Schmelzsicherung mit integrierter Messfunktion sowie Siche rungskörper

Die Erfindung betrifft eine Schmelzsicherung, in die eine Messfunktion integriert ist. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Sicherungskörper für eine Schmelzsicherung mit inte grierter Messfunktion.

Leiter, die von einem elektrischen Strom durchflossen werden, erwärmen sich. Bei unzulässig hohen Strömen kann es zu einer unzulässig starken Erwärmung des Leiters und infolgedessen zu einem Abschmelzen der den Leiter umgebenden Isolation kommen, was in der Folge zu Beschädigungen bis hin zu einem Kabel brand führen kann. Um dieser Brandgefahr vorzubeugen, muss bei Auftreten eines zu hohen elektrischen Stromes, d.h. eines Überlaststromes oder eines Kurzschlussstromes, dieser elekt rische Strom rechtzeitig abgeschaltet werden. Dies wird mit tels sogenannter Überstrom-Schutzeinrichtungen gewährleistet.

Ein Beispiel für eine derartige Überstromschutzeinrichtung ist beispielsweise eine Schmelzsicherung, die durch das Ab schmelzen eines oder mehrerer Schmelzleiter den Stromkreis unterbricht, wenn die Stromstärke des durch die Schmelzsiche rung abgesicherten Stromkreises einen bestimmten Wert über eine bestimmte Zeitdauer hinweg überschreitet. Die Schmelzsi cherung besteht aus einem isolierenden Körper, welcher zwei elektrische Anschlüsse aufweist, die im Inneren des isolie renden Körpers durch einen oder mehrere Schmelzleiter elek trisch leitend miteinander verbunden sind. Der Schmelzleiter, welcher einen im Vergleich zu den übrigen Leitern des Strom kreises reduzierten Querschnitt aufweist, wird durch den ihn durchfließenden Strom erwärmt und schmilzt, wenn der maßgeb liche Nennstrom der Sicherung für eine vorbestimmte Zeitdauer deutlich überschritten wird. Aufgrund seiner guten Isolati onseigenschaften wird als Material für den isolierenden Kör per zumeist Keramik verwendet. Ein derartiger Schmelzsiche- rungseinsatz ist beispielsweise aus der europäischen Patent schrift EP 0 917 723 Bl oder den deutschen Offenlegungs schriften DE 10 2014 205 871 Al sowie DE 10 2016 211 621 Al prinzipiell vorbekannt.

Schmelzsicherungen sind in verschiedenen Bauarten erhältlich. Neben einfachen Gerätesicherungen, welche einen einfachen Glaszylinder, in dem der Schmelzleiter aufgenommen ist, auf weisen, existieren auch Bauformen, bei denen der Keramikkör per mit Sand - zumeist Quarzsand - gefüllt ist: Hierbei wird zwischen Typen mit verfestigtem sowie mit unverfestigtem Quarzsand unterschieden. Bei einer mit Sand verfestigten Schmelzsicherung ist der Schmelzleiter von Quarzsand umgeben. In der Regel ist das Gehäuse der Schmelzsicherung dabei durch einen Keramikkörper, in dem der verfestigte Sand, die

elektrischen Anschlüsse sowie der Schmelzleiter aufgenommen bzw. gehalten sind, gebildet. Der Quarzsand fungiert hierbei als Lichtbogenlöschmittel: wird der Nennstrom der Schmelzsi cherung deutlich überschrittenen - beispielsweise aufgrund eines hohen Kurzschlussstromes - so führt dies zu einem An sprechen der Schmelzsicherung, in dessen Verlauf der Schmelz leiter zunächst schmilzt und anschließend aufgrund der hohen Temperaturentwicklung verdampft. Dabei entsteht ein elek trisch leitendes Plasma, über das der Stromfluss zwischen den elektrischen Anschlüssen zunächst aufrechterhalten wird - es bildet sich ein Lichtbogen. Indem sich der Metalldampf des verdampften Schmelzleiters auf der Oberfläche der Quarzsand körner niederschlägt, wird der Lichtbogen wiederum abgekühlt. In der Folge steigt der Widerstand im Inneren des Sicherungs einsatzes derart an, dass der Lichtbogen endgültig verlischt. Die durch die Schmelzsicherung zu schützende elektrische Lei tung ist damit unterbrochen.

Aus dem Stand der Technik sind im Bereich der Schmelzsiche rungen Niederspannungs-Hochleistungssicherungen, sogenannte NH-Sicherungen, aber auch Halbleiterschutzsicherungen, soge nannte HLS-Sicherungen, wie sie beispielsweise unter dem Pro duktnamen SITOR vertrieben werden, prinzipiell vorbekannt. Bei NH-Sicherungen werden üblicherweise ein oder mehrere Schmelzleiter in Form von Metallbändern verwendet. Dabei wei sen die Schmelzleiter zumeist sogenannte Engstellenreihen zur selektiven Ausschaltung der Schmelzsicherung auf. Weiterhin kann auf einen oder mehrere der Schmelzleiter zumindest ein Lotdepot aufgebracht sein, mit dessen Hilfe die Überlastcha rakteristik der Schmelzsicherung beeinflussbar ist. Der für das Abschaltverhalten der Sicherung maßgebliche Durchlas senergiewert I ² t ist bei NH-Sicherungen relativ groß, weswe gen diese eine eher trägere Charakteristik aufweisen.

Erwärmt sich der Schmelzleiter durch einen elektrischen Über laststrom auf eine Temperatur, welche oberhalb der Schmelz temperatur des Lotes liegt, so diffundiert dieses Lot in das Schmelzleitermaterial ein und bildet mit diesem eine Legie rung. Dadurch erhöht sich der elektrische Widerstand des Schmelzleiters, was zu dessen weiterer Erwärmung führt, wodurch der Diffusionsvorgang solange weiter beschleunigt wird, bis der Schmelzleiter in der Umgebung des Lotdepots vollständig aufgelöst ist, so dass er abreißt, wodurch der Stromfluss unterbrochen wird. Bei einem kurzzeitigen, zuläs sigen Überstrom erfolgt keine vorzeitige Ausschaltung durch die NH-Sicherung . Bei Auftreten eines Kurzschluss-Stromes hingegen reißt der Schmelzleiter an den Engstellenreihen auf. Dadurch entstehen gleichzeitig mehrere kleine, in Reihe ge schaltete Lichtbögen, deren Spannungen sich addieren und da mit zu einer schnelleren Ausschaltung der Schmelzsicherung führen. NH-Sicherungen dienen beispielsweise zum Schutz von Anlagen oder Schaltschränken vor Brand, beispielsweise durch überhitzte Anschlussleitungen.

Seitens der Betreiber elektrischer Anlagen wird vermehrt der Wunsch geäußert, den Zustand einer elektrischen Anlage zeit nah erfassen zu können. In der Vergangenheit erfolgte dies oftmals mittels einer Sichtprüfung - im Falle von Schmelzsi cherungen beispielsweise dadurch, dass die Sicherungen mit einem Kennmelder ausgestattet sind, welcher ein Auslösen der jeweiligen Sicherung außen am Gehäuse der betreffenden Siche- rung optisch signalisiert. Für die Zukunft wird jedoch ver mehrt gefordert, diese Information jederzeit und möglichst ortsunabhängig abfragen zu können, beispielsweise über eine Leitwarte. Aus diesem Grund werden elektrische Installations geräte vermehrt dazu ertüchtigt, Informationen über ihren Be triebszustand bereitzustellen. Elektrische Schaltgeräte, bei spielsweise Brandschutzschalter, die bereits über eine eigene Steuerungslogik verfügen, können mit relativ geringem Aufwand dazu ertüchtigt werden, entsprechende Informationen aufzube reiten und bereitzustellen.

Bei Schmelzsicherungen gibt es entsprechende Lösungen, indem mittels eines an die Sicherung anbaubaren Kommunikationsmo duls die vom Kennmelder optisch bereitgestellte „Ausgelöst"- Information aufzunehmen und weiterzuleiten. Anbaubare Lösun gen haben jedoch den Nachteil, dass sie zusätzlichen Bauraum benötigen und daher in bereits bestehenden Installationen nur mit verhältnismäßig hohem Aufwand eingesetzt werden können. Für einen einfachen Retrofit-Einsatz , bei dem eine bestehende Sicherung herkömmlicher Bauart ohne Kommunikationsmodul durch eine neue Sicherung mit einem entsprechenden Kommunikations modul im Sinne einer Nachrüstung oder Modernisierung der An lage ersetzt wird, kommen diese anbaubaren Lösungen oftmals nicht zum Einsatz, da der hierfür benötigte, zusätzliche Bau raum nicht zur Verfügung steht.

Zur Lösung dieses vor allem bei Retrofit-Anwendungen auftre tenden Problems des begrenzten Bauraums ist in der internati onalen Patentanmeldung WO 2017/078525 Al eine Schmelzsiche rung beschrieben, bei der eine Stromsensor in den Druckkörper der Schmelzsicherung integriert ist. Mit Hilfe dieses Strom sensors kann der im Normalbetrieb auftretende Stromfluss durch die Schmelzsicherung gemessen und an eine außerhalb der Schmelzsicherung angeordnete Abfrage-Einheit übermittelt wer den. Da in einer Schmelzsicherung jedoch auch vergleichsweise hohe Temperaturen auftreten können, ist es fraglich, wie zu verlässig ein in den Druckkörper der Schmelzsicherung inte- grierter Sensor über die Lebensdauer der Schmelzsicherung hinweg funktioniert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schmelz sicherung sowie einen Sicherungskörper bereitzustellen, wel che die vorstehend genannten Probleme zumindest teilweise überwinden .

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Schmelzsicherung sowie den Sicherungskörper gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Schmelzsicherung sowie des erfindungsgemäßen Sicherungskör pers sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die erfindungsgemäße Schmelzsicherung mit integrierter Mess funktion weist ein Sicherungsgehäuse auf, welches seinerseits einen von einem Druckkörper begrenzten ersten Aufnahmeraum sowie einen vom ersten Aufnahmeraum räumlich abgegrenzten, von einem Schutzkörper begrenzten zweiten Aufnahmeraum auf weist, welche in einer Längserstreckungsrichtung hintereinan der angeordnet sind. Dabei ist im ersten Aufnahmeraum ein Schmelzleiter, im zweiten Aufnahmeraum eine Messeinrichtung aufgenommen und gehaltert. Die Messeinrichtung weist einen Stromwandler sowie eine mit dem Stromwandler elektrisch lei tend verbundene Elektronikbaugruppe auf, wobei der Stromwand ler und die Elektronikbaugruppe in der Längserstreckungsrich tung hintereinander angeordnet sind.

Mit Hilfe der Messeinrichtung wird die Möglichkeit geschaf fen, den durch die Schmelzsicherung fließenden elektrischen Strom unmittelbar an der Sicherung zu ermitteln. Der erste und der zweite Aufnahmeraum sind dabei in einer Längserstre ckungsrichtung L der Schmelzsicherung, d.h. in axialer Rich tung, hintereinander angeordnet. Der Druckkörper dient dabei dazu, den bei der Erwärmung oder einer Auslösung der Siche rung auftretenden Druck aufzunehmen. Daher werden hohe Anfor derungen an die mechanische Festigkeit und Stabilität des Schutzgehäuses gestellt. Demgegenüber ist zur Abgrenzung des zweiten Aufnahmeraumes lediglich ein Schutzgehäuse erforder lich, um die Messeinrichtung aufzunehmen, zu fixieren und vor äußeren Beeinträchtigungen wie Feuchtigkeit und/oder Schmutz zu schützen. An die mechanische Stabilität dieses Gehäuses werden daher deutlich geringere Anforderungen gestellt.

Der im zweiten Aufnahmeraum angeordnete Stromwandler dient dabei zum einen als Stromsensor, welcher die erfassten Strom messwerte an die Elektronikbaugruppe weiterleitet, wo die Messwerte weiterverarbeitet werden. Zum anderen wird die hierfür benötigte Energie ebenfalls mit Hilfe des Stromwand lers durch elektromagnetische Induktion aus dem Primärstrom, d.h. dem Betriebsstrom der Schmelzsicherung generiert. Der Stromwandler dient somit auch als Energiequelle für die

Elektronikbaugruppe. Um auch bei geringen Betriebsströmen der Schmelzsicherung ausreichend Energie für die Elektronikbau gruppe bereitzustellen und somit die Zuverlässigkeit der Mes seinrichtung zu gewährleisten, muss der Stromwandler hierzu vergleichsweise groß dimensioniert sein.

Gleichzeitig muss die Schmelzsicherung kompakt gehalten wer den, um auch für Retrofit-Anwendungen im Rahmen einer Nach rüstung oder Modernisierung bestehender Anlagen, bei denen eine herkömmliche Schmelzsicherung ohne Messvorrichtung er setzt wird, eingesetzt werden zu können. Da die Schmelzsiche rung dabei idealer Weise die Abmessungen einer standardisier ten NH-Sicherung aufweist, ist der zweite Aufnahmeraum, in dem die Messeinrichtung aufgenommen und gehaltert ist, insbe sondere in axialer Richtung, d.h. in der Längserstreckungs richtung L, stark limitiert. Durch die in axialer Richtung, d.h. in Längserstreckungsrichtung, hintereinander liegende Anordnung des Stromwandlers und der Elektronikbaugruppe kann zweite Aufnahmeraum kompakt gehalten werden.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Schmelzsicherung ist die Elektronikbaugruppe zwischen dem Stromwandler und einem Verschlusselement der Schmelzsicherung angeordnet. Für eine Anordnung von Stromwandler und Elektronikbaugruppe in Längserstreckungsrichtung hintereinander bestehen prinzi piell zwei Möglichkeiten: entweder wird die Elektronikbau gruppe zwischen dem Stromwandler und dem Druckgehäuse ange ordnet, oder zwischen dem Stromwandler und dem Verschlussele ment. Letztere Möglichkeit hat den Vorteil, dass die im Ver gleich zum Stromwandler empfindliche Elektronikbaugruppe wei ter entfernt vom Druckgehäuse der Schmelzsicherung angeordnet ist, so dass sich im Auslösefall der Schmelzsicherung die da mit verbundene Druck- und Temperaturerhöhung nicht unmittel bar auf die Elektronikbaugruppe auswirkt. Die Ausfallwahr scheinlichkeit der Elektronik kann dadurch reduziert werden.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Schmelzsi cherung füllt der Stromwandler in einer orthogonal zur

Längserstreckungsrichtung orientierten radialen Richtung den zweiten Aufnahmeraum nahezu vollständig aus.

Um einen möglichst großen Stromwandler in dem zweiten Aufnah meraum anordnen zu können, sind die Elektronikbaugruppe und der Stromwandler in axialer Richtung, d.h. in der Längser streckungsrichtung, hintereinander angeordnet. Auf diese Wei se kann der Stromwandler so dimensioniert werden, dass er in radialer Richtung den zur Verfügung stehenden zweiten Aufnah meraum nahezu vollständig ausfüllt. Das Volumen des Strom wandlers kann somit dahingehend optimiert werden, dass die für die Elektronikbaugruppe bereitgestellte Energie möglichst groß ist. Auf diese Weise ist es möglich, eine Schmelzsiche rung mit integrierter Messfunktion zu konstruieren, welche keine externe Stromquelle zur energetischen Versorgung der Messeinrichtung benötigt.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Schmelzsi cherung weist die Elektronikbaugruppe eine Leiterplatte auf. Um die Erfordernisse einer möglichst kompakten Gestaltung der Messvorrichtung bei gleichzeitig möglichst großem Stromwand ler-Volumen einzuhalten, ist es notwendig, dass auch die die Elektronikbaugruppe möglichst kompakt gestaltet wird. Dies ist mittels einer kompakt gehaltenen Leiterplatte, beispiels weise durch Verwendung integrierter Schaltkreise möglich.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Schmelzsi cherung ist die Elektronikbaugruppe scheibenförmig ausgebil det, derart, dass die Höhe der Elektronikbaugruppe zusammen mit der Höhe des Stromwandlers im Wesentlichen der Höhe des zweiten Aufnahmeraumes entspricht.

Die scheibenförmige Bauweise erlaubt eine flache Gestaltung der Elektronikbaugruppe, wodurch die Messeinrichtung - und damit der zweite Aufnahmeraum sowie das diesen umgebenden Schutzgehäuse - in der axialen Richtung möglichst kompakt ge halten werden kann. In einer zur axialen Richtung orthogonal orientierten radialen Richtung kann die Elektronikbaugruppe dabei die gesamte Breite des zweiten Aufnahmeraums bis hin zur begrenzenden Innenwand des Schutzgehäuses beanspruchen.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Schmelzsi cherung ist die Elektronikbaugruppe ringförmig ausgebildet, mit einem äußeren Radius sowie mit einer Öffnung mit innerem Radius zum Hindurchführen eines Anschlusselements der

Schmelzsicherung. Durch die ringförmige Gestaltung kann die Elektronikbaugruppe an den Grundriss des Stromwandlers ange passt werden. Dabei kann der äußere Radius so gewählt werden, dass er im Wesentlichen dem Radius des Stromwandlers ent spricht. Auf diese Weise ist eine kompakte Bauform der Mess einrichtung realisierbar.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Schmelzsi cherung ist die ringförmige Gestalt der Elektronikbaugruppe (122) nicht geschlossen. Falls die die Elektronikbaugruppe entsprechend kompakt gestaltet werden kann, ist eine offene Bauweise - beispielsweise in Form eines C oder eines Halb kreises ebenso möglich.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Schmelzsi cherung weist die Elektronikbaugruppe eine Übertragungsein- richtung auf, um ein von der Messeinrichtung erfasstes Mess signal an eine außerhalb der Schmelzsicherung angeordnete Empfangseinrichtung zu übertragen.

Mit Hilfe der Übertragungseinrichtung können die ermittelten Messdaten oder auch auf diesen Messdaten basierende, weiter verarbeitete Daten an eine externe Einheit, beispielsweise eine Datensammeleinrichtung oder eine Leitwarte übertragen werden. Auf diese Weise ist es möglich, den Betriebszustand der Schmelzsicherung zu jedem Zeitpunkt ermitteln zu können, ohne dass hierzu ein Techniker oder Installateur erforderlich ist, welche die Sicherung vor Ort inspiziert.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Schmelzsi cherung erfolgt die Übertragung des Messsignals von der Über tragungseinrichtung an die Empfangseinrichtung drahtlos.

Durch eine drahtlose Übertragung der Daten an die externe Empfangseinrichtung wird der Installationsaufwand der

Schmelzsicherung deutlich vereinfacht. Für die kabellose oder drahtlose Übertragung der Daten - Messwerte oder auf Messwer ten basierende, vorverarbeitete Daten - von der Übertragungs einrichtung an die Empfangsvorrichtung kommen gängige Über tragungsverfahren wie beispielsweise Bluetooth, RFID (sowohl aktiv als auch passiv), ZigBee, etc. in Betracht. Die für die Übertragung benötigte Energie wird dabei vorteilhafter Weise wieder mit Hilfe des Stromwandlers durch elektromagnetische Induktion aus dem Primärstrom gewonnen.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Schmelzsi cherung entspricht der für die Schmelzsicherung insgesamt be nötigte Bauraum dem Bauraum einer standardisierten NH-Siche- rung .

Indem die erfindungsgemäße Schmelzsicherung mit integrierter Messfunktion hinsichtlich ihrer Baugröße der Größe einer her kömmlichen NH-Sicherung entspricht, kommt sie auch für Retro- fit-Anwendungen im Rahmen einer Nachrüstung oder Modernisie- rung bestehender Anlagen, bei denen eine herkömmliche

Schmelzsicherung ohne Messvorrichtung durch eine Schmelzsi cherung mit integrierter Messfunktion ersetzt wird, in Frage.

Der erfindungsgemäße Sicherungskörper für eine Schmelzsiche rung der vorstehend beschriebenen Art weist einen ersten Ab schnitt, der als Druckkörper, welcher den ersten Aufnahmeraum zur Aufnahme des Schmelzleiters begrenzt, ausgebildet ist, sowie einen zweiten Abschnitt, der als Schutzkörper, welcher den zweiten Aufnahmeraum zur Aufnahme der Messeinrichtung be grenzt, ausgebildet ist, auf. Der erste Aufnahmeraum und der zweite Aufnahmeraum sind dabei in dem Sicherungskörper räum lich voneinander abgegrenzt und in einer Längserstreckungs richtung hintereinander liegend angeordnet.

Der erste Abschnitt des Sicherungskörpers ist dabei druck stabil, d.h. zur Aufnahme des beim Auslösen der Schmelzsiche rung auftretenden Drucks ausgebildet und stellt somit den ei gentlichen Druckkörper der Schmelzsicherung dar, während der zweite Abschnitt lediglich eine Schutzfunktion für die Mess vorrichtung darstellt, an dessen mechanische Stabilität und Festigkeit deutlich geringere Anforderungen gestellt werden. Die unterschiedlichen mechanischen Festigkeitseigenschaften der beiden Abschnitte sind mittels eines geeigneten Ferti gungsverfahrens, bspw. eines 3D-Druckverfahrens , realisier bar. Der erste und der zweite Abschnitt bilden dabei eine bauliche Einheit, d.h. die beiden Abschnitte müssen bei Aus tausch oder Montage der Schmelzsicherung nicht erst montiert werden, sondern sind bereits fest miteinander verbunden, wodurch der Montageaufwand deutlich vereinfacht wird.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Sicherungskörper einstückig ausgebildet. Insbesondere im Hinblick auf die Her stellung des Sicherungskörpers mit Hilfe eines Additive- Manufacturing-Verfahrens , umgangssprachlich auch als „3D- Druck" bezeichnet, ist eine einstückige Ausführung des Siche rungskörpers vorteilhaft, da hierdurch nachgelagerte Montage- schritte vermieden werden. Die Montagekosten können dadurch weiter reduziert werden.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist der Siche rungskörper aus einem keramischen Werkstoff oder einem ther mostabilen Kunststoff gebildet. Keramische Werkstoffe sind aufgrund ihrer hohen Druckfestigkeit zur Herstellung eines Sicherungskörpers besonders geeignet. Thermostabile Kunst stoffe, sofern sie ausreichend wärmestabil sind, zeichnen sich hingegen durch ihre vereinfachte Verarbeitbarkeit bei gleichzeitig vergleichsweise niedrigen Herstellkosten aus.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist der Siche rungskörper ist der Sicherungskörper mehrteilig ausgebildet, wobei der Druckkörper fest aber lösbar mit dem Schutzkörper verbunden ist. Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass nach ei nem Auslösen der Sicherung der zweite Aufnahmeraum, in dem die Messvorrichtung aufgenommen ist, ggf. wiederverwendet werden kann. Dies ist insbesondere dann interessant, wenn die Material- und Herstellkosten der Messeinrichtung im Vergleich zur restlichen Schmelzsicherung vergleichsweise hoch sind.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Sicherungs körpers sind der Druckkörper und der Schutzkörper aus unter schiedlichen Werkstoffen gebildet. Durch die Wahl geeigneter Werkstoffe für Druck- und Schutzkörper sind beide Aufnahme räume an die unterschiedlichen, jeweils an sie gestellten An forderungen anpassbar.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Sicherungs körpers sind der Druckkörper und der Schutzkörper von einer zusätzlichen Hülle umgeben. Mit Hilfe der zusätzlichen Hülle, die beispielsweise auch aus Papier oder einem Kunststoff- Überzug bestehen kann, wird die bauliche Einheit des Siche rungskörpers betont. Ferner wird bei mehrteiligen Bauformen die Demontage durch unberechtigte Dritte unterbunden oder zu mindest gekennzeichnet. In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Sicherungs körpers entspricht der für die Schmelzsicherung insgesamt be nötigte Bauraum dem Bauraum einer standardisierten NH-Siche- rung. Dadurch kann der Sicherungskörper auch für Retrofit- Schmelzsicherungen, d.h. als Ersatz für eine herkömmliche Schmelzsicherung ohne Messfunktion, eingesetzt werden.

Im Folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der Schmelzsi cherung unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläu tert. In den Figuren sind:

Figur 1 eine schematische Darstellung einer aus dem Stand der Technik bekannten NH-Sicherung;

Figuren

2 bis 5 schematische Darstellungen eines ersten Ausführungs beispiels der erfindungsgemäßen Schmelzsicherung in verschiedenen Ansichten;

Figuren

6 und 7 schematische Darstellungen weiterer Ausführungsbei spiel der erfindungsgemäßen Schmelzsicherung.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets mit dem gleichen Bezugszeichen versehen. Die Beschrei bung gilt für alle Zeichnungsfiguren, in denen das entspre chende Teil ebenfalls zu erkennen ist.

Figur 1 zeigt schematisch den prinzipiellen Aufbau einer standardisierten NH-Schmelzsicherung, wie sie aus dem Stand der Technik bereits vorbekannt ist. Die Schmelzsicherung 1 weist zwei Anschlusselemente 3 auf, welche aus einem

elektrisch leitenden Werkstoff, beispielsweise Kupfer, beste hen. In den Darstellungen sind die Anschlusselemente 3 als Messerkontakte ausgebildet - dies ist jedoch nicht erfin dungswesentlich. Die Anschlusselemente 3 sind mechanisch fest und dicht mit einem Schutzgehäuse 2 mit der Höhe H verbunden, welches aus einem festen, nichtleitenden und möglichst hitze- beständigen Werkstoff, beispielsweise aus einer Keramik, be steht und als Druckkörper für die Schmelzsicherung 1 dient. Das Schutzgehäuse 2 weist im Allgemeinen eine röhren- oder hohlzylinderförmige Grundform auf und ist nach außen druck dicht, beispielsweise mit Hilfe zweier Verschlusskappen 4, verschlossen. Die Anschlusselemente 3 erstrecken sich dabei jeweils durch eine in den Verschlusskappen 4 ausgebildete Öffnung in den Hohlraum des Schutzgehäuses 2. In diesem Hohl raum ist zumindest ein sogenannter Schmelzleiter 5 angeord net, welcher die beiden Anschlusselemente 3 elektrisch lei tend miteinander verbindet.

Der verbleibende Hohlraum ist zumeist vollständig mit einem Löschmittel 6 befüllt, welches zum Löschen und Kühlen der Schmelzsicherung 1 im Auslösefall dient und den Schmelzleiter 5 vollständig umgibt. Als Löschmittel 6 wird beispielsweise Quarzsand verwendet. Anstelle des in Figur 1 dargestellten einen Schmelzleiters 5 ist es ebenso möglich, mehrere

Schmelzleiter 5 elektrisch zueinander parallel geschaltet in dem Schutzgehäuse 2 anzuordnen und entsprechend mit den bei den Kontaktelementen 3 zu kontaktieren. Durch Art, Anzahl, Anordnung und Gestaltung der Schmelzleiter 3 kann die Auslös- ekennlinie - und damit das Auslöseverhalten - der Schmelzsi cherung 1 beeinflusst werden.

Der Schmelzleiter 5 besteht im Allgemeinen aus einem gut lei tenden Werkstoff wie Kupfer oder Silber und weist über seine Länge, d.h. in seiner Längserstreckungsrichtung L, mehrere Engstellenreihen 7 sowie ein oder mehrere Lotdepots 8 - soge nannte Lotpunkte - auf. Über die Engstellenreihen 7 sowie die Lotpunkte 8 kann ebenfalls die Auslösekennlinie der Schmelz sicherung 1 beeinflusst und an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden. Bei Strömen, die kleiner sind als der

Nennstrom der Schmelzsicherung 1, wird im Schmelzleiter 5 nur so viel Verlustleistung umgesetzt, dass diese in Form von Wärme schnell über den Löschsand 6, das Schutzgehäuse 2 sowie die beiden Anschlusselemente 3 nach außen abgegeben werden kann. Die Temperatur des Schmelzleiters 5 steigt dabei nicht über dessen Schmelzpunkt hinaus an. Fließt ein Strom, der im Überlastbereich der Schmelzsicherung 1 liegt, so steigt die Temperatur im Inneren der Schmelzsicherung 1 stetig weiter an, bis der Schmelzpunkt des Schmelzleiters 5 überschritten wird und dieser an einer der Engstellenreihen 7 durch

schmilzt. Bei hohen Fehlerströmen - wie sie beispielsweise aufgrund eines Kurzschlusses auftreten - wird so viel Energie im Schmelzleiter 5 umgesetzt, dass dieser praktisch auf der ganzen Länge aufgeheizt wird und infolge dessen an allen Eng stellenreihen 7 gleichzeitig schmilzt.

Da flüssiges Kupfer bzw. Silber noch gute elektrisch leitende Eigenschaften aufweist, wird der Stromfluss zu diesem Zeit punkt noch nicht unterbrochen. Die aus dem Schmelzleiter 5 gebildete Schmelze wird folglich weiter aufgeheizt, bis sie schließlich in den gasförmigen Zustand übergeht, wodurch sich ein Plasma bildet. Dabei entsteht ein Lichtbogen, um den Stromfluss über das Plasma weiter aufrecht zu erhalten. Im letzten Stadium einer Sicherungsabschaltung reagieren die leitfähigen Gase mit dem Löschmittel 6, welches bei konventi onellen Schmelzsicherungen 1 zumeist aus Quarzsand besteht. Dieser wird aufgrund der durch den Lichtbogen bedingten, ext rem hohen Temperaturen im Umfeld des Lichtbogens aufgeschmol zen, was zu einer physikalischen Reaktion des geschmolzenen Schmelzleitermaterials mit dem umgebenden Quarzsand 6 führt. Da das dabei entstehende Reaktionsprodukt elektrisch nicht leitend ist, sinkt der Stromfluss zwischen den beiden An schlusselementen 3 rasch gegen Null ab. Dabei ist jedoch zu beachten, dass einer bestimmten Masse an Schmelzleitermateri al auch eine entsprechende Masse an Löschmittel erfordert.

Nur so kann sichergestellt werden, dass am Ende der Siche rungsabschaltung noch genügend Löschmittel 6 vorhanden ist, um das gesamte leitfähige Plasma wirksam zu binden.

In den Figuren 2 bis 4 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schmelzsicherung 100 schematisch darge stellt. Figur 2 zeigt dabei eine Seitenansicht der Schmelzsi cherung 100; die Figuren 3, 4 und 5 zeigen dazu korrespondie- rende Schnittdarstellungen der Schmelzsicherung 100 in Grund- und Aufriss. Die Schmelzsicherung 100 weist ein Sicherungsge häuse 110 mit einem ersten Abschnitt 111 sowie einem zweiten Abschnitt 112 auf, welche in einer Längserstreckungsrichtung L der Schmelzsicherung 100 hintereinander angeordnet sind.

Der erste Abschnitt 111 ist dabei als Druckkörper 113 zur Aufnahme eines Schmelzleiters 105 ausgebildet. Der Druckkör per 113 dient dazu, den bei der Erwärmung oder einer Auslö sung der Schmelzsicherung 100 auftretenden Druck aufzunehmen, weswegen hohe Anforderungen an die mechanische Festigkeit und Stabilität des Druckkörpers 113 gestellt werden. Innerhalb des Druckkörpers 113 ist daher ein ersten Aufnahmeraum 115 gebildet, in dem der Schmelzleiter 105 aufgenommen und gehal tert ist. Der erste Aufnahmeraum 115 wird durch den Druckkör per 113 in radialer Richtung R nach außen hin begrenzt und ist in axialer Richtung, d.h. in der Längserstreckungsrich tung L, durch ein Verschlusselement 104 verschlossen. Die Baugröße des Sicherungsgehäuses 110 entspricht dabei der ei ner standardisierten NH-Sicherung, wie vorstehend zu Figur 1 beschrieben. Aufgrund der identischen Abmessungen ist die er findungsgemäße Schmelzsicherung 100 für Retrofit-Anwendungen, d.h. als Ersatz für eine herkömmliche HN-Sicherung, bestens geeignet .

Zur elektrischen Kontaktierung weist die Schmelzsicherung 100 zwei als Messerkontakte ausgebildete Anschlusselemente 103 auf, welche mechanisch fest und dicht mit dem Sicherungsge häuse 110 verbunden sind. Die Bauform der beiden Anschlus selemente 103 ist jedoch nicht erfindungswesentlich. Im Inne ren der Schmelzsicherung 100, genauer: im ersten Aufnahmeraum 115, ist der Schmelzleiter 105 mit den beiden Anschlussele menten 103 elektrisch leitend verbunden. Handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Schmelzsicherung um eine sandverfestig te Sicherung, so ist das verbleibende Volumen des ersten Auf nahmeraums 115 mit Sand, in der Regel Quarzsand, gefüllt, welcher den Schmelzleiter 105 vollständig umgibt und als Löschmittel zum Löschen und Kühlen des Schmelzleiters 105 im Falle einer Auslösung der Schmelzsicherung 100 dient. Der zweite Abschnitt 112 ist als Schutzkörper 114 ausgebil det, welcher zur Aufnahme einer Messeinrichtung 120 dient und einen hierfür vorgesehenen zweiten Aufnahmeraum 116 nach au ßen hin begrenzt. Da der Schutzkörper 114 lediglich dazu dient, die Messeinrichtung 120 aufzunehmen, zu fixieren und vor äußeren Beeinträchtigungen wie Feuchtigkeit und/oder Schmutz zu schützen, werden an die mechanische Stabilität des Schutzkörpers 114 deutlich geringere Anforderungen gestellt als an die des Druckkörpers 113. Der Schutzkörper 114 ist da bei fest mit dem Druckkörper 113 verbunden, wobei der erste Aufnahmeraum 115 und der zweite Aufnahmeraum 116 durch eine Trennwand 117 räumlich voneinander abgegrenzt sind. Bei der Trennwand 117 kann es sich um ein eigenständiges Bauteil han deln; es ist jedoch ebenso möglich, die Trennwand 117 als Be standteil des Druckkörpers 113 oder des Schutzkörpers 114 auszubilden. Entgegen der Längserstreckungsrichtung L ist der zweite Aufnahmeraum 116 durch ein weiteres Verschlusselement 104 verschlossen. Durch das weitere Verschlusselement 104 ist das als Messerkontakt ausgebildete untere Anschlusselement 103 durch den zweiten Aufnahmeraum 116 hindurch bis in den ersten Aufnahmeraum 115 hineingeführt und dort elektrisch leitend mit dem Schmelzleiter 105 verbunden.

Die Messeinrichtung 120 weist einen Stromwandler 121 sowie eine mit dem Stromwandler 121 verbundene Elektronikbaugruppe 122 auf. Der Stromwandler 121 ist ring- oder torusförmig aus gebildet und um das untere Anschlusselement 103 herum ange ordnet: wird die Schmelzsicherung 100 von einem Primärstrom durchflossen, so wird in dem Stromwandler 121 ein Induktions strom (Sekundärstrom) erzeugt, dessen Größe auf die Größe des Primärstroms rückschließen lässt. Mit Hilfe der mit dem

Stromwandler 121 verbundenen Elektronikbaugruppe 122 können diese Messwerte verarbeitet werden. Hierzu weist die Elektro nikbaugruppe 122 einem Mikroprozessor zur Verarbeitung oder Vorverarbeitung der ermittelten Messdaten auf. Darüber hinaus kann die Elektronikbaugruppe 122 auch eine Übertragungsein richtung aufweisen, um die Messdaten oder die verarbeiteten Daten an eine außerhalb der Schmelzsicherung 100 angeordnete Empfangseinrichtung (nicht dargestellt) - beispielsweise eine Leitwarte oder eine Datensammeleinrichtung - zu übertragen.

Um auf eine zusätzliche Energiequelle für die Datenverarbei tung Übertragung verzichten zu können, wird die für die

Elektronikbaugruppe 122 benötigte Energiemenge ebenfalls aus dem durch den Stromwandler 121 generierten Sekundärstrom ge wonnen. Um dabei ausreichend Energie bereitstellen zu können ist ein möglichst großes Stromwandler-Volumen erforderlich. Daher ist der Stromwandler 121 so gestaltet, dass seine Brei te in der radialen Richtung R maximiert ist, d.h. der Strom wandler 121 nutzt den im Schutzkörper 114 zur Verfügung ste henden Bauraum des zweiten Aufnahmeraumes 116 in der Breite möglichst vollständig aus. In der Längserstreckungsrichtung L entspricht die Höhe des Stromwandlers 121 der Höhe des zwei ten Aufnahmeraumes 116 abzüglich der Höhe der Elektronikbau gruppe 122. Mit anderen Worten: in der Längserstreckungsrich tung L wird der zweite Aufnahmeraum 116 durch den Stromwand ler 121 und die Elektronikbaugruppe 122 möglichst vollständig ausgenutzt. Auf diese Weise kann das Volumen des Stromwand lers 121 optimiert, d.h. so stark vergrößert werden, dass auch bei einem geringen Primärstrom eine zuverlässige Messung sowie Übertragung der Messdaten gewährleistbar ist.

Bei genauer Betrachtung der in Figur 3 gezeigten Schnittdar stellung wird deutlich, dass das oberen Anschlusselement 103 nicht exakt mittig, sondern etwas außermittig im Druckkörper 113 bzw. im Schutzkörper 114 angeordnet sind. Dies entspricht der normalen Anordnung der Anschlusselemente 103 einer her kömmlichen NH-Sicherung, wie vorstehend zu Figur 1 beschrie ben. Um das Volumen des Stromwandlers 121 maximieren zu kön nen ist das untere Anschlusselement 103 in radialer Richtung etwas schmaler ausgebildet, so dass es mittig im zweiten Auf nahmeraum angeordnet ist. Dadurch ist ein ring- oder torus förmiger Stromwandler 121 mit größerem Außendurchmesser ver wendbar, als dies bei einem außermittig angeordneten An schlusselement 103 der Fall wäre. Die Figuren 4 und 5 stellen Schnittdarstellungen im Grundriss dar. Bei dem in Figur 4 dargestellten Schnitt durch die

Elektronikbaugruppe 122 wird deutlich, dass die Elektronik baugruppe 122 an die Innenkontur des Schutzkörpers 114 ange passt ist, um auf diese Weise den im zweiten Aufnahmeraum 116 für die Elektronikbaugruppe 122 zur Verfügung stehende Bau raum optimal auszunutzen. Weiterhin weist die Elektronikbau gruppe 122 eine langlochartige Öffnung 123 auf, durch die das untere Anschlusselement 103 hindurchgeführt ist. Bei entspre chender Bemessung der Öffnung 123 ist dadurch die Elektronik baugruppe 122 hinsichtlich ihrer räumlichen Lage im zweiten Aufnahmeraum festgelegt, d.h. aufgenommen und gehaltert. Fer ner wird bei dem in Figur 5 dargestellten Schnitt durch den Stromwandler 121 deutlich, dass durch die mittige Anordnung des unteren Anschlusselements 103 der zweite Aufnahmeraum 116 in der radialen Richtung R fast vollständig ausgenutzt ist. Auf diese Weise ist eine äußerst kompakte Gestaltung der Mes seinrichtung realisierbar. In den Darstellungen der Figuren 4 und 5 ist die Innenkontur des Schutzkörpers 114 achteckig ausgeführt. Diese Formgebung ist jedoch nicht erfindungswe sentlich und stellt nur eine von vielen Möglichkeiten dar; abgerundete Querschnitte oder runde, zylindrische Formen kä men hierfür ebenfalls in Betracht.

In den Figuren 6 und 7 sind zwei weitere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Schmelzsicherung 100 schematisch darge stellt. Sie zeigen jeweils eine Schnittdarstellung durch die Elektronikbaugruppe 122 im Grundriss - korrespondierend zu Figur 4 des ersten Ausführungsbeispiels. Der prinzipielle Aufbau der Schmelzsicherung 100 sowie des Sicherungsgehäuses 110 entspricht dabei dem in den Figuren 2 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel. Der wesentliche Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel besteht in der unterschiedlichen Ausführung der Elektronikbaugruppe 122. In Figur 6 ist die Elektronikbaugruppe 122 ringförmig ausgebildet und damit an die Form des Stromwandlers 121 angepasst. Sie weist einen äu ßeren Radius r _a sowie einen inneren Radius ri auf, durch den das Anschlusselements 103 hindurchgeführt ist. Durch den in neren Radius ri ist die Öffnung 123 definiert. Der Stromwand ler 121 und die Elektronikbaugruppe 122 können dabei zu einer baulichen Einheit zusammengefasst sein, welche gemeinsam mon tiert, d.h. in den zweiten Aufnahmeraum 116 des Schutzkörpers 114 eingelegt und befestigt wird.

Figur 7 zeigt eine andere Ausführungsform der Elektronikbau gruppe 122. Diese ist - analog zur Darstellung in Figur 4 - an die Innenkontur des Schutzkörpers 114 angepasst, aller dings nicht über die gesamte Fläche. Die Öffnung 123 ist als offenes C ausgeführt, so dass die Elektronikbaugruppe 122 seitlich - d.h. in radialer Richtung - auf das Anschlussele ment 103 aufgesteckt werden kann. Dieses Ausführungsbeispiel soll verdeutlichen, dass die Elektronikbaugruppe 122 den ihr zur Verfügung gestellten Bauraum nicht zwingend nahezu voll ständig einnehmen muss; für den Fall, dass die Elektronikbau gruppe 122 entsprechend kompakt gestaltet werden kann, ist es ebenso möglich, nur Teile des zur Verfügung stehenden Bau raums (wie in Figur 7 dargestellt) auszufüllen. Die sich dar aus ergebende Form der Elektronikbaugruppe 122 ist dabei nicht erfindungswesentlich und nur beispielhaft als offenes C dargestellt .

Bezugszeichenliste

1 Schmelzsicherung

2 Schutzgehäuse / Druckkörper

3 Anschlusselement

4 Verschlusskappe

5 Schmelzleiter

6 Löschmittel / Löschsand

7 Engstellenreihe

8 Lotdepot

100 Schmelzsicherung

103 Anschlusselement

104 Verschlusselement

105 Schmelzleiter

110 Sicherungsgehäuse

111 erster Abschnitt

112 zweiter Abschnitt

113 Druckkörper

114 Schutzkörper

115 erster Aufnahmeraum

116 zweiter Aufnahmeraum

117 Trennwand

120 Messeinrichtung

121 Stromwandler

122 Elektronikbaugruppe / Leiterplatte

123 Öffnung r _a äußerer Radius

ri innerer Radius

L Längserstreckungsrichtung

R radiale Richtung