Die vorliegende Erfindung betrifft einen trägen Schmelzeinsatz mit einem die durch einen Isolierkörper getrennten Kappen verbindenden durchgehenden Schmelzleiter.
Man unterscheidet nach ihrer Strom-Zeit-Charakteristik gemäss IEC-Norm (IEC = International Electrotechnical Commission) flinke und träge Schmelzeinsätze. Innerhalb dieser beiden sich teilweise im Grenzbereich übergreifenden Bereiche werden nach einer noch nicht vereinheitlichten Nomenklatur auch noch gewisse Feinunterteilungen vorgenommen, die aber im vorliegenden Falle ausser Betracht bleiben.
Die wichtigsten Grundformen träger Schmelzeinsätze sind die folgenden: a) Einfachspiralschmelzeinsätze, bei welchen ein zu einem Wendel gewundener Draht mit seinem einen Ende an der einen Kappe und mit seinem anderen Ende an ein gerades Drahtstück angelötet ist, wobei das gerade Drahtstück seinerseits an der anderen Kappe angelötet ist.
b) Doppelspiralschmelzeinsätze, bei welchen an die Stelle des geraden Drahtes der Einfachspiralschmelzeinsätze ein zweiter Drahtwendel tritt.
c) Schmelzeinsätze mit einem die beiden Kappen durchgehend verbindenden Draht, auf welchen eine Zinnperle aufgeschweisst bzw. auflegiert ist.
d) Schmelzeinsätze mit einem die beiden Kappen durchgehend verbindenden einfachen Zinkdraht.
Ferner sind unzählige Varianten dieser Schmelzeinsätze bekannt, so z. B. solche mit einem um einen Kunststoffstab gewickelten Draht und dergleichen. Sie lassen sich alle in irgendeiner Weise einer der vorgenannten vier Gruppen unter ordnen.
Den bekannten trägen Schmelzeinsätzen haften im wesentlichen folgende Nachteile an:
Zu a) und b): Die Einfach- und die Doppelspiralschmelzeinsätze weisen bei ihrer Herstellung den Hauptnachteil auf, dass die bei ihrer Herstellung in Behältern wirr anfallenden Drahtwendelchen von Hand aus ihrer gegenseitigen Verschlingung gelöst und zumeist auch von Hand miteinander bzw. mit dem geraden Draht verlötet werden müssen, und schliesslich auch von Hand weiterzuverarbeiten sind, wenn sich die Wendelchen nicht wieder ineinanderschlingen sollen. Dabei ist auch die Lötstelle kritisch und oft nicht korrosionsfrei oder korrsionsbeständig herstellbar. Durch Berührung der Wendel am Isolierkörper, zumeist ein Glasröhrchen, können Fehler der Strom-Zeit-Charakteristik infolge Wärmeableitung entstehen, was zu weiterer Unsicherheit führt.
Durch Materialverschiedenheiten können auch Polaritätsprobleme infolge des Peltiereffektes eintreten. All dies führt zu kostspieliger und der Automation nicht zugänglicher Herstellung, wobei die Unsicherheiten trotzdem nicht vollständig ausschaltbar sind.
Zu c): Die Hauptschwierigkeit liegt hier darin, die Zinnperle gerade in jenem Masse aufzuschweissen, dass der gewünschte Legierungszustand erreicht wird, so dass bei Überströmen die Zinnperle schmilzt und der Legierungsvorgang dann weiterschreiten kann, und schliesslich wegen der durch den sich in den Querschnitt des Drahtes einarbeitenden Legierungsvorgangs der Schmelzleiter abschmilzt. Ist die Perle zu wenig aufgeschweisst, so können sich an der Grenzschicht zwischen ihr und dem Draht z. B. Oxydationsschichten bilden, die den Legierungsvorgang im Gebrauch hemmen. Ist die Perle zu stark auflegiert, so wird im Gebrauch möglicherweise ein zu rasches Abschmelzen eintreten können.
Bei sehr dünnen Drähten ist diese Methode überdies nicht gangbar, weil diese feinsten Drähtchen meist schon beim Aufschweissen der Perle durchlegieren und dadurch so brüchig werden, dass sie neben der Perle vielfach schon im Zuge der Schmelzeinsatzherstellung brechen.
Zu d): Der durchgehende Zinkdraht als Schmelzleiter eines trägen Schmelzeinsatzes wäre an sich geeignet, alle diese genannten Unsicherheiten und die kostspielige Fertigung der anderen Schmelzeinsätze zu vermeiden, hat aber den Nachteil besonderer Korrosionsanfälligkeit. Setbst, wenn es gelingt, den Zinkdraht bis zu seiner Einbringung in den Schmelzeinsatz vor Korrosion zu bewahren, so gelingt es doch nicht, bei rationeller Fertigung der Schmelzeinsätze diese stets so sicher abzudichten, dass sie den Zinkdraht korrosionssicher einschliessen. Schon geringe Feuchtigkeitsspuren, deren Eindringen in den Schmelzeinsatz durch die Betriebstemperaturschwankungen begünstigt werden kann, vermögen den im Betrieb warmen Zinkdraht rasch zu korrodieren, so dass sich seine Eigenschaften in unvorhersehbarer Weise verändern.
Es ist sogar schon vorgekommen, dass solche Zinkdrähte selbst ausser Betrieb zu Staub zerfallen sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schmelzeinsatz zu schaffen, welcher sowohl die komplizierten, zum Teil nur manuell ausführbaren und kostspieligen Herstellungsmethoden der bekannten Schmelzeinsätze vermeidet und es gestattet, bei einfacher und sicherer Herstellung die Ungenauigkeiten und anderen Unsicherheitsfaktoren der bekannten Schmelzeinsätze auch im Gebrauch zu vermeiden.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Schmelzeinsatz der ein gangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass der drahtförmige Schmelzleiter um einen ein- oder mehrschichtigen Metallkern einen Mantel aus unedlem Metall aufweist.
Die träge Strom-Zeit-Charakteristik eines solchen Schmelzeinsatzes ist um so überraschender, als es bereits bekannt ist, für flinke Schmelzeinsätze Schmelzleiter zu verwen den, welche einen mit einer Silberschicht überzogenen Kupferkern aufweisen.
Der Kern eines Schmelzleiters in einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Schmelzeinsatzes kann homogen aus unlegiertem oder legiertem Metall (z. B. aus Kupfer oder aus Bronze bzw. aus einer Kupfer-Silber-Legierung) bestehen, wobei sowohl unedle als auch edle Metalle in Betracht kommen. Er kann aber auch heterogen, z. B. aus mehreren Schichten, aufgebaut sein, wobei wiederum unlegierte und legierte unedle und edle Metalle in Betracht kommen können. Obschon in der Regel runde Kernquerschnitte bevor zugt werden, sind auch andere Querschnittformen nicht ausgeschlossen.
Das Mantelmetall hat vorzugsweise einen niedrigeren Schmelzpunkt als das Kernmaterial bzw. die ihm nächst liegende Kernschicht, so dass sich bei mehreren konzentrischen Kernschichten vorzugsweise ein Schmelzpunktgefälle der Schichten einschliesslich des Mantels von innen nach aussen ergibt.
Besonders gute Ergebnisse sind mit Kernen aus Kupfer bzw. Silber oder aus Bronze bzw. einer Kupfer/Silber-Legierung im Verhältnis 50/50 mit einem darüber angeordneten Mantel aus Zinn erhalten worden.
Die Dicke eines solchen Zinnmantels sollte den Bereich von etwa einem Hundertstel des mittleren Kerndurchmessers nicht unterschreiten, wobei die Zinnschicht nicht dünner als 0,005 mm sein sollte. Während die Zinnschicht in ihrer Dicke bezogen auf einen bestimmten Kern ausreichend bemessen werden soll, um die Strom-Zeit-Charakteristik träge zu machen, sollte sie nicht so dick gewählt werden, dass ihre Mächtigkeit die Leitfähigkeit dieses Kerns zu stark anhebt, da sonst der Legierungsvorgang nicht rechtzeitig beginnt. Oberhalb der genannten Grenzen sind aber auch Schichtdicken von mindestens einem Sechzigstel des mittleren Kerndurchmessers brauchbar. Werte um ein Zehntel des mittleren Kerndurchmessers können bereits die unteren Grenzwerte für die Zinnschichtdicke bei verhältnismässig dünnen Kernen darstellen.
Die untere Grenze der Zinn schichtdicke des Mantels kann bei gewissen Kernen bei einem Fünfzigstel, einem Vierzigstel oder einem Dreissigstel oder bei einem Zwanzigstel und darüber liegen.
In der Praxis kann sich beim Vergleich flinker und träger Schmelzeinsätze folgendes Bild ergeben:
1. Die mittlere Kennlinie der Strom-Zeit-Charakteristik im IEC-Bereich für flinke Schmelzeinsätze beginnt beim 1,5-facl(en Nennstrom im Bereich von mehreren tausend Sekunden Abschmelzzeit und fällt steil ab, so dass sie bei zweieinhalb- bis dreifachem Nennstrom mittlere Abschmelzzeiten um 1 Sekunde ergibt. Bei etwa vierfachem Nennstrom hat er noch eine mittlere Abschmelzzeit um 0,15 Sekunden und bei zehnfachem Nennstrom eine Abschmelzzeit unter 0,02 Sekunden zu ergeben.
2. Die entsprechende mittlere Kennlinie im IEC-Bereich für träge Schmelzeinsätze beginnt bei dem etwa 1,5machen Nennstrom auch im Bereich von mehreren tausend Sekunden Abschmelzzeit und fällt vorerst nur geringfügig flacher ab als jene des flinken Schmelzeinsatzes. Beim zweieinhalb bis dreifachen Nennstrom ist die mittlere Abschmelzzeit des trägen Schmelzeinsatzes noch im Bereich von eta 5 Sekunden, um dann aber stark flacher zu werden und bei vierfachem bzw. zehnfachem Nennstrom mittlere Abschmelzzeiten in der Grössenordnung von 1,5 Sekunden bzw. 0,15 Sekunden zu ergeben.
3. Würde man nun durch einfache Vergrösserung des Durchmessers eines Schmelzleiters einen flinken Schmelzeinsatz träger zu machen versuchen, so könnte man ihm zwar unter Beibehaltung des gleichen Nennstroms im Bereich des vier- bis zehnfachen Nennstromes eine träge Charakteristik verleihen, dies würde aber dazu führen, dass seine Leitfähigkeit so gross wird, dass er bei geringeren Vielfachen des gleich belassenen Nennstromes erst nach unzumutbar langer Zeit oder gar nicht mehr abschmilzt. Er hat nämlich durch den grösseren Durchmesser und durch die dadurch vergrösserte Leitfähigkeit an sich auch einen anderen Nennstrombereich erhalten. Korrigiert man nun den Nennstrom entsprechend nach oben, so hat der flinke Schmelzeinsatz wieder seine alte Charakteristik.
4. Das Problem liegt also darin, die Abschmelzzeiten bei den höheren bis mittleren Vielfachen des Nennstromes anzuheben, sie aber im Bereich der kleinen Vielfachen des Nennstromes möglichst unverändert zu lassen, wenn man statt eines flinken Schmelzeinsatzes einen trägen Schmelzeinsatz haben will.
5. Dies wurde bislang durch die mehrere Drahtabschnitte verbindenden Lötstellen erreicht, indem bei kleinen Nennstrom-Vielfachen der Draht sich aufheizte, aber nicht selbst schmolz, sondern die Lötstelle zum Schmelzen brachte, wodurch die Drahtabschnitte getrennt wurden. Ferner wurde die auf einen Draht mit an sich zu guter Leitfähigkeit aufgeschweisste Zinnperle, welche den Draht im bereits genannten Sinne durch Legierung beeinflusst, verwendet, um die bei geringen Vielfachen des Nennstromes auftretende Heizleistung für diesen Legierungsvorgang, nicht aber für das primäre Abschmelzen des Drahtes auszunützen. Mit zunehmender Legierungstiefe verringert sich die Leitfähigkeit immer mehr, bis sich der Draht so stark erhitzt, dass er schmilzt. In beiden genannten Fällen ist die Lötstelle bzw.
die Zinnperle bei hohen Überströmen belanglos, weil dann der Draht selbst abschmilzt.
6. Es ist also bei den bekannten Schmelzeinsätzen höchstens eine lokale Querschnittveränderung vorgenommen wor- den, zumal sich ja (wie in 3) vorstehend gezeigt wurde) eine Querschnittvergrösserung des ganzen Drahtes durchwegs leitfähigkeitssteigernd auswirkt und somit zu an sich unbrauchbaren Ergebnissen führt.
7. Um so mehr überrascht es, dass es gelingt, einen Schmelzeinsatz mit träger Strom-Zeit-Charakteristik selbst dadurch zu erhalten, wenn man in ihm einen Schmelzleiter verwendet, welcher um einen an sich flinken Kern einen entsprechenden Mantel (insbesondere einen solchen aus Zinn) hat, obschon dies eine primäre Leitfähigkeitssteigerung des Schmelzleiters mit sich bringen müsste, zumal der Mantel ja auf der ganzen Länge des Schmelzleiters vorgesehen ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsge mässen Schmelzeinsatzes ist es ausserdem vorgesehen, dass wenigstens jener Teil der Kappen, an welchem die Schmelzleiterenden befestigt sind, wenigstens oberflächlich aus dem gleichen Metall besteht, aus welchem der Mantel des Schmelzleiters, insbesondere aus Zinn, besteht. Wird ein Lot verwendet, so sollte auch dieses nach der bevorzugten Ausführungsform aus dem gleichen Metall wie der Schmelzleitermantel (z. B. Zinn) bestehen.
Die Aussenfläche des Schmelzleitermantels ist nach einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durch eine Schutzschicht bedeckt, wobei diese Schutzschicht neben einem Korrosionsschutz bei der Herstellung des Schmelzeinsatzes auch als Schmelzvermittler für das Anlöten der Schmelzleiterenden an den Kappen dienen kann, und z. B. Kolophonium enthält.
Ein erfindungsgemässer Schmelzeinsatz ist neben seiner Verwendbarkeit für die Absicherung jeglicher elektrischer In- stallationen, insbesondere auch als Apparateschutz-Schmelzeinsatz (Geräteschmelzeinsatz) geeignet.
The present invention relates to an inert fuse link with a continuous fusible link connecting the caps separated by an insulating body.
According to the IEC standard (IEC = International Electrotechnical Commission), a distinction is made between fast and slow fuse links based on their current-time characteristics. Within these two areas, some of which overlap in the border area, certain fine subdivisions are also made according to a nomenclature that has not yet been standardized, but these are not considered in the present case.
The most important basic forms of inert fusible links are as follows: a) Single spiral fusible links, in which a wire wound into a helix is soldered at one end to one cap and at its other end to a straight piece of wire, the straight piece of wire in turn being soldered to the other cap is soldered on.
b) Double spiral melting inserts, in which a second wire coil takes the place of the straight wire of the single spiral melting inserts.
c) Fusible links with a wire continuously connecting the two caps on which a tin bead is welded or alloyed.
d) Fusible links with a simple zinc wire continuously connecting the two caps.
Furthermore, innumerable variants of these fuse inserts are known, such. B. those with a wire wound around a plastic rod and the like. They can all be assigned to one of the above four groups in some way.
The following disadvantages essentially adhere to the known slow melting inserts:
Regarding a) and b): The single and double spiral fusible inserts have the main disadvantage during their manufacture that the twisted wire coils that are incurred in containers during their manufacture are loosened by hand from their mutual entanglement and mostly also by hand with one another or with the straight wire have to be soldered, and finally also have to be further processed by hand if the filaments are not to be looped together again. The soldering point is also critical and often cannot be made corrosion-free or corrosion-resistant. Touching the coil on the insulating body, usually a glass tube, can lead to errors in the current-time characteristic due to heat dissipation, which leads to further uncertainty.
Differences in material can also lead to polarity problems due to the Peltier effect. All of this leads to costly production that is inaccessible to automation, although the uncertainties cannot be completely eliminated.
Regarding c): The main difficulty here is to weld the tin bead to such a degree that the desired alloying state is achieved, so that the tin bead melts when it overflows and the alloying process can then continue, and finally because of the cross-section of the Wire incorporated alloying process melts the fusible link. If the bead is not welded on enough, then at the boundary layer between it and the wire z. B. Form oxidation layers that inhibit the alloying process in use. If the bead is too heavily alloyed, it may melt away too quickly during use.
In addition, this method is not feasible with very thin wires because these very fine wires usually alloy when the pearl is welded on and become so brittle that they often break next to the pearl in the course of the fusible link production.
Re d): The continuous zinc wire as a fuse element of an inert fuse link would be suitable per se to avoid all of these uncertainties and the costly manufacture of the other fuse links, but has the disadvantage of being particularly susceptible to corrosion. Even if it is possible to protect the zinc wire from corrosion until it is inserted into the fusible link, it is not possible, with rational production of the fusible link, to always seal them so securely that they enclose the zinc wire in a corrosion-proof manner. Even small traces of moisture, the penetration of which into the fusible link can be favored by fluctuations in operating temperature, can quickly corrode the zinc wire, which is warm during operation, so that its properties change in an unpredictable manner.
It has even happened that such zinc wires have disintegrated into dust even when not in use.
The object of the invention is to create a fusible link which avoids both the complicated and costly manufacturing methods of the known fusible links, some of which can only be carried out manually, and which allows the inaccuracies and other uncertainties of the known fusible links to be avoided during use while being simple and safe to manufacture .
To achieve this object, a fusible link of the type mentioned at the outset is characterized according to the invention in that the wire-shaped fusible conductor has a sheath made of base metal around a single-layer or multilayer metal core.
The sluggish current-time characteristic of such a fuse link is all the more surprising as it is already known to use fusible conductors for fast fuse links which have a copper core coated with a silver layer.
The core of a fusible conductor in one embodiment of the fuse link according to the invention can consist homogeneously of unalloyed or alloyed metal (e.g. copper or bronze or a copper-silver alloy), both base and noble metals being considered. But it can also be heterogeneous, e.g. B. be composed of several layers, in turn, unalloyed and alloyed base and noble metals can be considered. Although round core cross-sections are usually given, other cross-sectional shapes are not excluded.
The cladding metal preferably has a lower melting point than the core material or the core layer closest to it, so that with several concentric core layers there is preferably a melting point gradient of the layers including the cladding from the inside to the outside.
Particularly good results have been obtained with cores made of copper or silver or of bronze or a copper / silver alloy in a ratio of 50/50 with a tin jacket arranged on top.
The thickness of such a tin jacket should not be less than about one hundredth of the mean core diameter, and the tin layer should not be thinner than 0.005 mm. While the thickness of the tin layer should be dimensioned sufficiently in relation to a certain core in order to make the current-time characteristic sluggish, it should not be chosen so thick that its thickness increases the conductivity of this core too much, otherwise the alloying process does not start in time. Above the stated limits, however, layer thicknesses of at least one sixtieth of the mean core diameter can also be used. Values around a tenth of the mean core diameter can already represent the lower limit values for the tin layer thickness with relatively thin cores.
The lower limit of the tin layer thickness of the cladding can be a fiftieth, a fortieth or a thirtieth or a twentieth and above for certain cores.
In practice, when comparing fast and slow fuse links, the following picture can emerge:
1. The mean characteristic curve of the current-time characteristic in the IEC range for fast-acting fuse links begins at 1.5-facl (en rated current in the range of several thousand seconds of melting time and drops steeply so that it is mean at two and a half to three times the rated current At about four times the nominal current, it still has an average melting time of 0.15 seconds and at ten times the nominal current a melting time of less than 0.02 seconds.
2. The corresponding mean characteristic curve in the IEC range for slow-blow fuse links begins at the rated current of around 1.5, also in the range of several thousand seconds of melting time and initially falls only slightly flatter than that of the fast fuse link. At two and a half to three times the nominal current, the mean melting time of the slow fuse link is still in the range of around 5 seconds, but then becomes much flatter, and with four or ten times the nominal current, mean melting times in the order of 1.5 seconds or 0.15 seconds to surrender.
3. If one were to try to make a nimble fuse link sluggish by simply increasing the diameter of a fuse element, one could give it a sluggish characteristic while maintaining the same nominal current in the range of four to ten times the nominal current, but this would lead to its conductivity becomes so great that it only melts after an unreasonably long time or not at all with lower multiples of the nominal current left the same. Because of the larger diameter and the resulting increased conductivity, it actually has a different nominal current range. If the rated current is corrected upwards accordingly, the nimble fuse link has its old characteristics again.
4. The problem is therefore to increase the melting times at the higher to medium multiples of the rated current, but to leave them as unchanged as possible in the range of the small multiples of the rated current if you want a sluggish fuse instead of a nimble fuse.
5. This has so far been achieved by the soldering points connecting several wire sections, in that the wire heated up at low nominal current multiples, but did not melt itself, but instead caused the soldering point to melt, whereby the wire sections were separated. Furthermore, the tin bead welded onto a wire with too good conductivity, which influences the wire in the sense already mentioned by alloying, was used to utilize the heating power that occurs at low multiples of the nominal current for this alloying process, but not for the primary melting of the wire . With increasing alloy depth, the conductivity decreases more and more until the wire heats up so much that it melts. In both cases mentioned, the soldering point or
the tin bead is irrelevant at high overcurrents, because then the wire itself melts.
6. With the known fusible inserts, at most a local change in cross-section has been made, especially since (as shown in 3) above, an increase in the cross-section of the entire wire has the effect of increasing conductivity and thus leads to useless results.
7. It is all the more surprising that it is possible to obtain a fusible link with a sluggish current-time characteristic even if a fusible conductor is used in it, which has a corresponding jacket (especially one made of tin) around a nimble core ), although this would have to bring about a primary increase in conductivity of the fusible conductor, especially since the jacket is provided over the entire length of the fusible conductor.
In a preferred embodiment of the fusible link according to the invention, it is also provided that at least that part of the caps to which the fusible conductor ends are attached is at least superficially made of the same metal from which the jacket of the fusible conductor, in particular tin, is made. If a solder is used, then, according to the preferred embodiment, this should also consist of the same metal as the fusible conductor sheath (e.g. tin).
According to a further preferred embodiment of the invention, the outer surface of the fusible conductor jacket is covered by a protective layer, this protective layer not only providing protection against corrosion during the manufacture of the fusible link but also as a fusible link for soldering the fusible conductor ends to the caps, and z. B. Contains rosin.
A fuse link according to the invention, in addition to its usability, is suitable for protecting any electrical installation, in particular also as a device fuse link (device fuse link).