AT513715A1 - Schmelzleiter und Schmelzsicherung - Google Patents

Abstract

Schmelzleiter (1) für elektrische Sicherungen, bestehend aus einem Metallband, das zwei Endstücke (2) und einen mittleren Bereich (3) aufweist, wobei im mittleren Bereich eine oder mehrere Engstellen vorgesehen sind, und wobei der mittlere Bereich mit einem Lot versehen ist, wobei die Stärke der Endstücke gegenüber der Stärke des mittleren Bereiches dicker ausgebildet ist, so daß zwischen mittlerem Bereich und den Endstücken jeweils eine Stufe besteht. Die Erfindung betrifft außerdem eine Schmelzsicherung (5) mit dem Schmelzleiter.

Description

SCHÜTZ u. PARTNf R

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DIPL.-ING. WALTER HOLZER DIPL.-ING. DR. TECHN. ELISABETH SCHOBER

Die Erfindung betrifft einen Schmelzleiter für elektrische Sicherungen, bestehend aus einem Metallband, das zwei Endstücke und einen mittleren Bereich aufweist, wobei im mittleren Bereich eine oder mehrere Engstellen vorgesehen sind, und wobei der mittlere Bereich mit einem Lot versehen ist. Die Erfindung betrifft ebenso eine Schmelzsicherung mit Kontaktmessern, die in ein Gehäuse geführt sind.

Die Schmelzsicherung ist eine seit Jahrzehnten bewährte Vorrichtung zum Schutz vor Überlast und Kurzschluß in elektrischen Netzen der Energieversorgung und der Industrie sowie in Gewerbe- und Hausinstallationen. Ihre Schutzfunktion soll sie nur bei fehlerhaften Überströmen und Kurzschlüssen ausführen. Im Normalfall des ungestörten Stromkreises ist die Sicherung eine gewollte Engstelle und liefert somit eine Verlustleistung. Die Entwicklung dieser Sicherungen in den letzten Jahren hat zur Anpassung an reale Netzverhältnisse und zu einer Verminderung der Verlustleistungen geführt. Wesentlich dabei war die Entwicklung von NH-Sicherungen für 400 V ~, die eine geringere Verlustleistung als die davor verwendeten 500 V ~ Sicherungen aufweisen. 2/16 • · · · · — 2 —·· • · Μ ·· ·· ·· · · ··· · · ·«· • · · I · ··· • » · I · ·♦· ·· ··· ··· ♦♦· ♦♦· ··

Bei Sicherungen des Standes der Technik ist das Herz ein oder mehrere Schmelzleiter in einem Isolationskörper. Für einen bestimmten Bemessungsstrom der Sicherung haben die Schmelzleiter meist gleiche oder verschiedene Breite, Dicke und Länge. Ein Teil, meist in der Mitte des Schmelzleiters, ist mit Engstellen versehen. Dieser Bereich dient zum Löschen des im Schutzfall auftretenden Kurzschluß-Lichtbogens, und er definiert im Zusammenwirken mit dem aufgebrachten Lot die Strom/Zeit-Kennlinie der Sicherung. Der verbleibende Teil der Schmelzstreifen von Engstellen bis zum Schweißpunkt des Schmelzleiters mit dem Kontaktmesser wird in gleicher Dicke wie im Kontraktionsbereich, jedoch ohne Engstellen, ausgeführt.

Die DE 33 02 034 C2 offenbart einen Schmelzleiter, dessen Endstücke verbreitert ausgeführt sind, um die Verlustleistung zu senken. Das den Schmelzleiter bildende Metallband ist an den beiden Endstücken etwa doppelt so breit ausgeführt wie im mittleren Bereich des Leiters. Nachteilig ist dabei, daß der Schmelzleiter entweder sehr viel mehr Raum beansprucht, oder daß die verbreiterten Endstücke in einem weiteren Herstellungsschritt eingeklappt und verschweißt werden müssen. Auf jeden Fall aber ist nachteilig, daß der Schmelzleiter aus einer größeren Fläche eines Metallbandes herausgeschnitten werden muß und somit Verschnitt des teuren Werkstoffes Kupfer erzeugt wird. 3/16

Die Erfindung zielt darauf ab, einen Schmelzleiter, wie eingangs angeführt, zu schaffen, welcher eine gegenüber dem Stand der Technik abermals verringerte Verlustleistung aufweist. Weiterhin soll die verminderte Verlustleistung herbeigeführt werden, ohne daß der Schmelzleiter wesentlich teurer oder aufwendiger in der Herstellung ist. Gleichzeitig soll die hohe Zuverlässigkeit einer Schmelzsicherung mit dem erfindungsgemäßen Schmelzleiter gewährleistet bleiben.

Der erfindungsgemäße Schmelzleiter erreicht dies dadurch, daß die Stärke der Endstücke (2) gegenüber der Stärke des mittleren Bereiches (3) dicker ausgebildet ist, so daß zwischen mittlerem Bereich (3) und den Endstücken (2) jeweils eine Stufe besteht. Bei Sicherungen mit diesem Schmelzleiter und mit hoher Netzspannung können ebenfalls entsprechende Einsparungen erzielt werden, jedoch müssen die Endstücke kürzer ausgeführt werden.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Schmelzleiter einstückig ausgebildet.

Zur weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht der Schmelzleiter aus Kupfer, Feinsilber, versilbertem Kupfer oder einer Silber-Kupfer-Legierung.

Bevorzugt ist in einer Ausgestaltung der Erfindung, daß die Länge des mittleren Bereiches etwa 30 mm beträgt.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Schmelzleiters zeichnet sich dadurch aus, daß der Querschnitt des Schmelzleiters 4/16 - 4 -··

an seinen Enden etwa doppelt so groß wie der Querschnitt in seinem mittleren Bereich ist.

Die erfindungsgemäße Schmelzsicherung zeichnet sich dadurch aus, daß die Kontaktmesser innerhalb des Gehäuses mit dem erfindungsgemäßen Schmelzleiter in einer seiner Ausführungsformen verbunden sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematisch Schrägansicht des Schmelzleiters, und Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch die Schmelzsicherung.

Gemäß Fig. 1 besteht der erfindungsgemäße Schmelzleiter 1 aus einem flachen Metallband, das naturgemäß zwei Endstücke 2 sowie einen mittleren Bereich 3 aufweist. Im mittleren Bereich 3 ist mindestens eine Kontraktion oder auch Engstelle vorgesehen, die beispielsweise durch Stanzungen 4 bewirkt werden. Die Stanzungen 4 können kreisförmig sein, aus einer Perforation bestehen oder auf andere Weise geometrisch ausgeführt sein. Auch ihre Anzahl ist nicht auf drei, wie in Fig. 1 dargestellt, beschränkt. Auf den Schmelzleiter 1 ist bevorzugt im mittleren Bereich 3 ein Lot (nicht gezeigt) aufgebracht, welches im Fall von bestimmter Überlast abschmilzt. Das flache Metallband des Schmelzleiters 1, das typischerweise aus Kupfer, Silber oder einer Verbindung aus Kupfer und Silber besteht, stellt einen elektrischen Widerstand dar. Dieser Wider- 5/16 ·· ♦ * · — £ "·· • · ·· ·· ·· ·· · · • · · · · ··· • · I · · · · · • · · · · · · · ·· ··· ··· ··· ··· ·· stand bewirkt zum einen eine Verlustleistung und zum anderen die Abgabe von Wärme an die Umgebung der Schmelzsicherung. Der Schmelzleiter 1 muß als Metallband ausgebildet sein, damit er bei bestimmter Überlast und hohen Kurzschlüssen abschaltet, jedoch zwischen den Endstücken 2 kein Lichtbogen entsteht. Entgegen bisheriger Meinung ist es nun möglich, den Schmelzleiter 1 von seinen Endstücken 2 her in Richtung des mittleren Bereiches 3 verdickt auszuführen, wodurch der elektrische Widerstand des Schmelzleiters 1 sinkt und dennoch ein im Schutzfall auftretender Lichtbogen weiterhin zuverlässig gelöscht wird. Beide Effekte treten jedenfalls dann auf, wenn die Verdickungen der Endstücke 2 nicht zu weit in den mittleren Bereich 3 des Schmelzleiters 1 hineinführen. Auf diese Wiese entsteht ein stufenförmiger Schmelzleiter 1. Er kann z.B. durch Walzen hergestellt und einstückig sein. Dadurch entsteht kein Abfall oder Verschnitt des Werkstoffes, aus dem der Schmelzleiter 1 besteht.

Tests für Sicherungen für 400 V ~ und jeweils 400 A bzw. 630 A Strom haben ergeben, daß die gewünschten Effekte bei einer Breite des Schmelzleiters 1 von etwa 15 mm, einer Länge der Endstücke 2 von etwa je 15 mm und einer Länge des mittleren Bereiches 3 des Schmelzleiters 1 von etwa 30 mm auftreten. Die Stärke des Schmelzleiters 1 im mittleren Bereich 3 liegt dabei in der Größenordnung von Zehntel mm und die Verdickung der Endstücke 2 beläuft sich etwa auf das Doppelte der Stärke 6/16 ·· · · · — 6 —·· • · ·· ·· ·· ·· · · ··· · · ··· ··· · · ··· ··· · · ··· ·· ··· ··· ··· ··· #· des mittleren Bereiches 3. Somit beträgt die Querschnittsfläche oder auch der Querschnitt der Endstücke 2 etwa das Doppelte des Querschnittes des mittleren Bereiches 3.

Gemäß Fig. 2 wird der erfindungsgemäße stufenförmige Schmelzleiter 1 in einem Gehäuse 6 angeordnet und an seinen Enden, z.B. mittels Schweißpunkten, mit Kontaktmessern 7 elektrisch verbunden. Die Kontaktmesser 7 stellen dann die Zu- und Ableitung der zu sichernden Stromleitung dar. Das Gehäuse 6 besteht im wesentlichen aus einem isolierenden Material, wie etwa Keramik. Auf diese Weise wird eine vollständige Schmelzsicherung 5 mit den Vorteilen gemäß der Erfindung aufgebaut.

Es ist ebenso denkbar, nicht nur einen, sondern mehrere Schmelzleiter 1 innerhalb eines Gehäuses 6 einer Schmelzsicherung 5 parallel zu verschalten. Sie müssen nicht, wie in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellt, geradlinig verlaufen, sondern können ebenso gebogen sein. Mit demselben einfachen Herstellungsverfahren können Schmelzleiter unterschiedlicher Breite erzeugt werden, die dann für Sicherungen verschiedener Stromstärken, wie z.B. 125 A oder 60 A Sicherungen, verwendbar sind.

Unter der Voraussetzung, daß der Schmelzleiter 1 bei Bemessungslast 100 °C Temperatur hat, verringert sich die Verlustleistung einer 400 A Sicherung von 24 W auf 20,3 W (entspricht einer Differenz von 3,7 W) , und die Verlustleistung einer 630 A Sicherung verringert sich von 33,3 W auf 28,2 W (entspricht einer Verringerung von 5,1 W) . Es sind also bei 7/16 ·· · · · — 7 _·« • · ·· ·· ·· «4 · · ··· · · ··· • · · · · §·· • · · · · ··· ·· ··· ··· ··· ··· Μ diesem Beispiel Sicherungen mit einer Einsparung des Energieverbrauches von mehr als 15 % möglich. Dies wirkt sich auch auf die Erwärmung, beispielsweise in einem Kabelverteilerschrank, aus: Überschlagsrechnungen zeigen, wie in einem Beispielschrank von 850 mm Höhe, 440 mm Breite und 250 mm Tiefe, bestückt mit drei Schaltleisten und den dazugehörigen, insgesamt neun Sicherungseinsätzen sowie mit den notwendigen Leiterverbindungen, eine Gesamtverlustleistung derart verringert werden kann, daß auch die Temperatur in dem Kabelverteilerschrank um etwa 5,4 K gesenkt wird. Zumindest was die Größenordnung betrifft, kann dies auch für andere Schrankarten, großen und -bestückungen angenommen werden. Für Schaltschränke sind die errechneten Werte wesentliche Temperaturunterschiede. Sie können zum kühleren Betrieb ebenso wie zu einer Erhöhung des zulässigen Nennstromes (Bemessungsstromes) führen.

Die Produktionskosten werden durch den größeren Materialbedarf an Kupfer für den verdickten Schmelzleiter 1 erhöht. Ebenso werden Kostenerhöhungen durch die veränderte Speisung mit den Kontaktmessern 7 und durch einen höheren Verarbeitungspreis des stufigen Schmelzleiters 1 auftreten. Gemäß einer Überschlagsrechnung betragen die Mehrkosten jedoch nur wenige Cent pro Schmelzleiter 1. Bei einer angenommenen Verlustleistungsdifferenz von 4 W, einer dreißigjährigen Einsatzdauer, einer Schmelzsicherung 5 und Stromkosten von schätzungsweise 0,10 Euro/kWh (Energie ohne Netzkosten und Steuern für 8/16 einen industriellen Abnehmer) kann eine Ersparung pro Sicherung von mehr als 100 Euro erzielt werden. Bei einem höheren Strompreis erhöht sich entsprechend die Ersparnis.

Claims (6)

1. Patentansprüche: 1. Schmelzleiter für elektrische Sicherungen, bestehend aus einem Metallband, das zwei Endstücke und einen mittleren Bereich aufweist, wobei im mittleren Bereich eine oder mehrere Engstellen vorgesehen sind, und wobei der mittlere Bereich mit einem Lot versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der Endstücke (2) gegenüber der Stärke des mittleren Bereiches (3) dicker ausgebildet ist, so daß zwischen mittlerem Bereich (3) und den Endstücken (2) jeweils eine Stufe besteht.
2. 2. Schmelzleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzleiter (1) einstückig ausgebildet ist.
3. 3. Schmelzleiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzleiter (1) aus Kupfer, Feinsilber, versilbertem Kupfer oder einer Silber-Kupfer-Legierung besteht.
4. 4. Schmelzleiter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des mittleren Bereiches (3) etwa 30 mm beträgt.
5. 5. Schmelzleiter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Schmelzleiters (1) an seinen Endstücken (2) etwa doppelt so groß wie der Querschnitt in seinem mittleren Bereich (3) ist. 10/16
6. 6. Schmelzsicherung mit Kontaktmessern, die in ein Ge häuse geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktmesser (7) innerhalb des Gehäuses (6) mit einem Schmelzleiter (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 verbunden sind. 11/16