DE2121120B2

DE2121120B2 - Uebertemperatursicherung fuer eine elektrische wicklung

Info

Publication number: DE2121120B2
Application number: DE19712121120
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing 73 10 Plochingen Maylandt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1971-04-29
Filing date: 1971-04-29
Publication date: 1973-04-26
Also published as: SE370823B; DD98583A5; DE2121120A1; AT324471B; NL7205736A; CH540565A; FR2134341A1; FR2134341B1; DE2121120C3; GB1392532A; BE782870A

Description

sammenziehuug _auf Grund der Reduzierung der Oxidhaut des geschmolzenen Metalls unter Kugelbildung infolge der OberflächenspamKing des Metalls bewirkt wird.

Bei Sicherungen ohne Fluß- und Reduktionsmittel besteht die Möglichkeit, daß das geschmolzene Metall durch die nicht reduzierte Oxidhaut zusammengehalten wird, so daß der Stromdurchj.ang erst bei höheren als den erwarteten Temperaturen unterbrochen wird, falls die Lageänderung des geschmol- zenen Metalls nicht durch andere Kräfte, z. B. die Schwerkraft, begünstigt wird.

Die erfindungsgemäße Abstimmung der Schmelztemperaturen des verwendeten Metalls oder der Metallegierung auf die gewünschte Abschalttemperatur kann z. B. durch die Verwendung einer eutektischen Metallegierung für das Sicherungselement erfoieen und eines Flußmittels, dessen Schmelztemperatur bei oder über der Schmelztemperatur der eutckiischen Metallegierung liegt. ao

Bei Verwendung einer nichteutektischen Metalllegierung aus ein Eutektikum bildenden Metallen enirnehlt sich ein Flußmittel mit über der Schmelzten p^r-ratur des Eutektikums, aber innerhalb des Erwc:c!iungsbereichs oder über der oberen Grenze des »5 Erweichungsbereichs der verwendeten Legierung liegender Schmelztemperatur.

Nichteutektische, sogenannte Randlegierungen können wegen besserer Verarbeitbarkeit, zur Gewinnung einer bestimmten Abschalttemperatur oder aus Pi-..'isiiründen von Fall zu Fall vorzuziehen sein. Ein N^hieil dieser Legierungen besteht jedoch darin, keinen definierten Schmelzpunkt haben, sonde::! daß in einem sogenannten Erweichungsbereich ei;.j eutektische Legierung mit niedriger Schmelz-UT.peratur und Legierungen mit höherer Schmelzt-'üpcratur nebeneinander bestehen. Erst oberhalb einer die Erweichungsbereiche begrenzenden DiaciY.mmlinie sind alle Legierungen mit Sicherheit Γ sie. Die mechanischen Eigenschaften der Legier. ngcn in den Erweichungsbereichen hängen von c\ 1 aiii sie einwirkenden Temperaturänderungen u;:d der Dauer der Temperatureinwirkung ab.

Liegt nun die Soll-Ansprechtemperatur eines Flußr.iittels im E.-weichungshereich der Legierungen, so iv-,teilt die Gefahr, daß die Sicherung im Laufe der /'eit völlig Undefiniert bei irgend einer Temperatur innerhalb dieses Bereichs anspricht.

Dieser Nachteil kann vermieden werden durch Flußmittel mit einer Schmelztemperatur, die merklieh über der Schmelztemperatur der eutektischen Legierung liegt, aber noch im Erweichungsbereich der nichteutektischen Legierungen und in diesem Bereich noch unterhalb der Temperatur, bei welcher die für das Sicherungselement verwendete Legierung flüssig ist.

Derartige Sicherungen werden bei kurzzeitiger Erwärmung bei einer Temperatur ansprechen, bei der die Legierung vollständig flüssig ist. Bei längerer Temperatureinwirkung innerhalb des Erweichungs- Co bereichs. aber unter der Schmelztemperatur der Legierung, kann die Abschalttemperatur in den Erweichungsbereich, jedoch keinesfalls unter die Schmelztemperatur des Flußmittels sinken.

Eine erhöhte Sicherheit gegen unerwünschtes Abschalten bei Temperaturen innerhalb des Erweichungsbereichs nichteutektischer Legierungen kann durch Verwendung eines Flußmittels erzielt werden, dessen Schmelztemperatur bei oder über der Temperatur liegt, bei der die Legierung vollständig flüssig ist.

Solche Sicherungen werden bei kurzen ^Tf^mP^^a' turbelastungen mit Sicherheit bei oder uberaer Schmelztemperatur des Flußmittels liegenden Temperaturen abschalten. Bei längerer Temperaturemwirkung kann die Ansprechtemperatur aut cue Schmelztemperatur des Flußmittels, aber keinesfalls in den Erweichungsbereich der Legierung absuiken.

Flußmittel mit verschiedenen Schmelztemperaturen, die für die Zwecke der Erfindung geeignet smd, stehen in Form von Harnstoff mit einer ?^ctun<^r temperatur von 133^C C und von Abietinsäure mit einer Schmelztemperatur von 173° C zur Verfugung. Ebenso geeignet ist auch Naturkolophonium, das 90 ·/. Abietinsäure enthält Das handelsübliche Kolophonium enthält außer der Abietinsäure noch eine Beimischung von isomeren Harzen und hat je nacn der Menge dieser Harze eine Schmelztemperatur von HO bis 130" C. Durch Hydrieren des Abietinsaureanteils kann eine Erhöhung der Schmelztemperatur des Kolophoniums um weitere 20° C erreicht werden, so daß also allein durch das. Kolophonium ein Schmelztemperaturbereich von 1.10 bis 15Ü <- dl

strichen werden kann. n_m;_tt,»in

Erfindungsgemäße Sicherungen, mit Flußmitteln, deren Schmelztemperatur im Erweichungsoereicn der gewählten niedrigschmelzenden Legierungen Heut, sind folgendermaßen aufgebaut: f Legierung für den stromleitenden Teil des Sicherungselementes: 33,3 ·/. Bi, 33,3 »0 Sn und "3 4 0 0 Pb; Erweichungsbereich: 95 bis 14U ^ . Flußmittel für dieses Sicherungselement. Harnstoff mit einer Schmelztemperatur von 133 c. "» Legierung für den stromleitenden Teil aes " Sicherungselementes: 60 »0 Sn. 40 0/. Bi; Erweichungsbereich: 138 bis 170^cC: Flußmittel fur dieses Sicherungselement: Hydriertes Kolophonium mit einer Schmelztemperatur von 15U- <~. Weitere Sicherungselemente sind für noch höhere Ansprechtemperaturen ausgelegt. Sie enthalten: 3. Eine Legierung für den stromleitenden Teil des Sicherungselementes aus 43 »0 Bi, 31,5 °/o Pb, 25⁰O Sn und 0.5°'ο Cu; Erweichungsbereich: 95 bis 115" C; Flußmittel: Harnstoff mit einer Schmelztemperatur von 133^C oder Kolophonium mit einer Schmelztemperatur von 12U <-.

4 Legierung für den stromleitenden Teil des Sicheruniselementes: 50,5 »/0 Bi. 27,8 U Pb, 12 4 °o Sn, 9,3 °/o Cd; Erweichungsbereich: pa bis 163 C; Flußmittel: Abietinsäure mit einer Schmelztemperatur von 173⁰C.

5 Legierung für den stromleitenden Teil des Sicherungselementes: 60 "0 Sn, 40 %> Bi; Erweichungsbereich: 138 bis 170^cC; Flußmittel: Abietinsäure mit einer Schmelztemperatur von

173C. .

6 Eutektische Legierung für den stromleitenden Teil des Sicherungselementes: 56,5 °/o Bi, 43,5 °/o Pb; Schmelztemperatur. 120⁰C; Flußmittel: Harnstoff mit einer Schmelztemperatur von 133^C C.

Ausführungsbeispiele von Sicherungselementen, die unter Verwendung der unter 1. bis 6. genannten Stoffe hergestellt wurden, sind in F i g. 1 bis 4 veranschaulicht. Es zeigt .

F i g. 1 ein Sicherungselement in flacher Form mn

einfachem Sicherungsstreifen mit einer Flußmittelauflage zum Einlegen in den Wickelkörper oder die Wicklung einer Drosselspule, und

F i g. 2 einen Schnitt durch das Sicherungselement nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Sicherungselement aus einem niedrigschmelzenden Hohldraht mit Flußmittelfüllung und Isolierschlauchhülle, und

F i g. 4 ein Sicherungselement aus einem massiven Draht eines niedrigschmelzenden Metalls mit Flußmittelauflage in einem Isolierschlauch.

Das Sicherungselement nach Fig. 1 und 2 hat einen einfachen Metallstreifen 10, der z. B. aus einer Legierung von 33,3 Vo Bi, 33,3 %> Sn und 33,4 °/o Pb bestehen kann, die in dem Bereich von 95 bis 140° C erweicht. An den beiden Enden des Streifens 10 sind Anschlußdrähte 11 festgeschweißt und auf einem Teil seiner Oberfläche ist Harnstoff mit einer Schmelztemperatur von 133° C aufgetragen und zwar entweder unmittelbar auf das Metall selbst oder in einem mit Harnstoff angereicherten Streifen 12 (Fig. 2) aus porösem Material. Das ganze Dichtungselement befindet sich zwischen zwei durchsichtigen Kunststoffolien 13, die an ihren Rändern ringsum mit einer durch kleine Kreuze angedeuteten Schweißnaht miteinander verschweißt sind.

Das Sicherungselement nach Fig. 3 besteht aus einem Röhrchen 15 mit 5 Durchgängen, die mit bei 173° C schmelzender Abietinsäure 16 ausgefüllt und in die Anschlußdrähte 17 eingeklemmt sind. Das Röhrchen 15 selbst besteht aus einer Legierung aus 60 °/o Sn und 40 %> Bi, die im Bereich 138 bis 170° C ißTn

erweicht. Es trägrnoch einen an seinen Enden durch Erweichen und Zusammendrücken abgeschlossenen Isolierrohrüberzug 18, der das Herausfallen von geschmolzenen Teilen des Sicherungselementes verhindert.

Das Sicherungselement nach F i g. 4 unterscheidet sich von demjenigen nach F i g. 3 dadurch, daß es aus einem massiven Schmelzdraht 20 mit festgeschweißten Anschlußdrähten 21 und aus einem außen auf den Draht 20 aufgebrachten Flußmittel 22 besteht. Dabei kann der Schmelzdraht 20 aus einer Legierung von 50,5 »/0 Bi, 27,8 °/o Pb, 12,4 »/0 Sn und 9,3 % Cd bestehen, die bei 158 bis 163° C erweicht, und das Flußmittel 22 aus Abietinsäure mit einer Schmelztemperatur von 173° C. In diesem Fall ist es besonders wichtig, daß die Schmelztemperatur des Flußmittels über derjenigen des Schmelzdrahtes 20 liegt, damit das Flußmittel nicht vor dem Schmelzen des Drahtes abtropft.

Durch Einsetzen des Sicherungselementes in einen wärmebeständigen Isolierschlauch 23, z. B. aus PoIykarbonat, der an seinen Enden unter Druck und Wärme dicht mit den Anschlußdrähten verschweißt ist, wird erreicht, daß die beim Schmelzen des Drahtes und der dabei unter dem Einfluß des Flußmittels auftretenden Auflösung der Metallteile unter Kugelbildung alle Rudimente des Sicherungselements innerhalb des Isolierschlauchs verbleiben.

Andererseits besteht aber auch die Möglichkeit, die Sicherungselemente mit einer festen Umhüllung, z. B. durch Umspritzen oder Umpressen mit thermo- oder duroplastischen Kunststoffen, zu versehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

element in einen wärmebeständigen Isolier- Patentansprüche: schlauch eingesetzt ist, dessen Innenraum vom Sicherungselement nicht voll ausgefüllt ist

1. Übertemperatursicherung für eine elektrische Wicklung mit einem Eisenkern solcher 5
räumlicher Ausdehnung, daß ein Windungs- oder

Masseschluß, unabhängig von seinem Ent-

stehungsort die gleiche Temperaturverteilung
hervorruft und bei der die heißeste Stelle unveränderlich und bekannt ist, bestehend aus einem io
in gutem Wärmekontakt mit der zu schützenden

Wicklung stehenden Sicherungselement aus einem Die Erfindung bezieht sich auf eine Übertempera-Metall oder einer Legierung von Metallen mit türsicherung für eine elektrische Wicklung mit einem einem Schmelzpunkt bis 250° C, wobei die Über- Eisenkern solcher räumlicher Ausdehnung, daß ein temperatursicherung so bemessen und angeord- 15 Windungs- oder Masseschluß, unabhängig von seinet ist, daß die Summe aus der Schmelztempe- nem Entstehungsort, die gleiche Temperaturverteiratur des Sicherungsmetalls und dem Tempera- lung hervorruft und bei der die heißeste Stelle unturunterschied zwischen der heißesten Stelle der veränderlich und bekannt ist, bestehend aus einem in Wicklung und der Stelle, an welcher sich die gutem Wärmekontakt mit der zu schützenden Wick-Sicherung befindet, im Augenbück der Abschal- 20 lung stehenden Sicherungselement aus einem Metali tung etwa 250" C beträgt und wobei dem Metall odei einer Legierung von Metallen mit einem oder der Metallegierung des Sicherungselementes Schmelzpunkt bis 250° C, wobei die Übertemperacin beim Schmelzen des Metalls sich ausdehnen- türsicherung so bemessen und angeordnet ist, daß der oder gasabgebender Stoff als Flußmittel bei- die Sumrue aus der Schmelztemperatur des Sichegegeben ist, nach Patent 14 88 992, dadurch 25 nmgsmetalls und dem Temperaturunterschied zwigekennzeichnet, daß die Schmelzpunkte sehen der heißesten Stelle der Wicklung und der des Metalls bzw. der Metallegierung und des Stelle, an welcher sich die Sicherung befindet, im Flußmittels auf die gewünschte Abschalttempe- Augenblick der Abschaltung etwa 250^?C beträgt ratur abgestimmt sind. und wobei am Metali oder der Metallegierung des

2. Übertemperatursicherung nach Anspruch 1, 30 Sicherungselementes ein beim Schmelzen des Metalls gekennzeichnet durch die Verwendung einer sich ausdehnender oder gasabgebender Stoff als eutektischen Metallegierung für das Sicherungs- Flußmittel beigegeben ist, nach Patent 14 88 992.
element und eines Flußmittels, dessen Schmelz- Derartige Übertemperatursicherungen sollen bei temperatur bei oder über der Schmelztemperatur Erreichen einer von Einbau und Verwendung abder eutektischen Metallegierung liegt. 35 hängigen Temperatur sicher abschalten. Dies wird

3. Übertemperatursicherung nach Anspruch 1, durch die Auswahl einer geeigneten Legierung ergekennzeichnet durch die Verwendung einer reicht.

nichteutektischen Metallegierung aus ein Eutek- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine tikum bildenden Metallen und eines Flußmittels Sicherung zu schaffen, die bis zu einer bestimmten, mit über der Schmelztemperatur des Eutekti- 40 unter der Abschalttemperatur liegenden Grenztemkums, aber innerhalb des Erweichungsbereiches peratur mit Sicherheit nicht anspricht. Diese Grenader verwendeten Legierung liegender Schmelz- temperatur liegt z. B. bei der Trocken- und Imprägtemperatur. niertemperatur der elektrischen Wicklung oder eines

4. Übertemperatursicherung nach Anspruch 1, vollständigen Geräts mit eingebauter Sicherung oder gekennzeichnet durch die Verwendung einer 45 bei der Temperatur, welche die Sicherung bei vernichteutektischen Metallegierung aus ein Eutek- schärfter Prüfung erreicht oder bei der im Dauertikum bildenden Metallen und eines Flußmittels, betrieb eines Geräts unter ungünstigen Bedingungen dessen Schmelztemperatur bei oder über der auftretenden Temperatur. Je kleiner der Abstand oberen Grenze des Erweichungsbereiches der zwischen der Abschalttemperatur der Sicherung und verwendeten Legierung liegt. 50 der erwähnten Grenztemperatur ist, desto weniger

5. Übertemperatursicherung nach Anspruch 1 brauchbare Legierungen stehen für die passende bis 4, gekennzeichnet durch die Verwendung von Sicherung zur Verfügung. Außerdem ist aber auch Abietinsäure als Flußmittel. noch zu bedenken, daß die Ansprechtemperatur der

6. Übertemperatursicherung nach Anspruch 1 Sicherung bei Verwendung nichteutektischer Legiebis 4, gekennzeichnet durch die Verwendung von 55 rungen im Dauerbetrieb bei hohen Temperaturen im wesentlichen aus hydrierter Abietinsäure be- infolge von Umkristallisation nach unten oder oben stehendem Kolophonium als Flußmittel. abweichen kann.

7. Übertemperatursicherung nach Anspruch 1 Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gebis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Flußmit- löst, daß die Schmelzpunkte des Metalls bzw. der tel festhaftend mit dem Sicherungsmetall ver- 60 Metallegierung und des Flußmittels auf die gebunden ist. wünschte Abschalttemperatur abgestimmt sind.

8. Übertemperatursicherung nach Anspruch 1 Es hat sich nämlich gezeigt, daß beim Ansprechen bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie in eine von Sicherungen nach dem Hauptpatent, die z. B. feste Umhüllung eingebaut ist mit freiem Raum aus einem 10 bis 20 mm langen, mit Harnstoff oder für die beim Ansprechen der Sicherung schmel- 65 Kolophonium gefüllten Röhrchen aus einem niedrig zenden Stoffe. schmelzenden Metall bestehen können, die Unter-

9. Übertemperatursicherung nach Anspruch 8, brechung des Stromdurchgangs durch Ausdehnung dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherungs- des geschmolzenen Kolophoniums und durch Zu-