DE3428510A1 - Schmelzleiter fuer sicherungen auf silber- bzw. kupfer-basis mit mindestens zwei unterschiedlich langen engstellen - Google Patents

Description

• Beschreibung
• Die Erfindung betrifft einen Schmelz leiter der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 umrissenen Gattung.
• Sicherunqen schützen Leitungen, Anlagen, Geräte und Bauelemente vor Kurzschluß- und Überströmen. Bei Kurzschlüssen sollen die Sicherungen möglichst kurzseitig, bei Überströmen je nach Höhe des Stroms nach einer bestimmten Stromflußdauer durch Abschmelzen des Schmelzleiters ausschalten.
• Das rasche Abschmelzen im Kurzschlußbereich wird abgesehen von der Wahl des Werkstoffes in erster Linie vorgegeben durch die Formgebung des Schmelzleiters.
• Entsprechende Parameter bestimmen dann auch die Abschmelzcharakteristik im Überstrombereich. Bevorzugte Werkstoffe tur solche Sicherungen sind Silber und Kupfer sowie deren Legierungen.
• Die unterschiedlicher; Aoschmelzcharakteristiken für die Kurzschlußsituation einerseits und die Überstromsituation andererseits lassen sich durch nach Querschnitt und Länge abweichende Engstellen im Schmelzleiter erzielen, wie das dann auch schon in der DE-AS 20 46 724 beschrieben wird. Dabei spricht die kurze Engstelle r,ei Kurzschluß an, die längere Engstelle beim Auftreten von Überstrom. Derartige Schmelzleiter weisen jedoch eine Reihe von Nachteilen auf. Sn besteht zumal in den für die Uberstromsituation vorgesehenen Engstellenbereichen mit größerer Länge die Gefahr, daß der Schmelzleiter während des Betriebes insbesondere durch die dabei auftretenden Wechselbeanspruchungen aufgrund der geringen Elastizität des Leiters brüchig wird, so daß es zu einem Ausfall der Sicherung kommt, ohne daß ein Überstrom fließt. Des weiteren kann sich bei bestimmten Lastbedingungen im Uberstrombereich eine zu lanqe Lichtbogenbrenndauer ergeben, bei der in der Sicherung eine sehr große Menge des Schmelzleiterwerkstoffs verdampft und der dabei entstehende Überdruck zur Explosion der Sicherung führen kann. Diese Gefahr besteht insbesondere bei Hochspannungssicherungen, bei denen eine große Anzahl von Enqstellen in Reihe liegt, so daß die daraus entstehenden Teillichtbögen bei großen Lichtboqenbrenndauern zu einem langen Lichtbogen zusammenwachsen, der sich unter Umständen nicht mehr löschen läßt. Bei einer Mehrzahl von in Reihe liegenden Engstellen wird im übrigen immer wieder ein ungleichmäniges Durchschmelzen der Engstellen beobachtet, so daß sich die für die Löschung erforderliche Lichtbogenspannung nur langsam aufbaut.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schmelzleiter der eingangs umrissenen Gattung nach Zusammensetzung und Raumform so auszugestalten, daß die im Vorausgehenden aufgezeigten Nachteile weitestgehend vermieden werden.
• Diese Aufgabe wird mit einem Schmelz leiter der angesprochenen Gattunq gelöst, der entsprechend dem kennzeichnenden Teil zusammengesetzt und ausgebildet ist.
• Aus den erst bei höheren Temperaturen schmelzenden bzw.
• sublimierenden faserförmigen Einlagerungen in dem Silber- bzw. Kupfer-Schmelzleiter resultiert eine größere Betriebssicherheit von mit solchen Schmelzleitern versehenen Sicherungen im Sinne einer Erhöhung ihrer Standzeit unter Normalbedingungen. Der Schmelzleiter erfüllt gleichwohl die ihm zugeschriebene Trennfunktion bei anhdltender Überstrom, da mit dem Wegschmelzen des Grund werk stoffs im dementsprechend lang ausgelegten Engstellenbereich die eingelagerten Fasern ihren Zusammenhang verlieren, so daß es zur Trennung des Schielzleiters in diesem Bereich kommt. Da die faserformiqen Einlagerungen beim Schmelzen bzw.
• Sublimieren in erhebllcheln Umfang Energie çerbrauche>, dehnen sich die entstehenden Lichtbögen vergleichs weise langsam aus und es entsteht in der Sicherung kein eine F'xplosi(n der Sicherung bewirkender Überdruck mehr. Die faserförmigen Einlagerungen kühlen die sich ausbildenden Lichtbögen vielmehr, was zu einer vergleichsweise hohen Lichtbogenspannung und weitergehend zu einer rascheren Lichtbogenlöschung führt. Im Kurzschlußfall kommt es bei den sich dabei entwickelnden hohen Temperaturen durch das Aufschmelzen sowohl des Grundmetalls als auch der in das Grundmetall eingelagerten Fasern zur augenblicklichen Trennung des Leiters im Bereich der kurzen Engstelle.
• Ausqestaltungen des neuen Schmelz leiters ergeben sich aus den Unteranspruchen. Während Fasern aus den genannten Metalloxiden bzw. aus Graphit zur Einlagerung in sowohl aus Silber als auch aus Kupfer bestehende Leiter qeeignet sind, sind Fasern auf Nickel-Basis selbstverständlich nur in Verbindung mit dem Grundwerkstoff @@@@@@ @@@@@@@@.
• Beiden angesprochenen Sicherungen handelt es sich in der Regel um loschmittelbefüllte Sicherungen.
• Zur Beschleunigung des Abschmelzens des Leiter beim AR£treten von Uherströmen kann im Einzugsgebiet der längeren Engstelle auf dem Leiter ein Reaktionsmittel, in der Regel auf Zinnbasis, aufgebracht sein, das durch Legierungsbildung mit dem Grundwerkstoff das Abschmelzen des Leiter sicherstellt bzw. beschleunigt.
• In der Zeichnung isttder neue Schmelzleiter anhand eines in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispieles weitergehend erläutert. Es zeigen: Figur 1 einen solchen Schmelz leiter in Draufsicht, abgebrochen, mit angedeuteter Struktur, Figur 2 den Schmelz leiter in Figur 1 in Seitenansicht.
• Bei dem Schmelzleiter handelt es sich um ein aus Silber als Grundwerkstoff 111 mit in dem Grundwerkstoff 111 eingelagerten Fasern 112, beispielsweise aus Nikkel, bestehendes Band 11. Das Band 11 ist in Abstand den mit nach Breite B bzw. b und Länge L uzw. 1 voneinander abweichenden Engstellen 21 und 22 versehen.
• Die auf die Kurzschlucssituation ansprechenden Engstellen 21 sind Kurzer (1) und schmaler (b) als die auf die Überstromsituation ansprechenden Engstelle 22 größerer Länge t. und größerer Breite B.
• Die Bestandteil des Schmelzleiters 11 bildenden, in den Grundwerkstoff 111 eingelagerten Fasern 112 stabilisieren den ,ichnlelzlelter im Sinne einer Erhöhung der Standzeit. Bei anhaltendem Überstrom schmilzt der Grundwerkstoff 111 auf und die eine größere Länge L.F als die durchschnittliche Länge 1F der eingelagerten Fasern 112 aufweisende Brucke 22 bricht zusammen. Bei einem Schmelz leiter mit einer Mehrzahl von in Reihe liegenden Engstellen dieser Art kommt es zum gleichmäßigen Abschmelzen des Grundwerkstoffs 111 im Berei@n dieser r.ngsl.ller; 22 und zu nahezu gleic-hzeitigem Entstehen einer entsprechenden Anzahl von Teillichtbögen. Bei Kurzschluß werden die Engstellen 21 rasch bis zum Siedepunkt des Grundwerkstoffs 111 wie auch der eingelagerten Fasern 112 aufgeheizt, so daß es zur augenblicklichen Trennung des Schmelz leiters im Bereich der Engstellen 21 unter Ausbildung einer entsprechenden Anzahl von Teillichtbögen kommt.
• Sowohl in der Überstrom wie auch in der Kurzschlu3-situation verlängern sich die Teillichtbögen durch Verdampfung des Schmelzleiters 11 nur langsam, da ür das Verdampfen bzw. Sublimieren der eingelagerten Fasern 112 sehr viel Energie verbraucht wird. Die eingelagerten Fasern 112 kühlen gleichzeitig die Lichtbögen, was zu einer hoheren Lichtbogenspannung und somit zu einer rascheren Lichtbogenlöschung führt.
• Zu einer Explosion von mit dem neuen Schmelz leiter versehenen Sicherunqen durch Metalldampf-Überdruck kommt es dabei nicht mehr.
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Claims (6)

1. Patentansprüche 1. Schmelzleiter für Sicherungen auf Silber- bzw.

   Kupfer-Basis mit mindestens zwei unterschiedlich langen Engstellen im Abstand voneinander und im Abstand von den Leiterenden, gekennzeichnet durch einen Leiter (11) aus einem Verbundwerkstoff (111, 112) mit einer in fasriger Struktur vorliegenden, nicht in Silber- bzw. in Kupfer löslichen Komponente (112), deren Schmelz-, Siede- bzw. Sublimationstemperatur höher liegt als die des Silber- bzw.

   Kupfers, wobei die Fasern (112) der in den Grundwerkstoff (iii) eingelagerten Komponente eine Länge llF) aufweinen, die kleiner ist als dje ewirksame Länge (L) der längeren Engstelle (22) des Schmelzleiters (11).
2. 2. Schmelzleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Länge (1) der kürzeren Enastelle (21 kürzer ist als die Länge (lF) der in den Grundwerkstoff (111) eingelagerten Fasern (112).
3. 3. Schmelzleiter nach einem der Ansprüche 1 und 2, dem durch gekennzeichnet, daß die in den Grundwerkstoff (111) eingelagerten Fasern (112) aus Graphit bestehen.
4. 4. Scnmelzleitier rlcich einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Grundwerkstoff (111) eingelagerten Fasern (112) aus einem Metalloxid, wie CdO bzw. SnO2, bestehen.
5. 5. Schmelzleiter nach einem der Ansprüche 1 und 2 auf Silber-Basis, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Grundwerkstoff (111) eingelagerten Fasern (112) aus Nickel bestehen.
6. 6. Schmelzleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der in den Grundwerkstoff (111) eingelagerten fasrigen Komponente (112) am Verbundwerkstoff (111,112) 5 bis 40 Gew.-% beträgt.