DE2107337A1 - Lichtbogen loschende Substanz und Vorrichtung mit einer hchtbogenloschenden Substanz - Google Patents

Description

Dr. A. Menfzel
DipWng.W.Dahlke 5. November 1970

Paienianwälfe Da./ho

Refrai ii bei Köln

Frankenfoisf 137

ROSTONE CORPORATION Lafayette, Indiana (V.St.A.)

"Lichtbogen-löschende Substanz und Vorrichtung mit einer lichtbogen-löschenden

Substanz"

Die Erfindung betrifft lichtbogen-löschende Substanzen insbesondere für die Verwendung an Wänden und Flächen, die Lichtbögen ausgesetzt sind, beispielsweise in. elektrischen Trennschaltern, um die Trenneigenschaften solcher Vorrichbungen zu verbessern.

Die Verwendung von iOonerdehydrat in elektrischen Isolierelementen ist bereits -vorgeschlagen worden, um sowohl eine gute mechanische Festigkeit als auch gute elektrische Eigenschaften zu erbringen, insbesondere um vorteilhafte lichtbogen-unterdrückende und lichtbogen-löschende Charakteristiken zu schaffen und um die Gefahr einer Verkohlung organischer Substanzen an der Oberfläche des Materials zu verringern und dadurch einen leitenden Weg zu bilden, d.h. um das sogenannte "Verkohlungs-Spurenbilden¹¹ zu verhindern. Ferner ist es bekannt, bestimmte Additive zu verwenden, die elektronegative Elemente in der Substanz bilden, um die Ionisierungsbedingungen zu verbessern, die von solchen Tonerdehydratsubstanzen hervorgerufen werden. Die derart bekannte Verwendung von Tonerdehydrat in elektrischen Vorrichtungen hat breite Anwendung gefunden und ist die Grundlage erheblicher Verbesserungen in elektrischen Vorrichtungen, beispielsweise in der Verringerung der Größe und in der Erhöhung der Leistung von Scha It vor richtungen und verschiedenen anderen Stromtrenneinrichtungen. Die Rolle und die Funktion von Tonerdehydrat zum Liefern der verbesserten Ergebnisse X3t verschiedentlich untersucht worden, und man schreibt sie sowohl seiner Freigabe von Hydrierurigswasser für ein effektives Lichtbogenlöschen als -H₁-Ai seiner Kabalysierung der Oxidation kohlenstof fhalfcigfir Δα '^lanzen au, um damit Verkohlungsablagerungen an Flächen zn / _:ri ruli;rn, die Lichtbogen aiuj^

Die lichtbogen-löschenden Fähigkeiten von. Tonerdehydratsubstanzen und anderen Stoffen haben jedoch noch nicht die Anforderung noch sogar noch besseren, lichtbogen-löschenden Einrichtungen befriedigt, die sowohl von der Verwendung elektrischer Stromkreise mit höheren Spannungen und Stromstärken als auch von wirtschaftlichen Forderungen nach größerer Leistung und Sicherheit bei geringeren Kosten herrühren. Es handelt sich hierbei um ein empirisches Feld, das sich mit den heftigen und veränderlichen Bedingungen einer elektrischen Lichtbogenbildung befaßt. Tonerdehydratsubstanzen schienen die Grenze ihrer Leistungsfähigkeiten erreicht zu haben.

Es sind bereits lichtbogen-unterbrechende Substanzen einer anderen Art vorgeschlagen worden, die dafür sorgen sollen, unter hohen Leistungsbedingungen eine effektive Lichtbogenlöschung zu bewirken, beispielsweise bei hohen Spannungen und Stromstärken, bei denen Tonerdehydratsubstanzen nicht in angemessener Weise effektiv sind. Dabei sind Substanzen vorgeschlagen worden, die erstens aus dem chemischen Stoff Melamin, das als ein lichtbogen-löschendes Material für Lichtbogen sehr

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hoher Energie wirksam ist, das Bedingungen geringer Energie jedoch nicht sehr wirksam ist, insbesondere nicht bei niedrigen Stromstärken, und zweitens aus einem thermoplastischen Bindemittel besteht, das wesentlich flüchtiger und unstabiler als das Melamin ist und das sich bei Vorhandensein eines Lichtbogens

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schnell verflüchtigt bzw. zersetzt, um ein großes Gasvulumen zu bilden und das Melamin mit Explosivkraft in den Kern des Lichtbogens zu treiben, um das Melamin unter einem weiten Bereich von Betriebsbedingungen effektiver zu machen«

Die Erfindung beruht auf der Peststellung, daß zwar die Substanzen auf Tonerdehydratbasis und die Substanzen auf Melaminbasis beide für sich in ihren lichtbogen-löschenden Eigenschaften begrenzt sind, insbesondere in bestimmten Spannungsund Stromstärkebereichen, die Kombination sowohl von Melamin als auch von Tonerdehydrat als essentielle Bestandteile mit einem Bindemittel in einer einzigen Substanz ,"jedoch erstaunlich verbesserte Ei'gebnisse gegenüber jenen ergibt, die mit Substanzen erzielt werden können, die entweder auf Tonerdehydrat oder auf Melamin jeweils allein basieren.

Der Grund und die Erklärung fÜ2' diese Verbesserung ist nicht klar j und sie geht in entgegengenetKie Hichtung ku dom, was man erwarten könnte« Toncrdehydrat int nämlich wegen des Külileffiürts durch so im; Freigabe von Hydratwasser al« wirl:- sam u7iA"eneh<rii worden, während die bei'eito vnrf_^rr. π oh la gene Ilr;3ni?iii3--juV>-3l-anf; dem-egeii a3« wirksam anger (ken v/erden konnte, weil daa Bindemittel den Effekt htt·, r.u diver effektiveren ErvajMr-Uiiii «lei. I-iGlamina ku führen» Die VerbeBcerm^r dürite auf eine Ansierun,» in den loni»ioruTignl:(;din^u"iigeii In Ljr.-h I=- bogen elf: eine Folge der WeohfK-li wirkung KViRchcu dp in

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BAD ORlGfNAL

Melamin und dem Tonerdehydrat zurückzuführen, sein.

Neben dem Melamin., dem Tonerdehydrat und dem Bindemittel kann die Substanz andere bekannte Füllstoffe u.dgl. enthalten, und in ihr können, auch verstärkende Fasern enthalten, sein, beispielsweise Glasfasern, Asbest u.dgl.

Einer der essentiellen Bestandteile der Substanz ist Melamin, ehe chemische Verbindung, die die empirische Formel G-,NgHg hat und die als ein. weißes kristallines Pulver auftritt, das einen Schmelzpunkt von ca. 350 C hat, das jedoch bei Schmelztemperaturen darunter sublimiert. Sein Molekül 1st relativ groß und stabil, und diese Eigenschaften dürften zu seinen lichtbogen-löschenden Eigenschaften, beitragen. Es ist bereits als lichtbogen-ijschende Verbindung vorgeschlagen, worden. Melamin selbst hat jedoch eine Anzahl von Nachteilen, hauptsächlich sein fehlender Effekt bei Bedingungen geringer Energie und seine extreme strukturelle Schwäche, die dessen Formen oder Pressen in eine geeignete Bauform verhindert.

Der aweite essentielle Bestandteil der !Substanz ist Tonerdehydrat, von dem man glaubt, daß es die Formel AlpO_v#HpO hat. Es ist als ein feinzerteiltes trockenes Material erhältLLoh, das im trockenen Zustand mit dem Melamin gemischt worden kann.

Das in der Substanz verwendete Bindemittel ist vorzugav/eiao

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ein thermoplastiches Harz. Polyäthylenharz 1st besonders gut geeignet und wünschenswert, da es in. einem feinzerteilten trockenen. Zustand erhältlich ist, das mit den. anderen trockenen Bestandteilen, gründlich und gleichförmig gemischt werden kann, um ein Trockengemisch zu bilden, das beispielsweise direkt in eine Formvorrichtung eingegeben werden kann. Zu anderen thermoplastichen Harzen, die als Bindemittel verwendet werden können, gehören die Polypropylen-, Polytetrafluoräthylen-Acryl und Azetylharze, die bereits vorgeschlagen worden sind. Zu anderen thermoplastichen Bindemitteln, die für geeignet angeseehen werden, gehören. Vinylpolymere, Styrolpolymere, Zellulosepolymere, Polyamide und Polyimide.

Thermoplaatiche Bindemittel sind insofern vorteilhaft, als sie sich bei Auftreten, eines Lichtbogens über einen großen Bereich von lichfcbogen-bildenden Bedingungen verflüchtigen bzw. zeraetzen, inabesondere unter den Bedingungen geringer Energie unter jenen, bei denen. Melamin selbst effektiv ist. Der Effekt der Kombination solcher Bindemittel in einer Substanz mit Melamin kann als eine 3olche veranschaulicht werden, bei der das schneller ansprechende Bindemittel da« Melamin heftig genau in den Kern des Lichtbogens treibt, v/o Melamin effektive wird, und ala eine, bei der die Kombination von Bestandteilen gx'oße Gas volumen sowohl für ihre Treibeffekte als auch für ihre ILchtbogen-löschenden Effökto unter allen Bedingungen Innerhalb eines großen Bereichs araeugt.

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Darüber hinaus sind thermoplastiche Bindemittel in der Verbindung mit Melamin und Tonerdehydrat vorteilhaft, um gute Forgebungseigenschaften zu liefern und um mit diesen anderen Bestandteilen einen Teil angemessener mechanischer Festigkeit, physikalischer und chemischer Stabilität, elektrischer Isolierungseigenscliaften usw. zu erhalten. Die Wahl und der Anteil solcher Bindemittel kann entsprechend dem Anwendungsafall variiert werden, für den die Substanz vorgesehen ist. Vorzugsweise kann das Bindemittel nach seinen eigenen lichtbogenlöschenden Eigenschaften ausgewählt werden. Sowohl das Melamin als auch das Tonerdehydrat in der Substanz sorgen jedoch für effektive lichtbogen-löschende Eigenschaften, und das Tonerdehydrat sorgt für verkohlungsfreie Eigenschaften, so daß daß Bindemittel selbst nicht notwendigerweise gute lichtbogenlö'schende Eigenschaften oder verliohlungBfreie Eigenschaften haben muß.

Während die therinoplastichen Bindemittel au*? den angegebenen Gründen vorzuziehen sind, insbesondere vegen ihrer Wechselwirkung mit dem Melamin zur Verbesserung άοι lichtbogen~ löschenden Effekte dee Melamine, scheint <iae 'j.-oi't-rdehj-drai bei Auftreten der* Lichtbogens ebenfalls ju 'iiuo "vVof*. liselv/j rkung mit dem Melanin einzutreten, um es effektiver i-.-u machen, cd daß mindestens für einige Anvendungßiällt? die \uTSchitdc_:ni'\&n anderen organischen Biiidemittel vfirvieiidet vcxdeii könue.n ur;d sich auch als vorteilhaft erwiesen haben. Su solchen anderen

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organischen Bindemitteln, die verwendet werden, können, gehören die verschiedensten bekannten warmehartenden Harze, unter anderem Aminoharze wie Melaminformaldehydharz und Harnstoff-Formaldehydharz, Epoxidharze, Polyesterharze und Phenolharze. Sie können auch gummiartige Verbindungen enthalten, beispielsweise Butyl und andere synthetische Elastomere.

Die Anteile der essentiellen Verbindungen der Substanz können variieren, je nach Anwendungsfall und den Lichtbogenbedingungen, mit denen man fertig werden will. Das Bindemittel ist vorzugsweise in einem Anteil von 10 bis 50$ der Gesamtsubstanz vorhanden. Alle Anteile beziehen, sich dabei auf das Gewicht.

Vorzugsweise werden. Melamin und Ton.erdehydrat in einer kombinierten Menge verwendet, die mindestens gleich der Menge des Bindemittels ist und nicht mehr als 90$ und vorteilhafterweise nicht mehr als 80$ der Summe der Bestandteile und des Bindemittels beträgt, mindestens jedoch etwa 25$ der Gesamtsubstanz. Die Relativanteile von Melamin und Tonerdehydrat in ihrer Gesamtsumme können zwischen 80$ Melamin und 20$ Tonerdehydrat und 20$ Melamin und 80$ Ton.erdehydrat variieren.

Wenn Füllstoffe u.dgl. andere Stoffe in der Substanz verwendet werden, können sie in Anteilen bis zu beispielsweise 50$ der Gesamtsubstanz verwendet werden.

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Um die Funktion bei extrem hohen Spannungen und Stromstärken zu verbessern, kann, die Substanz vorteilhafterweise einen. Anteil feinverteilter anorganische Füllstoffe enthalten, beispielsweise Kieselerde (SiO₀) oder Aluminiumfluorid (A1_OF6). Diese dürften, so wirken, daß sie mechanisch Wärme absorbieren, wenn sie in den Lichtbogen geschleudert werden, und dass sie auch aufgrund ihrer Verdampfung erhebliche Energie aus dem Lichtbogen entziehen. Bei wiederholtem Einsatz neigen, sie je- (J doch dazu, geschmolzene oder gesinterte Reäfce aufzubauen, und folglich sollten sie in. Einrichtungen vermieden, werden, bei denen, die Teile aufeinander oder auf anderen Teilen, gleiten • müssen.

Die Substanzen werden, an. Flächen verwendet, die in Stromtrennvorrichtungen. Lichtbögen ausgesetzt sind. Sie können zum Formen elektrischer Isolierelemente verwendet werden, die Teile der Vorrichtung bilden, und die Formlinge können Einätze tragen, m die Kontakte oder mechanische Teile der Vorrichtung bilden. Ferner kann die Substanz in. Einsätze in Bauteilen geformt sein, die aus anderen. Werkstoffen, gefertigt sind, so daß sie nur für lichtbogen-lösehende Zwecke dienen und folglich als Lichtbogenschächte oder Wandauskleidungen eingesetzt werden, wo sie die Lichtbögen einschließen und ihnen direkt ausgesetzt sind, wenn solche Lichtbögen auftreten. Solche Einsätze können als getrennte Teile geformt oder hergestellt werden, oder sie können aus einer Substanz gefertigt sein, die auf oder in einen

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zuvor schon, geformten. Teil angeformt oder eingeformt wird. Ferner können, die Substanzen, als Oberflächenbeschichtungen verwendet werden, beispielsweise dadurch, daß die Substanz mit einem Bindemittel flüssig gemacht und diese Substanz in der Art eines Farbanstrichs aufgetragen, wird.

Die Erfindung ist im nachfolgenden, anhand von Ausführungsbeispielen, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In. den. Zeichnungen, sind:

Fig. 1 ein. Schnitt durch eine Sicherung mit einer Auskleidung aus einer Substanz gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein Schaubild eines Bajonett-Trennschalters mit einer Auskleidung aus der erfindungsgemäßen Substanz,

Fig. 3 ein Schaubild einer Prüfvorrichtung zur Auswertung von lichtbogen-löschenden Substanzen der hier in Frage stehenden Art,

Fig. 4 ein senkrechter Schnitt in schematischer Darstellung durch einen. Trennschalter, der entweder einen "Pol" eines Schalters oder eine Prüfvorrichtung zur Auswertung von Juhi¹.tunz^n

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gemäß der Erfindung darstellen kann,

Pig. 5 ein Schnitt an. der Linie 5-5 der Fig. 4 und

Fig. 6 eine grafische Darstellung der Ergebnisse von Prüfungen, die in einer Vorrichtung gemäß Fig. 4 und 5 durchgeführt wurden. Λ

Die in Fig. 1 gezeigte Sicherung ist zur Verwendung in der üblichen Weise in einem normalen Sieherungsträger eingerichtet. Sie besteht aus einer äußeren starren Röhre 10, die aus normalem vulkanisierten Hornfiber bestehen kann, oder einer glasfaserverstärkten geformten Röhre oder einer anderen bekannten Sicherungsröhre. Am oberen Ende sitzt eine Anschlußmuffe 12, die mit der Röhre 10 durch zwei Stifte 14 verbunden ist und die ein mit Außengewinde versehenes oberes Ende 16 zur Auf- ' nähme einer Kappe 18 aufweist. Am unteren Ende sitzt eine Anschlußklemme 20. Die Sicherung hat eine obere Sicherungsklemme 22, die herausnehmbar zwischen der Anschlußmuffe 12 und der Kappe 18 eingeklemmt ist und die mit dem oberen Ende einess Spanndrahts24 und eines Sicherungsdrahtes 26 verbunden ist. Die unteren Enden des Spanndrahts und des Sicherungsdrahtea sind mit einer unteren Klemme 28 verbunden, die über einen flexiblen Leiter 3o mit der Anschlußklemme 20 am unteren Ende der Röhre

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verbunden, ist. Die Sicherung ist von. einer Auskleidung 32 umgeben, die an. ihrem oberen Ende mit dem Körper der oberen Sicherungsklemme 22 verbunden und versiegelt ist und die sich als Auskleidiung innerhalb der Sicherungsröhre 10 über die gesamte Länge des Sicherungsdrahtes 26 hinweg um ein. bestimmtes Maß über die untere Sicherungsklemme 28 hinaus_erstreckt. Me Auskleidung besteht aus einer lichtbogen-löschenden Substanz gemäß der Erfindung.

Im Betrieb bildet sich bei Durchbrennen, der Sicherung ein. Lichtbogen zwischen der oberen Sicherungsklemme 22 und der unteren Sicherungsklemme 28, und ein solcher Lichtbogen, wird von den Wänden der lichtbogen-löschenden Auskleidung 52 eng eingefaßt und umschlossen. Der Lichtbogen führt zu einem Verdampfen des Metalls des Sicherungsdrahtes 26 und des Spanndrahtes 24 und bewirkt eine Verdampfung der Oberfläche der Auskleidung 52 mit einer schnellen Entwicklung von Gasen, die den Anschluß 28 und das nunmehr freie Ende des flexiblen Leiters 50 aus der Sicherungsröhre heraustreiben. Damit verlängert sich der Lichtbogenweg, und die Gase haben die Punktion, den verlängerten Lichtbogen zu löschen. Um die Sicherung zu erneuern, wird die Kappe 18 entfernt, dann werden die Sicherungsklemme 22 und die Auskleidung 52 aus der tragenden äußeren. Röhre 10 herausgezogen, und wes werden eine neue Sicherungseinricttung und eine Auskleidung 52 eingesetzt und von der Kappe in der vorgesehenen Lage gehalten. Der Leiter

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der verbrauchten. Sicherung wird weggeworfen, und der der neuen. Sicherungseinrichtung wird mit der Klemme 20 verbunden. Da die Auskleidung 52 von. der starren. Röhre 10 mechanisch abgestützt wird, braucht sie nicht eine hohe Festigkeit zu haben, und sie kann aus einer Substanz bestehen, die relativ hohe Anteile von. Melamin und Tonerdehydrat enthält.

Der in. Mg. 2 gezeigte Trennschalter dient zum Trennen von Hochleistungsstromkreisen.. Eer besteht aus einem äußeren, zylindrischen Mantel 40 aus einer geformten Substanz, die wegen ihrer mechanischen. Festigkeit gewählt ist, und dieser Mantel ist mit einer röhrenförmigen Auskleidung 45 ^aus einer Substanz ausgekleidet, die wegen, ihrer lichtbogen-lösehenden Eigenschaften gewählt wird. An im Abstand liegenden Stellen, über die Länge hinweg sitzen in dem röhrenförmigen Bauteil zwei Kontakteinheiten, die jeweils aus einem festliegenden hohlen Zapfen 44 bestehen, in dem ein Kontakt 46 durch eine Feder nach innen ja gedrückt ist. Um einen Stromkreis zwischen den Kontakten zu schließen, enthält der Röhrenteil 40, 42 einen verschiebbaren Stab 48, der in einem relativ engen Paßsitz in. der Auskleidung 42 sitzt. Der Stab weist einen Kurzschlußschieber 50 auf, der Erhöhungen 52 hat, die in. einem solchen Abstand angeordnet sind, daß sie in eine Anlage an den federgespannten Kontakten. 46 gelangen. Die Mittelpartie ist von. einer Isolierhülse 54 umgeben, und die Enden sind in Endstücken 56 eingesetzt. Die Hülse und die Endstücke sind wie die Auskleidung 42 aus einer

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Substanz gefertigt, die gemäß der Erfindung lichtbogenlöschende Eigenschaften hat.

Wenn der Stab 48 bewegt wird, um die Erhöhungen. 52 in eine Flucht mit den. Kontakt eilen. 46 zu bringen., wird ein. Hochleistungsatrom zwischen, den beiden Kontakten 46 geschlossen. Um den Stromkreis zu öffnen, wird der Stab in axialer Richtung verschoben., um die Erhöhungen 52 aus der Flucht mit den Kontakten. 46 wegzubewegen.. Wenn, das geschieht, werden die Lichtbögen., die zwischen den sich trennenden Erhöhungen und Kontakten entstehen, zwischen die im engen Paßsitz zueinander angeordneten Fläcehen der Auskleidung 42 und der isolierenden Teile 54 und 56 des Stabs gezogen, so daß die mechanische Einschließung der Lichtbögen: und die lichtbogen-löschenden Eigenschaften des Werkstoffs an diesen Flächen zusammenwirken, um den. Lichtbogen zu unterbrechen.

BEISPIEL I

Die in Fig. 4 und 5 gezeigte Prüfvorrichtung wurde verwendet, um Versuche durchzuführen, die zu den in Fig. 6 gezeigten Ergebnissen, führten. Die Versuchsvorrichtung weist zwei Kontakte 60 und 62 auf, die in einem kastenartigen Gehäuse 64 untergebracht sind und durch zwei Brückenkontakte 66 geschlossen werden können, welche auf einem Querstück 68 sitzen, das mit einem Stößel 70 verbunden isb. Dadurch können die Kontakte 66

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in und außer Anlage mit den Kontakten 60 und 62 gehoben und gesenkt werden, um dazwischen einen Stromkreis zu schließen. In einem Versuchsaufbau sind die Kontakte 60 und 62 an einen 600 Volt-Stromkreis angeschlossen., und ein Oszillograph 65 ist an die Kontakte 60 und 62 über einen Umformer 67 angeschlossen. Der Oszillograph zeigt im wesentlichen keine Spannung an, wenn die Kontakte geschlossen sind, und wenn die Kontakte geöffnet werden, nimmt der Spannungsabfall am Lichtbogen zu, bis der Lichtbogen erlischt und die volle Spannung an den Kontakten registriert wird. Die Zeit, während der der Lichtbogen aufrechterhalten bleibt, bildet ein Maß für die Wirkungsgrade der lichtbogen-löschenden Eigenschaften der Vorrichtung, und die Dauer des Lichtbogens wird in Halbperioden eines 60-Hertz-Stroms gezählt.

Bei dem Gehäuse 64 handelt es sich um einen geformten Körper aus einer normalen Formsubstanz hoher Festigkeit, aus Polyäthylenharz, aus Glasfaser und aus Tonerdehydrat. Seine Endwandpartien 72 sind mit Ausnehmungen 74 versehen, die mit Einsätzen 75 aus verschiedenen Prüfwerkstoffen gefüllt sind. Der Boden ' des Gehäuses ist durch eine Bodenwand 76 verschlossen. Bei dem Betrieb eines solchen Schalters bewirken magnetische Feldeinflüsse ein Ausbiegen des zwischen den Kontakten gebildeten Lichtbogens nach außen aus dem Bereich zwischen den. Kontakten und damit gegen die Einsätze 75 aus dem Prüfwerkstoff.

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Beim Versuch werden die Kontakte 66 gegen die Kontakte 60 und 62 geschlossen und dann einmal alle zehn Sekunden geöffnet, und die erforderliche Zeit zum Unterbrechen des Stromkreises beim öffnen der Kontakte wird in. Halbperioden von 60-Herte-Strom gezählt. Eine solche Versuchsfolge wird 50-mal für jeden Versuch wiederholt, und die Zahlung von. Halbperioden für die 50 Folgen wird gemittelt, um eine einzige Größe für das Versuchsergebnis zu liefern. Für jede geprüfte Substanz wurde ein Versuch mit 50 Folgen bei verschiedenen Stromwerta?en durchgeführt, und zwar in progressiv größer werdenden Schritten, so daß jede Substanz einer Reihe von. solchen. Versuchen jeweils mit 50 Schaltfolgen mit progressiv zunehmenden Stromgrößen unterzogen wurde.

Die Versuchsergebnisse für vier Substanzen sind in Fig. 6 gezeigt. Die vier Substanzen, die als Substanz A, B, C und D gekennzeichnet sind, enthielten die Bestandteile und die Anteile, die in der nachfolgenden Tabelle angegeben, sind.

Substanz	A	B	C	D
Melamin	-	3	3	1
Bindemittel Polyäthylen. Melaminharz	15	3	3	1
Tonerdehydrat	85		3	4
Kieselerde-Füllstoff		3

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In. jedem Fall wurden, die Bestandteile der Substanz gründlich miteinander vermengt und dann. in. die Ausnehmungen. 74 zuvor hergestellter Gehäuse 64 heiß eingeformt.

Die Substanz A, bestehend aus Tonerdehydrat und Melaminformaldehydharz, ist repräsentativ für die bereits vorgeschlagenen. !Donerdehydrat-Substanzen..

Das als das Bindemittel in. dieser Substanz verwendete Melamin-Formaldehydharz ist nicht das gleiche wie Melamin, die Verbindung in den. Substanzen B bis D, vielmehr handelt, es sich dabei um ein wärmehärtendes Harzbindemittel, das im großen Maße zur Verkohlung neigt und das nicht die lichtbogen-lösehenden Eigenschaften von. Melamin, selbst hat.

Die Substanz A wurde in. einer Reihe von 50-IOlge-Versuchen. mit progressiv zunehmenden Stromwerten, von 100 Ampere bis Ampere geprüft. Der Schalter 60, 62, 66 wurde 50-mal in Intervallen von. zehn. Sekunden geöffnet, die für die Lichtbogenlöschung bei jeder Öffnung des Schalters benötigte Zeit wurde in. Halbperioden, gezählt, und die 50 Zählungen, wurden, gemittelt. Die entstehenden Durchschnitts-Löschungszeiten für die sukzessiven Versuche sind durch die Kurve A in. der grafischen Darstellung der Mg. 6 gezeigt. Die durchschnittliche Löschzeit betrug weniger als 1,1 Halbperioden für jeden, der Versuche bei 100, 160, 210, 265 und 520 Ampere, bei anschließenden Ver-

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suchen bei 365 Ampere und 410 Ampere nahm jedoch die Iiichtbogenlöschzeit abrupt zu, und die Kurve A steigt deshalb nach der 320-Ampere-Stelle steil an. Die Lage dieser abrupten Zunahme ist bezeichnend für einen Vergleich mit der Prüfung anderer Werkstoffe.

Die Substanz B bestand aus drei Teilen jeweils aus Melamin_T Polyäthylenharzbindemittel und Kieselerde-Millstoff. Diese Substanz wurde in. einem bereits vorgeschlagenen Beispiel zugrunde gelegt und ist repräsentative für eine Anzahl von Prüfsubstanzen, die im wesentlichen aus Melamin, und einem thermoplastischen. Bindemittel bestehen. Mit der Substanz B wurden, wiederum eine Reihe von Versuchen, in der in Mg. 4 und 5 gezeigten Vorrichtung durchgeführt, und zwar bei progressiv zunehmenden. Stromstärken von 100 bis 410 Ampere. Bei jedem Amperewert wurden, die Schalterkontakte einmal alle zehn Sekunden 50-mal hinterieinander geöffnet, und die für die Stromtrennung erforderliche Zeit bei jeder solchen Öffnung wurde festgestellt und in Halbperioden, gezählt. Die durchschnittliche Trennzeit für die jeweilige Stromstärke ist in. der grafischen Darstellung durch die Kurve B in Mg. 6 wiedergegeben. Bei der Substanz B nahm die Trennzeit progressiv in den sukzessiven Versuchen von. 100 Ampere bis 265 Ampsere mäßig zu, und dann erhöhte -sie sich schnell bei den. anschließenden Versuchen bei 320, 365 und 410 Ampere, so daß die Kurve B bei diesen Ampere-Werten steil anstieg.

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Die Substanzen G und D stellen, die Substanzen gemäß der Erfindung dar. Die Substanz G enthielt drei Teile jeweils aus Melamin, Polyäthylenharzbindemittel und Tonerderhydrat, und die Substanz D enthielt ein Teil Melamin, ein Teil Polyäthylenharzbindemittel und vier Teile Tonerdehydrat. Diese Substanzen wurden in der gleichen Weise wie die Substanzen A und B geprüft. Bei beiden diesen Substanzen betrug die durchschnittliche Lichtbogenlöschzeit bei 50 Schalteröffnungen in M jedem Versuch nur etwa 1,1 Halbperioden oder weniger über alle Art sukzessiven Versuche von 100 Ampere bis zu einer Amperehöhe von 460 Ampere hinweg, und die Lichtbogenlöschzeit nahm bis nach dem 460-Ampere-Versuch nicht abrupt zu.

Bei diesen vier Versuchen, zeigten, also die Substanzen A und B einen scharfen. Anstieg in der Lichtbogenlöschzeit in sukzessiven Versuchen nach 320 Ampere, während die Substanzen C und D gemäß der Erfindung Lichtbogenlöschzeiten, ergaben, die im Mittel nur etwa 1,1 Halbperioden oder weniger über eine viel ' größere Anzahl von sukzessiven Versuchen, und viel höheren Stromstärkewerten ergaben.

BEISPIEL II

Es wurden Versuche mit verschiedenen. Substanzen unter Verwendung der in Pig. 3 gezeigten Vorrichtung durchgeführt. Diese Vorrichtung besteht aus einem Schalterhebel 80, der um ein

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festliegendes Gelenk 82 herum in und außer Anlage an zwei Kontaktbacken 84 geschwungen, werden, kann.. Der Hebel wurde von einem Arm 83 betätigt, der den Schalterhebel 80 mit einer Schnappwirkung zwischen die offenen, und die geschlossenen Stellungen, schwenkte. Zwei lichtbogen-lösehende Platten 86 wurden, nahe neben den. Bewegungsweg des Hebels 80 angeordnet. Diese Platten 86 wurden mit Kerben. 88 am unteren. Ende versehen, um Platz für die Schalterklauen 84 zu lassen. Die Platten erstreckten sich so ausreichend über die Backen hinweg, um den Lichtbogen einzufassen, der sich zwischen dem Hebel und den. Backen, bildete, wenn, der Schalter geöffnet wurde.

Bei den Versuchen wurde der Hebel 80 aus den Backen 84 in einer Reihe von Schaltvorgängen herausgezogen, wobei die Platten 86 aus verschiedenen Prüf substanzen, besteanden.. Es wurde festgestellt,(daß)mit welcher Effektivitat die Prüfsubstanζen den Lichtbogen, löschten, der zwischen, dem Hebel und den. Backen entstand.

Ein Versuch wurde mit Platten aus einer Substanz E durchgeführt, die aus zwei Teilen Melamin und einem Teil Polyäthylenharzbindemittel bestand. Diese Bestandteile wurden im Trockenpulverzustand gemischt und dann in die Form von flachen Tafeln heißgeforrat. Die Platten.86 wurden, aus solchen Tafeln geschnitten. Für diesen Versuch wurden die Schalterteile so angeschlossen, daß sie einen Stromkreis bei 50 KV und 200 Ampere trennen.

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Obgleich, die Substanz E in. den Platten 86 zunächst wirksam war, um den. Lichtbogen zu löschen, wurden die Platten. 86 aus der Substanz E nach, drei oder vier Öffnungen des Schalters so weich, und verformten, sich durch, die Wärme des Lichtbogens in einem solchen Maße, daß sie mechanisch die Öffnung des Schalterhebels 80 störten und eine Fortsetzung des Versuchs verhind er t en.

Ein weiterer Versuch wurde mit der gleichen Vorrichtung durchgeführt, und zwar unter Verwendung einer Substanz F, die aus zwei Teilen Melamin und einem Teil Polyäthylenharzbindemittel (das gleiche wie bei der Substanz E) sowie aus einem Teil Tonerdehydrat bestand. Erneut wurden die Bestandteile trockengemischt und in Tafeln heißgeformt, aus denen, die Platten hergestellt wurden. Bei Platten 86 aus der Substanz F wurde der Lichtbogen effektiv während laufend wiederholter Öffnungen des Schalters bei mehr als 300 Öffnungen gelöscht, ohne daß keine merkliche Erweichung oder Verformung der Platten " auftrat. Versuche wurden, dann mit den gleichen Platten bei höherer Stromstärke durchgeführt, nämlich bei 300 Ampere und 15 KV, und die Platten, aus der Substanz F waren erneut wirksam in der Löschung des Lichtbogens, der sich zwischen dem Hebel 80 und den Backen 84 bildete, und zwar in einer laufenden. Folge von Trennvorgängen, ohne daß die Platten, erweichten oder verformten. Danach wurden Versuche bei 22 KV und 200 Ampere durchgeführt, und die Platten aus der Zusammensetzung F

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waren, erneut wirksam. Danach erfolgten Versuche "bei 15KV und 400 Ampere, und die Platten, aus der Substanz F waren erneut in. dem Löschen des Lichtbogens wirksam, und zwar in einer laufenden Folge von Trennvorgängen, des Schalters. Wo also die Substanz E durch Erweichen und durch mechanische Verformung innerhalb einiger weniger Schaltvorgänge ausfiel, erbrachte die Substanz P gemäß der Erfindung eine effektive Lichtbogenlöschung und hielt ihren mechanischen. Zusammenhalt über eine Anzahl von. Versuchen hinweg mit laufend wiederholten Trennvorgängen, aufrecht, und zwar bei den gleichen und höheren Energiebedingungen und bei insgesamt mehreren 100 Schaltvorgängen.

Anstatt die lichtbogen-löschenden Substanzen in die lichtbogeneinfassenden Wandungen, oder als die lichtbogen-einfassenden Wandungen elektrischer Vorrichtungen gemäß der Darstellung in Mg. 1 bis 5 zu formen, können solche Substanzen auch als Beschichtungen eingesetzt werden, mit denen ausgewählte Wandflächen versehen, werden, die aus einem anderen Werkstoff bestehen. Das eignet sich besonders für bestimmte Gruppen, von Sicherungen, beispielsweise bei denen eine effektive Lichtbogenunterbrechung erforderlich ist, bei denen aber nur eine Betriebsdauer von. einigen wenigen Schaltvorgängen erforderlich ist.

Eine anstrichartige Beschichtung, die sich für das Auftragen

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auf die inneren Wände des Gehäuses einer Sicherung dieser Gruppe eignet, kann dadurch hergestellt werden, daß man zunächst Melamin und Tonerdehydrat im feinen Pulverzustand vermischt und dann die gemischten Pulver in einem flüssigen Träger suspendiert, um ein farbenartiges Beschichtungsmaterial zu bilden. Der flüssige Träger kann, ein Gemisch aus einem / Bindemittelharz und einem Lösungsmittel sein, um ein Beschichtungsmaterial zu bilden., aus dem das Lösungsmittel verdampft, M um eine feste Beschichtung zurückzulassen. Alternativ kann es sich bei dem flüssigen Träger um ein Gemisch aus reagierenden Bestandteilen handeln, wie sie für die Herstellung von. Epoxidfarben bekannt sind und die nach der Auftragung reagieren, um eine festeBeschichtung zu bilden. Indem Melamin und Tonerdehydrat als der Feststoffbestandteil solcher flüssigen Träger verwendet wird, wird ein farbenartiges Material gebildet, das bei Auftragung einer Fläche, die einem KLichtbogen ausgesetzt ist, eine feste Beschichtung darauf bildet, die eine Zusammensetzung gemäß der Erfindung hat. '

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Claims (16)

Patentansprüche

1./Lichtbogen-löschende Substanz, dadurch. gekennzeichnet , daß sie im wesentlichen aus erheblichen Anteilen von Melamin, Tonerdehydrat und einem Bindemittel besteht, wobei die Gewichtsanteile von Melamin und T oner de hydra t jeweils zwischen 20 und 80$ ihrer gemeinsamen Summe betragen.

2. lichtbogen-löschende Substanz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewichtsanteil von Melamin und Tonerdehydrat zusammen mindestens 25 $ der Gesamtsubstanz beträgt und mindestens gleich dem Anteil des Bindemittels ist.

3. Lichtbogen-löschende Substanz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewichtsanteil des Bindemittels zwischen 10 und 90$ der Gesamtsubstanz und mindestens 10$ der Summe aus dem Bindemittel, dem Melamin und dem Tonerdehydrat beträgt.

4. Lichtbogen-löschende Substanz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ebensoviel Melamin wie Bindemittel vorhanden ist und daß das Bindemittel ein thermoplastisches Bindemittel ist, das

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stärker auf die Lichtbogenbildung ala Melamin, selbst anspricht, derart, daß bei Auftreten, eines licht"bogens das Bindemittel verdampft oder sich sonstwie zersetzt und dadurch das Melamin, in. den. Lichtbogen, eintreibt und dadurch das Melamin, zur Wirkung kommen, läßt.

5. Lichtbogen-löschende Substanz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei m dem Bindemittel um ein. thermoplastieches Harz handelt.

6. Lichtbogen-löschende Substanz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Bindemittel um ein Polyäthylen handelt.

7· Lichtbogen-löschende Substanz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Bindemittel um ein Polytetrafluoräthylen handelt.

8. Lichtbogen-löschende Substanz nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Bindemittel um ein. Acrylharz handelt.

9· Lichtbogen-löschende Substanz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Bindemittel um ein Azetalharzhandelt.

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10. Lichtbogen-lösohende Substanz nach Anspruch 1, d a duroh gekennzeichnet, daß es sich bei dem Bindemittel um ein Zellulosepolymer handelt.

11. Lichtbogen-lösehende Substanz insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Substanz im wesentlichen aus Melamin und einem Bindemittel besteht, wobei das Bindemittel Polyäthylen oder Polypropylen enthält, und daß das Bindemittel ein thermoplastischer Stoff ist, der stärker auf elektrische Lichtbögen anspricht als Melamin selbst und beim Auftreten eines Lichtbogens heftig verdampft oder sich auf andere Art heftig zersetzt, wobei das Melamin derart mit Explosionskraft auf den Lichtbogen getrieben wird, daß die lichtbogen-löschenden Eigenschaften des Melamins im Lichtbogen zur Wirkung kommen.

12. Lichtbogen-löschende Substanz nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel im wesentlichen aus Polyäthylen ljesteht und mindestens 10 Gew. -<fi der Ge samt substanz bildet, wobei die Substanz mindestens ebensoviel Melamin wie Bindemittel enthält.

13. Lichtbogen-löschende Substanz nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die

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Substanz Tonerdehydrat in einem Anteil von 1/4 bis zum Vierfachen des Anteils an Melamin enthält.

14. Lichtbogen-löschender Bestandteil eines Trennschalters, gekennzeichnet, durch ein Formteil mit einer dem Lichtbogen ausgesetzten Fläche, die aus einer Substanz nach einem der Ansprüche 1 bis 13 besteht.

15. Elektrischer Trennschalter mit einem Formteil, dessen Oberfläche mit einem Lichtbogen in Berührung kommt, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Lichtbogen in Berührung kommende Oberfläche aus einer lichtbogen-löschenden Substanz nach einem der Ansprüche 1 bis 13 besteht.

16. Beschichtungsmittel mit einer lichtbogen-löschenden Substanz nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel ein organisches Harz vorgesehen ist und daß das Beschichtungsmittel eine anstrichartige Konsistenz zur Auftragung auf eine Fläche hat, die einem Lichtbogen ausgesetzt ist, und zum Trocknen oder Aushärten nach einer solchen Auftragung derart eingerichtet ist, daß ■ auf dieser Fläche die lichtbogen-löschende Substanz entsteht.

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