DD201072A1 - Einstueckiger schmelzleiter fuer elektrische sicherungen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen einstückigen Schmelzleiter für elektrische Sicherungen mit zumindest einem Wirkstoffdepot in einer Rinne und querschnittsverminderten Engstellen. Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen energieverlustarmen, alterungsbeständigen, kennlinienfesten und technologisch vorteilhaft herstellbaren Schmelzleiter zu schaffen. Es wird ein Schmelzleiter entwickelt, der durch gezielte Erzeugung von Strömungen im flüssigen Wirkstoff und Nutzung von Ausscheidungsvorgängen schnell bei Temperaturen, die nur wenig über dem Schmelzpunkt des Wirkstoffes liegen, abgeschmilzt und den Stromfluss unterbricht, indem ein lokaler Bereich des halb mit Wirkstoff bedeckten Trägermaterialstegs senkrecht zu Oberfläche und gleichzeitig über die gesamte Breite des Stegs aufgelöst. Derartige Schmelzleiter werden insbesondere in Niederspannungs- und Hochleistungssicherungen eingesetzt. Fig. 1

Description

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Titel der Erfindung

Einstückiger Schmelzleiter für elektrische Sicherungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen einstückigen Schmelzleiter für elektrische Sicherungen mit zumindest einem Wirkstoffdepot in einer Rinne und querschnittsverminderten Engstellen·

Derartige Schmelzleiter werden insbesondere in liiederspannungs-Hochleist-jr_g3sicheri;ngen eingesetzt.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Durch die DE-OS 292?6βΟ ist ein Schmelzleiter bekannt, der mit einem Weichlotauftrag und querschnittsverminderten Engstellen unterschiedlicher Aussparungsbreite eine bestimmte Abschaltcharakteristik und geringe Alterung erreichen soll, indem der Wirkstoff unmittelbar auf einer Engstelle aufgetragen wird und das Temperaturmaximum durch zusätzliche Querschnittsverengungen in die wirkstofftragende Stelle hineingelegt wird· Dieser Schmelzleiter hat den Nachteil, daß die für das Abschmelzen erforderliche Temperatur infolge ungünstig gewählter Auflösungsbedingungen weit über dem Schmelzpunkt des Wirkstoffes liegt·

Diese hohe Erwärmung setzt die Alterungsbeständigkeit herab und führt zu großen Energieverlusten, da auch bei liennstrom bereits eine hohe Betriebstemperatur erreicht wird.

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Aus der DE-PS 2428569 sind Schmelzleiter bekannt, die mindestens eine Wirkstoffanhäufung vor der stromtragenden Sngstelle angeordnet haben und nur ein Teilbereich des Wirkstoffes an Zonen hoher Temperatur anliegt.

Hierbei ist nachteilig, daß der Wirkstoff im Auflösungsfall von der Wirkstoffanhäufung zur Reaktionsstelle auf der Sngstelle transportiert werden muß, welches insbesondere nach längerer Betriebszeit durch die herabgesetzte Benetzungsfähigkeit des Trägermaterials erschwert wird· Nachteilig ist weiterhin, daß der stromtragende Querschnitt dabei vom Wirkstoffzentrum radial nach außen parallel zur Oberfläche aufgelöst wird, wodurch das Verhältnis von Angriffsfläche des Wirkstoffes zum aufzulösenden Volumen des zur Unterbrechung notwendigen Trägermaterials sehr klein ist und der Abschmelzvorgang dadurch verzögert wird·

Gleichzaitig kommt es infolge des ?ließens des Wirkstoffes zur Reaktionsstelle hin zu einer Kühlung derselben, wodurch der Abschnelzvorgang zusätzlich verlängert wird·

Xn der US ?S 4227167 wird schließlich ein Schmelzleiter beschrieben, bei dem der Wirkstoffauftrag unmittelbar an die für die Abschaltung vorgesehene Sngstelle angrenzt, nachteilig bei dieser Variante ist, daß der Wirkstoff nicht in z, B. einer Rinne geometrisch fixiert vorliegt, was ein Undefiniertes Breitfließen und damit einerseits stark streuende Abschmelzcharakteristiken bedingt und andererseits zu Wirkstoffquerschnitten führt, die für den Auflösungsvorgang sehr ungünstig sind·

Weiterhin ist festzustellen, daß die Position des Wirkstoffes auf dem Schmelzleiter nicht so gewählt wurde, daß die Temperaturverteilung den Abschmelzvorgang optimal begünstigt. Schließlich kann für die gesamte ausgewertete Patentliteratur festgestellt werden, daß der Einfluß äußerer Kräfte (z.B, Schwerkraft, Zentrifugalkraft) auf den Auflösungsvorgang durch Förderung oder Behinderung von Strömungen innerhalb des Wirkstoffes nicht erkannt wird und daß damit speziell bei Schmelzleitern mit nur einem einseitig vom Temperaturmaximum

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der Reaktionsstelle befindlichen Lotdepot die Abschmelzcharakteristik wesentlich von der Einbaulage abhängig wird.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen verlustarmen, alterungs- und kennlinienbeständigen sowie technologisch vorteilhaft herstellbaren Schmelzleiter zu schaffen·

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schmelzleiter zu schaffen, der möglichst schnell bei Temperaturen, die nur wenig über dem Schmelzpunkt des Wirkstoffes liegen, abschmilzt und den Stronfluß unterbricht. Dazu müssen die stromtragenden Querschnitte aller Engestellen einer Engestellenreihe senkrecht zu deren Oberfläche und sehr lokal auf den Sngestellen aufgelöst werden. Mit dieser lokalen Auflösung wird erreicht, daß nur ein зе'п? kleines Trägermaterial volumen in Verhältnis zur '.Virk3toff menge aufgelöst *.verden nuß. Durch Aufbringen eines 'Teiles das Wirkstoffes auf jeweils die Hälfte der Engesteller, einer Engestellenreihe, die der Lotrinne zugewandt ist, die ihrerseits senkrecht zur Stromrichtung angeordnet ist, wird erreicht, daß sich der Wirkstoff ständig unmittelbar auf der Reaktionsstelle befindet, diese Reaktionsstelle selbst aber im Randbereich des V/irkstoffdepots und auf den Engestellen der entsprechenden Engestellenreihe liegt und der Wirkstoff auch nach Aufschmelzen seine Porm und Lage beibehält, d.h. ein Kintransport zur Reaktionsstelle ist nicht erforderlich, eine kühlende Wirkung des Wirkstoffes tritt nicht auf und die strömungstechnisch günstige Anordnung des Y/irkstoffes bleibt erhalten.

Geschwindigkeitsbestimmend für den Abschaltvorgang ist die Sättigung des Wirkstoffes mit aufgelöstem Trägermaterial. Durch geeignete Anordnung des Schmelzleiters in einem äußeren Kraftfeld (Schwerkraft, Zentrifugalkraft usw.) werden Strömungen begünstigt, die in Verbindung mit dem kälteren Teil des Wirkstoffvorrates dort zu Ausscheidungen führen, so daß

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der zur Reaktionsstelle zurückströmende Wirkstoff seine Lösung sfähigkeit ständig aufrechterhält·

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß gemäß Fig. 1a und 1b sich der Wirkstoff 3 in mindestens einer quer über das Trägermaterial 1 verlaufenden Rinne mit strömungstechnisch günstiger Form und Größe, deren Verhältnis von mittlerer Breite b zu Tiefe t bei 1 liegt, befindet, und die Rinne auf dem Schmelzleiter so anzuordnen ist, daß jeweils die halben Flächen aller Engestellen 2 einer Engestellenreihe in die Wirkstoffrinne so hineinragen, daß im Wirkstoff in der ITähe der Reaktionssteile ein genügend großer Strömungsquerschnitt 4 gewährleistet ist. Gemäß Fig· 1c wird dazu die Seite der Engesteilenreihe gewählt, bei der im Betriebsfall der Sicherung die Temperatur von der Engestellenreihe weg abnimmt und damit der größere Teil des V/irkstoffdepots auf niedrigeren Temperaturen als die Reaktionsstelle 5 liegt.

Vorteilhafterweise sollte dieser Temperaturunterschied möglichst grc3 ^sstü.lte'Z "'erden* Гаоеі ist der Sclmelzlai^er Ъэі Verwendung nur eines .'/irkstoffdepots erfindungsgenaS го anzuordnen, daß sich der Schwerpunkt ds3 Wirkstoffes von der halb mit Wirkstoff bedeckten Engestellenreihe aus gesehen stets in Kraftrichtung befindet (z. 3. F.. vertikaler Einbau, Fp horizontaler Einbau des Schmelzleiters bei Ausnutzung der Schwerkraft)· Werden dagegen mehrere V/irkstoffdepots auf dem Trägermaterial angeordnet, so muß gewährleistet sein, daß alle Wirkstoffdepots den oben genannten Forderungen in gleicher Weise genügen»

Als Wirkstoff wird vorteilhafterweise ein mit dem Trägermaterial reaktionsfähiges Lot mit geringem Schmelzintervall, insbesondere Reinmetall oder eutektisches Gemisch verwendet werden«

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Ausfuhrun^sbeispiel

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels und der dazugehörigen Zeichnungen näher erläutert werden.

Der in Pig· 1 und in Pig. 2 dargestellte Schmelzleiter besteht aus einem bandförmigen Trägermaterial 1 aus einem elektrisch gut leitenden Werkstoff (z. B. Silber, Kupfer oder Kombinationen entsprechender Werkstoffe), der mehrere Engestellenreihen 6, 7 und mindestens ein Wirkstoffdepot aufweist. Der Wirkstoff befindet sich in einer Rinne, deren Verhältnis von mittlerer Rinnenbreite b zu Rinnentiefe t (s. Pig. 1Ъ) bei eins liegt.

Mindestens eine Engestellenreihe 6 ragt so weit in ein Wirkstoff depot 3 hinein, daß jede einseine Engestelle dieser Engestellenreihe bis zur Hälfte mit V/irkstoff bedeckt ist, sodaß gleichzeitig in der ITähe der Realrtionsstelle ein ausreichender otrömungsquerschnitt 4 gewährleistet ist. Dabei befindet sich das Wirkstoffdepot auf der Seite der Engestellenreihe 6, die, auf die Schmelzleiterenden bezogen, den kleineren elektrischen Widerstand hat.

Vorteilhafterweise werden Engestellenreihen mit unterschiedlichem elektrischen Widerstand auf dem Schmelzleiter so angeordnet, daß die Engestellenreihen mit geringerem elektrischen Widerstand 7 weiter außen als die Engestellenreihen mit höherem elektrischen Widerstand angeordnet sind.Die unterschiedlichen Widerstandsbeiträge der Engestellenreihen 6 und 7 werden durch unterschiedliche Engestellenformen realisiert, wobei der stromtragende Querschnitt an der engsten Stelle der jeweiligen Engestelle aber gleich groß ist. Der in Pig. 2 und 3 angegebene Abstand a kann dabei gegebenenfalls gleich Null gewählt werden, sodaß der Schmelzleiter sowohl eine geradzahlige als auch eine ungeradzahlige Anzahl von Engestellenreihen aufv/eisen kann. Die Positionierung des in Pig. 2 dargestellten Schmelzleiters in der Sicherung hat so zu erfolgen, daß sich beim Betreiben der Sicherung der Schwerpunkt des V/irkstoffes von der halb mit Wirkstoff bedeckten Engestellen-

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reihe aus gesehen stets in Kraftrichtung (z. B. bei Ausnutzung der Schwerkraft: F.. vertikaler Einbau, F₂ horizontaler Einbau) befindet.

Werden zwei Wirkstoffdepots auf dem Schmelzleiter angeordnet, um ihn von der Einbaulage weitestgehend unabhängig zu machen, so muß durch deren Anordnung gemäß Fig. 3 gewährleistet werden, daß die einzelnen Wirkstoffrinnen in Form, Größe und Lage zur jeweils halb mit Wirkstoff bedeckten Engestellenreihe so übereinstimmen, daß jeweils eine von ihnen die Bedingungen für den im weiteren darzustellenden Abschaltmechanismus optimal erfüllt.

Im Auslösungsfall der Sicherung wird der Wirkstoff durch die 7/iderstandsbeiträge der Engestellen in den flüssigen Zustand überführt, wobei durch die Anordnung des Wirkstoffes auf dem Schmelzleiter und der sich ausbildenden Teir.peraturvert eilung infolge der Anordnung und Form der Engesteilenreihen der größere Teil des Jirkstoffes eine niedrigere Temperatur als der Wirkstoffteil besitzt, der sich an der Reaktionsstelle befindet. Das Ziel derTSrfindung wird dadurch gefördert, das die unterschiedlichen Widerstandsbeiträge der verschiedenen Engestellenreihen diese Temperaturdifferenz noch weiter vergrößern.

Es kommt unter Einwirkung der äußeren Kraft zu einem Strömungsvorgang 8 (Fig. 1a) innerhalb des Wirkstoffes, wobei sich infolge des Anströmens des Trägermaterials an der Reaktionsstelle 5 Turbulenzen ausbilden, die einen besonders guten Abtransport des aufgelösten Trägermaterials bewirken und somit eine wesentlich schnellere Auflösung an der lokal sehr begrenzten Reaktionsstelle als an anderen mit Wirkstoff bedeckten Stellen des Trägermaterials erfolgt. Diese lokale, schnelle Auflösung des Trägermaterials wird dadurch begünstigt, daß trägermaterialreicher Wirkstoff durch kältere Wirkstoffzonen strömt und sich dort die Trägermaterialanteile ausscheiden. Der im weiteren zur Reaktionsstelle zurückströmende Wirkstoff besitzt ständig ein großes Lösungsvermögen und seine Reaktionsfähigkeit wird dadurch aufrecht erhalten. Der er-

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findungsgemäße Sciimelzleiter erzwingt diese optimalen Strömungsverhältnisse und erreicht damit die geforderten Abschmelzzeiten bei sehr niedrigen Temperaturen, d.h. bei Temperaturen, die nur wenig über dem Schmelzpunkt des Wirkstoffes liegen«

Bei elektrischen Strömen bis zum kleinen Prüfstrom bleibt der Wirkstoff dagegen fest und es kommt weder zur Reaktion zwischen Wirkstoff und Trägermaterial, noch bilden sich im Wirkstoff Strömungen aus. Der Schmelzleiter v/ird dadurch sehr alterungsbeständig. Gleichzeitig bedeuten diese niedrigen Temperaturen auch ein energieverlustarmes Arbeiten der Sicherung.

Claims (4)

я- 23Д694 2 Erfindungsanspruch

1· Einstückiger Schmelzleiter für elektrische Sicherungen in Form eines Metallbandes mit querschnittsverminderten Engstellen, mindestens einem Wirkstoffdepot in einer Rinne und einem Wirkstoff mit geringem Schmelzintervall, vorzugsweise Reinmetall oder eutektischem Gemisch dadurch gekennzeichnet, daß das Wirkstoffdepot 3 eine solche Form und Größe besitzt, die innere Strömungen 8 begünstigen, die Engestellen einer Engestellenreihe bis zur Hälfte so in das V/irkstoffdepot hineinragen, daß im Wirkstoff in der Hähe der Reaktionsstelle 5 ein genügend großer Strömungsquerschnitt 4 gewährleistet ist und sich das Wirkstoffdepot auf der Seite der Engestellenreihe 6 befindet, die auf die Schmelsleiterenden bezogen den kleineren elektrischen Widerstand hat, wobei die Positionierung des Schmelzleiters in der Sicherung so zu erfolgen hat, daß sich der Schwerpunkt des Wirkstoffes vor der halb mit Wirkstoff bedeckten Engestelle aus gesehen in Kraftrichtung (z· B. Schwerkraft, Zentrifugalkraft) befindet.

2· Einstückiger Schmelzleiter für elektrische Sicherungen nach Punkt 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von mittlerer Rinnenbreite zu Rinnentiefe bei 1 liegt, aber die absolute Breite mindestens so groß ist, daß die Ströraungsvorgänge im flüssigen V/irkstoff nicht wesentlich beeinträchtigt werden, jedoch höchstens so groß ist, daß ein Wegfließen des flüssigen Wirkstoffes aus dem Wirkstoff depot unter Einwirkung äußerer Kräfte (z· B, Schwerkraft, Zentrifugalkraft, Stöße) vermieden wird.

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3· Einstückiger Schmelzleiter für elektrische Sicherungen nach Punkt 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Abschal tvorgang dadurch begünstigt wird, daß Ausnehmungen mit unterschiedlicher Geometrie derart angeordnet sind, daß stromtragende Engestellenreihen entstehen, deren kleinste Querschnitte gleich groß sind, aber der effektive Widerstand bei Zimmertemperatur der stromtragenden Engestellenreihen derart unterschiedlich ist, daß die Sngestellen mit geringerem elektrischen Widerstand "weiter außen am Schmelzleiter angeordnet sind, als die Engestellen mit größerem elektrischen Widerstand,

4· Einstückiger Schmelzleiter für elektrische Sicherungen nach Punkt 1,2 und 3 dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Wirkstoffdepots entsprechend Fig. 3 so auf dem Schmelzleiter angeordnet sind, daß die einzelnen Wirkstoff rinnen in ?orm, Große und Lage zur jeweils halb mit Wirkstoff bedeckten Engesiellenreilie übereinstimmen und bezüglich der Ijängssehse des Schmelzleiters entgegen gesetzt geformt sind«
- Hierzu 2 Seiten Zeichnungen -