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Titel der Erfindung Einstückiger Schmelzleiter für elektrische Sicherungen
Anwendungsgebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft einen einstückigen Schmelzleiter
für elektrische Sicherungen mit zumindest einem Wirkstoffdepot in einer Rinne und
querschnittverminderten Engestellen.
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Derartige Schmelzleiter werden insbesondere in Niederspannungs-Hochleistungssicherungen
eingesetzt.
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Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Durch die DE-OS
2927660 ist ein Schmelzleiter bekannt, der mit einem Weichlotauftrag und querschnittsverminderten
Engstellen unterschiedlicher Aussparungsbreite eine bestimmte Abschaltcharakteristik
und geringe Alterung erreichen soll, indem der Wirkstoff unmittelbar auf einer Engstelle
aufgetragen wird und das Temperaturmaximum durch zusätzliche Quer schnittaveremungen
in die wirkstofftragende Stelle hineingelegt wird.
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Dieser Schmelzleiter hat den Nachteil, daß die für das Abschmelzen
erforderliche Temperatur infolge ungünstig gewählter Auflösungsbedingzungen weit
über dem Schmelzpunkt des Wirkstoffes liegt.
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Diese hohe Erwärmung setzt die Alterungsbeständigkeit harah und führt
zu großen Energieverlustem, da auch bei Nennstrom bereits eine hohe Betriebstemperatur
erreicht wird.
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Aus der DE-PS 2428569 sind Schmelz leiter bekannt, die mindestens
eine Wirkstoffanhäufung vor der stromtragenden Engstelle angeordnet haben und nur
ein Teilbereich des Wirkstoffes an Zonen hoher Temperatur anliegt.
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Hierbei ist nachteilig, daß der Wirkstoff im Auflösungsfall von der
Wirkstoffanhäufung zur Reaktionsstelle auf der Engstelle transportiert werden maß,
welches insbesondere nach längerer Betriebszeit durch die herabgesetzte Benetzungsfähigkeit
des Trägermaterials erschwert wird. Nachteilig ist weiterhin, d.aß der stromtragende
Querschnitt dabei voe Wirkstoffzentrum radLal nach au.ßen parallel zur Oberfläche
aufgelöst wird, wodurch das Verhältnis von Angriffsfläche des Wirkstoffes zum aufzulösenden
Volumen des zur Unterbrechung notwendigen Trägermaterials sehr klein ist und der
Abschmelz.vorgang dadurch verzögert wird.
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Gleichzeitig kommt es infolge des Fließens des Wirkstoffes zur Reaktionsst.elle
hin zu einer Kühlung derselben, wodurch der Abschmelzvorgang zusätzlich verlängert
wird.
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In der US PS 4227167 wird schließlich. ein Schmelzleiter beschrieben,
bei dem der Wirkstoffauftrag unmittelbar an die für die Abschaltung vorgesehene
Engstelle angrenzt. Nachteilig bei dieser Variante ist, daß d'.er Wirkstoff nicht
in z. Ra einer Rinne geometrisch fixiert vorliegt, was ein undefiniertes Ereitfließen
und damit einerseits stark steuerende Abschmelzcharakteristiken bedingt und andererseits
zun Wirkstoffquerschnitten führt, die für den Auflösungsvorgung sehr ungünstig sind.
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Weiterhin ist festzustellen, daß die Position des Wirkstoffes auf'
dem Schmelzleiter nicht so gewählt wurde, daß die Temperaturverteilung den Abschmelzvorgang
optimal begünstigt, Schließlich kann für die gesamte ausgewertete Patentliteratur
festgestellt werden, daß der Einfluß äußerer Kräfte ( 3.
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Schwerkraft, Zentrifugalkraft) auf den Auflösungsvorgang durch Förderung
oder Behinderung von Strömungen innerhalb des Wirkstoffes nicht erkannt. wird und
daß damit speziell bei Schmelzleit.ern mit nur einem einseitig vom Temperaturmaximum
der
Reaktionastelle befindlichen Lotdepot die Abschmelzcharakteristik wesentlich von
der Einbaulage abhängig wird0 Ziel der Erfindung Das Ziel der Erfindung besteht
darin, einen verlustarmen, alterungs- und kannlinienbeständigen sowie technologisch
vorteilhaft herstellbaren Schmelzleiter zu schaffen.
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Derlegung des Wesens der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist es, einen
Schmelzleiter zu schaffen, der möglichst schnell bei Temperaturen, aie nur wenig
über dem Schmelzpunkt des Wirkstoffes liegen, abschmilzt und den Stromfluß. unterbricht.
Dazu müssen die stromtragenden Querschnitte aller Enge stellen eiiner Engestellenreihe
senkrecht zu deren Oberfläche und sehr lokal auf den Enge stellen aufgelöst werden.
Mit dieser Lokalen Auflösung wird erreicht, daß nur ein sehr kleines Trägermaterialvolumen
im Verhältnis zur Wirkstoffmenge aufgelöst werden muß.
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Durch Aufbringen eines Teiles des Wirkstoffes auf jeweils die Hälfte
der Engestellen einer Engestellenreihe, die der Lotrinne zugewandt ist, die ihrerseits
senkrecht zur Stromrichtung angeordnet ist, wird erreicht, daß sich der Wirkstoff
ständig unmittelbar auf der Reaktionsstelle befindet, diese Raktionsstelle selbst
aber im Randbereich des Wirkstoffdepots und auf den Engestelen der entsprechenden
Engestellenreihe liegt und der Wirkstoff auch nach Auf schmelzen seine Form und.
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Lage beibehält, d. h. ein Hinteransport zur Reaktionsstelle ist nicht
erforderlich, eine kühlende Wirkung des Wirkstoff es tritt nicht auf und. die strömungstechnisch
günstige Anordnung des Wirkstoffes bleibt erhalten.
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Greschwindigkeitsbestimmend für den Abschaltvorgang ist die Sättigung
des Wirkstoffes mit aufgelöstem Trägermaterial.
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Durch geeignete Anordnung des Schmelzleiters in einem äußeren Kraftfeld
(Schwerkraft, Zentrifugalkraft usw.) werden Strömungen begünstigt, die in Verbindung
mit dem kälteren Teil des Wirkstoffvorrates dort zu Ausscheidungen führten, so daß
der
zur Reaktionsstelle zurückströmende Wirkstoff seine Lösungsfähigkeit ständig aufrechterhält.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst;, daß gemäß Fig. 1a
und 1b sich der Wirkstoff 3 in mindestens einer quer üvber das Trägermaterial 1
verlaufenden Rinne mit strömungstechnisch günstiger Form und Größe, deren Verhältnis
von mittlerer Breite b eu Tiefe t bei t liegt, befindet, und die Rinne auf dem Schmelzleiter
so. anzuordnen istg daß jeweils die halben Flächen aller Engestellen 2 einer Engestellenreihe
in die Wirkstoffrinne so hineinragen, daß jm Wirkstoff in der Nähe der Reaktionsstelle
ein genügend großer Strömungsquerschnitt 4 gewährleistet ist. Gemäß Fig. llc wirdfdazu
die Seite der Engestellenreihe gewählt, bei der inL Betriebsfall der Sicherung die
Temperatur von der Engestellenreihe weg abnimmt und damit der größere Teil des Wirkstoffdepots
auf niedrigeren Temperaturen als die Reaktionsstelle 5 liegt.
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Vorteilhafterweise sollte dieser Temperaturunterschied möglichst groß
gestaltet werden. Dabei ist der Schmelzleiter bei Verwendung nur eines Wirkstoffdepots
erfindungsgemäß so anzuordnen, daß sich der Schwerpunkt des Wirkstoffes von der
halb mit Wirkstoff bedeckten Engestellenreihe aus gesehen stets in Kraftrichtung
befindet (z. B, F1 vertikaler Einbau, F 2 horizontaler Einbau des Schmelzleiters
bei Ausnutzung der Schwerkraft). Werden dagegen mehrere Wirkstoffdepots auf dem
Trägermaterial angeordnet, so muß gewährleistet sein, daß alle Wirkstoffdepots den
oben genannten Forderungen in gleicher Weise genügen.
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Als Wirkstoff wird. vorteilhafterweise ein mit dem Trägermaterial
reaktionsfähiges Lot mit geringem Schmelzintervall, insbesondere Reinmetall oder
eutektisches Gemisch verwendet wer den.
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Ausführungsbeispiel Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiel
und der dazugehörigen Zeichnungen näher erläutert werden Der in Fig. 1 und in Fig.
2 dargestellte Schmelzleiter besteht aus einem bandförmigen Trägermaterial 1 aus
einem elektrisch gut leitendem Werkstoff z. Bo Silber, Kupfer oder Kombinationen
entsprechender Werkstoffe) der mehrere Engestellanreihen 6, 7 und mindestens ein
Wirkstoffdepot auf weist. Der Wirkstoff befindet sich in einer Rinne, deren Verhältnis
von miteinander Rinnenbereits b zu Rinnentiefe t (s.
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Fig. 1b) bei eine liegt.
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Mindestens eine Engestellenreihe 6 ragt so weit in ein Wirkstoffdepot
3 hinein, daß åed.e einzelne Enge stelle dieser Engestellenreihe bis zur Hälfte
mit Wirkstoff bedeckt ist, sodaß gleichzeitig in der Nähe d.er Reaktionsstelle ein
ausreichender Strömungsquerschnitt 4 gewährleistet ist. Dabei befindet sich das
Wirkstoffdepot auf der Seite der Engestellenraihe 6, die, auf die Schmelzleiterenden
bezogen, den kleineren elektrischen Widerstand hat.
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Vorteilhafterweise werden Engestellenreihen mit unterschiedlichem
elektrischen Widerstand auL dem Schmelzleiter so angeordnet, daß die Engestellenreihen
mit. geringerem elektrischen Widerstand 7 weiter außen als die Engestellenreihen
mit höherem elektrischen Widerstand angeordnet sind. Die unterschiedlichen Widerstandsbeiträge
der Engestellenreihen 6 und 7 werden durch unterschiedliche Engestellenformen realsiert,
wobei der stromtragende Querschnitt an der engsten Stelle der jeweiligen Engestelle
aber gleich groß ist. Der in Fig 2 und 3 angegebene Abstand a kann dabei gegebenenfalls
gleich Null gewählt werden, sodaß der Schmelzleiter sowohl eine gerudzahlige als
auch eine ungeradzahlige Anzahl von Engestellenreihen aufweisen kann. Die Positierung
des in Fig. 2 dargestellten Schmelzeleiters in der Sicherung hat so zu erfolgen,
daß sich beim Betreiben der Sicherung der Schwerpunkt. des Wirstoffes von der halb
mit Wirkstoff bedeckten Engestellenreihe
aus gesehen stets in Kraftrichtung
(z. R. bei Ausnutzung der Schwerkraft: F1 vertikaler Einbau, F2 horizontaler Einbau)
befindet.
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Werden zwei Wirkstoff'depots auf dem Schmelzleiter angeordnet, am
ihn von der Einb'aulage weitestgehend unabhängig zu machen, so muß durch deren Anordnung
gemäß Fig. 3 gewährleistet werdem, d.aß die einzelnen Wirkstoffrinnen in Formt Größe
und Lage zur jeweils halb! mit Wirkstoff bedackten Engestellenreihe so übereinstimmen,
daß jeweils eine von ihnen die Bedingungen für dem im weiteren darzustellenden Abschaltmechanisums
optimal erfüllt.
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Im Auslösungsfall der Sicherung wird der Wirkstoff durch die Widerstandsbeiträge
der Engestel!len in den flüssigen Zustand.
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überführt, wobei durch die Anordnung des Wirkstoffes auf dem Schmelzleiter
und d.er sich ausbildenden Temperaturverteilung infolge der Anordnung und Form der
Engestellenrehen der größere Teil des Wirkstoffes eine niedrigere Temperatur als
d.er Wirkstoffteil besitzt, der sich an der Reaktionsstelle befindet. Das. Ziel
der Erfindung wird. dadurch gefördert. das die unterschiedlichen Wiederstandsbeiträge
der verschiedenen Emgestellenreihen diese Temperaturdifferenz noch weiter vergrößeren.
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Es kommt unter Einwirkung der äußeren Kraft zu einem Strömungsvorgang
8 (Fig. 1av innerhalb des Wirkstoff es, wobei sich imfolge des Anströmens des Trägermaterials
an der Rekationsstelle 5 Turbulenzen ausbilden, die einen besonders guten Abtransport
des aufgelösten Trägermaterials bewirken und somit eine wesentlich schnellere Auflösung
an der lokal sehr begrenzten Reaktionastelle als an anderen mit Wirkstoff be deckten
Stellen des Trägermaterials erfolgt. Diese lokale, schnelle Auf lösung des Trägermaterials
wird dadurch begünstigt, daß trägermat.erialreicher Wirkstoff durch kältere Wirkstoffzonen
strömt und sich dort die Trägermatieralanteile ausscheiden. Der im weiteren zur
Reaktionsstelle zurückströmende Wirkstoff besitzt ständig ein großes Lösungsvermögen
und seine Reaktionsfähigkeit wird dadurch aufrecht erhalten. Der erfindungsgemäße
Schmelzleiter
erzwingt diese optimalen Strömungsverhältnisse und erreicht damit die geforderten
Abschmelzzeiten bei sehr niedrigen Temperaturen, d.h. bei Temperaturen, die nur
wenig über Schmlzpunkt des Wirkstoffes liegen.
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Bei elektrischen Strömen bis zum kleinen Prüfstrom bleibt der Wirkstoff
dagegen fest und es kommt weder zur Reaktion zwischen Wirkstoff und Trägermaterial,
noch bilden sich im Wirkstoff Strömungen aus, Der Schmelzlaiter wird dadurch sehr
alterungsbeständig. Gleichzeitig bedueten diese niedrigen Temperaturen auch ein
energievelustarmes Arbeiten der Siche-
Bezugszeichenaufstellung
1 - Trägermaterial 2 - Enegestelle 3 - Wirkstoffdepot 4 - Strömungsquerschnitt 5
- Reaktionsstellen 6 - Enge'stellenreihe mit hohem elektrischen Widerstand 7 - Engestellenreihe
mit niedrigerem eleltrischen Widerstand 8 - Strömungsvorgang F1 - Kraftrichtung
bei vertikalem Einbau F2 - Kraftrichtung bei horizontalem Einbau a - Engestellenreihenabstand
b - mittlere Breite der Rinne t - Tiefe der Rinne
L e e r s e i
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