DD201072B1 - Einstueckiger schmelzleiter fuer elektrische sicherungen - Google Patents

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen einstuckigen Schmelzleiter fur elektrische Sicherungen in Form eines Metallbandes mit querschnittsverminderten Engestellen und mindestens einem Wirkstoffdepot, wobei die Engestellen einer Engestellenreihe bis zur Hälfte in das Wirkstoff depot hineinragen Derartige Schmelzleiter werden insbesondere in Niederspannungs-Hochleistungssicherungen eingesetzt

Charakteristik der bekannten technischen Losungen

Aus der US-PS 2 988 620 sind Schmelzleiter bekannt, bei denen der Wirkstoff die Engestellen einer Engestellenreihe bis zur Hälfte bedeckt, aber in Form einer flachenhaften Auflage aufgebracht ist

Die geringe Starke der Auflage (s ζ B Fig 6 der US-PS 2988620) fuhrt aber zu einem stromungstechmsch ungunstigen Querschnitt, behindert somit die Ausbildung von inneren Strömungen und verzögert den Auf losungsvorgang Zusätzlich verliert der Wirkstoff im Uberstromfall durch dessen Verflüssigung seine Formstabihtat, da er nicht durch eine besondere Formung des Tragermatenals fixiert ist Das bedingt ein Undefiniertes Breitfließen und damit einerseits stark streuende Abschmelzcharakteristiken und fuhrt andererseits zu ungunstigen Wirkstoffquerschnitten Nachteilig ist weiterhin, daß das Trägermaterial breitflachig aufgelost werden muß, da keine konstruktiven Vorkehrungen zur Erzeugung einer lokalen Auflosung getroffen werden Dies bedingt wegen der eintretenden Wirkstoffsattigung entweder eine Verlängerung der Abschmelzzeit, die Vergrößerung des Wirkstoffvorrates oder die Erhöhung der Betriebstemperatur, wodurch höhere Energieverluste entstehen Durch den Wirkstoffauftrag auf der Seite der Engestellen, die auf die Schmelzleiterenden bezogen den kleineren Widerstand besitzen wird in der CH-PS 308494 ein Element angegeben, das einen Temperaturgradienten im Wirkstoff bewirkt, der jedoch nicht ausreicht, einen stromungsgesteuerten Abschaltmechanismus in Gang zu setzen In der CH-PS 308494 wird der Wirkstoff wie auch in der US PS 2988629 als Auflagemetall flachenhaft aufgebracht, womit alle oben beschriebenen Nachteile eintreten Aus der DE-AS 2 610262 (auch aus DE PS 2429 569) sind Schmelzleiter bekannt, die mindestens eine Wirkstoffanhaufung vor der stromtragenden Engestelle angeordnet haben und nur ein Teilbereich des Wirkstoffes an Zonen hoher Temperatur anliegt Bei einer solchen Losung muß der Wirkstoff im Uberstromfall erst zur Reaktionsstelle auf der Engestelle hinkriechen Durch die Tatsache, daß der Wirkstoff zur Reaktionsstelle kriechen muß, kann sich dort kein genügend großer Stromungsquerschnitt fur eine lokale Auflosung infolge sich ausbildender Strömungen im Wirkstoff aufbauen, so daß die Auflosung langsamer verlauft Dieses Hinkriechen wird insbesondere nach längerer Betriebszeit und erfolgter Schmelzleiteroxydation (z B bei Cu-Tragermaterial) durch die herabgesetzte Benetzungsfahigkeit des Tragermatenals erschwert Nachteilig ist weiterhin, daß der stromtragende Querschnitt vom Wirkstoffzentrum radial nach außen parallel zur Oberflache aufgelost wird, wodurch das Verhältnis von Angriffsfläche des Wirkstoffes zum aufzulosenden Volumen des zur Unterbrechung notwendigen Tragermatenals sehr klein ist und der Abschmelzvorgang dadurch langer dauert Schließlich kommt es durch das Kriechen des Wirkstoffes zur Reaktionsstelle hm zu einer Kühlung derselben, wodurch der Abschmelzvorgang zusätzlich verlängert wird Im Gegensatz zur US-PS 2988620 wird in der GB-PS 1 476870 vorgeschlagen, die hierbei erforderliche beträchtliche Wirkstoffmenge in Rinnen mit U-formigen oder rechteckigen Querschnitt unmittelbar an den Rand der Engestellenreihe angrenzend zu positionieren Unter den in der GB-PS 1 476870 genannten Wirkstoffquerschnitten findet sich zwar ein nnnenformiges Wirkstoffdepot, das jedoch nicht in gunstiger Weise wirksam werden kann, weil sich die Reaktionsstelle auf der Engestelle außerhalb der wirkstoffgefullten Rinne (Sp 2, Z 51 (befindet und der Wirkstoff erst zur Reaktionsstelle hinkriechen muß Dadurch kann sich dort kein genügend großer Stromungsquerschnitt fur еігю okale Auflosung infolge sich ausbildender Strömungen im Wirkstoff aufbauen, so daß die Auflosung langsamer verlauft Neben dem prinzipiellen Nachteil des größeren Materialverbrauches isc mit größeren Wirkstoffmengen vor allem die Gefahr des Undefinierten Breitlaufens (z B bei mechanischen Erschütterungen) verbunden, was wiederum zu starken Kennlimenschwankungen und einer Reduzierung der Alterungsbeständigkeit fuhrt Schließlich werden in der US-PS 4227168 Schmelzleiter beschrieben, bei denen der Wirkstoffauftrag zwar unmittelbar an diefur die Abschaltung vorgesehene Engestelle angrenzt, diese jedoch nicht halb bedeckt Außerdem wird in US-PS 4227168 eine Variante mit zwei Wirkstoffauflagen auf Vorder- und Ruckseite symmetrisch zur Engestelle angeordnet, angegeben Die Konstruktion ist aber weder in ihrem Aufbau, noch in ihrer Funktion so ausgeführt, daß der Einfluß äußerer Kräfte auf den Auflosungsvorgang durch Beeinflussung der Strömungen gegeben ist Die zwei Wirkstoffdepots in raumlicher Relation zur Stelle mit reduziertem Querschnitt des Schmelzleiters dienen lediglich als konstruktives Mittel zurteilweisen Kompensation uneffektiver Auflosungsmechani^men Nachteilig bei diesen Varianten ist weiterhin, daß der Wirkstoff nicht in ζ B einer Rinne geometrisch fixiert vorliegt, was ein Undefiniertes Breitfließen und damit einerseits stark streuende Abschmelzcharaktenstiken bedingt und andererseits zu Wirkstoffquerschnitten fuhrt, die fur den Auflosungsvorgang sehr ungunstig sind

- 2 - 343 ü4

Ziel der Erfindung

Durch die erfinderische Lösung der Aufgaben sollen folgende günstige Wirkungen für das Betriebsverhalten der Sicherungen erreicht werden:

— Senkung der Verlustleistung im Abschaltvorgang

— Reduzierung der Verlustleistung bei Nennstrom

— Erreichung nahezu identischer Kennlinien bei Verwendung von Kupfer- und Silberschmelzleitem

— Verbesserung der Alterungsbeständigkeit

— Reduzierung des Wirkstoffeinsatzes

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufrechterhaltung der Reaktionsfähigkeit des Wirkstoffes, insbesondere in der Nähe der aufzulösenden Stelle, ist von entscheidender Bedeutung für einen effektiven Abschaltvorgang. Daraus ergibt sich folgende Aufgabenstellung der Erfindung:

Erste Aufgabe derErfindung ist es, den Schmelzleiter durch konstruktive Maßnahmen so zu gestalten, daß derWirkstoff ständig regeneriert wird. Dies erfordert, daß der Wirkstoff während des gesamten Auflösungsvorganges von abgelöstem Trägermaterial gereinigt wird und der auf diese Weise regenerierte Wirkstoff rasch wieder zur Reaktionsstelle zurück gelangt.

Die zweite Aufgabe soll darin bestehen, den Auflösungsvorgang so zu gestalten, daß möglichst wenig Trägermaterial zur Abschaltung aufgelöst werden muß.

Die Grundgedanken zur Lösung der gestellten Aufgaben bestehen

— in der Erzeugung geschlossener Materieströmungen im Wirkstoff als Folge sich durch den Auflösungsvorgang ausbildender Dichteunterschiede unter Nutzung eines äußeren Kraftfeldes (z. B. Schwerkraft)

— in der Führung der Materieströmung durch kältere Wirkstoffbereiche, so daß dort die Ausscheidung von mitgeführten Trägermaterial infolge der geringeren Sättigungskonzentration erzwungen wird

— in der Rückführung des regenerierten Wirkstoffes zur heißen Reaktionsstelle

— in der Gestaltung der Strömungen im heißen Bereich derart, daß räumlich nur sehr begrenzte Trägermaterialgebiete (bezogen auf die gesamte Grenzfläche Trägermaterial-Wirkstoff) angeströmt werden, und daß die Auflösung des Trägermaterials im wesentlichen nur dort erfolgt

— in der Erzeugung von Turbulenzen an der Auflösungsstelle infolge starker Richtungsumkehr der Materieströmung, wodurch die Auflösungsgeschwindigkeit noch weiter erhöht wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Engestellen einer Engestellenreihe bis zur Hälfte in das Wirkstoffdepot hineinragen, daß aas Wirkstoffdepot als Rinne ausgebildet ist, daß das Rinnenprofil kantenlos mil einem Breiten-Tiefenverhältnis (b:t) bei 1 in den Querschnitt des Schmelzleiters eingeformt ist, daß das Wirkstoffdepot sich auf der Seite der Engestellen befindet, die auf die Schmelzleiterenden bezogen den kleineren elektrischen Widerstand hat und daß der Schwerpunkt des Wirkstoffes von der halb mit Wirkstoff bedeckten Engestellenreihe aus gesehen in Richtung der äußeren Kraft (z. B. Schwerkraft) liegt. Werden dagegen mehrere Wirkstoffdepots auf dem Trägermaterial angeordnet, so muß gewährleistet sein, daß alle Wirkstoffdepots den oben genannten Forderungen in gleicherweise genügen. Als Wirkstoff wird vorteilhafterweise ein mit dem Trägermaterial reaktionsfähiges Lot mit geringem Schmelzintervall, insbesondere Reinmetall oder eutektisches Gemisch verwendet werden.

Ausführungsbeispiel

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

Der in Fig. 1 und in Fig. 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. Fig. 1 b) bei eins liegt.

Mindestens eine Engestellenreihe 6 ragt so weit in ein Wirkstoffdepot 3 hinein, daß jede einzelne Engestelle dieser Engestellenreihe bis zur Hälfte mit Wirkstoff bedeckt ist, so daß gleichzeitig in der Nähe der Reaktionsstelle ein ausreichender Strömungsquerschnitt 4 gewährleistet ist. Dabei befindet sich das Wirkstoff depot auf der Seite der Engestellenreihe 6, die, auf die Schmelzleiterenden bezogen, den kleineren elektrischen Widerstand hat.

Vorteilhafterweise werden Engestellenreihen mit unterschiedlichem elektrischem Widerstand auf dem Schmelzleiter so angeordnet, daß die Engestellenreihen mit geringerem elektrischem Widerstand 7 weiter außen als die Engestellenreihen mit höherem elektrischem 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 Fig.2 und 3 angegebene Abstand a kann dabei gegebenenfalls gleich Null gewählt werden, so daß der Schmelzleiter sowohl eine geradzahlige als auch eine ungeradzahlige Anzahl von Engestellenreihen aufweisen kann. Die Positionie-'j-.g des in Fig. 2 dargestellten Schmelzleiters in der Sicherung hat so zu erfolge :, daß sich beim Betreiben der Sicherung der Schwerpunkt des Wirkstoffes von der halb mit Wirkstoff bedeckten Engestellenreihe aus gesehen in Kraftrichtung (z. B. bei Ausnutzung der Schwerkraft: Fi 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 Widerstandsbeiträge der Engestellen in den flüssigen Zustand überführt, wobei durch die Anordnung des Wirkstoffes auf dem Schmelzleiter und der sich ausbildenden Temperaturverteilung infolge der Anordnung und Form der Engestellenreihen der größere Teil des Wirkstoffes eine niedrigere Temperatur als der Wirkstoffteil besitzt, der sich an der Reaktionsstelle befindet. Das Ziel der Erfindung wird dadurch gefördert, das die unterschiedlichen Widerstandsbeiträge der verschiedenen Engestellenreihen diese Temperaturdifferenz noch weiter vergrößert.

- з - 343

Es kommt unter Einwirkung der äußeren Kraft zu einem Strömungsvorgang 8 (Fig. 1 a) 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 Träermaterialanteile ausscheiden. Der im weiteren zur Reaktionsstelle zurückströmende Wirkstoff besitzt ständig ein großes Lösungsvermögen und seine Reaktionsfähigkeit wird dadurch aufrecht erhalten. Der erfindungsgemäße Schmelzleiter 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 bildensich im Wirkstoff Strömungen aus. Der Schmelzleiter wird dadurch sehr alterungsbeständig. Gleichzeitig bedeuten diese niedrigen Temperaturen auch ein energieverlustarmes Arbeiten der Sicherung.

Claims (2)

Erfindungsanspruch

1 Einstuckiger Schmelzleiter fur elektrische Sicherungen in Form eines Metallbandes mit querschnittsverminderten Engestellen und mindestens einem Wirkstoff depot, wobei die Engestellen einer Engestellenreihe bis zur Hälfte in das Wirkstoffdepot hineinragen, gekennzeichnet durch die gemeinsame Anordnung folgender Merkmale

— das Wirkstoffdepot ist an sich bekannter Weise als Rinne ausgebildet

— das Rinnenprofil ist kantenlos mit einem Breiten-Tiefenverhaltnis bei 1 in den Querschnitt des Schmelzleiter eingeformt

— das Wirkstoff depot befindet sich in an sich bekannter Weise auf der Seite der Engestellen, die auf die Schmelzleiterenden bezogen den kleineren elektrischen Widerstand hat und

— der Schwerpunkt des Wirkstoffes liegt von der halb mit Wirkstoff bedeckten Engstellenreihe aus gesehen in Richtung der äußeren Kraft (ζ Β Schwerkraft)

2 Einstuckiger Schmelzleiter fur elektrische Sicherungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein zweites Wirkstoffdepot so auf dem Schmelzleiter angeordnet ist, daß die einzelnen Wirkstoffrinnen in Form, Große und Lage zur jeweils halb mit Wirkstoff bedeckten Engestellenreihe übereinstimmen und bezüglich der Langsachse des Schmelzleiters entgegengesetzt geformt sind

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen