DE2348771A1 - Schmelzleiter fuer elektrische sicherungen - Google Patents

Description

DEUTSCIIE GOLD- UND SILBEIt-SCHEIDEANSTALT VORMALS ROESSLE3 Frankfurt/Main, Weißfrauenstrasse 9

Schmelzleiter für elektrische Sicherungen.

Die Erfindung betrifft neuartige Schmelzleiter für elektrische Sicherungen mit mehreren, senkrecht zur Stromrichtung angeordneten Abschnitten aus verschiedenartigen Werkstoffen.

Sicherungen schützen Leitungen, Anlagen und Geräte vor Kurzschluss- und überströmen. Bei Kurzschlüssen sollen die Sicherungen möglichst kurzzeitig, bei überströmen je nach Höhe des Stromes nach einer bestimmten Stromflussdauer durch Abschmelzen des in Sand eingebetteten Schmelzleiters ausschalten.

Das rasche Abschmelzen bei den sogenannten flinken und superflinken Sicherungen wird u.a. durch eine entsprechende konstruktive Gestaltung des Schmelzleiters sowie durch den Werkstoff für den Schmelzleiter bestimmt. Konstruktive Gestaltung und Werkstoff-

auswahl sind auch beim tragen Abschmelzen im überStrombereich massgebend. nier wird zusätzlich zur Unterstützung des "Träg-Effektes" die Legierungsbildung zwischen einem Metall mit relativ hohem und einem Metali oder einer Metall-Legierung mit relativ niedrigem Schmelzpunkt ausgenutzt.

Beispielsweise kann das Metall mit dem relativ hohen Schmelzpunkt, das gleichzeitig eine gute elektrische Leitfähigkeit haben muss, damit die in der Sicherung entstehenden Strom-Wärme-Verluste niedrig bleiben, aus Kupfer, Silber, versilbertem Kupfer oder einer Silber-Kupfer-Legierung bestehen. An der Abschmelzstelle oder in der Nähe dieser Stelle wird dieses Metall mit einer Schicht aus dem zweiten .Werkstoff, dessen Schmelzpunkt mit ca:

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200 bis 300°C relativ niedrig liegt, belegt. Dieser Werkstoff kann aus Zinn, einer Zinn-Blei-, einer Zinn-Zink- oder einer sonstigen niedrigschmelzenden Legierung bestehen.

Wird der Schmelzleiter aus einer derartigen Werkstoffkombination mit einem Überstrom belastet, so nimmt er aufgrund seiner konstruktiven Gestaltung eine Temperatur an, bei der der Werkstoff mit dem relativ niedrigen Schmelzpunkt schmilzt. Die sich ergebende Schmelze geht an ihrer Berührungsfläche mit dem höhersehmelzenden Werkstoff eine Legierung ein, deren elektrische Leitfähigkeit sehr niedrig ist und die in Abhängigkeit von der Lauer des Überstromes und seiner Höhe immer tiefer in das Material mit dem höheren Siedepunkt eindringt, das dadurch in seinem stroin- * tragenden Querschnitt geschwächt wird. Bei konstant bleibendem Überstrom wird die Stromdichte und damit die Temperatur im stromtragenden Querschnitt immer höher, bis es zum Abschmelzen kommt.

Nachteil dieses aus zwei Werkstoffen bestehenden Schmelzleiters ist, dass in ihm sowohl bei Nenn- wie auch bei Überströmen sehr höhe Wärme-Verluste entstehen, die nach aussen abgeleitet werden müssen. Ein weiterer Nachteil ist, dass derart aufgebaute träge Sicherungen auch bei Kurzschlußströmen relativ langsam ansprechen und somit für eins Ileihe von Gcrätan, beispielsweise Geräten mit elektronischen Bauelementen, keinen hinreichenden Schutz bieten.

Das Ziel heutiger Entwicklungsarbeiten ist es, die Verlustleistung einer Sicherung von zur Zeit maximal 12 Watt auf 1-2 Watt zu senken. Weiterhin soll die Strom-Zeit-Kennlinie einer zukünftigen Sicherung so ausgelegt sein, dass im hohen Strombereich (Kurzschluss) flink bzw. superflink und im Überlastbereich (z.B. 2-fächer Nennstrom) trag abgeschaltet wird. Beide Charakteristiken lassen sieb in einer Sicherung bisheriger Bauart nicht gemeinsam verwirklichen.

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Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung,Schmelzleiter für elektrische Sicherungen zu konstruieren, die die obigen Bedingungen optimal erfüllen, insbesondere geringe Wärmeverluste und eine besondere Träg-Flink-Charakteristik besitzen.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass man Schmelzleiter herstellt, bei denen senkrecht zur Stromrichtung mindestens drei Abschnitte( 1,3 und 5) aus einem Werkstoff mit relativ hohem Schmelzpunkt und guter elektrischer und thermischer Leitfähigkeit jeweils durch einen Abschnitt (2 und k) aus eineja Werkstoff mit relativ hohem Schmelzpunkt und niedriger thermischer Leitfähigkeit voneinander getrennt sind, und der mittlere Abschnitt (l)eine Auflage (6) aus einem,Werkstoff mit relativ niedrigem Schmelzpunkt trägt.

Abbildung I zeigt einen erfindungsgemässen Schmelzleiter scheraatisch im Längsschnitt, Abbildung II eine bevorzugte Ausführungsform schematisch .im Querschnitt.

Beim Schmelzleiter bzw. Schmelzleiterband nach Abbildung I bestehen die Streifen 1, 3 und 5 aus einem Werkstoff mit relativ hohem Schmelzpunkt und guter elektrischer und thermischer Leitfähigkeit, beispielsweise Feinsilber, die Streifen .2 und k aus einem Werkstoff mit relativ hohem Schmelzpunkt und niedriger thermischer Leitfähigkeit, wie z.B. Nickel. Die Auflage 6 besteht aus einem Werkstoff mit relativ niedrigem Schmelzpunkt, wie z.B. Zinn.

Bei dem erfindungsgemässen Schmelzleiter können natürlich auch mehr als drei Abschnitte aus einem Material mit relativ hohem Schmelzpunkt und guter elektrischer Leitfähigkeit jeweils durch einen Abschnitt aus einem Material mit relativ hohem Schmelzpunkt und niedriger thermischer Leitfähigkeit voneinander getrennt sein.

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Vorteilhafterweise besitzt der erfindungsgemässe Schmelzleiter auf dem Mittelstreifen (1) und/oder den Randstreifen (3 und 5) mehrere Querschnittsschwächungen in Form von Ausstanzungen (7), deren Form und Zahl auf dem mittleren Streifen (1) beliebig sein kau (Abbildung II). Durch den Widerstand der verbleibenden Engstellen wird die Wärme erzeugt, die im überstrombereich den Werkstoff der Auflage (6) zum Schmelzen bringt. Die Streifen (2 und *±) sorgen aufgrund ihrer schlechten thermischen Leitfähigkeit dafür, dass die nach aussen abfliessende Wärme klein und damit die Verlustleistung der Sicherung gering bleibt. Die Temperatur des Mittelstreifens (1) und der Auflage (6) wird durch die Dimensionierung der Streifen (2 und 4) eingestellt, wobei sich ein ausgeprägter "Träg-Effekt" in der Strom-Zeit-Kennlinie der Sicherung erreichen lässt.

In die Randstreifen (3 und 5) lassen sich ebenfalls Löcher (8) in beliebiger Form und Zahl einstanzen, wodurch Engesteilen entstehen, die der Sicherung ein ilinKes bzw. superflinkes Ausschaltverhalten geben. Der Mittelstreifen (1) und die Randstreifen (3-und 5) sind durch die Streifen (2 und h) thermisch weitgehend voneinander getrennt, so dass sich die Ansprechtemperaturen der verschiedenen Teile des Schmelzleiters nahezu unabhängig voneinander einstellen können. Damit ist es möglich, eine Sicherung mit einem ".Träg-Flink-Effekt" zu bauen, die sehr verlustarm arbeitet.

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Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE

   Schmelzleiter für elektrische Sicherungen mit geringen Wärineverlusten und einer Flink-Träg-Charakteristik, dadurch gekeimzeichnet, dass senkrecht zur Stromrichtung mindestens drei Abschnitte (1, 3 und 5) aus einem Werkstoff mit relativ hohem Schmelzpunkt und guter elektrischer und thermischer Leitfähigkeit jeweils durch Abschnitte (2 und 4) aus einem Werkstoff mit relativ .hohem Schmelzpunkt und niedriger thermischer Leitfähigkeit voneinander getrennt sind, und der mittlere Abschnitt eine Auflage (6) aus einem Werkstoff mit relativ niedrigem Schmelzpunkt trägt.
2. 2. Schmelzleiter nach Anspruch 1, dadurch geicennzeidmet, dass die Abschnitte (1, 3 und 5) mit guter thermischer Leitfähigkeit aus Silber, die Abschnitte (2 und h) mit niedriger thermischer Leitfähigkeit aus Nickel und die Auflage (6) aus einer Zinnlegierung besteht.
3. 3. Schmelzleiter nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelstreifen (1) und/oder die ilandstrcifeii (3 und 5) mehrere Querschnittsschwächungeii in Form von Ausstauzuugen (7-^und 8) aufweisen.'

   Frankf ur t/i-la in, 5.9.1973
   Dr.Br.-3i

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   BAD ORIGINAL

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