DE29605370U1 - High voltage high power fuse - Google Patents
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Description
Dn.-Ing. Reiman/KöKiä ;· »ÖiRL-JI^ Klaus BergenDn.-Ing. Reiman/KöKiä ;· »ÖiRL-JI^ Klaus Bergen
Wilhelm-Tell-Stn. 1 &Lgr; AOS. 1 S DüsseldonfVel. O21 1-93O2SO PatentanwälteWilhelm-Tell-Stn. 1 &Lgr; AOS. 1 S DüsseldonfVel. O21 1 -93O2SO Patent Attorneys
20.März 1996
41 022 B20 March 1996
41 022 B
Fritz Driescher KG Spezialfabrik fürFritz Driescher KG special factory for
Elektrizitätswerksbedarf GmbH & Co.,Electricity Supply GmbH & Co.,
Industriestraße 2, 41844 WegbergIndustriestrasse 2, 41844 Wegberg
"Hochspannungs-Hochleistungssicherung""High voltage high performance fuse"
Die Erfindung betrifft eine Sicherung, insbesondere eine Hochspannungs-Hochleistungssicherung mit einer Schlagstifteinrichtung und mit einem Schmelzleiter.The invention relates to a fuse, in particular a high-voltage high-performance fuse with a striker pin device and with a fusible element.
Derartige Sicherungen .sind vielfach bekannt/ so zum Beispiel aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 920 825. Dieser bekannte Vorschlag beschäftigt sich mit dem grundsätzlichen Problem, daß Sicherungen dieser Art bei Belastung mit relativ kleinen Überströmen, die nicht oder erst nach längerer Dauer zum Abschmelzen des Schmelzleiters führen, sich derart stark erwärmen, daß dadurch die Sicherungsfunktionen beeinträchtigende Schaden entstehen können, wie beispielsweise Risse im Sicherungsgehäuse. Zur Lösung wird dort vorgeschlagen, den Schmelzleiter über eine selektive Lötstelle mit einem einen Schlagstift gegen eine Federkraft haltenden Draht zu verbinden, wodurch erreicht wird, daß bei Erwärmung der Sicherung aufSuch fuses are widely known, for example from German patent application 1 920 825. This well-known proposal deals with the fundamental problem that fuses of this type, when subjected to relatively small overcurrents, which do not lead to the melting of the fuse element or only do so after a longer period of time, heat up to such an extent that this can cause damage that impairs the fuse function, such as cracks in the fuse housing. The solution proposed there is to connect the fuse element via a selective soldering point to a wire that holds a striker against a spring force, whereby it is achieved that when the fuse heats up to
eine für das Sicherungsgehäuse noch nicht kritische Temperatur durch Verflüssigen des selektiven Lots der Schlagstift freigegeben wird und einen Schalter betätigt, der den Stromkreis der Sicherung automatisch unterbricht.At a temperature that is not yet critical for the fuse housing, the striker pin is released by liquefying the selective solder and activates a switch that automatically breaks the fuse circuit.
Mit grundsätzlich demselben Problem befassen sich auch bekannte Vorschläge,- bei denen neben einem Hauptschmelzleiter ein Hilfsschmelzleiter vorgesehen ist, der mit einem die den Schlagstift vorspannende Feder zurückhaltenden Haltedraht verbunden ist. In Fällen von Überströmen, die noch unterhalb des Imin der Sicherung liegen, können nach geraumer Zeit zum Beispiel kleine Lichtbogen in den Lochungen des Hauptschmelzdrahtes entstehen, so daß durch durch Erwärmung und/oder durch Spannungsabfall im Hilfsschmelzleiter bewirkten Stromfluß der Hilfsschmelzleiter oder Widerstandsdraht schmilzt und dadurch direkt (sofern der Hilfsschmelzleiter selbst auch Haltedraht für die Schlagstiftfeder ist) oder indirekt (sofern der Hilfsschmelzdraht mit einem Haltedraht verbunden ist) die den Schlagstift vorspannende Feder freigibt, so daß der Schlagstift dann eine Abschaltung über den nachgeordneten Lasttrennschalter bewirken kann.Known proposals deal with essentially the same problem - in which an auxiliary fuse element is provided in addition to a main fuse element, which is connected to a holding wire that holds back the spring that preloads the firing pin. In cases of overcurrents that are still below the I m in the fuse, small arcs can arise after a certain time in the holes in the main fuse element, so that the auxiliary fuse element or resistance wire melts due to the current flow caused by heating and/or a drop in voltage in the auxiliary fuse element, thereby directly (if the auxiliary fuse element itself is also the holding wire for the firing pin spring) or indirectly (if the auxiliary fuse element is connected to a holding wire) releasing the spring that preloads the firing pin, so that the firing pin can then cause a shutdown via the downstream load-break switch.
Zwar haben sich derartige Sicherungen seit Jahrzehnten bewährt, jedoch beruht das Durchschmelzen des Widerstandsdrahtes auf dem Spannungsabfall an den ersten auftretenden Schmelzlichtbogen innerhalb des Schmelzdrahtes, d.h. erst beim Erreichen einer bestimmten Lichtbogenspannung schmilzt der Widerstands-Although such fuses have proven themselves for decades, the melting of the resistance wire is based on the voltage drop at the first melting arc that occurs within the fuse wire, i.e. the resistance wire only melts when a certain arc voltage is reached.
draht durch. Es besteht daher ein Bedürfnis, unnötige thermische Belastungen innerhalb der Sicherung zu vermeiden.wire through. There is therefore a need to avoid unnecessary thermal stress within the fuse.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Sicherung zu schaffen, bei der die Auslösung unabhängig von dem Schmelzprinzip erfolgt. Dieses Problem wird mit den im Hauptanspruch angegebenen Merkmalen gelöst.The invention is based on the problem of creating a fuse in which the triggering occurs independently of the melting principle. This problem is solved with the features specified in the main claim.
Durch die temperaturgesteuerte Schlagstiftarretierung, die vorzugsweise federgesteuert ist, wird ein zusätzlicher Thermoschutz geschaffen, der bei erhöh-^ ter Temperatur für die Freigabe des Schlagstifts sorgt, ohne daß dazu ein Haltedraht oder dergleichen durchschmilzt, d.h. die Sicherung auch in besonders einfacher Weise wieder in Einsatzbereitschaft gebracht werden kann'.The temperature-controlled firing pin lock, which is preferably spring-controlled, creates additional thermal protection which ensures that the firing pin is released at elevated temperatures without a retaining wire or the like melting through, i.e. the safety device can be made ready for use again in a particularly simple manner.
Die Erfindung schafft somit eine zusätzliche Steuerungsmöglichkeit für die Auslösung des Schlagstiftes, und zwar unabhängig vom Zustand des Haltedrahts bzw. Widerstandsdrahts oder Hilfsschmelzleiter.The invention thus creates an additional control option for the triggering of the firing pin, regardless of the state of the holding wire or resistance wire or auxiliary fuse element.
Wenn die Steuerfeder der Arretierung aus einer Formgedächtnis-Legierung besteht, ergibt sich für die vorliegende Sicherung der überraschende Vorteil, daß der zusätzliche Thermoschutz nur wenige Bauteile benötigt, da die aus einer Formgedächtnis-Legierung bestehende Feder Sensor und Stellglied zugleich ist. Damit kann unabhängig vom Auftreten einer Lichtbogenspannung das Problem von Überströmen thermisch gelöstIf the control spring of the locking mechanism is made of a shape memory alloy, the present fuse has the surprising advantage that the additional thermal protection requires only a few components, since the spring, made of a shape memory alloy, is both a sensor and an actuator. This means that the problem of overcurrents can be solved thermally, regardless of the occurrence of an arc voltage.
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werden, wobei besonders vorteilhaft ist, daß die Sicherung thermisch nicht überlastet werden kann, zumal der Umwandlungspunkt, d.h. die Ansprechtemperatur des Formgedächtnis-Bauteils sich durch geeignete Legierung exakt vorausbestimmen läßt. Ein ganz besonderer Vorteil der Erfindung liegt schließlich darin, daß bestehende Konstruktionen ohne Änderungen umgerüstet werden können.It is particularly advantageous that the fuse cannot be thermally overloaded, especially since the transformation point, i.e. the response temperature of the shape memory component, can be precisely determined in advance using a suitable alloy. Finally, a very special advantage of the invention is that existing designs can be converted without any changes.
Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel, bei dem der Schlagstift durch eine Kugelverrastung arretiert wird und ein für die Kugelbewegungen maßgeblicher Sperrstift beidseitig druck-, insbesondere federbeaufschlagt ist, wobei die eine Feder im Falle des Durchbrennens des Halte- bzw. Widerstandsdrahtes öffnend wirkt, während die andere, entgegengesetzt wirkende Feder im wesentlichen Positionieraufgaben erfüllt, wird letztere erfindungsgemäß aus einer Formgedächtnis-Legierung hergestellt und ist mit dem Sperrstift fest verbunden, so daß sie bei Erwärmung den Sperrstift in die Richtung bewegt, in die ihn die erstgenannte Feder im Falle des Durchbrennens des Haltedrahts bzw. des Widerstandsdrahtes zur Freigabe der Kugelarretierung ebenfalls schieben würde, d.h. somit diese Erwärmung bereits zur Schlagstiftbetätigung führt, ohne daß ein Durchschmelzen erfolgt.In a special embodiment in which the firing pin is locked by a ball catch and a locking pin that is decisive for the ball movements is subjected to pressure, in particular spring, on both sides, whereby one spring has an opening effect in the event of the holding or resistance wire burning through, while the other, oppositely acting spring essentially fulfills positioning tasks, the latter is made according to the invention from a shape memory alloy and is firmly connected to the locking pin, so that when heated it moves the locking pin in the direction in which the first-mentioned spring would also push it in the event of the holding wire or resistance wire burning through to release the ball lock, i.e. this heating already leads to the firing pin actuation without melting through.
Anhand des in der beiliegenden Zeichnung teilweise geschnitten dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert: The invention is explained in more detail below using the preferred embodiment shown partially in section in the accompanying drawing:
Das aus Isolierstoff bestehende, in der Zeichnung nur am im vorliegenden Zusammenhang interessierenden Ende dargestellte rohrförmige Gehäuse 1 ist an seinen Enden je mit einer Kappe 2 verschlossen, die an der hier dargestellten Seite eine zentrische Führung 3 trägt, in der ein axial beweglicher Schlagstift 4 gehalten ist. In der gezeichneten Position ist der Schlagstift 4 verrastet, und zwar gegen die Wirkung einer starken, außenseitig zentrisch um die Führung 3 gelegten Druckfeder 5, die sich einerseits am Boden 6 des durch die Führung 3 innerhalb der Kappe mit der Innenwand des Gehäuses 1 gebildeten Ringraums und andererseits an einem Federteller 7 abstützt, der über einen den Schlagstift 4 quer zu seiner Längsachse durchdringenden Stift 8, dessen freie Enden in nicht dargestellten Schlitzen in der Führung 3 geführt sind, kraftschlüssig mit dem Schlagstift.4 verbunden ist.The tubular housing 1, which is made of insulating material and is shown in the drawing only at the end of interest in this context, is closed at each end with a cap 2, which has a central guide 3 on the side shown here, in which an axially movable striker pin 4 is held. In the position shown, the striker pin 4 is locked in place, namely against the effect of a strong compression spring 5 placed centrally on the outside around the guide 3, which is supported on the one hand on the base 6 of the annular space formed by the guide 3 inside the cap with the inner wall of the housing 1 and on the other hand on a spring plate 7, which is connected to the striker pin 4 in a force-locking manner via a pin 8 which penetrates the striker pin 4 transversely to its longitudinal axis and whose free ends are guided in slots (not shown) in the guide 3.
Wie aus der Figur ersichtlich, besteht die Schlagstiftarretierung im wesentlichen aus mehreren peripher angeordneten Kugeln 9, die in senkrecht zur Längsachse des Schlagstifts 4 in dessen Fuß verlaufenden Kanälen bewegbar gelagert sind. Diese Kanäle münden nach außen fluchtend zu in der Führung 3 vorgesehenen Bohrungen, die, wie die Zeichnung zeigt, in der Arretierposition die Kugeln 9 teilweise aufnehmen, so daß eine Relativbewegung zwischen dem Schlagstift 4 und der Führung 3 nicht möglich ist, d.h. der Schlagstift 4 entgegen der auf diesen in der Darstellung nach links wirkenden Kraft der Feder 5 gehalten wird.As can be seen from the figure, the firing pin lock essentially consists of several peripherally arranged balls 9, which are movably mounted in channels running perpendicular to the longitudinal axis of the firing pin 4 in its base. These channels open outwards in alignment with holes provided in the guide 3, which, as the drawing shows, partially accommodate the balls 9 in the locking position, so that a relative movement between the firing pin 4 and the guide 3 is not possible, i.e. the firing pin 4 is held against the force of the spring 5 acting on it to the left in the illustration.
Zur Positionierung der Kugeln 9 ist ein Sperrstift 11 vorgesehen, der zentrisch in einem koaxialen Kanal im Fuß des Schlagstifts 4 beweglich untergebracht ist und zumindest über einen Teil seiner Umfangsfläche konisch verläuft, so daß bei Bewegung des SperrstiftsFor positioning the balls 9, a locking pin 11 is provided, which is movably housed centrally in a coaxial channel in the base of the striker pin 4 and is conical over at least part of its peripheral surface, so that when the locking pin is moved
11 nach links die Kugeln 9 sich zum Zentrum hin bewegen, da die Druckfeder 5 auf den Schlagstift 4 einwirkt, was dazu führt, daß die Kugeln durch das Bestreben des Schlagstifts 4, sich nach links zu bewegen, aus ihren Arretierbohrungen in der Führung 3 in das Innere des Schlagstifts 4 gedrückt werden.11 to the left, the balls 9 move towards the center, since the compression spring 5 acts on the firing pin 4, which leads to the balls being pressed out of their locking holes in the guide 3 into the interior of the firing pin 4 by the tendency of the firing pin 4 to move to the left.
An seinem dem Fuß des Schlagstifts 4 zugekehrten Ende trägt der Sperrstift 11 einen Zapfen 12, der in Verriegelungsposition durch die Fußfläche des Schlagstifts 4 nach außen ragt.At its end facing the base of the firing pin 4, the locking pin 11 carries a pin 12 which, in the locking position, protrudes outwards through the base surface of the firing pin 4.
Auf der dem Zapfen 12 gegenüberliegenden Seite wirkt auf den Sperrstift 11 eine Druckfeder 13, die einerseits am Boden der, für den Sperrstift 11 vorgesehenen Sackbohrung und andererseits am Sperrstift 11 befestigt ist und eine sichere Lage des Sperrstifts 11 und somit die Verrastung des Schlagstifts 4 über die Kugeln 9 garantiert.On the side opposite the pin 12, a compression spring 13 acts on the locking pin 11, which is fastened on the one hand to the bottom of the blind hole provided for the locking pin 11 and on the other hand to the locking pin 11 and guarantees a secure position of the locking pin 11 and thus the locking of the firing pin 4 via the balls 9.
In der Führung 3 befindet sich schließlich auf der Seite des Sperrstiftzapfens 12 ein ebenfalls axial in der Führung beweglicher Auslösebolzen 14, der in nachfolgend noch zu erläuternder Weise auf den ZapfenFinally, in the guide 3, on the side of the locking pin 12, there is a release bolt 14 that is also axially movable in the guide and which is attached to the pin in a manner to be explained below.
12 einwirken kann und in Richtung auf den Sperrstift 11 unter der Wirkung einer Druckfeder 15 steht, gegen deren Kraft er mittels eines an ihm befestigten Hai-12 and is subject to the action of a compression spring 15 in the direction of the locking pin 11, against whose force it is held by means of a shark fin attached to it.
tedrahts 16 gehalten wird, der entweder mit einem parallel zum Schmelzleiter (Hauptschmelzdraht) gewickelten Widerstandsdraht verbunden oder letzterer selbst sein kann. Die Kraft der Druckfeder 15 ist so gewählt, daß sie gegebenenfalls den Sperrstift 11 entgegen der Wirkung der Feder 13 bewegen kann.te wire 16, which can either be connected to a resistance wire wound parallel to the fuse element (main fuse wire) or can be the latter itself. The force of the compression spring 15 is selected so that it can, if necessary, move the locking pin 11 against the action of the spring 13.
Aus dem zuvor erläuterten Aufbau der Hochspannungs-Hochleistüngssicherung ergeben sich für deren Schaltverhalten im hier interessierenden Fall folgende Möglichkeiten: From the previously explained structure of the high-voltage high-performance fuse, the following options arise for its switching behavior in the case of interest here:
Wie eingangs bereits erwähnt, kann sich ein Auslösevorgang dann einstellen, wenn sich bei Überströmen nach einiger Zeit beispielsweise in den Lochungen des Schmelzdrahtes kleine Lichtbogen bilden, wodurch der parallel zum Schmelzleiter 17 gewickelte Widerstandsdraht 16 abschmilzt und dadurch die nur eine relativ geringe Federkraft besitzende Auslösefeder 15 freigibt, die sich nunmehr nach links auf den Sperrstift 11 zu bewegen kann und auf deren über den Schlagstiftfuß hinausragenden Zapfen 12 trifft, wodurch der Sperrstift 11 sich entgegen der Kraft der Feder 13 nach links bewegt. Die Feder 13 sorgt dafür, daß im arretierten Zustand der Zapfen 12 über das Fußende des Schlagstifts 4 hinausragt. Sobald die konische Verengung des Sperrstifts 11 in den Bereich der Kugeln 9 gelangt und diese nun in ihren Kanälen aus den Bohrungen der Führung 3 nach innen zur Mittelachse des Sperrstifts 11 gedrückt werden, und zwar aufgrund der auf den Schlagstift 4 wirkenden starken Druckfeder 5, die den Schlagstift 4 aus seiner Führung her-As already mentioned at the beginning, a triggering process can occur when, in the case of overcurrents, small arcs form after some time, for example in the holes in the fuse wire, causing the resistance wire 16 wound parallel to the fuse element 17 to melt and thereby releasing the trigger spring 15, which has only a relatively low spring force and can now move to the left towards the locking pin 11 and hit its pin 12 protruding beyond the base of the firing pin, causing the locking pin 11 to move to the left against the force of the spring 13. The spring 13 ensures that, in the locked state, the pin 12 protrudes beyond the base of the firing pin 4. As soon as the conical narrowing of the locking pin 11 reaches the area of the balls 9 and these are now pressed in their channels from the holes of the guide 3 inwards to the central axis of the locking pin 11, due to the strong compression spring 5 acting on the striker pin 4, which pushes the striker pin 4 out of its guide.
aus nach links zu drücken versucht, wird der Schlagstift 4 schlagartig freigegeben, d.h. der Kraft der Feder 5 ausgesetzt nach links bewegt. Dadurch kann dann ein nachgeordneter Lasttrennschalter betätigt werden, der den betroffenen Stromkreis abschaltet.If someone tries to push it to the left, the striker pin 4 is suddenly released, i.e. it is moved to the left by the force of the spring 5. This can then actuate a downstream load-break switch, which switches off the affected circuit.
Der zusätzliche Thermoschutz wird dadurch erreicht, daß die auf den Sperrstift 11 in Verrastungsrichtung wirkende Feder 13 aus einer Formgedächtnis-Legierung besteht, die bewirkt, daß bei Temperaturerhöhung - die Größe der erforderlichen Temperaturdifferenz kann durch entsprechende Wahl der Legierung auf das gewünschte Maß eingestellt werden - die Feder sich zusammenzieht, d.h. im vorliegenden Fall wegen ihrer festen Verbindung mit einerseits dem Boden der Sackbohrung und andererseits dem Sperrstift 11 diesen nach links zieht, also eine Wirkung auf den Sperrstift 11 ausübt, als wäre der Haltedraht bzw. der Widerstandsdraht 16 durchgeschmolzen, wodurch dann die bereits beschriebene Entriegelung des Schlagstiftes 4 erreicht wird mit der Folge der gewünschten Abschaltung bei erhöhter Temperatur, ohne daß ein Bauteil durchschmilzt.The additional thermal protection is achieved by the fact that the spring 13 acting on the locking pin 11 in the locking direction consists of a shape memory alloy, which causes the spring to contract when the temperature increases - the size of the required temperature difference can be set to the desired level by selecting the appropriate alloy - i.e. in the present case, due to its firm connection to the bottom of the blind hole on the one hand and the locking pin 11 on the other hand, it pulls the latter to the left, thus exerting an effect on the locking pin 11 as if the holding wire or the resistance wire 16 had melted through, whereby the previously described unlocking of the striker pin 4 is achieved, resulting in the desired shutdown at increased temperatures, without a component melting through.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 19960711 |
|
| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 19990604 |
|
| R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
Effective date: 20020912 |
|
| R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |
Effective date: 20040708 |
|
| R071 | Expiry of right |