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Schmelzleiter für elektrische Sicherungen Die Erfindung bezieht sich
auf einen Schmelzleiter für elektrische Sicherungen, der aus einer in einer Metallhülle
befindlichen Metallseele besteht und bei dem die elektrische Leitfähigkeit des Metalls
der Hülle nicht wesentlich beeinträchtigt wird durch Oxydation infolge Erhitzung
in Gegenwart von Luft. Es sind beispielsweise bereits Schmelzfäden für elektrische
Sicherungen bekannt, die aus einem Kern aus einem unedlen Metall und einem Mantel
aus Edelmetall bestehen, der den Kern vor Oxydation schützt und bei denen Kern und
Mantel gemeinschaftlich im Ziehverfahren hergestellt sind. Dem Bekannten gegenüber
besteht das Wesen der Erfindung darin, daß die Metallseele aus einem Stoff besteht,
dessen Siedepunkt wesentlich niedriger ist als der Schmelzpunkt der Metallhülle,
so daß beim Auftreten entsprechender Überlastungen zunächst ein Halten der -geschmolzenen
Metallseele durch die Metallhülle erfolgt und erst nach einer bestimmten Zeit eine
Zerstörung des Schmelzleiters durch den Dampfdruck stattfindet; den die geschmolzene
Metallseele verursacht. Ein solcher Schmelzleiter ermöglicht demnach einerseits
für den Fall des Bestehens verhältnismäßig kleiner Überbelastungen die Erzielung
einer vorbestimmbaren Zeitverzögerung vor der Unterbrechung des Stromkreises durch
Zerstörung des Schmelzleiters, und er bewirkt andererseits bei besonders großen,
im wesentlichen kurzschlußartigen Überlastungen eine plötzliche Unterbrechung und
ein schnelles Erlöschen des Flammbogens, der durch die Verdampfung des schmelzbaren
Metalls entsteht.
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Die Seele kann statt durch nur ein Metall auch durch eine Legierung
von zwei oder mehr als zwei Metallen gebildet werden, von denen ein Metall einen
Siedepunkt hat, der niedriger ist als der Schmelzpunkt der Hülle.
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Wenn die Seele nicht aus einer Legierung, sondern aus nur einem einzigen
Metall besteht, so kann dessen Atomgewicht ein größeres sein als das Atomgewicht
des Metalls, aus dem die Hülle gebildet ist. Besteht jedoch die Metallseele aus
einer Legierung, so soll eines der Metalle der Legierung ein größeres Atomgewicht
haben als das Atomgewicht des Metalls, aus dem die Hülle gebildet ist.
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Die beim Erfindungsgegenstand stattfindende Zeitverzögerung kann in
bestimmter Weise durch Änderung der relativen Querschnitte von Seele und Hülle festgelegt
werden.
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Für die Umhüllung soll ein Metall oder eine Legierung angewandt werden,
deren elektrische Leitfähigkeit nicht erheblich beeinträchtigt wird durch Oberflächenoxydation
infolge dauernder Erhitzung im Bereich des Schmelzpunktes. Das Metall der Hülle
hat am besten einen niedrigen elektrischen Widerstand, um die Verwendung eines Schmelzelements
von relativ geringer Masse zu ermöglichen. Vorzugsweise hat die Umhüllung oder Hülle
eine hohe Wärmeleitfähigkeit, um die an irgendwelchen Stellen
von
engem Querschnitt erzeugte Wärme schnell abzuleiten und zu zerstreuen.
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Die Benutzung eines metallischen Kerns, welcher außer den obenerwähnten
Siedepunkts'-auch die obenerwähnten Atomgewichtseigen schaften besitzt, erfolgt,
um den innerhalb. der Umhüllung entwickelten Druck auf einem niet.-rigen Wert zu
halten, da der Druck eines im wesentlichen auf ein bestimmtes Volumen be-. grenzten
Metalldampfes beim Siedepunkt umgekehrt proportional dem Atomgewicht des Metalls
ist. Das Niedrighalten des Druckes ist von Wichtigkeit, um die erforderliche Zeitverzögerung
zu gewährleisten, bevor ein Abreißen des Schmelzelementes stattfindet.
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Als Ausführungsbeispiel mag Silber als Metall für die Hülle und Cadmium
als Metall für die Seele oder den Kern genannt werden: Silber hat einen Schmelzpunkt
von 96o° C, während der Siedepunkt des Cadmiums 76z° C beträgt. Das Atomgewicht
des Silbers beträgt 107 und dasjenige des Cadmiums etwa 11z.
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Zwecks Erweiterung des Bereiches, innerhalb dessen die bis zum Abreißen
des Elements verstreichende Zeit geändert werden kann; kann für den Kern eine Cadmium-Zinn-Legierung
im Verhältnis von 5--01, Cadmium und 4804 Zinn angewendet werden. Als Hüllenmetall
dient hierbei wiederum Silber. In diesem Element schützt das Silber die Legierung
der Seele vor Oxydation. Der Prozentsatz des Cadmiums in der Seele ist so gering,
daß es bei Temperaturen, welche gerade unter dem Schmelzpunkt der Legierung liegen,
nicht der Oxydation unterworfen ist. Auch wird das Element nicht infolge Porosität
in der Silberumhüllung zerstört. Ferner wird in einem solchen Element der Siedepunkt
des Cadmiumbestandteils des Kerns durch das Legieren nicht beeinträchtigt, doch
kann der Schmelzpunkt der Legierung unter den Schmelzpunkt des Cadmiums herabgesetzt
werden. Die Herabsetzung des Schmelzpunktes hängt ab von dem Verhältnis von Cadmium
und Zinn oder anderen in der Legierung benutzten Metallen.
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Um die bis zum Abreißen des zusammengesetzten Elements unter normalen
sowie unter abnormalen Überlastungsverhältnissen verstreichende Zeit festlegen zu
können, können die Querschnitte der Umhüllung und des Kerns an verschiedenen Stellen
des Elements ungleichförmig gehalten sein, beispielsweise durch Verringerung oder
Verstärkung des Querschnitts der wärmeableitenden Fläche an einem Punkt oder mehreren
Punkten. Andererseits kann das Element derart ausgebildet sein, daß die Wärmeableitung
an verschiedenen Stellen seiner Länge dadurch ungleichförmig ist, daß an einer oder
mehreren Stellen eine örtliche Abdeckung aus Material angebracht ist, das hohe oder
niedrige Wärmeleitfähigkeit besitzt.
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Schmelzelemente, wie vorstehend beschrieben, eignen sich zur Unterbringung
in einem Behalte aus dickem keramischem oder anderem elek trisch isolierenden Material,
eingebettet in Füll ;_,änaterial, beispielsweise Sand, und können mi zeigevorrichtungen
versehen werden welch @°.=Tn Tätigkeit treten nach dem Durchschmelze eures parallel
zum Schmelzelement geschalteter Drahtes von höherem elektrischem Widerstand Eingehende
Untersuchungen haben ergeben daß von den in Betracht kommenden Metaller für die-
Seele Cadrniüm oder Cadmiumlegie rungen und für die Hülle Silber die geeignetster
sind. An sich könnte man auch daran denken eine Seele aus Zinn in Verbindung mit
eine Hülle aus Silber zu benutzen. Da der Siede punkt des Zinns 930' C und
der Schmelzpunkt des Silbers 96o' C beträgt, würde in diesem Fal: die Differenz
zwischen Siede- und Schmelzpunkt nicht so groß sein wie bei Anwendung einer Cadmiumseele
und einer Silberhülle. Die Anwendung einer Zinnseele in Verbindung mit einer Silberhülle
wäre auch aus dem Grunde weniger vorteilhaft, weil das Atomgewicht von Zinn kleiner
ist als dasjenige von Silber. Die Anwendung des Cadmium-Silber-Schmelzleiters hat,
was das Cadmium betrifft, den Vorteil, daß dessen Siedepunkt um fast aoo° C niedriger
ist als der Schmelzpunkt des Silbers und daß dessen Atomgewicht höher ist als dasjenige
des Silbers, was, wie oben erwähnt, das Entstehen eines nur geringen Dampfdruckes
zur Folge hat, da der genannte Druck umgekehrt proportional dem Atomgewicht ist.
Die Anwendung des Cadmium-Silber-Schmelzleiters bietet, was das Silber betrifft,
den Vorteil, daß dieses Metall seine Leitfähigkeit bei wiederholter Erhitzung bis
in die Nähe des Schmelzpunktes nicht einbüßt und einen geringeren spezifischen Widerstand
besitzt, d. h. es ermöglicht, dem Sicherungsstreifen eine nur geringe Masse zu verleihen.
Das geschmolzene Seelenmetall, etwa Cadmium; verbleibt infolge der Erscheinung der
Kapillarität in der Hülle; auch wenn letztere die Seele nicht vollständig umgibt.
Erst nachdem die Seele ihren Siedepunkt erreicht hat, sprengen ihre Gase die Hülle
und bewirken dergestalt eine augenblickliche Unterbrechung. Die Hülle kann äußerst
dünn sein, etwa mikroskopische Abmessungen besitzen. Die latente Verdampfungswärme
der Seele ist gleichbedeutend einer Energieaufspeicherung und trägt dazu bei, die
erforderliche Zeitverzögerung bei relativ kleinen Überlasten zu erzielen.