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Gesehlosscne Patronensicherung.
Auf die Charakteristik des Absehmelzvorganges von Patronensicherungen sind bekanntlich auch die thermischen Eigenschaften der Umgebung des Schmelzleiters von Einfluss. Die Leiter sind gewöhnlich in Quarzsand eingebettet. Man hat bereits vorgeschlagen, den Sand durch Fiillnlittel zu ersetzen, die die Wärme besser isolieren. Beispielsweise ist die Verwendung von Asbestpulver oder
Kieselgur in Vorschlag gebracht worden. Ein in diese Stoffe eingebetteter Draht erhitzt sieh bei gleicher
Belastung stärker bzw. in kürzerer Zeit als in Quarzsand. Der Abschmelzvorgang verläuft demnach schneller und bei niedrigerem Grenzstrom. Man kann diese Erscheinung in der Weise ausnutzen, dass man den Schmelzleiter durch Querschnittsvergrösserung auf den gleichen Grenzstrom bringt.
Dann erhält man eine Sicherungspatrone, die gegenüber der ursprünglichen Ausführung den gleichen Grenzstrom, aber eine grössere Überlastungsträgheit hat.
Es ist ferner vorgeschlagen, zugleich verschiedene Füllmittel anzuwenden, u. zw. Sand neben Asbest. Auch dadurch soll bei gleichzeitiger Verstärkung des Schmelzleiterquerschnitts die Trägheit des Abschmelzvorganges vergrössert werden. Es sind ferner Mischungen von Sand mit besser isolierenden
Stoffen als Asbest vorgeschlagen worden, u. zw. ebenfalls zum Zweck der Trägheitssteigerung.
Gemäss der Erfindung steht bei einer geschlossenen Patronensicherung mit einem oder mehreren
Schmelzleitern der Sehmelzleiter mindestens auf einem Teil seiner Länge mit einer Isoliermasse in Berührung, die eine höhere Wärmeableitung bedingt als die übrige übliche Quarzsandfüllung der Patrone ; es kann auch ein Teil der Schmelzleiter ganz oder mit Teilen ihrer Länge in solcher Masse mit hoher Wärmeleitfähigkeit angeordnet sein.
Nach der Erfindung wird bei geschlossenen Sicherungspatronen ausser Quarzsand üblicher Körnung eine Füllmasse benutzt, die ein grösseres Schüttgewicht aufweist und vom Sand räumlich getrennt ist. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass man eine Steigerung der Absehmelzträgheit auch durch Füllmittel erreichen kann, die eine höhere Wärmeleitfähigkeit haben als Quarzsand der üblichen Körnung, sofern dabei der Leiterquersehnitt im Gegensatz zu den oben erwähnten Patronen mit besser wärmeisolierenden Füllstoffen nicht verstärkt wird.
Ferner macht sich die Erfindung die Erkenntnis zunutze, dass das thermische Verhalten des für Sicherungspatronen in Frage kommenden Füllmaterials in so starkem Masse von dem Schutt- gewicht dieses Materials abhängig ist, dass demgegenüber die eigentliche Materialeigensehaft in thermischer Hinsicht vernachlässigt werden kann. Der gepulverte Füllstoff mit höherem Schüttgewicht hat eine bessere Wärmeleitfähigkeit als der Stoff niederen Sehüttgewiehts, u. zw. auch dann, wenn es sich um Stoffe verschiedener mechanischer Beschaffenheit, z. B. Sand, Aluminiumoxydpulver, Marmormehl u. dgl., handelt. Die Wahl des jeweils ausser dem üblichen Sand zu verwendenden Stoffes kann daher von andern Eigenschaften, insbesondere der Löschwirkung, und von rein herstellungstechnischen Gründen abhängig gemacht werden.
Verwendet man in einer Sicherungspatrone ausser dem für die Lirhtbogenlöschung besonders günstigen Quarzsand üblicher Körnung ein Füllmittel höheren Schüttgewicht in der Weise, dass es wenigstens auf einem Teilabschnitt die unmittelbare Umgebung des Schmelzleiters bildet, so wirkt dieses Material wärmeabführend. Infolgedessen dauert es längere Zeit, ehe der Schmelzleiter die Schmelztemperatur erreicht. Es wird also bereits ohne Vergrösserung des Schmelzleiterquerschnitts
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besser wärmeisolierendem Füllstoff und verstärktem Schmelzleiter.
In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
In Fig. 1 ist 1 der keramische Patronenkörper und 2 ein Schmelzleiter. Die zum Verständnis der Erfindung nicht notwendigen Einzelheiten sind weggelassen. Der Schmelzleiter ist von einem Material 3 umgeben, das ein höheres Sehüttgewicht hat als der in Sicherungspatronen übliche Quarzsand 4, der das Kernmaterial 3 umhüllt. Beide Materialien können durch eine zerstörbare Zwischenschicht 5, z. B. aus Papier, voneinander getrennt sein.
Das Füllmaterial 3 kann aus einem Stoff bestehen, der eine andere chemische Zusammenstellung
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Wirkung kommt. Das Material höheren Schüttgewiehts kann aber ebenfalls aus Quarzsand bestehen.
Der Sand muss dann besonders fein vermahlen werden.
Die Erfindung ist sowohl bei Schmelzdrähten aus Silber anwendbar als auch bei Drähten aus leichter schmelzendem Material, die an und für sich schon eine erhöhte Trägheit haben. Man kann ferner die Erfindung in Zusammenhang mit zusammengesetzten Schmelzleitern benutzen, die zum Teil aus Silber und zum Teil aus einem bei geringen Überlastungen ansprechenden Material zusammengesetzt sind.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel enthält der Patronenkörper 1 zwei oder mehrere Kanäle 6 und 7. In diesen Kanälen befinden sieh mindestens zwei parallelgesehaltete Schmelz- drähte, die so beschaffen sind, dass der im Kanal 6 befindliche zuerst durchschmilzt. Beide Drähte können aus dem gleichen Metall, z. B. Silber, bestehen. Die Staffelung des Schmelzvorganges wird in diesem Fall durch eine andere Bemessung der Querschnitte beider Drähte erreicht. Man kann das
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schmelzendem Metall, wie Zinn, herstellt oder einen zusammengesetzten Leiter verwendet, der eine leicht schmelzende Auflage enthält.
In dem einen Kanal 6, der den zuerst durehschmelzenden Draht enthält, befindet sich ein fill-
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Material gesteigert wird. In dem Kanal 7, der die zuletzt und mit stärkerer Liehtbogenbildung abschmelzenden Drähte enthält, befindet sich der übliche, gut lichtbogenlöschende Quarzsand.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel sind im Kanal 7 zwei Sehmelzdrähte vorgesehen. Die Zahl der Drähte richtet sich nach der Nennstromstärke. Das Ausführungsbeispiel lässt erkennen, dass es sich unter Umständen empfiehlt, die Kanäle des Patronenkörpers verschieden weit zu machen.
Der mit geringerer Liel1tbogenbildung ansprechende Draht befindet sich in einem engeren Kanal 6.
Die zuletzt ansprechenden, einer starken Lichtbogenbildung ausgesetzten Silberdrähte sind in einem weiteren Kanal 7 untergebracht. Die Kanäle können exzentrisch zur geometrischen Patronenachse liegen. Jedoch ist es, wie bei dem dargestellten Beispiel, vorteilhaft, wenn einer der Kanäle über die geometrische Achse hinausreicht, so dass man den üblichen Kenndraht zentral anordnen kann und für das Unterbringen dieses Drahtes keinen zusätzlichen Kanal benötigt.
Die Fig. 3 und 4 zeigen Ausführungsbeispiele, bei denen die Füllmassen verschieden hohen Schüttgewicht in Reihe angeordnet sind, so dass ein und derselbe Schmelzleiter streckenweise von Material andern Schüttgewichts und damit anderer Wärmeableitung umgeben ist. Bei der Patrone nach Fig. 3 befindet sieh im mittleren Teil 8 des Patronenkanals die Füllmasse höheren Schütt-
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Die Anordnung kann sowohl in Verbindung mit nur aus Silber bestehenden Sehmelzdrähten verwendet werden als auch zusammen mit anders ausgebildeten Schmelzleitern, die schon an und für sich eine erhöhte Abschmelzträgheit gewährleisten.
Unter Umständen kann es sich empfehlen, auch eine Anordnung der Füllmasse zu verwenden, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist. Hier befindet sich im mittleren Teil 10 des Patronenkanals der übliche
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Quarzsand, während die Endabschnitte 11 des Kanals mit der Masse höheren Schüttgewicht angefüllt sind. Auch diese Anordnung erzielt eine, wenn auch nicht so weitgehende Vergrösserung der Trägheit.
Das erkennt man an folgendem : Die metallenen Kontaktkappen einer gewöhnlichen Sicherung- patrone mit Füllmasse wirken stark wärmeableitend. Befindet sich nun gemäss Fig. 4 an den Enden des
Patronenkanals eine Füllmasse erhöhter Wärmeleitfähigkeit, so werden gleichsam die Kontaktkappen hinsichtlich ihrer thermischen Wirkung in das Innere des Patronenkanals hinein vergrössert.
Man erhält also eine gesteigerte Wärmespeicherung. Da, der Schmelzleiter, insbesondere wenn er ganz oder zum Teil aus Silber besteht, eine gute Wärmeleitfähigkeit hat, wird durch die Anordnung nach
Fig. 4 auch vom mittleren Teil des Leiters über den Leiter selbst mehr Wärme abgeführt. Die Kühlung des mittleren Teiles und damit die Steigerung der Überlastbarkeit ist zwar nicht so gross wie bei der
Ausführungsform nach Fig. 3, jedoch gewährt die Anordnung die Sicherheit, dass der Schmelzleiter nicht nur bei Kurzschlussbelastung, sondern auch im Fall geringerer Dauerüberlastungen in der Mitte, nämlich innerhalb der wärmeaustauschenden Sandmasse 10 abschmilzt.
Welche der beiden An- ordnungen jeweils gewählt wird, hängt von den Anforderungen ab, die an die Patronen gestellt werden, ferner davon, was für Sehmelzleiter in den Patronen benutzt werden sollen.
Bei den Sicherungspatronen nach Fig. 3 und 4 kann man die verschiedenen Füllmassen hinter- einander in die Patrone einfüllen. Es empfiehlt sich, die Patrone während des Einfüllens zu rütteln, damit die Massen ohne Lufteinschlüsse dicht gestopft in der Patrone nebeneinanderliegen. Ein Ver- mischen der verschiedenen Füllmassen kann auch verhindert werden, indem man sie durch Einlegen dünner Zwischenschichten, z. B. aus Asbest oder Papier, voneinander trennt.
In den Fig. 5-9 wird die höhere Wärmeableitung dadurch erzielt, dass erfindungsgemäss ein oder mehrere Schmelzleiter stellenweise mit einem festen Isolierkörper versehen sind, der mit den übrigen Leitern in die lichtbogenlöschende Füllmasse der Patrone eingebettet ist und durch Wärme- aufnahme die zum Erreichen der Schmelztemperatur notwendige Zeit verlängert.
In Fig. 5 ist 12 der keramische Körper einer D-Patrone mit den Kontaktkappen 13 und 14 und den Passzapfen 15. Der ferner übliche zentral angeordnete Kenndraht ist nicht mit dargestellt. Es macht aber keine Schwierigkeit, ihn bei Patronen nach der Erfindung vorzusehen. Der Schmelzleiter besteht aus einem Silberdraht 16, auf den ein durchbohrter Körper 17 aus Isolierstoff aufgeschoben ist. Das Patroneninnere ist mit lichtbogenlöschender Füllmasse, insbesondere mit Quarzsand, gefüllt.
Zur Herstellung des Isolierkörpers 17 werden zweckmässig keramische Materialien mit dichtem Gefüge verwendet. Es eignen sich dazu Körper aus Glas oder aus gesinterten keramischen Stoffen, wie Porzellan und Steatit. Wegen seiner hohen Wärmeleitfähigkeit ist gesintertes Aluminiumoxyd vorteilhaft geeignet.
Die Herstellung der Schmelzanordnung kann auch in der Weise erfolgen, dass ein aus zwei längsgeteilten Hälften bestehender Isolierkörper von beiden Seiten her gegen den Sehmelzdraht gepresst und durch Verkitten befestigt wird.-
Da die Kontaktkappen 13 und 14 wärmeableitend wirken, erhitzt sich ein Schmelzdraht bei Überlastung in der Mitte am stärksten. Er schmilzt demnach in der Mitte ab. Wird jedoch ein Isolierkörper gemäss der Erfindung im mittleren Teil des Schmelzleiters vorgesehen, so wird durch die Wärmeaufnahme dieses Körpers an dieser Stelle die Temperatur des Schmelzleiters zunächst herabgesetzt, so dass es länger dauert, bis in der Nähe des Isolierkörpers oder zwischen dem Körper und den metallenen Kontaktkappen die Schmelztemperatur erreicht wird.
Die Fig. 6 und 7 zeigen Ausführungsformen, bei denen der wärmespeichernde Isolierkörper dadurch gehalten wird, dass der Schmelzdraht um ihn herumgewickelt ist. Der keramische Körper kann zur Führung des Drahtes Rillen haben.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 wird eine Perle aus Glas oder keramischem Material benutzt, um die der Sehmelzdraht herumgewunden ist. Die Perle hat eine schraubenlinienförmig gewundene Rille, so dass sich die an ihr anliegenden Stellen des Schmelzleiters gegenseitig nicht berühren.
Eine weitere Steigerung der Schmelzträgheit kann man dadurch erzielen, dass man dem Schmelzdraht einen stärkeren Querschnitt gibt als bei den nichtüberlastbaren Patronen. Man muss dann zum Beibehalten des gleichen Grenzstromes besondere Mittel anwenden. Ein besonders wirksames Mittel dieser Art besteht darin, dass man den Schmelzleiter mit einem Zwischenstück aus leicht schmelzendem Metall, z. B. Zinn oder Blei, ausrüstet oder ihn stellenweise mit einer Auflage aus niedrig schmelzendem Metall versieht, das bei Erhitzung mit dem Leiter eine Legierung bildet. Diese Hilfsmittel können gleichzeitig mit wännespeichernden Isolierkörpern gemäss der Erfindung verwendet werden. Man kann auch, wie Fig. 9 erkennen lässt, das leicht schmelzende Metall zum Befestigen des Isolierkörpers benutzen.
Bei dem in Fig. 9 dargestellten Beispiel wird ein perlenförmiger Körper 17 aus dichtem Isoliermaterial benutzt, dessen Bohrung grösser ist als der Querschnitt des Schmelzleiters 16. Auf die Perle wird etwas Lotmetall gebracht. Beim Erhitzen des Lotmetalls fliesst es in den Spalt zwischen dem Schmelzdraht 16 und der Perle 17. Es ist dabei nicht erforderlich, dass das Lotmetall mit dem Material der Perle 17 abbindet. Es genügt, wenn die Perle durch Vorsprünge des Lotmaterials gegen Verschieben gehalten wird und wenn ein möglichst guter Wärmeübergang zwischen dem Sehmelzdraht und dem Isoliermaterial erzielt wird.
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Es kann überdies vorteilhaft sein, bei Sicherungspatronen nach der Erfindung den Schmelzleitern im mittleren Teil einen kleineren Metallquerschnitt zu geben und sie ausserdem von einer besser wärmeleitenden Füllmasse zu umgeben bzw. sie mit einem wärmespeichernden Körper zu versehen.
In den Fig. 10-12 sind Ausführungsbeispiele dargestellt. 18 ist der keramische Patronen- körper, ? ein zwischen den Kontaktkappen ausgespannter Schmelzleiter. Die Kontaktkappen selbst sowie die bei Sehraubstöpselpatronen des D-Systems notwendigen Passzapfen sind der Einfaehheit halber nicht mit dargestellt. Ebenso ist auch der gewöhnlich vorhandene zentral angeordnete Kenndraht mit abspringenden Kennplättchen in der Zeichnung weggelassen. Statt der dargestellten streifenförmigen Sehmelzleiter sind auch Runddrähte anwendbar.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 10 ist der Schmelzleiter 19 in seinem mittleren Teil durch Löcher 20 verschwäeht. Der mittlere Abschnitt des Patronenkörpers ist durch dünne Zwischen- lagen,"1, die z. B. aus Asbestslheiben oder auch aus Papier u. dgl. bestehen können, von den Endabschnitten getrennt. Im mittleren Abschnitt des Patronenraumes befindet sich eine Füllmasse se erhöhter Wärmeleitfähigkeit. Beispielsweise kann diese Masse aus fein gepulvertem Aluminiumoxyd bestehen. In den Endabschnitten des Patronenkanals 23 befindet sich der übliche Quarzsand, dessen Wärmeleitfähigkeit geringer ist als die des in Abschnitt 22 untergebrachten Materials.
Bringt man einen Schmelzleiter mit verschw. Iehtem mittlerem Abschnitt in der bisherigen Weise in durchgehend gleichem Füllmaterial unter, so haben seine Enden gleichsam eine grössere Absehmelzträgheit als die versehwäehte Mitte. Bei Sicherungspatronen nach der Erfindung hingegen ist dieser Unterschied der Trägheit dadurch ausgeglichen, dass der verstärkten Wärmeerzeugung im mittleren Teil eine erhöhte Wärmeabfuhr entspricht. Die Patronen benötigen daher im Fall einer Überspannung mehr Zeit bis zum Abschmelzen.
Tritt jedoch eine sehr hohe Überlastung, insbesondere ein Kurzschluss auf, so wirkt sich die verstärkte Wärmeabfuhr im mittleren Teil des Patronenkanals
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Das in Fig. 11 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sieh von dem durch Fig. 10 wiedergegebenen nur dadurch, dass die Versehwächung des Querschnittes im mittleren Teil 24 des Selhmelzleiters auf andere Weise erreicht ist.
Fig. 12 gibt ein Beispiel für eine andere Art der Wärmeabfuhr im mittleren Teil des Schmelzleiters wieder. Auf den verschwächten Abschnitt 21 des Schmelzleiters ist ein Körper 25 gesetzt, der als Wärmespeicher wirkt. Dieser Körper kann aus Metall bestehen. Man kann ihn jedoch auch aus keramischem Isoliermaterial oder aus Glas herstellen.
Die Erfindung ist in erster Linie für die Sicherungspatronen des zweiteiligen Sehraubstopsels bestimmt. Sie ermöglicht es hier, die Trägheit unter Beibehalt der Kurzsehlussfestigkeit zu steigern, ohne die kleinen Abmessungen aufgeben zu müssen, so dass die Patronen äusserlich die übliche Ausbildung behalten können und in den vorhandenen Sicherungselementen ohne weiteres verwendbar sind. Die Erfindung kann aber auch bei andern Starkstromsieherungen vorteilhaft verwendet werden, insbesondere bei den sogenannten Niederspannungshochleistungssicherungen, die keine Passzapfen haben, sondern Elektroden in Form von Kontaktfahnen besitzen.
PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Geschlossene Patronensieherung mit einem oder mehreren Schmelzleitern, die von verschiedenen Füllmassen berührt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzleiter mindestens auf einem Teil seiner Länge mit einer sich nicht verflüssigenden Isoliermasse in Berührung steht, die eine höhere Wärmeableitung bedingt als die übliche Quarzsandfüllung der Patrone, oder dass ein Teil der Sehmelzleiter ganz oder mit Teilen ihrer Länge in solcher Masse mit hoher Wärmeleitfähigkeit angeordnet ist.