DK166893B1 - Elektrisk sikring - Google Patents

Description

DK 166893 B1

Den foreliggende opfindelse angår en miniature- eller subminiaturesikring med en maksimal størrelse på 6,3 x 32 mm og en smeltestrømstyrke af størrelsesordenen 1500 A, med et mellem to endehætter i et hus anordnet sikringsele-5 ment, hvis modsatte ender står i forbindelse med endehætterne .

I USA-patentskrift nr. 4,369,421 er der beskrevet et sikringselement anbragt i et hus mellem to endehætter, hvor sikringselementets modsatte ender er anbragt stående 10 i forbindelse med endehætterne. Selve sikringselementet er en tynd metaltråd, der strækker sig diagonalt igennem huset, og hvor sikringslementets ender er fastklemt mellem husets væg og den pågældende endehættes indervæg. Der er i skriftet ikke angivet dimensioner.

15 Lignende sikringer af miniture- og subminiaturetype er almindelig kendte. Det er ved sådanne sikringer, som arbejder ved relativt lave spændinger (såsom som op til 250 V), somme tider ønskeligt med en høj afbrydelsesevne.

En ønsket afbrydelsesevne på 1500 A er ikke usædvanlig, 20 men der kræves undertiden afbrydelse ved større strømstyrker, som f.eks. 5 til 6 kA. Når høje strømstyrker skal afbrydes, optræder der lysbuedannelse. Hvis denne lysbue ikke slukkes, eller kun slukkes utilstrækkeligt, er afbrydelsen ikke tilstrækkelig effektiv, eller den indtræder 25 for sent. Med henblik på at slukke lysbuen beregnes sikringerne til høj afbrydelsesevne og fyldes sædvanligvis med fint sand eller kvartssand. Fremstilling af sådanne sandfyldte sikringer involverer imidlertid højere fremstillingsomkostninger end fremstillingen af ikke-fyldte 30 sikringer. Som følge heraf foreligger der et behov for sikringer, som ikke kræves fyldt med sand eller lignende, og som dog udviser en høj afbrydelsesevne.

Det er den foreliggende opfindelses opgave at opfylde dette behov. Dette er ifølge opfindelsen opnået ved en 35 sikring af den indledningsvis anførte art derved, at det 2 DK 166893 B1 cylindriske hus er indrettet med to på tværs i forhold til husets akse anordnede noter, at endehætterne indgriber i noterne, at huset og endehætterne er fast forbundet med hinanden, at huset er indrettet med et indre hulrum i form 5 af et i det mindste halvcylindrisk indre hulrum, hvilket hulrum ikke er fyldt med et af enkelt-partikler bestående lysbueundertrykkende fyldmateriale, at huset består, i det mindste delvist, af ablationsmateriale, hvilket materiale ved høje temperaturer dissocieres i det mindste ved over-10 fladen og frigiver gasser, som ved overbrænding af sikringen undertrykker en lysbue. Hulrummet, der ikke er fyldt med lysbueundertrykkende fyldmateriale har fortrinsvis et tværsnit, der er mindre end 10 mm.

I sikringerne ifølge opfindelsen har hulrummet, i 15 hvilket ved oversmeltning af sikringen altså lysbuen brænder, et tværsnit, der fortrinsvis er mindre end 10 mm.

Ved en sådan tværsnitsstørrelse er ablationseffekten mest effektiv, eftersom tværsnittets størrelse er af samme størrelsesorden som lysbuens tværsnit. Det er ifølge 20 opfindelsen karakteristisk, at ablationsmaterialet indgår i huset. Som anført skal ablationsmateriale forstås som et materiale, fra hvilket der ved indtrædning af smeltning af sikringen som følge af ophedning fra den dannende lysbue frigives gasser, som udøver en gunstig virkning på sik-25 ringens strømafbrydelseskaraktertræk, idet lysbuen hurtigt undertrykkes, slukkes eller kvæles. Nogle materialer er fra naturens side allerede ablationsmaterialer eller ablationsdygtige, som f.eks. polytetrafluoroethylen, polyimid, melamin, polysulfon og lignende. Andre materia-30 ler kan gøres ablationsdygtige, f.eks. ved adsorption af gas til en overflade på materialet. Et eksempel er kvarts, til hvis overflade der er adsorberet fluorin.

Ved en sikring ifølge den foreliggende opfindelse er huset fortrinsvis fremstillet af et ablationsmateriale, 35 eller i det mindste er den del af huset, der grænser op DK 166893 B1 3 til det indre, fremstillet af ablationsmateriale. Det er også fordelagtigt, såfremt sikringen består af en bærer af ablationsmateriale, hvorpå der befinder sig et tyndt metallag.

5 Det bemærkes, at der i USA-patentskrift nr. 3,913,051 er beskrevet en sikring med små dimensioner. Imidlertid understøtter den kendte sikrings hylster eller hus ikke konstruktionen. Der er anbragt et bærelegeme, der understøtter sikringselementet. Huset udgøres af et varmepå-10 krympet rør, som omgiver dette bærelegeme og sikringselementet. Det kan ikke siges, at den resulterende konstruktion omfatter et lukket hulrum, som er i stand til at modstå høje lysbuespændinger. Den beskrevne kendte konstruktion vedrører derfor beskyttelse af kredsløb, der fø-15 rer strømme på op til 5 A samt spændinger på op til 125 V.

Det må bemærkes, at anvendelsen i sikringer af et materiale, fra hvilket der frigives materiale efter opvarmning, er i og for sig kendt. Således omhandler det ovennævnte USA-patentskrift nr. 4,369,421 en sikring, der 20 består af en metallisk kerne med en beklædning af et syntetisk plast-materiale. Efter opvarmning nedbrydes plast-materialet til frigivelse af saltsyre, hvilken syre reagerer med lederens metal og reducerer dennes tværsnit.

Der henvises ikke til et ablationsmateriale i den forelig-25 gende opfindelses forstand. Endvidere omhandler USA-pa-tentskrift nr. 4,283,700 en sikring, hvis cylindriske hylster er opbygget af et rørformet ydre organ og et rørformet indre organ. Det indre organ er fremstillet af et materiale af høj termisk ledningsevne og lav termochokbe-30 standighed. Når en elektrisk overbelastende strøm passerer gennem smelte indsatsen, går det indre organ i stykker. Den resulterende varme og dampene absorberes af bruddelene. I modsætning til den foreliggende opfindelse kræver denne kendte sikring under alle omstændigheder et hylster, der 35 er opbygget af to koncentriske rør. Dette krav vil være tilbøjeligt til at forøge fremstillingsomkostningerne.

4 DK 166893 B1

Det må endvidere bemærkes, at en sikring bestående af et hylster, der indeholder en bærer med en tynd metalbelægning derpå, er i og for sig kendt, f.eks. fra GB-of-fentliggørelsesskrift nr. 2,032,205. Denne kendte kon-5 struktion har imidlertid ikke en bærer af et ablations-materiale.

En fordelagtig udformning er ifølge den foreliggende opfindelse karakteriseret ved, at huset består af en massiv halvcylinderformet del, på hvilken der befinder sig 10 anordnet sikringselementets tynde metallag, og af en del, som tildækker den massive del, og som hovedsagelig har form af et halvrør. Ved denne udførelsesform er endehætterne fortrinsvis hver forsynet med en central indadrettet keglestubformet del, der befinder sig anbragt fordybet i 15 forhold til endefladerne, og husets massive del er ved enderne i overfladen indrettet med en halvkonisk fordybning, der er overtrukket med det tynde metallag, og idet anordningen er således udformet, at hver endehættes ind-adrettede keglestubformede del står i forbindelse med det 20 i den tilgrænsende kegleformede fordybning i overfladen på husets faste del udformede tynde metallag.

I en sikring udformet ifølge opfindelsen kan der stadigvæk indtræffe lysbuedannelse, når sikringselementet smelter. I det korte tidsforløb forløbende mellem dannel-25 sen af lysbuen og undertrykkelsen af lysbuen ved hjælp af gas frigivet fra ablationsmaterialet, kunne lysbuen nå endehætterne, hvilket er uønsket. Med henblik på at undgå dette kan der grænsende til endehætterne i huset være anbragt endepropper, der er indrettet med en boring, idet 30 sikringselementet til tilvejebringelse af forbindelse med endekapperne er ført gennem hver af boringerne. Ifølge den foreliggende opfindelse kan fortrinsvis den gennemgående boring i hver endeprop danne en vinkel med husets akse.

Såfremt huset består af et plastisk deformerbart ma-35 teriale, er det også muligt, at endepropperne er udformet som en integrerende del af huset, f.eks. i form af en ind- DK 166893 B1 5 adrettet, fortykket husdel. I stedet for eller supplerende til propperne kan en gennemhullet eller perforeret metalplade befinde sig anbragt som tilgrænsende til begge endehætterne .

5 Udførelsesformer ifølge opfindelsen beskrives nærmere i det følgende under henvisning til tegningen, i hvilken:

Fig. 1 viser tværsnit af en udførelsesform for sikringen ifølge opfindelsen, fig. 2-5 viser tværsnit af en ende på forskellige 10 udførelsesformer for en sikring ifølge opfin delsen, fig. 6 viser et tværsnit af endnu en udførelsesform for sikringen ifølge opfindelsen, fig. 7 viser et tværsnit af en ende af en yderligere 15 udførelsesform for sikringen ifølge opfindel sen, fig. 8 viser et tværsnit af endnu en udførelsesform for sikringen ifølge opfindelsen, fig. 9 viser et tværsnit langs linien IX - IX i fig.

20 8, og fig.10 perspektivisk viser en del af sikringen vist i fig. 8.

Fig. 1 viser en udførelsesform for sikringen ifølge opfindelsen, der omfatter et i det væsentlige cylindrisk 25 hus eller hylster i. Inde i huset 1 er der anbragt en smelteindsats 2, f.eks. på kendt vis bestående af en tynd metaltråd eller en spole af tynd metaltråd, der er viklet op om en bærertråd, som i hvert tilfælde kan være eller ikke være forsynet med sikringssmeltestrimler. Smelteind-30 satsen 2 er anbragt diagonalt inde i huset 1 med sine ender skudt ned om husets 1 kant. Enderne er fastklemt mellem kanten, dvs. enden af huset 1, og egnede endehætter 3 og 4, der er sat ned over enderne af huset 1. Huset 1 består fortrinsvis af et formstofablationsmateriale. Et par 35 recesser 5 og 6 er tilvejebragt langs husets 1 omkreds på 6 DK 166893 B1 tværs af husets 1 akse. Endehætternes 3 og 4 rundtgående dels ender 7, 8, som peger indefter, går i indgreb med recesserne 5 og 6, således at sikringens forskellige dele holdes fast sammen. Som vist kan smeltetråden 2, hvis en-5 der er bukket rundt om husets 1 kant, være af en sådan længde, at disse ender forløber ind i recesserne 5 og 6, således at de yderligere fastklemmes under endehætternes ender 7 og 8. Dette vil yderligere forbedre den elektriske kontakt mellem smeltetråden og endehætten, således at lod-10 ning af smeltetråden til endehætterne er fuldstændig overflødig.

Sikringens endehætter 3 og 4 kan som vist bestå af et materiale, der normalt anvendes til endehætter, f.eks. nikkel, nikkelbelagt messing, sølvbelagt kobber og andre 15 metaller. Smelteindsatsens metaltråd kan også bestå af metaller, der almindeligvis anvendes til smelteindsatse, f. eks. tin, kobber, sølv og lignende. Huset 1, som kan bestå af en enkelt cylinder eller af to halvcylindre, der er anbragt den ene ovenpå den anden, er fremstillet af et abla-20 tionsmateriale, hvormed der menes et materiale, fra hvilket der frigives gas ved forøget temperatur fra dissocie-ring, hvilket undertrykker lysbuedannelsen, når smelteindsatsen springer. Egnede ablationsmaterialer er formstof, syntetiske formstof materialer med god mekanisk styrke, og 25 som er modstandsdygtige overfor høje temperaturer, som opstår, når sikringen springer. Eksempler på sådanne materialer er kendte under handelsnavnene Victrex PEEK, begge ikke-fyldte og glasf iberfyldte, Arnite, Ryton R4, Polysul-fon og High Heat Lexan. Det er imidlertid også muligt at 30 anvende et hus 1 af et i og for sig kendt, ikke ablations-dygtigt materiale, hvoraf overfladedelen på indersiden i-midlertid er behandlet, således at den bliver ablations-dygtig. Et eksempel er et hus af kvarts med fluorin adsor-beret til dets indre overflade.

DK 166893 B1 7 I miniature- og mikrosikringer med dimensioner på f. eks. 25 mm eller 6,3 x 32 mm er der hidtil anvendt en fyldning af fint sand til høje afbrydelseskapaciteter, strømstyrker på mere end 1500 A, hvilket sand tjener til 5 at undertrykke eller slukke den lysbue, der optræder, når sikringen springer. Ved anvendelse af et ablationsmateria-le ifølge den foreliggende opfindelse kan en sådan fyldning med sand udelades. Sandets opgave er hermed overtaget af den gas, der frigives fra ablationsmaterialet. Dette 10 vil især være tilfældet, hvis der så at sige eksisterer en direkte kontakt mellem vægmaterialet og den ioniserede gas, der danner lysbuen, hvilket generelt betyder, at lysbuesøjlens radiale ekspansion begrænses af væggens tilstedeværelse. Således bør dimensionerne af hullet, i hvilken 15 lysbuen brænder, fortrinsvis være af begrænset værdi. I miniaturesikringer af normal størrelse, der f.eks. har de ovenfor nævnte dimensioner, opfyldes generelt et sådant krav. Det må imidlertid forstås, at ablationsvirkningen ikke blot forekommer i cylindriske huller, men også i hul-20 ler eller hulheder af anden form og af passende dimensioner.

Fig. 2-5 viser tværsnitsbilleder af den ene ende af forskellige udførelsesformer for sikringen ifølge opfindelsen. Samme dele er forsynet med samme henvisningsbeteg-25 neiser som i fig. 1.

Enden af sikringen vist i fig. 2 omfatter stødende op til sin ende en endeprop 9 i det cylindriske hus af abla-tionsmateriale. Endeproppen 9 består af et egnet isoleringsmateriale, som om ønsket også kan være ablationsdyg-30 tigt. Endeproppen 9 er forsynet med en gennemboring 10, der danner en vinkel med husets 1 akse. Smelteindsatsen 2 er ført igennem boringen 10. Et formål med anvendelse af endepropper 9 nær ved enderne af det cylindriske hus 1 er at hindre, at den plasmastrøm, der ledsager lysbuen, der 35 opstår, når smelteindsatsen springer, rammer endehætten 3 DK 166893 B1 δ før lysbuen undertrykkes af de gasser, der frigives fra ablationsmaterialet i huset 1, hvilket kunne have uønskede resultater. Idet gennemboringen 10 forløber under en vinkel med husets 1 akse, er der yderligere bidraget til op-5 nåelsen af dette mål. Der opnåedes gode resultater med en sikring som den viste, hvori huset 1 bestod af High Heat Lexan med endepropper 9, der også var fremstillet af High Heat Lexan, medens der anvendtes endehætter 3 og 4 af nikkelbelagt messing med en smeltetråd af kobber, der var 10 belagt med tin, diameter 100 /xm. En smeltezone bestående af en lille dråbe tin var tilvejebragt i midten af smeltetråden.

En anden mulighed for at forebygge, at endehætten rammes af en eventuel plasmastrøm, er vist i fig. 3. I 15 stedet for en gennemboret endeprop af isolerende materiale er en gennemboret metalskive 11 anbragt på eller i enden af huset 1. I det viste tilfælde er skiven 11 fastklemt mellem enden af huset 1 og den bageste ende af den bøsningsformede endehætte 3. Smelteindsatsen 2 passerer 20 gennem åbningen i skiven 11 og fastklemmes mellem huset 1 og endehætten 3 på den under henvisning til fig. 1 beskrevne måde.

En kombination af en isolerende endeprop og en metalskive er vist i fig. 4. I denne udførelsesform er ende-25 proppen 12 og metalskiven 13 udformet som en integreret del. Gennemboringen 14 gennem endeproppen 12 og skiven 13 er i denne udførelsesform koncentrisk med huset 1.

Fig. 5 viser en yderligere udførelsesform for anbringelsesmåden af en endeprop og fastgørelsen af en smelte-30 indsats. I denne udførelsesform passerer smelteindsatsen 2 gennem en boring 15, der er koncentrisk med huset 1, gennem en endeprop 16 af isolerende materiale, der er anbragt ved enden af huset 1. Smelteindsatsen 2 er fastgjort til endehætten 3 ved hjælp af et loddemateriale 17.

9 DK 166893 B1

Fig. 6 viser et tværsnitsbi Ilede af en egnet udførelsesform for sikringen ifølge opfindelsen. I denne udførelsesfonn består huset 1 af et formstofmateriale eller deformerbart ablationsdygtigt materiale. I fremstillingen 5 af det cylindriske hus 1, som kan være opbygget af to halve cylindre, er der tilvejebragt radialt indadrettede vul-ster eller rygge 18 og 19 nær husets ender, hvilke vulster 18 og 19 har en lignende funktion som endepropperne i udførelsesfonnerne vist i fig. 2, 4 og 5. Den plasmastrøm-10 forebyggende effekt kan forøges yderligere ved anvendelse af en gennemboret metalplade eller skive 20 mellem endehætten 3 og vulsten 18 som vist i fig. 7. løvrigt kan endeproppen efter skiver og/eller vulster bidrage til at holde smelteindsatsen korrekt centreret inde i huset 1 i 15 alle de omtalte udførelsesformer.

Fig. 8-10 viser en anden udførelsesform for sikringen ifølge opfindelsen. Fig. 8 er et tværsnitsbillede, fig. 9 viser et snitbillede langs linien IX - IX i fig. 8, og fig. 10 viser perspektivisk en detalje af en del af 20 indretningen vist i fig. 8. Samme dele i fig. 8 - 10 er benævnt med samme referencenumre.

Den i fig. 8 - 10 viste sikring omfatter et bærerle-geme 21 i form af en massiv halvcylinder af et ablations-materiale. Fastgjort til bæreren 21 er et halvrør 22, som 25 også består af et ablationsdygtigt materiale. Bæreren 21 og halvrøret 22 danner tilsammen en cylinder med en hulhed deri, der afgrænses af bærerens 21 øverste overflade og halvrørets 22 inderste overflade. Det hule halvrør 22 er indrettet til at passe sammen med bæreren 21, f.eks. ved 30 at kanter af røret 22 går i indgreb med længderiller 23 i bæreren 21, som vist i fig. 9. Det hule halvrør 22 og bæreren 21 holdes sammenspændt af endehætter 24 og 25, som er skudt ind over enderne af den samlede cylinder. Endehætterne 24 og 25 består hver af en bund og en rundtgåen- DK 166893 B1 10 de, opretstående rand, som griber rundt om den samlede cylinder, der dannes af bæreren 21 og halvrøret 22. Ved enden af den rundtgående, opretstående rand af endehætterne 24 og 25, der vender bort fra bunden, er den rundtgående 5 rand buet let indad som vist ved 26 og 27. I den ydre overflade af halvrøret 22 er der udformet passende riller 28 og 29, der forløber på tværs af aksen. På tilsvarende måde er der tilvejebragt passende riller 30 og 31 på tværs af aksen i bærerens 21 ydre overflade. Endehættens 24 ind-10 ad buede rand 26 går i indgreb med rillerne 28 og 30, og endehættens 25 indad buede rand 27 går i indgreb med rillerne 29 og 31, således at der opnås en fast og stiv konstruktion. Endvidere er det muligt at forbinde bæreren 21 og halvrøret 22 direkte med hinanden på passende måde, f.

15 eks. ved svejsning. Halve koniske recesser 32 henholdsvis 33 er udformet i den massive bærers 21 plane øverste overflade ved hver ende af denne. En smelteindsats i form af en tynd metalbelægning 34 er tilvejebragt på bærerens 21 øverste overflade. I den viste udførelsesform er metalbe-20 lægningen 34 af en sådan form, at belægningen er bred ved bærerens ender, hvor den også dækker de halve koniske recesser 32 og 33 og bliver smallere mod midten af bæreren 21. Naturligvis er det muligt at fremstille smelteindsatsen med forskellig udformning, f.eks. som en belægning, 25 der er lige bred i hele bærerens længde, med en tyndere eller gradvist aftagende del nær bærerens midte. Bærerens 21 plane overflade, som er blevet forsynet med metalbelægningen 34 behøver ikke nødvendigvis være jævn. Fordybninger eller hulninger kan på passende måde være udformet i 30 denne overflade. Det har vist sig, at sikringens afbrydelsesreaktion specielt med henblik på afbrydelsestid og -sted kan påvirkes med egnede valgte mønstre af riller eller gruber.

Bunden af endehætten 24 er forsynet med en central, 35 indadrettet keglestubformet del 35, der er forsænket fra DK 166893 B1 11 bundsiden. På tilsvarende måde er endehætten 25 forsynet med en lignende keglestubformet del 36. Når endehætterne 24 og 25 er sat på plads, presser de keglestubf ormede dele 35 og 36 imod metalbelægningen 34, der dækker de halve ko-5 niske hulheder 32 og 33 i bæreren 21. Der opnås således en god elektrisk ledende kontakt mellem endehætterne 24 og 25 og metalbelægningen 34, der udgør smelteindsatsen.

Claims (9)

1. Miniature- eller subminiaturesikring med en maksimal størrelse på 6,3 x 32 mm og en smeltestrømstyrke af størrelsesordenen 1500 A, med et mellem to endehætter (3, 5 4) i et hus (1) anordnet sikringselement (2), hvis modsat te ender står i forbindelse med endehætterne (3, 4) kendetegnet ved , at det cylindriske hus (1) er indrettet med to på tværs i forhold til husets akse anordnede noter (5, 6), at endehætterne (3, 4) indgriber 10 i noterne, at huset og endehætterne er fast forbundet med hinanden, at huset (1) er indrettet med et indre hulrum i form af et i det mindste halvcylindrisk indre hulrum, hvilket hulrum ikke er fyldt med et af enkelt-partikler bestående lysbueundertrykkende fyldmateriale, at huset 15 består, i det mindste delvist, af ablationsmateriale, hvilket materiale ved høje temperaturer dissocieres i det mindste ved overfladen og frigiver gasser, som ved overbrænding af sikringen undertrykker en lysbue.

2. Sikring ifølge lerav 1 kendetegnet 20 ved , at i det mindste den del, der grænser op til husets (1) indre overflade, er fremstillet af et ablationsmateriale .

3. Sikring ifølge krav 1 eller 2 kendetegnet ved , at sikringselementet består af en bærer, 25 der er af ablationsmateriale og er overtrukket med et tyndt metallag.

4. sikring ifølge krav 3 kendetegnet ved, at huset (1) består af en massiv halvcylinder-formet del (21), på hvilken der befinder sig anordnet si- 30 kringselementets tynde metallag (34), og af en del (22), som tildækker den massive del, og som hovedsagelig har form af et halvrør.

5. Sikring ifølge krav 4 kendetegnet ved, at endehætterne (24, 25) hver er forsynet med DK 166893 B1 en central indadrettet keglestubformet del (35, 36), der befinder sig anbragt fordybet i forhold til endefladerne, og at husets (1) massive del (21) ved enderne i overfladen er indrettet med en halvkonisk fordybning (32, 33), der er 5 overtrukket med det tynde metallag (34), og idet anordningen er således udformet, at hver endehættes (24, 25) ind-adrettede keglestubformede del (35, 36) står i forbindelse med det i den tilgrænsende kegleformede fordybning (32, 33. i overfladen på husets faste del (21) udformede tynde 10 metallag (34).

6. Sikring ifølge krav 1 eller 2 kendetegnet ved , at der tilgrænsende til endehætterne i huset er anbragt endepropper, der er indrettet med en boring, og at sikringselementet til tilvejebringelse af for- 15 bindelse med endekapperne er ført gennem hver af boringerne.

7. Sikring ifølge krav 6 kendetegnet ved , at den gennemgående boring i hver endeprop danner en vinkel med husets (1) akse.

8. Sikring ifølge krav 6 eller 7 kendeteg net ved , at huset (1) består af plast-materiale, og at endepropperne er udformet er dannet af en indadrettet fortykket del (18, 19) af huset (1).

9. Sikring ifølge krav 1, 2, 6, 7 eller 8 k e n -25 detegnet ved , at der tilgrænsende til endehætterne i huset er anbragt en perforeret eller med gennemgående huller indrettet metalplade (20).