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Thermische Schmelzsicherung Die vorliegende Erfindung bezieht sich
auf eine thermische Schmelzsicherung, die beim Erreichen einer vorgegebenen Temperatur
schmilzt und einen elektrischen Stromkreis unterbricht.
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Die wichtigste Anwendung finden derartige Sicherungen, die in Abhängigkeit
von den Bedingungen der Umgebungstemperatur ansprechen, als Schutzsicherung in kleinen
Wechselstrommotoren, bei denen eine übermäßige Erwärmung in den Feldwicklungen verhindert
werden soll, um ein Blockieren des Rotors oder andere Störungen-zu verhüten. Die
Schmelzsicherung nach der vorliegenden Erfindung kann in ihrem Durchmesser in der
Größe der Leiter der Feldwicklungen und in einer Länge unterhalb von 25 mm ausgeführt
werden, so daß die Sicherung innerhalb des Motorgehäuses in unmittelbarer Nähe der
Feldwicklung, also an einer Stelle, an der die günstigsten Bedingungen für eine
Wärmeübertragung vorliegen, angeordnet werden kann.
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Eine Schwierigkeit bei der Herstellung dieser im Preis verhältnismäßig
niedrig liegenden Sicherungen liegt darin, eine konstante Abhängigkeit von den äußeren
Bedingungen fUr die Unterbrechung des elektrischen Stromkreises zu erhalten. Die
gleichen Sicherungen sprechen häufig bei der gleichen Bedingung der Umgebungstemperatur
zu verschiedenen Zeiten und
bei verschiedenen Temperaturen an. Die
Wärme wird bei diesen Sicherungen von außen zu dem eigentlichen Sicherungselement
durch Wärmeleitung, Wärmestrahlung und Konvektion übertragen. Die Zeit, die eine
Sicherung benötigt, um eine gegebene Stromkreisunterbrechungstemperatur zu erreichen
und die Temperatur, bei der die Sicherung schmilzt, hängen von einer Anzahl Faktoren
ab, u.a. dem physikalischen Verhältnis zwischen der äußeren Oberfläche der Sicherung
und der Wärmequelle, die überwacht werden soll, sowie von den Veränderlichen in
der Sicherung, z.B. dem Mittel, das die Außenseite der Sicherung mit dem schmelzbaren
Material verbindet, der Toleranz in dem Raum des schmelzbaren Materials in beug
auf die äußere Oberfläche der Sicherung und der Oberflächenspannung des schmelzbaren
Materials, wenn es geschmol-zen ist. Die Bedeutung der Oberflächenspannung
des schmelzbaren Materials ist bisher noch nicht genügend erkannt worden. Es wurde
festgestellt, daß die Oberflächenspannung von Bleilot beispielsweise häufig
die Trennung des geschmolzenen Lotmetalls bei der gewünschten Unterbrechungstemperatur
verhindert.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine thermische Schmelzsicherung
mit kleinen äußeren Abmessungen und geringen Herstellungspreis zu schaffen,
die beispielsweise in kleinen Elektromotoren leicht im Innern des Motorgehäuses
nahe der Feldwicklung eingesetzt werden kann. Die Erfindung
verfolgt ferner das Ziel, die Sicherung so auszubilden, daB die Wärme schnell und
wirksam :u dem Sicherungselement übertragen werden kann und daB dieses Element
bei einer konstan-ten vorgegebenen Temperatur unter den möglichen
:u erwartenden Bedingungen anspricht.
Eine andere Aufgabe der Erfindung
.besteht darin, die Sicherung so auszubilden, daß sie leicht zwischen den blaakgemachten
Enden zweier elektrischer Leiter mit diesen ohne Anwendung einer Lötverbindung oder
Schraubenverbindung und ohne eine nachträgliche Isolierung verbunden werden kann.
Die: Schmelzsicherung nach .der Erfindung soll sich ferner dadurch auszeichnen,
daß die Zeit für die Erwärmung des schmelzbaren Sicherungselementes so klein wie
möglich ist.
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Ein weiteres Ziel ist die Schaffung einer einfachen kompakten, wenig
kostspieligen Sicherung unter Einhaltung der vorgenannten Bedingungen.
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Gemäß einem Hauptkennzeichen der Erfindung besteht die Sicherung im
wesentlichen aus einen festen schmelzbaren Leiter zwischen zwei Anschlußklemmen
und einem Material mit geringer Oberflächenspannung in einem Bereich des Leiters,
der zuerst schmilzt, wobei das Material mit geringer Oberflächen-Spannung die Oberflächenspannung
des geschmolzenen schmelz-
baren Leiters bis zu einem Wert verringert, bei
den die Oberflächenspannung keinen bedeutsamen EinfluB auf die
Tempera-
tur hat, bei der das geschmolzene Material sich trennt und den Stromkreis
unterbricht. Am wirkungsvollsten läßt sich das Material mit geringer Oberflächenspannung
ausnutzen, wenn es einen festen Körper rund um den schmelzbaren Leiter bildet. Nach
einem weiteren Kennzeichen der Erfindung kann ein Teil des Materials mit geringer
Oberflächenspannung auch in Innern des schmelzbaren Leiters eingebettet sein.
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Es wurde gefunden, daB ein KolophoniumfluBmittel zusätzlich
zu
seinen bekannten oxydauflösenden Eigenschaften sich besonders gut als Material zur
Verringerung der Oberflächenspannung für Bleilote, die für die Herstellung des schmelzbaren
Leiters benutzt werden können, eignet. Um eine große Wirksamkeit zu erreichen, muß
das Flußmittel außerhalb des schmelzbaren Leiters in einer relativ dicken Schicht
um den mittleren Abschnitt angeordnet sein, wenn der Leiter schmilzt. Die im allgemeinen
benutzten Flutmittel in Verbindung mit Lotmetallen haben eine Schmelztemperatur,
die unterhalb der Schmolztemperatur des Lotmetalls liegt. Wenn in solchen Fällen
die Schmelztemperatur des Flußmittels erreicht wird, läuft das Fl.ußmittel aus,
und cis wird zu dem Zeitpunkt, in dem es benötigt wird, unwirksam sein, sofern das
Flußmittel nicht in einem begrenzten Raum eingeengt ist, in dem die gewünschte Dicke
des Flußmittelci rund um den zuerst schmelzenden Abschnitt des schmelzbaren Leiters
aufrechterhalten wird. Nach einer bevorzugten Aiisfülirungaform der Erfindung wird
eine Flußmittelverbindung benutzt, die ihren festen oder nicht flüssigen Zustand
tiifi zur und einschließlich der gewünschten Schmelztemperatur des schmelzbaren
Leiters beibehält.
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Nach einem weiteren Kennzeichen der Erfindung ist der Körper aus dem
Material mit geringer Oberflächenspannung rund um den zuerst schmelzenden Abschnitt
des Leiters derart angeordnet, daß mit diesen Körper der Raum zwischen dem schmelzbaren
Leiter und einer äußeren Hülle aus Isoliermaterial überbrückt Wird. Auf diese Weise
kann der Körper aus dem Material mit geringer Oberflächenspannung einerseits als
Wärmeleiter für die Übertragung der Wärme von außen
zu dem schmelzbaren Leiter
wirken und andererseits zur Zentrierung des schmelzbaren Leiters in besug auf die
äußere Hülle dienen. Alle Teile der
| Schmelzsicherung nach der Erfindung haben einen kreisrunden |
| querschnitt, so daß die Sicherung in bszug auf alle Richtun- |
| gen symmetrisch ist. |
| Nach der weiteren Erfindung .j lad die Enden zier Sicherung
mit |
| je einer hohlen Anschlußklemme ausgestattet. Der
schmelzba- |
| r: Leiter ers treckt a i.ch zwischen den innuron Enden der
hoh- |
| len An schlußklemmen, während die äußere Hülle aus Isolier- |
| material sich Über die ganze Dünger der Sicherung und vor- |
| zugsweise noch einen geringen Betrag über die äußeren Enden |
| der hohlen AnnchlußkUmmen hinaus erstreckt. Die äußere Hülle |
| besteht aus einem flexiblen Material, während die knschluß-- |
| klemmen aus einem verformbaren elektrisch Leitfähigen
Ma- |
| teria.l,z.l3. Kupfer oder Älumlalum, bestehen, das rund
um die |
| blanken Enden des elektrischen Leiters zusaaotengepreßt wer- |
| den kann, zwischen denen die Sicherung angeordnet ist, Die |
| Anschlußklemmen sind an ihren äußeren Eden offen und bil- |
| den Bohrungen für die Aufnahme der blankgemachten Enden des |
| Leitern, der mit der Sicherung durch Zusaumöndriicken der hoh- |
| len Anschlußklemmen fest verbunden ist, so daß ein kÖrper- |
| licher und elektrischer Kontakt entsteht. Die Isolierung der |
| Leiterenden erstreckt sich vorzugsweise bis in die hohlen |
| Anschlußklemmen, so daß keine zusätzliche Isolierung erfor- |
| derlich ist, nachdem die Sicherung mit den Leiterenden ver- |
| bunden worden ist. |
| Weiterre Einzelheiten der Erfindung worden nachfolgend
anhand |
| zeichnerisch dargestellter kusführungsbeispiele erläutert. |
| Es zeigen: |
| Big. 'f eine Seitenansicht eines
schmelzbaren ,Leitern in |
| einer bevorzugten Bora, |
Fig. 2 eine Seitenansicht einer thermischen Sicherung in einem
Längsschnitt, Fig. 3 bin 5 Querschnitte der thermischen Sicherung nach Figur 2 in
den Ebenen 3 - 3, 4 - 4 und 5 - 5, Fig. 6 eine Seitenansicht einer thermischen Sicherung
in einem Längsschnitt, nachdem sie mit zwei elektrischen Leitern verbunden worden
ist, und Fig. 7 einen Ausschnitt der thermischen Sicherung, ebenfalls als Längsschnitt,
nachdem der Schmelzdraht einen Stromkreis unterbrochen hat.
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Die in Figur 1 dargestellte thermische Sicherung 2 hat im wesentlichen
die Form eines langgestreckten dünnen Zylindern mit einem *lttleren eingeschnürten
Abschnitt 3. Die Sicherung enthält eine äußere Hülle 4 aus flexiblem Isolierma,terial,
die vorsugaweise auf die inneren Teile der Sicherung aufgeschrumpft wird. Wenn die
Sicherung zum Schutz gegen Überhitzung kleiner Motors vorgesehen ist, beträgt die
hänge weniger als 25 mm und der äußere Durchmesser liegt in der
Größenordnung
von 2,5 mm oder weniger. Die Enden der thernischeu Sicherung sind an den Stellen
5 (Figur 2) offen für die Aufnahme von isolierten Leitern 6, die mit der Sicherung
durch eine einfache Klemmwirkung auf die Enden der isolierten Leiter 6 verbunden
sein können. Die äußeren Abschnitte der Hülle 4 aus Isoliermaterial umschlie$en,Jeweils
eine an beiden Enden offene Metallklemme in Form einer Ansehlußhülse B. Die Hülle
4 erstreckt sich vorzugsweise über den äußeren Rand der inschlußhüleen
8 hinaus.
Ein schmelzbarer Leiter 10 verbindet die inneren
Enden der Anschlußhülsen B. Dieser Leiter kann aus einem zylindrischen
Stück 10a aus Bleilot (Lötmetall) bestehen und enthält einen Kolophoniumkern
10b. Bei dem dargestellten Ausführungsbei-
spiel hat der schmelzbare
Leiter zunächst einen kleineren Durchmesser als die Bohrungen 11 in den Anschlußhülsen
B. Der Leiter wird in den Anschlußhülsen £3 dadurch fest verankert, daß die Enden
des Leiters mit Hilfe eines in die Hülse eingestoßenen Kolbens zusammengeprellt:
werden.
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Der schmelzbare Leiter 10 füllt nur einen Teil der Länge der AnschluBhül.sen
8 aus, so daß die Anschlußhül sen außerdem die blanken Enden des Leiters 6 aufnehmen
können. Wie in Figur 6 dargestellt, kann jeder isolierte Leiter 6 einen
oder mehrere Leiterdrähte 6a aus elektrisch leitfähigem Material enthalten,
die mit einer Lage 6b aus Isolier»terial. umgeben sind. Der Durchmesser
des blanken Leiters ist wenig kleiner als der Durchmesser der Bohrung
11 der Hülsen 8, so daß das
blanke Ende leicht in die Hülsen
eingesetzt werden kann= Die Isolierschicht 6b des Leiters endet im Innern
der Hülle 4: Dar freiliegende Teil@der Leiter 6a Ist dicht schließend
in die
jeweilige Klemmhiilse eingesetzt. Durch diese Ausbildung
ent-
fällt eine nachträgliche Isolierung eventuell blanker
Lei-
terteile.
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Dar Abschnitt des schmelzbaren Leiters 10, der sich zwischen den Anachlußhülsen
8 erstreckt, ist von der Hüllt 4 aus Isoliermnterial umgeben
und wird in einer zentralen Lage in Be-
zug auf diese
Hülle durch einen Körper 12 aus einest Material mit guter WRrmeleitfähiakeit
und geringer Oberflächenspannung
gehalten. Der Körper 12
hat, wie zeichnerisch dargestellt ist, eine kreisrunde Form mit einer ,Ausbauchung,
die mit ihren größten Durchmesser an der inneren Wandung der Hülle 4 anliegt, während
die Faden mit kleinerem Durchmesser sich auf entgegengesetzten Seiten hiervon befinden.
Die spezielle Formgebung dieses Körpers aus einem Material mit geringer Oberflächenspannung
kann stark variieren; die in der Zeichnung dargestellte Form ist besonders geeignet
für thermische Sicherungen, bei denen die Isolierhülle 4 durch Schrumpfung aufgebracht
ist, so daß der KörpeAm Innern der Hülle gehalten wird und genügend Zwischenräume
13 zwischen der Hülle 4 und dem schmelzbaren Leiter 10 bildet, in die das geschmolzene
Lotmetall nach außen fließen kann, wenn der Leiter 10 geschmalzen ist.
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Der Körper 12 aua dem Material mit geringer Oberflächenspannung besteht
in der bevorzugten Form. gemäß der Erfindung aus einer Kolophoniumflußmittelverbindung,
die ihren nicht flüssigen Zustand wenigstens bis zur Schmelztemperatur des Lotmetalla
oder anderer schmelzbarer Materialien, wie sie für Sicherungen benutzt werden, beibehält.
Im Gegensatz zu den meisten Flußmitteln, die unterhalb der Schmelztemperaturen von
Lotmetall, mit welchem sie benutzt werden, schmelzen, behält der Körper aus
der Kolophoniumflußmittelverbindung seine Form, so daß er als guter Wärmeleiter
und als Zentriermittel benutzt werden kann für Temperaturen bis zur und einschließlich
der Schmelztemperatur des Lotmetall$. Wesentlich ist, daß der Körper 12 aus den
Material mit geringer Oberflächenspannung eine Stärke hat, die wenigstens der Stärke
des dargestellten Lotmetalle entspricht. Der Flugaittelkern 10b kann
eine Schmelstesperatur unterhalb derjenigen des Lotmetalls
10a,
mit dem er benutzt wird, haben, weil. genügend freie Räume für das Abfließen aus
dem mittleren Teil vorhanden sind.
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Wenn die Sicherung 2 als thermische Schmelzsicherung für eine Motorwindung
benutzt wird, wird sie nach der Verbindung mit den Leitern 6 durch Isolierpapier,
das üblicherweise einen Teil der Konstruktion der Motorwicklung bildet, mit Gien
Feldwindungen in einen unmittelbaren Kontakt gebracht. Wenn Isolierpapier nicht
vorhanden ist, kann die Sicherung auch In der gewünschten Lage durch einen Tropfen
Epoxyharz oder einem anderen Epeigneten Klebemittel gehalten werden.
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Wenn die Sicherung 2 einer genügend hohen Umgebungstexperatur unterworfen
ist, die eine Stromkreisunterbrechung erfordert, bewirkt die durch den Körper 12
übertragene Wärme das
Schmelzen des Lotmetalls 10a. Die äußeren Enden des
Lotmetalls 10a, die sich innerhalb der Anachlußhülsen 8 befinden, werden nicht geschmolzen,
weil hier das schmelzbare Material eine größere Stärke hat. Wenn das Lotmetall durchgeschmolzen
ist; wird durch das den schmelzbaren Leiter umgebende Mate-
rial mit geringer
Oberflächenspannung und den inneren Blußmittelkern die Oberflächenspannung des Lotmetalls
soweit ver-
ringert, daß das schmelzbare Material verhältnismäßig schnell
nach außen fließt und den elektrischen Stromkreis öffnet. wie vorstehend bereits
erwähnt, neigt normal flüssiges Lotnetall ohne einen wesentlichen Anteil von golohpboniumflu8mittel
oder
anderen Material mit geringer Oberflächenspannung zur Bildung
von Fäden und widersetzt sich einer Trennung infolge der vorhandenen Oberflächenspannung.