Gegenstand der Erfindung ist eine Hochspannungs-Dickfilmsicherung mit einem Substrat mit hoher Schaltleistung, die zum Schutz von in der Starkstromtechnik verwendeter elektrischer Hochspannungsausrüstung und -systemen und insbesondere zum Schutz von Trans formatorsystemen verwendet werden kann.

Zum Schutz von elektrischen Hochspannungssystemen werden typischerweise Hochspannungssicherungen verwendet, die ein rohrförmiges Isolationsrohr verwenden, worin sich ein isolierender Keramikträger mit einem spiralförmig aufgewickelten Schmelzelement in Form eines Streifens befindet. Das isolierende Gehäuse ist an beiden Enden durch Anschlusskappen fest verschlossen. Freier Raum zwischen der Außenfläche des Keramikträgers und der Innenfläche des isolierenden Gehäuses ist vollständig mit einem Lichtbogenlöschmedium gefüllt. Freie Enden der Streifen-Schmelzelemente sind an Metallanschlüsse angeschlossen, die mit den Metallanschlusskappen verbunden sind, womit die Sicherung in den Stromkreis des geschützten elektrischen Systems eingegliedert wird. Abhängig von der Sicherungseinstufung umfassen Schmelzelemente eine spezifische Anzahl wiederkehrender Module. Die Module enthalten Schmelzelement-Überlastungspunkte, die durch in beide Ränder des Schmelzelements gemachte geeignete Kerben gemacht werden. Die Form dieser Kerben und ihre richtige Anordnung beeinflussen den Bereich der Funktionsparameter der Sicherung erheblich. Die beschriebenen Hochspannungssicherungen erfordern die Anwendung eines präzisen Produktionsprozesses zum Formen wiederkehrender (innerhalb der erforderlichen Toleranz) Verengungen in dem Sicherungsstreifen sowie einen zeit- und arbeitsaufwendigen Vorgang, der notwendig ist, um Schmelzelemente auf isolierende Keramikträger aufzuwickeln.

Neben typischen Hoch- und Mittelspannungssicherungen sind andere Lösungen bekannt, worin kein isolierender Keramikträger oder Kern verwendet wird. Ein geeignet geformtes Schmelzelement in Form eines Streifens, Bands oder Drahts wird in einem Gehäuse angebracht und seine Enden werden mit den Ausgangsleitungen der Sicherung verbunden. Ein Beispiel dieses Sicherungstyps ist aus der Veröffentlichung der europäischen Patentanmeldung Nr. EP 0 621 621 bekannt.

Aus dem Stand der Technik sind elektrische Sicherungen bekannt, die statt eines isolierenden Keramikträgers und eines darum herumgewickelten Sicherungsstreifens mindestens ein Schmelzelement in Form eines dünnen, leitenden Films aufweisen, der auf ein geeignetes Trägermaterial aufgebracht wird, das keinen elektrischen Strom leitet.

Eine solche, ein Dickfilmschmelzelement enthaltende Sicherung ist aus der US-Patentbeschreibung Nr. 5 095 297 bekannt. Die darin beschriebene Sicherung enthält ein Gehäuse mit offenen Enden, an diesen Gehäuseenden befestigte Anschlussdeckel, eine Basis mit einem Schmelzelement, das ein dünner, elektrisch leitender Film ist, der in dem Gehäuse plaziert ist, ein in dem offenen Ende des Gehäuses in dem Anschlussdeckel befindliches Scheibenelement, welches Scheibenelement einen Schlitz aufweist, worin das Ende der Basis plaziert ist, und das Scheibenelement Lötmasse enthält, welche für die elektrische Verbindung zwischen dem Schmelzelement und dem Anschlussdeckel sorgt. Das Schmelzelement hat die Form eines Streifens, der mit Schmelzelement-Überlastungspunkten in Form von in beiden Kanten des Streifens ausgeschnittenen Kerben versehen ist. Das Schmelzelement wird durch Magnetron-Sprühen auf die Keramikbasis aufgebracht. Die vorgelegte Lösung ist nur für Sicherungen mit niedriger Spannungseinstufung geeignet. Das einzelne und geradlinige Schmelzelement, wie es in dieser Lösung angewendet wird, gestattet nicht die Anwendung dieser Lösung zum Schutz von Hochspannungs- und Hochstromsystemen. Bei üblicherweise verwendeten Hochspannungssicherungen ist das Hochspannungsschmelzelement immer länger als die Standardlänge von Sicherungen, die üblicherweise zum Schutz von Hochspannungsausrüstungen verwendet werden.

Eine andere bekannte Sicherung dieses Typs ist aus der US-Patentbeschreibung Nr. 5 148 141 bekannt. Diese Sicherung enthält ein Gehäuse, mit dem Gehäuse verbundene Ausgangsleitungen, eine aus Isoliermaterial hergestellte Basis und ein Schmelzelement in Form eines aus einem elektrisch leitenden Material hergestellten Dünnfilms. Dieser Film wird auf der Basisoberfläche angebracht und das Schmelzelement bildet einen Strompfad zwischen den Ausgangsleitungen der Sicherung. An der Basisoberfläche befindet sich eine zusätzliche Widerstandsschicht, die ein Widerstandselement außerhalb des von dem Strompfad eingenommenen Oberflächengebiets bildet. Diese Schicht ist in Parallelschaltung elektrisch an das Schmelzelement angeschlossen und ist ein Kurzschlussbrücken-Strompfad der Sicherung. Diese Lösung, wie die in der US-Beschreibung Nr. 5 095 297 vorgelegte, ist nicht zum Schutz von Hochspannungs- und Hochstromsystemen geeignet.

Noch ein anderes Beispiel einer Dickfilmsicherung ist eine elektrische Sicherung für leichte Überlastungsströme, die in der Patentbeschreibung US 4 140 988 vorgelegt wird. Diese Sicherung weist ein zylindrisches Gehäuse aus Isoliermaterial, granuliertes Lichtbogenlöschmedium, welches das Gehäuse füllt, eine Basis aus Glasfasern, die in das lichtbogenlöschende Medium eingetaucht ist und mit einem Leiter in Form einer leitenden Metallschicht bedeckt ist. Die Sicherung weist auch Mittel zum Anschließen der Sicherung in einem elektrischen Kreis auf, beispielsweise Lötmasse, und die Glasfaserm werden mit Wassersuspension von Melaminharz und hydriertem Aluminiumoxid gesättigt, das eine Doppelfunktion hat, welche in der Gewährleistung guter Haftung der leitenden Schicht an der Basis und in der Verbesserung der Bedingungen des Lichtbogenlöschens durch Freisetzung von Gas zum Ersticken des Bogens besteht. Obwohl in dieser Lösung der Leiter aus einer dünnen Metallfolie hergestellt ist, woraus das Schmelzelement geätzt wird, was diesen Sicherungstyp nur zur Verwendung bei niedrigen elektrischen Strömen geeignet macht, ist es möglich, mehrere parallel angeschlossene Schmelzelemente in Form einer gedruckten Schaltung zu verwenden. Das Schmelzelement ist in der Basis befestigt, mittels der Schicht, welche diese Basis sättigt. Das Schmelzelement, das durch fotochemisches Ätzen eines Metallteils aus dem Metallleiter hergestellt wird, besteht aus einem Glühteil und einem Überlastungsteil, das beispielsweise durch die Anbringung einer dünnen Silberschicht auf einer dünnen Kupferschicht hergestellt werden kann. Das Schmelzelement hat die Form identischer individueller Mäander konstanter Breite, die symmetrisch zueinander angeordnet und durch das Überlastungsteil verbunden sind, dessen Breite größer als die Breite der Mäander ist, und die freien Enden der Mäander, welche das Ende des Strompfades darstellen, haben eine Form, die dem Buchstaben „C" gleicht, begründet auf der Leiterbreite, und sind mit Lötmasse verbunden. Die vorgelegte Lösung hat gewisse Nachteile, wie etwa:

• 1) kompliziertes und kostspieliges Verfahren des Ätzens des Schmelzelements;
• 2) komplizierte Struktur des Basismaterials, notwendig zur Erhaltung der erforderlichen Haftung zwischen der leitenden Schicht und der Basis;
• 3) gelötete Verbindung des Schmelzelements mit dem Sicherungsgehäuse, was bei modernen Gestaltungen von Hochspannungssicherungen unüblich ist;
• 4) Fehlen von Verengungen in dem Schmelzelement, was eine Lichtbogenspannungskontrolle während Unterbrechungen verhindert und es daher unmöglich macht, diese Gestaltung bei Hochspannungssystemen zu verwenden.

Noch ein anderes Beispiel einer elektrischen Sicherung ist aus der Patentbeschreibung US 3 585 556 bekannt.

Es wird gezeigt, das eine elektrische Sicherungseinheit ein Verbundmaterial umfasst, das eine Schicht flexiblen Metallplattenmaterials, ein elektrisch isolierendes Plattenmaterial, das im Wesentlichen deckungsgleich damit ist und mit einer glatten Fläche des Metallplattenmaterials verbunden ist, und mindestens ein elektrisch leitendes Schmelzelement von ausgewählter Dicke, das mit dem isolierenden Plattenmaterial verbunden ist, darstellt. Das Schmelzelement weist ein Paar von Endteilen ausgewählter Breite auf, die durch ein Sicherungs-Zwischenteil von relativ kleinerer Breite elektrisch miteinander verbunden sind, das in Reaktion auf den Durchlauf ausgewählten elektrischen Stroms durch den Schmelzteil schmelzbar ist. Das Verbundmaterial weist einen zu einer halbzylindrischen Form geformten Teil auf, und Teile des Anschlussteils des Schmelzelements sind gegenüberliegend zu dem halbzylindrischen Teil des Verbundmaterials darauf angeordnet. In dieser Anordnung ist die Sicherungseinheit dazu eingerichtet, zwischen einem Paar elektrischer Kontaktmittel angeordnet zu sein, um mit jeweiligen Kontaktmitteln flexibel an den Sicherungsanschlussteilen anzugreifen. Die Erfindung ist nicht auf die Produktion von Sicherungen beschränkt. Sie kann auch zum Bilden von Heizeinheiten verwendet werden. Diese vorgelegte Gestaltung ist nicht geeignet für Hochspannungsanwendungen.

Die essenzielle Qualität der Hochspannungs-Dickfilmsicherung mit einem Substrat mit hoher Schaltleistung nach der Erfindung, welche ein rohrförmiges Isoliergehäuse umfasst, das an beiden Enden mit Metallbeschlägen abgeschlossen und mit einem Lichtbogenlöschmittel gefüllt ist, worin sich mindestens eine isolierende Unterlegplatte befindet, entlang deren Länge mindestens ein Schmelzelement in Form eines dünnen stromführenden Films verlegt ist, und die Anschlussflächen an ihren Enden aufweist, welche Flächen mittels speziell geformter, in den Metallbeschlägen befindlicher Kontakte elektrisch verbunden sind, ist, dass das Schmelzelement aus einem Hauptteil, gebildet aus mehreren identischen Modulen mit einer „V"-artigen Form, und aus zwei Endmodulen mit einer Form eines Arms des Buchstabens „V" oder eines geraden Abschnitts besteht, und alle Module des Hauptteils in Serienschaltung verbunden sind und in dieser Weise mit den Endmodulen eine Sinuskurve bilden, deren Enden elektrisch mit den Anschlussflächen verbunden sind. Dabei weist jedes Modul mindestens eine Verengung auf, die bei einer Überlastung der Sicherung eine Unterbrechung des Stromwegs ermöglicht, und in jedem Modul sind die Arme des Buchstabens „V" von einer bestimmten Breite mit nach außen gerichteten Bögen abgeschlossen, die mitteils gerader Abschnitte mit den Bögen der Arme der benachbarten Module verbunden sind.

Bevorzugt wird der Winkel zwischen den Armen des Buchstabens „V" jedes Moduls des Hauptteils so gewählt, dass für Hochspannungsanwendung erforderliche geeignete Isolierspalte zwischen benachbarten Modulen gewährleistet sind.

Bevorzugt befindet sich die Verengung in dem geraden Abschnitt, der die Bögen der benachbarten Module verbindet.

Bevorzugt wird die Verengung durch eine Ausführung von spiegelbildlichen Einschnitten an den gegenüberliegenden Rändern gebildet.

Bevorzugt befindet sich die Verengung auf dem geraden Abschnitt, der die Arme des Buchstabens „V" des Moduls des Schmelzelements verbindet.

Bevorzugt befindet sich die Verengung in den Modularmen und wird sie durch Ausführen von spiegelbildlichen Einschnitten in den gegenüberliegenden Rändern gebildet.

Bevorzugt sind die Anschlussflächen senkrecht zur längeren Achse der Unterlegplatte angeordnet.

Bevorzugt sind Schmelzelemente zusammen mit Anschlussflächen an gegenüberliegenden Flächen der Unterlegplatte angeordnet.

Bevorzugt befinden sich innerhalb des Gehäuses mindestens zwei isolierende Unterlegplatten, die durch Lichtbogenlöschmittel voneinander getrennt sind.

Bevorzugt sind zwei isolierende Unterlegplatten parallel zueinander angeordnet.

Bevorzugt ist zwischen zwei isolierenden Unterlegplatten in der Längsachse der Sicherung ein Isolierrohr untergebracht, in dem sich ein auslösender Schmelzdraht befindet.

Alternativ umfasst die Sicherung drei isolierende Unterlegplatten, die so angeordnet sind, dass sie im Querschnitt eine Anordnung ähnlich einem gleichschenkligen Dreieck bilden.

Bevorzugt ist zwischen drei isolierendem Unterlegplatten in der Längsachse der Sicherung ein Isolierrohr untergebracht, in dem sich ein auslösender Schmelzdraht befindet.

Alternativ umfasst die Sicherung mindestens zwei isolierende Unterlegplatten, die in Bezug auf die Längsachse der Sicherung in einem radialen Muster angeordnet sind.

Bevorzugt ist in der Längsachse der Sicherung, die mindestens zwei isolierende Unterlegplatten umfasst, die in einem radialen Muster in Bezug auf die Längsachse der Sicherung angeordnet sind, ein Isolierrohr untergebracht, worin sich ein auslösender Schmelzdraht befindet.

Bevorzugt bildet die isolierende Unterlegplatte eine Rolle, die längs und zentrisch in dem Gehäuse untergebracht ist, und ist im Inneren der aus der isolierende Unterlegplatte gebildeten Rolle in der Längsachse der Sicherung das Isolierrohr untergebracht, in dem sich ein auslösender Schmelzdraht befindet.

Alternativ umfasst die Sicherung mindestens zwei isolierende Unterlegplatten, die so angeordnet sind, dass die Längsachse jeder isolierenden Unterlegplatte auf einem Kreis liegt, dessen Radius die Längsachse der Sicherung schneidet, und die Querachse jeder isolierenden Unterlegplatte in einem spitzen Winkel von der Linie abweicht, welche die Längsachse der Sicherung mit der Längsachse der isolierenden Unterlegplatte verbindet.

Bevorzugt ist in der Längsachse der Sicherung, die mindestens zwei isolierende Unterlegplatten aufweist, welche in einem spitzen Winkel in Bezug zu der Linie, welche die Längsachse der Sicherung und die Längsachse der isolierenden Unterlegplatte verbindet, angeordnet sind, ein Isolierrohr angebracht, in dem sich ein auslösender Schmelzdraht befindet.

Bevorzugt ist die isolierende Unterlegplatte aus Keramik, Glas-Keramik oder Glas hergestellt.

Der Vorteil der Erfindung ist die Gewährleistung des Erhaltens von in Hochspannungsanwendungen erforderlicher Lichtbogenspannung durch spezifisches Formen eines individuellen Schmelzelements und durch die Anordnung individueller Schmelzelemente auf der Unterlegplatte. Die einem Mäander entsprechender Länge gleichende Form eines individuellen Schmelzelements gewährleistet, dass das Oberflächengebiet der Unterlegplatte maximal genutzt wird, während die Außenabmessungen der Unterlegplatte so klein als möglich gehalten werden. Dieser Vorteil gestattet die Unterbringung des Hochspannungs-Schmelzelements auf der flachen Oberfläche der Unterlegplatte in einer Hochspannungssicherung von Standardlänge.

Der Gegenstand der Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele in den Zeichnungen veranschaulicht, wobei 1 eine Sicherung als Teilansicht und Teilschnitt, 2 eine Unterlegplatte mit einem Schmelzelement und Leiterflächen (Ansicht), 3 ein individuelles Modul des Basisteils mit einer Verengung an der Spitze, 4 ein individuelles Modul des Basisteils mit Verengungen an der Spitze und den Armen, 5 eine Unterlegplatte mit zwei Schmelzelementen und Leiterflächen (Ansicht), 6 eine Unterlegplatte mit zwei an gegenüberliegenden Flächen der Unterlegplatte angeordneten Schmelzelementen, 7einen Längsschnitt der Sicherung mit Unterlegplatten und mit dem Auslösedraht-Isolierrohr und dem Auslösedraht, 8 einen Querschnitt der Sicherung mit dem Auslösedraht-Isolierrohr und mit in einer radialen Gestaltung angeordneten Unterlegplatten, 9 einen Querschnitt der Sicherung mit dem Auslösedraht-Isolierrohr und mit in einem Dreieck angeordneten Unterlegplatten, 10 einen Querschnitt der Sicherung mit dem Auslösedraht-Isolierrohr und mit paralleler Anordnung der Unterlegplatten, 11 einen Querschnitt der Sicherung mit dem Auslösedraht-Isolierrohr und mit der Unterlegplatte in Form einer in dem Sicherungsgehäuse untergebrachten Rolle, 12 einen Querschnitt der Sicherung mit dem Auslösedraht-Isolierrohr zeigt und wobei die Unterlegplatten so angeordnet sind, dass die Längsachse jeder Unterlegplatte sich auf einen Kreis mit einem Radius R befindet und die Querachse der Unterlegplatte in einem Winkel &agr; von dem Isolierrohrradius, der die Längsachse der Unterlegplatte schneidet, abweicht.

Die Hochspannungs-Dickfilmsicherung mit einem Substrat mit hoher Schaltleistung besteht aus einem rohrförmigen Isoliergehäuse 1, das an beiden Enden mit Metallbeschlägen 2 abgeschlossen und mit einem Lichtbogenlöschmittel 3 gefüllt ist, worin isolierende Unterlegplatten 4 untergebracht sind, wobei Schmelzelemente 5 der Länge nach darauf angeordnet sind, und wobei sich Anschlussflächen 6 an beiden Enden der Unterlegplatte befinden, welche Flächen mittels spezieller geformter Anschlüsse 7, die sich in den Metallbeschlägen 2 befinden, elektrisch mit den Metallbeschlägen verbunden sind. Die Anschlussflächen befinden sich an den zwei kürzeren Kanten der Unterlegplatte.

Das Schmelzelement 5 umfasst ein Basisteil, das von vielen identischen Modulen gebildet wird, deren Form sich der des Buchstabens „V" einer spezifischen Breite annähert, und zwei Endmodule, ebenfalls mit einer spezifischen Breite, die elektrische Verbindungen zwischen dem Basisteil und den Anschlussflächen 6 bilden. In jedem Modul des Basisteils enden die Arme des Buchstabens „V" mit auswärts gerichteten Bögen 8, welche Bögen mit den Bögen der Arme der benachbarten Module durch gerade Abschnitte verbunden sind, wodurch sie eine Linie bilden, die sich viele Male in einem konstanten Winkel biegt und in jedem Modul stumpfe Spitzen aufweist. In einem Spezialfall der Ausführung des Schmelzelements können die Arme des Buchstabens „V" parallel zueinander angeordnet sein, wodurch sie ein wie der Buchstabe „U" geformtes Modul bilden (in der Zeichnung nicht dargestellt). In der in 3 gezeigten Ausführungsform weist ein individuelles Modul eine Kantenverengung 9 auf, die sich in der stumpfen Spitze des Moduls befindet. Die Verengung 9 kann als eine Öffnung jeder Form hergestellt werden, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist. In dem zweiten, in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst ein individuelles Modul drei Verengungen 9, wobei zwei Verengungen sich in den Modularmen befinden und eine Verengung sich in der stumpfen Spitze des Moduls befindet.

In einer anderen, in 5 gezeigten Ausführungsform der Erfindung sind zwei Schmelzelemente 5 auf der Unterlegplatte 4 untergebracht, die parallel zueinander an einer Oberfläche der Unterlegplatte angeordnet sind und die mit dem Anschluss 6 verbunden sind. An einer Oberfläche der Unterlegplatte können viele Schmelzelemente parallel zueinander angeordnet sein (in der Zeichnung nicht dargestellt). Die Anzahl der Schmelzelemente ist abhängig von den elektrischen Parametern der Sicherung.

Dann sind in einer in 6 gezeigten Ausführungsform Schmelzelemente 5 an beiden Oberflächen der Unterlegplatte 4 angeordnet. Wie in der vorigen Ausführungsform ist die Anzahl von Schmelzelementen von den elektrischen Parametern der Sicherung abhängig.

In der in 7 gezeigten Ausführungsform einer Sicherung umfasst die Sicherung ein Isolierrohr 10, das in der Längsachse der Sicherung untergebracht ist, worin sich das Schmelzelement des Auslösedrahts 11 befindet.

Abhängig von der Anzahl der in der gegebenen Sicherung verwendeten isolierenden Unterlegplatten und von ihrer Situation in Bezug auf die Längsachse der Sicherung oder die Längsachse des Isolierrohrs 10 des Auslösedraht-Schmelzelements 11 können alternative Gestaltungen der Sicherung hergestellt werden.

Und somit sind in der in 8 gezeigten Ausführungsform die Unterlegplatten 4 in einem radialen Muster in Bezug zur Längsachse der Sicherung angeordnet.

In einer anderen, in 9 gezeigten Ausführungsform sind die Unterlegplatten 4 derart angeordnet, dass ihre Anordnung im Querschnitt einem gleichschenkligen Dreieck gleicht.

In noch einer anderen, in 10 gezeigten Ausführungsform der Erfindung sind die Unterlegplatten 4 parallel zueinander angeordnet.

In einer nächsten, in 11 gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist die Unterlegplatte 4 aus einem flexiblen Material hergestellt und ist aufgerollt, um eine Rolle zu bilden, die der Länge nach zentrisch in der Sicherung untergebracht ist.

In der in 12 gezeigten Ausführungsform sind die Unterlegplatten 4 so angeordnet, dass die Längssymmetrieachsen dieser Unterlegplatten wie in der in 8 gezeigten Ausführungsform in einem radialen Muster in Bezug zur Längsachse der Sicherung angeordnet sind und Unterlegplatten 4 um ihre eigenen Längsachsen in einem Winkel &agr; verdreht sind.

In den in den 8, 9, 10, 11 und 12 gezeigten Ausführungsformen ist zwischen den Unterlegplatten in der Längsachse der Sicherung das Isolierrohr 10 untergebracht, worin das Schmelzelement des Auslösedrahts untergebracht ist. Die gleichen Lösungen können in den Fällen angewendet werden, in denen kein Auslösedraht in der Gestaltung der Sicherung integriert ist.