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Elektrische Schmelzsicherung mit drahtförmigem Schmelzleiter Sicherungen
für sehr geringe Nennstromstärken (etwa 1 A) haben Schmelzleiter in Drahtform. Nimmt
die Nennstromstärke zu (etwa 30A), so verwendet man Schmelzleiter in Bandform, die
eine oder mehrere Querschnittsverjüngungen aufweisen, welche oft als »Kurzschlußfallen«
bezeichnet werden.
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Die Querschnittsverjüngung eines Schmelzleiters in Bandform wird in
der Regel durch Stanzen hergestellt. Die Herstellungstoleranzen eines derart hergestellten
Schmelzleiters sind unvermeidlich groß. Wenn es sich um die Herstellung eines Schmelzleiters
für sehr geringe Nennstromstärken handelt, dann geht die gewünschte Präzision und
Selektivität beim Stanzen eines Metallstreifens verloren. Anderen Fertigungsarten
haften die gleichen oder ähnliche Mängel an, wenn es sich um die Herstellung von
sehr erheblichen Querschnittsschwächungen bei bandförmigen Schmelzleitern handelt,
d. h. um Querschnittsschwächungen, die etwa ein Dreißigstel oder weniger des Vollquerschnittes
des Bandes betragen sollen.
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Es sind Schmelzsicherungen mit einem Schmelzleiter in Bandform bekannt,
deren streifenförmiger Schmelzleiter in der Nähe der Schmelzstelle mit einem organischen
Baustoff versehen ist, der beim Auftreten des Unterbrechungslichtbogens die Abgabe
eines gasförmigen Löschmittels bewirkt und bei welchen die wirksame Länge des Schmelzleiters
äußerst kurz ist, so daß ihre Nennströme im Verhältnis zum Querschnitt des Schmelzleiters
relativ sehr hoch sein können.
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Die Erfindung betrifft eine Sicherung, die im wesentlichen alle Eigenschaften
einer Sicherung mit bandförmigen Schmelzleitern hat - namentlich die Stromzeitkennlinie
einer Sicherung dieser Gattung -, deren »Kurzschlußfalle« aber durch ein verhältnismäßig
kurzes Drahtstück gebildet ist. Eine drahtförmige »Kurzschlußfalle« kann einen geringeren
Querschnitt haben, und die Toleranzen einer solchen »Kurzschlußfalle« können geringer
sein als der Querschnitt und die Toleranzen einer jeden durch Stanzen eines bandförmigen
Schmelzleiters herstellbaren »Kurzschlußfalle <.
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Gemäß der Erfindung besteht bei einer elektrischen Schmelzsicherung
mit einem rohrförmigen Isoliergehäuse, das durch Stromanschlußteile abgeschlossen
ist und in dem ein Drahtträger für den Schmelzdraht untergebracht ist und in dem
sich ferner in unmittelbarer Nähe des Schmelzdrahtes ein fester Baustoff befindet,
der unter dem Einfluß der Hitze des Unterbrechungslichtbogens ein gasförmiges Löschmittel
abgibt, der Träger für den drahtförmigen Schmelzleiter aus einem länglichen, geschichteten
Streifen, der eine oder mehrere metallische Schichten, welche die Stromzuleitung
von den Stromanschlußteilen zum Schmelzdraht und die Stromableitung vom Schmelzdraht
zu den Anschlußteilen bewirken, und eine das Löschmittel abgebende Schicht umfaßt.
Der drahtförmige Schmelzleiter des Erfindungsgegenstandes kann ohne Schwierigkeit
mit höchster Präzision durch Ziehen angefertigt werden. Seine aktive oder wirksame
Länge kann mit höchster Präzision festgelegt werden, so daß Sicherungen geringer
Nennstromstärke mit höchster Präzision und Selektivität gemäß der Erfindung hergestellt
werden können.
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Bei den vorbekannten Sicherungen mit bandförmigen Schmelzleitern wird
der Verlauf der Stromzeitkennlinie im Bereich kleiner überlasten - d. h. von Überlasten,
die geringer sind als das Fünffache des Nennstromes - im wesentlichen durch die
Teile des Schmelzleiters bestimmt, an denen derselbe nicht geschwächt ist, d. h.
die Teile desselben, welche abseits der »Kurzschlußfallen« angeordnet sind. Diese
Teile haben die Funktion von Stromleitern und Kühlrippen. Bei Sicherungen gemäß
der Erfindung werden diese beiden Funktionen von den bandartigen metallischen Schichten
übernommen, welche die Stromzuleitung von den Stromanschlußteilen zum Schmelzdraht
und die Stromableitung vom Schmelzdraht zu den Stromanschlußteilen bewirken. Daher
sind Sicherungen gemäß der Erfindung im wesentlichen thermische Abbildungen von
Sicherungen mit bandförmigen Schmelzleitern.
Die Zeichnung stellt
ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar, und zwar ist Fig. 1 ein Schnitt nach
1-1 der Fig. 2 und Fig. 2 ein Schnitt nach 2-2 der Fig. 1, und beide Figuren stellen
eine Abschmelzsicherung in Patronenform dar; Fig. 3 ist eine Draufsicht auf einen
Drahtträger der Bauart, wie er in den Fig. 1 und 2 vorgesehen ist, vor Befestigung
des Schmelzleiters an dem Drahtträger, und Fig. 4 ist eine der Fig. 3 ähnliche Draufsicht
und zeigt den Drahtträger nach Befestigung des Schmelzdrahtes an ihm; Fig. 5 ist
ein Schnitt gemäß 5-5 der Fig.4, und Fig. 6 ist eine der Fig. 4 ähnliche Draufsicht
und zeigt, wie der Schmelzleiter durch einen Auftrag von Weichlot mit dem Drahtträger
verbunden werden kann.
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Die Schmelzsicherung, die in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, besteht
aus einem rohrförmigen Isoliergehäuse 7, das durch die Anachlußteile 8 in Gestalt
von Kappen abgeschlossen ist. Innerhalb des Gehäuses 7 befindet sich ein Träger
für den drahtförmigen Schmelzleiter in Gestalt eines länglichen, geschichteten Streifens
1, 2. Der Streifen 1, 2 kann eine oder mehrere metallische Schichten umfassen, welche
zur Stromzuleitung zu dem Schmelzdraht 3 und zur Stromableitung von dem Schmelzdraht
3 dienen. Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der
geschichtete Streifen 1, 2 lediglich eine metallische Schicht auf. Die metallische
Schicht 1 hat eine Unterlage 2 aus einem geeigneten Kunstharz, etwa einer geeigneten
Melaminverbindung. Die Verbindung zwischen Oberschicht 1 und Unterlage 2 kann durch
einen geeigneten Klebstoff hergestellt sein oder aber, wie die Zeichnung dies darstellt,
durch eine Vielzahl von Ösen 5. Die metallische Oberschicht 1 ist erheblich länger
als die isolierende Unterschicht 2. Erstere ist durch ein flexibles Metallband gebildet,
dessen Enden mit den Anschlußgliedern 8 am Isoliergehäuse stromleitend verbunden
sind. In dem besonderen Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in den Fig. 1. und
2 dargestellt ist, sind die Enden des flexiblen Metallbandes 1 um die Kanten des
Isoliergehäuses 7 gebogen und durch Aufstecken der Anschlußkappen 8 auf das Isoliergehäuse
mit den genannten Anschlußkappen 8 stromleitend verbunden. Zweckmäßigerweise sind
die umgebogenen Enden des Metallbandes 1 mit einer Zinnschicht überzogen. Letztere
wird nach Aufstecken der Kap- ; pen 8 erhitzt und stellt nach Schmelzen eine gute
stromleitende Verbindung zwischen dem Metallband 1 und den Kappen 8 her. Das linke
Ende des Metallbandes 1 stellt eine stromleitende Verbindung zwischen der linken
Kappe 8 und dem linken Ende des Schmelzdrahtes 3 her. Das rechte Ende des Metallbandes
1 stellt eine stromleitende Verbindung zwischen der rechten Kappe 8 und dem rechten
Ende des Schmelzdrahtes 3 dar. Die metallische Oberschicht 1 weist einen Ausschnitt
1 a auf. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist der Ausschnitt la in seiner ursprünglichen
Form rechteckig und an beiden Seiten durch Metallstege l b begrenzt. Der Ausschnitt
l a wird nachträglich vom Schmelzdraht 3 überbrückt. Die Enden des Schmelzdrahtes
3 können an der metallischen Oberschicht 1 durch die beiden Weichlotauflagen 10
stromleitend befestigt sein. Nachdem der Schmelzdraht 3 am Metallband l endgültig
befestigt ist, werden alle Teile desselben, die den Schmelzdraht überbrücken, d.
h. die beiden Stege 1 b, durch einen Stanzvorgang entfernt. Durch diesen Stanzvorgang
werden in der Oberschicht 1 und in der Unterschicht 2 halbkreisförmige Ausnehmungen
gebildet (Fig. 4 und 6). Wird der Schmelzdraht 3 um die Ösen 5 gewunden, so kann
der Stanzvorgang erfolgen, bevor die Weichlotauflagen 10 hergestellt werden. Der
Teil des Schmelzdrahtes 3, der die Ausnehmung oder den Spalt la überbrückt, befindet
sich wie bei den bekannten Schmelzsicherungen mit bandförmigem Schmelzleiter in
unmittelbarer Nähe der Unterschicht 2. Infolgedessen wird die Unterschicht 2 beim
Auftreten des Unterbrechungslichtbogens unmittelbar dem Einfluß der Bogentemperatur
unterworfen. Dies verursacht die Abgabe einer starken Löschmittelströmung, welche
quer zum Lichtbogen verläuft und eine starke Löschwirkung auf ihn ausübt. Der Drahtträger
1, 2 ist mit einem rohrförmigen überzug 6 aus einem Gewebe aus glasartigen Fasern
versehen. Beim Unterbrechen verhältnismäßig geringer Überströme gestatten die Poren
des Gewebes einen Abzug der Abgase, und ein Teil derselben kondensiert in Form von
kleinen Metallperlen an der Innenseite des Gewebeüberzuges. Beim Unterbrechen von
verhältnismäßig hohen überströmen wirkt der Überzug im wesentlichen wie die Quarzsandfüllung
einer Hochleistungssicherung, d. h., er verwandelt sich in eine Schmelzraupe unter
Entzug erheblicher Energiemengen aus der Bogenzone. Die Unterbrechungsleistung einer
Sicherung der dargestellten Art läßt sich durch Reihenschaltung mehrerer Unterbrechungsstellen
ohne weiteres steigern. Zwecks Steigerung der Unterbrechungsleistung kann der Drahtträger
aus einem dreischichtigen Baustoff bestehen, dessen Außenschichten metallisch sind
und dessen Innenschicht aus einem organischen Baustoff besteht, der unter dem Einfuß
der Hitze des Unterbrechungslichtbogens ein gasförmiges Löschmittel abgibt. Ein
derartiger dreischichtiger Drahtträger ist mit mindestens einem alle drei Schichten
durchsetzenden Querloch versehen, durch welches der Schmelzdraht hindurchgefädelt
ist. Bei dieser Anordnung befindet sich die heißeste Stelle des Schmelzdrahtes im
Querloch zwischen den beiden äußeren Metallschichten des Drahtträgers. Der an dieser
Stelle gezündete Unterbrechungslichtbogen erzeugt Löschmittelströme, die zu beiden
Seiten aus dem Querloch ausströmen und durch eine Gewebehülle der in den Fig. 1
und 2 dargestellten Art rasch entionisiert und gekühlt werden können.
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Eine zusätzliche Steigerung der Unterbrechungsleistung kann durch
Vorsehen einer Vielzahl von Querlöchern in einem dreischichtigen Drahtträger der
obengenannten Art erzielt werden. Bei einer solchen Mehrlochanordnung ist der mit
den Außenschichten stromleitend verbundene Schmelzdraht durch die Querlöcher gefädelt,
und in den Außenschichten sind quer zur Längsrichtung des Drahtträgers verlaufende
Nuten vorgesehen, welche eine Reihenschaltung aller in den Querlöchern befindlichen
Schmelzdrahtelemente bewirken.
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Sicherungen der geschilderten Bauart sind ebenfalls wie die bekannten
Sicherungen mit bandförmigem Schmelzleiter für verhältnismäßig geringe Nennstromstärken
gedacht. Ihre Nennströme können indessen relativ hoch im Verhältnis zum Querschnitt
des Schmelzdrahtes 3 sein. Dies ist ebenfalls wie bei
den bekannten
Sicherungen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art darauf zurückzuführen,
daß die wirksame Länge des Schmelzdrahtes äußerst kurz sein kann, wobei unter der
wirksamen Länge des Schmelzdrahtes jene Länge zu verstehen ist, die sich zwischen
zwei durch einen drahtüberbrückten Spalt voneinander getrennten Metallteilen befindet.
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Die Impedanz der dargestellten Schmelzsicherungen ist verhältnismäßig
gering, da der einzige Teil derselben, der einen nennenswerten ohmschen Widerstand
hat, ebenfalls wie bei den bekannten Sicherungen mit bandförmigem Schmelzleiter
die äußerst kurze Schmelzstelle 3 ist. Wenn die Schmelzsicherung Strom führt, kommt
der Schmelzdraht 3 einer punktförmigen Wärmequelle sehr nahe, d. h. die Temperatur
fällt von seiner Mitte, wo sie verhältnismäßig hoch ist, nach den Enden steil ab,
und die Weichlotauflagen 10, die zur stromleitenden Verbindung des Schmelzdrahtes
mit dem Drahtträger 1, 2 dienen, haben bereits im wesentlichen Raumtemperatur. Die
Schmelzsicherung kommt ihrer Wirkungsweise einer Schmelzsicherung mit einem bandförmigen
Schmelzleiter nahe, der eine Stelle stark verjüngten Querschnitts aufweist. Es sind
jedoch aus fertigungstechnischen Gründen an bandförmigen Schmelzleitern keine Querschnittsverjüngungen
so geringer Abmessungen erzielbar, wie sie durch den Schmelzdraht der erfindungsgemäßen
Schmelzsicherung erzielt werden können.
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Die Abbrandlänge des Schmelzleiters 3 ist eine relativ geringe. Bei
dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Abbrandlänge gleich
der Weite des Spaltes 1 a in Axialrichtung der Sicherung. Bei dem Ausführungsbeispiel
der Sicherung, bei dem der Drahtträger aus. einem dreischichtigen Baustoff mit einem
Querloch oder mehreren Querlöchern zur Aufnahme eines oder mehrerer Schmelzdrähte
besteht, ist die zur Verfügung stehende Abbrandlänge des Schmelzdrahtes ungefähr
gleich der Dicke der gasabgebenden Isolierschicht zwischen den beiden äußeren Metallschichten.
Reicht diese Abbrandlänge nicht hin, so muß zu analogen Anordnungen mit Mehrfachunterbrechung,
d. h. mehreren in Reihe geschalteten Unterbrechungsstelle gegriffen werden.
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Der Schmelzdraht 3 besteht vorzugsweise aus Silber. Er ist mit einem
an sich bekannten Metallüberzug versehen, der eine geringere Schmelztemperatur als
Silber hat und beim Erreichen seiner Schmelztemperatur mit Silber Legierungen verhältnismäßig
hohen ohmschen Widerstandes bildet. Als Überzugsmetall kommen in erster Linie Zinn,
Zinnlegierungen und Indium sowie Indiumlegierungen in Betracht. Die Schichtdicke
eines solchen Überzugs ist von kritischer Bedeutung. Ist dessen Schichtdicke verhältnismäßig
groß, so wird der Schmelzsicherung durch ihn der Charakter einer trägen Sicherung
verliehen. Eine kritisch dünne Schichtdicke verleiht der Schmelzsicherung jedoch
den Charakter einer äußerst flinken Sicherung. Ein gegebener Schmelzdraht 3, der
keinen Überzug aus Zinn, Indium oder dergleichen Metall geringer Schmelztemperatur
aufweist, hat ein genau bestimmtes Zentintegral f i2 - dt der zweiten
Potenz des Stromes, der erforderlich ist, um den Schmelzdraht zum Abschmelzen zu
bringen. Die erfindungsgemäße Dicke des Überzugs des Schmelzdrahtes 3 ist so gering,
daß der Schmelz-.r i2 - dt-Wert des mit dem Überzug versehenen Schmelzdrahtes geringer
ist als der f i'-' - dt-Wert, der erforderlich ist, um den Schmelzdraht 3 ohne den
auf ihm befindlichen überzag zum Abschmelzen zu bringen. Die zur Erfüllung dieser
Bedingung in jedem Einzelfall erforderliche Schichtdicke muß empirisch ermittelt
werden, Es kommen Schichtdicken in der Größenordnung von 1/loo mm oder weniger in
Betracht. Derartig dünne Schichten, die nur verhältnismäßig geringe Toleranzen zulassen,
werden am besten durch elektrolytische Metallniederschläge gebildet.