DE3234024C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hochspannungsfeste Schmelzsicherungsanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Gebräuchliche hochspannungsfeste Schmelzsicherungen (Sicherung) bestehen aus einem langgestreckten, dünnen Schmelzsicherungsdraht (Draht), der von einem Isolator, beispielsweise einem ganz oder teilweise mit Quarzsand oder ähnlichem gefüllten Glasrohr umgeben ist. An den Enden des Isolators befinden sich mit den Drahtenden verbundene Anschlüsse. Durch den Drahtdurchmesser ist eine maximal zulässige Stromstärke durch den Draht vorgegeben. Bei größeren Stromstärken löst die Sicherung durch Schmelzen des Drahts aus und unterbricht den Stromkreis. Derartige Sicherungen zeigen aber ein Absinken der Auslöseschwelle mit zunehmender Betriebsdauer, so daß mit der Zeit bereits die für normalen Betrieb vorgesehene Stromstärke ausreicht, um die Sicherung auszulösen.

Aus der DE-PS 6 57 422 ist eine gattungsgemäße hochspannungsfeste Sicherungsanordnung bekannt, bei der ein Schmelzdraht zum Teil auf einem isolierten Träger, z. B. einem Glasrohr, aufgewickelt ist und zum anderen Teil geradlinig innerhalb des Trägers verläuft. Der Träger mit dem Schmelzdraht ist konzentrisch in einem aus elektrisch isolierendem Material bestehenden Rohr, das mit Isoliermaterial, z. B. Sand, gefüllt ist, angeordnet. Im Bereich des geradlinigen Teiles des Schmelzdrahtes sind die Innen- und die Außenwand des Rohres mit einer elektrisch leitenden Schicht überzogen. Dadurch entsteht im geradlinigen Bereich des Schmelzdrahtes ein Faradaykäfig, so daß dort an dem Schmelzdraht kein Koronaeffekt auftreten kann.

Aus der DE-PS 6 99 480 ist eine Hochspannungsschmelzsicherung bekannt, bei der zumindest eine der Anschlußkappen einen Hohlraum enthält. Dieser bewirkt ein zuverlässigen Löschen des beim Durchbrennen entstehenden Lichtbogens und einen nachfolgenden Druckausgleich.

Aus der DE-PS 3 41 867 ist eine Schmelzsicherung bekannt, bestehend aus einem wahlweise mit Sand gefüllten Glasrohr, in dem sich ein Schmelzkontakt befindet. Das Glasrohr ist beidseitig mit metallischen Kappen abgeschlossen, die Klemmen besitzen, so daß der Schmelzdraht auswechselbar ist. Die Kappen haben weiterhin ein Außengewinde, das ein Einschrauben des Glasrohres in ein Isolationsgehäuse ermöglicht.

Aus der Druckschrift: "Feenan, J.: Trends in the design of highvoltage high-rupturing-capacity fuses. in: PROC. IEE, Vol. 118, No. 1 Jan. 1971", S. 216 bis 221, sind Hochspannungs-Schmelzsicherungen für Motoren bekannt. Diese Sicherungen bestehen aus einem mit Quarzsand gefüllten Rohr, das aus Isoiermaterial, z. B. Kunststoff, besteht und das beiseitig mit Metallkappen abgeschlossen ist. In dem Rohr befindet sich ein Schmelz-Sicherungselement, z. B. mehrere spiralförmig auf einen Trägerkörper aufgewickelte Schmelzdrähte.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hochspannungsfeste Schmelzsicherungsanordnung gemäß der DE-PS 6 57 422 so zu verbessern, daß ein Absinken der Auslöseschwelle mit zunehmender Betriebsdauer vermieden wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale im Patentanspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche kennzeichnen vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.

Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, daß das Absinken der Auslöseschwelle auf eine Abnahme des Drahtdurchmessers mit zunehmender Betriebsdauer zurückzuführen ist. In mit Hochspannung betriebenen Geräten weist der Sicherungsdraht häufig gegenüber Teilen des Geräts einen hohen Potentialunterschied auf. Die Feldlinien des daraus resultierenden elektrischen Feldes verlaufen mit abnehmendem Abstand zum Sicherungsdraht (Schmelzdraht) dichter. In unmittelbarer Nähe der Oberfläche des dünnen Drahts ist der Potentialgradient so groß, daß eine Glimmentladung in der engeren Umgebung des Drahts entstehen kann. Diese Glimmentladung führt, insbesondere bei Wechselspannungsanteilen in der Hochspannung, zur Materialabtragung vom Draht, wodurch dieser immer dünner wird.

Die erfindungsgemäße Schmelzsicherungsanordnung vermeidet diese Glimmentladung, indem sie den Sicherungsdraht durch eine rohrförmige elektrisch leitende Schicht gegen andere Geräteteile abschirmt und die Umgebung des Drahtes weitgehend feldfrei macht. Diese Schicht ist hierzu leitend mit einem der beiden Drahtenden verbunden. Bei intakter Sicherung stellt der Sicherungsdraht einen Kurzschluß zwischen den beiden Anschlüssen dar, so daß beide Anschlüsse und die leitende Schicht auf gleichem Potential liegen.

Das Innere der rohrförmigen leitenden Schicht ist dann nahezu feldfrei, und die Feldlinien des elektrischen Feldes enden auf der Außenoberfläche der leitenden Schicht. Da diese jedoch einen weitaus größeren Krümmungsradius hat als die Drahtoberfläche, bleibt die Feldliniendichte dort gering.

Der Sicherungsdraht muß bei der vorgesehenen Stromstärke durchschmelzen und den Stromkreis unterbrechen. Bei geschmolzenem Draht liegt die Hochspannung in voller Höhe zwischen den beiden Anschlüssen der Sicherung. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung muß also auch zwischen der elektrisch leitenden Schicht und dem anderen Anschluß ein einen Überschlag verhindernder Abstand eingehalten werden.

Die Ausführungsform der Erfindung ist geeignet zur Verwendung eines gebräuchlichen Schmelzsicherungseinsatzes, der für sich allein die eingangs beschriebenen Nachteile durch Absinken der Auslöseschwelle aufweist. Gemäß dieser Ausführungsform ist ein rohrförmiger isolierender Körper zur Aufnahme des gebräuchlichen Schmelzsicherungseinsatzes in seinem Inneren vorgesehen. Die elektrisch leitende Schicht ist auf dem Außenmantel des rohrförmigen, isolierenden Körpers aufgebracht. An den Enden des rohrförmigen, isolierenden Körpers ist jeweils ein elektrischer Kontakt abnehmbar angeordnet, der den jeweiligen Anschluß des Schmelzsicherungseinsatzes mit einer äußeren Spannungszuleitung verbindet. Über einen der Kontakte ist der eine der Sicherungsanschlüsse mit der elektrisch leitenden Schicht verbunden.

Die Erfindung ist nachfolgend noch anhand der Abbildung eingehend erläutert. Die Abbildung zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung in Form eines rohrförmigen, isolierenden Körpers mit einsteckbaren elektrischen Kontakten, sowie einen zur Aufnahme in diesen Körper vorgesehenen Schmelzsicherungseinsatz.

Ein gebräuchlicher Schmelzsicherungseinsatz (Sicherung) besteht aus einem Schmelzdraht (Draht) 7, welcher teilweise von Quarzsand 8 umgeben in seinem Isolator (Glasrohr) 9 eingeschlossen ist. Die Enden des Glasrohres 9 sind mit metallischen (Anschluß-) Kappen 10A, 10B versehen, welche durch den Draht bei intaktem Schmelzsicherungseinsatz elektrisch verbunden sind. Für die Aufnahme eines solchen Schmelzsicherungseinsatzes ist ein rohrförmiger elektrisch isolierender Körper 2 vorgesehen. Auf dem Außenmantel dieses isolierenden Körpers 2 ist eine sich über dem größten Teil der Drahtlänge erstreckende, elektrisch leitende Schicht 1 aufgebracht. Über metallische, abnehmbare Kontakte 4, 5 ist im zusammengebauten Zustand die eine Kappe 10A mit der leitenden Schicht 1 elektrisch verbunden. Bei intakter Sicherung liegen der Draht 7 und die Schicht 1 auf gleichem Potential, so daß innerhalb des durch die Schicht 1 gebildeten Metallmantels der Draht 7 wirkungsvoll gegen elektrische Felder von außen abgeschirmt ist. Die Feldlinien von außen enden auf der äußeren Oberfläche der leitenden Schicht 1. Die leitende Schicht 1 weist noch gegenüber der Kappe 10B des Sicherungseinsatzes am anderen Ende des isolierenden Körpers 2 bzw. den dortigen Kontakten 4, 5 einen Abstand d auf, welcher eine hochspannungsfeste Trennung der leitenden Schicht 1 von der Kappe 10B bei durchgebrannter Sicherung gewährleistet.

Zur Vermeidung eines Hochspannungsüberschlags bei durchgebrannter Sicherung ist auch vorgesehen, den Außendurchmesser des isolierenden Körpers 2 am Ende der leitenden Schicht 1 stufenförmig zu verringern und in der Stufe einen kantenfreien Metallring 6 anzuordnen und diesen leitend mit der Schicht 1 zu verbinden. Hierdurch wird die hohe Feldlinienkonzentration, die bei einem nicht gerundeten Abschluß der leitenden Schicht 1 aufträte, stark vermindert. Die metallischen, abnehmbaren Kontakte bestehen aus einer Stecktulpe 5, welche die Anschlußkappe 10 (A, B) des Schmelzsicherungseinsatzes klemmend umfaßt. Diese Stecktulpe 5 ist in eine Buchse 4 eingelötet. Die Buchse 4 kann gleichfalls klemmend in den isolierenden Körper 2 eingesetzt werden. In die Enden des isolierenden Körpers 2 sind metallische Hülsen 3 eingebettet. Diese gewährleisten zum einen eine höhere mechanische Stabilität gegenüber den beim Einsetzen der Buchsen 4 auftretenden Kräfte. Zum anderen ist über die eine dieser Hülsen 3 eine sichere elektrische Verbindung mit der leitenden Schicht 1 gegeben, die auf der Oberfläche des Körpers 2 zu dieser Hülse 3 durchgezogen werden kann. Die die Kontakte bildenden Buchsen 4 und Stecktulpen 5 weisen eine durchgehende Bohrung 11 auf, durch welche Reste eines zerstörten Schmelzsicherungseinsatzes auf einfache Weise ausgestoßen werden können. Elektrische Feldlinien aus der Umgebung können bei der dargestellten Anordnung nur noch durch das schmale Fenster zwischen Metallring 6 und der diesem gegenüberliegenden Hülse 3 bis zum Draht 7 vordringen. Dieses Fenster kann weiter verkleinert werden durch weitere Ausdehnung der Hülse 3 im Inneren des Körpers 2 in Richtung des Metallrings 6. Dabei ist allerdings die Durchschlagfestigkeit des Isoliermantels des Körpers 2 zu beachten.

Der Körper 2 ist vorteilhafterweise als Vergußkörper ausgebildet, was eine einfache Einbettung der Hülse 3 und eine kostengünstige Herstellung der Anordnung ermöglicht. Günstigerweise besteht der Körper 2 aus flammenhemmendem Kunststoff, um größere Schäden bei einer eventuellen Hochspannungsentladung zu vermeiden.

Claims (5)

1. Hochspannungsfeste Schmelzsicherungsanordnung, bestehend aus

• - einem rohrförmigen Isolator, der beidseitig mit als metallische Kappen ausgebildeten Anschlüssen verschlossen ist,
• - einem Schmelzdraht, der zumindest teilweise geradlinig und im wesentlichen axial innerhalb des Isolators angeordnet ist und der mit seinen Enden an den Anschlüssen angeschlossen ist und
• - einer rohrförmigen elektrisch leitenden Schicht, welche den Außenmantel des Isolators konzentrisch umgibt, welche mit einem der Anschlüsse elektrisch verbunden ist und welche sich von diesem Anschluß entlang der Mantellinie des Isolators soweit erstreckt, daß elektrische Überschläge zwischen der elektrisch leitenden Schicht und dem anderen Anschluß vermieden werden, dadurch gekennzeichnet,
• - daß ein rohrförmiger elektrisch isolierender Körper (2) vorhanden ist, dessen Innenraum derart bemessen ist, daß dieser zur Aufnahme eines handelsüblichen Schmelzsicherungseinsatzes, bestehend aus dem Isolator (9), dem Schmelzdraht (7) und den Anschlüssen (10A, 10B), geeignet ist,
• - daß an beiden Enden des Innenraumes jeweils eine metallische Hülse (3), deren Innendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser der Anschlüsse (10A, 10B), in den rohrförmigen, elektrisch isolierenden Körper (2) eingesetzt ist,
• - daß die elektrisch leitende Schicht (1) auf dem Außenmantel des rohrförmigen, elektrisch isolierenden Körpers (2) angebracht und ein Ende dieser Schicht (1) mit einer der metallischen Hülsen (3) elektrisch leitend verbunden ist und das andere Ende der Schicht (1) mit einem Metallring (6) abgeschlossen ist und
• - daß an beiden Enden des rohrförmigen, elektrisch isolierenden Körpers (2) metallische, abnehmbare Kontakte (4, 5), die mechanische und elektrische Verbindungen zwischen den metallischen Hülsen (3) und den Anschlüssen (10A, 10B) herstellen, vorhanden sind.

2. Hochspannungsfeste Schmelzsicherungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des rohrförmigen, elektrisch isolierenden Körpers (2) am anderen Ende der Schicht (1) stufenförmig verringert ist und daß in der Stufe der Metallring (6) angeordnet ist.

3. Hochspannungsfeste Schmelzsicherungsanordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die abnehmbaren Kontakte (4, 5) axial eine durchgehende Bohrung (11) aufweisen, so daß der Schmelzsicherungseinsatz (7, 9, 10) auswerfbar ist.

4. Schmelzsicherungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige, elektrisch isolierende Körper (2) ein Vergußkörper ist.

5. Schmelzsicherungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige, elektrisch isolierende Körper (2) aus flammenhemmendem Kunststoff besteht.