DE3231841A1

DE3231841A1 - Elektrische schmelzsicherung und dafuer vorgesehenes sicherungselement

Info

Publication number: DE3231841A1
Application number: DE19823231841
Authority: DE
Inventors: James W. 30344 East Point Georgia Larsen; Billy R. 30319 Atlanta Georgia Livesay; Arthur C. 30087 Stone Mountain Georgia Westrom
Original assignee: Kearney National Inc
Current assignee: Kearney National Inc
Priority date: 1981-08-27
Filing date: 1982-08-26
Publication date: 1983-03-17
Also published as: ZA826010B; GB2107535A; IT8249028A0; AR230896A1; FR2512269B1; JPS5842131A; US4413246A; FR2512269A1; BR8204996A; CH657940A5; NL8203301A; AU548864B2; AU8716182A; CA1180364A; GB2107535B; IT1154323B

Description

P 106/15 DE/T

Elektrische Schmelzsicherung und dafür vorgesehenes

Sicherungselement

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schmelzsicherung und ein dafür vorgesehenes Sicherungselement.

Bekannte Schmelzsicherungen, die in der Lage sind, alle Ströme von einer maximalen Nennabschaltleistung bis herunter zu einer minimalen Nennabschaltleistung zu unterbrechen, sind in Reihe zu einer sogenannten Schwachglied-Löschrohrsicherung geschaltet, die so konstruiert ist, daß sie Stromunterbrechungen unterhalb der minimalen Abschaltleistung der Strombegrenzungsschmelzsicherung bewirken kann. Diese Konstruktion hat jedoch den Nachteil, daß zwei Schmelzsicherungen benötigt werden.

Ein anderes bekanntes System einer bei niedrigen Temperaturen arbeitenden Schmelzsicherung mit Sicherungselementen aus Silber bedient sich des sogenannten Metcalf- oder M-Effektes. Bei dieser bekannten Schmelzsicherung wird ein Silberband durch die Anbringung einer kleinen Ablagerung von Zinn oder einer Zinnlegierung an einem Punkt des Silberbandes modifiziert,

so daß sich eine eutektische Legierung mit dem Silber bildet, derart, daß an diesem Punkt des Bandes ein Schmelzen eintritt, wenn eine Temperatur von etwa 23O°C erreicht ist. Ohne diesen M-Effekt schmelzen SiIberelemente bei einer Temperatur von etwa 960 C. Es liegt auf der Hand, daß derart hohe Schmolztemperaturen ohne den eutektischen Effekt zerstörend auf die Schmelzsicherung wirken und demzufolge einen tvünschenswerten Betrieb der Schmelzsicherung behindern, l/ird der M-Effekt ausgenützt, dann ist doch das Schmelzen des Silberbandes auf diesen Punkt beschränkt, das heißt, daß der entstehende Lichtbogen und der weiterfließende Strom die Bandtemperatur etwa um zusätzliche 700 C aufheizen müssen. Es kommt noch hinzu, daß Stromflüsse, die kein Schmelzen verursachen, dazu führen können, daß die Legierungsbildung an der M-Steile eine permanente Veränderung in der Schmelzcharakteristik der Sicherung bewirkt.

Bei einer anderen bekannten eutektischen Sicherung ist ein paralleles Tochterelement vorgesehen, das den Zweck hat, nach dem Beginn des Schmelzens an der M-Steile zwei weitere Brüche im Sicherungselement zu initiieren. Ein solcher Aufbau begrenzt die Zahl der Schmelzpunkte auf drei, was insgesamt nicht besonders wünschenswert ist. Außerdem bringt es Komplikationen mit sich.

Bei einer anderen bekannten Ausführungsform sind die Sicherungselemente um einen Kern gewunden, der aus einem Material besteht, das Gas zu entwickeln vermag. Bei dieser Konstruktion ist eine Belüftung des Gehäuses

notwendig. Während der Lüftung ist der Unterbrecherbetrieb nicht isoliert und kann zu einem Versagen der Sicherung oder zu Schäden an anderen Apparaten führen.

Bei einer weiteren bekannten Art von Schmelzsicherung ist ein Silberelement mit einem Zinnelement in Keine geschaltet. Das Zinnelement befindet sich in einem Isolierrohr und wird zur Unterbrechung kleiner Ströme aus dem Rohr in das Füllelement getrieben. Auch diese Konstruktion ist kompliziert und überdies nur für niedrige Ströme geeignet.

Bei einer anderen bekannten Konstruktion wird ein Stück Silberdraht zusammen mit einem in Reihe geschalteten Silberband thermisch isoliert. Der dadurch auftretende Wärmestau führt zu einem früheren Schmelzen des Silberdrahtes. Diese Konstruktion ist kostenmäßig sehr auf- \i endig.

Zur Unterbrechung niedriger Ströme ist es weiterhin bekannt, in einer Lichtbogenlöschröhre eine Goldlegierung in Reihe mit einem Silberelement zu verwenden.

Aus dieser Schilderung des Standes der Technik geht hervor, daß nach wie vor Schwierigkeiten bestehen, niedrige Stromwerte zu unterbrechen. Dies hat nicht unwesentlich dazu beigetragen, daß eine Vielzahl von Schmelzsicherungen entstanden sind, die sich in Größe und Kosten stark unterscheiden. Außerdem sind die maximalen Nennstrome und die Anwendungsmoglichlceit en begrenzt.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Sicherungselement für eine elektrische Sicherung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß sein länglicher, aus Cadmium bestehender Körper mit einem metallischen Überzug von einer Dicke zwischen 0,1 und 10 Mikron versehen ist, der im wesentlichen die gesamte äußere Oberfläche des länglichen Körpers bedeckt und der aus einem Metall besteht, dessen Schmelztemperatur über der Schmelztemperatur von Cadmium liegt.

Diese Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß für Stromkreise mit einer Spannung von mindestens 1000 V gelöst durch eine Strombegrenzungsschmelzsicherung, die gekennzeichnet ist durch ein röhrenförmiges Gehäuse aus Isoliermaterial, das der nach einer Stromkreisunterbrechung durch die Schmelzsicherung wiederkehrenden Spannung standhält, wobei das Gehäuse an seinen beiden Enden durch Abschlußkappen verschlossen und mit einer es im wesentlichen ausfüllenden Quarzsandfüllung versehen ist, eine Mehrzahl schraubenförmiger Schmelzelemente aus Cadmium einer Reinheit von 95 % bis 99,999 %, die in der Quarzsandfüllung eingebettet sind und von ihr gestützt werden, wobei die Enden der Schmelzelemente mit den beiden Abschlußkappen verbunden sind und dazwischen eine Mehrzahl paralleler Leitungswege bilden, wobei die Schmelzelemente mit einem im wesentlichen nicht-porösen metallischen Überzug von einer Dicke zwischen 0,1 und 10 Mikron versehen sind, so daß bei Temperaturen unterhalb der Schmelztemperatur des Cadmiums keine Metalldiffusion

- ίο -

des Überzugsmetalls in die Cadmiumelemente erfolgt, und die Schmelzelemente in der Lage sind, zu schmelzen und mit einem hohen Strombegrenzungsgrad Ströme zu unterbrechen, die einem Vielfachen des Nennstromes der Schmelzsicherung entsprechen, indem die Schmelzelemente von Strömen niedriger Stärke, aber etwas über dem normalen Nennstrom, auf eine Temperatur nahe deren Schmolztemperatur erhitzt werden, so daß die Schmelzelemente in zufälliger Reihenfolge schmelzen, wonach sich Lichtbogen ausbilden, die in zufälliger Reihenfolge in den Schmelzelementen durch Kommutierung gelöscht werden.

Bei der erfindungsgemäßen Schmelzsicherung, die dazu vorgesehen ist, einen elektrischen Strom vor^-bestimmter Größe in einem Ilochspannungsschaltkreis zu unterbrechen, geht der Strom durch ein Sicherungselement, so daß die Temperatur des Sicherungsclements auf seiner ganzen Länge innerhalb einer vorbestimmten Zeit auf eine Höhe ansteigt, die der Schmelztemperatur nahekommt, so daß eine Trennung des Elements stattfindet, was zur Ausbildung eines Lichtbogens an irgendeinem Punkt längs des Elements führt. Die übrigen Teile des Sicherungselementes schmelzen dann unter der Wirkung des anfänglich entstandenen Lichtbogens und durch thermische Leitung vom Lichtbogen zu den Teilen des Sicherungselementes, die vom Lichtbogen entfernt sind. Durch weiterhin stattfindenden Stromfluß durch derart entfernte Teile werden weitere Lichtbogen erzeugt, die letztlich dazu führen, daß in der Schmelzsicherung eine Lücke entsteht, die hinreichend groß ist, um der wiederkehrenden Spannung zu widerstehen.

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- li -

Das erfindungsgemäße Sicherungselement funktioniert außerdem während einer kurzen Zeit, wie z.B. während eines Bruchteils einer Periode in Wechselstromsystemen für Ströme beträchtlicher Größe, die ein Mehrfaches des Nennbelastungsstroms der Schmelzsicherung ausmachen, als Strombegrenzungseinrichtung.

Die erfindungsgemäßen Sicherungselemente bestehen aus Cadmium einer Reinheit zwischen 95 % und 99,999 %. Erfindungsgemäß sind diese Sicherungselemente mit einem Überzug aus einem Metall versehen, das eine höhere Schmelztemperatur hat als Cadmium. Das Metall kann Nickel, Eisen, Aluminium, Chrom, Mangan oder Beryllium sein. Dabei hat der erfindungsgemäße Überzug in erster Linie die Aufgabe, die Tendenz des Cadmiums zur Sublimation weitgehend zurückzudrängen.

Die erfindungsgemäßen Sicherungselemente befinden sich in einem aus Isoliermaterial bestehenden Gehäuse mit Abschlußkappen, mit denen die Enden der Sicherungselemente verbunden sind, die von einem körnigen Füllmaterial umgeben sind, das im wesentlichen das gesamte Gehäuse ausfüllt.

Die Erfindung sei nunmehr anhand einiger schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele noch näher erläutert.

- 12 Dabei zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Schmelzsicherung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Schmelzsicherung der Fig. 1, wobei einige Teile weggebrochen sind,

Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt der Einzelheiten des Aufbaus des Sicherungselements der Fig. 2,

Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht des Querschnitts längs der Linie 4-4 in Fig. 3 und

Fig. 5 eine Anzahl von Gewichtsverlustkurven von Cadmiumsicherungselementen mit und ohne Überzügen und unter verschiedenen Bedingungen.

Mit 1 ist ein rohrförmiges Gehäuse bezeichnet, das aus Isoliermaterial besteht. An den entgegengesetzten Enden des rohrförmigen Gehäuses befinden sich Endkappen 2 und 3, die aus einem geeigneten leitenden Material bestehen. Die äußeren Kappen 4 und 5 haften an den Endkappen 2 und 3 mittels Preßsitz, während die Kappen 2 und 3 am rohrförmigen Gehäuse mittels Zement (6, 7) gehalten \\rerden. In den Endkappen 2 und 3 befinden sich Zentralöffnungen. In diese sind die Abschlußbuchse 8 und die Abschlußkappe 9 eingesetzt. Das Gehäuse 1 ist mit Quarzsand 10 gefüllt,

der vorzugsweise in Form kugelförmiger Körner verwendet wird, die innerhalb eines gegebenen Bereichs von willkürlicher Größe sind.

Innerhalb des Gehäuses der Schmelzsicherung und eingebettet in und gestützt von dem körnigen Füllmaterial

10 befindet sich eine Mehrzahl von schraubenförmigen Sicherungselementcn 11 bis 15. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, sind die Enden der schraubenförmigen Elemente

11 bis 15 so angeordnet, daß sie mit der Abschlußbuchse 8 und der Abschlußlcappe 9 in Verbindung stehen. Die Buchse 8 und die Kappe 9 bilden auf diese Veise Ans chlußelement e.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, sind die schmelzbaren schraubenförmigen Elemente 11 bis 15 mit über deren Länge verteilten Einkerbungen 16 versehen. Jedes der schmelzbaren Sicherungselemente 11 bis 15 kann entweder die Form eines Drahtes mit im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt oder die Form eines Bandes haben.

Da die Erfindung Schmelzsicherungen für Hochspannungsschaltkreise von 1000 V und darüber betrifft, wird sie in der vorliegenden Anmeldung als Hochspannungsschmelzsicherung bezeichnet.

Beim Auftreten eines Fehlerstroms, der so hoch ist, daß er den Belastungsstrom um ein Mehrfaches übertrifft, schmelzen die Sicherungseiemente 11 bis 15 praktisch gleichzeitig an allen Einkerbungen 16 und bilden eine Kette von Lichtbogen. Diese Lichtbögen verlängern sich schnell und brennen von ihren Ursprüngen weg.

Die vorliegende Erfindung ist zwar nicht auf eine Schmelzsicherung mit einer Mehrzahl von Sicherungselementen beschränkt, doch ist die Verwendung einer Mehrzahl parallel geschalteter Elemente, die innerhalb der körnigen Füllung 10 liegen, nützlich beim Kühlen der Elemente während des normalen Betriebes. Das heißt, daß der gesamte Querschnitt der Elemente, die für einen gegebenen Nennstrom notwendig sind, umso kleiner werden kann, je wirksamer die Kühlung ist.

Die Verwendung einer Mehrzahl von Elementen erweist sich als ganz besonders nützlich zum Unterbrechen von Strömen niedriger Größe, die gerade etwas über dem normalen Belastungsstrom der Schmelzsicherung liegen. Unter diesen Bedingungen schmilzt ein Element an einem Punkt, wie z.B. an einer Einkerbung 16, vor den anderen Elementen. Im Unterschied zu der Situation, wo extrem hohe Ströme auftreten, geschieht das Schmelzen nur an einer Stelle und nur in einem Element. Das Ergebnis ist ein kurzer Bruch im geschmolzenen Element. Da dieser Bruch in einem Element passiert, das parallel zu den verbleibenden Elementen liegt, findet an der Bruchstelle keine Lichtbogenbildung statt. Der Strom, der durch das erste gebrochene Element geflossen wäre, wird vielmehr zwischen den verbleibenden Elementen aufgeteilt. Daraufhin schmilzt ein anderes Element unter ähnlichen Bedingungen, wobei sein Strom wiederum zwischen den dann verbleibenden Elementen aufgeteilt wird. In regelmäßiger Aufeinanderfolge schmelzen dann alle Elemente, was zur Folge hat, daß mit dem Schmelzen jedes darauf folgenden Elements in den verbleibenden noch ungeschmolzenen Elementen ein entsprechend höherer Stromfluß und eine entsprechend höhere Stromdichte auftreten.

Sobald das letzte Sichcrungselement schmilzt, beginnt die Lichtbogenbildung in der Schmelzsicherung. Beim Vorliegen lediglich kleiner Ströme brennen keine Lichtbögen parallel. Vielmehr wird der gesamte Strom in einem Lichtbogen konzentriert. Die Lichtbogenbildung beginnt in dem Element, das den attraktivsten Weg anbietet. Mit Größerwerden der Lichtbogenlänge wechselt der Strom auf einen anderen Weg, der attraktiver wird. Die Stromwendung oder Kommutierung des Stroms unter diesen Bedingungen ist ein bekanntes Phänomen, ist aber, soweit bekannt, bisher nie mit Hilfe photographischer oder oszillographischer Mittel in Hochspannungsschmelzsicherungen dargestellt worden. Die Entstehung eines Lichtbogens in einem Sicherungselcment erlaubt es dem Lichtbogen, sich schnell zu verlängern, da sich das Sicherungselement über seine ganze Länge im wesentlichen bei seiner Schmelztemperatur befindet. Aus diesem Grunde kann ein Lichtbogen in einem Sicherungselement sehr schnell wesentliche Teile des Elementes nach rückwärts wegbrennen und ein Schmelzen nicht nur am eingekerbten Teil 16, sondern auch in den Nachbarteilen der Sicherung bewirken. Dieses Rückbrennen und zusätzliche Abschmelzen des Sicherungselementes unter gleichzeitiger Ausbildung neuer Lichtbögen in einem Sicherungselcment ist zurückzuführen auf einen direkten Kontakt von dazu benachbarten Teilen des Sicherungselementes mit dem Bogen, ebenso wie auf eine Übertragung von Wärme durch Wärmeleitung und durch einen fortgesetzten Stromfluß durch Teile des Sicherungselementes, die vom Lichtbogen entfernt sind. Dieser schnelle Verbrauch des Sicherungselementes ist besonders wirksam, da das Sicherungselement entsprechend einem Merkmal

der Erfindung sich bereits sehr nahe an seinem Schmolzpunkt befindet. Untersuchungen haben eindeutig bewiesen, daß die Lichtbogen nicht nur in einem bestimmten Moment auf einen einzigen Pfad beschränkt sind, sondern daß sie auch außerordentlich beweglich sind und an jedem Punkt der Stromlcurve kommutieren. Nach Beendigung der Kommutierungsphase sind sämtliche Sichorungselemente in wesentlichen Teilen ihrer Länge zerschmolzen. Die dadurch entstandenen Lücken sind hinreichend groß, um der wiederkehrenden Spannung zu widerstehen, so daß der Strom niedriger Größe wirkungsvoll unterbrochen ist.

Aus der vorangegangenen Beschreibung ist ersichtlich, daß ein wesentliches Merkmal der Erfindung in der Auswahl eines besonders geeigneten Materials für das Sicherungselement besteht. Erfindungsgemäß sollte das Material einen Schmelzpunkt von 350⁰C oder darunter haben, um eine wirksame Unterbrechung von Strömen niedriger Größe zu ermöglichen.

Das dabei gebildete Oxid sollte einen hohen elektrischen Widerstand besitzen, damit nach dem Verlöschen des Lichtbogens gute dielektrische Verhältnisse geschaffen werden. Untersuchungen haben ergeben, daß Cadmium ein sehr geeignetes Material ist. Diο Reinheit des Cadmiums kann zwischen 95 % und 99,999 50 liegen. Cadmium hat einen relativ niedrigen Schmelzpunkt von etwa 321°C und überdies eine relativ niedrige Verdampfungstemperatur von etwa 750⁰C. Es kommt hinzu, daß oxidierter und von dem körnigen Füllmaterial gekühlter Cadmiumdampf einen guten Isolator abgibt. Bei kloinen Strömen schmelzen die erfindungsgemäßen Cadmiumsicherungselemente im allgemeinen

im wesentlichen über ihre ganze Länge und verhindern damit wirkungsvoll eine Itückzündung durch die wiederkehrende Spannung.

Unter typischen Schmelzbedingungen w.urden bei reinem Cadmiummetall vier primäre Abbaumechanismen beobachtet:

1. Sublimation

2. Korrosion

3. mechanische Ermüdung

4. Abrieb.

Diese Mechanismen werden verschärft durch ständig wechselnde Temperaturbedingungen bei den Sicherungseleraenten, die auf wechselnde Strombelastungen und darauf zurückzuführende geringfügige Bewegungen der Elemente in dem sie umgebenden Sand zurückgehen.

Da Cadmium beim Bau von Hochspannungsschmelzsicherungen nicht verwendet wurde, war es wünschenswert, das Langzeitverhalten des Materials unter erhöhten Temperaturbedingungen zu untersuchen. Diese Untersuchungen wurden unter definierten Atmosphären vorgenommen, und es stellte sich heraus, daß Cadmium im Vakuum bei erhöhten Temperaturen sehr rasch sublimiert. Der Sublimationsgrad wurde außerdem in Sauerstoff und Stickstoff und Mischungen derselben bestimmt. Dabei wurde gefunden, daß die Lebensdauer des reinen Metalls unter den Bedingungen, die in einer Hochspannungsschmelzsicherung existieren, unbefriedigend sein würde.

Auf Grund von Untersuchungen wurden dann als Überzugsmaterialien sechs Metalle ausgewählt, um die Sublimation zu mildern.

Die ausgewählten Überzugsmaterialien waren Metalle, von denen zu erwarten war, daß sie nicht übermäßig in das Cadmium diffundieren würden. Der Überzug wurde noch der Einkerbung der Sxcherungselemente aufgebracht, um überall einen Schutz zu gewährleisten. Die folgende Tabelle, die der Fig. 5 entspricht, gibt die Ergebnisse der Untersuchungen des Sublimationsgrades wieder, die gewonnen wurden unter Verwendung einer automatischen Mikrowaage mit einer Genauigkeit von 10"" g und unter vollständiger Kontrolle der umgebenden Atmosphäre:

Probenma terial und Vorbehand lung	Atmo sphäre	Temperatur geschätzte Zeit bis zum Auftre ten von 5 % Verlust	10 Sekunden	maximale Verlustrate pro 1 %
A)gereinig- tes Cd	Vakuum	15O⁰C	1 Stunde	<2 Sekunden
B)Cd in N₂	Vakuum	150⁰C	6 Stunden	<2 Sekunden
C)Cd in Luft	Vakuum	150⁰C	1 Tag	<2 Sekunden
D)goreinig- tes Cd	Luft 0,5 at	150°C	50 Tage	<1 Minute
E)Cd in Luft	Luft	150⁰C	200 Tage	<4 Minuten
F)Cd mit Ni überzogen	1 at Vakuum	150⁰C	>100 Jahre	<40 Tage
G)Cd mit Ni überzogen	Luft 1 at	150°C	>20 Jahre
H)Cd mit Al überzogen	Vakuum	150°C, 18O°C	keine meßbare Veränderung
I)Cd mit Al überzogen	Luft 1 at	150°C, 18O°C	keine meßbare Veränderung

Erfindungsgemäß muß das Uberzugsraetall eine Schmelztemperatur haben, die über der Schmelztemperatur des Cadmiums liegt. Unter diesen Bedingungen kann keine irgendwie bedeutende intermetallische Diffusion des Üborzugsmaterials in den Kern des Cadmiumelementes stattfinden, so daß in den geforderten Eigenschaften des Cadmiums keine Änderungen eintreten. Der Überzug muß im wesentlichen nicht-porös sein. Außerdem muß er im wesentlichen eine einheitliche Dicke haben, die zwischen 0,1 und 10 Mikron liegen sollte. Außerdem darf das Überzugsmaterial bei Temperaturen unterhalb der Schmelztemperatur des Cadmiums nicht sublimieren.

Erfindungsgemäß können als Überzugsmetalle Nickel, Eisen, Aluminium, Chrom, Mangan oder Beryllium gewählt werden. Untersuchungen haben gezeigt, daß Nickel, Chrom und Aluminium besonders effektiv sind, wenn es darum geht, die Sublimation eines aus Cadmium bestehenden Sicherungsele— mentes, das mit diesen Metallen überzogen ist, zu verhindern. Diese Überzüge haben außerdem die Eigenschaft, vor Korrosionen zu schützen, die mechanische Festigkeit zu stärken und den Abriebwiderstand zu erhöhen.

Der Überzug kann durch Elektroplattierung,durch Vakuumablagerung oder durch einen Elektrolyseprozeß aufgebracht werden. In Fig. 4 bezeichnet die Bezugsziffer 17 das Cadmium und die Bezugsziffer 18 den Überzug.

Eine Schmelzsicherung entsprechend der Erfindung ist geeignet zum Schutz mit Flüssigkeit gefüllter Apparate, wie Transformatoren, Kondensatoren, Schaltgeräten und dergleichen. Eine erfindungsgemäße Schmelzsicherung ist in der Lage, in sehr kurzer Zeit Ströme großer Höhe zu

unterbrechen. Sie arbeitet außerdem zuverlässig bei der Unterbrechung niedriger Ströme, die nur leicht über dem Nennstrom der Schmelzsicherung liegen. Zum Teil liegt dies sicherlich daran, daß die Sicherungsclemente durch relativ niedrige Fehlströme auf Temperaturen gebracht werden, die nahe an der Schmelztemperatur liegen, ohne daß deshalb die Schmelztemperatur allgemein überschritten wird, was entweder schädlich für die Schmelzsicherung selbst oder für die an die Schmelzsicherung angrenzenden Isoliermaterialien wäre. Durch den entsprechend der Erfindung auf das Sicherungselement aufgebrachten Überzug wird die Lebensdauer erhöht. Unter den normalen Bedingungen der Vollast übersteigt die Temperatur eines Sicherungselementes nicht wesentlich 15O°C. Während der normalen Lebensdauer eines erfindungsgemäßen Sicherungselementes behält dieses bei Temperaturen, die nicht wesentlich 150 C übersteigen, mindestens 95 % seines Anfangsgewichts und -volumens.

Claims

3.2 3.18

RECHTSANWALTSBÜRO DR. RENAUD - NOTAR -

6200 WIESBADEN

ADOLFSALLEE 4) rOSTFACH Ο21 TELEFON 0*12107 20 >(/»» TELEX 04 Ut 304 iu. d

P 106/15 DE/T

Kearney-National Inc. Atlanta, Georgia 30329

V.St.A.

Priorität: 27. August 1981 - V.St.A. - Nr. 296,986

Elektrische Schmelzsicherung und dafür vorgesehenes

Sicherungs element

Pat ent ansprüche

1.) Sicherungselement für eine elektrische Sieherung, dadurch gekennzeichnet, daß sein länglicher, aus Cadmium bestehender Körper mit einem metallischen Überzug von einer Dicke zwischen 0,1 und 10 Mikron versehen ist, der im xvesentlichen die gesamte äußere Oberfläche des länglichen Körpers bedeckt und der aus einem Metall besteht, dessen Schmelztemperatur über der Schmelztemperatur von Cadmium liegt.

3.2 3 J 8 k

2. Sicherungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus Nickel besteht.

3. Sicherungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus Eisen besteht.

4. Sicherungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus Aluminium besteht.

5. Sicherungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus Chrom besteht.

6. Sicherungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus Mangan besteht.

7. Sicherungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus Beryllium besteht.

8. Sicherungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der längliche Körper über seine Länge mit einer Mehrzahl von Flächen reduzierten Querschnitts versehen ist, wobei der metallische Überzug die gesamte äußere Oberfläche des länglichen Körpers einschließlich der Flächen reduzierten Querschnitts bedeckt.

9. Sicherungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Überzug eine im wesentlichen einheitliche Dicke hat.

10. Sicherungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Überzug im wesentlichen nicht porös ist.

_ 3 —

11. Sicherungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Überzug bei Atmosphärendruck und bei Temperaturen unterhalb der Schmelztemperatur von Cadmium nicht unter Zerstörung des Sicherungselementes sublimiert.

12. Sicherungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es während seiner normalen Lebensdauer bei Temperaturen, die 15O⁰C nicht wesentlich übersteigen, mindestens 95 % seines Anfangsgewichts und -volumens behält.

13. Sicherungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sein länglicher Körper aus Cadmium einer Reinheit von 95 # bis 99,999 % besteht und die Grenzfläche zwischen dem Cadmiumkörper und dem metallischen Überzug so beschaffen ist, daß bei Temperaturen unterhalb der Schmelztemperatur des Cadmiums keine Metalldiffusion des Überzugselements in den Cadmiumkörper erfolgt.

14. Verwendung eines Sicherungselements nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche als Strombegrenzungsschmelzsicherung für Stromkreise mit einer Spannung von mindestens 1000 V.

15. Sicherungselement für eine elektrische Sicherung, dadurch gekennzeichnet, daß sein länglicher, aus Cadmium bestehender Körper mit einem im wesentlichen nicht-porösen metallischen Überzug von einer Dicke zwischen 0,1 und 10 Mikron versehen ist, wobei bei Temperaturen unterhalb der Schmelztemperatur des Cadmiums keine Metalldiffusion des Überzugsmetalls in den Cadmiumkörper erfolgt.

_ 4 —

16. Strombegrenzungsschmelzsicherung für Stromkreise mit einer Spannung von mindestens 1000 V, gekennzeichnet durch ein röhrenförmiges Gehäuse aus Isoliermaterial, das der noch einer Stromkreisunterbrechung durch die Schmelzsicherung wiederkehrenden Spannung standhält, wobei das Gehäuse an seinen beiden Enden durch Abschlußkappon verschlossen und mit einer es im wesentlichen ausfüllenden Quarzsandfüllung versehen ist, eine Mohrzahl schraubenförmiger Schmelzelemente aus Cadmium einer Reinheit von 95 % bis 99,999 %, die in der Quarzsandfüllung eingebettet sind und von ihr gestützt werden, wobei die Enden der Schmelzelemente mit den beiden Abschlußkappen verbunden sind und dazwischen eine Mehrzahl paralleler Leitungswege bilden, wobei die Schmelzelemente mit einem im wesentlichen nicht-porösen metallischen Überzug von einer Dicke zwischen 0,1 und 10 Mikron versehen sind, so daß bei Temperaturen unterhalb der Schmelztemperatur des Cadmiums keine Metalldiffusion des Überzugsmetalls in die Cadmiumelemente erfolgt, und die Schmelzelemente in der Loge sind, zu schmelzen und mit einem hohen Strombegrenzungsgrad Ströme zu unterbrechen, die einem Vielfachen des Nennstromes der Schmelzsicherung entsprechen, indem die Schmelzelemente von Strömen niedriger Stärke, aber etwas über dem normalen Ncnnstrom, auf eine Temperatur nahe deren Schmelztemperatur erhitzt werden, so daß die Schmelzelemente in zufälliger Reihenfolge schmelzen, wonach sich Lichtbogen ausbilden, die in zufälliger Reihenfolge in den Schmelzelementen durch Kommutierung gelöscht werden.

17. Schmelzsicherung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß ,jedes der Cadmiumschmelzelcmente über seine Länge mit einer Mehrzahl von Einkerbungen reduzierten Querschnitts versehen ist, wobei die Überzüge nach Vornahme der Ei nie erbung en in den Schmelzelementen aufgebracht werden, so daß die Teile reduzierten Querschnitts ebenfalls überzogen sind.