DE2605179C2 - Schmelzleiter für eine elektrische Sicherung in Form eines Metallbandes - Google Patents
Schmelzleiter für eine elektrische Sicherung in Form eines MetallbandesInfo
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- H01H85/04—Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges
- H01H85/05—Component parts thereof
- H01H85/055—Fusible members
- H01H85/08—Fusible members characterised by the shape or form of the fusible member
- H01H85/10—Fusible members characterised by the shape or form of the fusible member with constriction for localised fusing
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Schmelzleiter für eine elektrische Sicherung der im Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 beschriebenen, aus der GB-PS 17 625(1923),insbesondere Fig. 5,6bekannten Art.
Die Überbrückung des verjüngten Teils des Metallbandes hat bei dem bekannten Schmelzleiter den Sinn,
einerseits durch nicht überbrückte Teile des Metallbandes den Schmelzleiter bei Kurzschlüssen schnell und bei
Schmelzleiter ein Aufreißen des Nebenschlusses nicht immer sichergestellt, weil selbst das geschmolzene
Metall des Nebenschlußleiters noch den verjüngten Teil des Metallbandes überbrücken kann, so daß der
Schmelzleiter verspätet oder unter sehr ungünstigen Umständen überhaupt nicht anspricht, obwohl der
Nebenschlußleiter bestimmungsgemäß bereits geschmolzen ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den ίο Schmelzleiter so auszubilden, daß er auch bei Einbettung
in Sand oder Pulver, um ihn vor äußeren Temperatureinflüssen zu schützen, sicher und unverzögert
anspricht.
Diese Aufgabe wird mit den gekennzeichneten Mitteln des Anspruchs 1 gelöst.
Da bei dem erfindungsgemäßen Schmelzleiter bei Erreichen des Schmelzpunktes der Nebenschlußleiter
einerseits mit Sicherheit vom Metallband abhebt und andererseits nicht zerstört wird, so daß das geschmolzene
Metall den verjüngten Teil überbrücken könnte, ist sichergestellt, daß die überbrückte Strecke auch bei
Einbettung in Sand und dergleichen ansprechen kann. Dabei läßt sich der erfindungsgemäße Nebenschlußleiter
leichter herstellen und am Metallband anbringen als der aus der GB-PS 2 17 625 bekannte.
Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Schmelzleiters sind Gegenstand
der Patentansprüche 2 und 3.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
In F i g. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Schmelzleiters 1 gezeigt. Den genauen Wert des Nennstroms
bestimmen die Maße von Verjüngungen 2 und 3. Eine Verjüngung 4 führt zu einem Querschnitt, der kleiner ist
als der Querschnitt der Verjüngungen 2 und 3, so daß an dieser Stelle das Abschmelzen auch bei Strömen unter
dem Nennwert kurzzeitig erfolgt.
Dieser kleine Querschnitt wird durch einen Nebenschlußleiter 5 überbrückt (s. F i g. 2). Dieser besteht aus
über längere Zeit fließenden Überströmen erst nach 4o gut leitendem Metall und ist am breiten Teil mit einer
einer gewissen Zeitverzögerung ansprechen zu lassen. Einprägung 6 versehen, z. B. in einer Tiefdruckpresse.
Vom Rand der Einprägung 6 an hat der Nebenschlußleiter 5 die Form eines Bogens 7, dem ein gerader Teil 9
Hierzu hat der vom Nebenschlußleiter überbrückte verjüngte Teil des Metallbandes einen kleineren
Querschnitt als die nicht überbrückten verjüngten Teile folgt.
des Metallbandes. Der Nebenschlußleiter besteht bei 45 F j g. 3 zejgt, in welcher Weise der Nebenschlußleiter
dem bekannten Schmelzleiter aus einem linsenförmigen, 5 mit dem Schmelzleiter 1 verbunden wird. Der Bogen 7
mit inertem Gas gefüllten Körper aus einem Metall, ~" '
dessen Schmelzpunkt niedriger liegt als der des Metallbandes.
des Nebenschlußleiters 5 überbrückt die Verjüngung 4 und ist am Rand 8 der Einprägung 6 und am geraden Teil
. 9 des Nebenschlußleiters 5 am Schmelzleiter 1
Bei einem aus der US-PS 26 67 551 bekannten 50 angelötet. Es wird ein Lötmaterial mit entsprechendem
gattungsähnlichen Schmelzleiter ist der metallische Schmelzpunkt benutzt. Die Abmessungen des Randes 8
Nebenschlußleiter als Feder ausgebildet, deren eines und der geraden Strecke 9 des Nebenschlußleiters 5 sind
Ende mittels Lot mit einem verhältnismäßig niedrigen so gewählt, daß - unter Beachtung der Diffusionseigen-Schmelzpunkt
an das Metallband angelötet ist, so daß schäften des Lötstoffes - der Übergangswiderstand
der Nebenschlußleiter beim Ansprechen des Schmelz- 55 der gelöteten Flächen wesentlich niedriger ist als der
leiters vom Metallband abhebt und der zuvor über- Widerstand des Bogens 7 des Nebenschlußleiters 5.
brückte Teil des Metallbandes durchschmelzen kann. Bevor der Nebenschlußleiter 5 am Schmelzleiter 1
brückte Teil des Metallbandes durchschmelzen kann. Bevor der Nebenschlußleiter 5 am Schmelzleiter 1
Bei dem aus der GB-PS 2 17 625 bekannten befestigt wird, wird in der Einprägung 6 der in flüssigem
Schmelzleiter dient das im Nebenschlußleiter enthalte- oder festem Zustand befindliche Starter-Stoff 10 (z. B.
ne inerte Gas dazu, d,e dasselbe umgebende, bei 6o Jod oder Zink + Schwefel) untergebracht. Der Starterlängerem
Anstehen von Überströmen erweichende Stoff geht bei einer vorbestimmten Temperatur - und
Metall zu sprengen und - bei pulver- oder sandgefüll- zwar innerhalb eines sehr engen Temperaturbereichs ten
Sicherungen einen Hohlraum zum Aufnahme des vom festen oder flüssigen Zustand in den Dampfzustand
schmelzenden Metalls bereitzustellen. Eine solche oder den Gaszustand über und erzeugt infolge der so
Verwendung würde sich bei dem aus der US-PS 65 entstehenden beträchtlichen Raumerweiterung in der
26 67 551 bekannten Schmelzleiter deshalb verbieten, Einprägung 6 einen großen Druck,
weil die Feder nicht mehr beweglich wäre. Trotzdem ist Das zur Verbindung von Schmelzleiter t und
weil die Feder nicht mehr beweglich wäre. Trotzdem ist Das zur Verbindung von Schmelzleiter t und
aber auch bei dem aus der US-PS 26 67 551 bekannten Nebenschlußleiter 5 benutzte Lötmaterial muß so
gewählt werden, daß sein Schmelzpunkt höher liegt als die Temperatur, bei der der Starter-Stoff 10 verdampft
bzw. den Gaszustand annimmt. Unter Beachtung der Festigkeitseigenschaften der Randfläche der Einprägung
6 und des Lötmaterials kann gewähr'eistet werden, daß bei der plötzlichen Druckveränderung, die vom
Starter-Stoff 10 verursacht wird, weder der Schmelzleiter 1, noch der Nebenschlußleiter 5 Formveränderungen
erleidet, sondern sich statt dessen der Nebenschlußleiter 5 vom Schmelzleiter 1 ablöst.
Die Abmessungen des Nebenschlußleit.ers 5, insbesondere beim Bogen 7, werden durch die Anforderung
bestimmt, daß bis zum 1,2- bis l,3fachen Wert des Nennstroms die Temperatur, die den Starter-Stoff 10
umgibt, niedriger ist, als diejenige, bei der die Zustandsveränderung des Starter-Stoffes erfolgt.
In Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Betriebstemperatur bei Nennstrom und der Temperatur,
bei der sich der Aggregatzustand des Starter-Stoffes verändert, kann das Verhältnis (der Quotient) vom
kleinsten Schmelzstrom und Nennstrom in einem weiten Bereich verändert werden.
In F i g. 4 ist die Zeit-Strom-Kennlinie für Schmelzleiter gemäß F i g. 1 bis 3 dargestellt. Die Kurve 11 bezieht
sich auf den Verlauf im Querschnitt der Verjüngung 4 des Schmelzleiters 1, wie er in Fi" 1 gezeigt ist. Die
Kurve 12 hingegen zeigt den Vorlauf in den Querschnitten der Verjüngungen 2 und 3. Letzteres
Verhalten entspricht dem der konventionellen, für Nennstrom /„ ausgelegten, z. B. schnellen Sicherungen.
Kurve 13 zeigt die Gesamtzeit, die - in Abhängigkeit vom Laststrom — notwendig ist, um sowohi die
Veränderung des Aggregatzustands des Starter-Stoffes als auch die darauffolgende Ablösung des Nebenschlußleiters
5 zu vollenden. Aus der Abbildung ist ersichtlich, daß die Schmelzzeit für das Zweifache des Nennstroms
bei konventionellen schnellen Sicherungen in der Größenordnung 100 s beträgt. Bei derselben Strombelastung
ist die Be'.ätigungszeit des Starter-Stoffes kleiner als 1 s. und diese Zeit wird nur unwesentlich erhöht
durch die Schmelzzeit gemäß Kurve 11, innerhalb welcher die Verjüngung — nach Ablösung des
Nebenschlußleiters 5 — durchschmilzt.
Die resultierende Zeit-Strom Kennlinie des mit einem Nebenschlußleiter 5 kombinierten Schmelzleiters
1 schmiegt sich — annähernd — an die Kennlinie des Starter-Stoffes an, und zwar solange, bis die kritische
Strombelastung h gemäß Punkt 14 (F i g. 4) erreicht ist. Überschreitet :ier Laststrom den kritischen Wert /*,
dann wird diese Kennlinie der Kurve 12 gleich, denn dann beträgt die Schmelzzeit in den Verjüngungen 2
und 3 weniger als die für die Funktion des Starler-Stoffes notwendige Zeit.
Bei gewissen Verteilungen der Bogenspannung kann es notwendig sein, zwei oder mehr Verjüngungen durch
einen Nebenschlußleiter zu überbrücken.
Der Starter-Stoff kann auch aus zwei oder mehr Komponenten bestehen.
Fig. 5 zeigt das Schmelzverhalten eines Schmelzleiters,
bei dem der Starter-Stoff beispielsweise aus zwei Komponenten besteht Eine Komponente ist bei
normalen Betriebsströmen (also der Betriebstemperatur des Schmelzleiters) im festen Zustand. Die Differenz
ίο zwischen dem Schmelzpunkt diese" Komponente und
der normalen Betriebstemperatur und auch die Menge dieser Komponente ist so gewählt, daß zur Erwärmung
und zur völligen Einschmelzung dieser Komponente eine Wärmemenge notwendig ist, welche bei A-fachem
(k = 1, 2, 3,...) Nennstrom In nach der vorgeschriebenen,
erwünschten Verzögerungszeit angesammelt wird. Wenn die Temperatur dieser Komponente den
Schmelzpunkt erreicht hat, verändert sie sich solange nicht, bis die Gesamtmenge dieser Komponente
geschmolzen ist. In diesem Temperatur(bzw. Strom-)bereich hat der in Kurve 16 der Fig. 5 gezeigte
Schmelzverlauf einen trägen Charakter.
Die andere Komponente des Zweikomponenten-Starter-Stoffes ist so gewählt, daß der Siedepunkt oder
Zündwärmepunkt etwas höher als der Schmelzpunkt der ersten Komponente, die Verdampfungswärme aber
möglichst klein ist. Nachdem die erste Komponente geschmolzen ist, erhöht sich wieder die Temperatur des
Starter-Stoffes; wenn sie den Siedepunkt oder den
<o Zündwärmepunkt der zweiten Komponente erreicht,
wird diese Komponente schnell verdunsten oder entflammen und der Nebenschlußleiter löst sich vom
Schmelzleiter ab. In diesem Temperatur(bzw. Strom-)bereich hat der Schmelzverlauf der Sicherung gemäß
Kurve 16 einen schnellen Charakter.
Kurve 15 in Fig. 5 zeigt den Schmelzverlauf des
Schmelzleiters ohne Nebenschlußleiter.
Die Kennlinie 16 schmiegt sich ideal an die Kennlinie der Unterbrecher an, darum können diese Sicherungen
optimal an Unterbrecher angepaßt werden.
Fig.6 zeigt das Joule-Integral in Abhängigkeit vom
unbeeinflußten Kurzschlußstrom für einen Leitungs-Schutzschalter mit 1500 A Schaltvermögen (Kurve 17);
für eine konventionelle träge-schnelle Sicherung mit 50 A Nennwert (Kurve 18), für einen 50-A-Schmelzleiter,
der mit einem Zweikomponenten-Starter-Stoff versehen ist (Kurve 19) und einen 160-A-Schmelzleiter,
der gleichfalls mit einem Zweikomponenten-Starter-Stoff versehen ist. Aus der Abbildung ist ersichtlich, daß
die Belastung des Netzes ein Mehrfaches der z. Zt. üblichen Belastung betragen kann, wenn mit dem
Leitungs-Schutzschalter eine Sicherung koordiniert ist, die mit einem Schmelzleiter mit Zweikomponenten-Starter-Stoff
bestückt ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnuncen
Claims (3)
1. Schmelzleiter für eine elektrische Sicherung in Form eines Metallbandes, dessen Querschnitt längs
einer oder mehrerer Strecken verjüngt ist, wobei mindestens ein verjüngter Teil des Metallbandes
durch einen metallischen Nebenschlußleiter überbrückt ist, der eine bei seinem Schmelzvorgang unter
Gasdruck stehende Kammer aufweist, dadurch
gekennzeichnet, daß der Nebenschlußleiter (5) an einem Ende eine Einprägung (6) aufweist, die
beim Verbinden, z. B. Verlöten, mit dem Schmelzleiter (1) die abgeschlossene Kammer bildet, und daß
das Innere der Kammer mit einem Starter-Stoff (10) gefüllt ist, dessen Siedepunkt niedriger liegt als der
Schmelzpunkt des sie abschließenden Bindemittels bzw. Lötmaterials.
2. Schmelzleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung der Kammer (6)
außerdem einen weiteren Stoff (z. B. Zink) enthält, dessen Schmelzpunkt niedriger liegt als der Siedepunkt
des Starter-Stoffes (10).
3. Schmelzleiter nach Anspruch 1 oder 2, mit mehreren verjüngten Strecken im Schmelzleiter,
dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Nebenschlußleiter (5) diejenige verjüngte Strecke überbrückt ist,
die dem Ende des Schmelzleiters (1) zunächst liegt.
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