DE3823747A1 - Hochspannungsschmelzsicherung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schmelzsicherung für einen Hoch­ spannungsschaltkreis.

Insbsondere betrifft die Erfindung eine Hochspannungsschmelz­ sicherung kleiner Bauart bzw. Minitur-Hochspannungsschmelz­ sicherungen.

Hochspannungsschmelzsicherungen werden beispielsweise im Hoch­ spannungsschaltkreis von Mikrowellenherden verwendet, welche bei einer Spannung von mehreren Kilovolt arbeiten. Eine derar­ tige Sicherung herkömmlichen Aufbaus wird von Wärme zum Schmelzen gebracht, die bei sie durchfließendem Überstrom ent­ steht. Letztendlich zerbricht diese Sicherung in zwei Stücke, die als Elektroden wirken. Ein Zusammenbruch der Luftisolation zwischen den verbleibenden Stücken (nachfolgend auch "Elektro­ den" genannt) eines Schmelzelements kann dabei auftreten und die Ausbildung eines elektrischen Bogens nach sich ziehen, und zwar unter den Bedingungen, daß die Weite eines freien Spalts zwischen den Elektroden gering ist und die dazwischen anlie­ gende Spannung hoch ist.

Eine derartige Erscheinung, nämlich der Zusammenbruch der Luftisolation zwischen den Elektroden, kann in einer Sicherung nicht auftreten, die in einem herkömmlichen Niederspannungs­ schaltkreis verwendet wird, der unterhalb einer Spannung von 250 Volt betrieben wird. Ein Nachteil dieser Sicherung besteht jedoch darin, daß ein überschüssiger Fluß des Bogenstroms oft­ mals eine erhebliche Beschädigung der Bauteile des Geräts be­ wirkt, in welchem die die Sicherung enthaltende Schaltung an­ geordnet ist.

Weiterhin kommt es bei herkömmlichen Hochspannungsschmelzsi­ cherungen, in denen ein gewöhnliches Schmelzelement verwendet wird, häufig vor, daß, wenn dieses Element geschmolzen und dann durchtrennt wird aufgrund der vom Überstrom erzeugten Wärme, eine über der Sicherung zum Zeitpunkt des Durchtrennens des Schmelzelements aufgebaute Spannung, d.h. die Schmelz­ spannung, einen sehr geringen Wert, beispielsweise etwa Null Volt aufweist. In einem solchen Fall ist der Abstand zwischen den (dabei gebildeten) Elektroden, nämlich der Abstand zwi­ schen den aufgetrennten Enden bzw. Spitzenden der verbliebenen Schmelzelement-Stücke derart gering, daß darauffolgend ein (Überschuß-Strom)- (Licht)-Bogen bzw. ein überschießender Bogen induziert bzw. gezündet wird.

Angesichts dieser Probleme mit herkömmlichen Hochspannungs­ schmelzsicherungen ist ein Sicherungstyp entwickelt worden, der in Fig. 4 dargestellt ist. Diese Sicherung umfaßt eine Fe­ der 7, die in Serie mit einem Schmelzelement 1 geschaltet und mit diesem derart verlötet ist, daß der Abstand zwischen den Elektroden, der sich an den Durchtrennungsenden des Schmelze­ lements 1 ausbildet, durch Zusammenziehen der Feder 7 ver­ größert wird. Weiterhin sind ein Paar von Endkappen 4 vorgese­ hen, sowie ein Sicherungsrohr 5 und eine Lötschicht 6, mit welcher die Sicherung an den (nicht dargestellten) Hochspan­ nungsschaltkreis angeschlossen wird.

Nachteilig ist dabei jedoch, daß das Schmelzelement durch die Feder ständig unter Spannung gehalten wird, und damit mecha­ nisch belastet ist. Außerdem sind (fertigungsbedingte) Unter­ schiede in der Zugspannungsgröße zwischen in den Sicherungen dieses Typs verwendeten, einzelnen Federn gewöhnlicherweise nicht vernachlässigbar. Infolgedessen können Schmelz- und Durchtrennungscharakeristika des Schmelzelements dieser Art von Hochspannungsschmelzsicherungen nicht stabil gehalten wer­ den.

Wenn in einer Hochspannungsschmelz-Sicherung dieses Typs auf­ grund eines elektrischen Defekts ein hoher Stromfluß auftritt, können die Feder ebenso wie das Lötzinn am Verbindungspunkt zwischen Feder und Schmelzelement kurzfristig verdampfen bzw. in Metalldampf überführt werden, wobei ein (elektrischer) Bo­ gen in der Sicherung auftritt. Die Menge des als Quelle für den Bogen dienenden, in dem Dampf enthaltenen Metalls ist so groß, das der Bogen für eine Zeitdauer aufrecht erhalten bleibt, die lange genug ist, um eine Zerstörung des der Bogen­ wirkung ausgesetzten (Sicherungs-)Rohrs zu verursachen.

Schließlich ist diese bekannte Hochspannungsschmelzsicherung noch insofern von Nachteil, als wegen der Zugspannungsbelast­ barkeit des Schmelzelements nur solches Material eines derar­ tigen Durchmessers in Frage kommt, das der Zugspannung der Fe­ der (dauerhaft) widersteht. Aus diesem Grund lassen sich mit der herkömmlichen Schmelzsicherung dieser Art keine kleinen Durchbruchspannungen erzielen.

Es ist die Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Hochspannungs­ schmelzsicherung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei deren Durchbruch keine Lichtbögen aufgrund des Überstroms auf­ treten, und mit der auch kleine Durchbruchspannungen reali­ siert werden können.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungs­ gemäßen Sicherung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher er­ läutert werden; in dieser zeigen:

Fig. 1 die erfindungsgemäße Hochspannungsschmelz-Sicherung in Seitenansicht,

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht des Schmelzelements der Si­ cherung in Fig. 1, das aus einem ersten Element be­ steht, auf das ein zweites Schmelzelement aufgewickelt ist, um den Abstand der beiden Elektroden zu ver­ größern, die beim (Schmelz-)Durchtrennen des ersten Elements entstehen,

Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht des Schmelzelements der Si­ cherung in Fig. 1, das aus einem ersten Element be­ steht, auf das ein zweites und ein drittes Schmelzele­ ment aufgewickelt sind, um den Abstand der beiden Elektroden zu vergrößern, die beim (Schmelz-) Durch­ trennen des ersten Elements entstehen, und

Fig. 4 eine bisherige Hochspannungsschmelzsicherung (Stand der Technik) mit einem Schmelzelement, das in Serie mit einer (Spann-)Feder verbunden ist.

Die Hochspannungsschmelzsicherung gemäß dem Stand der Technik ist bereits vorstehend beschrieben. Nachfolgend soll die er­ findungsgemäße Hochspannungsschmelz-Sicherung beschrieben wer­ den.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Schmelzsicherung ist auf einen Schmelzdraht 1 (erstes Schmelzelement) ein Schmelzdraht oder eine Schmelzfolie 2 (zweites Schmelzelement) aufgewickelt. Durch den Schmelzdraht 1 fließt der größte Teil des elektri­ schen Stroms, mit dem die Schmelzsicherung im bestimmungsgemä­ ßen Einsatz beaufschlagt wird. Der Schmelzteil dieser Siche­ rung, der aus dem Schmelzdraht 1 und dem zusätzlichen Schmelz­ element 2 besteht, ist in einem zylindrischen Rohr 5 unterge­ bracht, dessen Endkappen 4 als Anschlußelemente ausgebildet sind, die über Lötzinn 6 an einen Hochspannungsschaltkreis an­ schließbar sind. Der Werkstoff für den Schmelzdraht 1 ist so beschaffen, daß er bezüglich des zweiten Schmelzelements 2 ei­ nen kleineren elektrischen Widerstand aufweist sowie einen größeren Querschnitt und einen geringeren Schmelzpunkt. Unter diesen Bedingungen bezüglich der physikalischen Eigenschaften der Schmelzelemente 1 und 2, besteht der Schmelzdraht 1 bei­ spielsweise aus einer Silber-Kupfer-Legierung, und das zweite Schmelzelement 2 beispielsweise aus einem Magnesiumdraht oder einem Draht, der aus einer Legierung besteht, die Magnesium enthält.

Entsprechend der ausgewählten, vorstehend angegebenen physika­ lischen Eigenschaften des Schmelzdrahtes 1 und des zweiten Schmelzelements 2, fließt der größte Teil des Stroms in der (in eine Schaltung eingesetzten) Sicherung durch den Schmelz­ draht 1, während das zweite Element unter normalen Bedingungen nicht von Strom durchflossen ist. Sobald jedoch ein elektri­ scher Defekt (in der Schaltung) auftritt, und ein Über(last)­ strom durch die Sicherung fließt, werden sowohl der Schmelz­ draht 1 wie auch das auf diesen gewickelte zweite Schmelzele­ ment 2 erwärmt und beginnen zu schmelzen. Der Überstrom fließt weiterhin durch die Schmelzsicherung, mit dem Ergebnis, daß der Schmelzdraht 1, durch den der größte Teil des Überstroms fließt, schmilzt und zerreißt bzw. zertrennt wird, bevor das zusätzliche Schmelzelement 2 ebenfalls zerreißt. Danach fließt der Strom im zusätzlichen Element 2, das unter dem Einfluß ei­ nes (Licht-)Bogens fortgesetzt schmilzt, welcher an der Reiß­ stelle bzw. Abschmelzstelle des Schmelzdrahtes erzeugt wird, und das binnen kurzem heftig zu brennen beginnt. Das Brennen des Schmelzelements 2 hält an, während zwei beim Zertrennen des Schmelzdrahts 1 gebildete Stücke oder Teile ebenfalls schmelzen. Dadurch wird ein Abstand zwischen den verbleibenden Stücken (den sogenannten Elektroden) des Schmelzdrahts 1 all­ mählich vergrößert. Mit dieser Schmelzsicherung durchgeführte Versuche belegen, daß der Schmelzdraht 1 ebenso wie das zu­ sätzliche Schmelzelement 2 (bei Überstrom einer vorgegebenen Größe) vollständig verbrannt und bis zu den Sicherungsan­ schlüssen hin abgeschmolzen sind. Weiterhin wurde während des Abbrennens der Schmelzelemente 1 und 2 gebildetes Magnesiumo­ xid in den Innenraum des Sicherungsrohrs 5 verbreitet und da­ bei an die Innenfläche des Rohrs 5 angelagert. Dieser Vorgang erhöht die Hochisolier-Widerstandsfähigkeit der Schmelzsiche­ rung so weit, daß das Auftreten einer Glühentladung in der Si­ cherung verhindert wird.

Im Unterschied zu der herkömmlichen Schmelzsicherung mit der an das Schmelzelement angeschlossenen Zugfeder, schmelzen die Schmelzelemente 1 und 2 der erfindungsgemäßen Schmelzsicherung also vollständig unter einer relativ niedrigen (elektrischen) Spannung, deren Wert nahezu Null beträgt, derart, daß der Ab­ stand zwischen den beiden Elektroden vergößert wird, nachdem die Schmelzelemente zu brennen begonnen haben. Damit aber ist die erfindungsgemäße Schmelzsicherung in hohem Maße hochspan­ nungsfest.

Die in Fig. 3 dargestellte Schmelzelementeanordnung unter­ scheidet sich von der in Fig. 2 dargestellten dadurch, daß zu­ sätzlich zu dem zweiten Schmelzelement 2 auf das erste Schmelzelement 1 ein drittes Schmelzelement 3 auf das erste und zweite Schmelzelement 1 und 2 aufgewickelt sind. Versuche mit dieser komplexen Schmelzelementanordnung haben ergeben, daß die Stromleitfähigkeit gegenüber der Anordnung von Fig. 2 noch erhöht ist, während der Abstand der Elektroden nach dem Zerreißen des Elements 1 noch zusätzlich vergößert ist.

Diesselben positiven Effekte werden mit einer Schmelzfolie er­ zielt, wenn diese anstelle eines Schmelzdrahtes als zweites und drittes Schmelzelement verwendet werden.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Schmelzsicherung im Vergleich zu der herkömmlichen Sicherung mit einer an das Schmelzelement angeschlossenen Feder besteht darin, daß die Schmelzelemente keiner mechanischen Spannungsbelastung unter­ liegen. Außerdem kann damit die Menge an Metall im zylindri­ schen Sicherungsrohr auf ein Minimum beschränkt werden. Als Ergebnis gewährleistet die erfindungsgemäße Schmelzsicherung nicht nur vorzügliche Schmelz- bzw. Sicherunsgeigenschaften und Reiß- bzw. Zerbrecheigenschaften, sondern auch eine einfa­ che und damit effiziente Herstellbarkeit, da die aufwendigen Monatageschritte für die herkömmliche entfallen, mit dem müh­ samen Anlöten des Schmelzelements an der Feder und dem Anlöten dieser miteinander verbunden Teile im gestreckten und gespann­ ten Zustand an die außenliegenden Anschlußkappen.

Claims (6)

1. Schmelzsicherung für einen Hochspannungsschaltkreis, gekennzeichnet durch
ein erstes Schmelzelement (1), durch welches der größte Teil eines die Schmelzsicherung durchfließenden Stroms im Normalzustand der Sicherung hindurchfließt, und das in Er­ widerung auf Überstrom schmilzt und zerbricht, der einen größeren Wert annimmt als den Wert eines vorbestimmten Min­ destschmelzstroms der Schmelzsicherung, und der im Falle eines elektrischen Defekts im Hochspannungsschaltkreis auf­ tritt,
ein zweites Schmelzelement (2), das um das erste Schmelz­ element (1) herum vorgesehen und dazu ausgelegt ist, in Er­ widerung auf den Überstrom abzubrennen, um die verbleiben­ den Teile des ersten Schmelzelements (1) weiter zu schmel­ zen, nachdem das erste Schmelzelement (1) aufgrund des die­ sen durchfließenden Überstroms zerbrochen ist, um einen lichten Spalt zwischen den verbliebenen Teilen des ersten Schmelzelements (1) um das Ausmaß zu vergrößern, das aus­ reicht, um das Auftreten eines überschießenden Bogens zwi­ schen den Teilen zu verhindern, und
ein Schmelzsicherungsrohr (5), welches das erste Schmelz­ element (1) aufnimmt, und das zwei Anschlüsse (4, 6) auf­ weist, die mit dem Hochspannungsschaltkreis verbindbar sind, und die mit entsprechenden Enden der ersten und zwei­ ten Schmelzelemente (1, 2) verbunden sind,
wobei das Material des ersten Schmelzelements (1) einen kleineren elektrischen Widerstand, einen größeren Quer­ schnitt und einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist als das zweite Schmelzelement (2), wodurch die Fähigkeit der Schmelzsicherung vergößert ist, Hochspannung ohne eine zer­ sprengende Entladung zu widerstehen.

2. Schmelzsicherung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei oder mehr zusätzliche Schmelzelemente (3), um die ver­ bleibenden Teile des ersten Schmelzelements (1) weiter zu schmelzen, um den lichten Spaltabstand zwischen den ver­ bleibenden Teilen des ersten Schmelzelements (1) zu ver­ größern, wobei die zusätzlichen Schmelzelemente (3) um die ersten und zweiten Schmelzelemente (1, 2) herum angeordnet sind, wobei das Material des ersten Schmelzelements (1) ei­ nen kleineren elektrischen Widerstand, einen größeren Quer­ schnitt und einen niedrigeren Schmelzpunkt als die zusätz­ lichen Schmelzelemente (3) aufweist, und wobei jeder der Anschlüsse (4, 6) an die entsprechenden Enden der zusätzli­ chen Schmelzelemente (3) angeschlossen sind, um den lichten Spaltabstand zwischen den Teilen des ersten Schmelzelements zu vergrößern.

3. Schmelzsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Schmelzelement (1) aus einer Silber- Kupferlegierung und das zweite Schmelzelement (2) aus einem Magnesiumdraht bestehen.

4. Schmelzsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Schmelzelement (1) aus einer Silber- Kupferlegierung und das zweite Schmelzelement (2) aus einer Magnesiumfolie bestehen.

5. Schmelzsicherung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Schmelzelement (1) aus einer Silber- Kupferlegierung, und das zweite und die zusätzlichen Schmelzelemente (2, 3) aus Magnesiumdrähten bestehen.

6. Schmelzsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Schmelzelement (1) aus einer Silber-Kupfer­ legierung und die zweiten und zusätzlichen Schmelzelemente (2, 3) aus einer Magnesiumfolie bestehen.