DK143048B - Traegsikring - Google Patents

Description

(11) FREMLÆGGELSESSKRIFT 143048 \fia/ DANMARK (51) lnt Cl·3 H 01 h 85/08 §(21) Ansøgning nr. 1750/76 (22) Indleveret den 14. apr. 1976 (24) Løbedag 1 4. apr. 1 976 (44) Ansøgningen fremlagt og fremlæggelsesskriftet offentliggjort den 1 6. mar. 19&1

DIREKTORATET FOR

PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET i30? Pr,oritet begæret fra den

16. apr. 1975, 50/045534, JP

(71) SAN-0 INDUSTRIAL CO. LTD., Tejima Building, 33 Shiba-Kocohira-Chu,

Tokyo, JP.

(72) Opfinder: Hiroo Arikawa, 1-14-9, Qyamadai Setagaya-ku, Tokyo, JP:

Fumitake Akiyama, 1352 Kamlsugeta-cho, Hodogaya-ku, Yokohama, JP:

Masaya Maruo, 1-29-14, shinkoyasu Kanagavia-ku, Yokohama, JP.

(74) Fuldmægtig under sagens behandling:

Ingeniørfirmaet Hofman-Bang & Boutard.

(54) Træg sikring.

Opfindelsen angår en træg sikring af den i krav l's indledning angivne art.

Der findes en mængde typer og størrelser af smeltesikringer, som umiddelbart benyttes i forskellige elektriske og elektroniske kredsløb, og deres anvendelse i sådanne kredsløb har faktisk været kendt i årevis. Som det er velkendt er en smeltesikring en komponent, som skal smelte og bryde et elektrisk kredsløb, når strømbelastningen på kredsløbet overstiger en forud bestemt sikkerhedsværdi, d.v.s. smeltesikringens nominelle strømkapacitet, I nogle kredsløb såsom f.eks. vekselstrømsmotorkreds- 2 143048 løb bryder smeltesikringen imidlertid for hurtigt ved moderate overbelastninger. For at overvinde denne ulempe er der udviklet såkaldte tidsforsinkelsessmeltesikringer, som kun bryder kredsløbet efter, at en overbelastning har varet adskillige gange så lang tid som den overbelastning, som en almindelig smeltesikring kan tåle.

Smeltesikringer med et smelteligt trådelement viklet over en kerne, som er fremstillet af aluminiumoxid (alumina; Al20^) og magnesiumoxid (magnesia; MgO) har tidligere været anvendt. Kernedelen i denne type smeltesikring har sædvanligvis et stjerneformet eller uregelmæssigt tværsnit og indeholder et organ til at afbryde den elektriske bue, som dannes i smeltesikringen.

Disse smeltesikringer er imidlertid beregnet til yderligere afkøling af den varme, som frembringes af den elektriske strøm, ved udnyttelse af den høje varmeledningsevne og det høje temperaturspredningstal i alumina og magnesia, hvoraf kernedelen er fremstillet. Disse smeltesikringer er imidlertid ikke beregnet til at anvendes som tidsforsinkelsessikringer, fordi de ikke besidder tidsforsinkelsesegenskaber, men de benyttes snarere, når der er behov for en forbedret nominel strømkapacitet.

Smeltesikringer af fjedertypen med tidsforsinkelsesegenskaber har også været i almindelig anvendelse. Disse typer smeltesikringer, som udnytter et loddemetal med et lavt smeltepunkt som deres varmeoplagrende element har været vanskeligt at massefremstille med opretholdelse af en fast trækstyrke på fjederen og en passende mængde loddemetal med lavt smeltepunkt. Tilmed har de den naturlige ulempe, at de er uregelmæssige i deres smelteegenskaber som følge af varmepåvirkning, som opstår fra gentagne strømbelastninger under brug eller lang tids ugunstig virkning på fjederens trækspænding.

En anden type tidsforsinkelsessmeltesikring benytter et enkelt smelteligt trådelement viklet over en glasfiber eller et glasrør. Eftersom glas har lavt blødgøringspunkt (650°-700°C), og det er nødvendigt at benytte en tråd med et lavere smeltepunkt end glassets blødgøringstemperatur, begrænser dette imidlertid de typer tråd, som kan benyttes ved denne type sikring.

3 U3048

Andre træge sikringer kendes. Fra beskrivelserne til USA patenterne nr. 3.144.534- og nr. 3.267.238 kendes således træge sikringer af den indledningsvis angivne art, d.v.s. træge sikringer, som hver omfatter en isoleret, rørformet del med to ender, og med et tætningsorgan ved hver ende.

Opfindelsen har til formål at tilvejebringe en træg sikring af den indledningsvis angivne art, som let og billigt kan massefremstilles og som alligevel bibeholder sin mekaniske stivhed og udmærkede tidsforsinkelsesegenskaber.

Dette formål opnås ifølge opfindelsen ved, at den i krav l’s indledning angivne træge sikring er ejendommelig ved det i krav l’s kendetegnende del angivne.

Trådkordelen er således dannet af et par sammensmeltelige trådelementer, hvoraf det ene er en trådkerne, hvorpå det andet trådelement er viklet. Den langstrakte kernedel, hvorpå dette sammensatte trådelement, som danner en trådkordel, er skrueviklet, består af et materiale med høj termisk ledningsevne. Med kernedelens diagonale anbringelse opnås især større modstand imod deformation.

Som anført i krav 2 kan den isolerede rørformede del bestå af glas eller keramik.

Kernedelen kan som angivet i krav 3 bestå af et keramisk materiale med høj varmeledning eller som angivet i krav 4 af aluminiumoxid og magnesiumoxid.

Krav 5 angiver en velegnet sammensætning af det i krav 4 anførte materiale. Den i krav 5 angivne relative sammensætning af disse to oxider har i praksis vist sig at resultere i det bedste materiale.

Opfindelsen skal i det følgende nærmere beskrives med henvisning til regningen, hvorpå fig. 1 er et sidebillede af trådkordelen, som benyttes i praksis til opfindelsen, . 143048 4 fig. 2 er et sidebillede, som viser den måde, hvorpå trådkordelen i fig. 1 er viklet over en stanglignende kernedel ifølge opfindelsen, fig. 3 er et sidebillede, delvis i snit af en tidsforsinkelsessmeltesikring ifølge opfindelsen, og fig. 4 sammenligner tidsforsinkelsesegenskabeme for en smeltesikring ifølge opfindelsen med to smeltesikringer af den tidligere nævnte art.

I fig. 1 er vist en trådkordel, som er fremstillet ved vikling af et metallisk smelteligt trådelement 2 over en metallisk gensidig smeltelig trådkerne 1, således som det nærmere er beskrevet i japansk offentliggørelsesskrift nr. 1491(1970). Trådkordelen bliver så spiralviklet over en keramisk aflangt generelt cylindrisk (stangformet) del 3, som er vist i fig. 2, og som har høj varmeledningsevne, og den keramiske stanglignende del 3 bliver så anbragt diagonalt i en dielektrisk rørdel 4, såsom f.eks. et glas eller keramisk rør som vist på fig. 3.

Terminalerne af trådkordelen bliver loddet ved enderne af den stanglignende kernedel 3 med et loddemateriale med højt smeltepunkt som vist ved 6 i nøje kontakt med tætningsorganet 5 (f.eks. dupsko eller andre egnede tætningsorganer).

De to trådelementer 1 og 2, som benyttes til at fremstille den i fig. 2 viste trådkordel, kan fremstilles af en mængde metaller, som er gode elektriske ledere og har høje smeltepunkter. Fremgangsmåden til at fremstille trådkordelen er helt beskrevet i førnævnte japanske patent.

Trådkordelen er spiralviklet over den langstrakte cylindriske kernedel 3 og er fortrinsvis viklet med en deling på omkring 5 til 10 pr. cm. Delingen kan dog variere noget uden ugunstig indvirkning på smeltesikringens ydelse.

Den stanglignende kernedel 3 er fortrinsvis fremstillet af et højtledende materiale bestående i det væsentlige af aluminiumoxid og magnesiumoxid, fortrinsvis en sintret blanding af alu- 5 U30A0 miniumoxid og magnesiumoxidspinel. De relative sammensætninger af de to oxider kan variere noget, men det har vist sig, at det bedste materiale består i det væsentlige af omkring 72 vægtprocent aluminiumoxid og 28 vægtprocent magnesiumoxid.

Den stanglignende del 3 har et generelt ensartet cylindrisk eller polygonalt tværsnitsareal for at sikre passende og tilstrækkelig berøring mellem det smeltelige trådelement og den stanglignende del 3 i hele dennes længde. Dette tillader effektiv køling af det smeltelige trådelement ved udnyttelse af den keramiske kernes bedre termiske ledningsevne. Når der derfor går en meget stor strøm gennem trådkordelen, f.eks. når strømmen er i størrelsesordenen 200% af den nominelle strømkapacitet for en stan-dardsmeltesikring af A-typen, bliver sikringstråden betragteligt afkølet af den keramiske understøtning (den stanglignende del 3). Eftersom den smeltelige tråd ikke smelter, før temperaturen af den keramiske understøtning når trådens smeltepunkt, er det muligt at opnå betragtelige tidsforsinkelsesegenskaber ved anvendelse af tidsforsinkelsessmeltesikringer, som er fremstillet ifølge opfindelsen. Dette er i modsætning til de tidligere kendte smeltesikringer, hvor tværsnitsarealet af det understøttende materiale er stjerneformet eller uregelmæssigt, og som ikke tilvejebringer passende berøring mellem det smeltelige trådelement og det understøttende materiale, og således viser dårlige tidsforsinkelsesegenskaber.

Den termiske ligevægtstilstand, når den maksimale elektriske strøm passerer gennem en almindelig type glassmeltesikring, kan beskrives ved følgende ligning: Q = qc + qa hvor Q er varmemængden i kalorier, således som den frembringes pr. enhedslængde ved midterregionen af det smeltelige trådelement, q er varmemængden i kalorier, som ledes fra hver enhedslængde

V

af den smeltelige tråd til smeltesikringens ender, og q_ er varme- α mængden i kalorier, som spredes fra hver enhedslængde af den smeltelige tråd til den omgivende atmosfære (luft).

Når både q og q aftager, aftager Q tilsvarende og ud fra for- C α

r 1430AS

o holdet mellem den nominelle strømværdi og diameteren af den smeltelige tråd bliver det muligt at nedsætte den nominelle strømværdi, hvilket resulterer i tidsforsinkelsesegenskaber i smeltesikringen.

Ved anvendelse af et relativt langt smelteligt trådelement er det muligt at nedsætte mængden af varme q , som strømmer fra midten

Vs imod enderne eller terminalerne af tråden. Også eftersom to sammenknyttede tråde benyttes til at fremstille trådkordelen som vist i fig. 1, bliver de påvirket ved varmefrembringelse på samme måde og det er således muligt at nedsætte mængden af varme qa, som spredes i den omgivende atmosfære.

I en specifik udførelsesform ifølge opfindelsen opnås forbedret køling af det smeltelige trådelement og dermed forbedrede tidsforsinkelsesegenskaber ved at fremstille den stanglignende del 3 af en sintret blanding af keramisk materiale af spineltypen bestående af 71,8 vægtprocent aluminiumoxid og 28,2 vægtprocent magnesiumoxid. Dette materiale har væsentligt højere termisk ledningsevne end kvartsglas eller aluminiumoxid iltfast materiale som vist i nedenstående tabel.

Bæremateriale Sammensætning Termisk ledningsevne

vægtprocent ved 100°C. K cal/m.hr.°C

Kvartsglas 100% SiO^ 0,8

Aluminiumoxid 75% AlpO^ 3,8

Iltfast materiale 25% ler 0

Spinel A190, 71,8% AlpO, 12,9

: MgO -3 28,2% MgO D

Fig. 4 sammenligner tidsforsinkelsesegenskaberne for en smeltesikring ifølge opfindelsen med to tidligere kendte smeltesikringer. På denne figur er procenten af nominel strømværdi afsat som funktion af tiden (i sekunder) som det tager at smelte det smeltelige trådelement. Kurven A angiver forholdet for en enkel ttråds almindelig type A smeltesikring med en nominel strømkapacitet på 5 ampere, kurve B angiver forholdet for en smeltesikring i hvilken det smeltelige trådelement er fremstillet som angivet i førnævnte japanske patentansøgning, og som også har en nominel strømkapacitet på 5 ampere. Kurve C repræsenterer forholdet for en trådkordel, såsom den i fig. 2 viste (som ved kur- 7 143048 ven B) viklet med en deling på 7,5/cm over en spineltype keramisk stamlignende understøtningsdel fremstillet af 71,8% aluminiumoxid og 28,2% magnesiumoxid. Det blev bemærket, at den nominelle strømkapacitet for sidstnævnte smeltesikring blev nedsat fra 5 til 3,5 ampere, medens den frembød tidsforsinkelsesegenskaber, som var bedre end de andre to typer smeltesikringer. Derved kan der ifølge opfindelsen fremstilles tidsforsinkelsessmeltesikringer, som har bedre tidsforsinkelsesegenskaber, medens de bibeholder deres mekaniske integritet. F.eks. frembyder den resulterende smeltesikring større slagstyrke og større modstand mod vibration og kan derfor forsendes, oplagres og håndteres uden brud eller deformation ved diagonal anbringelse af den stanglignende del 3 i smeltesikringen og lodning af de smeltelige trådelementer ved enderne med loddemateriale med højt smeltepunkt på den før beskrevne måde. Eftersom passende mængder højt smelteligt loddemateriale benyttes til at lodde de smeltelige trådelementer ved terminalerne, kan denne type smeltesikring også let massefremstilles med ringe udgift, medens dens mekaniske stivhed og gode tidsforsinkelsesegenskab bibeholdes.

Eftersom smeltepunktet af den keramiske kerne er temmeligt højt (Al20^:Mg0 spinel har et smeltepunkt på 2135°C), kan en mængde smeltelige tråde tilmed benyttes uden den naturlige begrænsning som ved de tidligere omtalte typer smeltesikringer, som benytter en glasfiberkeme eller lignende kernematerialer.

X disse glasfibersmeltesikringer er glasfiberkernen desuden placeret i et glasrør og fastgjort til rørets ender, medens det underkastes trækkraft for at holde dem stift på plads, således at de ikke går løs og forskydes som følge af slag eller mekanisk vibration. Når derimod den stanglignende del 3 er anbragt diagonalt, er der ikke behov for at udøve en trækkraft under installationen.

Smeltesikringer af den ifølge opfindelsen angivne type kan fremstilles med en række nominelle kapaciteter i området fra omkring få milliampere til omkring adskillige ampere og så højt som 30 ampere, og de kan passende massefremstilles i miniaturestørrelser (omkring 3 cm lange) med moderate omkostninger, selv om de bibeholder den fornødne mekaniske stivhed og tidsforsinkelsesegenskaberne .