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Hochbeanspruchbarer Schmelzfaden für elektrische Schmelzsicherungen
r Es- ist vorgeschlagen worden, hochbeanspruchbare elektrische Schmelzfäden aus
Feinsilber und aus Feingold für elektrische Sicherungen zu verwenden, die in Öfen
für höhe Temperaturen, z. B. in mit Gas; Öl oder elektrisch beheizten Schmelzöfen,
angeordnet werden sollen: Derartige Schmelzfäden haben den Zweck, bei. einer ganz
bestimmten Temperatur im Arbeitsraum des Ofens, durchzuschmelzen und .dadurch de
Wärmezufuhr zum Ofen unbedingt und zwangsläufig abzusperren.-Es wurde nun :immer-
wieder festgestellt, daß die Schmel=zfäden aus Feingold und aus Feinsilber den an
sie zu stellenden Hauptbednngungen, nämlich :der zuverlässigen Beibehaltung ihres
Schmelzpunktes unter allen vorkommenden Arbeitsverhältnissen, nicht genügen. So
wurde im besonderen z. B. festgestellt, daß Feinsilberdrähtebei Betriebstemperaturen
des Ofens m Bereich von 88o bis 92ö' C bereits _nach q, bis 14 Tagen -durchschmelzen.
Wahrscheinlich wird der Schmelzpunkt des Silbers unter =den zumeist herrschenden
Bedingüngendurch unerwünschte Sauerstoffaufnahme und interkristallins Korrosion
herabgesetzt. Es genügtdann bereits eine kleine ebenso , wie eine kurze Überschreitung
der Höchsttemperatur (Solltemperatur) im Arbeitsraum;T daß der Silberdraht durchschmilzt
oder bricht und damit unbrauchbar wird.
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Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß man in jeder Hinsicht
-hochbeanspruchbare Schmelzfäden @ erhält, wenn man für die Fäden eine-Legierung
verwendet, !die aus einem der Metalle Gold oder Silber in Mengen über -etwa 50%
und als Rest aus einem oder beiden .der Platinmetalle Platin und Palladium bestehen.
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Legierungen dieser -Zusammensetzungen sind an sich und -für die verschiedensten
Zwecke bekannt. In allen Fallen jedoch sind
die Legierungen nur
für Gegenstände bekannt geworden, die nichtderartigen Erwärmungen ausgesetzt werden
sollen, die bis unmittelbar an den Schmelzpunkt der Legierungen reichen, so ;daß
die Legierungen gewissermaßen grenzbeansprucht werden. Außerdem sind die bekannten
Legierungen niemals für solche Gegenstände vorgeschlagen worden, die Pendelungen
in der Erwärmung, und zwar in der Nähe des Schmelzpunktes der Legierung aushalten
müssen.
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Es, war daher überraschend, daß Legierungen aus Gold oder Silber in
Mengen über etwa 500b und aus Platin und/oder Palladium für hochbeanspruchibare
Schmelzfäden in Hochtemperaturöfen geeignet sein würden, da derartige Schmelzfäden
Pendelungen in :der Erwärmung bei gleichzeitiger Grenzbeanspruchung bis unmittelbar
an den Schmelzpunkt aushalten müssen.
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Die Schmelzfäden nach der Erfindung ändern ihren Schmelzpunkt auch
bei den ungünstigsten Betriebsbedingungen reicht und erweisen sich selbst den heftigsten
Angriffen der sehr agressiven Ofenatmosphäre gegen'-über völlig beständig. Auch
die elektrischen und thermischen sowie die Festi.gkeitsefgenschaften bleiben in
unveränderter Güte erhalten. Insbesondere aber zeichnen sich die Legierungen durch
eine überraschende strukturelle Nichtveränderbarkeit beim Erhitzen und durch die
Gewährleistung eines kurzen reproduzierbaren Schnielzintervalles aus. Im Augenblick
:der Erreichung .und Überschreitung des Schmelzpunktes schmelzen die Fäden sofort
durch und unterbrechen dementsprechend den elektrischen Stromkreis unbedingt zuverlässig.
Alle diese Vorteile -bleiben auch bei längstem Dauerbetrieb erhalten.
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Im besonderen wurde gefunden, daß für Goldlegierungen solche sehr
geeignet sind, die aus Gold mit einem Zusatz von 0,05 bis 50 °/0 Palladium
ibestehen. So sind für Absicherungstemperaturen bis etwa i ioo° C solche Legierungen
sehr brauchbar, .die 980[o Gold und :20/0 Palladium enthalten, für Absicherungstemperaturen
bis etwa 1350 bis 1355° C bewähren sich solche Legierungen vorzüglich, die,8o "/o
Gold und 2o llo Palladium enthalten.
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Silberlegierungen bestehen gemäß ,der Erfindung vorzugsweise aus Silber
mit einem Zusatz von o,o5 bis 50% Palladium und/oder von 0,05 bis 3004 Platin.
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Im besonderen wurde ferner gefunden, :daß die Schmelzfäden nach der
-Erfindung bei einer Ofentemperatur von- 9oo bis 95o° C besonders beständig sind,
wenn sie aus 92,1[(, Silber + 8% Palladium bestehen. Legierungen aus 8o°lo Silber
'und 2o00 Palladium sind vorzüglich geeignet bei Temperaturen bis etwa iioo° C;
solche Legierungen aus z. B. ;704 Silber und 230l0 Palladium sind brauchbar (bis
io6o° C, solche aus 5o'[, Silber und 50°1o Palladium sind gut verwendbar bis 125o°
C. Legierungen aus 8o0/, Silber und 20% Platin sind b rauchbar bis 96o° C, solche
aus 8o 04 Silber, 9 04 Palladium und i 10/0 Platin z. B. brauchbar bis iooo° C.
Alle diese Legierungen sind besonders geeignete Austauschmaterialien z. B. für Feinsilberdrähte.
-Die Zusammensetzung der Legierungen für die Schmelzfäden wird vorzugsweise unter
Berücksichtigung der vorbestimmten Durch-Schmelztemperatur des Fadens gewählt.
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Vorzugsweise werden die Schmelzfäden in Form von Bändern oder Drähten,
gegebenenfalls auch zu mehreren verwendet. Zweckmäßig beträgt die Länge ,des den
hohen Temperaturen auszusetzenden Teiles des Fadens ein Vielfaches, z. B. etwa das
45ofache der Länge der Seite der quadratisch gedachten Querschnittsflächen. Die
tatsächliche Qüerschnittsform des Fadens kann beliebig z. B. rund oder rechteckig
sein: Weiterhin werden' zweckmäßig die Oberflache und die Querschnittsfläche des
Fadens so bemessen, daß die Oberfläche des -den hohen Temperaturen auszusetzenden
Teiles ein Vielfaches; z. B. etwa das 16oofache der Querßchn.ittsfläche beträgt.
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Es wurde ferner noch gefunden, :daß die Größen des spezifischen Widerstandes,
insbesondere .Querschnitt und Länge des Fadens, so zu wählen sind, daß hindurchfließende
Ströme, die zur Betätigung üblicher, z. B. , elektrischen Heizstrom unterbrechender
Relais ausreichen, praktisch keine oder nur eine im Vergleich zur Aufheizung von
außen vernachlässigbare Temperaturerhöhung bewirken. Der durch den Faden flließende
Steuerstrom braucht, wie festgestellt wurde, in keinem bestimmten Verhältnis zu
dem Heizstrom zu stehen. Allerdings wird zweckmäßig darauf geachtet, daß die vom
Steuerstrom entwickelte Wärme in jedem Falle möglichst gering ist im Vergleich zu
derjenigen, welche durch den Hauptstrom erzeugt wird.
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Der Schmelzfaden nach der Erfindung ist für die verschiedensten Zwecke
anwendbar, z. B. auch für Heizgeräte, die mit Gas oder mit Öl beheizt werden. Der
Schmelzfaden kann hier ebenso wie :bei elektrischen Ofen in einen Steuerkreis eingefügt
werden, in dem sich auch ein Relais befindet, das die Heizmittelzufuhr zum Ofen
o. dgl. beim Durchschmelzen des Drahtes undbeim Unterbrechen des Steuerstromkreises
sperrt.
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Anwendungsbeispiel: Ein aus einer Legierung aus 920,(o Silber mit
einem Zusatz von 8% Palladium bestehender Schmelzfaden
nach er Erfindung
wurde ebenso wie ein Draht aus reinem Silber in einem elektrischen Ofen angeordnet.
Während der Draht aus reinem Silber bereits nach io Tagen grobkristallin wurde und
zu Bruch ging, war der Silb,er-Palladium-Draht noch nach, 4 Monaten intensiven Betriebes
:des Ofens unverändert gebrauchsfähig, so -daß er sich z. B. ebenso biegen ließ
wie vor seiner Inbetriebnahme.
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Ausführungsformen des Schmelzfadens nach der Erfindung sind als Beispiele
in der anliegenden Zeichnung schematisch wiedergegeben.
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A4b. i zeigt eineSeitenansicht eines Schmelzfadens mit -die Enden
Übergreifenden Muffen; Abb.2 gibt einen Querschnitt nach -der Linie A-B der Abb.
i wieder; Abib,. 3 stellt einen Schirielzfaden -in Form eines gewellten Bandes mit
verbreiterten Ansatzstücken an den Enden dar; Abb. 4 veranschaulicht die zu' A.bb.
3 he= hörige -Ansicht von oben; Abb. 5 zeigt schließlich eine Seitenansicht einer
.bevorzugten Ausführungsform, bei welcher der Schmelzfaden Schleifenform hat und
von einer .Kapillare abgestützt wird.
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Im einzelnen bezeichnet i den ietwä zylindrischen Schmelzfaden, :der
z: B. aus- einer Legierung aus 92 °/o Silber mit 8 0% Ralla:diüm besteht. 2bezechnet
eine das eine Ende des Fadens überfangende Muffe, an welcher ein Anschlußleiter
angebrgcht Werden kann.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. 3 und 4 bedeutet 3 den bandifärmig
gewundenen Schmelzfaden, 4 einen:- Zwischenraum zwisehen zwei Windungsteilen des
Fadens: Mit 5 und 6 sind -die verbreiterten Ansatzstücke an den Enden bezeichnet,
während 7 eine Durchtritlsöffnung -in einen der verbreiterten Ansätze bedeutet;
:die Öffnung ist z. B. zur Aufnahme eines Schraubenbolzens geeignet.
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Bei' der Ausführungsform und Anordnung nach Abb. 5 sind :die beiden
Zuleitungen zum Schmelzfaden mit 9 und io, -die- Anschlußkontakt@ zwischen Zuleitungen
und Schmelzfaden mit i i bew. 1:ä bezeichnet. Die Kontakte- sind -auf einem Isolierkörper
,13 :angeordnet, der ebenso wie die Kontakte:in einem Gehäuse 14 untergebracht ist,
das einen Einführungsstutzen 15 für de Zuleitungsdrähte und einen weiteren Stutzen
16 aufweist; mit dem es in eine Bohrung der Ofenwandung 17 eingesetzt ist. In den
Stutzen 16 ist ein vorzugsweise aus einem ziemlich grobporigen keramischen Material
bestehendes Schutzrohr 18 eingesetzt, das am anderen Ende abgeschlossen ist. Das
Schutzrohr ist z. B. 40 cm lang. Innerhalb. des Rohres ist eine Zweilochkapillare
ih angeordnet, die in axialer Richtung aus .Abschnitten von z:. B. io cm Länge zusammengesetzt
ist., Innerhalb der Kapillarbohrungen ist .die Schmelzfadenschleife 8 gemäß,der
Erfindung vorgesehen, deren freie Enden zu :den Kontakten i z und 12 geführt sind.
2o bezeichnet schematisch eine Heizwicklung.