DE2138255A1

DE2138255A1 - Schmelzelement für Schmelzsicherungen

Info

Publication number: DE2138255A1
Application number: DE19712138255
Authority: DE
Inventors: Harvey W. Racine Wis. Mikulecky (V.St.A.)
Original assignee: McGraw Edison Co
Current assignee: McGraw Edison Co
Priority date: 1970-11-30
Filing date: 1971-07-30
Publication date: 1972-05-31
Also published as: GB1341074A; CA938640A; US3706951A; CH532839A

Description

McGraw-Edison Company, Elgin (Illinois) / USA

Sehmelzelement für Schmelzsicherungen

Die Erfindu-ng betrifft Schmelzsicherungen und insbesondere eine Anordnung des Schmelzelementes bzw. Schmelz einsatzes in einer Schmelzsicherung.

Schmelzsicherungen zur Strombegrenzung oder ganz allge mein Schmelzsicherungen sind ebenso bekannt wie die Verwendung von sog. M-förmigeh Bereichen - "M-spots" - bei Schmelzelementen.

Die M-förrnlgen Bereiche sind mit dem Schmelzelement verbunden und können mit dem Schmelzelement oberhalb einer vorgegebenen Temperatur eine Legierung bilden, die unterhalb der Schmelztemperatur des eigentlichen Schmelzele mentes schmilzt.

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Schmelzsicherungen haben irn allgemeinen eine Nennstrom - ο fjtäriie, die ihre Strornbelastbarkeit angibt. Eine an sich bekannte Methode, die Strombelastbarkeit herabzusetzen,

besteht in der Verkleinerung des Durchmessers oder der Querschnittfläche des Schmelzelementes. Wenn beispielsweise das Schmelzelement die Form eines Drahtes hat, wird der Durchmesser des Drahtes herabgesetzt, um die Nennstromstärke auf einen niedrigeren Wert herabzu setzen. Diese Maßnahme wirft jedoch Kompensationsprobleme auf. Drähte mit geringerem Durchmesser schmelzen leichter bei Überlastströmen oder Einschaltstromspitzen, z.B. von Transformatoren herrührenden Stromspitzen. Sie sind schwieriger zusammenzusetzen und können leichter durch Vibrationen oder mechanische Stöße beschädigt werden.

Der Erfindung liegt im wesentlichen die Aufgabe zugrunde, den Nennlastbereich einer Schmelzsicherung zu ver großem und insbesondere die Nennstärke einer Sicherung herabzusetzen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen|la durch gelöst, daß das Schmelzelement einer Schmelzsicherung, insbesondere einer strombegrenzenden Schmelzsicherung, einen M-förmigen Bereich aufweist und derart abgestützt ist, daß ein Teil.des Schmelzelementes in dem Bereich des M-förmigen Abschnittes - M-Punktes - zusammengedrängt angeordnet ist.

In den Fällen, in denen das Schmelzelement in Spiralform gewickelt ist, ist es im Abschnitt des M-förmigen Bereiches mit einer kleineren Ganghöhe bzw. Steigung gewik kelt, um eine größere Anzahl von Windungen in der Nähe des M-förmigen Bereiches anzuordnen. Durch diese Maßnahme wird Wärme auf den Abschnitt des M-förmigen Bereiches konzentriert und beeinflußt auf diese Weise seine Be triebsweise. Der M-förmige Bereich spricht folglich auf eine geringere Stromstärke an, ohne daß der Drahtdurchmesser herabgesetzt ist, sodaß die Belastbarkeit durch Überlastungs- bzw. Einschaltströme und die mechanische Widerstandsfähigkeit nicht beeinträchtigt wird.

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Weiterhin kann erfindungsgemäß ein Anzeigedraht, der bei vielen Schmelzsicherungsausführungen bekannt ist, eben falls vorgesehen sein, in den betreffenden Fällen ist der Anzeigedraht hinter den Windungen mit kleinerer Ganghöhe bzw. Steigung angeordnet und ist zu dem eigentli chen Schmelzelement durch Zement oder dergleichen distanziert gehalten. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Zement derart angeordnet, daß er die Win düngen mit kleinerer Steigung umfaßt und festhält.

Eine erfindungsgemäße Schmelzsicherungsanordnung weist ein Schmelzelement auf, das zwischen zwei distanziert angeordneten Anschlüssen sich befindet und mit ihnen verbunden ist, sie weist weiterhin Stützmittel auf, die ein spiralförmiges Schmelzelement umfassen und abstützen, sowie den sog. M-Effekt verursachende, von dem Schmelzele ment getragene Mittel und ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von Windungen des Schmelzelementes mit einer relativ kleinen Ganghöhe angeordnet sind, sodaß eine Anzahl von eng benachbarten Windungen des Schmelzelementes vorhanden sind und wärmeleitend mit den sog. M~Effekt bewirkenden Mitteln verbunden sind.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden an hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt :

Fig. 1 eine seitliche Ansicht eines Teiles einer erfindungsgemäßen strombegrenzenden Schmelzsicherung,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 der Fig. 1, und

Fig. 3 ein Diagramm, das eine Anzahl von Kurven zeigt, die die mittleren Schmelzzeit-Strom-Kennlinien für erfindungsgemäße Schmelzsicherungen darstellen.

Gemäß der Zeichnung ist ein Abschnitt einer Schmelzsi cherung in Fig. 1 gezeigt, wobei die dargestellte Aus -

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führungsform einer üblichen, den Strom begrenzenden Si cherung entspricht. Vom Aufbau her weist ein Stützteil 10 einen kreuzförmigen Querschnitt auf, hat im wesentlichen eine längliche Form und weist Elektrodenanordnungen 12 und 14 an gegenüberliegenden Enden auf. Der Stützteil 10 weist gwtsetees vier sich in radialer Richtung er streckende Ansätze 16, 18, 20 und 22 auf, wobei zwischen benachbarten Ansätzen Aussparungen 2.k, 26, 28 und JO vor gesehen sind. Ein Schmelzelement j52 ist auf das Stütz teil 10 gewickelt und erstreckt sich zwischen den Elektroden 12 und 14, mit denen es elektrisch leitend ver bunden ist» In an sich bekannter Weise ist ein Anzeigedraht 5^ ebenfalls auf dem Trägerteil 10 gewunden.

Im allgemeinen weist die Ausführung der Schmelzsiche rung ein äußeres, elektrisch isolierendes, rohrförmiges Gehäuse zur Vervollständigung auf, das den oben beschriebenen Aufbau umschließt. In einigen Fällen kann das Innere der Schmelzsicherung noch mit einem bogenlöschenden Material wie z.B. Quarzsand gefüllt sein. Der Sand umgibt völlig den kreuzförmigen Stutzteil, füllt die öffnungen 2k, 26, 28 und 30 und weiterhin jeglichen Zwi schenraum zwischen dem Stützteil und der Innenwandung des Schmelzrohres aus. Die Schmelzsicherung ist weiterhin mit äußeren Teilen versehen, die es erlauben, sie in eine konventionelle SchmeIzsicherungsanordnung oder dergleichen einzusetzen. Da die äußeren Teile der Schmelzsicherung nicht für das Verständnis der Erfindung erforderlich sindj sind sie weder dargestellt noch wer den sie näher beschrieben.

Xn an sich bekannter Weise ist ein M-förmiger Bereich - ⁿM-Punkt" - 36 auf dem SchmeIzelement J2 vorgesehen. Während des Betriebes hat das erfindungsgemäße Schmelzelement eine bestimmte Strombelastbarkeit, oberhalb deren die erzeugte Wärme das SchmeIzelement zum Schmelzen bringt und den Strom unterbricht. Der Zweck des M-for -

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Bereiches besteht darin, das Auslösen dieses Unterbre chungsvorganges besser zu beherrschen.

Wie bekannt, ist der M-förmige Bereich im allgemeinen aus einem Material hergestellt, das mit dem Material des Schmelzelementes 32 unter dem Einfluß einer bestimmten Temperatur eine Legierung eingeht. Diese Temperatur wird im allgemeinen derart gewählt, daß sie unterhalb des Schmelzpunktes des eigentlichen Schmelzelementes 32 liegt; die Schmelztemperatur der sich ergebenden Legierung ist im allgemeinen derart gewählt, daß der Schmelzvorgang im M-fö'rmigen Bereich beginnt und zwar, nachdem sich die Legierung gebildet hat, jedoch bevor das gesamte Schmelzelement seine betreffende Schmelztemperatur erreicht hat. Auf diese Weise beginnt das Schmelzen im M-förmigen Bereich.

Im allgemeinen ergeben sich Grenzen für das Herabsetzen der Nennstromstärke bei Schmelzsicherungen dieser Art. Eine übliche Maßnahme besteht darin, den Querschnitt des Schmelzelementes herabzusetzen, d.h. den Durchmesser bei einem drahtförmigen Schmelzelement, um eine Anordnung zu schaffen, bei der eine Unterbrechung bzw. ein Durch schmelzen bei einer geringeren Strombelastung eintritt. Jedoch ergeben sich hierbei verschiedene Probleme. Zu nächst schmelzen kleinere Schmelzelemente leichter in folge hoher Überlaststromspitzen, beispielsweise bei Einsehaltströmen von Transformatoren; weiterhin weisen sie nicht die gewünschte mechanische Festigkeit auf. Derartige Drähte von geringerem Durchmesser können im allgemeinen nur schwer miteinander verbunden werden und sind leicht durch Vibrationen und/oder mechanische Stösse zu beschädigen.

Es wurde nun gefunden, daß die Nennstromstärke auf eine andere Weise herabgesetzt werden kann, durch die Erfordernis einer Verwendung kleinerer Elementsabmessungen

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vermieden wird. Erfindungsgemäß erfolgt dies in der Weise, daß eine Konzentrierung bzw* Bündelung des Schmelz elementes in der Umgebung des M-förmigen Bereiches er folgt. Dadurch ist ein größerer Anteil des Schmelzele mentes in dem Abschnitt des M-förmigen Bereiches ange ordnet, wodurch die von dem Schmelzelement selbst er zeugte Wärme, der der M-förmige Bereich ausgesetzt wird, ansteigt. Diese Konzentrierung der Wärme hat zur Folge, daß der M-förmige Bereich bei niedrigeren Strömen in Aktion tritt, wodurch Schmelzsicherungen mit niedrigerer Nennstromstärke ermöglicht werden.

In· dem dargestellten Ausführungsbeispiel eines Schmelz elementes ist das Schmelzelement insbesondere spiralförmig aufgewunden und wird in dieser Form innerhalb des Schmelzrohres abgestützt. Wie dargestellt, ist das Schmelzelement über einen kreuzförmigen Stützteil 10 gewunden und steht mit äußeren Enden von Ansätzen 16, 18, 20 und 22 in Eingriff. Im Abschnitt des M-förmigen Be reiches 36 weist die Wicklung des Schmelzelementes einen geringeren Abstand zwischen benachbarten Windungen auf. Dieser geringere Abstand ist vorzugsweise vor und hinter dem M-förmigen Bereich vorgesehen und zwar in Richtung der Wicklung, ausgehend von der Elektrode 12 zur Elektrode l4. Die Anhäufung von Windungen im M-förmigen Bereich kann - ausgehend von der Elektrode 12 - dadurch erreicht werden, daß das Schmelzelement unter einer relativen konstanten großen Steigung bis zu einer Stelle in der Nähe des Abschnittes des M-förmigen Bereiches gewunden wird, wie dies in der Zeichnung durch den Abschnitt A angedeutet ist. Von dieser Stelle an werden die Windungen unter einer kleineren Steigung· über den M-förmigen Bereich bis zu einer Stelle gewunden, von der an wieder unter einer relativ großen konstanten Steigung gewickelt wird, wobei der Bereich mit der geringeren Steigung als Abschnitt B und der Teil mit der wieder großen konstanten Steigung

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als Abschnitt C bezeichnet ist. Beispielsweise beträgt die Steigung bzw. Ganghöhe im Bereich A ungefähr 16 mm (ll/l6 inch), die Ganghöhe im Bereich B etwa 0,8 cm (I/52 inch) und im Bereich C etwa l6 mm (II/I6 inch). Im allgemeinen wird die gleiche Anzahl von Windungen vor und hinter dem M-förmigen Bereich vorgesehen; es ist erwünscht, daß ein geringfügig größerer Abstand zwischen der zentralen Windung und den beiden benachbarten Win düngen auf Jeder Seite vorhanden ist, beispielsweise 1/5 mm (I/16 inch), wobei die kleinere Ganghöhe im Be reich B 0,8 mm (l/32 inch) ist. Im dargestellten Aus führungsbeispiel sind im Bereich B 10 1/2 Windungen vorgesehen.

Die Windungen mit kleinerer Steigung sind dem Bereich des M-förmigen Bereiches benachbart und stehen im Wärmeaustausch mit dem M-Punkt, um das Verhalten des M förmigen Bereiches beim Auslösen des Schmelzens zu beeinflussen. Es wurde gefunden, daß mit dieser Anordnung beim Schmelzen keine größeren Bogenspannungen auftre ten, wie infolge der Verwendung eines relativ langen Elementes erwartet werden könnte. Es wurde festgestellt, daß der geringe Abstand zwischen den zusammengedrängten Windungen einen Punkenüberschlag zwischen diesen Win düngen ermöglicht, mit einer Bogenlänge, die geringer ist als die Länge des gesamten Elementes, sodaß keine Zunahme der Bogenspannung eintritt.

Mit einer erfindungsgemäßen Anordnung können daher bei kleinen Stromstärken ansprechende Sicherungen geschaffen werden, ohne daß Verschlechterungen anderer er wünscfrter charakteristischer Merkmale in Kauf genomen werden müssen.

In Fig. 3 sind drei mit X, Y und Z bezeichnete Kurven dargestellt. Die Kurven zeigen den Strom (in Ampere), aufgetragen gegen die mittlere Schmelzzeit (in Sekunden) . _₈_

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Die Kurve X entspricht einer Sicherung mit einer Nenn Stromstärke von 1,5 Amp*, Kurve Y einer von 3*0 Amp. und die Kurve Z einer 4,5-Amp.-Sicherung,wobei alle diese Sicherungen erfindungsgemäß ausgebildet sind.

Wie im allgemeinen bei derartigen Schmelzsicherungen üblich., ist ein Anzeigedraht 34 vorgesehen, der eine äußere, sichtbare Anzeige gibt, für den Fall, daß die Sicherung ausgelöst wurde. Der Anzeigedraht ist im we sentlichen spiralförmig, parallel zum Hauptschmelzele ment gewunden, wobei das Zusammendrängen der Windungen des Hauptelementes im Abschnitt des M-förmigen Berei ches ein Problem darstellt für die Art und Weise, in der der Anzeigedraht durch diesen Bereich geführt werden soll. Zur Lösung dieses Problemen wird erfindungsgemäß der Anzeigedraht 34 spiralförmig parallel zu dem Schmelzelement 32 bis zu einer Stelle 38 gewickelt, die sich vor dem Abschnitt B befindet.

Von der Stelle 38 an verläuft der Anzeigedraht in einer im wesentlichen axialen Richtung durch eine öffnung 38 hinter den gedrängten Windungen, d.h. zwischen den ge drängten Windungen und dem kreuzförmigen Trägerteil in Fig. 2 und zwar bis zu einem öhr 4o, das sich am An satz 20 befindet. Diese Art, den Anzeigedraht festzulegen, und zwar distanziert zum eigentlichen Schmelz element und längs der Sicherung,ist in der US-Patent schrift 3 483 502 der Anmelderin beschrieben.

Es wird in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, daß statt den Anzeigedraht an der öse 4o hinter den gedrängten Windungen endigen zu lassen - die Spiralwindung pa rallel zum Schmelzelement 32 wieder fortgeführt werden kann, so daß der Anzeigedraht bis zum entgegengesetzten Ende der Schmelzsicherung verläuft. Wie in dem obenge nannten Patent beschrieben, is t im Bereich der Elektrode 12 ein an sich bekannter, nicht dargestellter Anzeigemechanismus vorgesehen. _p_

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Um ein Kurzschließen der gedrängten Windungen zu vermei den., ist der Anzeigedraht entweder distanziert oder elektrisch isoliert von den gedrängten Windungen mittels eines Zementkörpers 42 .gehalten. Der Zement hält den Anzeige draht in nächster Nachbarschaft zur öffnung 28 des kreuzförmigen Trägers. Es wurde als vorteilhaft gefunden, eine genügende Menge an Zement derart vorzusehen, daß der Ze ment auch die gedrängten Windungen umfaßt und sie unter einander distanziert hält. Es ist aus Pig. I ersichtlich, daß die axiale Erstreckung des Zementes größer ist als
die axiale Erstreckung der gedrängten Windungen; an Fig.2 ist ersichtlich, daß der Zement sich soweit in radialer
Richtung erstreckt, daß er die gedrängten Windungen des
Schmelzelementes umgibt.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und be schriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfaßt
auch alle Teil- und Unterkombinationen der beschriebe nen und/oder dargestellten Merkmale und Maßnahmen.

- Ansprüche -

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Claims

Ansprüche

[1.)/Schmelzsicherung mit einem Schmelzelement, das zwiscnen zwei zueinander distanzierten Anschlüssen angeordnet ist,, mit Mitteln zum Stützen des Schmelzelementes, das in Spiralform gewickelt und mit den sog. M-Effekt auslösenden Mitteln versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von Windungen des Schmelzelementes eine kleine Steigung haben, sodaß eine Anzahl von eng benachbarten Windungen des Schmelzeffektes im Bereich der den M-Effekt bewirkenden Mitteln entstehen, die in Wärmeaustausch mit diesen Mitteln stehen.
2.) Schmelzsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß auf beiden Seiten der den M-Effekt bewirkenden Mittel ein Teil der Windungen des Schmelzelementes die kleinere Steigung aufweisen.
3.) Schmelzsicherung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen des Schmelzelementesjvon einem Anschluß bis zum Bereich der den M-Effekt bewirkenden Mittel eine erste, im allgemeinen konstante Steigung haben, daß die Windungen von diesem Bereich bis zum anderen Anschluß, mit dem das Schmelzelement verbunden ist, eine konstante größere Steigung als im M-Bereich haben,
4.) Schmelzsicherung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anzeigedraht in Spiralform sich in Längsrichtung der Stützmittel bis in den Bereich der den M-Effekt bewirkenden Mittel erstreckt undvuiesem Bereich über den Windungen mit kleinerer Steigung verläuft, und daß Mittel vorgesehen sind zur Aufrechterhaltung einer elektrischen Isolation des Anzeigedrahtes gegen das Schmelzelement im Bereich der den M-Effekt bewirkenden Mittel.
5.) Schmelzsicherung nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß das Stützmittel ein langgestreckter Körper aus elektrisch isolierendem Material ist und einen

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kreuzförmigen Querschnitt aufweist, daß das Schmelzelement mit dessen Ansätzen in Verbindung steht, und dass der Anzeigedraht sieh im Bereich der den M-Effekt auslösenden Mitteln im wesentlichen in axialer Richtung und zwischen dem Stützmittel und den Windungen mit kleinerer Steigung erstreckt, und daß Zement vorgesehen ist, der den Anzeigedraht im Abstand von den Windungen mit kleinerer Steigung hält und gleichzeitig diese Windungen mit kleinerer Steigung umfaßt und festhält.

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