DE1563811B2

DE1563811B2 - Sicherung mit temperaturschutz

Info

Publication number: DE1563811B2
Application number: DE19661563811
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Sträb, Hermann, Dipl.-Ing., 7021 Oberaichen
Priority date: 1966-02-04
Filing date: 1966-02-04
Publication date: 1976-08-19
Also published as: DE1563811A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Temperatursicherung mit einem stromleitenden Material, dessen Schmelzpunkt der zu überwachenden Temperatur angepaßt ist, insbesondere für Drosselspulen.

Durch die DT-PS 9 48 894 sind elektrische Schmelzsicherungen bekannt, deren Schmelzleiter aus einer dünnen, auf eine isolierende Unterlage aufgebrachten Metallisierung bestehen. Falls sich im Schadensfall die Stromstärke genügend erhöht, schmilzt der aus niederschmelzendem Metall gebildete Durchschmelzsteg weg und unterbricht so den Strom. Diese Veröffentlichung betrifft aber keine Übertemperatur-, sondern eine Überstrom-Sicherung.

In der DT-PS 5 67 817 wird eine Temperatursicherung für elektrische Öfen beschrieben, die aus einem in einen evakuierten oder mit neutralem Gas gefüllten Behälter eingeschlossener Schmelzdraht besteht, der bei der zu überwachenden Temperatur schmilzt. Für den Schmelzdraht kommen z. B. Aluminiumlegierungen in Betracht, die bei 600⁰C ansprechen. Da die Temperatur einer Isolation, z. B. einer Wicklung einer Drosselspule, im Schadensfall in kurzer Zeit auf 300⁰C ansteigen kann, gewährt diese Anordnung wegen ihrer viel zu großen Unempfindlichkeit keinen ausreichenden Schutz. ►

Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, Schadensfälle in elektrischen Anlagen auch in den Fällen zu vermeiden, in denen Isolationen infolge hoher Übertemperaturen zerstört werden, ohne daß der Strom erheblich ansteigt, weshalb vorgeschaltete Stromsicherungen nicht ansprechen. Schadensfälle größten Ausmaßes und sogar Todesfälle sind beispielsweise durch Leuchtstofflampenanlagen dadurch entstanden, daß sich Teile der Wicklung von Drosselspulen infolge eines Windungsschlusses auf Temperaturen über 300⁰C erhitzen, wobei die Isolation der Wicklung verkohlte und schließlich Brände entstanden. In diesen Fällen sprach die vorgeschaltete Sicherung nicht an, da der Strom infolge der Reihenschaltung von Drossel, Lampe und Kondensator bei Duoschaltung sich beim

ίο Ausfall der Drosselspule nicht wesentlich erhöht.

Erfindungsgemäß wird diese zuvor geschilderte Aufgabe dadurch gelöst, daß das stromleitende Material auf eine in dem zu schützenden Gerät in flächenhafter Berührung stehende Isolierstoffunterlage aufgedampft ist und daß es unabhängig von der sich in einem Schadensfall einstellenden Stromstärke oberhalb einer vorgegebenen Grenztemperatur unter Inselbildung schmilzt und den Stromkreis unterbricht. Diese Inselbildung, bei der die Leitfähigkeit sprungweise um mehrere Größenordnungen abnimmt, kommt dadurch zustande, daß der Metallbelag »aufreißt«, d. h., daß sich eine große Zahl von nicht mehr zusammenhängenden Metallflächen bildet. Die Temperatur, bei welcher dieser »Aufreißvorgang« stattfindet, hängt von der Auswahl des Metalls bzw. der Zusammensetzung der Legierung ab und soll im folgenden »Aufreißtemperatur« genannt werden.

Die Aufreißtemperatur ist von der Dicke des Metallbelages weitgehend unabhängig. Die Stromunterbrechung erfolgt, sobald der Metallbelag die Aufreißtemperatur erreicht hat.

Der bestmögliche Schutz eines Gerätes gegen die Folgen unzulässig hoher Temperaturen wird dann erreicht, wenn die Aufreißtemperatur des Schmelzleiters nur um die Eigenerwärmung des Schmelzleiters in normalem Betrieb über der für das Gerät kritischen Grenztemperatur liegt. Die Auswahl des Metalls bzw. der Zusammensetzung der Legierung hinsichtlich der Aufreißtemperatur muß daher in erster Linie nach der höchstzulässigen Temperatur in dem Gerät getroffen werden. Die Eigenerwärmung des Schmelzleiters kann in gewissen Grenzen durch die Wärmeableitung und den Widerstand des Schmelzleiters beeinflußt werden.

Je näher der Schmelzleiter an der kritischen Zone des Gerätes untergebracht werden kann, desto schneller wird bei Übertemperatur abgeschaltet. Der Schmelzleiter hat den bekannten Sicherungen gegenüber den Vorteil, daß er auf ein dünnes, elastisches Isolierstoffband aufgebracht ist und in einem Gerät raumsparend eingebaut werden kann. Es ist daher ohne weiteres möglich, diesen Schmelzleiter an der heißesten Stelle, z. B. einer Wicklung, unterzubringen. Wird nun z. B. infolge Alterungserscheinungen die zulässige Grenztemperatur in dem Gerät oder dem Bauelement überschritten, so wird der Stromkreis infolge des Aufreißvorganges des dünnen Schmelzleiters unterbrochen, so daß Folgeschäden verhindert werden.

Andererseits muß der Schmelzleiter dann leicht zugänglich sein, wenn es zweckmäßig ist, ihn öfters auszuwechseln. Dieser Fall kann dann zutreffen, wenn die Übertemperatur in dem Gerät durch vorübergehende Überlastung hervorgerufen wird, ohne daß die Isolation des Gerätes schadhaft geworden ist. Der bei dieser Anordnung vorhandene Temperatursprung von der kritischen Stelle des Gerätes zum Schmelzleiter muß bei der Festlegung der Aufreißtemperatur berücksichtigt werden.

Der Aufreißvorgang und die dadurch verursachte

Stromunterbrechung kann dazu benutzt werden, die Außerbetriebsetzung des Gerätes oder des Bauelementes elektrisch oder akustisch anzuzeigen. Dies kann z. B. in der Weise erfolgen, daß in einem parallel zur Sicherung geschalteten Nebenstromkreis ein Anzeigegerät liegt, das erst nach Ansprechen der Sicherung

Tabelle

Spannung erhält und damit die Stromunterbrechung im Hauptstromkreis meldet.

Für den Schmelzleiter werden Metalle bzw. eutektische Metallegierungen verwendet, deren Schmelz- und damit Aufreißtemperatur in der gewünschten Höhe liegt (Beispiele siehe Tabelle).

Metalle bzw.	Zusammensetzung	Schmelz = Auf
eutektische Metallegierungen	in Gewichtsprozent	reißtemperatur ⁰C
Bi-Sn-Eutektikum	58 Bi/42 Sn	139,0
Bi-Cd-Zn-Eutektikum	59,5 Bi/39,5 Cd/1 Zn	143,0
Bi-Cd-Eutektikum	60 Bi/40 Cd	144,0
Cd-Sn-Zn-Eutektikum	31 Cd/66,5 Sn/2,5 Zn	163,0
Cd-Sn-Eutektikum	32,25 Cd/67,75 Sn	176,0
Pb-Sn-Eutektikum	37,7 Pb/62,3 Sn	183,0
Sn-Zn-Eutektikum	91,1 Sn/8,9 Zn	198,6
Zinn	100 Sn	231,9
Cd-Zn-Eutektikum	82 Cd/18 Zn	263,0

Außer den in der Tabelle genannten Metallen bzw. Metallegierungen können unter Berücksichtigung der für das betreffende Gerät erforderlichen Aufreißtemperatur des Schmelzleiters auch andere Metalle bzw. Metallegierungen verwendet werden.

Weiterhin können auch Legierungsverhältnisse zugelassen werden, die von dem jeweiligen Eutektikum erheblich abweichen, da der Aufreißvorgang des sehr dünnen Schmelzleiters auch dann noch einen genügend großen Sprung im Widerstand des Sicherungssteges bewirkt, wenn das Legierungsverhältnis nicht dem Eutektikum entspricht.

In den Fällen, in welchen es darauf ankommt, daß der Widerstand nach dem Aufreißvorgang des stromleitenden Sicherungssteges sehr hoch ist, ist es zweckmäßig, denjenigen Komponenten, welche die Aufreißtemperatur bestimmen, eine weitere Komponente zuzusetzen, welche die Entstehung einer besonders hochohmigen Korrosions- oder Deckschicht an der Oberfläche des Metallbelages zur Folge hat. Entsprechend den für die niederschmelzende Legierung verwendeten Metallen kommen dafür z. B. Zusätze von Zink, Aluminium, Magnesium, Mangan oder Indium in Betracht.

Für die Unterlage, auf welche der dünne Sicherungssteg z. B. durch Aufdampfen oder andere bekannte Verfahren aufgebracht wird, wählt man selbstverständlich Stoffe, deren Temperaturbeständigkeit höher liegt als der Schmelzpunkt des Stromleiters. In Betracht für die Unterlage und die eventuell verwendete Gegenlage kommen z. B. Kunststoffolien aus Polyäthylen, Polypropylen, Polykarbonat, Triacetatzellulose, Tetrafluoräthylen sowie Folien aus Glimmer oder glimmerhaltigen Produkten.

Um den Schmelzleiter gegen Korrosionserscheinungen zu schützen, empfiehlt es sich, den auf eine Isolierstoffunterlage aufgetragenen Schmelzleiter mit einem isolierenden und möglichst feuchtigkeitsdichten Überzug oder mit einer dementsprechenden Gegenlage aus einem geeigneten Isolierstoffband zu versehen. Diese Gegenlage kann z. B. auf die mit dem Schmelzleiter versehene Unterlage aufkaschiert sein. Die Stromanschlüsse können z. B. in der in A b b. 1 und 2 dargestellten Weise gestaltet sein. Auf die in stark vergrößertem Maßstab gezeichnete Isolierstoffunterlage 1 in A b b. 1 wird der Metallbelag 2/3/4 aufgebracht, wobei der Durchschmelzsteg 3 aus einer niederschmelzenden, aufreißenden Schicht besteht. Die Belagflächen 2 und 4 werden durch die Anschlußfahnen 6 und 7 kontaktiert, wobei z. B. eine Lötung angewendet werden kann. Als Gegenlage ist eine Isolierstoffolie 5 aufkaschiert worden. Da hierfür dünne Isolierstoffolien verwendet werden können, besitzt das Sicherungselement elastische Eigenschaften und kann in dem zu schützenden Gerät weitgehend der Körperform an der betreffenden Stelle angepaßt werden.

A b b. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Sicherung mit Temperaturschutz, die als auswechselbares Element gebaut ist. Der Metallbelag 2/3/4 ist daher auf eine feste steife Isolierstoffunterlage 1 aufgebracht. Zum Abschluß dienen die Metallkappen 6 und 7. Als Gegenlage auf dem Sicherungssteg ist die Isolierstofffolie 5 angebracht. Durch die Nieten 8 und 9 ist ein guter Kontakt der Metallkappen 6 und 7 mit dem Metallbelag 2,3,4 gewährleistet.

Die nach der vorhergehenden Beschreibung hergestellte, dünn aufgedampfte Sicherung besitzt neben der beschriebenen Eigenschaft des Schutzes gegen Übertemperatur in einem Gerät noch die Vorteile der in der deutschen Patentschrift 9 48 894 angemeldeten Sicherung, nämlich außerordentlich kurze Ansprechzeit, kleines Volumen, billige Herstellung, großer Bereich für die Stromstärke (Einzelsicherungen von einigen mA ab, große Stromstärken durch Parallelschaltung).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Temperatursicherung mit einem stromleitenden Material, dessen Schmelzpunkt der zu überwachenden Temperatur angepaßt ist, insbesondere für Drosselspulen, dadurch gekennzeichnet, daß das stromleitende Material auf eine in dem zu schützenden Gerät in flächenhafter Berührung stehende Isolierstoffunterlage (1) aufgedampft ist und daß es unabhängig von der sich in einem Schadensfall einstellenden Stromstärke oberhalb einer vorgegebenen Grenztemperatur unter Inselbildung schmilzt und den Stromkreis unterbricht.

2. Temperatursicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Schmelzleiter Zinn, insbesondere das Zinn 100 Sn, mit einem Schmelzpunkt von 231,9⁰C verwendet wird.

3. Temperatursicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schmelzleiter zur Erzielung eines hohen Aufreißwiderstandes als zusätzliche Komponente Zinn, Aluminium, Magnesium, Mangan oder Indium zugesetzt wird.

4. Temperatursicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallbelag (2, 3, 4) durch wenigstens eine Gegenlage (5) aus Kunststoff abgedeckt ist.

5. Temperatursicherung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Metallbelag (2, 3, 4) eine Gegenlage (5) aus Polyäthylen aufgebracht ist.

6. Temperatursicherung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenlage (5) aufkaschiert ist.