DE202016008656U1 - Securing tube for a high-voltage fuse - Google Patents
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Abstract
Sicherungsrohr (1) für eine Hochspannungssicherung (2),insbesondere zur Verwendung im Spannungsbereich ab 3,6 kV und/oder bei Nennströmen oberhalb 80 A, mit einem rohrförmigen, aus anorganischem Material, insbesondere keramischen Material oder Glasmaterial, gefertigten inneren Isolierkörper (3) und mit einer auf den Isolierkörper (3) aufgebrachten äußeren Verstärkung (4) aus einem Kunststoffmaterial. Securing tube (1) for a high-voltage fuse (2), in particular for use in the voltage range from 3.6 kV and / or rated currents above 80 A, with a tubular, made of inorganic material, in particular ceramic material or glass material, inner insulating body (3) and with an on the insulating body (3) applied outer reinforcement (4) made of a plastic material.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sicherungsrohr für eine Hochspannungssicherung, die insbesondere zur Verwendung im Spannungsbereich ab 3,6 kV und/oder bei Nennströmen oberhalb 80 A vorgesehen ist, sowie eine Hochspannungssicherung der vorgenannten Art als solche.The present invention relates to a fuse tube for a high-voltage fuse, which is intended in particular for use in the voltage range from 3.6 kV and / or rated currents above 80 A, and a high-voltage fuse of the aforementioned type as such.
Zum Schutz elektrischer Anlagen vor Fehlerströmen werden in der Regel Schmelzsicherungen eingesetzt. Diese werden zu den zu schützenden Schaltkreisen in Reihe geschaltet und bestehen im Wesentlichen aus einem insbesondere sandgefüllten Isolierkörper mit endseitigen Kontakten, die durch einen oder mehrere innenliegende Schmelzleiter verbunden sind. Beim Überschreiten eines definierten Stromes oberhalb des Bemessungsstromes wird der Schmelzleiter so stark erwärmt, dass er schmilzt und der Stromkreis auf diese Weise unterbrochen wird.In order to protect electrical systems from fault currents, fuses are generally used. These are connected in series with the circuits to be protected and consist essentially of a particular sand-filled insulating body with end-to-end contacts, which are connected by one or more internal fusible link. When a defined current above the rated current is exceeded, the fusible conductor is heated so much that it melts and the circuit is interrupted in this way.
Schmelzsicherungen der vorgenannten Art existieren für verschiedenste Leistungsbereiche. Bei der vorliegenden Erfindung geht es insbesondere um Hochspannungs-Hochleistungs-Sicherungen, die kurz als HH-Sicherungen oder allgemein als Hochspannungssicherungen bezeichnet werden. Insbesondere geht es bei der Erfindung um Hochspannungssicherungen, die zur Verwendung im Spannungsbereich ab 3,6 kV und/oder bei Nennströmen oberhalb 80 A vorgesehen sind. So können Hochspannungssicherungen der vorgenannten Art beispielsweise im Spannungsbereich von 24 kV ab 200 A oder im Spannungsbereich größer 24 kV ab 80 A eingesetzt werden.Fuses of the aforementioned type exist for a wide variety of power ranges. The present invention is particularly concerned with high voltage, high performance fuses, referred to briefly as HH fuses or generally high voltage fuses. In particular, the invention relates to high-voltage fuses, which are intended for use in the voltage range from 3.6 kV and / or rated currents above 80 A. Thus, high-voltage fuses of the aforementioned type, for example, in the voltage range of 24 kV from 200 A or in the voltage range greater than 24 kV from 80 A can be used.
Durch ihren Einsatz zur Übertragung großer elektrischer Leistungen ist bei einigen Hochspannungssicherungen neben einer großen anliegenden elektrischen Spannung auch der Betrieb bei vergleichsweise hohen elektrischen Lastströmen vorgesehen. Hochspannungssicherungen sind auch von ihren Abmessungen her in aller Regel größer dimensioniert als grundsätzlich ähnlich aufgebaute Niederspannungssicherungen. Insbesondere bei hohen übertragenen Leistungen im Kurzschlussfall entsteht beim Auslösen der Sicherung, das heißt beim Durchschmelzen des Schmelzleiters, ein Lichtbogen im Innern, durch den der Strom weiter fließt. Um ein schnelles Erlöschen des Lichtbogens zu erreichen, sind Hochspannungssicherungen mit einem isolierenden Material, beispielsweise Quarzsand gefüllt, welcher unmittelbar nach dem Unterbrechen des oder der Schmelzleiter deren Metalldampf aufnimmt und sich durch den Lichtbogen zu einem isolierenden Sinterkörper entwickelt.Through their use for the transmission of large electrical power is provided in some high-voltage fuses in addition to a large applied voltage and the operation at relatively high electrical load currents. High-voltage fuses are generally larger in size than generally designed similarly low-voltage fuses. In particular, at high transmitted power in the event of a short circuit, when the fuse is blown, that is, when the fusible conductor melts, an internal arc occurs, through which the current continues to flow. In order to achieve a rapid extinguishment of the arc, high-voltage fuses are filled with an insulating material, for example quartz sand, which absorbs metal vapor immediately after the interruption of the fusible conductor (s) and develops through the arc into an insulating sintered body.
In der Hochspannungs-Sicherungstechnik bestehen Sicherungsrohre für Sicherungen und insbesondere für Hochspannungssicherungen primär aus Keramik oder Kunststoff. Beide Werkstoffe haben spezifische Vor- und Nachteile, die das ordnungsgemäße Abschalten der Sicherung bestimmen. Bei der Abschaltung der Sicherung entstehen auf der gesamten Länge des Schmelzleiters Teillichtbögen. Ist das Sicherungsrohr aus einem Kunststoff hergestellt, können die Teillichtbögen bei hohen Strömen Kohlenstoff aus der Rohrwandung freisetzen. Dann kann sich ein Gesamtlichtbogen axial entlang der Rohrinnenwand entwickeln und die Sicherung versagt.In high-voltage fuse technology, fuse tubes for fuses and in particular for high-voltage fuses consist primarily of ceramic or plastic. Both materials have specific advantages and disadvantages that determine the proper shutdown of the fuse. When the fuse is disconnected, partial arcing occurs along the entire length of the fuse conductor. If the securing tube is made of a plastic, the partial arcs can release carbon from the tube wall at high currents. Then, a total arc can develop axially along the pipe inner wall and the fuse fails.
Zur Vermeidung der vorliegenden Problematik betrifft die vorliegende Erfindung ein Sicherungsrohr mit einem Innenrohr aus einem anorganischen, insbesondere keramischen Material oder Glasmaterial. Ein derartiges Material verhält sich elektrisch neutral im Falle einer Lichtbogenberührung. Die sich hierbei ergebende Problematik besteht jedoch darin, dass das anorganische Material in der Regel eine unflexible und spröde Struktur aufweist. Eine Ausdehnung des Füllmaterials durch eine Materialveränderung aufgrund kristalliner Vorgänge infolge der hohen Temperaturen beim Auftreten eines Lichtbogens kann daher zu einer Zerstörung der Sicherung durch ein Bersten des Isolierkörpers führen. Eine befriedigende Unterbrechung des Fehlerstromes ist dann nicht mehr möglich.To avoid the present problem, the present invention relates to a securing tube with an inner tube of an inorganic, in particular ceramic material or glass material. Such a material behaves electrically neutral in the case of an arc contact. However, the resulting problem is that the inorganic material usually has an inflexible and brittle structure. Expansion of the filling material due to a change in the material due to crystalline processes as a result of the high temperatures when an arc occurs can therefore lead to destruction of the fuse due to rupture of the insulating body. A satisfactory interruption of the fault current is then no longer possible.
Aus der
Um der Zerstörung der Sicherung entgegenzuwirken, ist aus der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und insbesondere ein Sicherungsrohr und eine Hochspannungssicherung zur Verfügung zu stellen, wobei auch bei hohen Stromstärken ein sicheres Löschen eines Lichtbogens gewährleistet ist.Object of the present invention is to avoid the disadvantages of the prior art and in particular to provide a fuse tube and a high-voltage fuse, wherein safe extinguishing of an arc is ensured even at high currents.
Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß zunächst im Wesentlichen gelöst durch ein Sicherungsrohr für eine Hochspannungssicherung, insbesondere zur Verwendung im Spannungsbereich ab 3,6 kV und/oder bei Nennströmen oberhalb 80 A, wobei das Sicherungsrohr einen rohrförmigen, aus anorganischem Material gefertigten inneren Isolierkörper und eine außenseitig auf den Isolierkörper aufgebrachte äußere Verstärkung aus einem, insbesondere flexibel stabilen Kunststoffmaterial aufweist. Dabei sind der Isolierkörper und die äußere Verstärkung unlösbar miteinander verbunden.The above object is achieved according to the invention initially substantially solved by a fuse tube for a high voltage fuse, especially for use in the voltage range from 3.6 kV and / or rated currents above 80 A, wherein the securing tube a tubular, made of inorganic material inner insulating body and an outside Has on the insulator applied external reinforcement of a, in particular flexible, stable plastic material. In this case, the insulating body and the outer reinforcement are inextricably linked.
Es wird ein Sicherungsrohr in Form eines verstärkten Isolierrohrs erhalten, das im Hinblick auf eine spätere Verwendung bei einer Hochspannungssicherung bereits sowohl die notwendigen isolierenden Eigenschaften als auch eine hohe Stabilität gegen mechanische Verformung bzw. auftretende Kräfte aufweist.It is obtained a fuse tube in the form of a reinforced insulating tube, which already has both the necessary insulating properties as well as a high stability against mechanical deformation or forces occurring in view of a later use in a high-voltage fuse.
Bei dem erfindungsgemäßen Sicherungsrohr wird eine Materialkombination mit einem innenliegenden Isolierkörper aus einem anorganischen Material und einer außenseitigen Verstärkung aus dem vorgenannten Kunststoffmaterial verwendet. Das innenliegende Isolierrohr weist sehr gute Isoliereigenschaften auf und dient insbesondere als elektrisch neutrale Isolierstrecke im Falle einer Lichtbogenberührung. Treten im Falle hoher Bemessungsströme Kurzschlüsse auf, die bei der Abschaltung zu einem Brechen des Innenkörpers führen, wird dennoch ein Auseinanderfallen des gebrochenen Isolierrohres und damit ein Freisetzen des Lichtbogens durch die äußere Kunststoff-Verstärkung, die unlösbar mit dem innenliegenden Isolierkörper verbunden ist, verhindert. Wichtig ist dabei insbesondere, dass die äußere Verstärkung derart ausgebildet ist, dass sie größere radiale Kräfte aufnehmen kann, als der innenliegende Isolierkörper, ohne zu zerbrechen. Letztlich wirkt die äußere Kunststoffverstärkung wie eine Armierung des inneren Rohres, ohne dabei aber mit dem Lichtbogen in Berührung zu kommen.In the securing tube according to the invention, a material combination with an internal insulating body made of an inorganic material and an outside reinforcement made of the aforementioned plastic material is used. The inner insulating tube has very good insulating properties and serves in particular as an electrically neutral insulating section in the case of an arc contact. Occur in the case of high rated currents short circuits that lead to a breakage of the inner body at the shutdown, but a falling apart of the broken insulating tube and thus a release of the arc by the outer plastic reinforcement, which is permanently connected to the inner insulating, prevented. It is important in particular that the outer reinforcement is designed such that it can absorb larger radial forces than the inner insulating body, without breaking. Ultimately, the outer plastic reinforcement acts as a reinforcement of the inner tube, but without coming into contact with the arc.
Das erfindungsgemäße Sicherungsrohr hat bei einer bevorzugten Ausführungsform eine besonders hohe Stabilität gegenüber mechanischen Verformungen insbesondere dann, wenn die Verstärkung auf die Außenseite des Isolierkörpers über dessen gesamte Länge aufgebracht und insbesondere fest mit der Außenseite des Isolierkörpers verbunden ist.The safety tube according to the invention has in a preferred embodiment, a particularly high stability to mechanical deformation, in particular when the reinforcement is applied to the outside of the insulating body over its entire length and in particular firmly connected to the outside of the insulating body.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn es sich bei dem Kunststoffmaterial, das als Verstärkung auf den Isolierkörper aufgebracht wird, um ein faserverstärktes Material handelt. Insbesondere sind hier geeignet glasfaser- und/oder aramidfaserverstärkte Kunststoffmaterialien. Gerade bei faserverstärkten Materialien für die Verstärkung kann die Verstärkung als auf den Isolierkörper aufgebrachtes äußeres Rohr wesentlich höhere radialwirkende Kräfte bzw. Innendrücke aufnehmen, als der Isolierkörper, ohne dass ein Bersten der Verstärkung zu befürchten ist. Letztlich ist es bei Verstärkungen, die ein faserverstärktes Kunststoffmaterial aufweisen, so, dass der äußere Mantel bei auftretenden radialwirkenden Kräften bzw. Innendrücken, die zu einem Brechen / Bersten des Isolierkörpers führen, noch nicht zu einem Bersten der äußeren Verstärkung führen, so dass die Verstärkung das „fragmentierte“ innere Rohr des Isolierkörpers zusammenhält.It is particularly advantageous if the plastic material which is applied to the insulating body as a reinforcement is a fiber-reinforced material. In particular, suitable here are glass fiber and / or aramid fiber reinforced plastic materials. Especially with fiber-reinforced materials for reinforcement, the gain can absorb as applied to the insulator outer tube substantially higher radial forces or internal pressures, as the insulator, without a rupture of the reinforcement is to be feared. Finally, it is in reinforcements having a fiber reinforced plastic material, so that the outer jacket at occurring radially acting forces or internal pressures, which lead to a breakage / bursting of the insulator, do not lead to a bursting of the outer reinforcement, so that the gain holds the "fragmented" inner tube of the insulator together.
Die Aufbringung der Verstärkung auf den Isolierkörper zur Herstellung eines festen Verbunds erfolgt dabei vorzugsweise mittels einer festen Umwicklung mit entsprechender Adhäsion, insbesondere im Filament-Winding-Verfahren. Dieses Verfahren ist eine verbreitete Methode, um insbesondere faserförmige Materialen, wie beispielsweise Glasfasern und/oder Aramidfasern, auf zylinderförmige Bauteile aufzubringen. Das Fasermaterial wird dabei vorzugsweise in Kreuzlage spulenartig um das Bauteil gewickelt. Alternativ kann die Verstärkung des Isolierkörpers erfindungsgemäß durch das Aufbringen eines Prepreg-Halbzeugs erfolgen, bei dem es sich um ein Gewebe aus vorimprägnierten Fasern handelt. Besonders bevorzugt kommt dabei eine flexible Matte aus faserverstärktem, insbesondere glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) zum Einsatz, die sich durch eine besonders gute mechanische Stabilität auszeichnet. Möglich ist darüber hinaus auch, die Verstärkung durch Umspritzen des Isolierkörpers auf diesen aufzubringen.The application of the reinforcement on the insulating body to produce a solid composite is preferably carried out by means of a solid wrapping with appropriate adhesion, in particular in the filament winding method. This method is a common method, in particular to apply fibrous materials, such as glass fibers and / or aramid fibers, on cylindrical components. The fiber material is preferably wound in a cross-wise around the component like a coil. Alternatively, the reinforcement of the insulating body according to the invention can be effected by the application of a prepreg semifinished product, which is a fabric of preimpregnated fibers. Particularly preferred is a flexible mat made of fiber-reinforced, in particular glass fiber reinforced plastic (GRP) is used, which is characterized by a particularly good mechanical stability. It is also possible, moreover, to apply the reinforcement by encapsulation of the insulating on this.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient eine Innenkappe zur Kontaktierung eines oder mehrerer Schmelzleiter, der oder die in einem späteren Schritt insbesondere auf einem Einsatz in das Sicherungsrohr eingebracht wird bzw. werden, sowie zur Kontaktierung von weiteren, äußeren Bauteilen, wie beispielsweise der Kontaktkappe, bei der späteren Weiterverwendung zur Herstellung einer Hochspannungssicherung als solcher.According to a preferred embodiment of the invention, an inner cap is used for contacting one or more fusible elements, which is / are introduced in a later step, in particular on an insert in the securing tube or for contacting other, outer components, such as the contact cap, in the subsequent re-use for producing a high-voltage fuse as such.
Durch eine endseitige mechanische Bearbeitung des Sicherungsrohres nach dem Aufbringen der Verstärkung lässt sich dieses in eine Form bringen, von der ausgehend es ohne weiteres für die Herstellung einer Hochspannungssicherung weiter verwendet werden kann. Dazu wird zumindest in einem Endbereich des Sicherungsrohrs dessen Außendurchmesser insbesondere durch abtragende Bearbeitung verringert, um später die Innenkappe und/oder die äußere Kontaktkappe endseitig aufschieben zu können. Bevorzugt erfolgt die Bearbeitung des Sicherungsrohres außenseitig an der Verstärkung, da sich die Verstärkung deutlich leichter bearbeiten lässt als das innere Isolierrohr.By an end-side mechanical processing of the securing tube after the application of the reinforcement, this can be brought into a form from which it can be used without further ado for the production of a high-voltage fuse. For this purpose, at least in one end region of the securing tube, its outer diameter is reduced, in particular, by removing machining, in order to be able to later slide on the inner cap and / or the outer contact cap at the end. Preferably, the processing of the securing tube takes place on the outside of the reinforcement, since makes the reinforcement much easier to handle than the inner insulating tube.
Die Aufbringung der Innenkappe und/oder Kontaktkappe lässt sich ferner durch eine endseitige Anfasung des Sicherungsrohres erleichtern. Das Einbringen einer vorzugsweise umlaufenden Nut im Endbereich des Sicherungsrohres ermöglicht bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform später ein formschlüssiges Eingreifen der Innenkappe, insbesondere mit ihrer äußeren Randkante, in die Nut zur Ausbildung einer besonders festen Verbindung.The application of the inner cap and / or contact cap can be further facilitated by an end chamfering of the securing tube. The introduction of a preferably circumferential groove in the end region of the securing tube allows in a first preferred embodiment later a positive engagement of the inner cap, in particular with its outer peripheral edge, in the groove to form a particularly strong connection.
Alternativ zur mechanischen Bearbeitung des Sicherungsrohres nach dem Aufbringen der Verstärkung auf den Isolierkörper lässt sich auch der Isolierkörper selbst, dass heißt vor dem Aufbringen der Verstärkung, bearbeiten, wenn das Material des Isolierkörpers dies zulässt. Idealerweise passt sich dann die nachfolgend aufgebrachte Verstärkung der Form des Isolierkörpers an, so dass die Formgebung durch die Bearbeitung auch beim Sicherungsrohr weiter erhalten bleibt.As an alternative to the mechanical processing of the fuse tube after applying the reinforcement to the insulating body, the insulating body itself, that is to say before the application of the reinforcement, can be machined if the material of the insulating body permits this. Ideally, then adjusts the subsequently applied reinforcement of the shape of the insulator, so that the shaping is maintained by the processing even with the securing tube.
Durch ein Verfahren zur Herstellung einer Hochspannungssicherung, insbesondere zur Verwendung im Spannungsbereich ab 3,6 kV und/oder bei Nennströmen oberhalb 80 A, wobei die Hochspannungssicherung einen rohrförmigen, aus einem anorganischen Material, insbesondere keramischen Material oder Glasmaterial, gefertigten inneren Isolierkörper, eine auf den Isolierkörper aufgebrachte äußere Verstärkung aus einem Kunststoffmaterial und endseitig eine aufgebrachte Kontaktkappe aufweist und wobei erst nach dem Aufbringen der Verstärkung auf den Isolierkörper die Kontaktkappe aufgebracht wird, kann letztlich eine Hochspannungssicherung auf einfache und kostengünstige Weise bereitgestellt werden. Im weiteren Verlauf der Herstellung kann in das Sicherungsrohr ein den oder die Schmelzleiter aufweisendes Schmelzleitersystem entsprechend der gewünschten Spezifikation der Hochspannungssicherung eingesetzt und, vorzugsweise, der Schmelzleiter mit der Innenkappe elektrisch leitend verbunden werden.By a method for producing a high-voltage fuse, in particular for use in the voltage range from 3.6 kV and / or rated currents above 80 A, the high-voltage fuse a tubular, made of an inorganic material, in particular ceramic material or glass material, inner insulating body, one on the insulating body applied outer reinforcement of a plastic material and the end has an applied contact cap and wherein the contact cap is applied only after the application of the gain on the insulator, ultimately, a high-voltage fuse can be provided in a simple and cost-effective manner. In the further course of production, a fuse conductor or the melt conductor having fusible conductor system according to the desired specification of the high-voltage fuse can be inserted into the fuse tube and, preferably, the fusible conductor electrically conductively connected to the inner cap.
Um ein schnelles Erlöschen eines beim Auslösen der Hochspannungssicherung entstehenden Lichtbogens zu bewirken, wird der Hohlraum des Isolierkörpers, vorzugsweise, nach Einsetzen des Schmelzleiters mit einem elektrisch nicht leitenden Material gefüllt, wobei insbesondere ein quarzhaltiges Material von Vorteil ist. Ein solches Material entzieht einem brennenden Lichtbogen in hohem Maße thermische Energie, so dass es rasch zu einem Erlöschen des Lichtbogens kommt. Darüber hinaus erfolgt eine Umwandlung der kristallinen Struktur des quarzhaltigen Materials, infolge derer ein elektrisch isolierender Sinterkörper entsteht, der ein erneutes Auftreten eines Lichtbogens verhindert.In order to effect a rapid extinguishment of an arcing occurring when the high-voltage fuse is triggered, the cavity of the insulating body, preferably after the insertion of the fusible conductor, is filled with an electrically nonconducting material, wherein in particular a quartz-containing material is advantageous. Such a material removes a large amount of thermal energy from a burning arc, so that the arc is rapidly extinguished. In addition, a conversion of the crystalline structure of the quartz-containing material, as a result of which an electrically insulating sintered body is formed, which prevents a re-occurrence of an arc takes place.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Sicherungsrohr für eine wenigstens eine Kontaktkappe aufweisende Hochspannungssicherung der vorgenannten Art, mit einem rohrförmigen inneren Isolierkörper aus einem anorganischen Material, insbesondere einem keramischen Material oder einem Glasmaterial, und einer auf den Isolierkörper aufgebrachten äußeren Verstärkung aus einem Kunststoffmaterial. Bevorzugt erstreckt sich die Verstärkung über eine solche Länge des Isolierkörpers, dass die Kontaktkappe im aufgebrachten Zustand die Verstärkung außenseitig zumindest bereichsweise übergreift.The present invention is a securing tube for a high-voltage fuse of the aforementioned type having at least one contact cap, with a tubular inner insulating body of an inorganic material, in particular a ceramic material or a glass material, and an outer reinforcement made of a plastic material applied to the insulating body. Preferably, the reinforcement extends over such a length of the insulating body, that the contact cap in the applied state, the reinforcement on the outside overlaps at least partially.
Wie bereits ausgeführt, zeichnet sich ein Sicherungsrohr der vorgenannten Art durch eine hohe mechanische Stabilität aus und weist gleichzeitig eine für ein Isolierrohr einer Hochspannungssicherung erforderliche hohe dielektrische Festigkeit auf. Dabei gewährleistet die äußere Kunststoffverstärkung, dass selbst bei einem Brechen des Innenrohres dessen Fragmente zusammengehalten werden, da die äußere Kunststoffverstärkung aufgrund ihrer flexibleren Struktur wesentlich höhere radial wirkende Kräfte bzw. Innendrücke als das Innenrohr aufnehmen kann, ohne zu bersten.As already stated, a securing tube of the aforementioned type is characterized by a high mechanical stability and at the same time has a high dielectric strength required for an insulating tube of a high-voltage fuse. The outer plastic reinforcement ensures that even with a breakage of the inner tube whose fragments are held together, since the outer plastic reinforcement due to their more flexible structure can absorb much higher radially acting forces or internal pressures than the inner tube without bursting.
Die Widerstandsfähigkeit des Sicherungsrohres ist dann besonders hoch, wenn die Verstärkung als sich über die gesamte Länge des Isolierkörpers erstreckende, äußere Ummantelung ausgebildet ist.The resistance of the fuse tube is particularly high when the gain is formed as over the entire length of the insulating body extending outer sheath.
Der rohrförmige Isolierkörper, der letztlich das Innenrohr darstellt, besteht, wie zuvor ausgeführt, aus einem anorganischen Material, insbesondere einem keramischen Material oder einem Glasmaterial. Ein derartiges anorganisches Material hat eine relativ hohe thermische Festigkeit und gibt bei Lichtbogenberührung keine leitfähigen Bestandteile frei. Der Isolierkörper weist in diesem Zusammenhang vorzugsweise einen einschichtigen Aufbau auf.The tubular insulating body, which ultimately represents the inner tube consists, as stated previously, of an inorganic material, in particular a ceramic material or a glass material. Such an inorganic material has a relatively high thermal resistance and releases no conductive components when contacted with an arc. The insulating body in this context preferably has a single-layered construction.
Der Isolierkörper kann gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform eine Wandstärke zwischen 3 mm und 10 mm, bevorzugt zwischen 4,5 mm und 8,5 mm und weiter bevorzugt zwischen 6 mm und 7 mm, aufweisen.The insulating body according to a first preferred embodiment, a wall thickness between 3 mm and 10 mm, preferably between 4.5 mm and 8.5 mm and more preferably between 6 mm and 7 mm.
Bevorzugt wird im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kunststoffmaterial der äußeren Verstärkung, die letztlich das Außenrohr darstellt, ein faserverstärktes Kunststoffmaterial verwendet. Als Material für die Verstärkung des Isolierkörpers eignet sich insbesondere ein glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK). Eine aus GFK bestehende oder zumindest GFK aufweisende Verstärkung zeichnet sich durch eine extrem hohe mechanische Stabilität aus und ist darüber hinaus in hohem Maße temperaturstabil. In gleicher Weise gilt dies auch für einen Kunststoff, der über Aramidfasern verstärkt ist. Als Matrixmaterial bzw. Binder des faserverstärkten Kunststoffs wird bevorzugt Polyester oder Epoxidharz eingesetzt. Eine Alternative zu faserverstärktem Kunststoff wäre ein thermoplastischer Kunststoff mit hoher Einsatztemperatur, der beispielsweise durch Spritzverfahren zu verarbeiten ist, oder ein Duroplast. Bei einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sicherungsrohres weist die Verstärkung daher einen thermoplastischen Kunststoff und/oder einen Duroplast auf, oder besteht aus einem solchen.Preferably, in connection with the plastic material according to the invention, the outer reinforcement, which is ultimately the outer tube, a fiber-reinforced plastic material is used. As a material for the reinforcement of the insulating body is particularly suitable a glass fiber reinforced plastic (GRP). An existing from GRP or at least GRP having reinforcement is characterized by an extremely high mechanical stability and is also highly temperature stable. In the same way, this also applies to a plastic that is reinforced by aramid fibers. When Matrix material or binder of the fiber-reinforced plastic is preferably used polyester or epoxy resin. An alternative to fiber-reinforced plastic would be a thermoplastic material with high operating temperature, which can be processed, for example by spraying, or a thermoset. In an alternative embodiment of the securing tube according to the invention, therefore, the reinforcement comprises or consists of a thermoplastic and / or a duroplastic.
Wenngleich ein mehrschichtiger Aufbau der Verstärkung möglich ist, ist diese vorzugsweise einschichtig, aber bevorzugt mehrlagig, aufgebaut. Dadurch ist das Aufbringen der Verstärkung auf den Isolierkörper und damit letztlich die Herstellung des Sicherungsrohres als solchem mit einem deutlich geringeren Aufwand verbunden. Bei einer entsprechenden Beschaffenheit des eingesetzten Materials der Verstärkung ist auch bei einem solchen einschichtigen Aufbau eine ausreichende Materialstabilität des Sicherungsrohres gegeben.Although a multi-layer structure of the reinforcement is possible, this is preferably single-layered, but preferably multi-layered. As a result, the application of the gain on the insulating body and thus ultimately the production of the fuse tube as such is associated with a significantly lower cost. With a corresponding nature of the material used in the reinforcement sufficient stability of the securing tube is given even with such a single-layer structure.
Hinsichtlich einer möglichst einfachen Aufbringung auf den Isolierkörper und einer möglichst hohen mechanischen Belastbarkeit ist die Verstärkung vorzugsweise als geschlossene Schicht ausgebildet. Denkbar ist bei einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung allerdings auch beispielsweise ein grobmaschiges Gewebe, eine Netzstruktur oder ähnliche, nicht geschlossene Ausgestaltungen der Verstärkungsschicht.With regard to the simplest possible application to the insulating body and the highest possible mechanical strength, the reinforcement is preferably formed as a closed layer. However, in an alternative embodiment of the present invention it is also conceivable, for example, for a coarse-meshed fabric, a network structure or similar, non-closed configurations of the reinforcement layer.
Besonders vorteilhaft für eine Weiterverarbeitung des erfindungsgemäßen Sicherungsrohres zu einer vollständigen Hochspannungssicherung ist es, wenn endseitig jeweils ein Endbereich mit einem verringertem Außendurchmesser vorgesehen ist. Letztlich geht es auch darum, den Außendurchmesser an den Enden zu beschleifen, um eine niedrige Durchmessertoleranz, eine Anrollnut und eine Endfase zu erhalten. Insbesondere ist dazu im Endbereich die Verstärkung in ihrer Schichtdicke reduziert. Durch den verringerten Außendurchmesser lässt sich bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Kontaktkappe derart auf das Sicherungsrohr mit einer aufgebrachten Innenkappe aufschieben, dass sich ein insgesamt zumindest im Wesentlichen bündiger Verlauf der Außenkante entlang der Sicherung ergibt. Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform wird eine Kontaktkappe ohne Innenkappe auf das Sicherungsrohr aufgeschoben.It is particularly advantageous for a further processing of the fuse tube according to the invention to a complete high-voltage fuse, if each end of an end region is provided with a reduced outer diameter. Ultimately, it is also about grinding the outer diameter at the ends to obtain a low diameter tolerance, a Groove and a Endfase. In particular, in the end region, the reinforcement is reduced in its layer thickness. Due to the reduced outer diameter, in a first preferred embodiment of the invention, a contact cap can be pushed onto the securing tube with an applied inner cap in such a way that a total of at least substantially flush course of the outer edge results along the securing. In a second preferred embodiment, a contact cap without inner cap is pushed onto the securing tube.
Wenngleich die Endbereiche des Sicherungsrohres bevorzugt in symmetrischer Weise ausgebildet sind, ist es für bestimmte Anwendungssituationen auch möglich, dass die Endbereiche unterschiedlich ausgebildet sein können.Although the end portions of the securing tube are preferably formed in a symmetrical manner, it is also possible for certain application situations that the end regions can be designed differently.
Bevorzugt weist der mittige Bereich der Verstärkung zwischen den Endbereichen des Sicherungsrohres eine zumindest im Wesentlichen konstante Schichtdicke auf. Bei einer endseitig eingespannten Sicherung ist die Berstgefahr im mittigen Bereich am größten, so dass eine größtmögliche und gleichmäßige Stabilisierung dieses Bereichs von Vorteil ist.Preferably, the central region of the reinforcement between the end regions of the securing tube has an at least substantially constant layer thickness. In the case of an end-mounted fuse, the risk of bursting in the central area is greatest, so that the greatest possible and uniform stabilization of this area is advantageous.
Die Schichtdicke der Verstärkung im mittleren Bereich kann zwischen 2 mm und 8 mm, bevorzugt zwischen 3 mm und 6 mm und weiter bevorzugt zwischen 3,5 mm und 4,5 mm, betragen. Im Endbereich weist die Verstärkung vorzugsweise eine Schichtdicke zwischen 0,5 mm und 4 mm, bevorzugt zwischen 1 mm und 3 mm und weiter bevorzugt zwischen 1,5 mm und 2,5 mm, auf.The layer thickness of the reinforcement in the central region may be between 2 mm and 8 mm, preferably between 3 mm and 6 mm and more preferably between 3.5 mm and 4.5 mm. In the end region, the reinforcement preferably has a layer thickness between 0.5 mm and 4 mm, preferably between 1 mm and 3 mm and more preferably between 1.5 mm and 2.5 mm.
Durch eine vorzugweise umlaufende Nut, die insbesondere im mittigen Teil des Endbereichs vorgesehen ist, lässt sich ein fester Sitz einer später aufgebrachten Innenkappe und/oder Kontaktkappe durch die Möglichkeit einer formschlüssigen Verbindung erreichen.By a preferably circumferential groove, which is provided in particular in the central part of the end portion, a tight fit of a later applied inner cap and / or contact cap can be achieved by the possibility of a positive connection.
Die Innenkappe greift dabei insbesondere mit ihrer äußeren Randkante zumindest bereichsweise in die Nut formschlüssig ein. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Innenkappe jedoch auch reib- und/oder stoffschlüssig mit dem Endbereich verbunden sein.The inner cap engages in particular with its outer peripheral edge at least partially in the groove form-fitting manner. Additionally or alternatively, however, the inner cap can also be friction and / or materially connected to the end region.
Im Fall einer ohne Innenkappe aufgeschobenen Kontaktkappe gemäß der oben genannten zweiten bevorzugten Ausführungsform wird die Kontaktkappe vorzugsweise direkt in die Nut eingerollt. Dabei versteht es sich, dass es grundsätzlich auch andere Möglichkeiten gibt, den Formschluss zwischen der Kontaktkappe und dem Sicherungsrohr zu realisieren, beispielsweise durch eine Magnetumformung.In the case of a non-capped contact cap according to the above second preferred embodiment, the contact cap is preferably rolled directly into the groove. It is understood that in principle there are other ways to realize the positive connection between the contact cap and the fuse tube, for example by a magnet forming.
Eine Anfasung der Verstärkung am außenseitigen Ende des Endbereichs ermöglicht es, die Innenkappe und/oder die Kontaktkappe bei der Montage in einfacher Weise aufzusetzen.A chamfering of the reinforcement at the outside end of the end region makes it possible to easily set up the inner cap and / or the contact cap during assembly.
Bevorzugt stellen die Nut und die Anfasung Ausnahmen einer im Endbereich zumindest im Wesentlichen konstanten Schichtdicke der Verstärkung dar.Preferably, the groove and the chamfer represent exceptions in the end region at least substantially constant layer thickness of the reinforcement.
Die Länge des Endbereichs kann zwischen 30 mm und 60 mm, bevorzugt zwischen 40 mm und 50 mm und weiter bevorzugt zwischen 42 mm und 48 mm, betragen und ist insbesondere unabhängig von der Gesamtlänge des Sicherungsrohres, die zwischen 180 mm und 600 mm betragen kann.The length of the end region may be between 30 mm and 60 mm, preferably between 40 mm and 50 mm and more preferably between 42 mm and 48 mm, and in particular is independent of the overall length of the securing tube, which may be between 180 mm and 600 mm.
Die erwähnte Innenkappe dient bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform zur Herstellung eines elektrischen Kontakts zwischen dem eingesetzten Schmelzleiter bzw. einem Schmelzleitersystem und einer äußeren Kontaktkappe, wenn das Sicherungsrohr letztlich zu einer vollständigen Hochspannungssicherung montiert wird. Es versteht sich, dass zu diesem Zweck die Innenkappe vorzugsweise aus einem elektrisch leitenden Material besteht. Insbesondere Kupfer oder Kupferlegierungen, beispielsweise Messing mit unterschiedlichen Kupfer-Zink-Verhältnissen, zeichnen sich diesbezüglich durch besonders vorteilhafte Eigenschaften aus.The mentioned inner cap is used in a first preferred embodiment for the production an electrical contact between the inserted fusible conductor or a fusible conductor system and an outer contact cap when the fuse tube is ultimately mounted to a complete high-voltage fuse. It is understood that for this purpose, the inner cap is preferably made of an electrically conductive material. In particular, copper or copper alloys, for example, brass with different copper-zinc ratios, characterized in this regard by particularly advantageous properties.
Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform ohne Innenkappe wird der Schmelzleiter bzw. das Schmelzleitersystem direkt mit einer aufgeschobenen Kontaktkappe elektrisch leitend verbunden.In a second preferred embodiment without an inner cap, the fusible conductor or the fusible conductor system is electrically conductively connected directly to a pushed-on contact cap.
Ein Sicherungsrohr der vorgenannten Art und mit den zuvor beschriebenen Eigenschaften lässt sich als Bauteil für eine Hochspannungssicherung verwenden, die ihrerseits ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist.A fuse tube of the aforementioned type and having the properties described above can be used as a component for a high-voltage fuse, which in turn is also the subject of the present invention.
Eine Hochspannungssicherung der vorgenannten Art weist in der Regel neben einem erfindungsgemäßen Sicherungsrohr einen innenliegenden Schmelzleiter auf, bzw. ein Schmelzleitersystem, bei dem der Schmelzleiter von einem Wickelkörper getragen wird. Der Schmelzleiter bzw. das Schmelzleitersystem ist bei einer erfindungsgemäßen Hochspannungssicherung vorzugsweise mit einem Lichtbogenlöschmittel umgeben, das den Hohlraum des Sicherungsrohres zumindest im Wesentlichen ausfüllt. Bei dem Lichtbogenlöschmittel handelt es sich insbesondere um ein quarzhaltiges Material. Ferner weist die erfindungsgemäße Hochspannungssicherung endseitig jeweils eine Kontaktkappe auf, die zur äußeren Kontaktierung der Hochspannungssicherung dient und die innenseitig über die Innenkappe elektrisch leitend mit dem Schmelzleiter verbunden ist.A high-voltage fuse of the aforementioned type generally has, in addition to a fuse tube according to the invention, an internal fusible conductor, or a fusible conductor system, in which the fusible conductor is carried by a wound body. The fusible conductor or the fusible conductor system is preferably surrounded in a high-voltage fuse according to the invention with an arc extinguishing agent, which at least substantially fills the cavity of the fuse tube. The arc extinguishing agent is in particular a quartz-containing material. Furthermore, the high-voltage fuse according to the invention has at each end a contact cap which serves for external contacting of the high-voltage fuse and which is connected on the inside via the inner cap in an electrically conductive manner to the fusible conductor.
Aufgrund der Verwendung eines vorgefertigten Sicherungsrohres aus einem Isolierkörper und einer aufgebrachten Verstärkung ist es bei einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Hochspannungssicherung so, dass die Kontaktkappe die Verstärkung außenseitig zumindest bereichsweise übergreift, da sie im abschließenden Prozessschritt aufgesetzt wird.Due to the use of a prefabricated securing tube made of an insulating body and an applied reinforcement, in a preferred embodiment of the high-voltage fuse according to the invention, the contact cap at least partially overlaps the reinforcement on the outside, since it is placed in the final process step.
Die Kontaktkappe übergreift dabei vorzugsweise den derart bearbeiteten Endbereich des Sicherungsrohres, dass sich im Ergebnis ein zumindest im Wesentlichen bündiger Verlauf der Außenkontur der erfindungsgemäßen Hochspannungssicherung ergibt.In this case, the contact cap preferably engages over the end region of the securing tube processed in such a way that the result is an at least substantially flush course of the outer contour of the high-voltage fuse according to the invention.
Die Innenkappe, die gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Herstellung des elektrischen Kontakts zwischen der Kontaktkappe und dem innenliegenden Schmelzleiter dient, wird dabei ebenfalls, von der Kontaktkappe übergriffen. Es besteht dadurch eine sichere, elektrisch leitende, reibschlüssige Verbindung zwischen der Kontaktkappe und der Innenkappe.The inner cap, which serves according to a first preferred embodiment of the production of the electrical contact between the contact cap and the inner fusible conductor, is also overlapped by the contact cap. There is thus a secure, electrically conductive, frictional connection between the contact cap and the inner cap.
Ähnlich wie die Innenkappe ist auch die Kontaktkappe reib-, form- und/oder stoffschlüssig auf den Endbereich des Sicherungsrohres aufgesetzt, so dass sich ein fester Sitz der Kontaktkappe ergibt.Similar to the inner cap and the contact cap is frictionally, positively and / or cohesively placed on the end portion of the securing tube, so that there is a tight fit of the contact cap.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Beschreibungen von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung und der Zeichnung selbst. Dabei bilden alle beschreibenden und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.Other features, advantages and applications of the present invention will become apparent from the following descriptions of embodiments with reference to the drawings and the drawing itself. In this case, all descriptive and / or illustrated features, alone or in any combination, the subject of the present invention, regardless of their Summary in the claims or their dependency.
Es zeigt
-
1 eine schematische Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sicherungsrohres, -
2 eineder 1 entsprechende Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hochspannungssicherung, -
3 eine perspektivische, schematische Darstellung eines aufgeschnittenen Isolierkörpers mit aufgebrachter Verstärkung zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Sicherungsrohres, -
4 eineder 3 entsprechende Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sicherungsrohres mit aufgesetzter Innenkappe, -
5 eine den 3 und4 entsprechende Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sicherungsrohres mit eingesetztem Schmelzleitersystem, -
6 eine den 3 bis 5 entsprechende Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hochspannungssicherung, -
7 eineder 2 entsprechende Darstellung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hochspannungssicherung, -
8 eine schematische Darstellung des Sicherungsrohres aus7 in axialer Ansicht, -
9 eine schematische Darstellung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sicherungsrohres in seitlicher Ansicht, -
10 eine schematische Darstellung des Sicherungsrohres aus9 in axialer Ansicht, -
11 eine der 9 entsprechende Darstellung des Sicherungsrohres aus9 mit aufgesetzter Kontaktkappe, -
12 einer der 10 entsprechende Darstellung des Sicherungsrohres aus11 , -
13 eine der 9 entsprechende Darstellung des Sicherungsrohres aus11 mit eingesetztem Schmelzleitersystem, -
14 eine der 10 entsprechende Darstellung des Sicherungsrohres aus13 , -
15 eine der 9 entsprechende Darstellung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hochspannungssicherung, -
16 . eine der10 entsprechende Darstellung der Hochspannungssicherung aus15 , -
17 eine perspektivische, schematische Darstellung des Sicherungsrohres aus9 , -
18 eine der 17 entsprechende Darstellung des Sicherungsrohres aus11 , -
19 eine der 17 entsprechende Darstellung des Sicherungsrohres aus13 und -
20 eine der 17 entsprechende Darstellung der Hochspannungssicherung aus15 .
-
1 a schematic sectional view of a first embodiment of a fuse tube according to the invention, -
2 one of the1 corresponding representation of a first embodiment of a high-voltage fuse according to the invention, -
3 a perspective, schematic representation of a cut insulator with applied reinforcement for producing a fuse tube according to the invention, -
4 one of the3 corresponding representation of a first embodiment of a fuse tube according to the invention with attached inner cap, -
5 a the3 and4 corresponding representation of a first embodiment of a fuse tube according to the invention with inserted fusible conductor system, -
6 a the3 to5 corresponding representation of a first embodiment of a high-voltage fuse according to the invention, -
7 one of the2 corresponding representation of a second preferred embodiment of a high-voltage fuse according to the invention, -
8th a schematic representation of the fuse tube from7 in axial view, -
9 a schematic representation of a second preferred embodiment of a fuse tube according to the invention in a side view, -
10 a schematic representation of the fuse tube from9 in axial view, -
11 one of the9 corresponding representation of the fuse tube from9 with attached contact cap, -
12 one of10 corresponding representation of the fuse tube from11 . -
13 one of the9 corresponding representation of the fuse tube from11 with inserted fusible conductor system, -
14 one of the10 corresponding representation of the fuse tube from13 . -
15 one of the9 corresponding representation of a second preferred embodiment of a high-voltage fuse according to the invention, -
16 , one of the10 corresponding representation of the high-voltage fuse 15 . -
17 a perspective, schematic representation of thefuse tube 9 . -
18 one of the17 corresponding representation of the fuse tube from11 . -
19 one of the17 corresponding representation of the fuse tube from13 and -
20 one of the17 corresponding representation of the high-voltage fuse 15 ,
Die in
Der Isolierkörper
Mit einer Wandstärke von vorliegend 6,5 mm verleiht der Isolierkörper
Als zweite Schicht des Sicherungsrohres
Die Verstärkung
Bei der in
Zwischen den Endbereichen
Auch in den Endbereichen
Die Nut
Die Anfasung
Eine Verringerung der Schichtdicke der Verstärkung
Die Länge des Endbereichs
Die Länge des Endbereichs
Von der Länge des Sicherungsrohres
Die hier gezeigte Ausführungsform des erfindungsmäßen Sicherungsrohres
Ausgehend von einem Sicherungsrohr
Nach Aufbringen der Verstärkung
Durch das Aufbringen der Innenkappe
Zur nachfolgenden Herstellung einer erfindungsgemäßen Hochspannungssicherung
Je nach dem späteren Einsatzgebiet der herzustellenden Hochspannungssicherung
Zur Kontaktierung ist der bzw. sind die Schmelzleiter
Um ein verlässliches, schnelles und dauerhaftes Erlöschen eines Lichtbogens im Auslösefall zu erreichen, wird der Hohlraum
Die Kontaktkappe
Da die Kontaktkappe
Die Kontaktkappe
Auch im vorliegenden Fall wird auf einen Isolierkörper
In
Das endseitige Verschließen erfolgt erst im letzten Schritt (vgl.
Die dazu erforderlichen Herstellungsschritte sind in den
Auch im Fall der zweiten bevorzugten Ausführungsform wird zunächst ein rohrförmiger Isolierkörper
Anschließend wird jeweils endseitig eine Kontaktkappe
Nachfolgend wird ein Schmelzleitersystem
Nach dem Verfüllen des den Schmelzleiter
Für die zwei hier ausführlich behandelten bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Sicherungsrohres
Nach dem Aufbringen der Verstärkung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Sicherungsrohrfuse tube
- 22
- HochspannungssicherungHigh voltage fuse
- 33
- Isolierkörperinsulator
- 44
- Verstärkungreinforcement
- 55
- Innenkappeinner cap
- 6 6
- Endbereichend
- 77
- mittiger Bereichcentral area
- 88th
- Nutgroove
- 99
- Anfasungchamfer
- 1010
- Übergangcrossing
- 1111
- äußere Randkanteouter edge
- 1212
- SchmelzleitersystemFusible System
- 1313
- Hohlraumcavity
- 1414
- Trägercarrier
- 1515
- Schmelzleiterfuse element
- 1616
- KontaktstreifenContact strips
- 1717
- KontaktkappeContact cap
- 1818
- Deckelcover
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 4283700 A [0007]US 4283700 A [0007]
- DE 679328 [0008]DE 679328 [0008]
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Date | Code | Title | Description |
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R207 | Utility model specification | ||
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years | ||
R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |