DE2340070A1 - Legierung fuer sicherungselemente - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE DR. ING. KARL BOEHMERT · DlPL-1NG. ALBERT BOEHMERT

28 BREMEN · FELDSTRASSE 24 · TEL. (0421) »74044

OR.-ING. WALTER HOORMANN - DlPL-PHYS. DR. HEINZ GODDAR

Aktenzeichen: Neuanmeldung

Named-Anm- KABUSHIKI KAISHA TOYOTA
Named-Anm.. ^ ^p^^c^ _{CQ Lan)}

Postscheckkonto ι Hamburg 126083 Bankkonto ι Bremer Bank, Bremen, Kto. 1001449 Mein Zeichen:

28 Bremen, den 6. August 1973

EABUSHIKI KAISHA TOYOTA CHUO KENKYUSHO·, 2-12, Hisakata, Showa-ku, Nagoya-shi, Aichi-ken, Japan und UIPPOKDENSO CO. LTD., 1-1 Showa-cho, Kariya-shi, Aichi-ken, Japan

Legierung für Sicherungselemente

Die Erfindung betrifft eine Legierung zur Verwendung bei einem Sicherungselement zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen zwei elektrischen Anschlüssen, mit anderen Worten also eine Legierung zur Verwendung als Sicherungselement in einer Hochtemperatursicherung, die Hochtemperatursicherung selbst sowie ein Verfahren zur Anzeige eines Höchtemperaturzustandes.

Bei Geräten, die in einer Atmosphäre arbeiten, welche eine hohe Temperatur aufweist, beispielsweise in elektrischen öfen, Nachbrennern und" Vielfachreaktoren für Automobile, kann eine Überhitzung des Gerätes durch Überschreiten einer Höchsttemperatur von annähernd 1100° C sowohl eine strukturelle Beschädigung als

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auch eine Oxydation der Wandflächen oder sogar das Schmelzen verschiedener Geräteteile hervorrufen. Um eine Anzeige zu schaffen, sobald das Gerät eine zu hohe Temperatur erreicht, die zu einer Überhitzung führen kann, ist es bereits bekannt, innerhalb eines elektrischen Schaltkreises ein Anzeigegerät vorzusehen, welches eine Thermosieherung oder einen Thermoschalter aufweist. Wenn, das Sicherungselement der Sicherung schmilzt oder bei beginnendem Schmelzen bricht, wird das Anzeigegeart, beispielsweise eine Lampe, mit Energie beaufschlagt, und zeigt an, daß eine vorbestimmmte Temperatur erreicht worden ist. Durch Verwendung des durch das Anzeigegerät gelieferten Signales kann eine Korrektur erfolgen, welche verhindert, daß auf die Vorrichtung infolge der Überhitzung schädliche Einflüsse ausgeübt werden. Da reines Kupfer einen Schmelzpunkt von 1O83°C hat, ist es bereits vorgeschlagen worden, Kupfer als Sicherungselement in einer Sicherung zu verv/enden, um das Erreichen einer Temperatur im Bereich von 1000° C bis 1100° C anzuzeigen. Während reines Kupfer den gewünschten Schmelzpunkt bei einer festen Temperatur aufweist, hat es einen sehr geringen Oxydationswiderstand, wenn es bei hohen Temperaturen der Atmosphäre ausgesetzt wird. Aus diesem Fall ist Kupfer zur Verwendung als Sicherungselement unter den beschriebenen Bedingungen ungeeignet. ·*-

Da sich reines Kupfer als für ein Sicherungselement

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ungeeignet herausgestellt hat, ist es bereits bekannt, Legierungen auf Nickel-,, Eisen- und Kobaltbasis oder dergleichen zu verwenden, die eine hohe Oxydationsbeständigkeit haben und innerhalb eines Temperaturbereiches von 1000° bis 1100° C schmelzen. Wegen der Bestandteile, die in diesen Legierungen verwendet werden, schmilzt die betreffende Legierung jedoch stets innerhalb eines weiten Temperaturbereiches, wobei dieser Bereich anwächst, wenn die Anzahl der Legierungsbestandteile vergrößert wird. Die Temperatur, bei welcher das Sicherungselement zu schmelzen und brechen beginnt, wird aus diesem Grunde unstabil. Dies beruht darauf, daß die Festigkeit derartiger Elemente mit steigendem Volumenanteil der darin enthaltenen flüssigen Phase abnimmt, so daß die Festigkeit der genannten Legierungen allmählich über einen weiten Bereich von Schmelztemperaturen abnimmt. Da die Schmelz- und Bruchtemperatur der bekannten Legierungen nicht in einem engen Temperaturbereich festliegt, sind diese Legierungen zur Verwendung in Sicherungselementen ungeeignet. TJm allen Anforderungen zu genügen, muß die Legierung oder das Material, welches in einem Sicherungselement verwendet wird, eine gute Oxydationsfähigkeit haben, wobei die Schmelz- und Bruchtemperatur bei einem festen Wert liegen muß, der als eine Temperatur in einem engen Temperaturbereich, beispielsweise innerhalb eines Bereiches von 10° C, definiert ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Legie-A09808/0919

rung für ein Sicherungselement, eine Sicherung, bei welcher dieses Sicherungselement Verwendung findet, sowie ein Verfahren zur Anzeige einer erhöhten Temperatur zu schaffen, bei denen die Legierung einen sehr engen Schmelztemperaturbereich

aufweist, der im Bereich von 1000° bis 1-100° C

liegt, wobei die Legierung bei erhöhten Temperaturen eine sehr gute Korrosionsfestigkeit und aus diesem Grunde eine sehr gute Oxydationsbeständigkeit aufweisen soll. " ' ' · ' -

Erfindungsgemäßwird diese Aufgabe bei einer Legierung der genannten Art dadurch gelöst, daß die Legierung bei erhöhten Temperaturen eine hohe Korrosionsfestigkeit aufweist, bei einer festen Temperatur im Bereich zwischen 1000° und 1100° 0 ihren Schmelzpunkt besitzt und aus 10 bis 14 % Aluminium, Rest Kupfer, besteht.

Die erfindungsgemäße Sicherung mit zwei mit Abstand angeordneten elektrischen, voneinander isolierten Anschlüssen, zwischen denen durch ein Metall-Sicherungselement, welches nahe dem Anschlußpaar angeordnet ist, eine elektrische Verbindung hergestellt ist, zeichnet sich dadurch aus, daß das Metall-Sicherungselement aus einer Legierung gemäß Anspruch 1 oder besteht.

Als erfindungsgemäßes Verfahren zur Anzeige eines

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Hochtemperaturzustand.es, mit einer elektrischen Schaltungsanordnung, die eine elektrische Stromquelle, ein Anzeigegerät und eine Sicherung aufweist, die ein bei einer festen Temperatur schmelzendes und die Energiebeaufschlagung des. Anzeigegerätes verursachendes Sicherungselement aufweist, wird vorgeschlagen, daß das Sicherungselement aus einex* Legierung nach Anspruch 1 oder 2 besteht.

Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, daß das Sicherungselement aus einer von zwei Gruppen von Eupferlegierungen besteht, wobei die Legierungen * der ersten Gruppe aus 10 bis 14- % Aluminium, Rest Kupfer, und die Legierungen der zweiten Gruppe aus 10 bis 14 % Aluminium, bis zu 2,5 % eines zweiten Bestandteiles, der aus einem oder mehreren Metallen der Gruppe Eisen, Nickel und Mangan besteht, Rest Kupfer, bestehen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfo]-genden.-Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele anhand >äar_: Zeichnung.im einzelnen erläutert sind. Dabei zeigt bzw. zeigen:

Fig. 1a, 1b und 1c graphische Darstellungen der Thermoanalyse von drei verschiedenen Legierungen, die sich als erfindungsgemäße Sicherungselemente eignen;

Fig. 2 eine mikroskopische Abbildung eines Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen Legierung;

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Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer

Thermosicherung oder eines Thermoschalters, bei welchem ein Sicherungselement Verwendung findet, welches aus der erfindungsgemäßen Legierung besteht;

Fig. 4 ein schematisches Schaltdiagramm der Sicherung und des Anzeigegerätes; und

Fig. 5 bis 7 drei weitere Ausführungsbeispiele von Thermoschaltern oder Thermosicherungen, bei denen ein Sicherungselement aus einer erfindungsgemäßen Legierung Verwendung findet. -- .....·.. . ...

Der Erfindungsgedanke richtet sich auf die Schaffung einer Metallegierung, die sich als Sicherungselement verwenden läßt, sowie auf eine Sicherungseinrichtung oder ein Sicherungsgerät, mittels welcher sich beobachten läßt, wann eine bestimmte oder vorgegebene abnorm hohe Temperatur erreicht v/ird. Die Metallegierung hat einen Schmelzpunkt oder eine Schmelztemperatur in einem sehr engen Temperaturbereich, der von 1000 bis 1100 C reicht. Die Legierung zeigt eine hohe Korrosionsbeständigkeit und ist gleichzeitig sehr gut verarbeitbar, um so die Formung der Metallegierung zu dem Sicherungselement zu ermöglichen.

Die Metallegierung besteht aus 10 bis 14 Gew.-% Aluminium, Rest Kupfer, und weist die vorstehend genannten Eigenschaften eines sehr engen Schmelztemperaturbereiches im Bereich zwischen 1000 und 1100° C auf. Außerdem weist die Legierung eine sehr gute Oxydat-ionsbeständigkeit bei hoher Temperatur und damit eine none Korrosionsfestigkeit auf. Zusätzlich weist die Kupfer-Alumi-

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_ Ό m.

niumlegierung die gewünschte Härte und Verarbeitbarkeit auf, welche notwendig ist, um die Herstellung eines Sicherungselementes zu ermöglichen. Die Kupfer-Aluminiumlegierung kann einen zweiten Bestandteil von "bis zu 2,5 Gew.-% aufweisen. Der zweite .Bestandteil kann aus einem oder mehreren Metallen der Gruppe Eisen, Hangan und Nickel "bestehen. Die Legierung mit dem zweiten Bestandteil weist eine gute Oxidationsbeständigkeit "bei hoher Temperatur auf. Wenn der .zweite Bestandteil jedoch über 2,5 % hinausgeht, wird der Schmelztemperaturbereich breiter als der Schmelztemperaturbereich derjenigen Legierungen, die keinen zweiten Bestandteil aufweisen, so' daß eine Legiexmng mit mehr als 2,5 Gew.-% des zweiten Bestandteiles zur Herstellung eines Sicherungselementes unbrauchbar ist.

Sechs Proben von erfindungsgemäßen Kupferiegierungen wurden mit sechs Proben aus anderen Materialien verglichen, welche aus reinem Kupfer bzw. fünf anderen Kupfer- Aluminiumlegierungen bestanden. Bei diesen Versuchen wurde der Schmelztemperaturbereich mittels Thermoanalyse bestimmt, d.h., durch die Messung der Verfestigungstemperatur einer Legierung mittels eines Thermoelementes während der allmählichen Abkühlung der Metallschmelze. Bei den Versuchen wurde weiterhin die Oxydationsbeständigkeit dadurch verglichen, daß der Gewichtsverlust der Probe gemessen wurde, der auftrat, wenn die Probe bei 950° C für einen Zeitraum von 100 Stunden gehalten wurde. Schließlich wurde bei den Vergleichsversuchen, deren Ergebnisse in der nach-

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folgenden Tabelle zusammengefaßt sind, die Härte verglichen, die eine der Standardgrößen der 7erarbeitbarkeit darstellt, wobei die Härtemessung durch Messung der Vickershärte nach JIS Z 22 44 (1961) erfolgte (Japanese Industrial Standard). Die Ergebnisse der verschiedenen Untersuchungen sind in der nachfolgenden Tabelle wiedergegeben, wobei die Proben 1 bis 6 erfindungsgemäße Legierungen betreffen, die Proben 7 "bis 11 andere Kupferlegierungen darstellen und die Probe 12 aus reinem Kupfer bestand. '

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Tabelle

Probe	Jheäiisches Element	Cu	Al	andere	bchmelztempera- turbereich	Ende der	üxydations- beständifikeit	Harte Hv O kgj	Nach Erwärmung bei 950° C für 4 h	in· Luft abgekühlt	im Ofen abgekühlt
. Nr.	(%)	bal.	10.0		(° C)	Verfesti gung	Oxydations-Gevrichts- verlust in Luft bei	Gußzu	im Wasser abgekühlt	122	117
	bal.	12.0		Beginn der	1039	95O0C und 100 h ·■ (mg/cm2)	stand	264	185	346
1	bal.	14.0		Verfesti gung	1062	1.21	134.8	173	339	355
2	bal.	12.0		1041	1048	1 «08	. 166.4	273	256 .'	302
3	bal.	12.0	Ni 2.0	1064	1046	0.89	352.6	186	.227	213
4	bal.	12.0	Mn 2.0	1049	1031	0.89	212	197	213	254
VJl	bal.	3.0	Fe 2,0	1049	1046	0.44	195	223	___	___
6	bal.	6.0		1036	1075	0.56	226	___	—... .
7	bal.	8.0		1051	1071	.142	62.7	—- ■	78.6	62.7
8	bal.	16.0	_.—	1082	IO32	173 ■	63.3	82.6-	451	457
9	bal.	18.0	—-	IO74	IO34	0.14	.71.3	455	- --.-
10	bal.	......		1035	1012	Ό.72 . ;·	467.2	-—		—-
• 11			1041	1083	. .:	529.2
12	1022	120 ' :	. —- .
1083

(O OO O OO

to

CO

Ca) 4> O CD

Die Figuren 1a, 1b und 1c sind graphische Darstellungen der Thermoanalyse für die Proben 1,2 und 3· " Wie dargestellt, sind die Temperaturen (in ° C) auf der Ordinate aufgetragen, während die Z_veit (in Minuten) auf der Abszisse aufgetragen ist.

Die Thermoanalyse der Probe 1 (Cu-10 % Al) ist in Pig. 1a wiedergegeben« Beim Abkühlen der geschmolzenen Legierung beginnt die Verfestigung der Legierung bei 104-1⁰C, während die Legierung bei '1039⁰O vollständig verfestigt ist. Fig. 1a zeigt also, daß die Legierung durch rasches Aufheizen der Probe 1 bei 1039°C zu schmelzen beginnt und bei Erreichen einer Temperatur von 104-1⁰O vollständig geschmolzen ist. Der Bereich der Schmelztemperatur ist dementsprechend extrem eng.

Die Thermoanalyse der Probe 2 (Cu-12 % Al) ist in Fig 1b dargestellt. Fig. 1c zeigt eine Thermoanalyse für die Probe 3 (Cu-14 % Al).

Die Thermoanalyse der Proben 1 bis 11 zeigt, daß der Schmelztemperaturbereich sehr eng ist und weniger als 1O⁰G beträgt. Die Probe 12, welche aus reinem Kupfer besteht, schmilzt bei einer festen Temperatur von 1083°0. Der Bereich der Schmelztemperaturen der Proben 1 bis 6, welche Legierungen der erfindungsgemäßen Art betreffen ur.d 10 bis 14 Gew.-% Aluminium enthalten, beträgt weniger als 5⁰C.

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Der Oxydations-Gewichtsverlust der Proben 1 bis 6 beträgt 1,21 mg/cm oder weniger, wobei dieser Wert wesentlich kleiner ist als der Gewichtsverlust von reinem Kupfer (Probe 12), welcher 120 mg/cm beträgt. Die Kupfer-Aluminiumlegierüngen, die eine geringe Menge von Nickel, Mangan oder Eisen (Proben .4,. 5 und 6) enthalten, Haben eine besonders gute Oxydationsbeständigkeit.

Wenn die Härte der Legierung größer alsHv 400 ist; hat die Legierung schlechte ■Verarbeitungseigenschaften, ist brüchig und eignet sich daher praktisch nicht zur Verwendung als Sicherungselement. Die.Härte der Proben 1 bis 6 beträgt annähernd 350 Hv oder weniger, so daß jede dieser Legierungen zur Herstellung von Sicherungselementen geeignet iäb. -Auch werden die Legierungen der Beispiele 1 bis 6 auch dann nicht hart und brüchig, wenn die Legierungen nach Aufheizen auf 95O°C für eine Zeitdauer von 4 Stunden rasch abgekühlt werden. Wie in Fig. 2 gezeigt, zeigt die MikroStruktur der Probe 2 (Cu-I2 % Al) im gegossenen Zustand oine homogene Einphasenstruktur. Die Probe, die nach Aufheizen bei 95O⁰C gehärtet wurde, zeigt in ihrer Gesamtheit die in Fig. 2 gezeigte Struktur. Die Legierung hat also offenbar eine einzelphasige B-Struktur bei hoher Temperatur. Dieser Versuch zeigt auch, daß das Legierungsmaterial beim Aufheizen und Abkühlen , also während der Verwendung als Sicherungselement, nur wenig geändert wird.

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Aus den üntersuch-ungsergebnissen, die in der Tabelle dargestellt sind, scheint es zunächst, daß die Probe 9 (Cu-8 % 41) eine Schmelztemperatur von 3°C, eine Härte von weniger als Hv 100 und einen Oxydationsgewichtsverlust von 0,14 mg/cm hat. Wenn die Probe jedoch einem wiederholten Aufheiz- und Kühlprozeß- untere worfen wird, schält sich der Oxydfilm, der auf ihrer Oberfläche gebildet wird, leicht ab» Ein aus dieser Legierung bestehendes Sicherungselement würde also

keinen wiederholten Aufheiz- und Kühlvorgang äushäl-

ten, der auftritt, wenn das Sicherungselement in einer Hochtemperatursicherung oder einem Hochtemperaturschalter verwendet wird. Auch ist zu beachten, daß die Probe 10 (Cu-16 % Al) eine Härte von über Hv 400 hat. Die Legierung gemäß der Probe 10 ist also brüchig, zeigt
nicht die gewünschte Verarbeitbarkeit und eignet sich
nicht für die erfindungsgemäßen Zwecke.

Von den in der vorstehenden Tabelle zusammengefaßten Ergebnissen ergibt sich, daß der Schmelztemperaturbereich der Kupfer-Aluminiumlegierungen, welche 10 bis 14 % Aluminium enthalten (Proben 1 bis 6), sehr eng ist und 5°0 oder weniger beträgt. Diese Legierungen schmelzen annähernd bei einer festen Temperatur, in ähnlicher Weise wie reines Kupfer. Die Oxydationsbeständigkeit und damit die Korrosionsbeständigkeit der Legierungen gemäß den Proben 1 bis 6 ist gut,und sie zeigen eine hervorragende Verarbeitbarkeit, so daß Platten und Stäbe, die aus diesen Legierungen bestehen, leicht heißbearbeitet oder warmbearbeitet wer-

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den können. Außerdem zeigen diese Legierungen sehr geringe strukturelle Änderungen, wenn sie auf eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur der Legierung erhitzt werden. Da die Legierungen der Proben 1 bis 6 also beinahe bei festen Temperaturen schmelzen, eignen sich diese Legierungen insgesamt für Metall-Sicherungselemente. Außerdem zeigen die KupferIegierungen, welche 2 Gew.-% Nickel, 2 Gew.-% Mangan oder 2 % Eisen, zusätzlich zu den 10 bis 14 Gew.-% Aluminium^enthalten,eine besonders gute Oxydationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen.

Die erfindungsgemäße Legierung ist insbesondere zur Verwendung in einem Sicherungselement einer Thermosicherung oder eines Thermoschalters A geeignet, wie in Fig. 3 dargestellt. Die Thermosicherung weist ein rohrförmiges Gehäuse 1, ein Sicherungselement 2 und eine Welle 3 auf. Das Gehäuse 1 und die Welle 3 bestehen aus elektrisch leitfähigem Material und bilden zwei Anschlüsse, die durch das Sicherungselement 2 miteinander verbunden sind. Wie dargestellt, weist das Gehäuse 1 eine Bohrung 9 mit Außengewinde auf, wobei das Außengewinde zum Aufschrauben des Sicherungselementes 2 dient. Die Welle 3 ist in eine Gewindeöffnung des Sicherungselementes 2 eingeschraubt und liegt in der Bohrung 9 des Gehäuses 1.Um das Gehäuse 1 von der Welle 3 zu isolieren, liegt ein Isolator 4 in einem erweiterten Abschnitt 9a der Bohrung 9 des Gehäuses 1 und wird gegenüber den Innenschultern, die durch den Anschnitt 9a gebildet sind, durch Ringfutter 5a und 5b auf Abstand gehalten. Die Welle

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3 weist einen scheibenartigen Vorsprung 3I auf, der an einem Ende der Welle angeordnet ist. Der Vorsprung 3I dient als Anschlag für eine Druckfeder 6, welche zwischen der Scheibe 31 und einer Fläche des. Isolators 4 liegt. Wenn das Sicherungselement 2, welches aus einer erfindungsgemäßen Kupferlegierung besteht, also bei einer festen Temperatur schmilzt, drückt die Feder 6 die Welle 3 mit dem Sicherungselement 2 außer Eingriff und hebt den elektrischen Kontakt auf, wodurch die elektrische Verbindung zwischen dem Gehäuse 1 und der Welle 3 unterbrochen wird.

Die Sicherung wird in die Wandung einer Vorrichtung eingesetzt, innerhalb welcher die Temperatur gemessen werden soll. Wie gezeigt, weist das Gehäuse 1 ein Außengewinde 1a auf, welches in die Gewindezüge einer mit Gewinde versehenen öffnung im Gehäuse eingeschraubt ist. Das am Ende angeordnete Sieherungselement 2 befindet sich in der Atmosphäre, deren Temperatur überwacht werden soll.

Um das Schmelzen des Sicherungselementes 2 und die Unterbrechung des elektrischen Schaltkreises nachzuweisen, wird die Sicherung in einen Nachweiskreis geschaltet, wie er in Fig. 4 gezeigt ist. Die Sicherung A ist schematisch als Kasten A gezeigt, wobei einer der beiden Anschlüsse durch das Gehäuse 1 gebildet ist und die Welle 3 geerdet ist. Der andere Anschluß, vorzugsweise die Welle 3, ist mit einer Spule 12 und einer elektrischen Energiequelle, beispielsweise einer Batterie I3» in Reihe geschaltet, wobei die Batterie

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wiederum geerdet ist. Die Batterie I3 ist weiterhin über einen Schalter 11 mit "beweglichem Kontakt mit einem Anzeigegerät verbinden, "beispielsweise mit einer Lampe 14, die wiederum geerdet i.st.

Wenn der durch die Welle 3 gebildete Anschluß.elek- ■ ■·- trisch mit dem Gehäuse 1 über das Sicherungselement 2 in Verbindung steht, erzeugt der Stromfluß durch die Spule 12 ein Magnetfeld, welches auf einen Anker des bevreglichen Kontaktes derart einwirkt, daß der Schalter 11 in seiner geöffneten Stellung gehalten wird. Wenn die Temperatur den festen Wert erreicht, "bei dem das Sicherungselement 2/schmilzt, werden die elektrischen Verbindungen zwischen den Anschlüssen der Sicherung A unterbrochen, so daß die Spule 12 nicht mehr mit elektrischer Energie "beaufschlagt ist. Hierdurch können die Kontakte 11 sich schließen, so daß das Anzeigegerät mit Energie beaufschlagt wird, wodurch beispielsweise die Lampe 14 aufleuchtet. Me elektrische Schaltungsanordnung läßt lediglich annähernd 200 mA durch das Sicherungselement 2 fließen, so daß der Strom hinreichend klein ist, um zu verhindern, daß infolge des elektrischen Widerstandes des Sicherungselementes irgendwelche Wärme entsteht.

Unter Verwendung der erfindungsgemäßen Legierung für das Sicherungselement 2 wurden Versuche durchgeführt. Bei diesen Versuchen wurden drei verschiedene Legierungen verwendet. Die Legierung (A) war eine Kupferlegierung mit 10 % Aluminium, welche dem Beispiel oder der Probe 1 in der vorstehend beschriebenen Tabelle entspricht. Die Legierung (B) war eine Kupferlegierung

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mit 12 % Aluminium, welche Probe 2 entspricht. "Die Legierung (C) war eine Kupferlegierung mit 12 % Aluminium und 2 % Eisen, welche der Probe 6 in der vorstehenden Tabelle entspricht. Die Versuche wurden mit fünf Proben jeder der drei Legierungen ausgeführt. Durch Messen der Temperatur der Legierung mittels eines Alumel-Chromel-Thermoelementes zum Zeitpunkt des Aufleuchtens der Lampe ergaben sich die nachfolgenden Resultate. Bei der Legierung (A.) wurde· die Lampe angeschaltet, wenn die Temperatur— -■ sich im Bereich von 1040 bis 1041⁰G befand. Bei der Legierung (B) schaltete sich die Lampe an, wenn die Temperatur im Bereich zwischen 1063 u&d 1064° C lagt. Bei der Legierung (C) schaltete sich die Lampe bei einer Temperatur im Bereich von 1048 bis IO5I ⁰C ein. Wenn also die Atmosphäre der Vorrichtung sich zu überhitzen droht, sobald die Temperatur eine vorgegebenen 'Temperatur überschreitet, liefert eine Sicherung, bei welcher eine der vorstehend genannten Legierungen verwendet wird, ein Warnsignal, sobald die Temperatur die kritische Temperatur annähert, so daß eine Korrektur möglich ist, welche das Ziel hat, einen weiteren Temperaturanstieg zu verhindern.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel der Sicherung drückt die Feder 6, wenn das Element 2 schmilzt, die Welle 3 nach oben, wodurch die elektrische Verbindung zwischen dem Gehäuse 1 und der Welle 3 unterbrochen wird. Die Struktur der Sicherung kann jedoch derart modifiziert werden, daß die Welledurch die Feder nach oben oder unten gedrückt wird,

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um so die elektrische Verbindung zu unterbrechen. Eine modifizierte Thermosieherung ist in Fig. 5 gezeigt, wobei die dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel entsprechenden gleichen Teile mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Beim Sicherungsgerät nach Fig. 5 spannt eine Feder 6 die Welle 3 auf das Sicherungselement 2. Wenn das Sicherungselement 2 auf seinen Schmelzpunkt erhitzt wird, bricht die Welle 3» die nach unten auf das Element 2 drückt, das Element, wodurch die elektrische Verbindung zwischen dem Gehäuse 1 und der Welle 3 unterbrochen wird.

In Fig. 6 ist ein anderes Ausführungsbeispiel einer Thermosicherung gezeigt, bei der ein Sicherungselement 2 aus einer Legierung der erfindungsgemäßen Art Verwendung findet. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist das Gehäuse 1 einen Vorsprung 1b auf, wobei die Welle 3 fest in dem Isolator 4 angebracht ist, der wie bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen wiederum im Gehäuse 1 gelagert ist. Das Führungselement 2 verbindet die Welle 3 elektrisch über den Vorsprung 1b mit dem Gehäuse 1. Das Sicherungselement 2, welches der einzige Teil des Sicherungsgerätes ist, welches in die Atmosphäre, deren Temperatur überwacht werden soll, vorsteht, ist sehr dünn ausgeführt, so daß seine Wärmekapazität klein ist. Die Ansprechzeit ist dementsprechend extrem kurz, so daß das Element 2 rasch schmilzt und den Kontakt zwischen der Welle 3 und dem Gehäuse 1 unterbricht. Bei diesem Gerät erfolgt das Unterbrechen der Ver-

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bindung, ohne daß irgendeine Federkraft nötig wäre, wie dies bei den vorstellend beschriebenen Ausführungsbeispielen der Fall war. ■

Ein viertes Ausführungsbeispiel eines Sicherungsgerätes ist in Fig. 7 gezeigt. Bei diesem Äusführüngsbeispiel findet ein kreisringförmiges Sicherungselement 2 Verwendung, beispielsweise ein zylindrischer Ring, der in ein Rohr 7 eingeführt ist, dessen Innendurchmesser im wesentlichen gleich dem Außendurchmesser des Sicherungselementes 2 ist und welches sich mit einer Bodenplatte ¹Ja. des Rohres 7 in Kontakt befindet. Das Rohr 7 liegt koaxial in einem Durchlaß 9b des Gehäuses 1. Die Welle 3 ist im Gehäuse durch einen Isolator 4-a abgestützt, das Rohr 7 hingegen durch einen Isolator 4b, wobei zwischen die Welle 3 und der Innenwandung des Rohres 7 ein Isolationspulver 8 gepackt ist. Wie dargestellt, liegt das ringförmige Sicherungselement 2 mit Abstand zum Ende der Welle 3, so daß kein elektrischer Kontakt besteht. Wenn beim Betrieb des Anzeigegerätes die Legierung, welche das Sicherungselement 2 bildet, auf ihren Schmelzpunkt erhitzt wird, schmilzt das Element 2 und schafft so eine elektrische Verbindung zwischen der Welle 3 und dem Rohr 7, welches elektrisch mit dem Gehäuse 1 in Verbindung steht. Das Ausführungsbeispiel der Sicherung, welches in Fig. 7 gezeigt ist, läßt sich in Reihe mit einer Lampe verwenden, ohne daß die elektromagnetische Spule und die elektromagnetisch betätigbaren, beweglichen Eontakte 11 des

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stehend "beschriebenen Schaltdiagramms von Fig. 4 erforderlich wären.

Die Thermosicherung oder der Thermoschalter lassen sich praktisch beispielsweise in einer Sicherheitseinrichtung für einen Vielfachreaktor oder Mehrfachreaktor verwenden, bei dem die Abgase, die aus den Abgasventilen einer Brennkraftmaschine austreten, gesammelt werden, woraufhin sekundäres Gas zu dem Abgas zugesetzt wird, wodurch die nicht verbrannten Elemente im Abgas verbrannt werden können. Der Vielfach- oder Ventilreaktor erreicht eine hohe Temperatur von mehr als 1000 C, wenn er lange Zeit betrieben wird. Da die Atmosphäre oxydierende Eigenschaften hat, oxydieren die Innenflächen der Wandungen des Behälters, die aus Stahlplatten bestehen und sich mit den Gasen in Kontakt befinden, wenn die Temperatur 1100° C überschreitet. Dadurch, daß eine Überwachungseinrichtung mit einer Thermosicherung vorgesehen ist, bei der ein Sicherungselement in der Kammer des Ventilreaktors liegt, läßt sich mittels der Thermosicherung nachweisen, sobald die Temperatur der Gase die kritische Temperatur annähert. Wenn die Maschine gestoppt wird oder die Geschwindigkeit des Fahrzeuges zum Zeitpunkt des Auftretens und Nachweises der kritischen Temperatur abgesenkt wird, läßt sich eine Beschädigung im Vielfach- oder Ventilreaktor, welche durch eine abnorm hohe Temperatur entstehen könnte, vermeiden.

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Claims (9)

Ansprüche

1. Legierung zur Verwendung bei einem Sicherungselemeot zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen zwei elektrischen Anschlüssen, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung bei erhöhten Temperaturen eine hohe Korrosionsfestigkeit aufweist, bei einer festen Temperatur im Bereich zwischen 1000 und 1100° C ihren Schmelzpunkt besitzt und aus 10 bis 14 % Aluminium, Rest Kupfer, besteht.

2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung neben den 10 bis 14 % Aluminium 0 - 2,5 % eines zweiten Bestandteiles, Rest Kupfer aufweist, wobei der zweite Bestandteil aus wenigstens einem Metall aus der Gruppe Eisen, Nickel und Mangan besteht.

3· Sicherungselement mit zwei mit Abstand angeordneten elektrischen, voneinander isolierten Anschlüssen, zwischen denen durch ein Metall-Sicherungselement, welches nahe dem Anschlußpaar angeordnet ist, eine elektrische Verbindung hergestellt ist, dadurch ge-

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-JE -

kennzeichnet, daß das Metall-Sicherungse±ement aus einer Legierung gemäß Anspruch. 1 oder 2 "besteht.

4. Sicherung nach Anspruch 3 in Verbindung mit Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der .zweite Bestandteil aus 2 % Eisen besteht.

5. Sicherungselement nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Bestandteil aus 2 % Mangan besteht.

b* Sicherungselement nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Bestandteil aus 2 % Nikkel besteht.

7. Verfahren zur Anzeige eines Hochtemperaturzustandes, mit einer elektrischen Schaltungsanordnung, die eine elektrische Stromquelle, ein Anzeigegerät und eine Sicherung aufweist, die ein bei einer festen Temperatur schmelzendes und die Energiebeaufschlagung des Anzeigegerätes verursachendes Sicherungselement aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Sieherungselement aus einer Legierung nach Anspruch 1 oder 2 besteht.

8. Verfahren nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferlegierung O % des zweiten Bestandteiles aufweist.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Bestandteil ein einziges Metall aus der Gruppe Nickel, Mangan und Eisen ist.

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