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Uberstromträge Sicherung Die Erfindung betrifft eine überstromträge
Sicherung mit einem gegenüber einer flinken Sicherung derselben Nennstromstärke
verstärkten Schmelzeinsatz.
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Es bestehen bereits Schmelzeinsätze verschiedener Ausführung für überstromträge
Sicherungen. So sind Schmelzeinsätze mit einzelnen Leitern bekannt, die mit besonderen
Maßnahmen, wie Schleifenbildung, Lotauftrag oder Kombinationen dieser Maßnahmen
versehen sind. Es ist auch bekannt, daß ein Schmelzleiter aus einem bei einer niedrigen
Temperatur schmelzenden Werkstoff, z. B. Blei, infolge der großen zum Schmelzen
zu bringenden Masse träge Abschalteigenschaften aufweist. Es ist auch bereits bekannt,
überstromträge Glaspatronensicherungen so auszubilden, daß um einen oder mehrere
gerade angeordnete Schmelzleiter mit hohem Schmelzpunkt ein oder mehrere Leiter
mit möglichst niedrigem Schmelzpunkt, von einem Kontaktanschluß zum anderen durchgehend,
ohne Unterbrechung schraubenförmig gewickelt sind, wobei alle Leiter parallel liegen.
Bei der zuletzt genannten bekannten Sicherung besteht die Vorschrift, daß die geraden
Leiter immer einen höheren Schmelzpunkt aufweisen müssen, als der oder die schraubenförmig
angeordneten Leiter.
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Die Erfindung bezieht sich auf Schmelzeinsätze von überstromträgen
Sicherungen, bei denn zwei oder mehr Schmelzleiter aus Werkstoffen mit unterschiedlichen
Schmelzpunkten parallel geschaltet sind. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der
Schmelzleiter
mit dem höheren Schmelzpunkt so ausgebildet und angeordnet, daß dem Schmelzleiter
mit dem niedrigen Schmelzpunkt von dem anderen Schmelzleiter zusätzlich Wärme zugeführt
wird, die den Betrag überschreitet, der übertragen wird, wenn beide Leiter parallel
verlaufend angeordnet sind. Der Schmelzleiter mit dem höheren Schmelzpunkt ist zu
diesem Zweck um den Schmelzleiter mit dem niedrigen Schmelzpunkt ganz oder teilweise
herumgewickelt. Bei teilweise um den Schmelzleiter mit dem niedrigen Schmelzpunkt
herumgewickelten Schmelzleiter höheren Schmelzpunktes erfolgt die Wärmeübertragung
vorteilhaft in der Mitte des sich zwischen den Anschlußkontakten erstreckenden Leiters
niedrigen. Schmelzpunktes.
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Bei weiteren Ausführungsformen werden an Stelle des Leiters mit dem
niedrigen Schmelzpunkt Schmelzleiterenden höheren Schmelzpunktes verwendet, die
in der Nähe der Wärmeübertragungsstelle des Schmelzleiters mit dem höheren Schmelzpunkt
mit einer besonderen, niedrigschmelzenden Überbrückung versehen sind.
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Weitere Merkmale sind in der Beschreibung sowie in den Ansprüchen
angegeben.
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Die Erfindung ist in den Fig. i bis 8 beispielsweise dargestellt.
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Fig. i stellt eine einfache Anordnung einer Sicherung mit zwei parallel
liegenden Leitern dar; Fig. 2 stellt eine Sicherung dar, bei der eine Wärmekonzentration
entsteht; Fig.3 stellt eine Sicherung dar, bei der der Widerstand der Sicherung
durch Anwendung einer Lotstelle an .den Leitern niedrigen Widexstandes herabgesetzt
wird; Fig. 5 zeigt eine ähnliche Anordnung mit Vereinigung zweier Schmelzleiterenden
höheren Schmelzpunktes durch eine niedrigschmelzende Anordnung für Hochleistungssicherungen,
wobei die Schmelzstelle bei Kurzschlüssen an der Schmelzstelle bei einer Überlastung
vorbestimmt ist; Fig. 6 und 7 zeigen eine Anordnung, bei der der Widerstand .der
Sicherung weiter herabgesetzt ist; Fig. 7 und 8 zeigen eine Sicherung mit einer
besonderen Anordnung zur weiteren Herabsetzung des Schmelzpunktes und Erhöhung ,der
Schnelligkeit der Abschaltung mit Maßnahmen zur Unterdrückung der Lichtbogenbildung.
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In Fig. i stellt io einen durch einen von den Anschlußpunkten i i,
12 praktisch gerade verlaufenden Leiter niedrigen Schmelzpunktes dar. Die Anschlußpunkte
11, 12 sind beispielsweise die Kontaktstücke von geschlossenen Sicherungspatronen.
13 stellt einen Leiter höheren Schmelzpunktes dar, der wie in Fig. i dargestellt,
um den Leiter io über seine ganze Länge herumgewickelt ist, wobei aber die Steigung
der Windungen zur Erzielung verschiedener Trägheiten unterschiedlich sein kann.
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Es ist nicht unbedingt erforderlich, daß der Leiter mit dem höheren
Schmelzpunkt über die ganze Länge des Leiters fo mit dem niedrigen Schmelzpunkt
herumgewickelt ist. Wie in Fig.2 dargestellt, kann der Leiter 14 mit dem höheren
Schmelzpunkt auch zu einem Teil parallel zum Schmelzleiter io verlaufen, und es
sind nur eine Anzahl Windungen 15 vorgesehen, die um den Leiter io herumgewickelt
sind, durch welche eine Übertragung von Wärme auf den Leiter zo stattfindet.
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Auch hierbei kann zur Erzielung verschiedener Trägheitsgrade die Steigung
.der Windungen 15 unterschiedlich gewählt werden.
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Das Prinzip der vorliegenden Erfindung eignet sich auch dazu, die
Nachteile zu beseitigen, die durch die Anwendung von Schmelzleitern mit bei niedriger
Temperatur schmelzendem Werkstoff bestehen, denn solche Leiter weisen, durch den
Werkstoff bedingt, einen verhältnismäßig hohen Widerstand auf, so daß die Stromverteilung
über die parallel liegenden Schmelzleiter zu Unterschieden führen kann, welche eine
hohe Trägheit ungünstig beeinflussen.
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Um auch .den geraden durchgehenden Schmelzleiter, der das Merkmal
des niedrigen. Schmelzpunktes aufweist, zum wesentlichen Teil zum Stromtransport
heranzuziehen, d. h. um diesen Widerstand gering zu machen, werden bei der in Fig.
3 dargestellten Ausführungsform zwei Schmelzleiterenden 16, 17 benutzt, die vorteilhaft
in der Mitte durch eine leicht schmelzende Verbindung mechanisch und elektrisch
vereinigt sind. Im vorliegenden. Falle ist dies ein Lotklecks 18. Diese Verbindungsstelle
ist in Fig 4 vergrößert dargestellt. 16 und 17 stellen hierbei beispielsweise Silberleiter
dar, deren gegenüberliegende Enden sich nicht berühren und die durch einen Lotklecks
18 miteinander vereinigt sind. Dieser Lotklecks ist von den Windungen 15 des Leiters
14 aus bei einer höheren Temperatur schmelzendem Werkstoff umgeben, so daß sich
.die Wärmekonzentration der Windungen 15 vornehmlich auf das Lot 18 überträgt.
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Um vorauszubestimmen, daß die Schmelzstelle des zuerst schmelzenden
Leiters, d. h. der Schmelzleiterteile 16, 17, die mit der niedrigschmelzenden Anordnung
.des Lotkleckses versehen sind, die Abschaltung bei einem Kurzschluß vollzieht,
werden, wie in Fig. 5 dargestellt, die Schmelzleiterteile 16, 17 an den durch das
Lot verbundenen Enden verjüngt. Diese Anordnung eignet sich besonders für Sicherungen
hoher Abschaltleistung.
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Es muß nun nicht, wie in Verbindung mit Fig. 3, 4 und 5 erläutert,
der Schmelzeinsatz aus zwei durch ein Lot 18 vereinigten Teilen 16, 17 bestehen.
Vielmehr kann auch mit ähnlicher Wirkung, wie Fig. i und 2 zeigen, ein durchgehender
Leiter benutzt werden, der an einer geeigneten Stelle, vorteilhaft in der Nähe der
Windungen 15, mit einem Lotauftrag versehen. ist. Der Lotauftrag bewirkt bei der
Eigenerwärmung des damit versehenen durchgehenden Leiters aus z. B. Silber oder
Kupfer, verstärkt durch die zusätzliche Erwärmung durch den anderen, z. B. ebenfalls
aus Silber oder Kupfer bestehenden Leiter bzw. dessen Windungen 15, die Bildung
einer Legierung. Hiermit wird dieselbe Wirkung hervorgerufen, wie bei der Verwendung
eines
nur aus bei einer niedrigen Temperatur schmelzendem Werkstoff bestehenden. Leiters
oder zweier durch eine bei einer niedrigen Temperatur schmelzende Verbindung vereinigte
Schmelzleiterteile.
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Ein Vorteil dieser Ausführungsart besteht in der einfacheren Herstellung
und in der Verringerung des Widerstandes des ;_.;irchgehenden Leiters.
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Bei Schmelzeinsätzen mit Querschnittsschwächungen zur Vorbestimmung
der Schmelzstelle bei Kurzschlüssen wird man vorteilhaft die geschwächte Leiterstelle
mit dem Lotauftrag versehen.
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Bei der in. Fig. 6, 7 und 8 dargestellten Ausführungsform wird an
Stelle des Lotkleckses 18 eine Brücke i9 angewendet, welche die Leiterenden 16,
17 überbrückt. Die Brücke ig ist bei 21 und 22 mit den Leitern 16 bzw. 17 durch
ein Lot 2o elektrisch und mechanisch vereinigt. Als Werkstoff für die Brücke ig
kann je nach den Erfordernissen und Ausführungen ein leicht schmelzender Werkstoff,
z. B. Blei, oder aber, wenn der innere Widerstand der Sicherung niedrig gehalten
werden soll, ein Werkstoff hoher elektrischer Leitfähigkeit, wie Kupfer oder Silber,
Anwendung finden.
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Je nach den gewünschten Abschalteigenschaften. der Sicherung kann
die Brücke ig und der Abstand zwischen den Enden der Leiter 16, 17 länger oder kürzer
gehalten werden. Auch kann der Querschnitt der Brücke ig zur Beeinflussung der Abschalteigenschaft
der Sicherung größer oder kleiner gehalten werden. Ein kleiner Querschnitt der Brücke
ig erhöht z. B. die Flinkheit der Abschaltung im höheren Überstromgebiet, während
ein großer Querschnitt der Brücke 1g die Trägheit im Überlastungsgebiet erhöht,
da mit der so vergrößerten Masse die Zeitdauer zur Aufheizung der Brücke i9 bis
zur Schmelzung des Lotes 2o infolge der Speicherung von Wärme in der Masse ig verlängert
wird.
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Um die zu schmelzenden Massen klein zu halten, können, wie in Fig.
7 strichpunktiert dargestellt, auch die Enden der Leiter 16, 17 zugespitzt werden.
Diese Maßnahme hat besonderen Sinn, «renn der Querschnitt der Brücke ig gegenüber
dem Querschnitt der Leiter 16, 17 kleiner ist.
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Wie Fig. 6 zeigt, sind auch hier die Windungen 15 des Leiters 14 hohen
Schmelzpunktes an der Stelle des niedrigen Schmelzpunktes, also um die Brücke i9,
angeordnet.
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Alle diese Merkmale führen dazu, daß die Sicherung im Betrieb kalt
bleibt, denn einmal findet die Wärmekonzentration innerhalb, d. h. in der Mitte
der Sicherung statt, eine vorgesehene Füllung und Umhüllung stellt eine Wärmeisolation
dar, andererseits kann der Schmelzpunkt des Lotes 18, 2o verhältnismäßig niedrig
erwählt werden und gegebenenfalls unter Anwendung von Woodschem Metall sehr niedrig
liegen, so daß die Sicherung die Abschaltung bei einer niedrigen Betriebstemperatur
vollzieht.
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Um die Abschaltung ferner zu fördern, wird gemäß der in Fig. g und
io dargestellten Anordnung zwischen den Schrnelzleiterenden 16, 17 eine niedrigschmelzende
Verbindung 23 mit einer Füllung 24 vorgesehen. Das Verbindungsteil 23 besteht aus
einem Lotmetall, beispielsweise in Gestalt eines Röhrchens, in welcher das Füllmittel
24 dadurch abgeschlossen gehalten wird, daß die Enden des Röhrchens 23 durch die
Enden 2q., 25 der Leiterteile 16 und 17 hermetisch abgeschlossen. sind.
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Das Füllmittel 2q. kann aus irgendeinem Stoff bestehen, der sich bei
Erwärmung ausdehnt und das Röhrchen bzw. das hohle Zwischenteil bei einer bestimmten
Temperatur sprengt, so daß die damit vereinigten Leiterenden unterbrochen werden
oder mindestens der Querschnitt des Zwischenteiles verringert wird. Vorteilhaft
wird man einen Werkstoff wählen, der normalerweise einen Isolator darstellt. Beispiele
solcher Stoffe sind öle, Tetrachlorkoblenstoff, halogenierte Kohlenwasserstoffe
und ähnliche Stoffe, die vorteilhaft gleichzeitig die Lichtbogenbildung herabsetzen,
was einerseits durch die Energieaufnahme bei der Umwandlung in den gasförmigen Aggregatzustand
und andererseits durch die dadurch erfolgte Druckerhöhung in geschlossenen Sicherungen
bedingt sein kann. Das Füllmittel 24 kann aber auch aus den bekannten Lötmitteln
bestehen, die in den sogenannten Lötdrähten enthalten sind.
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Es ist ferner möglich, als eingeschlossenen Stoff einen solchen zu
benutzen, der bei einer bestimmten Temperatur eine exotherme Reaktion auslöst, die
vorteilhaft spontan einsetzt. Beispiele solcher Stoffe sind Nitroglyzerin, Nitrozellulose
und ähnliche Stoffe mit Sprengwirkung.
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Die Expansion des in dem Zwischenteil eingeschlossenen Stoffes begünstigt
beim Zerbersten des Zwischenteiles die Löschung eines Unterbrechungslichtbogens.
Dies ist besonders dann von Vorteil; wenn die Sicherung nur einen Schmelzeinsatz
enthält, der aus zwei Schmelzleiterenden besteht, die durch ein hohles, mit einem
expandierenden Stoff angefülltes Zwischenteil vereinigt sind. Eine solche Anordnung
ergibt insofern eine wirksame überstromträge Wirkung, als der Werkstoff ides Röhrchens
23 entweder mit den Schme,lzleiterenden eine Legierung eingeht oder selbst einen
niedrigen Schmelzpunkt aufweist. Darüber hinaus bewirkt aber die beim Erreichen
einer bestimmten Temperatur durch Zerbersten des i Röhrchens 23 hervorgerufene Querschnittsverringerung
eine Herabsetzung der Belastbarkeit des Schmelzeinsatzes, durch welche die völlige
Unterbrechung des damit geschützten Stromkreises gewährleistet wird.
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Bei der Anwendung eines Lötmittels als Füllmittel :24 entsteht der
Vorteil, daß das Lötmittel beim Auseinanderplatzen des Röhrchens 23 bei einer bestimmten
Erwärmung mit dem Lot gegen den Schmelzleiter 1q., insbesondere gegen die Windungen,
geschleudert wird, so daß die Belastbarkeit der Sicherung dadurch weiter herabgesetzt
wird, daß das Lot 23 mit dem Werkstoff des Leiters 14 bzw. der Windungen 15 eine
Legierung eingeht, wobei vom abgesehleuderten Lot mitgenommenes Lötmittel die Legierungsbildung
begünstigt.
Die Belastung des Leiters 14 aus höherschmelzendem `Merkstoff
wird dadurch herabgesetzt, daß der parallele Stromweg, bestehend aus dem durchgehenden
Leiter io bzw. den Leiterteilen 16, 17 mit den Überbrückungen 18, 19, 23, schon
vorher unterbrochen wird und für den Stromtransport ausfällt, so daß ein schnelles
und' sicheres Ansprechen der Sicherung auch bei geringen überlastungen gewährleistet
ist.
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Die mit der Sicherung nach der vorliegenden Erfindung erzielten Abschalteigenschaften
lassen sich in verschiedenster Weise verändern. So können die Windungen des Leiters
13 bzw. die Windungen 15 des Leiters i.1 verschiedene Steigungen und/oder Windungszahlen
erhalten oder gar noch mit einer wärmeisolierenden Umhüllung versehen sein und einen
größeren oder kleineren Durchmesser erhalten, d. h. der Abstand zwischen dem Leiter
io und 13 bzw. den Windungen 15 und dem Leiter io bzw. den Anordnungen 18, 19, 23
kann größer oder kleiner gehalten werden. Auch können die Windungen und die Anordnungen
18, 19, 23 mit niedrigem Schmelzpunkt aus der Mitte Tier Leiter, d. h. aus der Mitte
der Sicherung heraus angeordnet werden, so daß die Anschlußkappen oder Kontakte
der Sicherung verschiedene Abkühlungswirkungen hervorrufen.
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Ein weiteres besonderes Merkmal zur Erzielung unterschiedlicher Abschalteigenschaften
besteht aber darin, daß man die Widerstände der parallel geschalteten Leiter so
wählt, daß die Beeinflussung der leicht schmelzenden Teile 18, 19, 23 in der gewünschten
Weise erfolgt. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen,» daß der Leiter
13 oder der Leiter 14. mit den Windungen 15 für Sicherungen hoher Trägheit einen
größeren Teil des Stromes führt als der Leiter io bzw. die Leiterenden 16, 17 mit
den Überbrückungen 18, 19, 23, so daß die Wärmeerzeugung durch .den Leiter13 oder
die Windungen 15 erhöht ist und somit die Schmelztemperatur des niedrigschmelzenden
Werkstoffes früher erreicht wird. Dies läßt sich in bekannter Weise durch geeignete
Bemessung der ohmschen Widerstände der parallel geschalteten Leiter erreichen.
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Wenn,die Erfindung auch nur an Sicherungen mit zwei Schmelzleitern
dargestellt ist, so können die Merkmale auch an Sicherungen mit mehr als zwei Schmelzleitern
Anwendung finden, da auch durch die Anwendung mehrerer Leiter niedrigen Werkstoffes
bzw. mehrerer Leiterteilpaare mit niedrig schmelzenden Anordnungen oder durch mehrere
Schmelzleiter höheren Schmelzpunktes unterschiedliche Trägheiten erzielbar sind.
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Unter Schmelzleiter mit einem niedrigen Schmelzpunkt soll in der Beschreibung
und den Ansprüchen ein Schmelzleiter verstanden sein, der aus durchgehend gleichem
Werkstoff besteht, oder auch ein solcher, der mit irgendeiner Maßnahme versehen
ist, durch welche die Schmelztemperatur an einer oder mehreren mehr oder weniger
ausgedehn=ten Stellen herabgesetzt wird, wie durch niedrigschmelzende Zwischenstücke,
Lotaufträge od. dgl. Auch können beide parallel geschalteten Schmelzleiter oder
nur einer davon mit besonderen Kurzschlußfallen in Gestalt von Querschnittschwächungen
versehen sein.