活化處理和固化石英砂的方法、固化的石英砂體和過電流保護裝置的製作方法

2023-06-03 08:50:31 1

專利名稱：活化處理和固化石英砂的方法、固化的石英砂體和過電流保護裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於處理和固化石英砂、的方法。此外，本發明 還涉及一種固化的石英砂體以及一種過電流保護裝置。
背景技術：
由電流流過的導體會被加熱。在不被允許的較大電流時，這會 導致導體的不^皮允許的高的加熱並進而導致絕緣體融化直至電纜
失火。為了預防火突危險，必須在出i見過高的電;克時，也就是il在 出現過電流時及時地切斷該電流。這利用所謂的過電流保護裝置確 保。過電流保護裝置例如是熔斷器，在該熔斷器中具有小的橫截面 的熔絲處於保險裝置中，該:溶絲在出J見過電流時融4匕並由此切斷電路。
這種類型的過電流保護裝置常常具有作為滅弧和冷卻介質的 石英砂，這些石英砂包圍熔絲。已知的是，這種應用在例如半導體 熔絲的過電流保護裝置中或者說應用在熔斷器中的石英砂被固化 成"砂體"。這通過使用例如像矽酸鈉、矽溶膠、矽酸酯或者娃酸 之類的粘結劑來實現。
在過電流保護裝置中的石英砂具有多種功能。 一方面，石英砂 用於冷卻熔絲，該熔絲通過流過其上的電流加熱並且在明顯超過過
4電流^呆護裝置的額定電流時糹容斷。另一方面，該石英石少應該用於熄、 滅電糹瓜，在中斷定義的過電流時產生該電孓瓜。
如果過電流足夠長時間地流過過電流保護裝置的熔絲，那麼該 熔絲就會^皮毀壞並且該過電流保護裝置就不能再次4吏用了 。優選地 由電解銅或者純銀製成的熔絲直接由石英砂包圍。為了熄滅在中斷 定義的過電流時產生的電弧，石英石少是必須的。熔絲在其安全功能 期間經歷總計三種物態，即"固態的"、"液態的"和"氣態的"。 在熔絲的最後一種狀態中，也就是氣態狀態中通過產生的電弧實現 對電流的導引。通過熔化包圍的石英砂來消耗這樣多的能量，以使 得電弧迅速地冷卻並熄滅。由此，需要#^呆護的線^各與供應電源斷 開。電弧是否被正確地熄滅基本上取決於顆粒尺寸、純度、數量、 緊實度以及使用的石英砂的化學和物理上的強度。
石英砂是一種類型的沙粒，其大部分由石英顆粒構成。石英是 一種具有化學成分為Si02的礦物。通過將例如像矽酸鈉、矽溶膠、 珪酸酯或者珪酸之類的粘結劑加入到石英砂中來固化石英砂。粘結 劑具有一種材#+，其對石英石少的表面或者i兌石英石少顆粒的表面產生
腐蝕作用，由此粘結劑可以更好地與石英砂連接。
在已知的、利用上述的粘結劑固化的石英砂中的缺點是需要相 對較多的粘結劑，從而獲得良好的牢固性。此外，這樣固化的石英 砂砂體的耐壓強度也不總是足夠高，從而使在其中應用有固化的石 英砂的過電流保護裝置的跳閘性能也不總是足夠。此外，在固化的
石英砂、中存在或者產生的離子的比例過高。Off離子對石英石少顆粒
有腐蝕作用。

發明內容
本發明的目的在於才是出一種用於固化石英石少的方法，通過該方 法可以實現石英砂體的特別高的耐壓強度。石英砂體的高耐壓強度 應該通過儘可能少地添加粘結劑來實現，從而使用於固化石英砂的 費用保持較小。此外，應該實現一種固化的石英砂體，該石英砂體 改善了過電流保護裝置的跳閘性能，以及應該實現一種具有良好的 跳閘性能的過電流保護裝置。
根據本發明，這些目的通過具有根據獨立權利要求1的特徵的
用於固化石英石少的方法來實現，通過具有才艮據獨立;K利要求6的特 徵的用於過電流保護裝置的固化的石英石少體來實現以及通過具有 根據獨立權利要求7的特徵的過電流保護裝置來實現。本發明的其 他特徵和細節由從屬權利要求和說明書中得出。同時，對於聯繫到 用於固化石英石少的方法的特徵和細節當然也適用於耳關係到用於過 電流保護裝置的固化的石英石少體以及過電流保護裝置的特徵和細 節，並且反之亦然。根據本發明的第一個方面，該目的通過用於固 化石英砂的方法來實現，其中，該方法通過下列步驟來表徵 a)通過加入至少一種物質來處理石英砂'的表面； b )通過藉助於水溶液清洗石英石少或者通過烘培來,人處理過的 石英石少中去除該至少 一種物質；
c)通過添加粘結劑來固化清洗過的石英石少。
在第一個步艱《中，通過加入例如^f象石鹹或者酸的至少一種物質來 處理石英石少的表面。原理上，例如〗象石鹹或者酸的所有物質都可以^皮 應用，其對石英砂或者石英砂顆粒的表面產生腐蝕的作用或者使其 部分地溶解並由此使石英砂的表面變得粗糙並使該表面加大，或者 說其提供在砂粒之間的更好的連接性能。通過利用這種類型的物質 來進行處理，石英砂-被"活化"。才艮據本發明，石英石少的活化意p木
6著砂粒的表面被化學地處理以用於良好的固化。由此，石英砂的砂、 粒的表面結構被改變並且所有砂粒的表面的總和被加大。這可以使 石英砂的砂粒利用粘結劑、也就是說利用例如矽酸鈉、矽溶膠、石圭 酸酯或者矽酸之類的粘結劑良好地連接，由此而提高了石英砂體的 強度，也就是說耐壓強度。
在第二個方法步驟中，通過藉助於水溶液清洗或者通過烘培來 乂人石英石少中去除該至少 一種物質。例如通過^f昔助於水-容'液來清洗石 英石少將有腐蝕作用的石鹹或者有腐蝕作用的酸去除。這具有優點，即 這種有腐蝕作用的溶劑不會對遲些時候固化的石英砂有不希望的 影響。此外，通過析取至少一種物質降低了石英砂的導電性。石英 砂應該具有儘可能低的導電性或者不具有導電性，從而使其不會傳 導電流。
在第三個方法步驟中，通過添加粘結劑來固化清洗過的石英
石少。例如石圭酸鈉、石圭;:容力交、石圭酸酯或者石圭酸可以作為粘結劑來4吏用。
該方法相對於用於固化石英砂的已知方法的優點在於，可以使用更 少的粘結劑，由此可以〗吏費用<呆持更<氐。此外，儘管添加了更少量 的粘結劑，這樣處理過的石英砂體比在固化過程之前石英砂表面未 一皮活化的石英砂-體具有更高的耐壓強度。當這才羊處理過的石英砂-體
作為絕緣體或者i兌冷卻體i殳置在熔絲周圍時，該石英砂'體可以改善 過電流保護裝置的跳閘性能。石英砂、體的冷卻性能也可以通過用於 固化石英砂的方法來改善。這種類型的固化的石英砂體能夠比至今 已知的固化的石英砂體排導更多的熱能。由此，可以更好地實施對
:溶絲的冷卻。
通過用於固化石英砂的方法獲得了 一種固化的石英砂體，該石 英砂體具有帶有更大表面的砂粒，該石英砂體非常純淨，該石英砂
體具有高的緊實度並且具有高的化學和物理上的強度。
7當為了處理石英砂的表面而應用一種強鹼液或者酸時，這是尤 其優選的。強石鹹液是鹼金屬氫氧化物的強石鹹性水溶液。》鹹金屬氫氧 化物是強鹼並且非常容易溶於水。尤其優選的是，石英砂的表面通
過氫氧化鈉溶液(其呈現為氫氧化鈉的水溶液『NaOH』)或者通過 苛性》鹹(其呈現為氬氧化鉀的水溶液『KOH』)來處理。也就是i兌， 氫氧化鈉溶液是氫氧化鈉(NaOH)在水中的溶液的稱呼。苛性鹼 是氫氧化鉀(KOH)在水中的溶液的稱呼。石英石少並不能4氐抗這些 鹼液，從而使石英砂的表面被"活化"。苛性鹼和氫氧化鈉溶液腐 蝕石英砂顆粒的表面，由此改變了砂粒的表面結構。因為這些鹼液 具有導電性，所以在對石英砂顆粒的表面進行處理之後，通過水溶 液將這些石鹹液乂人石英石少中洗去。 一旦完成之後，就添加粘結劑，以 固4匕石英砂-。
此外，例如像氫氟酸一樣的酸也非常良好地適合於處理石英砂 或者說石英砂顆粒的表面。在氫氟酸、也稱為氟化氫酸而言，涉及 一種強無機酸。氬氟酸是氟化氫(HF)的水溶液。其可以溶解例如 像石英一樣的矽酸鹽物質並且使表面變得粗糙。腐蝕作用以下述反 應為基礎在氫氟酸作用時由石英石少，也就是i兌由二氧化石圭中產生 一種氣體，該氣體立刻與水水解，重新形成氫氟酸並且同時沉澱出 非晶矽凝膠體。氫氟酸是這樣的一種酸，其能夠在形成四氟化矽或 者六氟石圭酸的情況下;容解石英。在處理了石英砂'顆4立的表面之後去 除氫氟酸，例如藉助於水溶液來洗除。最後，可以通過加入粘結劑 來固化清洗過的石英妙、。
已經確定，即這樣的石英砂體特別的耐壓，該石英砂體的石英 石少在第 一個步驟中通過例如像氫氟酸一才羊的酸或者通過例如氫氧 化鈉溶液或者說苛性石威一樣的強石鹹液處理，並且這些酸或者石鹹液通 過水溶液從石英砂-中洗除並且最後通過添加粘結劑而4吏石英砂、固 化。此外，也已經確定，即在添加相對較少的粘結劑的情況下石英石少體就可以獲得高的耐壓強度。由此可以節省費用。此外，通過添 加較少的必要的粘結劑，例如矽酸鈉、矽溶膠、矽酸酯或者矽酸可 以使石英砂的導電性保持較小。此外，這樣固化的石英砂體具有非 常良好的冷卻特性，這是因為石英砂具有高的緊實度。
蒸餾水例如可以作為水溶液來使用。然而，尤其優選的是這種 類型的方法，在該方法中，通過去離子水實現從石英砂中去除至少 一種酸或者至少 一種>5威。通過例如藉助於去離子水清洗石英石少來去 除活化劑，也就是^t喊液或者酸來^f吏石英砂-不再具有或者^5U又具有 較低的導電性。
為了固化已經清洗過的或者已經洗滌過的石英石少可以應用不 同的粘結劑。尤其適合固化的是添加矽酸鈉、矽溶膠、矽酸酯或者
矽酸等等。
矽酸鈉是水溶性的》成金屬矽酸鹽。其是無定形的非晶化合物， 例如像矽酸鈉和矽酸鍾鈉。由此，即為了固化石英砂-而必須使用較 少量的粘結劑，在固化的石英石少體中的離子的悽t量保持專交少。為了 處理石英砂顆粒的表面而需要這些離子。然而，在固化的石英砂體 中離子成分應該是儘可能的少。
珪溶膠本質上具有比矽酸鈉更少的離子成分，從而使矽溶膠同
樣也非常適合作為粘結劑。矽溶膠是非晶二氧化矽(Si02)的水性
月交體分散溶液。此外，義圭酸也適合作為粘結劑。由二氧化矽構成的
酸被稱為矽S交。原矽酸H4Si04或者矽酸鹽H2Si03也可以被使用。 兩種酸都是非常弱的酸。
此外， 一種方法是優選的，在該方法中，在通過4昔助於水溶液 清洗含酸的或者含^鹹的石英石少來乂人石英石少中去除至少一種酸或者 至少一種鹼之後對石英砂進行乾燥。由此，不再有水溶液的殘留物
9保留在石英砂中。因此，清洗過的石英石少與粘結劑構成特別良好的 連接，藉此可以實現高水平地固化石英砂或者說實現石英砂體的特 別高的耐壓強度。
才艮據本發明的第二方面，該目的通過用於過電流保護裝置的固 化的石英砂體來實現，其中，通過根據本發明的第一方面的方法來 固化石英石少體。這樣固化的石英石少體具有特別良好的冷卻特性，也 就是說可以吸收或者排導較多的熱能。此外，這樣固化的石英砂、明 顯改善了過電流保護裝置的跳閘性能，這是因為通過添加僅僅較少
的粘結劑可以4吏固化的石英砂-體的導電性保持4交小。
根據本發明的第三個方面，該目的通過一種過電流保護裝置實 現，該裝置具有一個殼體、兩個通過熔絲連接的觸點以及由石英砂 形成的滅弧和冷卻裝置，該裝置包圍熔絲，其中，通過才艮據本發明 的第一個方面的方法來固化石英砂-。在過電流保護裝置中，也就是 說是在熔斷器中應用作為絕緣體和冷卻體的這樣固化的石英石少體 確保了過電流保護裝置的高跳閘性能。通過根據本發明的第 一 個方 面的方法而製造的石英砂—體尤其良好地適合於作為在熔斷器中的 絕緣體和冷卻體，這是因為該固化的石英砂體可以非常良好地吸收 或排導熱能。石英石少體非常有效地汲取出由電弧產生的能量。此外， 這樣固化的石英砂體基於其高的耐壓強度防止了熔斷器爆炸。這種 類型的熔斷器即使在非常高的過電流時也能實現其功能。
石英砂的"活化，，提高了砂體的耐壓強度。這具有以下優點 -砂體更高的強度；
-在熔斷器跳閘時產生更高的電弧電壓，這對熔斷器的跳閘性 能產生積極影響；
-降低了 Pt值，其中，Pt值是電流的平方與給定的時間間隔 的乘積。該Pt值是用於熔斷器的跳閘能力的特徵值；
10-與已知的固化的石英石少相比只需要更少的粘結劑，這節省了 費用。
權利要求
1. 一種用於處理和固化石英砂的方法，其特徵在於以下步驟a)通過加入至少一種物質來處理所述石英砂的表面；b)通過藉助於水溶液清洗所述石英砂或者通過烘培來從所述石英砂中去除所述至少一種物質；c)通過添加粘結劑來固化清洗過的石英砂。
2. 才艮據權利要求1所述的方法，其特徵在於，4吏用石成或者酸作為 所述物質，用於處理所述石英石少的表面。
3. 根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，使用強鹼液或者氫氟酸。
4. 根據權利要求1至3中任一項所述的方法，其特徵在於，通過 使用作為溶劑的脫離子的水或者具有脫離子的水的溶液來實 5見乂人所述石英石少中去除所述至少一種物質。
5. 根據權利要求1至4中任一項所述的方法，其特徵在於，添加 一種粘結劑來固化所述清洗過的石英砂-。
6. 根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，水玻璃、矽溶膠、 石圭酸酯或者《圭酸,皮作為所述粘結劑添加。
7. 才艮據權利要求1至6中任一項所述的方法，其特徵在於，在通 過藉助於水溶液清洗含酸或者含^威的石英石少而將至少 一種酸 或者至少一種石鹹乂人所述石英石少中去除之後，對所述石英砂-進4亍乾燥。
8. —種用於過電流保護裝置的固化的石英砂體，其特徵在於，根 據前述權利要求1至7中任一項所述的方法來處理和固化所述石英砂。
9. 一種過電流^沐護裝置，具有殼體；兩個通過熔絲連4妾起來的 觸點；以及由石英石少形成的滅弧和冷卻介質，所述滅弧和冷卻 介質包圍所述熔絲，其特徵在於，4艮據前述4又利要求1至7 中任一項所述的方法來處理和固化所述石英^h
全文摘要
本發明涉及一種處理和固化石英砂的方法，該方法的特徵在於接下來的步驟a)通過加入至少一種例如酸或鹼的物質來處理石英砂的表面；b)通過藉助於水溶液清洗石英砂或者通過烘培來從石英砂中去除至少一種例如酸或鹼的物質；c)通過添加粘結劑來固化清洗過的石英砂。此外，本發明還涉及一種用於過電流保護裝置的固化的石英砂以及一種過電流保護裝置。
文檔編號H01H85/18GK101488429SQ20081018657
公開日2009年7月22日 申請日期2008年12月25日 優先權日2008年1月17日
發明者彼得·多馬尼茨, 斯特凡·伊爾岡, 理察·奧伯格魯斯貝爾格爾, 阿道夫·施密德 申請人:西門子公司