Beschreibung

Die Erfindung geht aus von einer Schmelzsicherung für Niederspannungsanwendungen zum Schutz von an ein Versorgungsnetz anschließbaren Einrichtungen, insbesondere von Überspannungsschutzgeräten, wie

Funkenstrecken oder Varistoren, bestehend aus mindestens einem, zwischen zwei Kontakten befindlichen, in einem Sicherungsgehäuse angeordneten Schmelzleiter sowie einem Kurzschlusshilfskontakt mit interner Trennstrecke zum Schmelzleiter gemäß Anspruch 1. Konventionelle Schmelzsicherungen werden in großen Stückzahlen und bei vielen Anwendungsfällen eingesetzt, um einen Überstrom- oder

Kurzschlussschutz für Kabel und Leitungen aber auch für angeschlossene Betriebsmittel sicherzustellen.

Darüber hinaus werden Sicherungen als Backup-Schutz für Überspannungs- ableiter im sogenannten Querzweig eingesetzt. Hier muss eine

entsprechende Sicherung den Schutz im Kurzschlussfall gewährleisten.

Durch den zunehmenden Einsatz und die Integration regenerativer

Energiequellen in Versorgungsnetzen treten zunehmend volatile

Kurzschlusswerte an den Installationsorten der Betriebsmittel je nach Einspeisesituation auf. Dies kann die Konsequenz nach sich ziehen, dass die erforderlichen Schmelz- bzw. Ausschaltintegrale die Sicherungen über einen weiten Bereich variiert werden müssen. Unter Umständen kann die gewählte Sicherung nicht mehr den Schutz unter allen denkbaren

Einspeisebedingungen sicherstellen. Die Anwendung der Methode„Kurzschluss" kann sehr begrenzt das

Problem der erwähnten volatilen Kurzschlusswerte lösen. Vielmehr wandelt die Methode„Kurzschluss" eine Undefinierte Impedanz des

Überspannungsschutzgerätes im Fehlerfall in eine definierte Impedanz um. Dies ist analog zu einem Kurzschließer zu sehen, welcher parallel zum Überspannungsschutz geschalten ist. Bei einer niederohmigen metallischen Verbindung kann die Sicherung mit dem Kurzschlussstrom des Netzes belastet werden und nur wenn dieser ausreichend groß ist, erfolgt durch die Sicherung eine definierte Abschaltung. In Netzen mit volatilen

Kurzschlussströmen ist dies nicht in jedem Fall gegeben.

Bei niederohmigem Kurzschluss wird die Sicherung mit dem verfügbaren maximalen Kurzschlussstrom belastet. Bei impedanzbehaftetem Kurzschluss sinkt die Strombelastung der Sicherung, wodurch die Abschaltung bei kleinen Strömen fraglich ist. Der Lichtbogen oder die Lichtbogenerosion zum Schmelzleiter wirkt impedanzähnlich, wodurch der Strom begrenzt wird. Hieraus resultiert gegebenenfalls eine verzögerte Abschaltung oder nur eine weitere lokale Schädigung des Schmelzleiters, wodurch sehr lange Lichtbogenzeiten bzw. eine Zerstörung der Sicherung durch die

Lichtbogenverlängerung eintreten mit der Folge höherer Restrisiken.

Grundsätzlich ist hier der Einsatz von Leistungsschaltern mit Auslösecharakteristik eine Alternative, jedoch sind diese Schalter wesentlich teurer als Sicherungen und insofern bereits aus Kostengründen nicht für alle Anwendungen geeignet.

Die speziellen Eigenschaften einer Schmelzsicherung ermöglichen

grundsätzlich nur sehr geringe Gestaltungsmöglichkeiten hinsichtlich einer Variation oder einer Einstellung des Schutzbereiches der Sicherung. Um den Einsatzbereich von Sicherungen anpassen und erweitern zu können, wurde bereits vorgeschlagen, den Stromleiter eines elektrischen Sicherungselementes mit Hilfe einer pyrotechnisch betriebenen

Trennvorrichtung zu durchtrennen. Die DE 42 11 079 AI zeigt eine derartige Lösung, bei der eine pyrotechnische Ladung gezündet wird, wenn der den Stromleiter der Sicherung durchfließende und von einer

Stromdetektionsvorrichtung erfasste Strom eine Stärke aufweist, die größer ist als ein vorgebbarer Schwellenwert.

Die DE 10 2008 047 256 AI offenbart eine Hochspannungssicherung mit einem ansteuerbaren Antrieb für eine Scherstange, welche mehrere

Engstellen zerstört. Die Ansteuerung kann dabei fehlerstromabhängig aus einer separaten Steuerung erfolgen. Die DE 10 2014 215 279 AI offenbart eine Schmelzsicherung für eine zu schützende Einrichtung, welche mit der Schmelzsicherung in Reihe geschalten ist.

Bezogen auf die Dimensionierung von Schmelzsicherungen verweist die DE 10 2014 215 279 AI auf das Schmelzintegral I ² t. Demnach ist das Aufschmelzen eines Schmelzleiters durch seine Material- und Geometrieeigenschaften bestimmt, so dass je nach Material und/oder Geometrie des Schmelzleiters eine jeweilige Wärmemenge Q zur Verdampfung des

Schmelzleiters notwendig ist. Besondere Anforderungen gelten für den Fall, in dem das von der

Sicherung zu schützende Gerät eine Überspannungsschutzeinrichtung ist, denn diese soll kurzfristig hohe Ströme passieren lassen, ohne dass die Schmelzsicherung auslöst, zugleich aber auch bei gering andauernden Fehlerströmen, wie sie zum Beispiel bei einer Schädigung der

Überspannungsschutzeinrichtung oder als Netzfolgestrom auftreten können, frühzeitig abschalten. Die erste der genannten Anforderungen führt häufig zu hohen Bemessungsstromwerten der Sicherung. Die zweite der genannten Anforderungen ist nur mit geringen Nennstromwerten sinnvoll zu realisieren. Unter Beachtung dieser Problematik verweist die DE 10 2014 215 279 AI auf eine Weiterbildung einer Schmelzsicherung dergestalt, dass zusätzliche Kontakte vorgesehen sind, wobei einer der Zusatzkontakte einen Triggerkontakt darstellt, um den Schmelzleiter mittelbar oder unmittelbar zum Schmelzen zu veranlassen. Darüber hinaus kann der Schmelzleiter im Bereich eines der weiteren Kontakte eine Sollbruchstelle aufweisen. Der Schmelzleiter ist bei einer Ausführungsform mit einem Löschmedium, insbesondere mit Sand, zumindest abschnittsweise umgeben.

Zwischen dem Zusatzkontakt und dem Schmelzleiter wird ein Lichtbogen gezündet, wodurch ein Stromfluss in einem Hilfspfad parallel zur zu schützenden Einrichtung entsteht. Durch diesen Parallelpfad wird die zu schützende Einrichtung entlastet und die Strombelastung des

Schmelzleiters erhöht. Diese kann dann zu einer schnelleren

Stromabschaltung durch die Sicherung führen. Die Wirkung ist hier ähnlich derjenigen bekannter separater Kurzschließer. Im Unterschied zu einem Kurzschließer ist die Impedanz des Pfades unter anderem durch den relativ langen Lichtbogen, welcher die Trennstrecke zwischen Hilfskontakt und Schmelzleiter überbrückt, jedoch erhöht, so dass die Wirksamkeit der Stromerhöhung begrenzt bleibt. Eine Abschaltung der Sicherung kann damit nicht unter allen Bedingungen gewährleistet werden.

Die DE 10 2013 005 783 AI zeigt eine Einrichtung zum betriebsspannungsunabhängigen Erzeugen eines sicheren, niederohmigen elektrischen

Kurzschlusses. Diese Einrichtung geht von zwei elektrischen, insbesondere plattenförmigen Anschlussteilen aus, welche ein unterschiedliches

Potential führen. Zwischen den Anschlussteilen ist eine Isolationsstrecke ausgebildet. Der Kurzschluss ist über eine, mindestens teilweise

Durchdringung oder ein Zerstören der Isolationsstrecke realisierbar.

Die Anschlussteile sind gemäß der vorbekannten Lösung eng benachbart und unter Einschluss der Isolationsstrecke angeordnet. Die

Isolationsstrecke ist als Isolationsfolie oder folienartige Beschichtung ausgebildet. Weiterhin befindet sich in unmittelbarer Nähe der

Isolationsstrecke eine exotherme Masse, welche bei

Energiebeaufschlagung ihre exotherme Energie freisetzt und zum

Schmelzen oder Deformieren der Isolationsstrecke führt, so dass die

Potentialtrennung zwischen den Anschlussteilen aufgehoben ist und der gewünschte Kurzschlussfall entsteht.

Eine Einrichtung mit einer internen Kurzschließerfunktion entsprechend DE 10 2013 005 783 AI benötigt zur Unterbrechung des Kurzschlusses eine abgestimmte separate, externe Überstromschutzeinrichtung.

Aus dem Vorbenannten ist es Aufgabe der Erfindung, eine

weiterentwickelte Schmelzsicherung für Niederspannungsanwendungen zum Schutz von an ein Versorgungsnetz anschließbaren Einrichtungen, insbesondere Überspannungsschutzgeräten, anzugeben. Die

Schmelzsicherung besteht hierbei aus zwischen zwei Kontakten

befindlichen, in einem Sicherungsgehäuse angeordneten, mindestens einen Schmelzleiter sowie einem Kurzschlusshilfskontakt mit interner

Trennstrecke zum Schmelzleiter. Die anzugebende Schmelzsicherung soll platzsparend und kostengünstig realisiert werden und über den

Hilfsanschluss oder Hilfskontakt die Möglichkeit des Auslösens eines Kurzschlussstromes besitzen. Dabei soll auf externe, kurzschlusstragfähige Schalter verzichtet werden. Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch eine Schmelzsicherung gemäß der Merkmalskombination nach Anspruch 1, wobei die

Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und

Weiterbildungen umfassen.

Die erfindungsgemäße Sicherung ist insbesondere für den Einsatz im Querzweig in Kombination mit Überspannungsschutzgeräten vorgesehen. Die Möglichkeit der aktiven Ansteuerung des Kurzschluss-Hilfspfades erfolgt über eine Zerstörung eines Isolationselementes, insbesondere ausgebildet als Isolationsfolie, und zwar unter Rückgriff auf eine

exotherme Reaktion. Das eingesetzte Isolationselement, insbesondere die Isolationsfolie, erfüllt die notwendigen elektrischen Anforderungen an eine Isolationsstrecke für den Einsatz im Querzweig, so dass keine zusätzlichen externen

Schalteinrichtungen notwendig werden.

Erfindungsgemäß kann sowohl ein metallischer, niederohmiger Kurzschluss zwischen dem oder den Schmelzleitern und dem Hilfskontakt aber auch ein Kurzschluss mit Impedanz und Funkenbildung realisiert werden.

In Ausgestaltung der Erfindung ist das Isolationselement vor einer thermischen Schädigung bei Impulsbelastungen aufgrund Erwärmung des oder der Schmelzleiter geschützt. Damit der Kurzschlusspfad der Schmelzsicherung bei Normalfunktionen nicht anspricht, werden erfindungsgemäß die Anforderungen an die

Trennstrecke erfüllt, ohne dass externe kurzschlusstragfähige Schalter eingesetzt werden müssen. Die erfindungsgemäße Schmelzsicherung kann einen oder mehrere parallele Schmelzleiter aufweisen. Die Schmelzleiter können innerhalb des Sicherungsgehäuses von einem Löschmedium umgeben sein.

Der oder die Schmelzleiter können über konventionelle Engstellen verfügen. Alternativ oder ergänzend besteht die Möglichkeit, die

Engstellen zu modifizieren, das heißt die die Länge der Engstellen des Schmelzleiters bei gleichem Querschnitt zu erhöhen, so dass kurze

Schmelzzeiten bei kleinen Überströmen erreichbar sind, was zu einer vorteilhaften Absenkung der Nennstromstärke der Sicherung bei gleicher Impulsstromtragfähigkeit führt.

Es besteht darüber hinaus die Möglichkeit, die erfindungsgemäße

Schmelzsicherung ergänzend als triggerbare Schmelzsicherung

auszuführen, wobei eine Triggereinrichtung zum gesteuerten Auftrennen des Schmelzleiters bei Fehlfunktionen oder Überlastzuständen der jeweils angeschlossenen Einrichtung aktiviert wird. Diesbezüglich kann

beispielsweise ein Abschnitt des Schmelzleiters im Sicherungsgehäuse freiliegend ausgebildet werden, wobei über einen Zugang im Gehäuse ein mechanisches Trennelement in den löschmittelfreien Bereich einbringbar ist, um in Abhängigkeit von der Triggereinrichtung den mindestens einen Schmelzleiter unabhängig von seinem Schmelzintegral mechanisch zu zerstören.

Ein solches Trennelement kann als Klinge oder Schneide ausgebildet werden. Ebenso ist es möglich, das Trennelement von einem

Brückenzünder in Richtung Schmelzleiter anzutreiben. Diesbezüglich kann der mindestens eine Schmelzleiter eine Vielzahl an sich bekannter elektrischer Engstellen aufweisen, wie oben bereits erwähnt, welche auf die Nennbelastung der jeweiligen Sicherung ausgelegt sind. Weitere, zusätzliche geometrische Engstellen können vorgesehen werden, welche auf Zug beansprucht in Abhängigkeit von der Triggereinheit durch Zerreißen auftrennbar sind.

An dieser Stelle kurz zusammenfassend ist bei der erfindungsgemäßen Schmelzsicherung innerhalb des Sicherungsgehäuses mindestens eine extern aktivierbare Schalteinrichtung zur Überwindung der Trennstrecke ausgebildet, um einen niederohmigen oder impedanzbehafteten

Kurzschluss auszulösen.

Die Schalteinrichtung weist ein die Trennstrecke bildendes

Isolationselement auf, welches durch einen exothermen Aktivator eine Zustandsänderung erfährt und der Aktivator mit mindestens einem

Steueranschluss in Verbindung steht.

Das Isolationselement kann als Isolationsfolie ausgebildet werden.

Der exotherme Aktivator kann ebenfalls als Folie, hier als Reaktionsfolie, realisiert werden, wobei die Reaktionsfolie mit einer Zündeinrichtung in Verbindung steht.

Der exotherme Aktivator kann einen Brückenzünder aufweisen, welcher unmittelbar oder mittelbar das Isolationselement zerstört.

Der Brückenzünder kann weiterhin ein leitfähiges Element zur Überwindung der Trennstrecke antreiben, wodurch der gewünschte Kurzschluss auslösbar ist.

Die Zündeinrichtung weist bevorzugt ein bei Stromfluss sich erhitzendes Zündelement auf, wobei das Zündelement mit dem mindestens einen Steueranschluss in Verbindung steht. Im Sicherungsgehäuse können mehrere Schmelzleiter parallel zueinander ausgebildet werden, wobei die mehreren Schmelzleiter durch eine sich am Sicherungsgehäuse abstützende, im Gehäuse befindliche Scheibe geführt sind. Die Schalteinrichtung kann sich dann an oder auf der Scheibe befinden. Der oder die Schmelzleiter weisen über ihre jeweilige Längenausdehnung Abschnitte mit reduzierter Fläche und/oder reduziertem Querschnitt auf. Die erfindungsgemäße Schalteinrichtung ist jedoch außerhalb dieser flächen- und/oder querschnittsseitig reduzierten Abschnitte befindlich. Bei einem zylindrischen Sicherungsgehäuse kommen bevorzugt stirnseitig kappenförmige Kontakte zum Einsatz, wobei der Kurzschlusshilfskontakt über einen der kappenförmigen Kontakte geführt ist. Diesbezüglich kann ein isolierter, abgetrennter Bereich in der jeweiligen Kappe ausgebildet werden, der den Hilfskontakt bildet. Ergänzend besteht die Möglichkeit, den mindestens einen Steueranschluss ebenfalls über einen der

kappenförmigen Kontakte zu führen. Dies kann entweder über einen ebenfalls isolierten Kontaktabschnitt erfolgen oder es kann eine

Durchführung zur Aufnahme eines Steuerleitungsanschlusskabels

vorhanden sein.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen von Figuren näher erläutert werden.

Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Schmelzleiter für eine Kapselsicherung mit Engstellen;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung durch eine Schmelzsicherung mit

kappenförmigen Kontakten und integrierter Schalteinrichtung;

Fig. 3 einen weitergebildeten Schmelzleiter für eine Kapselsicherung mit

Engstellen und zusätzlicher Fläche zur Positionierung der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung;

Fig. 4a eine Detaildarstellung der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung in

Stapelanordnung unter Weglassung des Sicherungsgehäuses nebst Anschlusskappen zur leichteren Erkennbarkeit;

Fig. 4b beispielhafte Ausführungsformen der Zündeinrichtung mit einem bei Stromfluss sich erhitzenden Zündelement A; B;

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schmelzsicherung in prinzipieller Darstellung und im Längsschnitt mit zwei im Wesentlichen parallel verlaufenden Schmelzleitern, die von einer Scheibe geführt sind, wobei die Schalteinrichtung sich auf der Scheibe befindet;

Fig. 6a; 6b eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen

Schmelzsicherung mit Sicherungsgehäuse und kappenförmigen Anschlusskontakten in einer Ausbildung mit zwei Schmelzleitern nebst Scheibe zur Führung der Schmelzleiter, wobei ein

Brückenzünder als Aktivator Verwendung findet, welcher das Isolationselement zerstört und über ein bewegliches Teil, welches leitfähig ist, den Kurzschlusszustand herstellt, wobei Fig. 6a den Normalzustand der Schalteinrichtung vor dem Schließen und die

Fig. 6b den Zustand der Schalteinrichtung nach dem Schließen, das heißt dem Kurzschlussfall, illustriert.

Es ist bekannt, dass Überspannungsschutzgeräte oder

Überspannungsschutzelemente Funkenstrecken oder Varistoren,

Suppressordioden, Gasabieiter, Kapazitäten und nicht-lineare Widerstände sowie deren Kombinationen einsetzen. Die vorbekannten Elemente besitzen im Allgemeinen ein nicht-lineares Ansprechverhalten bzw. eine nichtlineare Kennlinie. Bei häufigem Ansprechen der

Überspannungsschutzelemente bzw. bei Überlast infolge zu hoher bzw. zu lange andauernder Überspannungen oder Überströmen kann es zur allmählichen Alterung bzw. zur Zerstörung der entsprechenden

Überspannungsschutzgeräte kommen.

Die Ursachen für eine solche Überlastung sind vielfältiger Art und häufig spezifisch für den jeweiligen Schutzgerätetyp. Beim Einsatz von Varistoren als Überspannungsschutzelemente besteht die Gefahr, dass diese bei allmählicher Alterung durch sehr kleine Leckströme über einen längeren Zeitraum zerstört werden. Als Schutz gegen solche Belastungen werden bekannte thermische Abtrennvorrichtungen

eingesetzt. Die thermischen Abtrennvorrichtungen können innerhalb ihres

Schaltvermögens bei kleinen Leckströmen im Bereich von Milliampere bis einigen Ampere und im Nennspannungsbereich des Varistors einen ausreichenden Schutz realisieren. Wird der Varistor mit Impulsströmen oberhalb seines Leistungsvermögens bzw. mit extrem hohen Strom- und Spannungssteilheiten belastet, kann der Varistor durchschlagen oder überschlagen werden. Bei der Belastung mit lang andauernden transienten bzw. netzfrequenten Überspannungen, kann es zum thermischen

Durchlegieren oder zum Durchschlagen des Varistors nach einer Zeit von einigen 10 ms kommen. Derartige Fehlerzustände können durch die üblichen thermischen Abtrennvorrichtungen nicht beherrscht werden, da deren Ansprechzeit mehrere Sekunden beträgt. Aus diesem Grunde ist es bekannt, Varistoren in Reihenschaltung mit einer konventionellen elektrischen Schmelzsicherung oder Schaltgeräten zu betreiben.

Die Hersteller von Varistoren geben für einen ausreichenden Schutz häufig den maximalen Nennstromwert von Vorsicherungen an. Übliche Schmelz- Sicherungen sprechen bei Nennstrombelastung im Allgemeinen bereits deutlich unterhalb ihres theoretischen adiabatischen Schmelzintegralwertes an. Bei kurzen aber hohen Impulsströmen, mit denen die Varistoren belastet werden, liegt jedoch die Belastungsgrenze der Varistoren bereits deutlich über den theoretischen Werten der Sicherungen und somit weit über den praktischen Maximalwerten. Das heißt, Impulswerte, welche die Varistoren problemlos mehrfach ableiten, können bereits bei einmaliger Belastung zur Zerstörung der Vorsicherung führen. Aus diesem Grunde wird von Herstellern von Varistoren häufig empfohlen, größere,

leistungsstärkere Sicherungen einzusetzen. Dies kann jedoch im Fehlerfall aufgrund der höheren I ² t-Belastung, welche infolge der zu späten

Auslösung auftritt, zu erheblichen Geräteschäden führen.

Aufgrund des Einsatzes der Sicherungen im Querzweig, das heißt ohne Dauerstrombelastung, ist es möglich, Sicherungen oder

Abtrenneinrichtungen so zu gestalten, dass trotz gleicher

Impulsstromtragfähigkeit die Nennstromstärke der Sicherung stark reduziert werden kann, wodurch sich der Schutzbereich bereits deutlich erweitert. Sicherungen mit Nennstromstärken im Bereich kleiner 100 A bei passiven Verhalten sind nicht in der Lage, einen vollständigen Schutz für

Überspannungsschutzgeräte zu realisieren. Bei Berücksichtigung einer Brand- bzw. Lichtbogengefahr müssen Ströme von einigen Milliampere bis hin zu maximalen Kurzschlussströmen sicher und schnell unterbrochen bzw. kurzgeschlossen werden. Die treibende Netzspannung kann hierbei sogar oberhalb der Netzspannung liegen. Die vorstehend genannte

Problematik wird häufig durch eine Kombination verschiedener

Schutzeinrichtungen umgangen bzw. gelöst. Die Kombination von mehreren Schutzeinrichtungen bedarf jedoch einer funktionalen Abstimmung und erfordert zusätzlichen Platzbedarf. Mit dem Wirksamwerden einer

Schutzeinrichtung außerhalb ihres Schaltvermögens oder auch dem zeitgleichen Ansprechen von zwei verschiedenen Schutzreinrichtungen kann eine Gefährdung der Umgebung häufig nicht sicher ausgeschlossen werden.

Aus diesem Grunde wurde bereits vorgeschlagen, triggerbare Sicherungen einzusetzen. Damit Sicherungen nach der Abschaltung eine möglichst hohe Spannungsfestigkeit besitzen, ist die Lichtbogenbildung an mehreren Engstellen, wie sie im Allgemeinen bei Kurzschlussstromabschaltungen auftreten, erforderlich. In Geräten mit entsprechender Kurzschlussleitung kann dies durch bekannte Sicherungen mit Hilfsanschluss zum

Kurzschließen der zu schützenden Einrichtung bewerkstelligt werden.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel beruht die vorgeschlagene Lösung auf einem oder mehreren parallelen Sicherungsschmelzleitern, bevorzugt angeordnet in einem Löschmedium. Die Schmelzleiter besitzen Engstellen in Reihe, deren Anzahl der üblichen Auslegung für die entsprechende Nennspannung der Sicherung entspricht.

Die erfindungsgemäßen Sicherungen besitzen einen dritten,

kurzschlussstromtragfähigen Anschluss, welcher radial oder axial nach außen geführt ist. Innerhalb der Sicherung befindet sich die

erfindungsgemäße Schalteinrichtung, welche aktiv aber gegebenenfalls auch passiv betätigbar ist. Diese Schalteinrichtung erfüllt die Anforderungen bezüglich der

Spannungsfestigkeit für die Anwendung im Querzweig. Mindestens entspricht die Spannungsfestigkeit dem Schutzpegel des zu schützenden Abieiters bei Normalfunktion. Die Schalteinrichtung ist dabei so ausgeführt, dass ein bevorzugt

metallischer Kurzschluss zwischen dem Hilfsanschluss und dem

Hauptschmelzleiter realisiert wird.

Gemäß einer ersten Ausführungsform wird der Schalter für eine geringe Reaktionszeit als Kurzschließer auf der Basis einer exotherm reagierenden Folie oder aber auf der Basis unter Nutzung eines Brückenzünders ausgeführt. Diese Lösungsansätze begrenzen den Aufwand für die

Aktivierung und den Energiebedarf auf ein Mindestmaß.

Bei dem Einsatz von parallelen Schmelzleitern kann durch eine interne Kurzschlussbrücke mit einem einzigen Schalter gearbeitet werden. Die Kurzschlussbrücke kann niederohmig aber auch impedanzbehaftet ausgeführt sein.

Die höchsten Anforderungen an die Kurzschlussstromtragfähigkeit des Kurzschlusshilfskontaktes bei der Anwendung mit

Überspannungsschutzgeräten sind gebunden an die erforderliche

Impulsstromtragfähigkeit des oder der Schmelzleiter, bei welcher keine Auftrennung der Sicherung im Schmelzleiter bewirkt werden soll.

Die Dimensionierung der Schmelzleiter bestimmt unter anderem auch die Zeit/Strom-Kennlinie. Der Hilfskontakt der Sicherung und somit auch der gesamte Kurzschlusspfad besitzt eine Stromtragfähigkeit, welche dieser Kennlinie zumindest im Bereich der zu erwartenden Kurzschlussströme genügt.

Die Impulsstrombelastungen bei Abieitern auf Varistorbasis sind gegenüber einem Abieiter auf der Basis von Funkenstrecken geringer. Im Allgemeinen wird bei Blitzableitern eine maximale Belastung von 100 kA 10/350 ps erreicht. Bei üblichen Wechselspannungsnetzen bedeutet dies für die einzelne Funkenstrecke eine Belastung von 25 kA 10/350 ps. Der Schmelzleiter einer Sicherung soll bei der beschriebenen Anwendung der vorstehend erwähnten Anforderung genügen.

Bei einer üblichen NH-Sicherung entspricht diese Anforderung ca. einer Sicherung mit einer Nennstromstärke von 315 A. Bezüglich der

Nennspannung der Sicherung wird eine Spannung im Bereich der

verketteten Spannung des Netzes, in denen die Abieiter eingesetzt werden, gewählt. Damit ist die Sicherung in einem üblichen 230/400 V Netz für eine Spannung von 400 V geeignet.

Vorteilhaft bei Erzeugung des Kurzschlusses zur Abschaltung einer

Sicherung ist die Reduzierung der Nennstromstärke der Sicherung bzw. die Gestaltung einer flachen Zeit/Strom-Kennlinie. Dies erlaubt eine

Verbesserung der Selektivität zu vorgeordneten

Überstromschutzeinrichtungen, insbesondere bei begrenzten

Kurzschlussströmen. Zusätzlich kann die Lichtbogenerosion zwischen Schmelzleiter und Hilfskontakt genutzt werden, um insbesondere bei kleinen Strömen schneller eine hinreichende Trennstrecke zu erreichen.

Die Fig. 1 zeigt einen üblichen Schmelzleiter für eine Schmelzsicherung, ausgeführt als bandförmiger Schmelzleiter 1 mit Engstellen 2, die zu einer Flächen- bzw. Querschnittsreduzierung im entsprechenden Bereich führen. Die prinzipiell dargestellten Engstellen 2 gemäß Fig. 1 sind bereits im Vergleich zu bekannten Engstellen in Längsrichtung des Schmelzleiters 1 länger ausgeführt. Dies ergibt eine vorteilhafte Absenkung der

Nennstromstärke der Sicherung bei gleicher Impulsstromtragfähigkeit.

Die Fig. 2 zeigt nun einen Längsschnitt durch eine Schmelzsicherung mit Sicherungsgehäuse 6 und kappenförmigen Anschlusskontakten 9. Innerhalb des Sicherungsgehäuses 6 ist die erfindungsgemäße, extern aktivierbare Schalteinrichtung befindlich.

Der gezeigte Schmelzleiter 1 weist die bereits erläuterten Engstellen 2 in einem Teilabschnitt seiner Längsausdehnung auf. In dem von Engstellen nicht besetzten Abschnitt des Schmelzleiters 1 ist ein Kurzschlusshilfskontakt 3 unterhalb des Schmelzleiters und ein weiterer Kurzschlusshilfskontakt 3 oberhalb des Schmelzleiters 1 befindlich.

Weiterhin ist eine Sandwichanordnung aus einer Isolationsfolie 4 und einer exothermen Reaktionsfolie 5 innerhalb des Gehäuses 6 der Sicherung befindlich.

Die exotherme Reaktionsfolie 5 ist mit einer Zündeinrichtung 7 in

Verbindung stehend, welche über ein oder mehrere Steuerleitungen 8 ansteuerbar ist. Zusätzlich können nicht gezeigte passive

Zündmöglichkeiten vorgesehen sein.

Im dargestellten Fall nach Fig. 2 erfolgt die Zündung mit einem

Zündelement, welches bei einer kleinen Stromstärke überlastet wird und einen Lichtbogen bildet (siehe Fig. 4b). Die Zündung kann auch mit einem Überschlag durch eine Funkenstrecke, einen Übertrager oder dergleichen bzw. mittels eines thermischen Heizkreises erfolgen.

Der von außen zugängliche Teil des Kurzschlusshilfskontaktes 3 befindet sich in einem Wandabschnitt des Gehäuses 6, kann aber auch wie in den Fig. 6a und 6b gezeigt, isoliert im Bereich einer der Anschlusskappen 9 herausgeführt werden. Die Schalteinrichtung gemäß Fig. 2 oberhalb des Schmelzleiters 1 geht von einer Reaktionsfolie 5 aus, die nahezu in direktem Kontakt mit dem Schmelzleiter 1 steht. Bei dieser Anordnung wird sichergestellt, dass die Reaktionsfolie 5 bei Erwärmung des Schmelzleiters 1 bei Impulsbelastung nicht ungewollt ausgelöst wird bzw. nicht geschädigt ist. Ist dies aufgrund von Belastungen oder der gegebenen Konstruktion nicht oder nur eingeschränkt möglich, kann durch eine beispielhafte Anordnung unterhalb des Schmelzleiters 1 mit einem elektrisch leitfähigen

gegebenenfalls auch impedanzbehafteten Teil 10 eine Vermeidung einer zu starken Temperaturbelastung erfolgen. Die Isolationsfolie 4 ist so bemessen, dass die Betriebsspannung des Netzes und auch die übliche Funktion des Überspannungsschutzes keinen Überschlag durch Durchschlag bedingen. Eine kurzzeitige

Temperaturbelastung, beispielsweise bei Impulsbelastungen, führt nicht zu einer thermischen Schädigung der Isolationsfolie und damit nicht zur

Auslösung einer exothermen Reaktion. Bei höheren Belastungen und somit stärkeren oder längeren Temperaturerhöhungen ist eine Zündung jedoch durchaus gewünscht. Hierfür kann die Stapelanordnung„Isolationsfolie - Reaktionsfolie" getauscht werden. Um die thermische Belastung der Isolationsfolie 4 bei einer Anordnung entsprechend Fig. 2 oberhalb des Schmelzleiters 1 zu reduzieren, kann die Folie 4 im Bereich des unverminderten Querschnittes des Schmelzleiters angebracht werden (wie dargestellt). Der Schmelzleiter kann aber auch über zusätzliche Kühlflächen, beispielsweise in Form von Verbreiterungen, verfügen.

Zusätzlich kann zwischen Schmelzleiter und Isolationsfolie ein weiteres Material angeordnet werden, welches eine Wärmebarriere bildet.

Die Fig. 3 zeigt analog zur Darstellung nach Fig. 1 einen bandförmigen Schmelzleiter 1 mit Engstellen 2. Der weitergebildete Schmelzleiter 1 weist eine Flächenvergrößerung 11 auf. Dadurch besteht die Möglichkeit, die erfindungsgemäße

Schalteinrichtung in diesem Bereich 11 am Schmelzleiter zu fixieren.

Die Fig. 4a illustriert eine Seitenansicht eines Schmelzleiters 1 mit erfindungsgemäßer Schalteinrichtung unter Weglassung des Sicherungs- gehäuses und der Anschlusskappen.

Gemäß der Darstellung nach Fig. 4a ist die Schalteinrichtung als

Stapelanordnung ausgebildet.

Diesbezüglich befindet sich die Reaktionsfolie 5 oberhalb der

Isolationsfolie 4 und wird in geeigneter Weise mittels Zündeinrichtung 7, welche über Anschlüsse 8 angesteuert wird, verbunden. Durch die Anordnung des Elementes 10 zwischen Schmelzleiter 1 und Isolationsfolie 4 wird letztere vor einer thermischen Überlastung

geschützt.

Zusätzlich kann ein minimaler Spaltbereich 12 zwischen Schmelzleiter 1 und Isolationsfolie 4 bzw. dem Teil 10 vorgesehen werden. Die Auslegung dieses Spaltbereiches kann dabei so erfolgen, dass bei Betätigung des Schalters der Spaltbereich 12 passiv überschlagen wird.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 4a ermöglicht prinzipiell auch eine

Anordnung der Schalteinrichtung unmittelbar in der Nähe einer der

Engstellen 2.

Die Fig. 4b zeigt in verschiedenen Ansichten Gestaltungsvarianten für eine Zündeinrichtung mit einem Zündelement A bzw. B.

Das Zündelement A kann zum Beispiel als gedruckter Schmelzleiter auf einer Leiterplatte realisiert werden. Bei der in Fig. 4b unteren Darstellung ist das Zündelement B in einer Ausfräsung einer Leiterplatte als Draht angeordnet, welcher bei entsprechendem Stromfluss einer Erwärmung unterliegt, so dass die exotherme Reaktion der Reaktionsfolie ausgelöst werden kann.

Die gezeigten Varianten gemäß Fig. 4b mit Anordnung und Aufbau einer Zündeinrichtung 7 auf Leiterplatten erlaubt eine sehr einfache Integration in dem bevorzugten Sandwichaufbau der erfindungsgemäßen

Schalteinrichtung.

Bei der Darstellung gemäß Fig. 5 wird von einer Schmelzsicherung mit Gehäuse 6 und kappenförmigen Kontakten 9 ausgegangen, wobei zwei parallel verlaufende Schmelzleiter 1 vorhanden sind.

Die Schmelzleiter 1 werden durch eine gemeinsame Scheibe 13 aus elektrisch gut leitendem bzw. impedanzbehafteten Material geführt. Die Scheibe 13 stützt sich an der Innenwandung des Sicherungsgehäuses 6 ab. Die erfindungsgemäße Schalteinrichtung befindet sich auf bzw. an der Scheibe 13.

Beim Schließen der Schalteinrichtung fließt ein Strom zum Hilfskontakt 3 über beide Schmelzleiter 1. Bei einem impedanzbehafteten Material kann es zusätzlich zu einem Lichtbogen im Durchführungsbereich zwischen der Scheibe 13 und den Schmelzleitern 1 kommen, wodurch insbesondere bei der Anbringung im Engstellenbereich zu eine stärkere Schädigung des Schmelzleiters bewirkbar ist. Die Scheibe 13 kann aus Metall, aber auch aus leitfähiger Keramik bzw. aus Graphit bestehen.

Neben einer Schalteinrichtung mit exothermer Reaktionsfolie in Sandwichanordnung sind auch Schalteinrichtungen unter Nutzung eines

Brückenzünders möglich, wie dies anhand der Figuren 6a und 6b illustriert ist. Bei Anwendung und Nutzung eines Brückenzünders 17 wird die

Ausdehnung der Gase infolge der Erwärmung bei Zündung genutzt, um ein metallisches Teil 16 in Kontakt mit dem Schmelzleiter 1 bzw. mit der Scheibe 13 zu bringen.

Hierbei überbrückt das metallische Teil 16 die Distanz zum Hilfskontakt 3 bzw. durch eine Isolationsfolie zwischen den vorgenannten Teilen.

Die Fig. 6a und 6b zeigen diesbezüglich eine Folienisolation 14.

In der gezeigten Sicherung gemäß den Fig. 6a und 6b kann die Einführung des Hilfskontaktes 3 und der Ansteuerleitungen 8 axial durch eine der Anschlusskappen 9 erfolgen. Der Hilfskontakt 3 ist beispielsweise mit einem Isolationsteil 15 von der Kappe 9 elektrisch getrennt. Innerhalb der Sicherung befindet sich in der Nähe der Scheibe 13 ein Bereich ohne Löschmittelfüllung. In diesem Bereich ist die Isolationsfolie 14 angebracht, welche durch den

Hilfskontakt 3 von der Scheibe 13 isoliert wird. Im Bereich des Hilfskontaktes 3 ist das erwähnte bewegliche Teil 16 integriert, in welchem sich der Brückenzünder als Aktor 17 befindet.

Das Teil 16 wird im aktivierten Fall in Richtung Folie 14 und Scheibe 13 bewegt. Hierbei wird die Isolationsfolie 14 zerstört. Insofern kann das Teil 13, das heißt die Scheibe, aber auch das leitfähige Teil 16 mit einer Kerbeinrichtung versehen sein, um die Isolationsfolie 14 schnell und sicher zu zertrennen.

Die Bewegung des Teiles 16 wird an der Scheibe 13 gestoppt. Die Scheibe 13 ist über das metallische Teil 16 mit dem Hilfsanschluss 3 elektrisch leitfähig verbunden. Diese Verbindung kann formschlüssig unterstützt werden. Eine weitere Verbesserung der Verbindung ist dann möglich, wenn gezielt eine Deformation des metallischen Teiles 16 erfolgt bzw.

unterstützt wird.

Die Stromtragfähigkeit dieser Ausführungsform ist mit der gewünschten Zeit/Strom-Kennlinie und der Sicherung bei Kurzschlussströmen in

Übereinstimmung gebracht.

Die Fig. 6a zeigt den Normalzustand der Schalteinrichtung und der

Sicherung vor dem Kurzschluss und die Fig. 6b den Zustand des Schalters bzw. der Schalteinrichtung im Kurzschlussfall. Zur Betätigung der Schalteinrichtung können aber auch Formgedächtnislegierungen oder andere form-, geometrie- oder volumenändernde

Materialien zur Aktivierung genutzt werden.

Wenn die Sicherung bezogen auf den Kurzschlussfall mittels

Formgedächtnislegierung oder Brückenzünder oder aber Reaktionsfolie aktiviert wird, kann dies über einen anteiligen Strom erfolgen. Dieser Strom kann aus dem anliegenden Netz oder einem separaten

Energiespeicher gewonnen werden. Bei Brückenzündern kann die

notwendige Energie aber auch galvanisch getrennt durch einen Übertrager bereitgestellt werden.