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Strombegrenzungs-Schaelzsicherung Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf Schmelzsicherungen, insbesondere auf eine verbesserte Strombegrenzungs-Schmelzsicherung,
die vor allem zur Verwendung in Reihe mit einer Kapazität geeignet ist.
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In den letzten Jahren ist bei elektrischen Anlagen die-Verwendung
von Kondensatoren zur Phäsenkorrektur mehr und mehr üblich geworden. Die Kondensatoren
werden in der Regel in Bänken angeordnet. Es ist erwünscht, eine Strombegrenzungssicherung
in Reihe mit jedem
Kondensator zu schalten, um bei einem Durchschlag
eine Gehäusezerstörung und damit eine Beschädigung der gesamten Kondensatorbank,
zu verhüten. Vorzugsweise sollte die Sicherung in der Zage sein, i sich selbst von
dem Stromkreis abzutrennen und damit eine Kriechspurbildung zu verhüten, die ihrerseits
eine Stromschwingung und damit eine Beschädigung der anderen Kondensatoren verursachen
kann. Bei einen bekannten Typ der Kondensatorbank ist eine Sicherung mit Anzeigevorrichtung
auf der Aluminiumstromschiene über jeder Kondensatoreinheit montiert. Die Verbindung
zum Kondensator ist durch ein flexibles Leiterseil hergestellt. Das Leiterseil ist
durch eine Feder geführt, die das Sicherungselement ausstößt und das Ansprechen
der Sicherung anzeigt. Die Feder ist am Anschluß des Kondensators montiert; sie
ist gekrümmt, solange die Sicherung intakt ist. Wenn die Sicherung anspricht, bewegt
sich die Feder in eine horizontale Lage, wobei sie das Leiterseil oder das Sicherungselement
aus dem Sicherungshalter herauszieht. Bei den bisherigen Ausführungen ist das Glied,
welches der Federkraft entgegenwirkt, auf Zug beansprucht; es ist daher erforderlich,
daß dieses Glied mit dem einen Ende an einem starren Leiter und mit dem anderen
Ende an dem Leiterseil der Sicherung fest verankert wird. Dies ist schwierig zu
bewerkstelligen; die genannte Bedingung begrenzt ferner die Strombelastbarkeit der
Sicherung, erfordert außerdem ein .Sicherungsgehäuse, das erheblich länger ist als
es anderweitig sein müßte, und bedingt komplizierte Teile zur Erzielung der gewünschten
mechanischen Wirkungsweise bei gleichzeitiger Verwendung der Teile für den elektrischen
Stromkreis der Sicherung.
Die vorliegende Erfindung behebt diese
Nachteile. Sie bezieht sich auf eine Strombegrenzungs-Schmelzsicherung mit einen
auf einem Trägerstab angeordneten Hauptschmelzleiter und mit einer Einrichtung,
durch die beim Ansprechen der-Sicherung zur vollständigen Unterbrechung des Stromkreises
und zur Anzeige des Ansprecheno ein bewegliches Anschlußteil abgeworfen wird. Nach
der Erfindung ist das Anschlußteil an einem Ende des Trägerstabes durch ein ebenfalls
als Schmelzleiter ausgebildetes, mit dem Hauptschmelzleiter elektrisch in Reihe
liegendes Halteglied verankert, derart, daß das Halteglied durch das unter Federdruck
stehende Anschlußteil auf Scherung beansprucht ist. Durch die Erfindung wird erreicht,
daß@die elektrischen Verbindungsstellen des Haltegliedes mit den übrigen Leitern
der Sicherung, z.B. Lötstellen, nicht mechanisch beansprucht werden. Dac Halteglied
muß abgeschert werden, bevor das Anschlußteil mit dem flexiblen Leiterceil durch
Federkraft ausgestossen werden kann. Das Ergebnis der Erfindung ist, daß die Strodttragfähigkeit
der Sicherung verdoppelt ist und daß die Sicherung etwa 10 cm kürzer ist,
weniger Teile hat und weniger Na-
terialkooten erfordert als bisher bekannte
Sicherungen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnuxfg dargestellt.
Dabei zeigt Figur Leine Seitenansicht der Sicherung, teilweise im Schnitt; Figur
2 eine Ansicht des Trägerstabes und damit verbundener Teile;_
Figur
3 einen Querschnitt längs der Linie III-III der Figur 2; Figur 4 einen Querschnitt
längs der Linie IV-IV der Figur 2; Figur 5 eine Detailansicht einer Lötverbindung
der Sicherung. Gemäß Figur 1 ist ein Rohr 10 aus geeignetem Isoliermaterial mit
einer Kappe 11 aus leitenden rlaterial, z. B. Metall, versehen; die Kappe 11 ist
mit Schrauben oder Nieten 12 am Rohr 10 befestigt und mit einem Anschlußtei1.13
versehen. Das Anschlußteil 13 kann mit einem Gewinde versehen sein, so daß es mit
Hilfe einer Mutter 14 mit einer Stromschiene 15 verbunden werden kann.
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In der Achse des Rohres 10 ist ein Trägerstab 16 angeordnet, der aus
Steatit oder einem anderen geeigneten isolierenden I@iaterial bestehen kann. Der
Stab 16 ist mit einer schraubenförmigen Nut 18 versehen. Der Raum 17 zwischen dem
Rohr 10 und den Stab 16 ist mit einem geeigneten Material, z. B. Sand,-gefüllt.
In der schraubenförmigen Nut 18 ist der Hauptschmelzdraht 37 angeordnet. Der Draht
37 kann aus einem Einzeldraht bestehen; er kann auch aus mehreren miteinander verdrillten
Drähten zusammengesetzt sein, je nach der erwünschten Stromtragfähigkeit.
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Das untere Ende 21 des Stabes 16 liegt an einer Zwischenscheibe 22
an. Wie aus Figur 2 hervorgeht, ist die Zwischenscheibe 22 ringförmig; durch ihre
zentrale Öffnung 23 ist ein Anschlußteil 24
geführt. Der Stab
16 wird innerhalb des Rohres 10 durch ein zylinderförmiges Halteglied 27
In seiner Lage gehalten. Das Halteglied 27 ist mit einer ringförmigen Vertiefung
28 versehen, in der die Zwischenscheibe 22 mit Fassung liegt; es ist durch
Schrauben 29 an Rohr 10 befestigt.
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Wie aus Figur 4 hervorgeht, ist das Anschlußteil 24 als leitendes
Rohr ausgebildet; es besteht z.B. aus Kupfer. An oberen Ende des Anschlußteiles
24 sind diametral gegenüberliegende Querbohrungen 31 und 32 vorgesehen, durch die
ein Teil 33 eines Haltedrahtes 38 geführt ist. Der Haltedraht 38 mit dem Teil 33
kann z. B. aus einer Legierung bestehen, die aus 60 % Nickel, 24 % Eisen, 16 % Chrom
und 0,1 % Kohlenstoff oder aus 80 % Nickel und 20 % Chrom zusammengesetzt ist. An
unteren Ende des Anachlußteiles 24 ist ein flexibles Leiterseil 35 angelötet oder
auf andere Weise befestigt.
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Wie bereits bemerkt, liegt der Hauptschmelzdraht 37 in der schraubenförmigen
Nut 18; er kann z. B. aus Silber bestehen. Er ist bei 39, z. B. durch Lötung, fest
mit der Kappe 11 verbunden. Das untere Ende des Hauptschmelzdrahtes 37 ist gemäß
den Figuren 2 und 5 bei 40 mit einem bei niedriger Temperatur schmelzenden heiter
41 verbunden. Der Schmelzleiter 41 schmilzt bei einem vorbestimmten,Stromwert. Er
ist durch eine Vertiefung $2 des Stabes 16 geführt (Figur 2), verläuft weiter durch
eine Öffnung 23 in der Zwischenscheibe 22 und ist an der Änsch lußteil 24 bei 44
angelötet. Wie später weiter erläutert wird, ist der Schmelzleiter
41
so angepaßt, daß er bei einem relativ niedrigen Strom, z. B. 120 bis 200 A für einen
bestimmten Sicherungsnennwert, schmilzt: Das führt dazu, daß der Hauptetrompfad
durch das obere Ende des Anschlußteiles 24 und das Teil 33 des Haltedrahtes 38 belastet
wird, wodurch der Draht 33 verdampft wird. Wenn der Draht 33 verdampft, gibt er
dgs Anschlußteil 24 frei; infolgedessen wird das Anschlußteil 24 durch eine zusammengedrückte
Schraubenfeder 51 (Figur 1), die gegen eine Zwischenscheibe 52 und eine auf dem
Anschlußteil 24 befestigte Stoßmutter 53 drückt, nach außen gestoßen. Damit wird
der Stromkreis unterbrochen und außerden eine sichtbare Anzeige gegeben, daß die
Sicherung angesprochen hat.
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Aus Figur .4 ist ersichtlich, daß der Haltedraht 38,l33 quer durch
den Trägerstab 16 hindurchgeführt und eineinhalbmal um den Stab 16 herumgewickelt
ist und daß seine Enden bei 55 miteinander verdrillt sind. Der Haltedraht 38 ist
mit dem Hauptschmelzdraht 37 bei 57 verlötet.
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Zum Verständnis der Wirkungsweise der dargestellten Sicherung ist
zu beachten, daß es eines der Ziele der Srfindung ist, eine Verbesserte Sicherung
zur Verbendung in Reihe nit einem Kondensator zu schaffen, wobei die Sicherung sichtbar
anzeigen toll, dag sie angesprochen hat. Ferner soll die Sicherung sowohl bei kleinen
wie bei großen Überströmen ansprechen; ferner voll sie den Stromkreis völlig öffnen
und damit eine Spurbildung, d.h.
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die Bildung eines leitenden Pfades mit relativ hoher Impedanz
über
den durchgeschlagenen Kondensator verhüten, durch den sich andere Kondensatoren
der Kondensatorbank oszillatorisch entladen könnten. Außerdem soll der hohe Entladungsstrom
aus benachbarten Kondensatoren oder aus der Zeitung begrenzt werden. Zu diesem Zweck
sind zwei parallele Strompfade zwischen dem Leiterseil 35 und dem Hauptschmelzdraht
3? vorgesehen, der am anderen Ende der Sicherung mit der Stromschiene 15 verbunden
ist. Einer dieser Strompfade verläuft von Anschlußteil 24 über den Schmelzleiter
41 zum Hauptdraht 3?, während der andere Strompfad vom Anschlußteil 24 über den
Haltedraht 38 verläuft, wobei der Haltedraht 38 ein Teil 33 enthält, das durch Bohrungen
des Anschlußteiles 24 geführt ist und damit in Normalfall verhindert, daß das Teil
24 aus der Sicherung ausgestoßen wird. Der erstgenannte Strompfad hat einen relativ
niedrigen Widerstand im Vergleich zu dem zweitgenannten Strompfad, so daß er normalerweise
den gesamten oder jedenfalls den größten Teil des durch die Sicherung fließenden
Stromes trägt. Falls ein relativ kleiner Überstrom auftritt, erwärmt sich der Hauptschmelzdraht
37 zusammen mit den Schmelzleiter 41; bei einer vorbestimmten Temperatur schmilzt
der Schmelzdraht 41. Infolgedessen wird der Hauptstrompfad belastet, der vom Anwchlußteil
24 über dasjenige Teil 33 des Haltedrahtes 38 verläuft, welches mit dem Anschlußteil
24 verbunden ist und dieses in der Bohrung 65 des Stabes 16 festhält. Bei geeigneter
Dimensionierung des Drahtes kann z. B. ein Strom von 1c0 A mehr als ausreichend
sein, das Teil 33 des Haltedrahtes 38 zu verdampfen. Dadurch wird das Anschlußteil
24 freigegeben, so daß
die Kraft der gespannten Schraubenfeder 51,
die gegen die Scheibe 22 und die Scheibe 52 drückt, die Scheibe 52 nach , außen
treibt, wodurch das Ancchlußteil 24 aus dem Ende der Sicherung ausgestoßen wird,
so daß es, an dem flexiblen Leiter 35 frei herabhängend, eine sichtbare Anzeige
dafür liefert, daß die Sicherung angesprochen hat.
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Falls ein sehr großer Überstrom auftritt, schmilzt sowohl der Draht
37 auf dem Stab 16 wie auch der Schmelzleiter 41. Das . Schmelzen des Drahtes 37
verursacht einen starken Lichtbogen innerhalb des Rohres 10, so daß die Sicherung,
ebenfalls nach Abwurf des Teiles 24, völlig ausbrennt.
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Im Hinblick auf die Wirkungsweise bei niedrigem Strom sind die Dimensionen
des Haltedrahtes 38/33 mit denen des Silberdrahtes 37 abgestimmt. Der Draht
38/33 ist so stark, daß die Feder'51 keinen Bruch des Drahtes 38/33 und damit ein
Abstoßen der Leitung 24135 verursachen kann. Man kann beispielsweise die entsprechenden
Maße so wählen, daß der Leiter 35 einen Zug von 40 Kilopond ausgesetzt werden kann,
ohne daß der Draht 38/33 bricht.
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Eine wichtige Einzelheit der dargestellten Sicherung ist die Verwendung
eines Trägerstabes mit einer schraubenförmigen Iiut. Dadurch, daß der Hauptsicherungsdraht
in der Nut 'i8 angeordnet ist, kann der Windungsabstand des Drahte; kleiner sein
als es sonst erlaubt wäre. Die Nut hat eine Schattenwirkung, so daß Überschläge
von Windung zu Windung erst bei höheren Potentialdifferenten
eintreten,
als es ohne die Nut der Fall wäre. Un-..torschiedliche Formen der Nut sind möglich;
die dargestellte schraubenförmige Nut hat sich als befriedigend ereriesen.
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Es wurde ferner gefunden, daß nur bestimmte Isoliermaterialien für
den Y.@o@;Träger@ stab 16 geeignet sind. Wenn die Sicherung bei hohen Strömen anspricht,
können die Teile des Stabes 16, die in der Nähe der Nut 1£3 liegen, zu heiß werden,
so daß die Sicherung unter Umständen nicht völlig durchbrennt. Es wurde versucht,
Kalkstein zu verwenden; es stellte sich jedoch heraus, daß der Kalkstein zu viel
Wasser enthält, welches bei Verdampfung die im Sand gebildete Schmelzraupe durchbricht
und einen leitenden Pfad bildet. Es wurde ferner gefunden, daß gewöhnliches Porzellan
ungeeignet ist, weil die Nut so heiß wird, daß sie einen leitenden Pfad bildet.
Das Material des Trägerstabes muß zwei wesentliche Merkmale haben: der Stab darf
nicht infolge eines Wärmeschocks brechen, der bei plötzlichem vollstUndigem Schmelzen
des Drahtes unter hohem Überstrom eintritt. Ferner darf das Material keine hohe
Oberflächenleitfähigkeit haben, wenn es heiß; wird. Es wurde gefunden, daß ein Steatitmaterial
diese beiden Forderungen erfüllt.
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Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist, daß der Haltedraht bzw.
das Halteglied auf Seherung beansprucht wird, statt auf Zug wie bei bekannten Sicherungen.
Durch Einlegen des Hauptsicherungsdrahtes in eine Nut ist es möglich, die Länge
der Sicherung zu reduzieren und gleichzeitig bessere elektrische Eigenschaften zu
erreichen. Die Sicherung ns@ah- aer_-Arfingung weist eine einfache Konstruktion
auf
und kann mit geringen Kosten hergestellt werden, da sie', verglichen mit bekannten
Sicherungen, bei gleichen elektrischen Eigenschaften eine kleinere Anzahl von Teilen
aufereist. Das Ende des Trägerstabes 76, das der Schraubenfeder benachbart ist,
und die ihm zugeordneten Teile können, fälle en-rünsclit, einen verringerten Durchmesser
erhalten.