DE2623402A1

DE2623402A1 - Strombegrenzende schmelzsicherung mit einem in einer endkappe angeordneten filter

Info

Publication number: DE2623402A1
Application number: DE19762623402
Authority: DE
Inventors: James Henry Ceder; Robert Edward Koch
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1975-10-09
Filing date: 1976-05-25
Publication date: 1977-04-14
Also published as: US3967228A; DK237276A; DD125364A5; NL7605862A; JPS5246464A; FR2327631A1

Description

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"3. 24. Mai 1976

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Palentanwalt

.6 Frankfurt/Main I
Kaiserstraße 41

3933-5D-5392

GENERAL ELECTRIC COMPANY

1 River Road
SCHENECTADY, N.Y./U.S.A.

Strombegrenzende Schmelzsicherung mit einem in einer Endkappe angeordneten Filter

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf elektrische strombegrenzende Schmelzsicherungen und insbesondere auf solche, die eine besondere lichtbogenlöschende Füllmasse enthalten, welche durch ein anorganisches feuerbeständiges -bzw.- hoch schmelz ende s Bindemittel zu einem selbsttragenden Gefüge gebunden ist.

Eine strombegrenzende Schmelzsicherung ist eine spezielle Sicherungstype, die einen großen Strom bei einer hohen Spannung in gesteuerter Weise unterbrechen kann, um das Auftreten zerstörender Hochspannungsübergänge bzw. -stoße zu vermeiden. Diese entstehen, wenn der Strom zu plötzlich unterbrochen wird. Eine der am meisten benutzten Arten von strombegrenzenden Schmelzsicherungen ist die mit einem besonderen porösen Material gefüllte sogenannte Patronensicherung. Bei einer solchen Sicherung ist ein leitendes schmelzbares Element oder Verbindungsglied in einer isolierenden Patrone oder einem Rohr zwischen zwei

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Änschlußendkappen eingeschlossen und von einem lichtbogenlöschenden Füllmaterial aus einem dicht gepackten besonderen Stoff, wie Quarzsand , umgeben. Wenn die schmelzbaren Elemente zum Schmelzen kommen, wirkt der sich ergebende Lichtbogen mit dem umgebenden Füllmaterial in einer solchen Weise zusammen, daß der Widerstand der Sicherung schnell aber allmählich bzw. fortschreitend bis zu dem Punkt steigt, an dem der Lichtbogen nicht mehr langer aufrechterhalten werden kann, wodurch der Kreis in einer gesteuerten Weise unterbrochen wird.

Bemühungen bezüglich einer Verbesserung der Leistungsfähigkeit solcher Sicherungen durch Steuerung des Zusammenwirkens des Lichtbogens mit dem Füllmaterial haben zu Schmelzsicherungen geführt, bei denen die Füllstoffpartikel durch ein anorganisches feuerbeständiges Bindemittel, wie kolloidales Siliziumdioxid bzw. Siliziumdioxid, miteinander verbunden wurden. Eine solche Sicherung wie auch die Art ihrer Herstellung ist detailliert beispielsweise im US-Patent 3 838 375 beschrieben. Gemäß der dortigen Beschreibung kann das Füllmaterial durch entsprechendes Mischen vor oder nach dem Einfüllen gebunden werden, wobei ein geeignetes anorganisches Bindemittel in ausreichender Menge zugefügt wird, um jedes einzelne Füllstoffpartikel im wesentlichen an seiner gesamten Oberfläche zu beschichten, ohne daß die Porosität des Gefüges bzw. der Matrix des Füllmittels innerhalb der Sicherung wesentlich vermindert vvird. Bei einer Massenfertigung von Schmelzsicherungen wird jede Sicherung über eine Einfüllöffnung in einer ersten Endkappe unter heftigem Schütteln bzw. Rütteln mit Sand gefüllt, so daß dieser dicht gepackt ist. Dann wird die Sicherung mit einer gesättigten Suspension von kolloidalem Siliziümdioxid (silica) in Wasser gefüllt. Anschließend wird überschüssige Suspension durch eine Abflußöffnung in einer zweiten Endkappe abgelassen. Ein Filter wird in die Abflußöffnung eingesetzt oder über der Ab-

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flußöffnung an der Außenseite der Endkappe gehalten, um den Füllstoff zurückzuhalten. Schließlich wird die Sicherung getrocknet, indem komprimierte trockene Luft durch ihr Inneres geleitet und die Sicherung erhitzt bzw. ausgebacken wird.

Ein mit dem vorliegenden Vorgehen bezüglich eines Bindens des Füllstoffs zusammenhängendes Problem besteht darin, daß dieser Vorgang häufig zu viel Zeit beansprucht, um die Kolloidsuspension in die Sicherung einzubringen. Zum Ablassen überschüssiger Lösung von der Sicherung 1o ist es erwünscht, daß sich die Abflußöffnung unten und die Einfüllöffnung oben befinden, so daß die Schwerkraft nicht der Bewegung der Suspension zur Abflußöffnung entgegenwirkt. Eine unten befindliche Abflußöffnung ist auch erwünscht, um zu verhindern, daß die Suspension bei einem Lösen der Sicherung von den Füll- und Abflußleitungen über das Rohrgehäuse und die Endkappen läuft. Andererseits würde der Suspensxonsfüllvorgang bei einer oben liegenden Abflußöffnung unterstützt werden, doch würde es einer unerwünschten Behinderung bezüglich der Herstellungsgeschwindigkeit gleichkommen, wenn die Sicherung beim Abflußschritt mit dem Filter nach unten und aber beim Einfüllschritt mit dem Filter nach oben weist. Deshalb ist es üblich, die Sicherung während des ganzen Herstellungsvorgangs so anzuordnen, daß sich der Filter unten befindet.

Wenn sich der Filter in der unteren Position befindet und die Suspension in die Einfüllöffnung eingebracht wird, gelangt ein Teil der Suspension unmittelbar bzw. direkt zum Filter, um diesen zu durchnässen, bevor der gesamte Sand in der Sicherung-von der Suspension berührt und benetzt worden ist. Der durchnäßte Filter blockiert das schnelle Durchtreten von Luft, was erforderlich ist, um die Sicherung 1o vollständig mit Suspension zu füllen. Da der Filter etwa denselben Durchmesser wie die relativ

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kleine Abflußöffnung 24 hat, kann deshalb ein vollständiges Füllen der Sicherung mit Suspension typischerweise etwa o,25 bis o,5 Stunden pro Sicherung erfordern und zuweilen sehr viel langer dauern.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine insbesondere bezüglich der beschriebenen Nachteile verbesserte Schmelzsicherung der genannten Art und ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung derselben zu schaffen.

Ausgangspunkt der vorliegenden Erfindung ist eine Schmelzsicherung mit einem Filteraufbau, der über der Abflußöffnung an der innenliegenden Unterfläche einer Endkappe angeordnet ist. Der Filteraufbau ist erfindungsgemäß dergestalt, daß er zwischen sich und der innenliegenden Kappenoberfläche eine querverlaufende Strömung zuläßt, so daß die wirksame Filterfläche sehr viel größer als der Durchmesser der Abflußöffnung sein kann. Dies ermöglicht ein sehr schnelles Einführen der kolloidalen Silikalösung bzw. -aufschlemmung, auch wenn der Filter vor dem Beenden des Füllvorgangs durchnäßt ist.

Die Schmelzsicherung wird erfindungsgemäß durch ein neues Verfahren hergestellt, bei dem die Schmelzsicherung dadurch gefüllt wird, daß eine Suspension in die Einfüllöffnung eingedrückt und am anderen Ende der Schmelzsicherung durch ein besonderes Filter geleitet wird, dessen effektive Filterfläche sehr viel größer als die Abflußöffnung ist, bevor ein Abströmen durch die Abflußöffnung erfolgt.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 - in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht eine Schmelzsicherung nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wobei sich in

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einer Endkappe ein Filter befindet, und

Figur 2 - in einer perspektivischen Explosionsansicht die verschiedenen Teile der Endkappe aus Figur 1 einschließlich des Filteraufbaus.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Schmelzsicherung 1o. Diese ist in einem Glas-Epoxy-Unterbringungs- bzw. Gehäuserohr 12 eingekapselt, das an einem Ende durch eine gegossene Bronzeendkappe 14 verschlossen ist. Die letztere ist mit einem Anschlußgrundglied 16 und einer Füllöffnung 18 versehen. Das andere Ende der Schmelzsicherung 1o ist durch eine gegossene Bronzeendkappe 2o verschlossen, die mit einem Verbindungsstift bzw. Kontaktstück 22 und einer Auslaßöffnung 24 versehen ist.

Die Endkappen 14, 2o sind an der Innenseite des Rohrs durch ein in Figur 1 nur für die Endkappe 2o dargestelltes ringförmiges, aushärtbares Klebmitteldichtungsgebilde abgedichtet. Am Außenumfang der Endkappe 2o sind eine äussere O-Ringnute 26 und eine innere O-Ringnute 28 ausgebildet. Zwischen den Nuten 26, 28 befindet sich eine ringförmige Aussparung 3o, die mit einer unter Wärmeeinfluß aushärtbaren einteiligen Epoxy-Klebmittelzusammensetzung gefüllt ist, um die Kappe 2o mit der Innenfläche des Sicherungsrohrs 12 zu verbinden. Nach dem Einsetzen der Endkappe 2o in das Rohr 12 wird die Epoxyzusammensetzung bzw. -verbindung durch eine Einspritzöffnung 34 im Rohr 12 eingespritzt bzw. eingeführt, wobei Luft durch eine Ablaßöffnung 36 an der entgegengesetzten Seite des Rohrs entweicht. O-Ringe 37 in den Nuten 26, 28 verhindern ein Austreten des Epoxymaterials aus der Aussparung 3o. An der Innenfläche der Endkappe 2o ist ein Stütz- bzw. Haltenetz 38 aus Aluminiumdrahtgeflecht angeordnet, auf dem ein keramisches Faserfilterpolster bzw. -kissen 4o ruht. Ein Kupfer-Elementenverbindungsstück 42 ist am Innenumfang der Endkappe 2o angelötet. Am Elementenverbindungsstück

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42 ist ein Ende eines keramischen Stützkerns 44 befestigt, auf dem ein schmelzbares perforiertes Silber-Metallbandelement 46 schraubenförmig aufgewickelt ist. Der gesamte Innenraum der Schmelzsicherung 10 ist mit gereinigtem sowie eine Siebfeinheit von 40 Maschen pro Zoll (lichte Maschenweite von 0.42 mm)aufweisendem Silikasand 48 gefüllt, der durch das nachfolgend beschriebene Verfahren zu einem selbsttragenden Gefüge mit kolloidalem Kiesel bzw. Siliziumdioxid gebunden ist.

Bei dem Verfahren zum Herstellen der Schmelzsicherung 1o werden zunächst die Komponententeile zusammengebaut. Dann wird der Innenraum der Schmelzsicherung 1o bei nach unten weisender Endkappe 14 durch die Füllöffnung 18 mit dem Quarzsand gefüllt. Nunmehr werden Verbundstücke in den Einlaß- und Äuslaßöffnungen 18, 24 eingebaut, und es wird eine Suspension mit 3o Gewichtsprozent kolloidalem

Siliziumdioxid in Wasser bei einem Druck von etwa 2 Atmosphären in die Füllöffnung 18 eingeführt. Die Suspension fließt unter Benetzung des Sandes durch die Schmelzsicherung 1o und gelangt durch das Filterkissen 4o und das Gitter bzw. das Sieb 38, um aus der Abflußöffnung 24 auszuströmen. Der Sand 48 vermag nicht durch das Kissen bzw. Polster 4o hindurchzutreten. Das Sieb 38 unter dem Filterkissen 4o ermöglicht es, daß die Suspension frei zwischen dem Kissen 4o und der Innenfläche der Endkappe 2o strömen kann, wodurch die effektive bzw. wirksame Größe des Filterkissens 4o erheblich gegenüber derjenigen vergrößert wird, die erzielbar wäre, wenn der Filter unmittelbar die Auslaßöffnung 24 abdeckt. Die größere Filterfläche führt zu einem relativ schnellen Füllen der Schmelzsicherung, wozu eine Zeit in der Größenordnung von Sekunden erforderlich ist, auch wenn das Filterkissen 4o vor der Beendigung des Füllvorgangs durchnäßt ist. Es wird dann komprimierte Luft bei einem Druck von etwa 2 Atmosphären in die Füllöffnung 18 eingedrückt, um überschüssige Lösung herauszutreiben.

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•Α.

Das Innere der Schmelzsicherung 1o wird durch Erhitzen derselben in einem Ofen bei etwa 14o C während etwa einer Stunde getrocknet, und dann wird die Schmelzsicherung Io in eine Vakuumkammer eingebracht, um die letzten Feuchtigkeitsspuren bzw. -reste zu entfernen. Beim Entziehen der Feuchtigkeit von der verbleibenden Suspension erfolgt ein Ausscheiden der Partikel und ein Binden des Sandes 48 zu einem selbsttragenden Gefüge. Danach werden Gewindestöpsel 5o in die Füll- und Ablaßöffnungen 18, 24 eingesetzt, um das Innere der Schmelzsicherung Io abzudichten. Das Äußere des Rohres 12 und die freiliegenden äußeren Endflächen der Kappen 14, 2o werden zur Verbesserung der Wetterbeständigkeit mit einem Epoxy-Isoliergrundmittel beschichtet.

Die durch das Filterkissen 4o gebildete große wirksame Filterfläche führt auch zu einer Verbesserung der Gleichförmigkeit der endgültigen Sandmatrix bzw. des Sandgefüges 48, indem im Gefüge ein Ausbilden von Schichten bzw. Streifen verhindert wird, was die Leistungsfähigkeit der Schmelzsicherung beeinflussen kann.

- Ansprüche -

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Leerseite

Claims

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Ansprüche

ί 1. !verfahren zum Herstellen einer strombegrenzenden ^-—y Schmelzsicherung, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkomponenten der Schmelzsicherung in ein Gehäuse eingebaut werden, das Endkappen mit einer Einfüllöffnung und einer Abflußöffnung enthält, daß die Schmelzsicherung mit einem besonderen Füllmittel bepackt bzw. gefüllt wird, daß die Schmelzsicherung mit einer kolloidalen Kiesel- bzw. Siliziumdioxidsuspension gefüllt wird, indem diese Suspension in die Einfüllöffnung eingedrückt und am anderen Ende der Schmelzsicherung unmittelbar vor dem Ausströmen aus einer Abflußöffnung durch einen Filter geleitet wird, daß überschüssige Lösung von der Schmelzsicherung entfernt wird und daß die letztere getrocknet wird, indem ein trocknendes Gas hindurchgeleitet wird, um die Flüssigkeit von der verbleibenden Suspension zu entfernen und hierdurch eine Bindung des besonderen Füllmittels im Inneren der Schmelzsicherung zu erhalten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das Einbauen der inneren Komponenten in das Gehäuse folgenden Verfahrensschritte nach dem Beendigen des anfänglichen Trocknungsschritts zumindest einmal wiederholt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trocknen ein Ausbacken bzw. Sintern der Schmelzsicherung bei einer Temperatur von zumindest 1oo C enthält.
4. Strombegrenzende Schmelzsicherung, die durch das Verfahren nach Anspruch 1 hergestellt wurde, gekennzeichnet durch eine elektrisch isolierende Patrone (12), durch ein Paar elektrisch leitender Anschlußkappen (14, 2o) an entgegengesetzten Enden der Patrone (12),

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• I.

durch ein sich in elektrischem Kontakt mit den Anschlußkappen (14, 2o) befindliches schmelzbares Element (46) in der Patrone (12) und durch ein eingefülltes verdichtetes besonderes Material (48) mit einem hohen elektrischen spezifischen Widerstand und einer hohen dielektrischen Festigkeit, wobei dieses Material (48) in der Patrone (12) das schmelzbare Element (46) umgibt und hierfür eine poröse Umhüllung bildet, wobei zumindest der Teil des verdichteten besonderen Materials (48), der das schmelzbare Element (46) umgibt, durch ein zugesetztes anorganisches Bindemittel zu einem festen selbsttragend anbackenden Körper gebunden ist und wobei an der Innenfläche einer der Anschlußendkappen (14, 2o) ein Filter (38, 4o) angeordnet ist, der eine Abflußöffnung (24) überdeckt.
5. Schmelzsicherung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel kolloidaler Kiesel bzw. kolloidales Siliziumdioxid ist.
6. Schmelzsicherung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter (38, 4o) ein an die Oberfläche der Endkappe (2o) angrenzendes Sieb bzw. Netz (38) und ein hierüber angeordnetes Filterkissen (4o) aufweist, wobei das Netz (38) und das Filterkissen (4o) die öffnung (24) überdecken und den Hauptteil der Innenfläche der Kappe abdecken.
7. Schmelzsicherung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterkissen (4o) aus anorganischen Fasern besteht.
8. Schmelzsicherung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterkissen (4o) aus keramischen Fasern besteht.

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