DE879727C

DE879727C - Elektrischer Stromunterbrecher

Info

Publication number: DE879727C
Application number: DEW3600D
Authority: DE
Inventors: Egon Babler
Original assignee: Allen West and Co Ltd
Current assignee: Allen West and Co Ltd
Priority date: 1937-07-26
Filing date: 1938-07-24
Publication date: 1953-07-09
Also published as: GB499816A; FR841230A

Description

Allen West

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Unterbrechers für elektrische Stromkreise von hoher Spannung und kleiner Stromstärke. Die Erfindung ist besonders wertvoll für den Schutz von Spannungsumformern, obwohl sie selbstverständlich auch zum Schütze beliebiger anderer Stromkreise verwendet werden kann.

Bisher für den Schutz von Spannungsumformern verwendete Einrichtungen bestehen aus Schmelzsicherungen¹, also im wesentlichen aus einem Stück eines Drahtes von möglichst kleinem Querschnitt und möglichst hohem spezifischem Widerstand, so daß die Schmelzsicherung schon bei möglichst schwachen Strömen durchbrennen kann. Hierdurch ist es möglich, den Strom durch Schmelzen des Drahtes bei einem Strom von 0,5 Amp. zu unterbrechen.

Derartige Schmelzsicherungen sind jedoch aus folgenden Gründen sehr unbefriedigend. Zunächst ist ein Strom von 0,5 Amp. als unterbrechender ao Strom gewöhnlich nicht niedrig genug. Ferner ist der Draht infolge seines kleinen Querschnitts sehr empfindlich, reißt daher leicht durch mechanische Einflüsse, Korrosion u. dgl., und es entsteht eine Unterbrechung im Stromkreis. as

Die Spannung des Stromkreises, welche gewöhnlich größer als 3000 Volt ist, genügt aber völlig, um diesen Riß zu überbrücken, und der normale Strom, dessen Stärke nicht mehr als ein Zehntel der maximalen ist, wird weiter durch den Strom-

kreis fließen, wobei er als Lichtbogen den Riß überspringt und hierdurch eine unzulässige Erwärmung hervorruft. Da der Schmel'zdraht im allgemeinen in einem völlig geschlossenen Gefäß angeordnet ist, welches mit Sand gefüllt ist und in Isolieröl eingetaucht sein kann, kann diese Erwärmung Veranlassung zu solchen Drücken: geben, welche Explosionen mit manchmal verheerenden Folgen verursachen können.

ίο Es sind auch bereits Schmelzsicherungen bekannt, welche aus einer auf einer isolierenden Unterlage befestigten Metallschicht bestehen. Diese Sicherungen haben sich nicht bewährt, da sie durchweg eine viel zu dicke Metallschicht enthalten haben. Zum Teil erwiesen -sie sich auch als ungeeignet, weil eine organische Unterlage benutzt wurde, welche bei der Stromunterbrechung verkohlte und dadurch leitend wurde.

Die neue Vorrichtung hat zum Ziel, diese Schwierigkeiten völlig zu beseitigen und erlaubt zur gleichen Zeit, die Stromunterbrechung durch einen beliebigen Strom mit Stärken zwischen z. B. 0,001 Amp. und vielen Ampere zu bewirken. Der neue Unterbrecher, bestehend aus einer auf einer isolierenden Unterlage befestigten Metallschicht ist dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage aus einem anorganischen Material besteht und die Metallschicht so dünn ist, daß sie im Falle von Bogenbildungen schon unterhalb der Maximalstromstärke zerstört wird.

Als anorganischer isolierender Stoff dient z.B. Tonerde, Glas, Quarz, Porzellan, Glimmer, Email, Magnesia od. 'dgl. Die Metallschicht oder -schichten können aus Platin, Iridium, Silber, Gold oder son^u stigen geeigneten Metallen oder Legierungen bestehen. Der Auftrag kann in beliebiger Weise erfolgen, beispielsweise durch Auf- oder Einbrennen auf oder innerhalb der Unterlage, ein besonders zweckmäßiges Verfahren, das weiter unten noch genauer beschrieben wird, ferner durch Kathodenzerstäubung, Kondensation von Metalldämpfen im Vakuum, chemische Niederschlagung od. dgl. Ist die zuerst erhaltene Schicht für den ins Auge gefaßten Zweck zu dünn, so kann sie in jedem Falle galvanisch mit dem gleichen oder einem anderen Metall verstärkt werden. Organische Stoffe mit Ausnahme völlig flüchtiger Substanzen als Bindemittel, Grundlage oder Schutzschicht für die Metallschicht zu verwenden ist unerwünscht, denn sie würden von dem Lichtbogen verkohlt werden, und die Kohle könnte den elektrischen Widerstand der unterbrochenen Sicherung in unerwünschtem Maße verringern.

Bei Verwendung des Unterbrechers gemäß der Erfindung wird der Stromkreis bei Überlastung in der Regel nicht durch Schmelzen und Verdampfen der Metallschicht unterbrochen, wie dies bei einer gewöhnlichen Schmelzsicherung der Fall ist, sondern es treten infolge der Steigerung der Stromstärke solche örtliche und daher ungleichmäßige Erhitzungen' der Unterlage auf, daß diese zerspringt und dabei die Metallschicht zerstört, ehe noch die Temperatur bis in die Nähe des Schmelzpunktes des Metalls steigen konnte. Die Stromunterbrechung wird demgemäß durch eine mehrfache Unterbrechung des Stromkreises hervorgebracht und ist deshalb nur von einer sehr geringen¹ Wärmeentwicklung begleitet.

In manchen Fällen, insbesondere bei der Verwendung von Platin als Metallschicht und Tonerde als Grundlage, tritt die Unterbrechung der Metallschicht und damit des Stromflusses in der Regel infolge der gesteigerten Oberflächenspannung ein, bevor die Unterlage zerstört wird und lange bevor das Metall schmilzt.

Die leitende Schicht ist so dünn, daß sie eine Bogen- oder Funkenbildung selbst bei sehr geringen Stromstärken nur sehr kurze Zeit verträgt und alsbald völlig zerstört und dadurch nichtleitend wird. Der obenerwähnte ernsthafte Nachteil der üblichen Schmelzsicherungen ist demnach völlig beseitigt.

Ein anderer Vorteil besteht darin, daß der Unterbrecher, bestehend aus der Metallschicht und ihrer Unterlage, im Vergleich mit sehr dünnem Draht sehr viel fester und leichter zu handhaben ist. Auch ist seine Herstellung sehr viel einfacher.

Zur Herstellung einer Ausführungsform der Erfindung, die sich durch große Einfachheit und leichte Abstimmöglichkeit auszeichnet, zieht man auf einem sauberen Streifen von Tonerde, Glas, Por- go zellan, Quarz usw. mit einer Zeichenfeder, einem feinen Malpinsel, einem Sprühapparat oder einem anderen geeigneten Hilfsmittel eine oder mehrere Linien, wobei als Zeichentinte das sogenannte flüssige Platin, Gold, Silber oder Iridium der Porzellanmalerei verwendet wird.

Eine bekannte Vorschrift zur Herstellung von flüssigem Platin ist folgende: 1 gPlatinchlorwasserstoffsäure H₂PtCl₀ · 6H₂O wird in 3 ecm absolutem Äthylalkohol aufgelöst, worauf man 10 ecm 100 ' einer konzentrierten Lösung von Borsäure in Äthylalkohol und 20 ecm eines Gemisches von Lavendelöl und venetianischem Terpentin zufügt. Die letzteren beiden Stoffe werden in einem solchen Verhältnis gemischt, daß sich der günstigste Viskositätsgrad ergibt. Der Streifen wird nun einer allmählich ansteigenden Temperatur ausgesetzt und schließlich etwa eine Viertelstunde lang auf etwa 550°' C gehalten, worauf man ihn langsam abkühlen läßt. Durch den Erhitzungsvorgang wird die Zeichentinte in einen Platinspiegel verwandelt, der fest auf der Tonerde haftet. Die Dicke einer mit der genannten Tinte und einer Zeichenfeder hergestellten Schicht ist von der Größenordnung eines zehntausendstel Millimeters und kann durch Änderung des Gehalts der Tinte an Platinchlorwasserstoffsäure verändert werden. Eine Veränderung in der Zahl und Breite der Linien ist natürlich in beliebigem Umfange möglich.

Übereinanderliegende Teilschichten können nacheinander aufgebrannt werden, was wegen der verringerten Wahrscheinlichkeit einer Unterbrechung der Schicht durch Staubteilchen häufig günstiger ist als eine Herstellung der Gesamtschicht auf einmal.

Anschlußstellen können in geeigneter Weise dadurch hergestellt werden, daß man die Enden der

Linien verbreitert und "später galvanisch etwa mii Kupfer überzieht. Die Enden der Verbindungsdrähte können dann leicht auf dem Kupferüberzug aufgelötet werden. Um das Festhalten der galvanisch niedergeschlagenen Schicht zu fördern, kann die Unterlage an den betreffenden Stellen mit einem Sandstrahlgebläse, durch Ätzen od. dgl. aufgerauht sein. Bei einiger Sorgfalt ist es aber auch möglich, unmittelbar auf dem Platinspiegel zu löten.

ίο Es sei hier bemerkt, daß eine spiegelartige Schicht zwar nur auf einer genügend glatten Unterlage wie etwa Glas, Porzellanglasur, Glimmer od. dgl. erzielt werden kann, daß aber völlig befriedigende Metallschichten auch auf rauhen Flächen entstehen, wie sie etwa durch Behandlung der Unterlage mit dem Sandstrahlgebläse oder mit Ätzmittelnerhalten werden. Eine auf einer rauhen Fläche gezogene Linie hat einen höheren elektrischen Widerstand, was manchmal von Vorteil ist.

Die Unterlage selbst kann ein flacher Streifen mit oder ohne Verstärkungsrippen sein oder die Gestalt eines Stabes oder Rohres haben. Die Metallschicht kann, wenn gewünscht, durch Bedecken mit einem Streifen Glas, Glimmer od. dgl. oder aber durch eine darüber aufgebrachte keramische Glasur geschützt werden.

In manchen Fällen wird eine Sicherung gewünscht, die trotz geringen Widerstandes auf einen verhältnismäßig geringen Maximalstrom anspricht.

Eine Verminderung des Widerstandes durch Verkürzung der Linie oder Linien ist nicht zulässig, weil dies die Anschlußpunkte in eine wegen der hohen Spannung gefährliche Nähe bringen würde. Auch durch Vergrößerung der Zahl oder der Breite der Linien darf der Widerstand nicht verringert werden, weil dies die Strombelastbarkeit zu sehr steigern würde. Gemäß der Erfindung wird in der leitenden Schicht eine schwache Stelle vorgesehen, etwa dadurch, daß dort die Zahl der Linien bis auf eine einzige herabgesetzt wird. Schon ein geringer Maximalstrom wird an dieser Stelle eine Unterbrechung hervorrufen, und da die Längsausdehnung der schwachen Stelle nur unerheblich zu sein braucht, kann der Widerstand niedrig gehalten werden, insbesondere wenn in den übrigen Teilen des LTnterbrechers die Zahl der Linien fortschreitend anwächst.

Der Unerbrecher kann in einem zylindrischen, mit Sand gefüllten Behälter untergebracht sein und wird darin vorzugsweise nur durch die Anschlußdrähte gelangen, die auch noch zu elastischen Spiralen gewickelt sein können, um Schutz gegen Stöße zu gewähren. Um die Verbindung der Anschlußdrähte mit der Unterlage noch weiter zu festigen, können an den Anschlußstellen auch noch kleine Mengen Zement oder Kitt aufgetragen werden.

Claims

Patentansprüche:

i. Elektrischer Stromunterbrecher, insbesondere für hohe Spannungen und geringe Stromstärken, bestehend aus einer auf einer isolierenden Unterlage befestigten Metallschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Lhiterlage aus einem anorganischen Material besteht und die Metallschicht so dünn ist, daß sie im Falle von Bogenbildungen schon unterhalb der Maximalstromstärke zerstört wird.
2. Stromunterbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht auf der Unterlage aufgebrannt ist.
3. Stromunterbrecher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß keinerlei organische Stoffe mit der Leiterschicht in Verbindung stehen. .
4. Stromunterbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle einer Überlastung die Stromunterbrechung noch unterhalb des Schmelzpunktes des Metalls durch Zerstörung der Schicht infolge der Oberflächenspannung des Metalls erfolgt.
5. Stromunterbrecher nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß' die Metallschicht genügend dünn ist, um im Falle der Funken- oder Lichtbogenbildung selbst bei geringer Strom- 8g stärke alsbald zerstört zu werden.
6. Stromunterbrecher nach Anspruch 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Unterlage mehrere aus Metallschichten gebildete Linien nebeneinander aufgetragen sind.
7. Stromunterbrecher nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Linien zur Bildung von Anschlußstellen mit einer Schicht von z. B. Kupfer überzogen sind.
8. Stromunterbrecher nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Metallschicht der Größenordnung nach etwa V₁₀₀₀₀ mm beträgt.
9. Stromunterbrecher nach Anspruch 1 bis 8. dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht zum Schütze mit Glas, Glimmer od. dgl. bedeckt oder aber mit einer keramischen Glasur überzogen ist.
10. Stromunterbrecher nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur gleichzeitigen Verminderung des Widerstandes und der Strombelastbarkeit in der Metallschicht eine schwache Stelle vorgesehen ist.
11. Stromunterbrecher nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß er in einem sandgefüllten Behälter untergebracht ist.
12. Verfahren zur Herstellung von elektrischen Stromunterbrechern nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Metallverbindung, die beim Erhitzen freies Metall ergibt. auf einer Unterlage aufgetragen und diese danach erhitzt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daiß als Metallverbindung das sogenannte flüssige Platin, Gold, Silber, Iridium usw. der Porzellanmalerei verwendet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung stufenweise bis auf etwa 550⁰' getrieben und einige Zeit auf dieser Höhe gehalten wird, worauf man langsam abkühlen läßt.
IS· Verfahren nach Anspruch 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Metallschichten nach- und übereinander eingebrannt werden.
16. Verfahren nach Anspruch 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallverbindung niit Hilfe einer Feder in Form von Linien aufgetragen wird.

Angezogene Druckschriften·: Deutsche Patentschriften Nr. 2148576, 333316, 600, 604 029.

i 5258 6.53