durch einen durch die Schaltung fließenden Überstrom hervorgerufen werden können. Bei Überströmen werden allgemein Überlastströme und Kurzschlußströme unterschieden. Man spricht allgemein von einem Überlaststrom, wenn dieser im Bereich von 135% bis 500% des normalen oder Nennstromes liegt. Kurzschlußströme können oberhalb von 500% des Nennstromes liegen.

Um von entsprechenden Prüfstellen abgenommen zu werden, muß eine Sicherung bestimmte Prüfungen bestehen, wie zum Beispiel einen Kurzschlußtest, einen Test mit niedriger Überlast und einen Durchgangstest. Bei dem Test mit geringer Überlast muß das Sicherungselement den Strom innerhalb einer festgelegten Zeit­ periode bei einem Prozentsatz des Nennstroms unterbrechen, der im Bereich von 135-500% liegt. Für den Kurzschlußtest muß das Sicherungselement die Schaltung ohne Aufreißen des Sicherungs­ körpers unterbrechen. Für den Durchgangstest wird eine Spannung nach dem Unterbrechen der Sicherung für eine Minute beibehalten, wobei die Sicherung während dieser Zeit nicht wieder die Verbindung herstellen oder einen Lichtbogen zünden darf.

Es ist eine Subminiatur-Sicherung bekannt (DE 14 13 956 B2), die aus einem eigentlichen Sicherungselement und einem zweistückigen Sicherungsgehäuse besteht, das eine Kappe und einen Basisteil umfaßt. Bei einer Kurzschlußbedingung kann jedoch der Druck im Inneren des Gehäuses sehr stark ansteigen, wobei das Gehäuse aufgrund der geringen Abmessungen und damit der kurzen Lichtbogenlöschstrecke starken Beanspruchungen ausgesetzt ist, die bei Sicherungen mit größeren Abmessungen nicht auftreten. Hierbei besteht die Gefahr, daß das Sicherungsgehäuse aufreißt, wobei dieses Aufreißen normalerweise an der Dichtung zwischen der Kappe und dem Basisteil auftritt. Wenn das Gehäuse aufreißt, wird hierdurch nicht nur ein stromführender Lichtbogen freige­ legt, sondern es wird weiterhin dieser Lichtbogen verlängert, wodurch möglicherweise Schäden an den hinter der Sicherung liegenden Schaltungsbauteilen, aufgrund der zusätzlichen Zeit, hervorgerufen werden, die erforderlich ist, um die Schaltung vollständig zu unterbrechen. Wenn das Gehäuse undicht wird, beginnt der Druck in dem Gehäuse abzusinken, wodurch eine Ver­ größerung der Lichtbogenlöschzeit hervorgerufen wird. Bei der bekannten Sicherung werden diese Probleme teilweise dadurch beseitigt, daß das eigentliche Sicherungselement im Inneren des Gehäuses in eine aus Epoxyharz bestehende Füllstoffmasse einge­ bettet wird, die ggf. noch mit einer zweiten Epoxyharzschicht überzogen wird, die gleichzeitig zur Befestigung der Kappe an dem Basisteil dient. Da im Inneren der Kappe, oberhalb der Epoxyharzschichten jedoch noch ein Luftraum verbleibt, besteht die Gefahr, daß bei dem aufgrund eines Lichtbogens entstehenden hohen Druck die Epoxyharzschicht durchbrochen wird, wodurch der Druck in dem Lichtbogenbereich wiederum absinkt. Damit besteht auch in diesem Fall trotz der zusätzlichen Befestigung der Kappe durch die zweite Epoxyharzschicht die Gefahr einer Trennung der Kappe von dem Basisteil.

Es ist weiterhin ein Sicherungselement bekannt (DE 27 05 819 A1), bei dem das eigentliche Sicherungselement zunächst von einer dünnen Materialschicht aus einem Material mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als das Sicherungselement und dann mit einer oder mehreren dünnen Materialschichten mit jeweils höheren Schmelz­ punkten umgeben wird. Diese einzelnen Materialschichten werden durch aufeinanderfolgendes Eintauchen des eigentlichen Sicherungselementes in entsprechende Schmelzbäder aufgetragen. Die das Sicherungselement direkt umgebende Materialschicht ruft bei einem Schmelzen des Sicherungselementes an dessen Enden eine Kugelform der verbleibenden Enden, aufgrund der Oberflächen­ spannung des Materials mit niedrigem Schmelzpunkt, hervor, das beispielsweise Paraffinwachs sein kann. Die einzelnen äußeren Schichten mit jeweils höheren Schmelzpunkten dienen lediglich dazu, einen Betrieb der Sicherung bei entsprechend höheren Tem­ peraturen zu ermöglichen. Aufgrund ihrer geringen Dicke ermögli­ chen sie es jedoch nicht, dem bei einer Zündung des Lichtbogens entstehenden Druck standzuhalten, so daß ein Aufreißen der Materialschichten aufgrund eines fehlenden äußeren Gehäuses zu befürchten ist.

Es wurde weiterhin eine Subminiatur-Sicherung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art vorgeschlagen (DE 36 09 455 A1), bei der das Sicherungselement auf einem Substrat zwischen zwei Anschlüssen gehaltert ist, wobei die gesamte aus dem Substrat dem Sicherungselement und dem an dem Substrat angeordneten oberen Enden der Anschlüsse von einem Keramiküberzug umschlossen und nachfolgend von einem Gehäuse umgeben ist. Hierdurch ergibt sich beim Schmelzen des Sicherungselementes nur ein sehr enger Leiterkanal in dem Kermiküberzug, in dem ein Lichtbogen entstehen kann, und weiterhin ist die Festigkeit der aus dem Keramiküberzug und dem Gehäuse bestehenden äußeren Ummantelung relativ hoch, so daß die Gefahr eines Aufreißens des Gehäuses und einer Verlängerung der Lichtbogenbrennzeit verringert ist. Auch bei dieser Subminiatur-Sicherung ergibt sich ein Punkt bei der Strombelastung, bei dem die Sicherung die bei einem Kurzschluß entstehenden Drücke nicht mehr länger aufnehmen kann. Dies gilt insbesondere für Spannungen von 250 Volt und mehr.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Kurzschlußverhal­ ten einer Subminiatur-Sicherung der eingangs genannten Art und damit den maximal erreichbaren Nennstrom zu vergrößern.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale im Anspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Subminiatur-Sicherung ermöglicht eine erhebliche Vergrößerung des maximal erreichbaren Nennstromes sowie der Spannungsfestigkeit, da der ersten und der zweite Überzug in inniger Berührung miteinander stehen und insgesamt von dem Gehäuse umschlossen sind, so daß die Druckfestigkeit wesentlich vergrößert ist und den bei sehr starken Lichtbögen auftretenden Drücken widerstehen kann. Durch die in den Unteransprüchen angegebene Materialauswahl für den ersten und zweiten Überzug ergibt sich insgesamt eine hohe dielektrische Festigkeit, die zu einem schnellen Verlöschen des Lichtbogens führt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Subminiatur-Sicherung;

Fig. 2 eine Schnittansicht der Subminiatur-Sicherung nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Schnittansicht von der in Fig. 1 gezeigten Seite der Subminiatur-Sicherung;

Fig. 4 eine Seitenansicht eines Anschlusses der Subminiatur-Sicherung nach Fig. 1;

Fig. 5 eine Seitenansicht eines Anschlusses und des Substrates der Subminiatur-Sicherung nach Fig. 1;

Fig. 6 eine Draufsicht auf ein Substrat, das bei den Subminiatur-Sicherungen nach Fig. 1 verwendet wird;

Fig. 7 eine Endansicht des in Fig. 6 gezeigten Sub­ strates;

Fig. 8 eine teilweise gestrichelt dargestellte perspektivische Ansicht einer in Keramik ge­ tauchten Baugruppe.

In den Zeichnungen zeigen die Fig. 1-3 eine Ausführungs­ form der Subminiatur-Sicherung 10. Die Sicherung 10 umfaßt einen ersten An­ schluß 20, einen zweiten Anschluß 30, ein isolierendes Substrat 80, ein schmelzbares Element in Form eines Leiters 130, einen ersten Keramiküberzug (Überzug 180), einen zweiten Überzug 200 und ein Gehäuse (Kunststoff-) 190. Die Nennstromangabe 191, das Katalogsymbol 192, die Nennspannung 193 und das Warenzeichen 194 des Her­ stellers dienen zur Identifikation der speziellen, darge­ stellten Sicherung.

Die beiden Anschlüsse 20 und 30 bestehen jeweils aus einem Oberteil 40 und einem Unterteil 50. Das Unterteil 50 der Anschlüsse 20 und 30 ist in eine eine gedruckte Schaltung tragende Platte einsteckbar, wo es an seinem Platz festgelötet wird oder in eine Sicherungsfassung eingesteckt werden kann, die auf der Schaltungsplatte angeordnet ist, wobei der Querschnitt dieses Unterteils im wesentlichen flach ist. Obwohl die flache Form bevorzugt wird, können in gleicher Weise andere Formen verwendet werden, wie z. B. kreisrunde Querschnitte.

Die Anschlüsse 20 und 30 sind aus einer Kupferlegierung dadurch hergestellt, daß sie aus einem ebenen Stück aus Leitermaterial ausgestanzt sind, das mit Zinn, Lot oder irgendeiner anderen Legierung plattiert sein kann. Andere Materialien, wie z. B. Phosphorbronze oder Berylliumbronze und andere Legierungen von elektrisch leitenden Materia­ lien sind ebenfalls geeignet. Die Zugfestigkeit der für die Plattierung verwendeten Materialien ist vor­ zugsweise höher als die Zugfestigkeit von Kupfer und nied­ riger als die von Edelstahl.

Das Oberteil 40 der Anschlüsse 20 und 30 kann mit einem Zinnlot 22 oder einer Zinn-Blei-Verbindung überzogen sein, um eine Lotaufschmelzverbindung zu bilden. Die Ausführungsform gemäß Fig. 4 zeigt eine Zinn- oder Zinn- Blei-Verbindung, die vor dem Stanzen der Finger 70 auf ei­ ner Seite warmgewalzt ist. Dieses Verfahren verringert die Menge an Zinn- oder Zinn-Blei-Verbindungen dadurch, daß le­ diglich eine Seite des ebenen Leitermaterials plattiert wird. Das beschichtete Leitermaterial wird als mit Lot be­ schichtet bezeichnet.

Ein, zwei oder mehr Finger (Anschlußfinger) 70 bilden eine Aufnahme für das Substrat 80. Wie dies in Fig. 5 gezeigt ist, besteht jeder Finger 70 aus zwei gekrümmten Abschnitten 90 und 100, die jeweils eine S-förmige Form aufweisen. Die Finger 70 sind an einem Ende miteinander verbunden, wobei sich die gekrümmten Abschnitte 90 und 100 jedes Fingers 70 gegenüber­ liegen. Die Gesamtform ist gabelartig und ergibt eine Fe­ derdruckkraft an den einander am nächsten liegenden Punk­ ten, so daß das Substrat 80 mechanisch festgehalten wird. Die Spitze 120 jedes Fingers 70 ist unter einem spitzen Winkel gegenüber dem Substrat 80 angeordnet. Dieser Winkel ist groß genug gemacht, damit das schmelzbare Element 130 zwischen die Spitzen 120 und das Substrat 80 paßt. Dies ermöglicht es, daß das schmelzbare Element 130 zwi­ schen den Anschlußfinger 70 und das Substrat 80 mit mini­ maler Beanspruchung gezogen werden kann. Aufgrund der Tat­ sache, daß das schmelzbare Element 130 bei der bevorzug­ ten Ausführungsform ein dünner Draht mit einem sehr klei­ nen Durchmesser ist, ist es erforderlich, auf den Draht einwirkende Zugbeanspruchungen zu verringern oder vollständig zu beseitigen, um ein Reißen zu verhin­ dern.

Das Substrat 80 wird dazu verwendet, zwei der Oberteile 40 mechanisch an ihrem Platz zu verbinden. Das in den Fig. 6 und 7 gezeigte Substrat ist flach und rechteckig, und es weist allgemein eine Kastenform auf. Die maximale Länge des Substrates 80 zwischen den Anschlüssen 20 und 30 ist durch die erforderliche Lichtbogenstrecke bestimmt, die erforderlich ist, um einen bei einer vorgegebenen System­ spannung und einem Überstrom erzeugten Lichtbogen zu un­ terbrechen. Die Länge kann jedoch vergrößert werden, um die Handhabung während des Herstellungsvorganges zu er­ leichtern.

Während der Lichtbogenunterbrechung kann die Tem­ peratur in dem Sicherungsgehäuse 190 Temperaturen oberhalb von 205 Grad C erreichen. Weil das Substrat 80 erforderlich ist, um die Anschlüsse 20 und 30 mechanisch zu verbinden und um die erforderliche Lichtbogenstreckenlänge aufrecht­ zuerhalten, ist es wichtig, daß das Substrat 80 während der Lichtbogenunterbrechung nicht bricht. Ein derartiges Bre­ chen des Substrates 80 könnte einen schwerwiegenden Ausfall der Sicherung 10 hervorrufen. Weiterhin ist es wichtig, ein Material zu verwenden, das bei hohen Temperaturen nicht verkohlt, weil es dann eine elektrische Leitung aufrecht­ erhalten würde. Aus diesem Grund muß ein Material verwen­ det werden, das die Fähigkeit hat, hohen Temperaturen zu widerstehen. Bei einer Ausführungsform besteht das Substrat 80 aus einem keramischen polykristallinen Material, wie z. B. Aluminium-Silizium-Oxyd. Verschiedene andere keramische polykristalline Materialien, wie z. B. Glas, Beryllium-Keramik, Glimmer und organische Faserma­ terialien sind jedoch ebenfalls geeignet.

Ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt bei der Auswahl des Substrates 80 besteht darin, daß es gute Isoliereigen­ schaften aufweisen muß. Schlecht isolierende Materialien würden bei der Unterbrechung eine Stromleitung längs des Sustrates 80 ermöglichen. Dies könnte zu einer vergrö­ ßerten Unterbrechungszeit und daher zu einem schwerwie­ genden Ausfall der Sicherung 10 führen. Polykristalline Keramikmaterialien sind gute Wärmeisolatoren, und sie wei­ sen gleichzeitig eine ausgezeichnete dielektrische Festig­ keit auf, und sie sind daher für die Verwendung als Mate­ rial für die Substrate 80 geeignet. Das Substrat 80 weist ein oder mehrere Öffnungen 140 auf, wie dies weiter unten ausführlicher erläutert wird.

Jedes Ende 160 des Substrates 80 ist bei 162 metallisiert, um Anschlußteile für die Anschlüsse 20 und 30 und das schmelzbare Element 130 zu bilden. Bei einer Aus­ führungsform erfolgt die Metallisierung mit Silber oder einer Silberlegierung. Das auf dem Substrat 80 abgeschiedene leitende Material sollte nicht nur ein guter elektrischer Leiter sein, sondern es sollte auch eine sehr hohe Dichte haben und weiterhin relativ einfach zu verarbeiten sein. Weil Silber im Gegensatz zu Kupfer, das in einer Stick­ stoffumgebung gesintert werden muß, in Luft gebrannt oder gesintert werden kann, wird Silber bevorzugt. Andere Lei­ termaterialien, wie z. B. Gold, sind genauso als Leiterma­ terialien für das Substrat geeignet. Aufgrund des Kosten­ faktors wird jedoch Silber bevorzugt.

Nachdem das Silber auf die Enden 160 des Substrates 80 abgeschieden und gebrannt wurde, können die Enden 160 in ein Zinn- oder Zinn-Blei-Bad getaucht werden. Hierdurch wird die Oxida­ tion verringert und ein Lotrückschmelzanschluß gebildet.

Vorzugsweise sollte die Lot-Rückschmelzverbindung (beispielsweise Zinn-Blei), die auf die Anschlüsse 20 und 30 abgeschieden wird, die gleiche Schmelztemperatur wie die Lot-Rückschmelzverbindung aufweisen, in die die metallisierten Sub­ stratenden 162 eingetaucht werden. Wenn die Schmelztem­ peraturen gleich oder nahezu gleich sind, kann eine Löt­ verbindungen dadurch hergestellt werden, daß die Anschlüsse 20 und 30 mit den metallisierten Substratenden 162 in Berührung gebracht werden und lediglich Wärme und, falls erforderlich, Fluß­ mittel zugeführt werden. Ohne Hinzufügen von zusätzlichem Lot wird eine Lötverbindung geschaffen, wenn die Lot- Rückschmelzverbindung auf den Anschlüssen 20 und 30 und auf den metallisierten Substratenden 162 den Schmelzpunkt erreicht und sich nachfolgend abkühlen kann. Weil die Kontaktpunkte der Anschlüsse 20 und 30 vollständig mit der Lot-Rückschmelz­ verbindung bedeckt sind, und zwar ebenso wie die Enden 160 des Substrates 80, wird eine bessere Lötverbindung gebildet als dies der Fall sein würde, wenn Lotmaterial von außen zugeführt würde, um die Verbindung herzustellen.

Ein schmelzbares Element 130 in Form eines langen konti­ nuierlichen Leiters, wie z. B. eines Drahtes, ist zwischen den beiden Anschlüssen 20 und 30 verbunden, um einen elektrischen Strompfad zu bilden. Der Querschnitt des schmelzbaren Elementes 130 ist durch das speziel­ le verwendete leitende Material, den Nennstrom, der durch die Sicherung 10 fließt, und den gewünschten Überstrom- Schmelzwert bestimmt. Das schmelzbare Element 130 kann ein Draht, ein Dickfilm, ein Dünnfilm oder irgendeine andere Form von Leiter sein, wie er in der Industrie üblich ist.

Weil eine Sicherung in Reihe mit einem zu schützenden Bau­ element angeordnet ist, ist es erforderlich, daß die Sicherung einen normalen Strom ohne einen zufälligen Aus­ fall führen kann. Daher muß der Leiter so bemessen sein, daß er den normalen Strom leitet ohne zu schmelzen. Wei­ terhin muß der Widerstand des speziellen Leitermaterials in Betracht gezogen werden. Leiter, die einen relativ nied­ rigen Widerstand aufweisen, können, ohne zu schmelzen, einen größeren Strom führen als Leiter der gleichen Größe mit einem höheren Widerstand. Beispielsweise weist Nickel ei­ nen höheren Widerstand als Kupfer auf, so daß, wenn Nickel als leitendes Material verwendet wird, ein größerer Quer­ schnitt des Nickelleiters verglichen mit einem Kupferlei­ ter erforderlich ist, um den gleichen Strom zu leiten.

Der Leiter 130 wird dadurch zwischen den beiden Anschlüssen 20 und 30 verbunden, daß er zwischen die metallisierten Substratenden 162 und die Anschlußfinger 70 gebracht wird. Aufgrund der Lot­ beschichtung auf der Innenseite der Anschlußfinger 70 und der metallisierten Substratenden 162 wird der Leiter 130 an den Anschluß­ finger 70 und den metallisierten Substratenden 162 durch Aufheizen des Kontaktpunktes und nachfolgendes Abkühlen befestigt, wo­ durch eine Lötverbindung nach dem Lot-Rückschmelzverfahren gebildet wird. Dieses Verfahren kann weiterhin ohne Zinn­ beschichtung oder andere geeignete Beschichtungen auf den metallisierten Substratenden 162 durchgeführt werden. Die Anschlüsse 20 und 30, das Substrat 80 und der Leiter 130 bilden eine Bau­ gruppe (Sicherungsbaugruppe) 60. Wenn der Leiter 130 ein schmelzbarer Draht, Streifen usw. ist, besteht der nächste Schritt in der Ent­ fernung von überschüssigem Material zwischen den einzelnen Elementbaugruppen.

Fig. 8 zeigt die Baugruppe 60, nachdem sie in ein Keramikmaterial zur Bildung des ersten Überzugs 180 eingetaucht wurde. Andere geeignete Isolier­ überzüge schließen ohne Beschränkung Hochtemperatur-Keramik­ überzüge, Steinsand, Wasserglas oder andere zum Anhaften gebrachte Füllmaterialien ein. Der Keramiküberzug 180 absor­ biert das Plasma und verringert dessen Temperatur. Der Ke­ ramiküberzug 180 bedeckt die Sicherungsbaugruppe 60, so daß sie im wesentlichen frei von Luft ist. Noch wichtiger ist, daß der offene Kanal in dem Kermaiküberzug 180, der durch die Ver­ dampfung des schmelzbaren Leiters 130 geschaffen wird, ein sehr kleines, der Druckwirkung ausgeübtes Volumen aufweist. Weil der offene Kanal beträchtlich kleiner ist, ist der hierin entstehende Druck größer, was zu verbesserten Sicherungs­ eigenschaften führt. Der Keramiküberzug 180 verbessert weiter­ hin die Sicherungs-Betriebseigenschaften durch Vergrößern des Lichtbogenwiderstandes durch Kühlung des Lichtbogens.

Der Keramiküberzug 180 bewirkt weiterhin eine Absorption des Metalldampfes während der Unterbrechung, wodurch die Lichtbogenplasmatemperatur verringert wird. Das massive Innere des Keramiküberzuges 180 läßt lediglich zu, daß eine sehr kleine zylindrische Kammer oder ein kleines zylindri­ sches Volumen unter Druck gesetzt werden. Dieses Volumen ist durch das von dem schmelzbaren Leiter 130 vor seinem Verdampfen eingenommene Volumen bestimmt. Weil das von dem Lichtbogen erzeugte Gas in diesem kleinen Bereich fest­ gehalten wird, führt dies zu einem wesentlich höheren ört­ lichen Druck in dem Lichtbogenkanal als in einem luftge­ füllten Gehäuse. Daher wird eine Unterbrechung der Schal­ tung bei einer schnellen Lichtbogenlöschung erzielt. Weil der Keramiküberzug 180 weiterhin in Verbindung mit dem Ge­ häuse 190 steht, bewirkt er zusätzlich eine Isolation des Kusntstoffgehäuses 190 gegenüber den hohen Temperatu­ ren des Lichtbogens. Hierdurch wird eine Verkohlung des Kunststoffmaterials vermieden, das sonst zu einer erneu­ ten Zündung des Lichtbogens führen könnte. Weil während der Unterbrechung die Temperatur im Inneren des Sicherungs­ gehäuses auf mehr als 205 Grad C ansteigen kann, kann das Keramiksubstrat vorzugsweise Temperaturen von ungefähr 900 Grad C widerstehen.

Das bei der bevorzugten Ausführungsform verwendete Kera­ mikmaterial wird aus einer Mischung von 4-7 Teilen Keramik­ pulver und einem Teil Wasser hergestellt. Das verwendete Keramikpulver ist Magnesiumoxid und von der Firma Cotronics Corp. unter der Bezeichnung Cotronics Nr. 919 erhältlich. Dieses Keramikpulver hat einen Widerstand von 1000 Ohm pro Zen­ timeter und eine Durchschlagsfestigkeit von 270 Volt pro Millimeter. Das Keramikpulver kann vor dem Mischen mit Wasser durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 0,3- 0,15 mm (US mesh 50-100) gesiebt werden.

Es wurde im Verlauf der Vorbereitung der Subminiatur-Si­ cherung 10 für eine Massenherstellung festgestellt, daß der Keramiküberzug 180 während der nachfolgenden Handhabung in vielen Fällen springt und von dem Substrat 80 abbricht. Dadurch, daß man den Keramiküberzug 180 die Öffnung 140 durchdringen läßt und mit bei­ den Flächen der Baugruppe 60 in Verbindung bringt, haftet er besser an der Baugruppe 60. Es wird angenommen, daß der Teil des ausgehärteten Keramiküberzugs 180 in der Öffnung 140 wie ein Niet wirkt, der die Teile des Keramiküberzugs 180 auf beiden Flächen der Baugruppe 60 zusammenhält.

Während der Herstellung wurde festgestellt, daß es schwie­ rig ist, zu erreichen, daß der Keramiküberzug 180 vollständig die kleine Öffnung 140 füllt. Bei dem bevor­ zugten Herstellungsverfahren wird daher Keramikmaterial auf eine Seite des Substrates 80 aufgebracht, durch Schwin­ gungen durch die Öffnung 140 hindurch bewegt, worauf die Baugruppe 60 getaucht wird. Bei einem anderen Herstellungs­ verfahren wird die Baugruppe 60 nach dem Eintauchen in das Keramikmaterial in einer derartigen Position horizontal zum Boden gehalten, die es ermöglicht, daß das viskose Keramikmaterial unter der Wirkung der Schwer­ kraft fließt und vollständig die Öffnung 140 durchdringt.

Obwohl das vorstehend beschriebene Verfahren zur Sicher­ stellung einer vollständigen Durchdringung der Öffnung 140 mit dem Keramikmaterial als sich am besten geeignet herausgestellt hat, wurde festgestellt, daß auch andere Verfahren geeignet sein können. Beispielsweise kann das Keramikmaterial direkt in die Öffnung 140 mit Hilfe einer Düse oder anderen Einrichtungen ein­ gespritzt werden, bevor die Baugruppe 60 in das Keramikmaterial eingetaucht wird.

Die mit dem Keramikmaterial überzogene Baugruppe 60 wird als nächstes mit einem zweiten Überzug 200 aus einem Material mit ei­ ner höheren Durchschlagfestigkeit überzogen. Die maxi­ malen Kurzschlußfähigkeiten einer Sicherung 10 mit dem ein­ zigen Keramiküberzug 180 werden durch die Hinzufügung dieses zweiten Überzuges 200 beträchtlich verbessert. Die einen ein­ zigen Keramiküberzug 180 aufweisende Sicherung 10 scheint auszufallen oder aufzureißen, wenn die Kombination von Spannung und Strom einen Wert erreicht, bei dem der sich ergebende Lichtbogen in der Lage ist, den Keramiküberzug 180 zu durch­ dringen und das Kunststoffgehäuse 190 zu erreichen. Dieser Zustand scheint die Lichtbogenbildung zu verlängern, was schließlich zu einem Aufreißen des Gehäusekörpers führt. Der zweite Überzug 200 mit seiner höheren Durchschlagfestig­ keit wirkt als Sperre und verbessert die Kurzschlußfähig­ keiten der Sicherung 10 dadurch, daß verhindert wird, daß der Lichtbogen das Kunststoffgehäuse 190 erreicht.

Ein Material, von dem festgestellt wurde, daß es beson­ ders für das Aufbringen dieses zweiten Überzuges 200 geeig­ net ist, ist Bornitrat. Andere Materialien, die für die­ sen zweiten Überzug 200 geeignet sind, können aus einer Grup­ pe von Materialien ausgewählt werden, die Borsilikat, Boroxyd oder irgendein anderes Material mit einer Durch­ schlagfestigkeit umfaßt, die gleich oder größer als Bor­ nitrat ist.

Das Bornitrat oder der zweite Überzug 200 kann in einer einzigen Schicht aufgetragen werden, obwohl es sich als vorteilhaft herausgestellt hat, Schichten von Bornitrat dadurch aufzubauen, daß die Baugruppe 60 in eine Lösung von Bornitrat eingetaucht wird, worauf jede Schicht aus­ gehärtet wird, bevor die nächste Schicht aufgebracht wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform wurde festgestellt, daß drei oder mehr Schichten aus direlektrischem Material zu den besten Ergebnissen führen. Die Verwendung eines dicken zweiten Überzugs 200 aus Dielektrikmaterial neigte zur Riß­ bildung, wenn das Dielektrikmaterial gehärtet wurde.

Die Baugruppe 60 wird als nächstes in einem einstücki­ gen Gehäuse 190 eingekapselt, das aus einem kunststoff­ artigen Material besteht, wie es beispielsweise unter der Bezeichnung "Ryton R-10" von der Firma Phillips Chemical Co. betrieben wird. Die Baugruppe 60 wird in ei­ ne Form eingesetzt, und das Kunststoffmaterial wird in die Form in einem Spritzgußverfahren bei erhöhten Tem­ peraturen und Drücken eingepreßt. Ein Stift wird zur Positionierung der mit den beiden Überzügen 180 und 200 versehenen Baugruppe 60 verwendet, wodurch eine Öffnung 110 gemäß Fig. 3 verbleibt. Die Temperatur und der Druck und die Strömungsgeschwindigkeit beim Spritzgießen des Mate­ rials sind kritisch. Ein zu hoher Druck führt zu einem Brechen des Keramikmaterials und kann zu einem Aus­ fall der Sicherung 10 führen. Eine zu hohe Temperatur kann zu einem Aufschmelzen des Lotes führen, was dazu führt, daß die Sicherung 10 elektrisch unterbrochen ist.

Bei dem Verfahren werden im Unterschied zu den bekannten Spritzgußverfahren ein niedrigerer Druck, eine niedrigere Temperatur und eine niedrigere Strömungsgeschwindigkeit verwendet, als dies von dem Hersteller des Kunststoffmaterials festgelegt wurde. Der Druck beträgt nominell 1334 N (300 LB) bei einer Nenntemperatur von 300 Grad C (575 Grad F), wobei die geringste praktisch verwendbare Strömungsgeschwindig­ keit verwendet wird, die die Form füllt. Die Verwendung eines abgedichteten einstückigen Gehäuses 190 verrin­ gert die Gefahr eines Sicherungsausfalls. Wenn der Leiter 130 seine Schmelztemperatur erreicht, verdampft er sehr schnell, wodurch ein Plasma gebildet wird, das aus einem Gas (üblicherweise Luft) mit Ionen und Elektronen besteht. Ein Lichtbogen wird zwischen den Anschlüssen 20 und 30 gebildet, wenn der Leiter 130 verdampft. Sobald der Lichtbogen ausgebildet wur­ de, steigt der Druck in dem Gehäuse 190 an. Dieser Druckanstieg in dem Gehäuse 190 begrenzt die Mobili­ tät der geladenen Teilchen in dem Plasma. Es ist wich­ tig, die Mobilität der geladenen Teilchen zu verringern, um die Zeit zu verringern, die erforderlich ist, den Lichtbogen zu löschen und den Überstrom erfolgreich zu unterbrechen.

Aus dem vorstehenden ist zu erkennen, daß eine neuar­ tige Subminiatur-Sicherung beschrieben wurde. Die Si­ cherung und das Verfahren zur Herstellung dieser Si­ cherung sind leicht an übliche Konstruktionspraktiken und automatische Herstellungstechniken anpaßbar.

Claims (7)

1. Subminiatur-Sicherung mit zwei Anschlüssen, mit einem schmelzbaren Element, das die beiden Anschlüsse elektrisch miteinander verbindet und das auf einem Substrat gehaltert ist, das die beiden Anschlüsse mechanisch miteinander verbindet, mit einem ersten Überzug, der das schmelzbare Element tragende Substrat und das obere Ende der Anschlüsse umgibt, und mit einem Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Überzug (200) zumindest teilweise den ersten Überzug (180) umschließt und daß das Gehäuse (190) den zweiten Überzug (200) umgibt und diesen zumindest teilweise umschließt.

2. Subminiatur-Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (80) eine Öffnung (140) aufweist.

3. Subminiatur-Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Überzug (180) aus Keramikmaterial besteht.

4. Subminiatur-Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Überzug (180) aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus Steinsand, Wasser, Glas oder anderen mit Klebemittel gebundenen Füllmaterialien besteht.

5. Subminiatur-Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Überzug (200) aus Bornitrat besteht.

6. Subminiator-Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Überzug (200) aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Borsilikat, Boroxyd oder Bornitrat besteht.

7. Subminiatur-Sicherung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Überzug (200) in Schichten aufgebaut ist.