Elektrische Schmelzsicherung. Die Erfindung bezieht sich auf eine elek trische Schmelzsicherung. Unter einer solchen wird im folgenden ein auswechselbarer Siche rungseinsatz verstanden.
Das Wesen der Erfindung bestellt im Vor handensein eines Paares von im Abstand von einander angeordneten, zum Befestigen an einem Sicherungshalter bestimmten An schlussgliedern, von denen ein jedes An schlussglied eine massive Metallscheibe auf weist, die an der dem andern Inschlussglied zugekehrten Seite mit wenigstens<I>zwei</I> Ver tiefungen versehen ist, und im Vorhandensein von wenigstens zwei Einzelsicherungen, von denen jede ein rohrförmiges Isoliergehäuse,
mindestens einen Schmelzleiter und zwei metallische Endkappen aufweist, die in ein ander gegenüberliegende Vertiefungen der Metallscheiben der Anschlussglieder einge führt sind.
Die Zeichnung stellt einige Ausführungs beispiele der Erfindung dar.
Fig.1 ist teilweise eine Vorderansicht und teilweise ein Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel; Fig. 2 ist ein Querschnitt entlang der Linie 2-2 der Fig.1; Fig. 3 stellt einen Längsschnitt eines zwei ten Beispiels dar, und zwar entlang der Linie 3-3 der Fig. 4; Fig.4 ist zum Teil ein Querschnitt und zum Teil eine Draufsicht der Sicherung, die in Fig. 3 dargestellt ist;
Fig.5 ist ein Längsschnitt durch eine Sicherung, die aus zwei in Reihe geschalteten Einzelsicherungen zusammengesetzt ist, und zwar ist Fig. 5 ein Schnitt entlang der Linie 5-5 der Fig. 6; Fig. 6 ist ein. Querschnitt entlang der Linie 6-6 der Fig. 5; Fig.7 ist ein Längsschnitt durch eine Einzelsicherung, die sich besonders gut zum Aufbau zusammengesetzter Sicherungen eignet;
Fig. 8 ist ein Längsschnitt einer weiteren Einzelsicherung, die drei in Reihe geschaltete Rohrsicherungen aufweist; Fig. 9 stellt zum Teil in Vorderansicht und zum Teil im Längsschnitt eine Hochstrom- sicllerüng dar, die der in den Fig. i und 2 dargestellten Sicherung ähnlich ist, und Fig.10 stellt in Form eines Schaltbildes eine vier Einzelsicherungen in Reihenpärallel- schaltimg umfassende Anordnung dar.
Je geringer der Querschnitt des Schmelz leiters einer kurzschlussstromstossbegrenzenden Sicherung ist, desto grösser die kurzschluss- stromstossbegrenzende Wirkung, die sich durch die Sicherung erzielen lässt, desto geringer je doch die Nennstromstärke der Sicherung. Die Herabsetzung der Nennstromstärke ist eine Folge der Erhöhung der Jouleschen Wärme mit abnehmendem Schmelzleiterquerschnitt.
Es können kleinere Schmelzleiterquer- schnitte bei gleicher Nennstromstärke gewählt werden, wenn die Wärmeabfuhr verbessert wird. Zu diesem Zweck werden Anschluss- glieder vorgesehen, die eine massive Metall scheibe aufweisen, die in der Lage ist, dem Schmelzleiter Wärme zu entziehen und Wärme durch StrahlLig Lmd Konvektion rasch abzu geben und Wärme zu speichern.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Siehe rung besitzt eine Vielzahl von Einzelsicherun gen 10 in Parallelschaltung. Dies ermöglicht in Anwendung des Baukastenprinzips eine Herabsetzung der Fertigungskosten. Ferner ergibt sich ein günstiges Verhältnis von G e- samtleiterquerschnitt zu Gesamtleiterober- fläche sowie eine elektrisch isolierende Tren nung der sich während des Unterbrechungs vorganges bildenden .Schmelzraupen.
Die Viel zahl von Einzelsicherungen 10 ist zwischen zwei Anschlussgliedern 12, 14 angeordnet, die eine verhältnismässig grosse Masse, Wärme aufnahmefähigkeit und Wärmestreufähigkeit besitzen.
Jedes der Ansehlussglieder 12 bzw. 14 besteht aus einem metallenen, kreisscheiben förmigen Teil 12' bzw. 14' und einem kontakt- messerartigen Fortsatz. Die kontaktmesser- artigen Fortsätze sind dazu bestimmt, die Sicherung ('Sicherungseinsatz) in einen Sicherungshalter einzusetzen, die zusammen die vollständige Sicherung darstellen. Die Teile 12' und 14' befinden sich in zueinander parallelen Ebenen.
Die Einzelsicherungen 10 sind vorzugsweise auf konzentrischen Kreisen angeordnet, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist. Jedes Anschlussglied 112, 14 ist an seiner denn andern Anschlussglied zugekehrten Seite mit einer Vielzahl von konischen Vertiefungen 42 versehen.
Jede der Einzelsicherungen 10 imi- fasst ein rohrförmiges Isoliergehäuse 1e, min destens einen Schmelzleiter 28 und zwei metal lische Endkappen 18 und 20. Der Schmelz leiter 28 besteht vorzugsweise aus Silber.
Der Innenraum des Isoliergehäuses 1..6 ist mit einem pulverförmigen bzw. körnigen Lösch- mittel 34, vorzugsweise chemisch reinem Quarzsand, ausgefüllt. Die Endkappen 18 und 20 sind in einander gegenüberliegende Ver- tiefLigen 42 der Anschlussglieder 12, 14 ein geführt, was eine wirksame Kühlung der Schmelzleiter 28 der Einzelsicherungen 10 zur Folge hat.
Die Anschlussglieder 12-, 14 sind durch einen zylindrischen Isoliermantel 38 mitein ander verbunden, der alle zwischen den An schlussgliedern 12, 14 befindlichen Einzel sicherungen einschliesst. Der zylindrische Isoliermantel 38 ist mittels der Schrauben 39 an den Anschlussgliedern 12, 14 befestigt, was sich als die zweckmässigste Form seiner Be festigung erwiesen hat. Die Zwischenräume zwischen den Isoliergehäusen 16 der Einzel sicherungen 10 innerhalb des durch den Isoliermantel 3'8 eingeschlossenen Raumes sind von einem körnigen Kühlmittel 40, vorzugs weise Quarzsand, ausgefüllt.
Das Kühlmittel 40 erfüllt die Aufgabe, den Isoliergehäusen 16, die aus einem verhältnismässig geringe mecha nische Festigkeit besitzenden Material be stehen können, seitliche Abstützung zu ver leihen. Die rohrförmigen Gehäuse 16 können beispielsweise aus organischen Faserstoffen, etwa Fiber, bestehen. Vorzuziehen ist als Bau stoff für die Gehäuse 16 ein aus gesponnenem Glas hergestelltes, mit geeigneten Kunstharzen imprägniertes Gewebe. Das körnige Kühl mittel 40 hat ferner die Aufgabe, eine schlag artige Kühlung der im Innern der Einzel sicherungen 10 gebildeten Lichtbogengase Lid Schmelzraupen. zu bewirken, falls eines der Isoliergehäuse 16 infolge des in ihm herrschen den Überdruckes bersten sollte.
Ein solches Bersten eines Gehäuses 1'6 ereignet sich jedoch nur in sehr seltenen Fällen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Einzelsicherungen mit Sicherheitsentlüftungsmitteln versehen sind, die den Austritt heisser Liehtbogengase aus den Isoliergehäusen 16 in das zwischen ihnen befindliche körnige Kühlmittel 40 er möglichen. Das körnige Kühlmittel 40 erfüllt demnach nicht nur seine Funktion beim aus nahmsweisen Bersten eines Isoliergehäuses 16, sondern immer dann, wenn innerhalb eines solchen Gehäuses ein Überdruck auftritt, der , ein Ansprechen der oben genannten Sicher heitsentlüftungsmittel zur Folge hat.
Um das Vorsehen eines besondern Entlüftungsventils an einer jeden Einzelsicherung 10 zu vermei den, sitzen die Endkappen 18, 20 der Einzel sicherungen 10 hinreichend lose auf ihren Isoliergehäusen 16 auf, um im Fall des Auf tretens von Gasen mit erheblichem Überdruck in den Isoliergehäusen 16 ein Ausströmen von Gas aus denselben in den vom körnigen Kühl mittel 40 erfüllten Raum zu ermöglichen. Die axial innern, kreisförmigen Kanten der End- kappen 18, 20 befinden sich ausserhalb der Vertiefungen 42,
so däss die Ausströmstellen einer jeden Einzelsicherung in einem Abstand von den Ansch.lussgliedern 12, 14 innerhalb des vom körnigen Kühlmittel erfüllten Raumes angeordnet sind. Infolgedessen wirken die Lichtbogengase, die aus den Ringspalten aus treten, die sich bei hohen Innendrucken zwi schen den Isoliergehäusen 16 und den End kappen 18, 20 bilden, nicht unmittelbar auf die metallischen Anschlussglieder 1221, 14 ein.
elbst ein verhältnismässig geringer Abstand S<B>S</B> zwischen den Anschlussgliedern T2, 14 und den Ausströmstellen der heissen Lichtbogen gase reicht im allgemeinen zum Schutz der Ansehlussglieder 19-,14 aus. An den Ausström- stellen der heissen Lichtbogengase in das kör nige Kühlmittel 4G bilden sich, wenn das Kühlmittel aus Quarz besteht, kleine, im wesentlichen kreisringförmige sekundäre Schmelzraupen.
Diese Schmelzraupen ent stehen nur bei besonders schweren Kurz- sehlussabschaltungen. Beim Auftreten von nicht allzugrossen Kurzschlüssen treten keine Lichtbogengase aus den Einzelsicherungen 10 aus.
Das Ausführungsbeispiel gemäss den Fig. 3 und 4 unterscheidet sich von demjenigen gemäss den Fig.1 und 2! unter anderem da durch, dass bei ersterem eine Ausgussmasse 44 vorgesehen ist, die gute dielektrische Eigen schaften besitzt und an die Stelle des körnigen Kühlmittels 40 tritt. In den Fig. 3 und 4 sind die scheibenförmigen 'Teile der Anschluss glieder der Sicherung mit den Bezugszeichen 12" und 14" versehen und der sie miteinander verbindende Isoliermantel führt das Bezugs zeichen 38'.
Der Isoliermantel 38' weist eine Öffnung 45 auf, die zum Eingiessen der Aus gussmasse 44 dient. Die Einzelsicherungen entsprechen denjenigen nach Fig.1. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss den Fig. 5 und 6 weisen die Anschlussglieder 48 Vertiefungen 52, zur Aufnahme je einer End kappe der zwei Einzelsicherungen 10 nach Fig. 1 und zusätzliche Nischen 64 zur Auf nahme der den Nischen 54 angepassten Isolier- klötze 56 auf.
Jeder der Isolierklötze '516 weist eine konische Vertiefung<B>5</B>8 auf, die koaxial mit einer konischen Vertiefung '5'2 in einem der Anschlussglieder angeordnet ist. Die koni schen Vertiefungen 152 und 58 sind kongruent. Die untere Endkappe der linken Einzelsiche rung 10 ist mit der obern Endkappe der rechten Einzelsicherung 110 in F'ig.5 durch einen Stromleiter 62 verbunden, der von der Isolierhülle 60 umgeben ist.
Der recht eckige Isoliermantel 50 verbindet die beiden Anschlussglieder 48 miteinander und der von dem Isoliermantel 50 eingeschlossene Raum ist von einem körnigen Kühlmittel 64 erfüllt.
Die in Fig.7 dargestellte Variante einer Einzelsicherung 1V' hat sich als äusserst prak tisches Grundelement zur Herstellung von Vielfachsicherungen nach dem Baukasten prinzip erwiesen. Der Schmelzleiter besteht aus den axial äussern Teilen 28' und dem axial innern Teil 2I8". Die axial äussern Teile 28' bestehen vorzugsweise aus 'Silber. Der axial innere Teil 28" kann aus einem Metall bestehen, das einen niedrigeren Schmelzpunkt hat als das Metall, aus dem die axial äussern Teile 28' bestehen.
Derartige mehrmetallische Schmelzleiter sind bekanntlich angebracht, wenn die Sicherung nicht nur zum Abschalten lurzschlussartiger Ströme, sondern auch zum Abschalten verhältnismässig geringer, .aber unzulässig lange anhaltender Überlasten an gewandt werden soll.
Es ist für den zuletzt genannten Zweck angebracht, den gesamten Schmelzleiter durch ein. Metallband zu bilden und dessen Mittelteil 28" mit einer Auflage eines Metalls zu versehen, welches die Eigen schaft hat, mit dem Metall, auf dem es auf liegt, eine Legierung zu bilden, die einen geringeren Schmelzpunkt hat als das Metall mit dem höheren Schmelzpunkt. 'Zwei der artige Metalle sind beispielsweise Silber und Zinn. Silber-Zinn-Legierungen haben einen wesentlich "geringeren Schmelzpunkt als, Silber.
Der im Querschnitt rechteckige Schmelz leiter 28', 28"; 28' ist entlang seiner Längs achse mit kreisförmigen Perforationen 30 ver sehen, durch die er in eine Vielzahl von Stellen verjüngten Querschnitts unterteilt wird. Jede dieser Stellen verjüngten Querschnitts besteht aus zwei parallelen Strompfaden 32. Es liegt demnach eine 'Serienparallelschaltung von Querschnittsverjüngungen vor. Bei Kurz schlussabschaltungen bildet sich an jeder Quersehnittsverjüngung ein kleiner Licht bogen. Dank der Reihenschaltung von Licht bögen ist der gesamte Bogenwiderstand gross.
Die Parallelschaltung von je zwei Lichtbögen hat die 'Tendenz, die thermische Beanspru chung des den Schmelzleiter 28', 28", 218' um gebenden körnigen Kühlmittels im Raum vor teilhaft zu verteilen.
Gemäss Fig. 7 sind die axial äussern Teile 28' des Schmelzleiters vom körnigen Kühl mittel 34 umgeben; der axial innere Teil 28" des Schmelzleiters ist hingegen vom körnigen Kühlmittel 36 umgeben. Die körnigen Kühl mittel 34, 36 haben verschiedenartige physika lische Eigenschaften. Das Kühlmittel 34 bildet beim Auftreten kurzschlussartiger Ströme eine glasartige Schmelze bzw. SSchmelzraup'e und besteht vorzugsweise aus Quarzsand.
Das Kühlmittel 36 besteht aus Gips oder einem andern pulverförmigen Körper, der auch unter dem Einfluss von hohen Bogentempera turen seine isolierenden Eigenschaften bei behält, das heisst nicht in eine einen Halbleiter bildende Schmelze übergeht; wie etwa Quarz sand. Die Kühlmittel 34 und 86 sind vonein ander durch Querscheidewände 3'7 getrennt, die eine Vermischung der beiden Kühlmittel verhüten. Die Querscheidewände weisen je einen Schlitz zum Durchtritt des bandförmi gen Schmelzleiters '28', 28", 28' auf.
Beim Auftreten eines Kurzschlussstromes schmilzt und verdampft der Schmelzleiter 28', 28", 28' schlagartig an seinen querschnittsver- jüngten Stellen 32 und den ihnen benach barten Teilen. Dazwischen bleiben leitende Metallbrücken bestehen, die durch Metallreste gebildet werden, die urverdampft bleiben. Im Augenblick des Verdampfers der Schmelz leiterteile 32 bildet sich rechts und links des Mittelteils der :Sicherung je eine Schmelz raupe, welche die oben genannten Metall brücken einschliesst.
Die beiden Schmelz raupen Sind durch eine Querscheidewand aus Gips oder dergleichen getrennt, die auch bei hohen Temperaturen nicht stromleitend ist. Diese Querscheidewand verhindert, dass nach Bildung der beiden Schmelzraupen, solange diese noch heiss sind und einen Halbleiter bil den, ein geringer Strom hindurchfliesst, der zur thermischen Zerstörung der Sicherung nach erfolgter Kurzschlussabschaltung führen könnte. Diese Gefahr ist bei allen bekannten Hochleistim.gsschmelzsicherungen vorhanden, aber besonders gross, wenn die 1Sicherungs- gehäuse 16 nicht aus einer keramischen Masse,
sondern aus einem Baustoff bestehen, der nur geringeren Temperaturen standzuhalten ver mag.
Gips und andere nicht schmelzende Kühl mittel, die sich zur Bildung von die :Schmelz raupe unterteilenden, isolierenden Quer scheidewänden eignen, geben unter dem Ein fluss des Lichtbogens Gase ab, die den Druck innerhalb des Isoliergehäuses 16 steigern. Das Volumen des körnigen, gasabgebenden Kühl mittels 36 ist jedoch im Verhältnis zum Volumen des Kühlmittels 34 hinreichend klein, um gefährliche Drucksteigerungen innerhalb des Gehäuses 16 auszuschliessen, wozu auch dessen Sicherheitsentlüftung durch 'die sich zwischen dem Gehäuse 16 und den Endkappen 18, 20 bildenden Ringspalte beiträgt.
Um diese Sicherheitsentlüftung zu ermöglichen, werden die Endkappen 18, '2U lose auf das Gehäuse 16 aufgebracht und in geringerem Mass defor miert, als dies bisher üblich war.
Wenn eine Sicherung für höhere Span nungen hergestellt werden soll, so verwendet. man Einzelsicherungen grösserer Länge, die Schmelzleiter grösserer Länge.besitzen. Eine andere Möglichkeit, die in Fig. 8 dargestellt ist, besteht darin, jede Einzelsicherung für die höhere Spannurig durch eine Reihenan ordnung mehrerer Rohrsicherungen für die niedrigere Spannung zu bilden. Es werden sodann mehrere der zusammengesetzten Siche rungen gemäss Fig. 8 in Parallelschaltung ähnlich wie in Fig.1. zu einer baulichen Ein heit zusammengefasst. .
Die Sicherung gemäss Fig. 9 ist für höhere Spannungen gedacht als diejenige gemäss Fig.1 und umfasst demnach Einzelsicherun gen 10' erhöhter Länge, die mit. Schmelz leitern erhöhter Länge versehen sind.
Die Einzelsieherungen 10' sind in dem Zwischen raum angeordnet, der zwischen den hier recht eckigen, plattenförmigen Teilen 12a, 14a von zwei Anschlussgliedern gebildet ist. Die Teile 12a, 14a sind durch vier rechteckige Platten 38a umgeben,
die durch .Sehrauben 39a an ihnen befestigt sind. Bei der Herstellung der Sicherung bleibt eine Seite des durch die Platten 38a abgeschlossenen Raumes zunächst zur Einfüllung des körnigen Kühlmittels 40 offen. Nach Einfüllung desselben wird die letzte der Platten 38a an die Teile 12a, 14a mittels der Schrauben 39a angeschraubt. Im übrigen entspricht .die Sicherung derjenigen nach Fig.1, 2.
Fig.10 stellt in Form eines Schaltbildes eine Sicherung dar, die aus vier reihenparal- lelgeschalteten Einzelsicherungen besteht. Je des dieser Elemente umfasst ein Gehäuse, mindestens einen Schmelzleiter, ein körniges, den Einsatz -umgebendes Kühlmittel und zwei Endkappen.
Das Vorsehen von körnigen Kühlmitteln sowohl innerhalb als auch ausserhalb der Iso- liergehäuse 16 hat sich in vielen Fällen als äusserst zweckmässig erwiesen, kann jedoch in andern Fällen unterbleiben. Wenn auf das äussere Kühlmittel 40 verzichtet wird, so kann auch auf den die Einzelsicherungen um fassenden Isoliermantel verzichtet werden.
In diesem Fall entweichen beim Auftreten von erheblichen Überdrucken heisse Lichtbogen gase zwischen den 'Gehäusen 16 und den End- kappen 18, 20 in den Raum zwischen den An- sehlussgliedern. Das ist unbedenklich, solange die Menge der austretenden Lichtbogengase sehr gering ist und solange die Spannung zwischen den Anschhissgliedern gering ist. Beim Fehlen dieser Voraussetzungen kann auf das Vorsehen des äussern Kühlmittels 40 nicht verzichtet werden.
Sieherungen der Art, die oben beschrieben wurde, können für Nennströme in der Höhe von einigen tausend Ampere gebaut werden und begrenzen den ersten Kurzschlussstrom- stoss weit unterhalb seines Scheitelwertes. Wenn .für Wechselstromkreise angewandt, so beträgt die Abschmelzzeit zuzüglich der Licht- bogendauer zweckmässig weniger als eine Halbwelle.
Wenn für Gleichstromkreise an gewandt, so ist die Summe der Abschmelzzeit und der Licht@ogendauer vorteilhaft von der gleichen G-rössenordniuig wie im Wechsel- Stromfall.