DE2236684C2 - Sicherungshohlkörper und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Sicherungshohlkorper aus Isolierstoff für eine flüssigkeitsgekühlte elektrische Schmelzsicherung bei dem mindestens eine an eine Kühlmittelversorgung angeschlossene Kühlschlange mit dem Isolierstoff wärmeleitend verbunden ist; sie betrifft darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Sicherungshohlkörpers.

Elektrische Schmelzsicherungen werden als Schutzeinrichtungen gegen hohe Ströme und Kurzschlüsse verwendet. Sie bestehen im wesentlichen aus einem Sicherungshohlkörper, der an beiden Enden durch metallische Köpfe, die ihrerseits die Kontaktfahnen zum Anschließen der Sicherung tragen, geschlossen ist. Diese metallischen Kopfstücke sind miteinander im Inneren des Sicherungskörpers durch Schmelzelemente (Drähte oder Streifen) verbunden, die eine Masse von lichtbogenlöschendem Material, wie üblicherweise Quarzsand, eingebettet sind. Beim Ansprechen der Schmelzelemente durch überhohen Strom oder bei Kurzschluß schmelzen und/oder verdampfen diese und ein auftretender Lichtbogen wird unverzüglich durch das Lichtbogenlöschpulver gelöscht. Unvermeidbar ist jedoch das Auftreten eines plötzlichen Gasüberdruckes oder einer Stoßwelle, die sich auf den Sicherungshohlkorper aus-ο wirkt, der daher eine verhältnismäßig hohe mechanische Festigkeit besitzen muß, um einem Zerbersten widerstehen zu können.

Der Sicherungshohlkorper muß ebenfalls die Wärme ableiten, die durch den durch die Schmelzelemente hindurchfließenden Strom in bestimmungsgemäßen Betrieb bereits entsteht, da — um das Schmelzelement infolge eines überhohen Stromes zum Durchschmelzen zu bringen — Ströme unterhalb der Ansprechschwelle an dem Widerstand des Schmelzelements bereits hinreichend joulesche Wärme freisetzen müssen, um die Schmelzelementtemperatur bei Überschreiten der Ansprechschwelle in den Bereich des Schmelzpunktes anzuheben. Diese Wärme fließt im stationären Gleichgewicht durch das Lichtbogenlöschpulver und den Sicherungshohlkörper nach außen ab, wobei ein Teil dieser Wärme auch noch über die metallischen Köpfe der Sicherung übertragen ;^ird.

Durch die DE-OS 19 48 030 ist bereits eine Schmelzsicherungspatrone bekannt, bei der der Sicherungskörper auf seinen Außenflächen Kühlplatten aufweist, die in inniger Berührung mit einem metallischen Rohr stehen, das an einen Kühlmittelkreislauf angeschlossen ist Diese Art der Kühlung wirkt nur über die Außenflächen des Sicherungskörpers, wobei die schlechte Wärmeleitfähigkeit des Isoliermaterials des Sicherungskörpers im Zusammenwirken mit dem Wärmeübergang zu den äußeren Kühlplatten einen großen Temperaturgradienten durch die Wandung des Isolierkörpers bedingt Dadurch wird das gesamte Temperaturniveau im Inneren des Sicherungskörpers angehoben; die Kühlmöglichkeit durch eine derartige äußere Kühlung ist unter Berücksichtigung der Schmelztemperatur des Schmelzeinsatzes begrenzt. Zur Verbesserung der Kühlmöglichkeit wird nach der DE-PS 5 99 910 vorgeschlagen, in Längsrichtung der Sicherungspatrone verlaufende Kühlrippen in den Sicherungshohlkörper so einzubetten, daß ein Teil der Kühlrippen nach außen übersteht und die Kühlrippen bis in unmittelbare Nähe der Schmelzleiter geführt werden. Hierbei ist jedoch zu beachten, daß der Wärmeübergang vom Isoliermaterial zu den eingesetzten metallischen Kühlrippen widerum vom Wärmeübergangskoeffizienten her begrenzt ist und somit auch hier ein hoher Temperaturgradient im Bereich der die Kühlrippen aufnehmenden Nuten auftreten muß. Darüber hinaus bedingen die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Isoliermaterial und Metall der Kühlrippen das eine den Wärmeübergang begünstigende feste Anlage dauernd nicht vorhanden sein kann.

Es ist weiter aus der US-PS 3fa 71 911 bekannt, eine Schmelzsicherung über ihre stirnseitigen Köpfe zu kühlen. Jedoch ist das nur in solchen Fällen von Wirksamkeit, wenn die Sicherungen von kurzer Länge sind oder - wie die DE-OS 15 88 203 lehrt - die elektrischen Sicherungspatronen als quasi vereinzelte Patronen um einen Kühlmitteldurchlaß herum angeordnet sind. Bei derartigen Sicherungen ist es darüber hinaus notwendig, elektrisch hochisolierende Kühlmedien zu verwenden, da eine Kühlung über die auf potentialliegenden metalli-

sehen Anschlußköpfe der Sicherungspatronen erfolgt.

Zur Herstellung von Sicherungshohlkörpern, deren Höhlung ein oder mehrere in Lichtbogenlöschpulver eingebettete Schmelzelemente aufnimmt, ist nach der US-PS 27 27 961 bekannt, den isolierenden Mantel des Sicherungshohlkörpers aus glasfaserverstärktem Harz herzustellen, wobei ein textiles Flächengebilde aus Glasfasern mit Harz getränkt, über einen Dorn gewikkelt wird, bis die gewünschte Wandstärke erreicht ist. Ausgehend vom Stand der Technik nach der DE-OS 19 48 030 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Hohlkörper für Schmelzsicherungen anzugeben, bei dem die Kühlung nahe dem Schmelzelement erfolgt, das Kühlsystem mit keinem auf Potential liegenden Teil der Schmelzsicherung in Verbindung steht und ein überhöhter Temperaturgradient vermieden wird. Darüber hinaus soll der Sicherungshohlkörper einfach und wirtschaftlich herstellbar sein.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Kühlschlange vollständig in den Isolierstoff eingebettet und wendelförmig koaxial im Sicherungshohlkörper angeordnet ist.

Durch das Einbetten einer Kühlschlange ii?' Inneren der Wand des Sicherungshohlkörpers ist es möglich, diese Kühlschlange in die Nähe des im Inneren angeordneten Schmelzelements zu bringen. Die wendeiförmige Ausbildung erlaubt das Unterbringen einer hinreichenden Wärmetauscherfläche, so daß der Wärmestr.om bei nicht überhöhtem Temperaturgradienten übertragen werden kann. Schließlich wird durch das vollständige Einbetten der Kühlschlange in den Isolierstoff erreicht, daß weder die Kühlschlange selbst noch das durch die Kühlschlange geführte flüssige Kühlmittel mit auf potential liegenden Teiien der Schmelzsicherung in Berührung kommt.

Darüber hinaus wird vorgeschlagen, daß die Kühlschlange aus Kunststoff oder synthetischem Material besteht. Durch die Verwendung von Kunststoffleitungen eingebettet in den Isolierstoff werden möglicherweise auftretende, von dem einen Metailkopf zu dem anderen Met Jlkopf über zur Kühlschlange eingesetzte metallische Kühlmittelleitungen fließende Kriechströme dann vermieden, wenn durch Ansprechen der Sicherung erhebliche Potentialdifferenzen zwischen den beiden Sicherungsköpfen liegen.

Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gegeben, daß der Sicherungshohlkörper aef einem faserverstärktem, härtbarem Kunststoff besteht, wobei die Fasern im wesentlichen in Umfangsrichtung des Sicherungshohlkörpers verlaufen. Darüber hinaus wird vorgeschlagen, daß als Verstarkungsfasern Glasfasern vorgesehen sind. Diese Ausbildung des Sicherungshohlkörpers vereinfacht die Herstellung und stellt sicher, daß eine gute Einbindung der wendeiförmigen Kühlschlange in den Isolierstoff des Sicherungshohlkörpers.

Zur Herstellung eines Sicherungshohlkörpers aus einem faserverstärktem, härtbarem Kunststoff, wobei die Fasern im wesentlichen in Umfangsrichtung des Körpers verlaufen, wird vorgeschlagen, daß zunächst in an sich bekannter Weise ein textiles Flächengebilde mit im wesentlichen längs verlaufenden Fasern zur Ausbildung einer unteren Lage auf einen Dorn aufgewickelt und dieses Material mit Kunstharz imprägniert wird, das auf diese untere Lage zumindest eine wendeiförmige Kühlschlange aufgebunden wird und die Zwischenräume der Windungsgänge der Wendel der Kühlschlange auf der unteren Lage weiteres textiles Material mit im wesentlichen längs verlaufenden Fasern in Form einer wendeiförmigen Zwischenlage, die die Zwischenräume zwischen benachbarten Kühlschlangenabschnitten ganz ausfüllen, eingebracht und mit einem Kunstharz imprägniert wird und daß auf die so erhaltene im wesentlichen durchgehende Fläche eine dritte äußere Lage aus textilem Material mit im wesentlichen längs verlaufenden Fasern zur Ausbildung einer Außenlage die die Kühlschlange abdeckt, in widerum an sich bekannter Weise fertiggewickelt und ebenfalls mit Kunstharz imprägniert und nach Aushärten des Kunstharzes vom Dorn abgezogen wird.

Dieses Herstellungsverfahren erlaubt es, ohne wesentlichen Aufwand die wendeiförmige Kühlschiange in den Isolierstoff des Sicherungshohlkörpers einzubetten, wobei die Wendel aus einem Metallrohr oder einem Kunststoffrohr auf die untere Lage aufgebracht und die Gangzwischenräume mit z. B. Strangmaterial verfüllt werden. Dabei ist es gleichgültig, ob das Strangmaterial zum Einlegen in die Gangzwischenräume Synthesefasern oder Glasfasern sind. Zweckmäßig ist es, die gleiche Faserart zu wählen, wie die, aus tier das textile Flächer.gebiide besteht. Die Verwendung des gleichen Kunstharzes für Unterlage, Wendelzwisctienräume und Decklage ist vorteilhaft Dabei soll das Kunstharz so ausgewählt sein, daß es sich mit der äußeren Oberfläche des Kühlmittelleiters verbindet, wodurch ein guter Wärmeübergang erreicht wird. Im allgemeinen reicht die Plastizität des Kunstharzes aus, um die unterschiedlichen Wärmedehnungen zwischen Kunstharz und einem Metallrohr als Kühlschlange abzufangen

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht mit einem Teilschnitt einer Schmelzsicherung mit Schmelzsicherungshohlkörper gemäß der Erfindung,

F i g. 2 einen Querschnitt durch die Schmelzsicherung nach F i g. 1 — Längslinie H-II — und

F i g. 3 einen Teillängsschnitt des erfindungsgemäßen Sicherungshohlkörpers, der durch Aufwickeln geeigneter imprägnierter Glasfäden oder -bänder erhalten wird. D',2 in den F i g. 1 und 2 dargestellte Sicherungspatrone besitzt einen rohrförmigen Sicherungshohlkörper 1, dessen Enden durch zwei Metallköpfe 2 verschlossen sind, von denen jeder einstückig mit einer Anschlußfahne 3 ausgebildet ist. Diese Metallköpfe 2 sind au dem Sicherungshohlkörper 1 durch geeignete nicht dargestellte Mittel befestigt. Sie können zu diesem Zweck auf ihrer nach innen gekehrten Seite mit einem im Durchmesser verringerten Ansatz ausgerüstet sein, der in das entsprechende Ende des Sicherungshohlkörpers 1 eingreift. Die Metallköpfe 2 sind miteinander durch einen Schmelzleiter 4 elektrisch verbunden, welcher in xickzackfömigen Lagen im Sicherungshohlkörper 1 angeordnet ist. Dieser Schmelzleiter 4 ist in eine Masse 5 eingebettet, die aus einem geeignetem Lö^chmateWal besteht, wie z. B. Quarzsand. Im dargestellten Ausführungsbeispiel hat die Schmelzsicherung mit dem Sicherungshohlkörper 1 ein mehr oder weniger elliptisches Querschnittsprofil, -nd der Schmelzleiter 4 ist so angeordnet, daß die Enden seiner aufeinanderfolgenden Falten in Berührung mit der Innenfläche des Sicherungshohlkörpers kommen können. Solch eine Anordnung reduziert die durchschnittliche Dicke des Löschmittels 5 auf ein Minimum, welches den Schmelzleiter von der Wand des Sicherungsfiohlkörpers trennt, um den Wärmeübergang zwischen dem Schmelzleiter und dem Sicherungshohlkörper zu erhöhen.

Der Sicherungshohlkörper 1 schließt als gewundene Röhre 6 eine Kühlschlange ein, die in der Dicke seiner Wandung eingebettet ist. Die Röhre 6 besitzt nach außen heraustretende Enden 7 und 8, über die sie mit einem geeigneten Flüssigkeitskühlsystem verbunden werden kann. Die derart gebildete Kühlschlange 6 kann aus Metall bestehen, insbesondere im Fall des Einsatzes in Niederspannungsanlagen. Ansonsten ist als Material für die Kühlschlange ein geeigneter Kunststoff oder ein synthetisches Material vorzuziehen, um hierdurch einen elektrischen Leiter zu vermeiden, der Kriechströme bewirken könnte oder die Bildung eines äußeren Lichtbogens zwischen den Metallköpfen der Sicherung fördern könnte, wenn im Betrieb eine Spannungsspitze aufträte, was im allgemeinen dann der FaIi ist, wenn das Schmelzelement der Schmelzsicherung infolge eines hohen Stromes durchbrennt.

Der Sicherungshohlkörper kann aus jedem geeigneten Isoliermaterial hergestellt sein, das sich um die

1-VUlIl-Sl-IlIaIIgI gllulll UUCl III CIItCI dllUCICIl »»CISC all- ^U ordnen läßt. Vorzugsweise besteht er aus einem geeigneten Kunststoff oder synthetischen Material, das für Spritzgießen verwendbar ist. Dabei sind in der Spritzgußform Einrichtungen vorgesehen, um die Kühlschlange in ihrer vorbestimmten Lage zu halten. Wenn in einem solchen Falle die Kühlschlange selbst auch aus einem Kunststoff oder synthetischen Material besteht, muß sie derart beschaffen sein, daß sie der Einspritztemperatur ohne Zerstörung widerstehen kann, was in einigen Fällen schwierig sein kann. Weiterhin hat ein Sieherungshohlkörper, der aus einem Spritzgußmaterial besteht, im allgemeinen keine sehr hohe mechanische Widerstandskraft gegen Zerbersten. Es ist deshalb von besonderem Vorteil, den Sicherungshohlkörper 1 in der folgenden Weise auszubilden:

Es wird zunächst ein Dorn vorbereitet, der in seinen Abmessungen den gewünschten Innenmaßen des Sicherungshohlkörpers entspricht. Fäden nrler Ränder eines geeigneten Materials von faseriger Form, wie vorzugsweise Glas, werden dann auf diesen Dorn gewickelt und zugleich mit einem wärmebeständigen Kunstharz in unausgehärtetem Zustand imprägniert, bis eine Schicht von der Dicke a (Fig. 3) erhalten ist, welche dem gewünschten Abstand zwischen der Kühlschlange und der Innenfläche des Sicherungshohlkörpers entspricht. Die Kühlschlange 6 wird dann auf diese erste Schicht aufgewickelt. Falls es erforderlich ist, kann die Kühlschlange bis auf eine solche Temperatur erwärmt werden, das sie auf den Aufwickelvorgang genügend verformbar ist. Ebenfalls muß darauf acht gegeben werden, daß die Schlange nicht flach gedrückt wird, was hinreichend bekannt ist. Die somit fertige Kühlschlange wird auf dem Dorn festgehalten und es werden in geeigneter Weise imprägnierte Streifen von Glasfasern, -gespinsten oder -bändern, in die Windungszwischenräume der Kühlschlange eingewickelt, bis diese Zwischenräume der aufeinanderfolgenden Gänge der Kühlschlange ganz aufgefüllt sind, was der Dicke b in Fig.3 entspricht. Schließlich wird eine äußere Schicht von imprägnierten Glasfäden, -fasern, -gespinsten oder -bändern, auf die nunmehr glatt durchgehend zylindrische Oberfläche aufgewickelt Dies wird gemacht, um eine äußere Schicht mit der Dicke czu bilden (F i g. 3), die für das die Kühlschlange überdeckende Isoliermaterial jeweils wählbar ist.

Nach dem Aushärten des Harzes und nach der Entfernung des Doms erhält man dann einen einstückigen rohrförmigen Körper von außergewöhnlicher mechanischer Festigkeit gegen Innendruckstöße und in den di Kühlschlange völlig eingebettet ist.

Wie auch immer das Verfahren zur Herstellung de erfindungsgemäßen Sicherungshohlkörpers sein m
kann dieser Sicherungshohlkörper in einem Bereich ge kühlt werden, der dicht an seiner Innenflache liegt, da heißt, mit einem viel niedrigeren Temperaturgradien als mittels der bekannten außen angeordneten Kühl platten. Falls die Kühlschlange aus einem Kunststof oder synthetischen Material besteht, besitzt der Siehe rungshohlkörper kein elektrisch leitendes Teil, weiche zur Ausbildung eines Lichtbogens führen könnte, wenr das Schmelzelement der Schmelzsicherung infolge eine: überhöhten Stromes oder eines Kurzschlusses durch brennt.

Ferner kann die Kühlschlange auch in Zickzack- ode Mäanderform verlegt sein, mit geraden Abschnitten, die parallel zur Sicherungsachse verlaufen und die mitein ander in Reihe durch halbkreisförmige Abschnitte ver üUnucn Siuu. in rtiiucicii rauen kumii Uiii P
eine Mehrzahl von längserstreckenden Röhren besit zen, die miteinander zwischen zwei Kopfstücken paral IeI geschaltet sind. Bei der Ausbildung solcher Kühl schlangen, die keinen gewindeartigen Verlauf haben können die Zwischenräume zwischen den Kühlschlan genabschnitten oder Kühlschlangengängen nicht mehl durch Aufwickeln von Fäden oder Bändern eines faseri gen Materials, wie z. B. Glas, aufgefüllt werden und e< ist deshalb- erforderlich, hierfür einen Gießvorgang zi wählen, um zumindest das Isoliermaterial von der Star ke b gemäß F i g. 3 aufzubringen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Sicherungshohlkörper aus Isolierstoff für eine flüssigkeitsgekühlte, elektrische Schmelzsicherung, bei dem mindestens eine an eine Kühlmittelversorgung angeschlossene Kühlschlange mit dem isolierstoff wärmeleitend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlschlange (6) vollständig in den Isolierstoff eingebettet und wendelförmig koaxial im Sicherungshohlkörper (1) angeordnet ist

2. Sicherungshohlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlschlange (6) aus Kunststoff oder synthetischem Material besteht.

3. Sicherungshohlkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherungshohlkörper (1) aus einem faserverstärktem, härtbarem Kunststoff besteht, wobei die Fasern im wesentlichen in Umfangsrichtung des Sicherungshohlkörpers (1) veripafen.

4. Sicherungshohlkorper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den SicherungshoHlkörper (1) verstärkenden Fasern Glasfasern sind.

5. Verfahren zur Herstellung eines Sicherungshohlkörpers aus einem faserverstärktem härtbaren Kunststoff nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst in an sich bekannter Weise ein textiles Flächengebilde mit im wesentlichen längs verlaufenden Fasern zur Ausbildung einer unteren Lage auf einen Dom aufgewickelt und dieses Material mit Kunstharz imprägniert wird, das auf diese untere Lage zumindest sine wendeiförmige Kühlschlange aufgebunden wird und die Zwischenräume der Windungsgänge der Wendel der Kühlschlange auf der unteren Lage weiteres textiles Material mit im wesentlichen längs verlaufenden Fasern in Form einer wendeiförmigen Zwischenlage, die die Zwischenräume zwischen benachbarten Kühlschlangenabschnitten ganz ausfüllen, eingebracht und mit einem Kunstharz imprägniert wird und daß auf die so erhaltene im wesentlichen durchgehende Fläche eine dritte äußere Lage aus textilem Material mit im wesentlichen längs verlaufenden Fasern zur Ausbildung einer Außenlage die die Kühlschlange abdeckt in widerum an sich bekannter Weise fertiggewickelt und ebenfalls mit Kunstharz imprägniert und nach Aushärten des Kunstharzes vom Dorn abgezogen wird.