DE3804916C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Material für eine Sicherung der aus der DE-OS 22 20 370 bekannten Gattung.

Aus dieser Druckschrift ist eine Schmelzsicherung bekannt, welche eine metallische Seele als einem Metall aufweist, das einen niedrigen Schmelzpunkt hat als ein die Seele in Form eines Rohres umgebenden Mantels. Vorzugsweise besteht bei der bekannten Schmelzsicherung die Seele aus Zinn und der Mantel aus Kupfer. Eine Seele aus Aluminium mit einem aus Titan bestehenden Mantel ist gleichfalls in der genannten Veröffentlichung beschrieben.

Röhrenförmige oder ebene Sicherungen, die aus Zink hergestellt wurden, sind bislang häufig in unterschiedlichen Schaltkreisen in Kraftfahrzeugen verwendet worden. Ein Nachteil aus Zink bestehender Sicherungen liegt in ihrer kurzen Lebensdauer, obwohl die Sicherung insoweit vorteilhaft ist, als sie eine geringe Wärmemenge erzeugt, bevor sie den Schaltkreis durch Schmelzen unterbricht sowie während ihrer Verwendung unter normalen stromleitenden Bedingungen. Zur Lösung des voranstehend angegebenen Problems wurde eine Sicherung vorgeschlagen, die aus einer Zink-Kupfer-Legierung mit weniger als 5% von dem Zink zugefügten Kupfer hergestellt ist, wie in JP-A-53-1 38 918 beschrieben ist. Es wurde jedoch darauf hingewiesen, daß dann, wenn eine Sicherung in einen Schaltkreis geschaltet ist, in dem ein verhältnismäßig großer Strom von beispielsweise 20 A oder mehr fließt, insbesondere bei Verwendung in einem Schaltkreis, bei welchem ein Einschaltstrom infolge wiederholten Ein- und Ausschalten eines Motors fließt, die Legierungsteilchen zu einer exzessiven Vergrößerung infolge wiederholter thermischer Expansion und Kontraktion neigen, was zu der Entwicklung von Spalten führt. Daher weist die vorgeschlagene, aus einer Zink-Kupfer-Legierung hergestellte Sicherung eine begrenzte nutzbare Lebensdauer auf.

Aus diesem Grunde wird nunmehr allgemein eine Sicherung, die aus einer Kupferlegierung mit einem hohen Schmelzpunkt hergestellt ist, wie sie in der JP-A-58-1 63 127 beschrieben ist, in Schaltkreisen verwendet, in denen ein hoher Strom fließt. Eine aus einer derartigen Kupferlegierung hergestellte Sicherung ist jedoch insoweit nachteilig, als sie eine große Wärmemenge erzeugt, allerdings weist die Sicherung eine hohe nutzbare Lebensdauer auf.

Im allgemeinen tritt die den Stromkreis unterbrechende Wirkung einer aus einem Metall hergestellten Sicherung auf, wenn ein Bereich der Sicherung infolge der Joule′schen Wärme am Schmelzpunkt des Metalls schmilzt und hierdurch den Stromkreis unterbricht. Es ist leicht zu erkennen, daß eine aus einem hochschmelzenden Metall hergestellte Sicherung mehr thermische Beschädigung auf benachbarte Teile ausübt als eine aus einem niedrigschmelzenden Metall hergestellte Sicherung. Wird daher eine aus einem hochschmelzenden Metall hergestellte Sicherung in eine Schaltung geschaltet, welche eine isolierte Leitung zum Leiten von Strom aufweist, so erzeugt der den Schaltkreis unterbrechende herunterschmelzende Bereich der Sicherung mehr Wärme als der übliche Bereich, selbst unter normalen Stromleitungsbedingungen, und die Abschnitte der Isolierabdeckung (deren typisches Material Polyvinylchlorid ist) der Leitung in der Nachbarschaft der Sicherung werden durch die Wärme erhitzt, die von dem den Schaltkreis unterbrechenden Schmelzbereich der Sicherung übertragen wird, und dies führt zu einer fortschreitenden Verschlechterung dieser Abschnitte der Isolierabdeckung. Weiterhin werden in letzter Zeit Kraftfahrzeuge mit Frontmotor und Vorderradantrieb immer populärer, und die Ausgangsleistung der Motoren wird immer höher. Aufgrund dieser Tendenz werden die Umgebungsbedingungen im Motorraum immer schwieriger, und die Umgebungstemperatur steigt weiter an. Aus diesem Grunde wird verlangt, daß die unerwünschte Temperaturerhöhung wärmeerzeugender Teile selbst um solche Mengen wie 1°C unterdrückt wird.

Um das Verlangen der Minimalisierung der Mängel erzeugter Wärme als auch das Verlangen nach einer langen nutzbaren Lebensdauer zu erfüllen, gibt es einen Vorschlag, nach welchem ein Metall mit einem verhältnismäßig niedrigen Schmelzpunkt, beispielsweise Silber oder Aluminium, zur Herstellung einer Sicherung verwendet wird. Allerdings besteht bei einer Sicherung aus Silber das Problem hoher Kosten. Weiterhin bildet Aluminium, wenn es zur Herstellung einer Sicherung verwendet wird, einen festen Oxidfilm, und es kann eine Brücke aus Aluminiumoxid in einem ungeschmolzenen Zustand verbleiben, selbst wenn die Sicherung durch einen erhöhten Strom erwärmt wird, bis schließlich der Schmelzpunkt erreicht wird. Da Aluminium leicht korrodiert, selbst wenn kein Oxidfilm gebildet wird, besteht eine Neigung zu elektrolytischer Korrosion zwischen der Sicherung und einem Verbindungsanschluß oder einer Leitung, mit der die Sicherung verbunden ist. Deshalb sind Silber und Aluminium nicht als Material zur Herstellung von Sicherungen geeignet, und aus Silber oder Aluminium bestehende Sicherungen werden heutzutage kaum praktisch eingesetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Material für Sicherungen gemäß der DE-OS 22 20 370 anzugeben, das sich durch das Erzeugen einer vergleichsweise geringeren Wärmemenge und einer langen Lebensdauer auszeichnet.

Diese Aufgabe wird durch die in den Kennzeichen der Patentansprüche 1 und 2 angegebenen Materialien gelöst.

Der Erfinder hat beim Versuch, die beim Stand der Technik bestehenden voranstehend angegebenen Probleme zu lösen, Untersuchungen und Studien unternommen und festgestellt, daß eine Sicherung, die aus mit Kupfer beschichtetem (plattiertem) Aluminium oder aus einer walzbaren Aluminiumlegierung, welche mit Kupfer beschichtet ist, hergestellte Sicherung eine geringe Wärmemenge erzeugt, eine lange nutzbare Lebensdauer aufweist und eine steile Schmelzcharakteristik zur Stromkreisunterbrechung aufweist, selbst wenn sie in einen Schaltkreis geschaltet ist, welcher einen verhältnismäßig hohen Strom leitet.

Die erforderliche Dicke der Kupferbeschichtung beträgt nur etwa 1 bis 5 µm. Eine derartige Kupferbeschichtung kann einfach auf einer Oberfläche oder beiden Oberflächen des stromkreisunterbrechenden Schmelzbereichs der Sicherung durch eines der bekannten Verfahren einschließlich Elektroplattieren, Vakuumbedampfung und Verbindung durch Kaltwalzen abgelagert werden. Der Temperaturanstieg der Sicherung kann weiter durch Ablagerung einer Zinnbeschichtung auf der Kupferbeschichtung unterdrückt werden.

Die walzbare Aluminiumlegierung, welche vorzugsweise zur Herstellung der erfindungsgemäßen Sicherung verwendet wird, ist beispielsweise Al : A1200 oder Al : A2218, welches als zur Herstellung von Blechen, Stangen, Platten, Streifen und dergleichen geeignetes Material in JIS (Japanese Industrial Standards) angegeben ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen.

Es zeigt

Fig. 1 eine Aufsicht auf ein Beispiel für eine aus einem Material unter Verwendung der vorliegenden Erfindung hergestellte Sicherung;

Fig. 2 eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Anordnung aus dem Beispiel für eine Sicherung gemäß Fig. 1 und einem zugehörigen Anschlußteil;

Fig. 3 den Aufbau eines Geräts, welches zur Untersuchung der nutzbaren Lebensdauer und des Temperaturanstiegs der in Fig. 2 dargestellten Anordnung verwendet wird;

Fig. 4 einen Graphen einer Stromsignalform, welche in einem zyklischen Motorstromtest für die in Fig. 2 dargestellte Anordnung verwendet wird.

Fig. 1 ist eine Aufsicht auf ein Beispiel einer Sicherung A, welche durch Stanzen erhalten wurde. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, besteht die Sicherung A aus einem länglichen Körper 2 mit einer Länge L₂ und einer Breite W₂ und einem Paar von Leiterverbindungsabschnitten 3, welche sich in entgegengesetzten Richtungen von dem Körper 2 erstrecken und eine Breite aufweisen, die größer ist als die des Körpers 2. Der Körper 2 umfaßt einen zentralen stromkreisunterbrechenden Schmelzabschnitt 1 mit einer Länge L₁, die geringer ist als L₂, und einer Breite W₁, die geringer ist als W₂. Es wurden verschiedene Materialien einschließlich des Materials gemäß der vorliegenden Erfindung, wie in Tabelle 1 dargestellt, verwendet, um derartige Sicherungsproben A herzustellen mit einer Dicke von 0,4 mm und die Abmessungen von L₁, W₁ und L₂, W₂ wurden so gewählt, daß sich eine Strombelastbarkeit von 45 A ergab. Die Einheit der Abmessungen in den Klammern von Fig. 1 ist mm.

Jede dieser Sicherungsproben A wurde in eine symmetrische U-Form gebogen, wie in Fig. 2 dargestellt ist, und wurde mit einem Anschlußteil 4 zusammengebaut, welcher ein Paar elastischer Leiterhaltearme 6 aufweist, welche sich von einer Basis 5 aus erstrecken. Die in Fig. 2 dargestellte Anordnung B wurde in einem Plastikgehäuse 7 befestigt, wie in Fig. 3 angegeben ist, und ein Paar von Anschlußzungen 8, an welche Leiter 9 angekrimpt wurden, wurde in das Plastikgehäuse 7 eingefügt, um die Sicherungsprobe (Probe) A zu testen.

Die Sicherungsprobe A wurde zwei Arten von Versuchen unterworfen, nämlich einem zyklischen Motorstromtest zur Bestimmung der nutzbaren Lebensdauer der Sicherungsprobe und einem Temperaturanstiegstest zur Messung des Temperaturanstiegs infolge von Wärme, die von der Sicherungsprobe A unter normalen Stromleitbedingungen erzeugt wird.

Bei dem zyklischen Motorstromtest wurde die Probe A in eine Umgebung gebracht, die auf einer Temperatur von 80°C gehalten wurde, und eine in Fig. 4 dargestellte Stromsignalform wurde in 200 000 Zyklen wiederholt an die Probe A angelegt, um festzustellen, ob das stromkreisunterbrechende Durchschmelzen während dieses Belastungstests auftrat oder nicht.

Bei dem Temperaturanstiegsversuch wurde ein Strom von 30 A ständig der Probe A zugeführt, die auf einer Temperatur von 80°C gehalten wurd, und ein nicht dargestelltes Thermoelement aus Kupfer-Konstanten, welches an der hinteren Oberfläche des mit dem Leiter gekrimpten Teils C gemäß Fig. 3 verbunden war, wurde zur Messung des Temperaturanstiegs der Probe A verwendet.

Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in Tabelle 1 dargestellt. Aus Tabelle 1 wird deutlich, daß die aus dem erfindungsgemäßen Material hergestellte Sicherung einen deutlich geringeren Temperaturanstieg aufweist als konventionelle Sicherungen sowie eine hervorragende Haltbarkeit zeigt.

Die Dicke der Kupferbeschichtung und die des Materials der erfindungsgemäßen Sicherungsproben A wurden geändert und mit derartigen Sicherungsproben A wurden entsprechende Versuche durchgeführt. Die Versuchsergebnisse machen deutlich, daß eine walzbare Aluminiumlegierung, wenn diese an Stelle von Aluminium verwendet wird, vorzugsweise als Material für die Sicherung verwendet werden kann, welche eine geringe Wärmemenge erzeugt, eine hohe nutzbare Lebensdauer aufweist und zur Verwendung in einem Schaltkreis geeignet ist, in dem ein verhältnismäßig hoher Strom fließt.

Tabelle 1

Die aus dem erfindungsgemäßen Material hergestellte Sicherung zeigt einen geringen Temperaturanstieg und weist eine hohe Standfestigkeit auf, aus nachstehend angegebenen Gründen.

Wird die Sicherung in einen Schaltkreis geschaltet, in welchem ein verhältnismäßig hoher Strom fließt, so beginnt ein lokales Schmelzen der Aluminiumbasis zunächst bei etwa 660°C infolge der durch die Stromleitung erzeugten Wärme. Zwar neigt der Strom mehr dazu, durch die Kupferbeschichtung zu fließen als durch die Aluminiumbasis in ihrem geschmolzenen Zustand, jedoch wird der Schmelzpunkt des Kupfers schnell erreicht, da die Stärke der Kupferbeschichtung höchstens 3 µm beträgt. Da sich zu diesem Zeitpunkt die Aluminiumbasis bereits in ihrem lokal geschmolzenen Zustand befindet, wird sie scharf in dem geschmolzenen Bereich abgetrennt, ohne daß ihr Oxidfilm gebildet wird. Obwohl die Sicherung lokal auf eine hohe Temperatur erhitzt wird, ist daher der bis zur Erreichung einer derartig hohen Temperatur verstrichene Zeitabschnitt sehr kurz. Daher wird ein benachbarter Teil nicht ungünstig durch die von der Sicherung erzeugte Wärme beeinflußt, und die Sicherheit des benachbarten Teils bleibt gesichert.

Auch werden die Metallteilchen der erfindungsgemäßen Sicherung nicht übermäßig groß, anders als solche aus Zink, und die Sicherung weist eine lange nutzbare Lebensdauer auf, wie aus der Tabelle 1 hervorgeht. Aus der voranstehenden Beschreibung wird deutlich, daß eine aus dem erfindungsgemäßen Material hergestellte Sicherung eine geringe Wärmemenge erzeugt und eine lange nutzbare Lebensdauer aufweist, wenn sie in eine Schaltung geschaltet ist, in der ein verhältnismäßig hoher Strom fließt. Da die Materialkosten von Aluminium und Kupfer ebenso wie die von Zinn, die zur Herstellung der Sicherung verwendet werden, gering sind, kann darüber hinaus die Sicherung mit geringen Kosten hergestellt werden.

Claims (2)

1. Material für eine Sicherung, dadurch gekennzeichnet, daß das Material aus Aluminium mit einer hierauf aufgebrachten Kupferbeschichtung sowie weiterhin einer Zinnbeschichtung, welche auf der Kupferbeschichtung vorgesehen ist, besteht.

2. Material für eine Sicherung, dadurch gekennzeichnet, daß das Material aus einer walzbaren Aluminiumlegierung mit einer hierauf aufgebrachten Kupferbeschichtung sowie weiterhin einer Zinnbeschichtung, welche auf die Kupferbeschichtung aufgebracht ist, besteht.