Elektrische Überstromsicherung

Abstract

 Die Überstromsicherung enthält einen Schmelzleiter (2) und Löschbleche (6). Erfindungsgemäß ist ein gekrümmter Schmelzleiter (2) vorgesehen, der vozugsweise einen Teilkreis bildet, und senkrecht zum Schmelzleiter (2) sind mehrere Löschbleche (6) angeordnet. Diese Schmelzsicherung hat durch ihre Flachbauweise nur ein geringes Volumen und zugleich ein hohes Schaltvermögen, weil die zwischen den Löschblechen gebildeten Teillichtbögen durch die dynamischen Kräfte radial nach außen getrieben und entsprechend verlängert werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Überstromsicherung mit einem Schmelzleiter und Löschblechen aus elektrisch leitendem Material.

[0002] Eine Sicherung hat bekanntlich die Aufgabe, ein Netzteil oder einen elektrischen Verbraucher im Falle einer Überlastung oder im Kurzschlußfall abzuschalten. Der Schmelzleiter ist so bemessen, daß er schmilzt, sobald der Leiterstrom einen vorbestimmten Grenzwert erreicht. Durch die besondere konstruktive Gestaltung der Sicherung wird der Lichtbogen gezwungen, eine Brennspannung anzunehmen, die höher als die treibende Netzspannung ist.

[0003] Der Schmelzleiter hat in den bekannten Sicherungen im wesentlichen zwei Aufgaben, nämlich die stromtragende Funktion für den Strom im Nennbetrieb und den Überstrom, der im Störungs- oder Kurzschlußfall ebenfalls eine gewisse Zeit getragen werden muß. Er hat ferner die stromunterbrechende Funktion, die durch eine ausreichende Gegenspannung erreicht wird. Beide Funktionen stellen jedoch gegenläufige Ansprüche an den Schmelzleiter, was bei Sicherungen für höhere Spannungen zu verhältnismäßig komplizierten Formen des Schmelzleiters führt.

[0004] Eine ausreichend hohe Lichtbogenspannung kann der Schmelzleiter nach dem Durchschmelzen nur mit einer entsprechend großen Länge erzeugen. Dies bedeutet aber einen entsprechend großen Spannungs- und Leistungsabfall im Nennbetrieb. Um diesen Spannungsabfall zu vermindern, hat man Schmelzleiter mit mehreren Engstellen verwendet. Mit dieser Gestaltung wird jedoch ein weiteres Problem aufgeworfen, nämlich das gleichzeitige Durchschmelzen aller Engstellen (US-Patentschrift 1 946 553).

[0005] Aber auch mit dieser bekannten Gestaltung beträgt der Spannungsabfall noch jeweils einige Zehntel Volt. In Anlagen mit einer größeren Anzahl solcher Sicherungen, beispielsweise in Stromrichteranlagen mit Tyristoren, denen jeweils eine Sicherung zugeordnet ist, entsteht somit eine erhebliche Verlustleistung, die als Wärme abgeführt werden muß.

[0006] Es ergibt sich deshalb die Aufgabe, die Sicherung so zu gestalten, daß ihr Spannungsabfall im Nennbetrieb gering und daß sie zugleich in der Lage ist, zur Stromunterbrechung eine große Gegenspannung aufzubauen, die als Löschspannung wirkt.

[0007] In einer bekannten Ausführungsform einer Schmelzsicherung sind deshalb Löschbleche aus elektrisch leitendem Material vorgesehen, die mit ihren Flachseiten quer zur Längsrichtung des Schmelzleiters ausgedehnt und in dessen Längsrichtung hintereinander angeordnet sind. Mit dem Durchschmelzen des Schmelzleiters entstehen Teillichtbögen zwischen den Löschblechen. Jeweils abwechselnd mit den Löschblechen sind hohlzylindrische Abstandshalter aus einem Material angeordnet, das unter der Einwirkung des Lichtbogens Gas abgibt, das als Löschgas wirkt. Die Sicherung muß somit druckfest ausgebildet sein. Als Löschspannung ist die Summenspannung der einzelnen Teillichtbögen wirksam. Die Löschbleche sind senkrecht zur Richtung des Schmelzleiters ausgedehnt und in Richtung des Schmelzleiters hintereinander angeordnet. Für höhere Schaltspannungen, insbesondere über 1000 Volt, mit einer entsprechend großen Zahl von Löschblechen ergibt sich deshalb eine verhältnismäßig große Bauform der Schmelzsicherung (JP-GM 40 26 450).

[0008] Die erwähnte Aufgabe wird nun erfindungsgemäß gelöst, mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Durch die senkrecht zum gekrümmten Schmelzleiter insbesondere radial zu einem kreisförmigen Schmelzleiter, angeordneten Löschbleche erhält man eine Flachbauweise der Sicherung, deren Höhe nicht wesentlich größer als die Höhe der Löschbleche ist.' Der gegenseitige Abstand der Löschbleche wird in der Richtung radial nach außen größer. Die nach dem Durchschmelzen des Schmelzleiters erzeugten Teillichtbogen werden somit aufgrund der elektrodynamischen Kräfte nach außen getrieben. Die Länge der einzelnen Teillichtbögen und die Gesamtlänge des Lichtbogens werden verlängert und die Schaltspannung entsprechend erhöht. Durch diese elektrodynamischen Kräfte wird zugleich der Schmelzleiter im erwärmten Zustand an die Bleche gepreßt und dadurch eine erhöhte Kühlung gewährleistet.

[0009] Eine Ausführungsform der Schmelzsicherung für höhere Spannung mit einer großen Anzahl von Löschblechen erhält man dadurch, daß der Schmelzleiter eine Schraubenlinie bildet und zwei oder mehrere Windungen übereinander angeordnet sind.

[0010] In einer Ausführungsform der Schmelzsicherung können die Löschbleche unmittelbar am Schmelzleiter anliegen. Der Schmelzleiter wird durch die Bleche gekühlt und kann einen Strom führen, der wesentlich höher ist als die Stromstärke, die sich aus dem Querschnitt des ungekühlten Schmelzleiters ergibt. Der Schmelzleiter kann zweckmäßig auf dem Mantel eines hohlzylindrischen Kerns angeordnet werden. Die vom Schmelzleiter abgewandten Enden der Löschbleche können vorzugsweise in Nuten der Innenwand eines hohlzylindrischen Gehäuses aus Isolierstoff angeordnet werden. In diesem Falle können die Maßtoleranzen der Löschbleche entsprechend größer sein.

[0011] Unter Umständen kann es zweckmäßig sein die Löschbleche so zu gestalten und um den Schmelzleiter anzuordnen, daß ihre Enden in einem vorbestimmten Abstand dem Schmelzleiter gegenüberstehen. Die kühlende Wirkung der Löschbleche setzt dann erst bei einer vorbestimmten Stromstärke ein.

[0012] In einer besonderen Ausführungsform der Überstromsicherung können die dem Schmelzleiter zugewandten Enden der Löschbleche mit einem Überzug mit geringer elektrischer Leitfähigkeit versehen werden, der gegebenenfalls eine gute Wärmeleitfähigkeit haben kann. Anstelle der Löschbleche kann auch der Schmelzleiter mit einem derartigen Überzug versehen werden.

[0013] Teile des hohlzylindrischen Gehäuses, vorzugsweise das Außenrohr, können aus gasdurchlässigem Material, insbesondere Siebkeramik, bestehen, damit ein auftretender Überdruck abgebaut werden kann.

[0014] Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Schmelzsicherung nach der Erfindung im Querschnitt schematisch veranschaulicht ist. Die

Fig. 2 und 3 zeigen jeweils einen Teil einer besonderen Ausführungsform der Schmelzsicherung, während in den

Fig. 4 und 5 jeweils ein Teil einer besonderen Ausführungsform der Löschbleche und in

Fig. 6 eine besondere Ausführung des Schmelzleiters dargestellt ist.

[0015] In der Ausführungsform nach Figur 1 ist ein Schmelzleiter 2 als Ringteil oder als Teil eines Hohlzylinders ausgeführt, und an seinen beiden Enden jeweils mit einem Leiteranschluß versehen, die in der Figur mit 3 und 4 bezeichnet sind. Radial zum Schmelzleiter 2 sind Löschbleche 6 vorgesehen, von denen in der Figur lediglich einige dargestellt und die Lage der übrigen lediglich gestrichelt angedeutet ist. Der Schmelzleiter ist auf dem Außenmantel eines Kerns 8 aus Isolierstoff angeordnet, der vorzugsweise hohlzylindrisch gestaltet sein kann. Diese Baueinheit ist in einem Gehäuse 10 angeordnet, das vorzugsweise aus Isolierstoff, insbesondere Keramik, bestehen kann.

[0016] Nach Figur 2 liegt ein Ende der Löschbleche 6 an einem als Ringzylinder gestalteten Schmelzleiter 2 an. Die äußeren Enden der Löschbleche ragen in Nuten 12 des Gehäuses 10 hinein. In gleicher Weise können auch die unteren und oberen Stirnkanten der Löschbleche 6 jeweils in einer Nut einer Grundplatte 14 bzw. einer Deckplatte 16 angeordnet sein.

[0017] Das Gehäuse 10 und gegebenenfalls auch wenigstens der äußere Teil der Grundplatte 14 und der Deckplatte 16 können zweckmäßig aus einem gasdurchlässigen Material, insbesondere einer sogenannten Siebkeramik, bestehen. Ein Wiederzünden des Lichtbogens am Außenmantel der Schmelzsicherung kann dadurch verhindert werden, daß die Löcher der Bohrungen nicht wesentlich größer als 1 mm, insbesondere kleiner als 1 mm, gewählt werden.

[0018] In der Ausführungsform nach Figur 3, die einen Teil des Querschnitts nach Figur 1 darstellt, ist der Schmelzleiter 2 zwischen dem Kern 8 und dem Gehäuse 10 derart angeordnet, daß sich die Löschbleche 6 sowohl radial nach außen als auch radial nach innen erstrecken.

[0019] Ist der Schmelzleiter 2 mit den Löschblechen 6 formschlüssig verbunden, so heizen sich alle Teile der Sicherung bei Überstrom langsam auf und nach einer vorbestimmten Zeit schmilzt der Schmelzleiter 2 zwischen den Löschblechen 6. Die zwischen den einzelnen Löschblechen erzeugten Teillichtbögen werden aufgrund der elektrodynamischen Kräfte radial nach außen getrieben; die Bogenlänge steigt mit dem zunehmenden Abstand der Löschbleche 6 und die Schaltspannung wird entsprechend erhöht. Durch die gleichen elektrodynamischen Kräfte wird der Schmelzleiter 2 im erwärmten Zustand an die Löschbleche 6 gepreßt und eine entsprechend erhöhte Kühlung gewährleistet.

[0020] In der Ausführungsform nach Figur 3 mit sowohl radial nach außen als auch radial nach innen gerichteten Löschblechen 6 wird die Wärmeabführung aus den Zwischenräumen der Löschbleche 6 erleichtert. Um parallele Entladungskanäle zu vermeiden, können auch in dieser Ausführungsform die Löschbleche sowohl in Nuten des Gehäuses 10 als auch in Nuten am Außenmantel des Kerns 8 gehalten werden. Man erhält dann eine erhöhte Spannungsfestigkeit aufgrund der meanderförmigen Verlängerung der Kriechstromwege.

[0021] In der Ausführungsform nach Figur 4 sind die Löschbleche 6 derart gestaltet und um den Schmelzleiter 2 angeordnet, daß zwischen ihnen und dem Schmelzleiter 2 ein Spalt 18 entsteht. Die Größe des Spalts wird so gewählt, daß der nach dem Durchschmelzen an einer Stelle des Schmelzleiters 2 entstehende Lichtbogen den Schmelzleiter 2 weiterschmelzen läßt und seine Größe wird im allgemeinen 1 mm nicht wesentlich unterschreiten.

[0022] Unter Umständen können die dem Schmelzleiter 2 zugewandten Enden der Löschbleche 6 jeweils mit einem Überzug 20 versehen sein, der aus einem Material mit geringer elektrischer Leitfähigkeit besteht wie es in Figur 5 angedeutet ist. Durch diesen Überzug 20 wird beim Durchschmelzen und beim Weiterschmelzen des Schmelzleiters 2 ein Verschmelzen mit einem oder mehreren Löschblechen 6 verhindert. Der Überzug 20 kann beispielsweise aus einem temperaturfesten Kunststoff oder einem glasartigen sowie emailleartigen Material bestehen.

[0023] In der Ausführungsform nach Figur 6 ist der Schmelzleiter 2 wenigstens teilweise mit einem Überzug 22 versehen,:der in gleicher Weise das erwähnte Verschmelzen verhindert. Bei Verwendung eines flachen, bandartigen Schmelzleiters 2 kann dieser auf seiner den Löschblechen 6 zugewandten Flachseite mit einem derartigen Uberzug versehen sein. Unter Umständen kann es ausreichen, wenn zwischen dem Schmelzleiter 2 und den Löschblechen eine mit Öffnungen versehene Zwischenlage angeordnet wird, dessen Öffnungen ein Hindurchtreten des Lichtbogens nach dem Schmelzen des Schmelzleiters 2 ermöglichen.

Ansprüche

1. Elektrische Überstromsicherung mit einem Schmelzleiter und Löschblechen aus elektrisch leitendem Material, dadurch gekennzeichnet , daß ein gekrümmter Schmelzleiter (2) vorgesehen ist und daß wenigstens annähernd senkrecht zum Schmelzleiter(2)mehrere Löschbleche (4) angeordnet sind.

2. Überstromsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Schmelzleiter (2) einen Teilkreis bildet, zu dem die Löschbleche (6) radial angeordnet sind.

3. Überstromsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Schmelzleiter (2) eine Schraubenlinie bildet.

4. Überstromsicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Schmelzleiter (2) auf dem Mantel eines hohlzylindrischen Kerns (8) angeordnet ist.

5. Überstromsicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Löschbleche (6) mit dem Schmelzleiter (2) einen Spalt (18) bilden.

6. Überstromsicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Enden der Löschbleche (6) mit einem Überzug (20) mit geringer elektrischer Leitfähigkeit versehen sind.

7. Überstromsicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Schmelzleiter (2) wenigstens teilweise mit einem Überzug (22) mit geringer elektrischer Leitfähigkeit versehen ist.

8. Uberstromsicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen dem Schmelzleiter (2) und den Löschblechen (6) eine Zwischenlage mit geringer elektrischer Leitfähigkeit vorgesehen ist, die mit Durchtrittsöffnungen für den Lichtbogen versehen ist.

9. Überstromsicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Löschbleche (6) in Nuten (12) der Innenwand eines hohlzylindrischen Gehäuses (10) aus Isolierstoff hineinragen.

10. Überstromsicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens ein Teil des Gehäuses aus gasdurchlässigem Material besteht.

11. Überstromsicherung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß als gasdurchlässiges Material Siebkeramik vorgesehen ist.

Zeichnung