DE1287683B - Sicherung gegen Überspannungen - Google Patents

Description

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Zwischen elektrischen Anlageteilen, die betriebs- der Ansprechspannung fließt zunächst ein erhöhter mäßig nicht leitend miteinander verbunden sind, kön- Sperrstrom, der einen weiteren Spannungsanstieg an nen z. B. infolge schlechter Isolation gefährliche der Sicherung verhindert, die somit praktisch wie ein Spannungen auftreten. Ein derartiger Fall ist z. B. bei Überspannungsableiter wirkt. Bei höheren Strömen elektrischen Bahnen gegeben, bei denen an nicht ge- 5 führt die in der Sperrschicht entstehende Wärme zum erdeten Fahrdrahtmasten Potentialdifferenzen gegen Einwandern von Kontaktierungsmaterial in die Sperr-Erde von einigen hundert Volt auftreten können. Um schicht, die ihre sperrende Wirkung verliert, so daß gefährliche Spannungen von betriebsmäßig gegenein- eine leitende Verbindung zwischen den Elektroden ander isolierten Anlageteilen fernzuhalten, wurden hergestellt wird. Es hat sich nun gezeigt, daß auch bei zwischen die Anlageteile bisher sogenannte Durch- io der vorgeschlagenen Anordnung der Abstand zwischlagsicherungen geschaltet, die nach ihrem Anspre- sehen den Elektroden verhältnismäßig klein sein muß, chen eine leitende Verbindung zwischen den betriebs^· wenn zuverlässig verhindert werden soll, daß sich mäßig isolierten Anlageteilen herstellen. Von be- Lichtbogen bilden, die stehenbleiben und zum Abkannten Überspannungsableitern unterscheiden sich brennen der Elektroden führen, ohne daß hierbei die Durchschlagsicherungen funktionsmäßig dadurch, 15 eine gut leitende Verbindung zwischen den Elektrodaß die leitende Verbindung auch nach dem Anspre- den entsteht,
chen bestehenbleibt. Die Erfindung bezweckt eine Sicherung gegen

Die bekannten Durchschlagsicherungen bestehen Überspannungen, die keine mechanisch fein bearbeiaus zwei planparallelen, scheibenförmigen Metall- teten Kontaktteile mehr enthält, gegen Fehlauslösunelektroden, deren geschliffene und geläppte Flächen, 20 gen, die von mechanischen Unebenheiten oder statizwischen denen sich eine dünne Isolierstoffolie mit scher Aufladung verursacht werden, weitgehend unmindestens einem Loch befindet, aufeinandergepreßt empfindlich ist und für kleine Ansprechspannungen, werden. Überschreitet die Spannung an den Elektro- wie z. B. Kleinspannungen von 42 V, ohne Schwierigden einen Wert, bei dem in den Löchern der Folie die keiten ausgelegt werden kann. Nach der Erfindung Durchbruchfeldstärke der Luft überschritten wird, so 25 wird dies dadurch erreicht, daß eine oder mehrere entsteht ein Lichtbogen zwischen den beiden Elek- jeweils mindestens eine Sperrschicht aufweisende troden. An den Fußpunkten des Lichtbogens wird Halbleiteranordnungen, deren Durchbruchspannung das Elektrodenmetall bis zur Verflüssigung erhitzt, so kleiner ist als die maximal zulässige Spannung, so daß die beiden Elektroden miteinander verschweißen. zwischen den Elektroden der Sicherung angeordnet Dabei entsteht eine gut leitende Verbindung zwischen 30 sind, daß durch den nach Überschreitung der Durchden beiden betriebsmäßig voneinander isolierten An- bruchspannung fließenden Sperrstrom Strombrücken lageteilen, über die große Ströme, z. B. Kurzschluß- herstellendes Halbleiter- und/oder Kontaktierungsströme, fließen können, ohne daß zwischen beiden material in mindestens einen Elektrodenzwischenraum Anlageteilen eine unzulässig hohe Spannung ansteht. gelangt.

Ein erheblicher Nachteil der Durchschlagsicherung 35 Der oder die spaltförmigen Zwischenräume zwiist die große mechanische Empfindlichkeit der dün- sehen den Elektroden lassen sich einfach durch Zwinen Isolierstoffolie. Beispielsweise hat die Isolierstoff- schenlagen aus isolierendem Material, z. B. durch folie bei Durchschlagsicherungen mit einer Ansprech- Isolierplatten oder -folien, herstellen, die die Halbspannung von etwa 300 bis 400 V eine Dicke von leiteranordnungen umgeben oder von ihnen umgeben einigen 10 μΐη. Diese dünne Folie wird häufig bereits 40 werden. Die Halbleiteranordnungen werden zweckbeim Einbau beschädigt, wenn sich beim Zusammen- mäßig in ihrer Form angepaßten Ausnehmungen der pressen der Metallelektroden kleine Partikeln wie Elektroden, die z. B. aus gut leitenden Metallzylin-Staubteilchen oder Unebenheiten der Elektroden dem bestehen, angeordnet, da diese Art der Haltedurch die Folie drücken. Hierdurch kann bereits ein rung herstellungstechnisch sehr einfach ist und einen Kurzschluß zwischen den voneinander isolierten An- 45 guten Kontakt zwischen Elektroden und Halbleiterlageteilen entstehen, obwohl keine unzulässig hohe anordnung zur Folge hat. Diese Ausnehmungen Spannung zwischen den Anlageteilen aufgetreten ist. gehen vorteilhaft in die spaltförmigen Zwischenräume

Da die Isolierstoffolie mit abnehmender Dicke zwischen den Elektroden über, so daß Metallteilchen empfindlicher gegen mechanische Beschädigung wird, der Halbleiteranordnungen gut in die Zwischenräume ist der Einsatz von derartigen Durchschlagsicherun- 50 gelangen und dort dauernd leitende Verbindungswege gen bei Ansprechspannungen, die wesentlich unter (Strombrücken) zwischen den Elektroden erzeugen 300 V liegen, überhaupt nicht möglich. können.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß zwischen Um ein sicheres Arbeiten der Halbleiteranordnun-

gut isolierten Anlageteilen durch statische Aufladung gen beim Ansprechen einer Sicherung zu erhalten, oder über eine hochohmige Verbindung (z. B. übei 55 werden zweckmäßig sowohl die Elektroden als auch Isolationswiderstände) zu spannungsführenden An- die einzelnen Schichten der Halbleiteranordnungen lageteilen erhebliche Potentialdifferenzen auftreten aufeinandergepreßt. Das Zusammenpressen der können, die zum Ansprechen der Durchschlagsiche- Schichten der Halbleiteranordnungen erfolgt zweckrung führen, ohne daß eine Betriebsstörung vorliegt. mäßig federnd·; als eine besonders einfach anzubrin-

Es ist bereits vorgeschlagen worden, an Stelle der 60 gende und billige Feder empfiehlt sich eine sogenannte sehr dünnen Folie ein Halbleiterelement mit minde- Tellerfeder aus möglichst gut leitendem Material, die stens einer Sperrschicht zwischen den Elektroden in der Ausnehmung einer Elektrode gehaltert ist. Die einer Durchschlagsicherung vorzusehen, dessen Sperr- Wölbung der Tellerfeder wird so gewählt, daß die kennlinie (Sperrstrom über der Sperrspannung) bei Federkraft das Hineingelangen der die leitenden Vereiner bestimmten Sperrspannung, der Durchbruch- 05 bindungen erzeugenden Teile der Halbleiteranordspannung, scharf in den Bereich hoher Sperrströme nungen in die zugeordneten spaltförmigen Räume abbiegt. Die Durchbruchspannung ist dann gleich der zwischen den Elektroden erleichtert.
Ansprechspannung der Sicherung. Beim Erreichen Die Halbleiter können in der Mitte der z. B. zylin-

derförmigen Elektroden angeordnet und von ringförmigen Spalten umgeben sein. Größere Halbleiterflächen und damit eine verlängerte Wirkungsdauer der Sicherung als Überspannungsableiter erhält man aber, wenn die Halbleiteranordnungen die in der Mitte angeordneten Spalte umgeben.

Für höhere Ansprechspannungen werden zur Spannungsaufteilung mehrere Halbleiteranordnungen hintereinandergeschaltet und ihnen mindestens ein spaltförmiger Zwischenraum zwischen zwei leitenden Körpern zugeordnet. Die leitenden Körper sind zweckmäßig aus Metall bestehende Zwischenringe, die zwischen den eigentlichen Sicherungselektroden angeordnet sind. Die Spalte zwischen den Sicherungselektroden und den Zwischenringen bzw. zwischen diesen selbst werden wieder einfach durch Platten oder Folien aus Isolierstoff gebildet.

In der einfachsten Ausführungsform der Erfindung besteht die Halbleiteranordnung, wenn nur Gleichspannungen einer festliegenden Polarität auftreten ao können, lediglich aus einem Halbleiterelement mit einer entsprechend gepolten Sperrschicht. Zum Überspannungsschutz gegen Wechselspannungen werden zweckmäßig zwei derartige Elemente mit entgegengesetzt gerichteten Durchlaßrichtungen in Reihe geschaltet. Eine solche Anordnung ergibt sich aber auch einfach und vorteilhaft durch Dotieren eines z. B. scheibenförmigen Halbleitereinkristalls in der Weise, daß an seinen beiden Flächen jeweils eine Sperrschicht entsteht. So kann z. B. eine n-leitende Siliziumeinkristallscheibe in an sich bekannter Weise durch Dotieren an beiden Seiten je eine p-leitende Zone erhalten, wodurch ein Halbleiter des pnp-Typs mit zwei Sperrschichten entgegengesetzter Durchlaßrichtungen entsteht. Entsprechend kann auch ein Halbleiter des npn-Typs hergestellt werden. Die Sperrschichten werden zweckmäßig so kontaktiert, daß beim Auftreten höherer Temperaturen in den Halbleitern infolge hoher Sperrstrombelastung ein Einlegieren des Kontaktmaterials in den Halbleiterkörper erfolgt.

An Stelle von dotierten einkristallinen Halbleitern, wie Silizium oder Germanium, können auch polykristalline Halbleiter, wie Selen, für die erfindungsgemäße Sicherung verwendet werden. Zweckmäßig wird dabei auf zwei metallischen Trägerplatten ein- oder beiderseitig eine polykristalline Halbleiterschicht aufgebracht und zwischen den so gebildeten Platten eine Schicht aus einem niedrigschmelzenden Eutektikum, z. B. einem Schmelzlot, vorgesehen. Auch hier kann eine Kontaktierung so erfolgen, daß bei einer bestimmte Werte überschreitenden Erwärmung Kontaktierungsmaterial in die Sperrschichten wandert, deren Sperrvermögen aufhebt und bei den dann fließenden hohen Strömen in die Spalte zwischen den Elektroden gelangt.

Für viele Anwendungen ist es erwünscht, das Ansprechen einer Sicherung gemäß der Erfindung optisch anzuzeigen. Hierzu kann ein Anzeigekörper dienen, der gegen die Kraftwirkung einer Feder von einem von dem Sicherungsstrom durchflossenen Schmelzdraht in seiner Ruhelage gehalten wird. Schmilzt der Schmelzdraht durch, so drückt die Feder den Anzeigekörper aus seiner Ruhelage in die Anzeige-Endlage. Der gleiche Effekt kann durch einen beim Ansprechen der Sicherung nicht abschmelzenden Draht erreicht werden, wenn der den Anzeigekörper entgegen der Kraftwirkung einer Feder in der Ruhelage haltende Draht mittels eines niedrigschmelzenden Schmelzlotes an einer Engstelle der Sicherung befestigt ist, die von dem gesamten Sicherungsstrom durchflossen ist und sich beim Ansprechen der Sicherung daher sehr schnell erwärmt. Die zuletzt erwähnte Anzeigevorrichtung weist den Vorteil auf, daß keine Möglichkeit besteht, daß der Sicherungsstrom durch einen abschmelzenden Schmelzleiter unterbrochen wird. Den gleichen Vorteil hat eine Anzeigevorrichtung, bei der der Anzeigekörper entgegen der Kraftwirkung einer Feder durch einen Draht mittels eines niedrigschmelzenden Schmelzlotes an der Halbleiteranordnung selbst befestigt ist. Erwärmt sich beim Ansprechen der Sicherung die Halbleiteranordnung, dann schmilzt der Draht ab, und die Feder drückt den Anzeigekörper in seine Anzeige-Endlage.

Eine mechanisch sehr einfache Anzeigevorrichtung besteht in einem Treibsatz, der durch die beim Ansprechen der Sicherung entstehende Wärme gezündet wird und dabei den Anzeigekörper in seine Anzeige-Endlage treibt.

Der den Anzeigekörper gegen die Kraftwirkung einer Feder in seiner Ruhelage haltende Schmelzdraht kann bei seinem Abschmelzen, durch das der Anzeigekörper in seine Anzeige-Endlage gebracht wird, gleichzeitig Kontakte freigeben, die die zwischen den Elektroden bzw. einer Elektrode und einem Zwischenstück angeordneten Spalte überbrücken. Bei einer derartigen Anzeigevorrichtung ist die Gefahr der Unterbrechung des Sicherungsstromes beim Abschmelzen des Schmelzdrahtes ausgeschaltet. Gleichzeitig wird durch eine gut leitende Verbindung das sofortige Fließen hoher Kurzschlußströme ermöglicht, die ein schnelles Verschweißen der Elektroden gewährleisten.

Es sind bereits Anzeigevorrichtungen bekannt, die aus einem Anzeigekörper bestehen, der gegen die Kraftwirkung einer Feder in seiner Ruhelage von einem Schmelzdraht gehalten wird, welcher beim Ansprechen der Sicherung von dem die Anordnung durchfließenden Strom durchflossen ist und dabei abschmilzt. Auch die Maßnahme, den Draht an einer Engstelle anzuordnen, ist ebenfalls bekannt. Es ist ferner bekannt, daß die Anzeigevorrichtung aus einem Anzeigekörper besteht, der mittels eines durch die beim Ansprechen der Sicherung entstehende Wärme gezündeten Treibsatzes aus seiner Ruhelage in seine Endlage gebracht wird.

Die Erfindung wird an Hand der Ausführungsbeispiele enthaltenden Zeichnungen näher erläutert. Einander entsprechende Zeichnungsteile sind dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigt

F i g. 1 eine Sicherung gemäß der Erfindung mit einem eine Halbleiteranordnung umgebenden Trennspalt zwischen den Elektroden,

F i g. 2 eine Sicherung mit mehreren hintereinandergeschalteten, eine Halbleiteranordnung umgebenden Trennspalten zwischen den Elektroden und

F i g. 3 eine Sicherung mit mehreren hintereinandergeschalteten, von einer Halbleiteranordnung umgebenden Trennspalten zwischen den Elektroden.

In F i g. 1 a und 1 b weisen zylindrische von einem isolierenden Außenzylinder 8 eingefaßte Elektroden 1 und Γ aus gut leitendem Material, wie Kupfer oder Aluminium, in der Mitte Ausnehmungen auf, in denen sich eine aus den Schichten 3, 4 und 5 bzw. 4' und 5' bestehende Halbleiteranordnung 6 befindet. Zwischen den Elektroden 1 und V ist ein spaltförmiger Zwi-

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schenraum 2 vorgesehen, dessen Breite durch eine ander verbunden sind, während sie sonst an ihrem verhältnismäßig dünne isolierende ringförmige Folie Umfang gegeneinander isoliert sind. An der Engstelle oder Platte 7 bestimmt wird. Der Spalt 2 öffnet sich 9 b' ist, wie bereits ausgeführt, der Draht 12 mit gegen die die Halbleiteranordnung aufnehmenden einem niedrigschmelzenden Schmelzlot befestigt. Ausnehmungen in den Elektroden hin. Die einzelnen 5 Durch den starken beim Ansprechen der Sicherung Schichten der Halbleiteranordnung werden durch über die Engstelle 9 b' fließenden Strom schmilzt der eine federnde Anordnung 9 aus leitendem Material Draht 12 ab, so daß die Feder 11 den Anzeigekörper zusammengepreßt. wieder nach außen drücken kann.

Die Halbleiteranordnung zwischen den Elektroden Die federnden Anordnungen 9 a und 9 b unterstüt-

besteht in dem Ausführungsbeispiel aus den Selen- io zen den Prozeß der Einwanderung von Kpntaktmateschichten 4 und 4', die auf als Stromkontakte dienen- rial in den Spalt 2 dadurch, daß sie das geschmolzene den metallischen Trägerplatten 5 und 5' aufgebracht Material der Halbleiteranordnung gleichzeitig zusamist. Zwischen den Selenschichten befindet sich eine men und nach außen drücken. Schmelzlotschicht 3. Die Sperrschichten der Halb- Die Ausführungsformen der Fig. 2a und 2b zei-

leiteranordnung sind so angeordnet, daß eine Sperr- 15 gen drei hintereinandergeschaltete, wieder aus einzelwirkung in beiden Stromrichtungen vorhanden ist. nen Schichten bestehende Halbleiteranordnungen 6,

. Die Sicherung arbeitet wie folgt: Erreicht die Span- 6', 6" mit der gleichen Anzahl zugeordneter ringförnung an den beiden Elektroden die Durchbruchspan- miger Spalte 2, 2' und 2" zwischen den Elektroden 1 nung der zugeordneten Sperrschicht, so beginnt ein und 1'. In den Spalten liegen zwischen Zwischenrinerhöhter Sperrstrom zu fließen, der eine Spannungs- ao gen la und Ib dünne Folien 7, T und 7". Die Anerhöhung zunächst verhindert. Mit zunehmender Ordnung ist für höhere Ansprechspannungen geeignet. Wärmeentwicklung in der Sperrschicht vermindert Ihre Wirkungsweise unterscheidet sich nicht grundsich deren Sperrvermögen. Dieser Prozeß kann in er- sätzlich von derjenigen der Fig. 1. Jeder ringförwünschter Weise durch das Einwandern von Kon- mige Spalt wird wieder durch geschmolzenes oder taktierungs- oder Schmelzlotmaterial in die Sperr- as verdampftes Halbleitermaterial und/oder Schmelzlot schicht unterstützt bzw. beschleunigt werden. Wird der zugehörigen Halbleiteranordnung, das in den der Strom über die Halbleiteranordnung so groß, daß Spalt einwandert, überbrückt, so daß sich zwischen Halbleitermaterial oder Schmelzlot flüssig wird und den Elektroden und den Zwischenringen bzw. zwiverdampft, so gelangen Teile der Schmelzlotschicht 3 sehen den letzteren selbst wieder Schweißstellen aus- und/oder des Halbleitermaterials nach außen in den 30 bilden. Hierbei kann die Zahl der Halbleiteranordverhältnismäßig schmalen Spalt 2 hinein, wo sie z. B. nungen auch höher sein als die Zahl der Spalte, durch Zünden von Lichtbogen, der zum Verschwel- Die Ansprech-Anzeigevorrichtung der Fig. 2a be-

ßen der Elektroden führt, eine dauernde leitende steht wieder aus einem mit dem Anzeigekörper 10 Verbindung zwischen den Elektroden 1 und Γ her- verbundenen Draht 12, der mittels niedrigschmelzenstellen. Dadurch wird die Halbleiteranordnung zuver- 35 den Schmelzlotes an der Stelle 15 an der Halbleiterlässig überbrückt, wobei über die verschweißten anordnung 6" befestigt ist. Wenn sich beim Anspre-Elektroden hohe Kurzschlußströme fließen können. chen der Sicherung das Halbleitermaterial sehr stark Der wesentliche Unterschied der in den F i g. 1 a erwärmt, löst sich der Draht von ihm ab, so daß die und Ib beschriebenen Sicherungen besteht in An- Feder 11 den Anzeigekörper 10 wieder nach außen Zeigevorrichtungen, die das Ansprechen der Sicherung 40 drücken kann.

anzeigen. In Fig. 1 a besteht die Ansprech-Anzeige- Die Ansprech-Anzeigevorrichtung der Fig. 2b

Vorrichtung aus einem als Zylinder ausgebildeten besteht in besonders einfacher Weise lediglich aus Anzeigekörper 10, der mittels eines in einem Isolier- dem Anzeigekörper 10 und einem kleinen Treibsatz stoffrohr 13 geführten Schmelzdrahtes 12 mit der 16, der durch die beim Ansprechen der Sicherung federnden die Halbleiteranordnung 6 zusammenpres- 45 entstehende Wärme gezündet wird und dabei den senden Anordnung9a verbunden ist, die in Fig. la Anzeigekörper nach außen treibt. Zum Schutz gegen aus einer Tellerfeder aus leitendem Material besteht Feuchtigkeit kann der Treibsatz mit einer dünnen und sich auf einer Isolierstoffplatte 14 abstützt. Eine Schicht niedrigschmelzenden Lackes überzogen sein, schematisch dargestellte Feder 11 wird dabei zusam- In der Ausführungsform entsprechend Fi g. 3 um-

mengedrückt. Der über die Halbleiteranordnung flie- 50 geben die Halbleiteranordnungen 6, 6' und 6" ringßende Strom muß somit seinen Weg über die Teller- förmig die in der Mitte liegenden Zwischenstücke la feder 9α, den Schmelzdraht 12 und den Anzeigekör- und Ib, die wieder durch die Folien 1, T und 7" per 10 nehmen. Erreicht er einen bestimmten Wert, voneinander getrennt sind. Der Vorteil der Sicherung bei dem die Sicherung anspricht, dann schmilzt der entsprechend F i g. 3 besteht darin, daß die Fläche Schmelzdraht 12 ab, und die Feder 11 drückt den 55 der Halbleiterzwischenlage wesentlich größer ist als Anzeigekörper 10 nach außen, woran das Ansprechen bei mittiger Anordnung, so daß die Sicherung als der Sicherung erkannt werden kann. Überspannungsableiter eine höhere Energie aufneh-

Die Ansprech-Anzeigevorrichtung der F i g. 1 b men kann. Dadurch wird nur noch nach sehr energieunterscheidet sich von derjenigen der F i g. 1 a da- reichen Überspannungen ein Auswechseln der Sichedurch, daß die federnde Anordnung 9 b eine Eng- 60 rung erforderlich.

stelle 9 b' aufweist, an der ein Draht 12 befestigt ist, Die Ansprech-Anzeigevorrichtung der F i g. 3 be-

der nun kein Schmelzdraht mehr ist. Dieser Draht ist steht aus dem Anzeigekörper 10, der unter Druckwieder in dem Rohr 13 aus Isolierstoff geführt und beanspruchung der Feder 11 über einen Schmelzmit dem Anzeigekörper 10 verbunden, wobei wieder draht 12 mit einer Blattfeder 17 verbunden ist. Die die Feder 11 zusammengedrückt wird. Die federnde 65 Blattfeder 17 ist gegenüber der Elektrode 1' durch Anordnung 9 b kann z. B. aus zwei übereinander an- die ringförmige Platte 14 isoliert. An ihr ist außergeordneten Tellerfedern aus leitendem Material be- dem noch ein nicht leitender Draht 19 oder ein Faden stehen, die nur an der Engstelle9δ' leitend mitein- z.B. aus Kunststoff befestigt, der Kontakte 18, 18'

und 18", die mit den Zwischenstücken ία und Ib bzw. der Elektrode 1' verbunden sind, in einer Lage hält, daß die Spalte 2, 2' und 2" nicht überbrückt sind. Der Strom muß bei der dargestellten Anordnung also wieder über die Tellerfeder 9 aus leitendem Material, die Blattfeder 17, den Schmelzdraht 12 und den Anzeigekörper fließen. Schmilzt der Schmelzdraht ab, dann drückt einerseits die Feder 11 den Anzeigekörper 10 nach außen, andererseits federt die Blatfeder 17 nach oben, so daß die Kontakte 18, 18' xo und 18" sich jeweils an die über ihnen angeordnete Elektrode 1 bzw. die Zwischenstücke la und Ib legen. Der Schweißprozeß in den einzelnen Spalten setzt durch die leitenden Verbindungen sehr wirksam ein.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Sicherung bestehen darin, daß trotz eines großen, durch eine verhältnismäßig dicke Folie oder Platte aus Isolierstoff leicht einzuhaltenden spaltförmigen Zwischenraumes zwischen den Elektroden eine niedrige Ansprech- ao spannung und beim Durchschlag eine gut leitende Verbindung zwischen den Elektroden durch Verschweißen derselben erreicht wird. Ein ungewolltes Ansprechen der Sicherung infolge statischer Ladungen der zu schützenden Anlagenteile wird zuverlässig verhindert. Die zur Sperrschichtbildung erforderlichen Halbleiter, die nicht auf das in dem Ausführungsbeispiel erwähnte Selen beschränkt sind, können nach Art und Auslegung (Fläche, Reihenschaltung) leicht an die geforderte Auslösecharakteristik der Sicherung (Ansprechspannung) angepaßt werden, so daß sich insbesondere bei im Verhältnis zu der Betriebsspannung kleinen, aber für den Menschen noch sehr gefährlichen Spannungen zwischen 50 und 300 V eine hohe Ansprechzuverlässigkeit erreichen läßt.

Claims (23)

Patentansprüche:

1. Sicherung gegen Überspannungen, insbesondere für niedere Spannungen, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere jeweils mindestens eine Sperrschicht aufweisende Halbleiteranordnungen (6, 6', 6"), deren Durchbruchsspannung kleiner ist als die maximal zulässige Spannung, so zwischen Elektroden (1, 1') der Sicherung angeordnet sind, daß durch den nach Überschreitung der Durchbruchspannung fließenden Sperrstrom Strombrücken herstellendes Halbleiter- und/oder Kontaktierungsmaterial in mindestens einen Elektrodenzwischenraum (2, 2', 2") gelangt.

2. Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen des oder der spaltförmigen Elektrodenzwischenräume (2, 2', 2") durch zwischen den Elektroden angeordnete Platten oder Folien (7, T, 7") aus Isolierstoff bestimmt werden.

3. Sicherung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiteranordnungen in Ausnehmungen der zylindrisch ausgebildeten Elektroden (1, 1') angeordnet sind.

4. Sicherung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen in die spaltförmigen Zwischenräume (2,2', 2") zwischen den Elektroden (1, V) übergehen.

5. Sicherung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1, 1') aufeinandergepreßt werden.

6. Sicherung nach Anspruch 1 oder folgenden, gekennzeichnet durch mindestens eine Feder zum Zusammenpressen der Halbleiteranordnung.

7. Sicherung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Ausbildung der Feder als Tellerfeder aus leitendem Material, die in der Ausnehmung einer Elektrode (1') angeordnet ist.

8. Sicherung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiteranordnungen in der Mitte der Elektroden angeordnet und von spaltenförmigen Zwischenräumen (2, 2', 2") umgeben sind.

9. Sicherung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiteranordnungen die in der Mitte der Elektroden angeordneten spaltförmigen Zwischenräume (2, 2', 2") umgeben.

10. Sicherung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere hintereinandergeschaltete Halbleiteranordnungen vorgesehen sind, denen mindestens ein spaltförmiger Zwischenraum zwischen Elektrode (1 bzw. 1') und Zwischenring (1 α bzw. 1 V) zugeordnet sind.

11. Sicherung nach Anspruch 1 oder folgenden, gekennzeichnet durch Halbleiteranordnungen mit jeweils mindestens zwei in Reihe geschalteten Sperrschichten entgegengesetzter Durchlaßrichtung.

12. Sicherung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Halbleiteranordnung aus einem einkristallinen scheibenförmigen Halbleiterkörper, insbesondere aus Germanium oder Silizium besteht, der zwei in Reihe geschaltete Sperrschichten entgegengesetzter Durchlaßrichtung aufweist.

13. Sicherung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Halbleiteranordnung aus polykristallinem Halbleitermaterial, vorzugsweise Selen, besteht.

14. Sicherung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Halbleiteranordnung aus zwei metallischen Trägerplatten (5, 5') besteht, die ein- oder beidseitig mit einer polykristallinen Halbleiterschicht (4, 4') versehen sind und zwischen denen eine Schicht (3) aus bei niederen Temperaturen schmelzendem leitfähigem Material liegt.

15. Sicherung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Trägerplatten (5, 5') liegende Schicht (3) aus leitfähigem Material aus einem Eutektikum (Schmelzlot) besteht.

16. Sicherung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußelektroden für die polykristallinen Halbleiterschichten aus Kontaktierungsmaterial bestehen, das in einer solchen Menge und auf eine solche Art aufgebracht ist, daß es bei Überschreitung einer bestimmten Temperatur im Halbleiterkörper in diesen hineinwandert.

17. Sicherung nach Anspruch 1 oder folgenden, gekennzeichnet durch eine das Ansprechen der Sicherung anzeigende Anzeigevorrichtung.

18. Sicherung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung aus einem Anzeigekörper (10) besteht, der gegen die Kraftwirkung einer Feder (11) in seiner Ruhelage von einem Schmelzdraht (12) gehalten wird, der beim Ansprechen der Sicherung von dem die

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Halbleiteranordnung (6) durchfließenden Strom durchflossen ist und dabei abschmilzt (F i g. 1 a).

19. Sicherung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung aus einem Anzeigekörper (10) besteht, der gegen die Kraftwirkung einer Feder (11) in seiner Ruhelage von einem Draht (12) gehalten wird, der an einer Engstelle (9 b'), die von dem die Sicherung durchfließenden Strom durchflossen ist, mittels eines niedrig schmelzenden Schmelzlotes befestigt ist (Fig. Ib).

20. Sicherung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Engstelle die begrenzte Verbindungsstelle (9 V) zweier übereinander angeordneter Tellerfedern darstellt, die außerhalb der Verbindungsstelle gegeneinander isoliert sind.

21. Sicherung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung aus einem Anzeigekörper (10) besteht, der gegen die Kraftwirkung einer Feder (11) in seiner Ruhelage ao von einem Draht (12) gehalten wird, der mittels eines niedrigschmelzenden Schmelzlotes unmittelbar an der Halbleiteranordnung (6, 6', 6") befestigt ist (Fig. 2a).

22. Sicherung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung aus einem Anzeigekörper (10) besteht, der mittels eines durch die beim Ansprechen der Sicherung entstehende Wärme gezündeten Treibsatzes (16) aus seiner Ruhelage in seine Endlage gebracht wird (Fig. 2b).

23. Sicherung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung aus einem Anzeigekörper (10) besteht, der gegen die Kraftwirkung einer Feder (11) in seiner Ruhelage

. von einem Schmelzdraht (12) gehalten wird, der, wenn er infolge des ihn durchfließenden Sicherungsstromes abschmilzt, Kontakte (18, 18', 18") zur unmittelbaren Überbrückung der zwischen den Elektroden (1,1') bzw. zwischen einer Elektrode und einem Zwischenring (la, Ib) angeordneten Zwischenräume (2, 2', 2") freigibt (Fig. 3).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen