DE168239C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

JVl 168239 KLASSE 21 c.

Während man bei den bisherigen Sicherungen die betreffs der Genauigkeit und Explosionssicherheit zu erfüllenden Anforderungen durch Wahl eines Schmelzdrahtes von guter Leitungsfähigkeit, geeignetem Schmelzpunkt, vorteilhafte Einbettung, Führung über Zwischenwände usw. zu erreichen bemüht ist, wird bei der nachfolgend beschriebenen Schmelzsicherung auf den Temperaturkoeffizienten des zur Verwendung gelangenden Materials ein ausschlaggebender Wert gelegt.

Insbesondere erscheint das Eisen wegen seines hohen Temperaturkoeffizienten zumal im Glühzustande hierfür geeignet, da sein Widerstand alsdann außerordentlich rasch ansteigt.

Diese Eigenschaft läßt sich für Schmelz-

■ sicherungen deshalb besonders vorteilhaft ausnutzen, weil bei geringer Stromdichte bezw. Belastung, also kaltem Zustande, der Eigenwiderstand eines Stückchens Eisendraht und somit der Spannungsabfall und Energieverbrauch , wie auch die Erhitzung des Sicherungskörpers gering ist; dagegen steigt dieser Wert auf ein Vielfaches, wenn der Strom eine bestimmte Stärke überschreitet und der Eisendraht glühend wird, und zwar ist diese Steigerung etwa das 10 fache des Betrages im kalten Zustande.

Fig. ι zeigt dies Verhalten eines einfachen Eisendrahtes, wobei die Abszisse den Strom, die Ordinate den Spannungsabfall darstellt. Jedoch erhält man mit einem derartigen, z. B.

in Schmirgel innerhalb einer Glasrohre oder eines Stöpsels eingebetteten Eisendraht von z. B. 20 mm Länge bei 0,45 mm Dicke noch nicht alle verlangten Eigenschaften einer vorschriftsmäßigen Sicherung, denn schon bei einer Steigerung des Normalstromes um etwa 20 Prozent würde das Durchbrennen erfolgen, während eine zwischen dem 1V₄- und dem 2 fachen des Normalstromes liegende Belastungsfähigkeit verlangt werden muß; auch die große Masse des für den ganzen Strom ausreichend zu bemessenden Eisendrahtes ergibt störendeFlammenerscheinungen, zumal da wegen des Lichtbogens eine beträchtliche Länge des Eisendrahtes angewendet werden muß.

Um diesen Übelständen und dem mit dem steilen Ansteigen der Kurve (Fig. 1) verbundenen, allzu stark ansteigenden Spannungsabfall vorzubeugen, ist daher die Kombination der Sicherung aus einem Leiter von hohem positiven Temperaturkoeffizienten, z. B. Eisen, und einem guten Leiter, z. B. Silber oder auch Blei, Nickelin- u. dgl. Draht von geringem oder mäßigem Temperaturkoeffizienten vorteilhaft.

In den Fig. 2 bis 6 ist diese Zusammensetzung aus zwei verschiedenen Metallen dargestellt.

Bei der Ausführungsform Fig. 2 bezw. 3 nimmt der Eisendraht nur einen kleineren Teil des Stromes auf als der parallelgeschaltete Silberdraht.

Wie Fig. 2 diagrammatisch für z. B. eine 12¹Z₂ Amp.-Sicherung darstellt, verträgt z. B. der Eisendraht dabei 6 Amp.; dabei erhitzt

η»

er sich so, daß sein Spannungsabfall von etwa ο, ι auf etwa 0,9 Volt steigt. Der parallel geschaltete Silberdraht nimmt etwa 16 Amp. auf, das Durchschmelzen erfolgt somit bei 6 -f- 16 = 22 Amp. = dem 1 · 8 fachen des Normalstromes. Bei dem Normalstrome beträgt der Spannungsabfall, d. h. also bei 12Y₂ Amp. nur etwa 0,3 Volt.

Der Silberdraht soll bei dieser in Fig. 3 dargestellten Form zunächst abschmelzen, denn er erfährt bei Überschreitung des Normalstromes eine schnell steigende Überlastung.

Die Stromverteilung ist z. B. bei 12Y₂ Amp. Belastung noch so, daß etwa 6 Amp. durch den Eisen- und 6Y₂ Amp. durch den Silberdraht fließen, von da ab aber gerät der Eisendraht in höhere Glut und erhöht seinen Eigenwiderstand so bedeutend, daß der Mehrstrom fast ganz vom Silberdraht aufgenommen werden muß, wie die Fig. 2 erkennen läßt, also z. B. bei 20 Amp. 6 Amp. und 14 Amp.; bei 22Y₂ Amp.: 6 Amp. und 16Y₂ Amp.

In dem Augenblick, wo der Silberdraht abschmilzt, erfährt somit der Eisendraht- eine Überlastung um ein Mehrfaches (22Y₂ gegen 6 Amp.), auch er brennt sofort durch, und die Unterbrechung des Kreises ist sehr genau bewirkt, denn der Grad der Belastung wird durch die Eisensicherung, die sprungweise am kritischen Punkte ihren Eigenwiderstand erhöht, gleichsam genau diktiert; das Eisen wirkt bei Eintritt seiner rapiden Eigenwiderstandserhöhung förmlich »drosselnd« auf den Strom und »drückt«, um ein Bild aus der Hydraulik zu gebrauchen, denselben in den Parallelweg, der durch das Silber dargeboten ist, hinein.

Die Lichtbogenbildung ist bei dem zuerst abschmelzenden Silberdraht verringert infolge der noch bestehenden Parallelverzweigung durch das Eisen; beim Durchschmelzen des Eisens aber kommt der Vorteil, daß dasselbe nur mit relativ geringer Dicke gewählt zu werden brauchte (entsprechend dem von ihm normal aufgenommenen Bruchteil des Stromes), zugute.

Da aber die Längen des Silbers und Eisens nicht Unbeträchtlich gewählt werden müssen, so empfiehlt sich öfter mehr die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform. Hier ist dem Eisendraht, der dann nur kurz (z. B. 10 mm) gewählt zu werden braucht, noch ein ganz dünner Silberdraht vorgeschaltet, zu beiden liegt ferner ein für den größeren Teil des Stromes bemessener Silberdraht parallel.

Dieser Silberdraht schmilzt, wie vorher, zunächst ab, alsdann sofort der dem Eisen vorgeschaltete und dessen geringer Normalbelastung gemäß schwach bemessene Silberdraht.

Der Eisendraht bleibt unzerstört; die Flammenbildung ist verringert, da nur der dünne Silberdraht statt des eine wesentlich größere Masse besitzenden Eisendrahtes abschmilzt, während der erste Silberdraht, wie in Fig. 3 so auch hier, wegen der dann noch bestehenden Verzweigung keine große Lichtbogenbildung ergibt.

Die Fig. 5 und 6 endlich zeigen die umgekehrte Reihenfolge beim Abschmelzen der parallel geschalteten Leiter; hier schmilzt zunächst der Eisen-, dann der Silberdraht ab. Die Stromverzweigung (Fig. 6) ist' derart, daß bei noch kaltem Zustande des Eisendrahtes, z. B. bei 12Y₂ Amp. Gesamtstrom, etwa 10 Amp. durch den Eisen- und 2 Y₂ Amp. durch den Silberdraht fließen.

Bei etwa 15 Amp. gerät der Eisendraht aber in Glut und »drosselt« den Strom soviel als möglich ab, indem er ihn in den Silberdraht »hineindrückt«.

Bei 20 Amp. hat das Eisen z. B. noch 15 Amp., das Silber 5 Amp.; hierbei ist jedoch bereits ein solcher Glühgrad des Eisens und auch ein so hoher Spannungsabfall (etwa 0,6 Volt) erreicht, daß das Eisen abschmilzt, was bei etwa 22Y₂ Amp. Gesamtstrom erfolgt.

Der übrig bleibende Silberdraht, der natürlich nur dünn gewählt ist, da er normal nur etwa V₄ des Abschmelzstromes aufnimmt, schmilzt nunmehr ebenfalls, da er — mit 22¹^ Amp. — um ein Mehrfaches überlastet ist, sofort ohne große Flammenbildung (entsprechend seiner geeigneten Masse) ab.

Die relative Steilheit der Kurve (Fig. 6) läßt auch erkennen, daß ein hoher Genauigkeitsgrad betreffs der Einhaltung des Abschmelzmomentes erzielt wird, denn das charakteristische Verhalten des Eisens bei diesen »kritischen« Temperaturgraden bestimmt fast allein diese Erscheinung, während der parallel geschaltete Silberdraht, da er nur den kleineren Bruchteil des Stromes aufzunehmen hat, nicht besonders genau dimensioniert zu werden braucht.

Da ferner der Eisendraht hierbei wegen der bei seinem Abschmelzen noch herrschenden Stromverzweigung und daher geringeren Flammenbildung nur kurz (6 bis IO mm) be- no messen zu werden braucht, so ist auch der Spannungsabfall und Energiebedarf bei normaler Belastung gering, steigt aber rasch im Moment des Abschmelzens.

An dem Glühgrade des Eisendrahtes läßt sich angenähert bei geeigneter Konstruktion der Sicherung der Grad der Überlastung erkennen, so daß eine solche Sicherung event, als optischer Stromindikator dienen kann.

Die Verwendung von zwei parallelen Drähten (Silber und Eisen o. dgl.) ermöglicht ferner die Hindurchführung des einen gleich-

zeitig als sichtbarer »Kenndraht«, um das Abschmelzen äußerlich zu erkennen, auch in der Weise, daß ein Knopf, Stift ο. dgl., wie bekannt, im Falle des Abschmelzens freigegeben und außen fühlbar wird.

Wegen der geschilderten Eigenschaften kann man diese nach Art eines Drosselventils wirkenden Kombinationssicherungen auch als »Drosselsicherungen« bezeichnen;

ίο sie lassen sich in Glasröhren oder Porzellanstöpseln oder anderer Form in Sand oder sonstiger Einbettung verwenden, auch innerhalb einer Glasbüchse ähnlich den Vorschaltwiderständen von Nernstlampen in eine Wasserstoff- o. dgl. Atmosphäre einschließen. Hierdurch wird die Oxydation vermieden, eine gute Wärmeableitung erzielt und der Feuersgefahr vorgebeugt. Die Art der Einbettung ist auf die Abkühlung des glühenden Drahtes von Einfluß, desgleichen die Form der Drähte — ob in Spiralen oder gestreckte u. dgl. An Stelle von Silber kann natürlich auch Blei oder auch — zur Vermeidung größerer Längen bei manchen Ausführungsformen — Nickelin ο. dgl. gewählt, statt des Eisens auch ein anderer Leiter von hohem positiven Temperaturkoeffizienten angewendet werden, jedoch haben sich die geschilderten Kombinationen von Eisen und Silber in den meisten Fällen als besonders brauchbar erwiesen, wobei auch mittels Vernickelung oder sonstiger galvanischer Überzüge der Oxydation des Eisens vorgebeugt werden kann.

Claims (3)

Patent-Ansprüche:

1. Schmelzsicherung mit zwei parallel geschalteten Leitern aus verschiedenem Metall, dadurch gekennzeichnet, daß sich die parallel geschalteten Leiter im Temperaturkoeffizienten bedeutend unterscheiden und so bemessen sind, daß der bei normaler Belastung geringe Spannungsabfall bei Überlastung erheblich gesteigert wird und zufolge der Änderung der Stromverteilung das Abschmelzen der beiden Drähte mit großer Genauigkeit nacheinander erfolgt.

2. Schmelzsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Leiter mit hohem Temperaturkoeffizienten ein schwacher Draht von guter Leitungsfähigkeit vorgeschaltet ist, welcher nach dem Schmelzen des parallel geschalteten' Leiters durchschmilzt, während der vorgeschaltete Leiter mit hohem Temperaturkoeffizienten nicht abschmilzt.

3. Schmelzsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Leiter von hohem Temperaturkoeffizienten ein Eisendraht und als parallel bezw. vorgeschalteter Abschmelzdraht Silber verwendet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.