DE2304306A1 - Elektrische schmelzsicherung - Google Patents

Description

Dr. Ing. E. Berlin feld

Dipl.lng. H. ßer^! -nfeld

PafenfartWG 13

S Köln 41, Postfach 410149

Aktieselskabet Laur. Knudsen, Nordisk Elektricitets ^fSftäfteiraße 31 Haraldsgade 53, DK-2100 Kopenhagen, Dänemark,

Elektrische Schmelzsicherung. ■ A

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schmelzsicherung mit mindestens einem metallischen Schmelzkörper der ein anderes Material wenigstens teilweise umgibt, und durch die beim Stromdurchfluss entwickelte Hitze schmilzt und dadurch den elektrischen Kreislauf unterbricht und sie betrifft insbesondere Schmelzsicherungen der Art, deren Schmelzkörper aus einem Metall mit \iesentlicher Affinität gegenüber Oxygen bestehen.

Beim gewöhnlichen Vorgang in einer elektrischen Schmelzsicherung wird der elektrische Kreislauf sozusagen im gleichen Moment geöffnet, In dem der Schmelzkörper seine Schmelztemperatur erreicht, Indem die Oberflächenspannung des geschmolzenen Metalls oder auch andere Kräfte die metallische Kontinuität bricht.

Beim Abschmelzen bei relativ geringer Stromstärke aber bewirkt die unvermeidlich auftretende Abkühlung, dass das Abschmelzen relativ lange dauert, und falls das Metall eine wesentliche Affinität gegenüber Oxygen besitzt, führt dies im Zusammenhang mit dem langen Dauer und der hohen Temperatur zu einer kräftigen Oxidation. Die dadurch gebildete Öxydschicht kann dann die Unterbrechung des Kreislaufs behindern, indem der Strom weiterhin durch das von der Oxydschicht umgebene geschmolzene Metall fliesst. Dadurch wird die Umterbrechung verzögert, und diese Verzögerung kann so lange dauern, dass die Unterbrechung erst in dem Moment stattfindet, in dem die Temperatur des Metalls dessen Siedepunkt überschreitet, und der Dampfdruck des Metalls die Oxydschicht durchreisst.

Das Erscheinen diesen Phänomens ist selbstverständlich

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wahrscheinlicher bei Sicherungen, wo der Schmelzkörper in Sand eingebettet ist, aber es kommt auch in den Fällen vor, \\^rq der Schmelzkörper sich frei in der Luft erstreckt.

Es ist ebenfalls einleuchtend, dass dieses Phänomen besonders ausgeprägt bei Sicherungen vorkommt deren Schmelzkörper aus Aluminium besteht, das sowohl eine sehr starke Affinität gegenüber Oxygen besitzt als auch ein Oxidationsprodukt von holier mechanischen Widerstandsfähigkeit ergibt, aber auch z.B. bei Kupfer ist das Phänomen theoretisch möglich und durch Versuche nachgewiesen worden. Es muss angenommen werden, dass das Phänomen bei allen Metallen ausgenommen der eigentlich edlen Metalle Gold, Silber, Platin u.s.w. auftreten wird.

Es ist ferner festgestellt, dass das Phänomen auch bei Metallen mit einem Überzug aus edlem Metall vorkommt, falls dieser Überzug nicht so dicht ist, dass er bei den zu erwartenden Temperaturen gegenüber Oxygen praktisch undurchdringbar ist, andererseits aber kann die Oxydschicht selbst in einem grossen Temperaturbereich praktisch undurchdringbar sein. Dies gilt z.B. für Aluminium, das im Temperaturbereich bis zu etwa ²J00⁰C hinreichend effektiv geschützt ist um in der Praxis keine Schwierigkeiten darzubieten, während es für z.B. Kupfer keine solche untere Grenze eines Temperaturbereiches von Bedeutung gibt.

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Bei einer/praktischen Schmelzkorperkonstruktion aus Aluminium hat es sich gezeigt, dass im Temperaturbereich von etwa 450 C und bis zum Schmelzpunkt 660°C Oxydschichte entstehen können, die falls der Schmelzkörper sich hinreichend lange in diesem Temperaturbereich befindet, störend wirken können. Für den betreffenden Schmelzkörper ist die kritische Zeit von einer Grössenordnung von einem bis mehrere Sekunden, aber hängt übrigens von den Verhältnissen ab.

Wenn das beschriebene Phänomen auftritt, kann es nicht nur dadurch nachteilig sein, eine unerwünschte Verzögerung zu verur-.sachen, sondern auch dadurch, dass sowohl der Schmelzkörper als auch dessen Umgebung in dem Moment, in dem der Kreislauf geöffnet wird, und der Lichtbogen entsteht, eine viel höhere Temperatur besitzen. So liegt der Schmelzpunkt von Aluminium bei etwa 660 C, sein Kochpunkt aber bei 2000°C.

Der vorliegende Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde die

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erwähnten Nachteile in einer solchen Weise zu vermeiden, dass der Schmelzkörper, nachdem er seine Schmelztemperatur erreicht hat. den elektrischen Kreislauf trotzdem schnell öffnet.

Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass das erwähnte andere Material einen Kochpunkt hat, der nahe am Schmelzpunkt des Schmelzkörpers liegt. Wenn der Schmelzkörper eine Hohlheit besitzt, die das erwähnte andere Material, z.B. ein anderes Metall, aufnimmt, xtfird das andere Material einen Dampfdruck erreichen, der bei einer Temperatur, die nahe an der Schmelztemperatur des Schmelzkörpers, oder grundsätzlich ein wenig über dieser liegt, zum Bersten einer eventuell vorkommenden Oxidschicht des Schmelzkörpers ausreicht.

Es ist bei der Ausübung dieser Erfindung zweckmässig, dass das im Schmelzkörper'untergebrachte andere Material in keiner Weise die sonstige Punktion der Sicherung beeinträchtigt. Das umgebene Material ist deshalb, vorzugsweise ein Material, das bei einer Temperatur, die niedriger als die Schmelztemperatur des Schmelzkörpers ist, weder physisch noch chemisch auf störende Weise mit dem Schmelzkörper reagiert. Das andere Material darf deshalb bei Temperaturen, die wesentlich unter dem Schmelzpunkt des Schmelzkörpers liegen, mit dem Schmelzkörper nicht chemisch reagieren, sich damit legieren oder durch Diffusion in den Schmelzkörper eindringen. Andererseits besteht jedoch kein Hindernis, dass man bei derselben Sicherung solche Prozesse benutzt, so wie es allgemein bekannt ist,, wenn übrigens wünschenswert.

Die Erfindung ist mit dem bekannten Verfahren nicht zu verwechseln, das unter der Bezeichnung die "metallurgische Effekt" oder die "M-Effekt" allgemein bekannt ist, bei dem ein im, nahe am oder auf dem Schmelzkörper befindliches sich vom Metall des Schmelzkörpers unterscheidendes Metall bei einer niedrigeren Temperatur als die Schmelztemperatur des Schmelzkörpers solche Änderungen verursacht, dass das Abschmelzen mit wesentlich geänderten elektrischen Eigenschaften der Sicherung zur Folge beschleunigt wird.

Die Erfindung ist auch nicht mit den ebenfalls bekannten Verfahren zu verxvechseln, bei denen ein sich vom Schmelzkör-permaterial unterscheidendes Material bei einer niedrigeren Temperatur

als die Schmelztemperatur des Schmelzkörpers nät diesem cheiTi:! rch reagiert, und dadurch die Zerstörung des Schmelzkörpers und folglich das öffnen des Kreislaufs bewirkt.

Versuche haben gezeigt, dass das Metall Kadmium (Cd) oder eine Legierung, die hauptsächlich Kadmium enthält, ein praktisch verwendbares Material in Verbindung mit einem Schmelzkörper aus Aluminium sein wird, indem bei Temperaturen unter dem Kochpunkt von Kadmium, der bei etwa 76O⁰C liegt also etwa 100° über dem Schmelzpunkt des Schmelzkörpers aber zugleich mehr als 1300 C unter dem Kochpunkt Aluminiums, kein störender Einfluss auf den Schmelzkörper nachgewiesen werden konnte. Dass diese beiden Metalle erwähnt sind, bedeuten natürlich nicht, dass die Erfindung auf diese Kombination beschränkt· ist, indem das Prinzip für viele andere Materialkombinationen Gültigkeit hat.

Um zu vermeiden, dass das umgebene Material schädliche Wirkungen auf die Punktion der Sicherung als solche haben soll, sollte es erfindungsgemäss in einem Querschnitt quer zur Stromrichtung nicht mehr als ein Viertel des totalen Schmelzkörperquerschnitt betragen.

Versuche haben ferner gezeigt, dass es um die gewünschte Wi-rkung zu erzielen, nicht erforderlich ist, dass der Schmelzkörper das erwähnte andere Material an allen Seiten völlig umgibt, und erfindungsgemäss kann das umgebene Material in-einem an beiden Enden ganz oder teilweise offenen Kanal angeordnet sein, der im wesentlichen quer zur Richtung des elektrischen Stroms verläuft. Diese Ausbildung kann in vielen Fällen technologisch vorteilhaft sein.

Die Erfindung wird jetzt an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Teil eines zylindrischen Schmelzkörpers nach der Erfindung,

Fig. 2 eine bevorzugte Ausfuhrungsform eines Schmelzkörpers nach der Erfindung, und

Fig. 3 eine praktische Ausgestaltung einer Sicherungslamelle mit der bevorzugte Ausführung des Schmelzkörpers .

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In FIg. 1 bezeichnet 1 einen sylinürJ ochen Schr.olaieiroi· der "bei 2 ein anderes Material umgibt.

In Fig. 2 ist ein entsprechender rechteckiger Querschnitt eines Schmelzkörpers 1 gezeigt, wobei das Zusatzmaterial 2 in Form. eines ausgefüllten Kanals beigegeben ist, der sich durch den ganz-.en Schmelzleiter erstreckt, so dass das Material 2 nicht ganz vom Schmelzleiter umgeben wird.

In Fig. 3 ist eine allgemeine praktische Ausgestaltung gezeigt, wo der Schmelzkörper Γ dadurch gebildet ist, dass Aussparungen H In solcher Weise in einem Metallstreifen 3 angeordnet sind, dass das umgebene Material In dem dadurch gebildeten Schmelzkörper 1 liegt. In demselben Streifen können auch weitere Schmelz-" körper vorgesehen sein, z.B. l^r, der durch Aussparungen 4' gebildet wird, welche weiteren Schmelzkörper erfindungsgemäss oder In anderer Weise ausgeführt sein können.

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Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   f 1. !Elektrische Schmelzsicherung mit mindestens einem Schmelzkörper aus Metall, der ein anderes Material wenigstens teilweise umgibt, dadurch gekennz ei chnet, dass dieses andere Material einen Kochpunkt hat, der nahe am Schmelzpunkt des Schmelzkörpers liegt.
2. 2. Elektrische Schmelzsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennz ei chnet, dass das umgebene Material ein Material ist, das bei einer Temperatur die niedriger als die Schmelztemperatur des Schmelzkörpers ist, weder physisch noch chemisch auf störende Weise mit dem Schmelzkörper reagiert.
3. 3» Elektrische Schmelzsicherung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzkörper im wesentlichen aus Aluminium besteht.
4. 4. Elektrische Schmelzsicherung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das umgebene Material aus Kadmium oder aus einer Legierung besteht, die hauptsächlich Kadmium enthält.
5. 5. Elektrische Schmelzsicherung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekenn zeichn e-1, dass das umgebene Material in einem Querschnitt quer zur Stromrichtung nicht mehr als ein Viertel des totalen Schmelzkörperquerschnitts beträgt.
6. 6. Elektrische Schmelzsicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 j dadurch gekennzeichnet, dass das umgebene Material in einem an beiden Enden ganz oder teilweise offenen Kanal angeordnet ist, der im wesentlichen quer zur Richtung des elektrischen Stroms verläuft.

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