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Schmelzsicherungspatrone Die Priorität der franzbsischen Patentanmeldung
Nr. PV Rhone 50.437 vom 27. September 1968 und der Zusatzanmeldung Nr.
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69.22652 vom 4. Juli 1969 wird in Anspruch genommen.
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Die Erfindung betrifft eine Schmelzicherungspatone mit einem im wesentlichen
flachen, etwa quaderförmigen Isolierkörper, der zwischen gegenüberliegenden Schmalseiten
seines Profils Durchgangslöcher hat, in denen in ein Lichtbogenlöschmittel eingebettete
Schmelzeinsätze angeordnet sind, und mit an diesen gegenüberliegenden Seiten des
Isolierkörpers angeordneten, elektrisch leitenden Köpfen, die durch die Schmelzeinsätze
elektrisch leitend verbunden sind.
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Schmelzsicherungspatronen müssen bekanntlich einen dauernden
Strom
bei voller Belastung der zu schützenden Anlage aushalten, den Stromkreis aber unterbrechen,
wenn die Gefahr besteht, daß die Anlage durch eine Überbelastung beschädigt wird.
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Es ist insbesondere bei wasser- oder luftgekühlten Halbleitereinrichtungen,
die gegen Wärme besonders empfindlich sind, erforderilch, daß die der Anlage zugeordnete
Sicherungspatrone -ähnlich wie die Anlage selbst - eine Kühlmöglichkeit besitzt.
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Bei den gattungsgemäßnn Sicherungspatronen verteilt sich de durch
den Strom an die Schmelzeinsäke abgegebene Wärmemenge gut durch die übliche Menge
pulverförmiger Substanz des Lichtbogenlöschmittels und die geringe Dickenabmessung
des Isolierkörpers hindurch. Dennoch ist die so bewirkte Kühlung ungenügend, und
insbesondere unterscheidet sich das Wärmeableitvermögen nachteilig von einer Vorrichtung
mit wasser- oder luftgekühltem Halbleiter.
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Aufgabe der Erfindung ist es, den obigen Nachteil zu beseitigen, Nach
der Erfindung ist eine Sicherungspatrone mit einem im wesentlichen flachen Isolierkörper
der vorgenannten Art gekennzeichnet durch wärmeleitfähige Kühlplatten, die in Berührung
mit den großen Oberflächen des Isolierkörpers angeordnet sind, und Vorrichtungen
zum Ableiten der über die Kühlplatten vom Isolierkörper aufgenommenen Wärme, wobei
zumindest zwischen einem der elektrisch leitenden Köpfe am Isolierkörper und den
Kühlplatten ein Sicherheitsabstand vorhanden ist.
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In der dazugehörigen Zeichnung sind mehrere Ausführungsformen einer
Schmelzsicherungspatrone nach der Erfindung dargestellt.
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Figur 1 ist eine Seitenansicht einer Doppel-Schmelzsicherungspatrone
nach einer Ausführungsform der Erfindung, wobei die obere Sicherungspatrone im Längsschnitt
dargestellt ist.
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Figur 2 ist eine Vorderansicht der Doppel-Schmelzsicherungspatrone
nach Figur 1.
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Figur 3 ist eine den Figuren 1 und 2 entsprechende Draufsicht.
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Figur 4 ist ein waagerechter Schnitt durch die metallische Kühl platte
einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung.
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Figur 5 ist eine schaubildliche Darstellung des Isolierkörpers einer
Schmelzsicherungspatrone nach der Erfindung, bei dem die großen Oberflächen metallisiert
sind.
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Figur 6 ist ein Längsschnitt des Isolierkörpers, nachdem die Kthlplatten
an die metallisierten Oberflächen angeschweißt worden sind.
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figur 7 ist ein Längsschnitt eines Schmelzsicherungspatronenkörpers,
der Platten mit Kühlrippen zur Kühlung durch Luft besitzt.
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Figur 8 zeigt schematisch die Stellung der Kühlrippen bei einer Schmelzsicherungspatrone
vom Doppel-Typ.
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Figur 9 ist eine Seitenansicht einer Schmelzsicherungspatrone, die
auf einer gekühlten Leitschiene angeordnet ist.
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Figur 10 ist eine Draufsicht der Schmelzsicherungspatrone nach Figur
9.
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Die in den Figuren 1 bis 3 dargestellte Doppel-Sicherungspatrone besteht
aus zwei übereinander angeordneten Sicherungspatronen A und B und aus drei Kühlvorrichtungen
C, D und E, die mit den einzelnen Sicherungspatronen verbunden sind.
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Jede Sicherungspatrone besitzt einen schwer schmelzbaren Isolierkörper
1 (der vorzugsweise aus einem keramischen Material mit starker Wärmeleitfähigkeit
besteht), der die Form einer rechteckigen, verhältnismäßig dicken Platte aufeist,
die von drei parallelan Löchern la mit elliptischem Querschnitt durchbrochen ist.
Diese Löcher la erstrecken sich zwischen zwei gegenüberliegenden Schmalseiten des
quaderförmigen Körpers 1, wobei die grosse Achse des elliptischen Querschnitts der
großen OberflEchetes Körpers 1 parallel ist. Ein schmelzbares Band 2 ist innerhalb
jedes der Löcher la angeordnet und in eine Masse 3 aus zur Lichtbogenlöschung geeignetem
Pulver eingebettet, das das betreffende Loch ausfüllt. Wie dargestellt ist, sind
die Bänder 2 im Profil einer Rechteckwelle gefaltet, so daß abwechselnd
höher
und niedriger angeordnete geradlinige, waagerechte Abschnitte durch kurze senkrechte
Teile verbunden sind. Die Enden dieser Bänder sind zwischen den Außenseiten des
Körpers 1 und einem Metallkopf 4 eingeklemmt, der einstückig mit einer waagerechten
Lasche 5 ist, die eine der Klemmen der Sicherungspatrone bildet.
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Jeder Kopf 4 erstreckt sich über die gesamte Breite des Körpers 1
an beiden Sicherungspatronen A und B und seine Höhe reicht jeweils bis zu den Oberseiten
der Körper 1. Diese Köpfe sind in geeigneter Weise am Körper 1 jeder einzelnen Sicherungspatrone
befestigt, zum Beispiel mittels Schrauben 6, wobei-der Körper 1 zu diesem Zweck
Gewindelöcher Ib (Figur 1) aufweist.
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Die oben erwähnten Kühlvorrichtungen C,D und E sind jeweils auf der
oberen Oberfläche der Sicherungspatrone A, zwischen der unterenSeite dieser Sicherungspatrone
A und der oberen Fläche der Sicherungspatrone B und an der Unterseite der Sicherungspatrone
B angeordnet. Jede Vorrichtung besitzt zwei Kupferplatten 7 und 8, zwischen denen
ein Kupferrohr 9 angeordnet ist, das in Form einer gewundenen Schlange mit vir parallelen
Abschnitten gebogen und an die Platten 7 und 8 angeschweißt ist.
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Die Einheit aus den beiden Sicherungspatronen A und B wird mittels
Schrauben 10 zusammengehalten.
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Bei Betrieb der Doppel-Sicherungspatrone läßt man in den Rohren 9
eine Kühlflüssigkeit, wie zum Beispiel Wasser, umlaufen, so
daß
die angesammelte Wärme über die Kupferplatten 7 abgeführtwird, die in Berührung
mit den großen Oberflächen der einzelnen Sicherungspatronen (oder genauer mit den
Isolierkörpern 1 dieser Sicherungspatronen) stehen. Der Wärmewiderstand zwischen
den schmelzbaren Bändern 2 und diesen großen Oberflächen ist sehr gering, was auf
der geringen Dicke der Schicht aus dem Mrial zur Lichtbogenlöschung, die sich zwischen
jedem der waagerechten Abschnitte der Bänder und der angrenzenden Wandung der Lochungen
befindet, und außerdem auf der geringen Dicke des Isoliermaterials beruht, das zwischen
dieser Wandung und der äußeren Oberfläche des Körpers 1 vorhanden ist. Unter diesen
Bedingungen erhöht sich die Temperatur des Bandes beim laufenden Betrieb unter der-
vollen Nennbelastung nicht in einem nachteiligen oder gefährlichen Ausmaße. Außerdem
kann die Wärmeabgabe der Doppel-Sicherungspatrone gleichermaßen wie bei Halbleitereinrichtungen
mit Wasserkühlung, mit denen diese Sicherungspatronen kombiniert werden können,
erfolgen.
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Figur 4 zeigt eine andere Form einer Kühlvorrichtung, die für eine
Schmelzsicherungspatrone entsprechend den Figuren 1 und 3 geeignet ist. Diese Kühlvorrichtung
weist eine starke Kupferplatte 11 auf, in die man längsweise Durchlässe lla gebohrt
hat (in der dargestellten Kühleinrichtung drei), und bei der diese Durchlässe lla
untereinander durch Querkanäle 11b verbunden sind. Beim geeigneten Verschließen
bestimmter Teile der genannten Durchlässe und Kanäle, z.B. durch Stöpsel 12, legt
man eine einheitliche Bahn für die StOmung der Kühlftissigkeit fest.
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Um einen guten Wärmeleitkontakt zwischen dem Isolierkörper 1 und der
entsprechenden Kühlplatte, zum Beispiel 7, zu erzielen, metallisiert man vorzugsweise
die großen Oberflächen des Körpers 1, indem man z.B. auf diese geschmolzenes Metall
mit Hilfe einer Pistole aufbringt. Zu diesem Zweck trägt man zunächst einen Schutzüberzug
20 (Figur 5) am Rande auf jede große Oberfläche an den Seiten auf, an denen die
Köpfe 4 befestigt werden. Dieser Überzug wird vorteilhafterweise hergestellt, indem
man einen Klebestreifen um den Körper 1 wickelt, wobei die Breite a dieses reifens
dem Sicherheitsabstand entspricht, den man zwischen jeder Kühlplatte, wie z.B. 7,
und dem angrenzenden Kopf 4 einhalten muß, um Kurzschlüsse zu verhüten. Man reinigt
dann die freien Teile'jeder großen Oberfläche mittels Sandstrahl und bringt zur
Ausbildung eines MetallUberzuges 21 (Figur 6) auf diese Oberflächen Zinn, ein anderes
Metall oder eine leicht schmelzbare Legierung auf, wobei eich der Metallüberzug
an das Isoliermaterial eng anlegt.
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Man ordnet dann auf jedem überzug 21 eine Kupferplatte 7 an, die zuvor
blank geputzt worden ist, und man erwärmt letztere bis zum Schmelzpunkt des Überzugs
21. Die Platte 7 wird auf diese Weise auf die metallisierte Oberfläche des Isolierkörpers
aufgelötet. Das Erwärmen kann in einem Heizschrank vorgenommen werden, wobei die
Platten 7 (zusammen mit den Rohren 9 und den Platten 8) unter dem Körper 1 mittels
geeigneter Federn festgehalten werden können, Während dieser Maßnahme verhütet der
Streifen bzw. die Abdeckung 20, daß das geschmolzene Metall an die Seiten des Isolierkörpers
heranfließt, die dazu bestimmt sind, die Köpfe 4 aufzunehmen. Anschließend entfernt
man die Streifen oder den Überzug
20 und kann dann den Zusammenbau
der Sicherungspatrone beenden.
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Das Metallisieren kann mit irgendeinem gewünschten Metall, wie z,B.
Kupfer, vorgenommen werden, und die Kühlplatten können anschließend auf die so hergestellte
Metallschicht aufgeschweißt werden.
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Obwohl in Figur 6 nur eine Einfach-Schmelzsicherungspatrone dargestellt
ist, ist es ersichtlich, daß das gleiche Verfahren für Mehrfachsicherungspatronen,
z,B, für solche nach den Figuren 1 bis 3, angewendet werden kann, Bei der Ausführungsform
nach Figur 7 sind die Kühlplatten, hier mit 22 bezeichnet, mit Kühlrippen 23 versehen,
die z,B. durch Schweißen befestigt sind, wobei diese Kühlrippen die Aufgabe übernehmen,
die Wärme an die umgebende Luft abzuleiten, Jede Platte 22 könnte gleichfalls bereits
beim Gießen mit den entsprechenden Kühlrippen 23 versehen werden. lit einer Mehrfachsicherungspatrone
können die gegenüberliegenden Kühlrippen 23a der Körper 1A und 1B der einzelnen
Sicherungspatronen verschachteat oder versetzt sein, wie es in Figur 8 dargestellt
ist, und ihre Anzahl kann vorteilhafterweise im Hinblick auf die Anzahl der Kühlrippen
23 der äußeren Kühlplatten der Kühlvorrichtung, wie es dargestellt ist, vermindert
wsein.
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Die Schmelzsicherungspatrone nach der Ausführungsform der Figuren
9 und 10 können an einer Leitschiene 24 angeordnet sein, die
selbst
nach irgendeiner geeigneten Art gekühlt wird, zum Beispiel nach an sich bekannter
Art und Weise durch einen inneren Wasser-Umlauf. Die Kühlplatten 29, die vom Isolierkörper
1 der Sicherungspatrone getragen werden, sind aus einem einzigen Stück und haben
ein Kopfstück 26, das sich in enger Berührung mit der Schiene 24 befindet, Bei der
dargestellten Ausführungsforn trägt das Köpfe stück 26 zwei Gewindebolzen 27, die
durch in der Schiene 24 vorgesehen Löcher durchtreten und auf deren äußere Enden
in Muttern 28 aufgeschraubt sind.
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Die von den Platten 25 aufgenommene Wärme fließt zum Kopfstück 26
ab, wird auf die Schiene 24 Ubertragen und von dieser durch das Kühlmittel abgezogen.
Die Kühlplatten 25 und das Kopfstück 26 sind zweckmäßig so dick, daß sie für die
Wärmeströmung keinen nennenswerten Widerstand bieten, Andererseits können die Platten
25 getrennt gefertigt und am Kopfstück 26 angeschweißt sein.