DE2121120A1 - Overtemperature protection for electrical windings - Google Patents
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Description
R. 318
27.4.1971R. 318
April 27, 1971
Anlage zurAttachment to
n -. ,.""ι,I11 1-I11-I .p. anmel dung n -. , . "" ι, I 11 1 - I 11 -I .p. Sign up
Übertemperatursicherung für elektrische Wicklungen Zusatz zum Patent ...... (Patentanmeldung P 14 88 992.0) Overtemperature protection for electrical windings Addition to the patent ...... (patent application P 14 88 992.0)
Die Erfindung hat eine'Übertemperatursicherung für elektrische Wicklungen, insbesondere für Drosselspulen von Leuchtstofflampen zum Gegenstand aus einem in die Stromzuleitung zur Drosselspule eingeschalteten, in gutem Wärmekontekt mit der zu schützenden Wicklung stehenden Sieherungselement aus einem Metall oder aus einer Legierung von Metallen mit einem Schmelzpunkt von 70 - 25O°C und aus einem damit in Verbindung stehenden, beim Schmelzen des Metalls sich ausdehnenden oder geeabgebenden Flußmittel nach Patent ,,·. (Patentanmeldung P »88 992.0). 209847/0258 The subject of the invention is an over-temperature fuse for electrical windings, in particular for choke coils of fluorescent lamps, consisting of a safety element made of a metal or an alloy of metals with a melting point of 70, which is connected to the power supply line to the choke coil and has good thermal contact with the winding to be protected - 25O ° C and from a related flux according to patent ,, · which expands or releases when the metal is melted. (Patent application P »88 992.0). 209847/0258
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Derartige Übertemperatursicherungen sollen bei Erreichung einer von Einbau und Verwendung abhängigen Temperatur sicher abschalten. Dies wird durch die Auswahl einer geeigneten Legierung nach dem Hauptpatent erreicht. Andererseits sollen die Sicherungen aber bis zu einer bestimmten unter der Abschalttemperatur liegenden Grenztemperatur mit Sicherheit nicht ansprechen, die z.B. bei der Trocken- und Imprägniertemperatur der elektrischen Wicklung oder eines vollständigen Geräts mit eingebauter Sicherung liegt oder bei der Temperatur, welche die Sicherung bei verschärfter Prüfung erreicht oder bei der im Dauerbetrieb eines Geräts unter ungünstigen Bedingungen auftretenden Temperatur.' Je kleiner der Abstand zwischen der Abschalttemperatur der Sicherung und der erwähnten Grenztemperatur ist, desto weniger brauchbare Legierungen stehen für die passende Sicherung zur Verfügung· Außerdem ist aber auch noch zu bedenken, daß die Ansprechtemperatur der Sicherung bei Verwendung nicht eutektischer Legierungen im Dauerbetrieb bei hohen Temperaturen infolge Von Umkristallisation nach unten oder oben abweichen kann.Such excess temperature fuses should be safe when a temperature dependent on installation and use is reached switch off. This is achieved by selecting a suitable alloy according to the main patent. On the other hand should the fuses, however, with certainty up to a certain limit temperature below the switch-off temperature do not respond, e.g. at the drying and impregnation temperature of the electrical winding or a complete Device with built-in fuse is or at the temperature that the fuse reaches during a more stringent test the temperature that occurs during continuous operation of a device under unfavorable conditions. ' The smaller the distance between the The cut-off temperature of the fuse and the limit temperature mentioned, the less usable alloys are Suitable fuse available · In addition, you should also consider that the response temperature of the fuse when in use non-eutectic alloys in continuous operation at high temperatures as a result of recrystallization downwards or above may differ.
Diese Nachteile werden vermieden, wenn bei einer Übertemperatursicherung für elektrische Wicklungen mit den Merkmalen der Patentansprüche des Hauptpatent gemäß der Erfindung die Schmelztemperatur des verwenden Metalls oder der Metalllegierung und des Flußmittels auf die gewünschte Abschalttemperatur abgestimmt sind.These disadvantages are avoided if there is an excess temperature fuse for electrical windings with the features of the claims of the main patent according to the invention Melting temperature of the metal or metal alloy used and of the flux to the desired shutdown temperature are matched.
Es hat sich nämlich gezeigt, daß beim Ansprechen von Sicherungen nach dem Hauptpatent, die z.B. aus einem 10 - 20'mm langen, mit Harnstoff oder Kolophonium gefüllten Röhrchen aus einem niedrig schmelzenden Metall bestehen können, die Unterbrechung des Stromdurchgangs durch Ausdehnung des geschmolzenen Kolophoniums und durch Zusammenziehung des geschmolzenen Metalls unter Kugelbildung infolge der Oberflächenspannung des Metalls bewirkt wird.It has been shown that when addressing fuses according to the main patent, e.g. from a 10-20 mm long, with Urea or rosin-filled tubes can be made of a low-melting metal that disrupts the Passage of current through expansion of the molten rosin and contraction of the molten metal to form spheres caused by the surface tension of the metal.
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' Bei Sicherungen ohne Flußmittel besteht die Möglichkeit, daß das geschmolzene Metall durch die nicht reduzierte Oxidhaut zusammengehalten wird, so daß der Stromdurchgang'' With fuses without flux there is the possibility of that the molten metal is held together by the non-reduced oxide skin, so that the passage of current
erst bei höheren als den erwarteten Temperaturen unterbrochen wird, falls die Lageänderung des geschmolzenen Metalls nicht durch andere Kräfte, z.B. die Schwerkraft, begünstigt wird.is only interrupted at higher than expected temperatures if the change in position of the molten metal is not favored by other forces, e.g. gravity.
Die erfindungsgemäße Abstimmung der Schmelztemperaturen des verwendeten Metalls oder der Metallegierung auf die gewünschte Abschalttemperatur kann z.B. durch die Verwendung einer eutektischen Metallegierung für das Sicherungselement erfolgen und eines Flußmittels, dessen Schmelztemperatur bei oder über der Schmelztemperatur der eutektischen Metallegierung liegt.The coordination according to the invention of the melting temperatures of the metal or metal alloy used to the desired one Switch-off temperature can e.g. by using a eutectic Metal alloy for the fuse element and a flux whose melting temperature is at or above Melting temperature of the eutectic metal alloy is.
Bei Verwendung einer nichteutektischen Metallegierung aus ein Eutektikum bildenden Metallen empfiehlt sich ein Flußmittel mit über der Schmelztemperatur des Eutektikums, aber innerhalb des Ervreichungsbereichs oder über der oberen Grenze des Erweichungsbereichs der verwendeten Legierung liegender Schmelztemperatur. When using a non-eutectic metal alloy made from metals that form a eutectic, a flux is recommended with above the melting temperature of the eutectic, but within the reach range or above the upper limit of the Softening range of the alloy used, lying melting temperature.
Nicht eutektische, sogenannte Randlegierungen können'wegen besserer Verarbeitbarkeit, zur Gewinnung einer bestimmten Abschal ttemperatur oder aus Preisgründen von Fall zu Fall vorzuziehen sein. Ein Nachteil dieser Legierungen besteht jedoch darin, daß sie keinen definierten Schmelzpunkt haben, sondern daß in einem sogenannten Erweichungsbereich eine eutektische Legierung mit niedriger Schmelztemperatur und Legierungen mit höherer Schmelztemperatur nebeneinander bestehen» Erst oberhalb einer die Erweichungsbereiche begrenzenden Diagrammlinie sind alle Legierungen mit Sicherheit flüssig. Die mechanischenNon-eutectic, so-called edge alloys, can do this Better processability, to obtain a certain shutdown temperature or for price reasons, to be preferred on a case-by-case basis be. A disadvantage of these alloys, however, is that they do not have a defined melting point, but rather that in a so-called softening range a eutectic alloy with a low melting temperature and alloys with higher melting temperature exist side by side »Only above a diagram line delimiting the softening areas all alloys are definitely liquid. The mechanical
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Eigenschaften der Legierungen in den Erweichungsbereichen hängen von den auf sie einwirkenden Temperaturänderungen und der Dauer der Temp era tür einwirkung ab.Properties of the alloys in the softening areas depend on the temperature changes acting on them and the duration of the Temp era door effect.
Liegt nun die Soll-Ansprechtemperatur eines Flußmittels im .Erweichungsbereich der Legierungen, so besteht die Gefahr, daß die Sicherung im Laufe der Zeit völlig Undefiniert bei - irgend einer Temperatur innerhalb dieses Bereichs anspricht*.If the target response temperature of a flux is now in . Softening range of the alloys, there is a risk that the fuse will become completely undefined in the course of time - responds to any temperature within this range *.
w Dieser Nachteil kann vermieden werden durch !Flußmittel mit einer Schmelztemperatur, die merklich über der Schmelztemperatur der eutektischen Legierung liegt, aber noch im Erweichungsbereich der nichteutektischen Legierungen und in diesem Bereich noch unterhalb der Temperatur, bei welcher die für das Sicherungselement verwendete Legierung flüssig ist. w This disadvantage can be avoided by! flux with a melting temperature which is well above the melting temperature of the eutectic alloy, but still in the softening of the non-eutectic alloys and in this area still below the temperature at which the alloy used for the securing element is liquid.
Derartige Sicherungen werden bei kurzzeitiger Erwärmung bei einer Temperatur ansprechen, bei der die Legierung vollständig flüssig ist. Bei längerer Temperatureinwirkung innerhalb des Erweichungsbereichs, aber unter der Schmelztemperatur der Legierung, kann die Abschalttemperatur in den Erweichungsbereich, jek doch keinesfalls unter die Schmelztemperatur des !Flußmittels sinken.Such fuses will respond to brief heating at a temperature at which the alloy is completely is liquid. In the event of prolonged exposure to temperature within the softening range, but below the melting temperature of the alloy, the switch-off temperature can be in the softening range, jek but never below the melting temperature of the flux sink.
Eine erhöhte Sicherheit gegen unerwünschtes Abschalten bei Temperaturen innerhalb'des Er\ieichungsbereichs nichteutektischer Legierungen kann durch Verwendung eines Flußmittels erzielt werden, dessen Schmelztemperatur bei oder über der Temperatur liegt, bei der die Legierung vollständig flüssig ist.Increased security against undesired switch-off at temperatures within the non-eutectic calibration range Alloys can be obtained by using a flux whose melting temperature is at or above the temperature in which the alloy is completely liquid.
Solche Sicherungen werden bei kurzen Temperaturbelastungen mit Sicherheit bei oder über der Schmelztemperatur des Flußmittels liegenden Temperaturen abschalten. Bei längerer Temperatürein-Such fuses are with short temperature loads with certainty at or above the melting temperature of the flux switch off lying temperatures. In the event of prolonged temperature
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wirkung kann die Ansprechtemperatur auf die Schmelztemperatur der Legierung, aber keinesfalls in den Erweichungsbereich der Legierung sinken.The response temperature can have an effect on the melting temperature of the alloy, but not in the softening range of the alloy Alloy sink.
Flußmittel mit verschiedenen Schmelztemperaturen, die für die Zwecke der Erfindung geeignet sind stehen in Form von Harnstoff mit einer Schmelztemperatur von 133° C und von Abietinsäure mit einer Schmelztemperatur von 173° C zur Ver-. fügung. Ebenso geeignet ist auch Naturkolophonium, das 90 % Abietinsäure enthält. Das handelsübliche Kolophonium enthält außer der Abietinsäure noch eine Beimischung von isomeren Harzen und hat je nach der Menge dieser Harze eine Schmelztemperatur von 110 - 13O0C. Durch Hydrieren des Abietinsäureanteils kann eine Erhöhung der Schmelztemperatur des Kolophoniums um weitere 20°C erreicht werden, so daß also allein durch das Kolophonium ein Schmelztemperaturbereich von 110 1500C bestrichen werden kann.Fluxes with different melting temperatures which are suitable for the purposes of the invention are available in the form of urea with a melting temperature of 133 ° C. and abietic acid with a melting temperature of 173 ° C. coincidence. Natural rosin, which contains 90 % abietic acid, is also suitable. The commercially available rosin contains apart of abietic acid or an admixture of isomers resins and has depending on the amount of these resins have a melt temperature of 110 - 13O 0 C. By hydrogenating the Abietinsäureanteils an increase in the melting temperature of the rosin by a further 20 ° C is reached, that a melting temperature range of 110 150 0 C can be coated by the rosin alone.
Erfindungsgemäße Sicherungen mit Flußmitteln, deren Schmelztemperatur im Erweichungsbereich der gewählten niedrigschmelzen den Legierungen liegt, sind folgendermaßen aufgebaut:Fuses according to the invention with flux, their melting temperature is in the softening range of the selected low-melting alloys are structured as follows:
1.) Legierung für den stromleitenden Teil des Sicherungselements: 33,3 % Bi, 33,3 % Sn und 33,4 % Pb
Erweichungsbereich 95 bis 14-00C
Flußmittel für dieses Sicherungselement: Harnstoff mit einer Schmelztemperatur von 133°C.1.) alloy for the current-conducting part of the fuse element: 33.3% Bi, 33.3% Sn and 33.4% Pb softening range 95 to 14-0 0 C
Flux for this fuse element: urea with a melting temperature of 133 ° C.
2.) Legierung für den stromleitenden Teil des Sicherungselements: 60 % Sn, 40 % Bi
Erweichungsbereich 138 bis 170°C
Flußmittel für dieses Sicherungselement: Hydriertes Kolophonium mit einer Schmelztemperatur von2.) Alloy for the conductive part of the fuse element: 60 % Sn, 40 % Bi
Softening range 138 to 170 ° C
Flux for this fuse element: Hydrogenated rosin with a melting temperature of
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Weitere Sicherungselemente sind für noch höhere Ansprechtemperaturen ausgelegt. Sie enthalten:Further safety elements are for even higher response temperatures designed. They contain:
3.) Eine Legierung für den stromleitenden Teil des Sicherungsei erne nt s aus3.) An alloy for the conductive part of the fuse element
43 % Bi, 31,5 % Pb, 25 % Sn und 0,5 % Cu Erweichungsbereich 95 bis 115°C Flußmittel: Harnstoff mit einer Schmelztemperatur von 133°C oder Kolophonium mit einer Schmelztemperatur von 120 C.43% Bi, 31.5% Pb, 25 % Sn and 0.5 % Cu Softening range 95 to 115 ° C Flux: Urea with a melting temperature of 133 ° C or rosin with a melting temperature of 120 C.
3.) Legierung für den stromleitenden Teil des Sicherungselements: 50,5 % Bi, 27,8 % Pb, 12,4 % Sn, 9,3 % Cd Erweichungsbereich: 1^8 bis 163°C Flußmittel: Abietinsäure mit einer Schmelztemperatur von 173°C.3.) Alloy for the conductive part of the fuse element: 50.5 % Bi, 27.8% Pb, 12.4 % Sn, 9.3% Cd Softening range: 1 ^ 8 to 163 ° C Flux: Abietic acid with a melting temperature of 173 ° C.
5·) Legierung für den stromleitenden Teil des Sicherungselements 60 % Sn, 40 % Bi5 ·) Alloy for the conductive part of the fuse element 60 % Sn, 40% Bi
Erweichungsbereich: 1*8 bis 17O°C Flußmittel: Abietinsäure mit einer Schmelztemperatur von 173°C. -Softening range: 1 * 8 to 17O ° C Flux: abietic acid with a melting temperature of 173 ° C. -
P 6.) Eutektische Legierung für den stromleitenden Teil des Sicherungselements: 56,5 % Bi, 43,5 % Pb Schmelztemperatur: 1200C Flußmittel: Harnstoff mit einer Schmelztemperatur von 133°C.6. P) eutectic alloy for the current-conducting part of the fuse element: 56.5% Bi, 43.5% Pb Melting point: 120 0 C fluxing agent: urea having a melting temperature of 133 ° C.
Ausführungsbeispiele von Sicherungselementen, die unter Verwendung der unter 1.) bis 6.) genannten Stoffe hergestellt wurden, sind in Fig. 1 bis 4 veranschaulicht. Es zeigt:Embodiments of fuse elements using of the substances mentioned under 1.) to 6.) are illustrated in FIGS. 1 to 4. It shows:
Fig. 1 ein Sicherungselement in flacher Form mit einfachem Sicherungsstreifen mit einer Flußmittelauflage zum Einlegen in den Wickelkörper oder die Wicklung einer Drosselspule, unc!Fig. 1 shows a fuse element in flat form with a simple fuse strip with a flux coating for Insertion into the bobbin or the winding of a choke coil, unc!
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Fig. 2 einen Schnitt durch das Sieherungselement nach Fig. 1.Fig. 2 shows a section through the security element Fig. 1.
Fig. 3 ein Sicherungselement aus einem niedrigschmelzenden Hohldraht mit Flußmittelfüllung und'Isolierschlauchhülle, und3 shows a fuse element made from a low-melting point Hollow wire with flux filling and 'insulating hose cover, and
Fig. 4' ein Sicherungselement aus einem massiven Draht eines niedrigschmelzenden Metalls mit Flußmittelauflage in einem Isolierschlauch· __4 'shows a securing element made from a solid wire of a low-melting metal with flux coating in an insulating tube __
Das Sicherungselement nach Fig. 1 und 2 hat einen einfachen Metallstreifen 10, der z.B. aus einer Legierung von 33»3 % Bi, 33,3 % Sn und 33»4- % £b "bestehen kann, die in dem Bereich von 95 bis 140° C erweicht. An den beiden Enden des Streifens IO sind Anschlußdrähte 11 festgeschweißt und auf einem Teil seiner Oberfläche ist Harnstoff mit einer Schmelztemperatur von 133°C aufgetragen und zwar entweder unmittelbar auf das Metall selbst oder in einem mit Harnstoff angereicherten Streifen 12 (Fig. 2) aus porösen Material. Das ganze Dichtungselement befindet sich zwischen zwei durchsichtigen Kunststoffolien 13* die an ihren Rändern ringsum mit einer durch kleine Kreuze angedeuteten Schweißnaht miteinander verschweißt sind.The fuse element according to FIGS. 1 and 2 has a simple metal strip 10 which, for example, can consist of an alloy of 33 »3% Bi, 33.3 % Sn and 33» 4 % £ b ", which ranges from 95 to 140 ° C. Connection wires 11 are welded to the two ends of the strip IO and urea with a melting temperature of 133 ° C is applied to part of its surface, either directly on the metal itself or in a strip 12 enriched with urea (Fig 2) Made of porous material The entire sealing element is located between two transparent plastic foils 13 * which are welded to one another at their edges with a weld seam indicated by small crosses.
Das Sicherungseienent nach Fig. 3 "besteht aus einem Röhrchen I5 mit 5 Durchgängen, die mit bei 173° C schmelzender Abietinsäure 16 ausgefüllt und in die Anschlußdrähte 17 eingeklemmt sind. Das Röhrchen 15 selbst besteht aus einer Legierung aus 60 % Sn und 40 % Bi, die im Bereich 138 bis 1700C erweicht. Es trägt noch einen an seinen Enden durch Erweichen und Zusammendrücken abgeschlossenen Isolierrohrüberzug 18, der das Herausfallen von geschmolzenen Teilen des Sicherungselements verhindert.The fuse element according to FIG. 3 ″ consists of a tube 15 with 5 passages which are filled with abietic acid 16 melting at 173 ° C. and clamped in the connecting wires 17. The tube 15 itself consists of an alloy of 60 % Sn and 40 % Bi which softens in the range 138 to 170 ° C. It also has an insulating tube covering 18, which is closed at its ends by softening and compression, which prevents molten parts of the fuse element from falling out.
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Das Sicherungselement nach Fig. 4- unterscheidet sich von demjenigen nach Fig. 3 dadurch, daß es aus einem massiven Schmelzdraht 20 mit festgeschweißten Anschlußdrähten 21 und aus einem außen auf den Draht 20 aufgebrachten Flußmittel 22 besteht. Dabei kann der' Schmelzdraht 20 aus einer Legierung von 5O-,5 % Bi, 27,8 % Pb, 12,4 % Sn und 9,3 % Cd bestehen, die bei I58 bis 163° C erweicht, und das Flußmittel 22 aus • Abietinsäure mit einer Schmelztemperatur von 173°C. In diesem Fall ist es besonders wichtig, daß die Schmelztemperatur des Flußmittels über derjenigen des Schmelzdrahtes 20 liegt, damit das Flußmittel nicht vor dem Schmelzen des Drahtes abtropft.The fuse element according to FIG. 4- differs from that according to FIG. 3 in that it consists of a solid fusible wire 20 with fixed connection wires 21 and a flux 22 applied to the outside of the wire 20. The 'fusible wire 20 can consist of an alloy of 50, 5% Bi, 27.8% Pb, 12.4% Sn and 9.3 % Cd, which softens at 158 to 163 ° C, and the flux 22 from • Abietic acid with a melting temperature of 173 ° C. In this case it is particularly important that the melting temperature of the flux is higher than that of the fuse wire 20 so that the flux does not drip off before the wire melts.
Durch Einsetzen des Sicherungselements in einen wärmebeständigen Isolierschlauch 23 z.B. aus Polykarbonat, der an seinen Enden unter Druck und Wärme dicht mit den Anschlußdrähten verschweißt ist, wird erreicht, daß die beim Schmelzen des Drahtes und der dabei unter dem Einfluß des Flußmittels auftretenden Auflösung der Metallteile unter Kugelbildung alle Rudimente des Sicherungsei einents innerhalb des Isolierschiauchs verbleiben. By inserting the fuse element into a heat-resistant insulating tube 23, for example made of polycarbonate, which at its ends is welded tightly to the connecting wires under pressure and heat, it is achieved that when the wire melts and the dissolution of the metal parts under the influence of the flux and the formation of spheres in all rudiments of the safety device remain within the insulating tube.
Andererseits besteht aber auch die Möglichkeit, die Sicherungselemente mit einer festen Umhüllung z.B. durch Umspritzen oder k Umpressen mit thermo- oder duroplastischen Kunststoffen zu versehen. On the other hand, it is also possible to encapsulate the securing elements with a solid cover, e.g. by overmolding or k to provide overmolding with thermoplastic or thermosetting plastics.
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