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Sicherung mit geschlossenem Schmelzeinsatz für Motorschutz Der Gegenstand
der Erfindung ist eine Schmelzsicherung, welche bei Stromstärken, die den Grenzstrom
um ein gewisses Vielfaches übersteigen, lange Zeiten zum Schmelzen benötigt, so
daß bei den zum Anlassen notwendigen Beanspruchungen keine Abschaltung erfolgt.
Dabei ist die Sicherung bei sehr hohen Überlastungen, welche einem KurzschluB gleichkommen,
doch empfindlich und verlangt so kurze Zeiten, daß damit nicht nur der 'Motor, sondern
auch die zugehörige Leitung hinreichend geschützt wird.
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Die bekannten Sicherungen hallen zum Teil in der -Nähe des Schmelzfadens
eine gasförmige oder flüssige Umhüllung, welche die Wärme schnell abführt und nach
außen abgibt, die jedoch mit dem Schmelzfaden selbst einen so geringfügigen Wärmeaustausch
besitzt, daB bei geringer Überschreitung des Grenzstromes bereits die Wärmeableitung
gegenüber der Wärmeerzeugung im Schmelzfaden zu 'vernachlässigen ist. Dies gilt
sowohl für offene als auch für die bekannten Ölsicherungen.
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Die anderen bekannten Sicherungen, die in geschlossener Form ausgeführt
werden, besitzen eine pulverförmige Umhüllung des Schmelzfadens, die bei geringer
Überschreitung des Grenzstromes zwar Wärme mit aufnimmt und dadurch die Schmelzzeit
erhöht, die aber doch in geringem Maße zur Wärmeabnahme dient, weil in ihr ein starkes
Wärmegefälle vom Schmelzfaden nach außen stattfindet. Bei mäßigen Überschreitungen
des Grenzstromes, etwa in der Größenordnung von 5o °/o, spielt auch hier die Wärmeableitung
der Füllmasse keine Ralle mehr, so daß von da ab die Zeiten sehr kurz werden und
die Sicherungen beim Anlassen der Motoren durchgehen, wenn sie im Grenzstrom so
bemessen sind, daß sie den Motor und seine Leitung gegen dauernde Überlastung schützen
können.
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Nach der Erfindung wird der Schmdlzfaden in einem leicht beweglichen,
schlecht oder nicht leitenden Medium mit hoher Wärmekapazität angeordnet. Er ist
außerdem mit Kühlflächen ausgerüstet, die eine intensive Übertragung der Wärme vom
Schmelzfaden an das bewegliche Medium bewirken.
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Als Medium kommt in erster Reihe eine Flüssigkeit wie öl oder auch
Wasser in Frage; doch kann auch mit komprimierten Gasen eine solche Wirkung erreicht
werden. Die Kühlflächen sind metallisch und mit dem Schmelzfaden so innig verbunden,
daß die Wärme von dem am stärksten geheizten Teil ungehindert und schnell zu den
Kühlflächen und durch diese zum Kühlmedium fließen kann. Solche Kühlflächen können
z. B. aus Blechstreifen hergestellt sein, die mit dem Schmelzfaden fest und innig
durch Verlöten oder Verschweißen verbunden sind.
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Abb. i stellt den Schmelzeinsatz für eine Ausführungsform der vorstehenden
Gedanken dar. Der mit Polschuhen 'versehene Streifen
ist mit angesetzten
Abkühlungsflächen versehen; letztere sind in irgendeiner Weise-befestigt, z. B.
durch feine Kupfernieten. .Die Befestigung ist durch kleine Kreuze angedeutet.
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Eine noch bessere und einfachere Anordnung entsteht dadurch, daß der
Schmelzfaden aus einem oder mehreren Einsätzen hergestellt wird, die auf geringe
Länge starke Einschnünmgen besitzen. Man verwendet etwa einen Blechstreifen, der
an mehreren Stellen durch Löcher und Einschnitte erheblich geschwächt ist. An diesen
Stellen wird also eine starke Erzeugung der Wärme stattfinden, die, da die Stellen
nur sehr kurz sind, nach beiden Seiten zu den breiteren Stellen des Streifens und
von dort zur Kühlflüssigkeit abfließen kann. Letztere wird im folgenden beispielsweise
immer als Öl bezeichnet werden, doch können die anderen erwähnten Kühlmedien dafür
treten.
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Eine Ausführungsform des Schmelzeinsatzes hierfür ist in Abb. 2 dargestellt.
Der mit Polschuhen versehene Streifen ist mit mehreren Reihen von Löchern versehen.-
Die äußeren Löcher können natürlich bis zum Rande durchgeführt werden, wodurch sie
als Schlitze ähnlich denjenigen der Abb. 4. erscheinen.
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Die mittlere Reihe der Löcher ist in Abb. 2 versetzt gezeichnet. Sie
könnte ganz fortfallen. In dem gezeichneten Beispiel dient sie dazu, die Wärmeerzeugung
auch in dem nicht ganz geschwächten Teil etwas zu erhöhen.
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Andere praktische Ausführungen sind vorwiegend so gestaltet, daß alle
Löcher in einzelnen Reihen .senkrecht zur Längsrichtung des Streifens angeordnet
sind und die versetzten Löcher fehlen.
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Es sind zwar Schmelzstreifen bekannt, die solche Einschnürungen besitzen.
aber ihre Verbindung mit dem geschilderten Kühlmedium, insbesondere 01, ist
neu. Für den geschilderten Zweck nicht verwendbar sind dagegen die auch häufig,
insbesondere in Luft, verwendeten -Blechstreifen mit geringfügigen, aber in der
Richtung des Stromflusses langen Einschnürungen. Bei diesen ist infolge der Länge
dieser Einschnürungen die Wärmeabgabe an die breiteren Teile erheblich behindert,
daher ist die '\@Tirkung, welche hier angestrebt wird, nicht erreichbar.
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Bei der Ausbildung der neuen Sicherung ist zu beachten, daß die Olmasse
als wärmeaufnehmender Bestandteil des Schmelzfadens zu betrachten ist, daß sie also
mit dem letzteren thermisch so innig wie möglich zu verbinden ist. Zur Erreichung
einer großen Trägheit muß man also hier diejenigen Mittel benutzen, die bei offenen
Sicherungen gerade eine Verringerung der Trägheit- bedingen, weil sie zur Einschränkung
der Querschnitte auf große Längen führen, also insbesondere *die Verwendung dünner
und breiter Bleche an Stelle kompakter, runder Querschnitte, . ferner, die Unterteilung
in -eine größere Anzahl parallel geschalteter Streifen.
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Es ist Zweck der Sicherung, ohne nennenswerte Erhöhung des Grenzstromes
große Zeiten zu erzielen, also insbesondere den Abfall der Zeiten in der Nähe des
Grenzstromes gering zu halten. Deshalb wird man die Wiirmeableitung vom Kühlmedium,
z. B. dem Öl, nach.außen nach Möglichkeit behindern, wird also die Ölfüllung nicht
in ein gut gelüftetes und etwa mit besonderen Kühlrippen versehenes Metallgefäß,
sondern in einen Körper schlechter Wärmeleitfähigkeit einschließen. Dazu eignen
sich besonders Porzellan und keramische Körper, aber auch die als Isoliermassen
verwendeten schlechten Wärmeleiter, wie insbesondere Hartpapier. '-Nach diesem Gesichtspunkte
wird das Ganze demnach die Form eines ölgefüllten Stöpsels aus solchem schlecht
leitendem Stoff. insbesondere Porzellan, erhalten.
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Bei dauernder Belastung mit dem Grenzstrom erreicht der Schmelzfaden
an den geschwächten Stellen die Schmelztemperatur und behält sie lange Zeit bzw.
bleibt lange Zeit nur wenig darunter. Bei Überschreitung des Grenzstromes wird zwar
die Schmelztemperatur früher erreicht, aber immerhin wird erhebliche Zeit vergehen,
während der das heiße Schmelzmaterial mit der Kühlflüssigkeit in Berührung kommt.
Es ist deshalb notwendig, als Stoff für die Schmelzfäden einen solchen zu wählen,
der keine thermisch unerwünschte Veränderung der Kühlflüssigkeit, etwa durch Verdampfen
oder durch Bildung von Harz- und Schlammschichten, hervorruft. Man wird deshalb
die Sicherungen vorwiegend aus niedrig schmelzendem Metall, wie Zink, Zinn oder
Legierungen mit-niedrigem Schmelzpunkt, herstellen. Diese Maßnahme hat auch den
Vorteil, daß man die Unregelmäßigkeiten vermeidet, die beispielsweise bei Kupfer
und Silber durch das starke Anwachsen des Widerstandes bei hoher Temperatur eintreten
und eine Be- i schleunigung des Abschmelzens hervorrufen.
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Es -ist bereits erwähnt 'worden, daß die Wärmeübertragung von dem
Schmelzfaden auf die Kühlflüssigkeit möglichst intensiv sein soll. Während bei den
mit Pulver ge- i füllten Sicherungen nur der den Schmelzfaden umgebende Querschnitt
erheblich geheizt wird und die Temperatur nach außen schnell abnimmt, soll hier
nach Möglichkeit die ganze hasse mitgeheizt werden. Das be- i dingt einen geregelten.
kräftigen Kreislauf der Kühlflüssigkeit. Ein solcher läßt sich dadurch
erzielen.
daß um die Einsätze Wände innerhalb der Kühlflüssigkeit angebracht werden, die an
den Enden Öffnungen oder Durchbohrungen besitzen aller nicht ganz bis zu dem )ende
des Ölraumes geführt werden. Wird die Sicherung so angeordnet, daß der Schmelzfaden
senkrecht steht, also auch die Wände beispielsweise senkrechte Röhren bilden, so
wird im Innern ein aufsteigender, außerhalb der Wände ein absinkender Ölstrom entstehen.
der die erwärmten Ölteile von den warmen Sicherungsteilen fortnimmt und immer neue
kalte Massen heranführt.
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Eine gleiche Wirkung wie durch die erwähnten nicht stromführenden
Wände kann man auch dadurch erzielen, daß die Verbreiterungen des Schmelzfadens
entsprechend ausgebildet werden, wn selbst Wände zur Erzielung des Ölumlaufs darzustellen.
Man kann z. B. diese breiteren Stellen rinnen- oder rohrförniigbiegen, so daß sie
die Ölbewegungen ebenfalls regeln. Zweckmäßig wird dabei über und unter jeder Verengungsstelle
des Schmelzfadens die verbreiterte Blechfläche nach einer anderen Seite herausgebogen,
so daß der Umlauf auf beiden Seiten des Fadens stattfindet.
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Eine Ausführungsform des Schmelzeinsatzes in dieser Ausbildung zeigt
Abb.3, oben in der Ansicht, darunter in einem Schnitt durch eine der verengten Stellen.
Der Einsatz wird bei dieser Ausführungsform, wie -gezeichnet, im Öl Senkrecht gestellt
werden. Es wechseln geschwächte Stellen und solche mit wesentlichen Verbreiterungen
ab. Letztere sind abwechselnd nach der einen oder anderen Seite rinnenförmig umgebogen,
uni den Umlauf des Öles durch Schornsteinwirkung zu verstärken.
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Die bisher geschilderten baulichen Maßnahmen sind durchweg durch thermische
Gesichtspunkte gegeben. Bei niedrigeren Spannungen, und insbesondere in den Fällen,
in denen der Motor bereits anläuft, also eine gegenelektromotorische Kraft entwickelt,
werden die geschilderten Schmelzstreifen die Stromunterbrechung unter Öl ohne Schwierigkeiten
bewirken. Wenn es sich dagegen um das Ausschalten von Kurzschlüssen handelt, oder
wenn der Motor nicht anläuft, und die Spannung verhältnismäßig hoch ist, so wird
es unter Umständen zweckmäßig sein, die Lichthogenlöschung zu erleichtern. Das kann
man dadurch bewirken, daß an einer oder mehreren geschwächten Stellen die Streifen
geknickt oder gebogen werden, so daß dadurch eine dynamische Blaswirkung erzielt
wird, welche die nicht schmelzenden, zwischen den geschwächten Stellen befindlichen,
breiteren Teile des Schmelzfadens aus dem Bereich des Lichtbogens Herauswirft. Dieses
in Verbindung mit der Ölkühlung oder den anderen geschilderten Kühlmitteln ermöglicht
eine Lichthogenlöschung bei verhältnismäßig hohen Spannungen und Bean-
spruchungen.
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-lau kann gegebenenfalls auch die anderen bekannten Hilfsmittel zur
Funkenlöschung verwenden. wie magnetische Blasfelder unrl ähnliches.
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Eine Ausführung.,form des @chme@zeinatzes für diese Bedingungen ist
in Abb. 4 dargestellt. Der Einsatz ist mit zahlreichen Einschnitten versehen, die
sich auf beiden Seiten gegenüberstehen, und ist an diesen Stellen aus seiner Ebene
herausgeknickt, um die dynamische Wirkung an dieser Stelle beim Durchbrennen zu
erzielen. Die obere Abbildung zeigt den Streifen in vorderer Ansicht, die untere
in der Draufsicht.
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Bisher war als Kühlmittel stillschweigend im wesentlichen eine nicht
leitende -lasse, etwa Öl oder komprimiertes Gas, vorausgesetzt. welche bei Unterbrechung
des Schmelzfadens und Erlöschen des Lichtbogens die vollständige Abtrennung des
Schaltstromkreises bewirkt. Man kann jedoch auch schlecht leitende Flüssigkeiten,
insbesondere Wasser, zur Kühlung verwenden. was anderweitig bereits mehrfach vorgeschlagen
worden ist. Dann wird man die Auslöschung des Lichtbogens ebenfalls erzielen können,
jedoch ist, insbesondere bei höheren Spannungen, damit eine vollständige Abtrennung
des Schaltstromkreise: nicht erreichbar. Man muß in diesem Falle für die nachträgliche
Abtrennung desselben sorgen. und zwar durch einen besonderen, vom Schmelzfaden gesteuerten
Schalter. 'Man kann beispielsweise durch den Schmelzfaden eine Feder spannen, welche
beim Unterbrechen des Fadens sich entspannt und die Auslösung eines Schalters bewirkt.
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Eine weitere Abänderung und Ergänzung der beschriebenen Schmelzsicherung
wird dadurch erzielt. daß man diese trä`e Überlastungssicherung, die insbesondere
zum Schutz des \lotors beim Anlassen bestimmt ist. ergänzt durch eine empfindliche
Kurzschlußsicherung, z. B. einen Stöpsel bekannter Art mit Pulverfüllung. Beide
Sicherungen müssen dann in Reihe geschaltet werden, und die träge Sicherung wird
im Grenzstrom dem Motor angepaßt, so daß _iir Grenzstrom also nur wenig über dem
normalen Betriebsstrom des Motors liegt. Die Kurzschlußsicherung dagegen erhält
_ einen hohen Grenzstrom. welcher gleich einem erheblichen 'Vielfachen des -Totorstromes
ist; sie wird aber :ehr empfindlich gemacht. d. 1i. daß die i Zeiten, welche sie
zum Schmelzen benötigt, bei tberscüreitung ihres Grenzstromes sehr
schnell
auf ganz geringfügige Werte herabsinken. Die Schmelzkurven überschneiden sich also,
und vom Grenzstrom der trzgen Überlastungssicherung bis zu dem Strom, bei dem die
Kurven sich schneiden, tritt die träge Überlastungssicherung in Wirkung, bei höheren
Strömen dagegen die empfindliche Kurzschlußsicherung.
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Man wird mit der Vereinigung dieser beiden Sicherungen noch einen
Schritt weiter-# e en und sie in einem -emeinsamen Gehäuse e# h Z,
zusammenbauen.
so daß für die Installation nur ein Körper in Frage kommt. Gegebenenfalls kann der
Kurzschlußstöpsel sogar innerhalb des Ölraumes des fi%erlastungsstöpsels seinen
Platz finden.
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Es ist selbstverständlich, daB die neue Sicherung mit den Hilfsmitteln
versehen und ausgestattet wird. die bei anderen Sicherungen bereits üblich und gebräuchlich
sind, so z. B. mit einer Kennvorrichtung, die das Durchschmelzen anzeigt.