专利名称：活化处理和固化石英砂的方法、固化的石英砂体和过电流保护装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于处理和固化石英砂、的方法。此外，本发明 还涉及一种固化的石英砂体以及一种过电流保护装置。
背景技术：
由电流流过的导体会被加热。在不被允许的较大电流时，这会 导致导体的不^皮允许的高的加热并进而导致绝缘体融化直至电缆
失火。为了预防火突危险，必须在出i见过高的电;克时，也就是il在 出现过电流时及时地切断该电流。这利用所谓的过电流保护装置确 保。过电流保护装置例如是熔断器，在该熔断器中具有小的横截面 的熔丝处于保险装置中，该:溶丝在出J见过电流时融4匕并由此切断电路。
这种类型的过电流保护装置常常具有作为灭弧和冷却介质的 石英砂，这些石英砂包围熔丝。已知的是，这种应用在例如半导体 熔丝的过电流保护装置中或者说应用在熔断器中的石英砂被固化 成"砂体"。这通过使用例如像硅酸钠、硅溶胶、硅酸酯或者娃酸 之类的粘结剂来实现。
在过电流保护装置中的石英砂具有多种功能。 一方面，石英砂 用于冷却熔丝，该熔丝通过流过其上的电流加热并且在明显超过过
4电流^呆护装置的额定电流时纟容断。另一方面，该石英石少应该用于熄、 灭电纟瓜，在中断定义的过电流时产生该电孓瓜。
如果过电流足够长时间地流过过电流保护装置的熔丝，那么该 熔丝就会^皮毁坏并且该过电流保护装置就不能再次4吏用了 。优选地 由电解铜或者纯银制成的熔丝直接由石英砂包围。为了熄灭在中断 定义的过电流时产生的电弧，石英石少是必须的。熔丝在其安全功能 期间经历总计三种物态，即"固态的"、"液态的"和"气态的"。 在熔丝的最后一种状态中，也就是气态状态中通过产生的电弧实现 对电流的导引。通过熔化包围的石英砂来消耗这样多的能量，以使 得电弧迅速地冷却并熄灭。由此，需要#^呆护的线^各与供应电源断 开。电弧是否被正确地熄灭基本上取决于颗粒尺寸、纯度、数量、 紧实度以及使用的石英砂的化学和物理上的强度。
石英砂是一种类型的沙粒，其大部分由石英颗粒构成。石英是 一种具有化学成分为Si02的矿物。通过将例如像硅酸钠、硅溶胶、 珪酸酯或者珪酸之类的粘结剂加入到石英砂中来固化石英砂。粘结 剂具有一种材#+，其对石英石少的表面或者i兌石英石少颗粒的表面产生
腐蚀作用，由此粘结剂可以更好地与石英砂连接。
在已知的、利用上述的粘结剂固化的石英砂中的缺点是需要相 对较多的粘结剂，从而获得良好的牢固性。此外，这样固化的石英 砂砂体的耐压强度也不总是足够高，从而使在其中应用有固化的石 英砂的过电流保护装置的跳闸性能也不总是足够。此外，在固化的
石英砂、中存在或者产生的离子的比例过高。Off离子对石英石少颗粒
有腐蚀作用。
发明内容
本发明的目的在于才是出一种用于固化石英石少的方法，通过该方 法可以实现石英砂体的特别高的耐压强度。石英砂体的高耐压强度 应该通过尽可能少地添加粘结剂来实现，从而使用于固化石英砂的 费用保持较小。此外，应该实现一种固化的石英砂体，该石英砂体 改善了过电流保护装置的跳闸性能，以及应该实现一种具有良好的 跳闸性能的过电流保护装置。
根据本发明，这些目的通过具有根据独立权利要求1的特征的
用于固化石英石少的方法来实现，通过具有才艮据独立;K利要求6的特 征的用于过电流保护装置的固化的石英石少体来实现以及通过具有 根据独立权利要求7的特征的过电流保护装置来实现。本发明的其 他特征和细节由从属权利要求和说明书中得出。同时，对于联系到 用于固化石英石少的方法的特征和细节当然也适用于耳关系到用于过 电流保护装置的固化的石英石少体以及过电流保护装置的特征和细 节，并且反之亦然。根据本发明的第一个方面，该目的通过用于固 化石英砂的方法来实现，其中，该方法通过下列步骤来表征 a)通过加入至少一种物质来处理石英砂'的表面； b )通过借助于水溶液清洗石英石少或者通过烘培来,人处理过的 石英石少中去除该至少 一种物质；
c)通过添加粘结剂来固化清洗过的石英石少。
在第一个步艰《中，通过加入例如^f象石咸或者酸的至少一种物质来 处理石英石少的表面。原理上，例如〗象石咸或者酸的所有物质都可以^皮 应用，其对石英砂或者石英砂颗粒的表面产生腐蚀的作用或者使其 部分地溶解并由此使石英砂的表面变得粗糙并使该表面加大，或者 说其提供在砂粒之间的更好的连接性能。通过利用这种类型的物质 来进行处理，石英砂-被"活化"。才艮据本发明，石英石少的活化意p木
6着砂粒的表面被化学地处理以用于良好的固化。由此，石英砂的砂、 粒的表面结构被改变并且所有砂粒的表面的总和被加大。这可以使 石英砂的砂粒利用粘结剂、也就是说利用例如硅酸钠、硅溶胶、石圭 酸酯或者硅酸之类的粘结剂良好地连接，由此而提高了石英砂体的 强度，也就是说耐压强度。
在第二个方法步骤中，通过借助于水溶液清洗或者通过烘培来 乂人石英石少中去除该至少 一种物质。例如通过^f昔助于水-容'液来清洗石 英石少将有腐蚀作用的石咸或者有腐蚀作用的酸去除。这具有优点，即 这种有腐蚀作用的溶剂不会对迟些时候固化的石英砂有不希望的 影响。此外，通过析取至少一种物质降低了石英砂的导电性。石英 砂应该具有尽可能低的导电性或者不具有导电性，从而使其不会传 导电流。
在第三个方法步骤中，通过添加粘结剂来固化清洗过的石英
石少。例如石圭酸钠、石圭;:容力交、石圭酸酯或者石圭酸可以作为粘结剂来4吏用。
该方法相对于用于固化石英砂的已知方法的优点在于，可以使用更 少的粘结剂，由此可以〗吏费用<呆持更<氐。此外，尽管添加了更少量 的粘结剂，这样处理过的石英砂体比在固化过程之前石英砂表面未 一皮活化的石英砂-体具有更高的耐压强度。当这才羊处理过的石英砂-体
作为绝缘体或者i兌冷却体i殳置在熔丝周围时，该石英砂'体可以改善 过电流保护装置的跳闸性能。石英砂、体的冷却性能也可以通过用于 固化石英砂的方法来改善。这种类型的固化的石英砂体能够比至今 已知的固化的石英砂体排导更多的热能。由此，可以更好地实施对
:溶丝的冷却。
通过用于固化石英砂的方法获得了 一种固化的石英砂体，该石 英砂体具有带有更大表面的砂粒，该石英砂体非常纯净，该石英砂
体具有高的紧实度并且具有高的化学和物理上的强度。
7当为了处理石英砂的表面而应用一种强碱液或者酸时，这是尤 其优选的。强石咸液是碱金属氢氧化物的强石咸性水溶液。》咸金属氢氧 化物是强碱并且非常容易溶于水。尤其优选的是，石英砂的表面通
过氢氧化钠溶液(其呈现为氢氧化钠的水溶液『NaOH』)或者通过 苛性》咸(其呈现为氬氧化钾的水溶液『KOH』)来处理。也就是i兌， 氢氧化钠溶液是氢氧化钠(NaOH)在水中的溶液的称呼。苛性碱 是氢氧化钾(KOH)在水中的溶液的称呼。石英石少并不能4氐抗这些 碱液，从而使石英砂的表面被"活化"。苛性碱和氢氧化钠溶液腐 蚀石英砂颗粒的表面，由此改变了砂粒的表面结构。因为这些碱液 具有导电性，所以在对石英砂颗粒的表面进行处理之后，通过水溶 液将这些石咸液乂人石英石少中洗去。 一旦完成之后，就添加粘结剂，以 固4匕石英砂-。
此外，例如像氢氟酸一样的酸也非常良好地适合于处理石英砂 或者说石英砂颗粒的表面。在氢氟酸、也称为氟化氢酸而言，涉及 一种强无机酸。氬氟酸是氟化氢(HF)的水溶液。其可以溶解例如 像石英一样的硅酸盐物质并且使表面变得粗糙。腐蚀作用以下述反 应为基础在氢氟酸作用时由石英石少，也就是i兌由二氧化石圭中产生 一种气体，该气体立刻与水水解，重新形成氢氟酸并且同时沉淀出 非晶硅凝胶体。氢氟酸是这样的一种酸，其能够在形成四氟化硅或 者六氟石圭酸的情况下;容解石英。在处理了石英砂'颗4立的表面之后去 除氢氟酸，例如借助于水溶液来洗除。最后，可以通过加入粘结剂 来固化清洗过的石英妙、。
已经确定，即这样的石英砂体特别的耐压，该石英砂体的石英 石少在第 一个步骤中通过例如像氢氟酸一才羊的酸或者通过例如氢氧 化钠溶液或者说苛性石威一样的强石咸液处理，并且这些酸或者石咸液通 过水溶液从石英砂-中洗除并且最后通过添加粘结剂而4吏石英砂、固 化。此外，也已经确定，即在添加相对较少的粘结剂的情况下石英石少体就可以获得高的耐压强度。由此可以节省费用。此外，通过添 加较少的必要的粘结剂，例如硅酸钠、硅溶胶、硅酸酯或者硅酸可 以使石英砂的导电性保持较小。此外，这样固化的石英砂体具有非 常良好的冷却特性，这是因为石英砂具有高的紧实度。
蒸馏水例如可以作为水溶液来使用。然而，尤其优选的是这种 类型的方法，在该方法中，通过去离子水实现从石英砂中去除至少 一种酸或者至少 一种>5威。通过例如借助于去离子水清洗石英石少来去 除活化剂，也就是^t喊液或者酸来^f吏石英砂-不再具有或者^5U又具有 较低的导电性。
为了固化已经清洗过的或者已经洗涤过的石英石少可以应用不 同的粘结剂。尤其适合固化的是添加硅酸钠、硅溶胶、硅酸酯或者
硅酸等等。
硅酸钠是水溶性的》成金属硅酸盐。其是无定形的非晶化合物， 例如像硅酸钠和硅酸钟钠。由此，即为了固化石英砂-而必须使用较 少量的粘结剂，在固化的石英石少体中的离子的凄t量保持專交少。为了 处理石英砂颗粒的表面而需要这些离子。然而，在固化的石英砂体 中离子成分应该是尽可能的少。
珪溶胶本质上具有比硅酸钠更少的离子成分，从而使硅溶胶同
样也非常适合作为粘结剂。硅溶胶是非晶二氧化硅(Si02)的水性
月交体分散溶液。此外，义圭酸也适合作为粘结剂。由二氧化硅构成的
酸被称为硅S交。原硅酸H4Si04或者硅酸盐H2Si03也可以被使用。 两种酸都是非常弱的酸。
此外， 一种方法是优选的，在该方法中，在通过4昔助于水溶液 清洗含酸的或者含^咸的石英石少来乂人石英石少中去除至少一种酸或者 至少一种碱之后对石英砂进行干燥。由此，不再有水溶液的残留物
9保留在石英砂中。因此，清洗过的石英石少与粘结剂构成特别良好的 连接，借此可以实现高水平地固化石英砂或者说实现石英砂体的特 别高的耐压强度。
才艮据本发明的第二方面，该目的通过用于过电流保护装置的固 化的石英砂体来实现，其中，通过根据本发明的第一方面的方法来 固化石英石少体。这样固化的石英石少体具有特别良好的冷却特性，也 就是说可以吸收或者排导较多的热能。此外，这样固化的石英砂、明 显改善了过电流保护装置的跳闸性能，这是因为通过添加仅仅较少
的粘结剂可以4吏固化的石英砂-体的导电性保持4交小。
根据本发明的第三个方面，该目的通过一种过电流保护装置实 现，该装置具有一个壳体、两个通过熔丝连接的触点以及由石英砂 形成的灭弧和冷却装置，该装置包围熔丝，其中，通过才艮据本发明 的第一个方面的方法来固化石英砂-。在过电流保护装置中，也就是 说是在熔断器中应用作为绝缘体和冷却体的这样固化的石英石少体 确保了过电流保护装置的高跳闸性能。通过根据本发明的第 一 个方 面的方法而制造的石英砂—体尤其良好地适合于作为在熔断器中的 绝缘体和冷却体，这是因为该固化的石英砂体可以非常良好地吸收 或排导热能。石英石少体非常有效地汲取出由电弧产生的能量。此外， 这样固化的石英砂体基于其高的耐压强度防止了熔断器爆炸。这种 类型的熔断器即使在非常高的过电流时也能实现其功能。
石英砂的"活化，，提高了砂体的耐压强度。这具有以下优点 -砂体更高的强度；
-在熔断器跳闸时产生更高的电弧电压，这对熔断器的跳闸性 能产生积极影响；
-降低了 Pt值，其中，Pt值是电流的平方与给定的时间间隔 的乘积。该Pt值是用于熔断器的跳闸能力的特征值；
10-与已知的固化的石英石少相比只需要更少的粘结剂，这节省了 费用。
权利要求
1. 一种用于处理和固化石英砂的方法，其特征在于以下步骤a)通过加入至少一种物质来处理所述石英砂的表面；b)通过借助于水溶液清洗所述石英砂或者通过烘培来从所述石英砂中去除所述至少一种物质；c)通过添加粘结剂来固化清洗过的石英砂。
2. 才艮据权利要求1所述的方法，其特征在于，4吏用石成或者酸作为 所述物质，用于处理所述石英石少的表面。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，使用强碱液或者氢氟酸。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，通过 使用作为溶剂的脱离子的水或者具有脱离子的水的溶液来实 5见乂人所述石英石少中去除所述至少一种物质。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，添加 一种粘结剂来固化所述清洗过的石英砂-。
6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，水玻璃、硅溶胶、 石圭酸酯或者《圭酸,皮作为所述粘结剂添加。
7. 才艮据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，在通 过借助于水溶液清洗含酸或者含^威的石英石少而将至少 一种酸 或者至少一种石咸乂人所述石英石少中去除之后，对所述石英砂-进4亍干燥。
8. —种用于过电流保护装置的固化的石英砂体，其特征在于，根 据前述权利要求1至7中任一项所述的方法来处理和固化所述石英砂。
9. 一种过电流^沐护装置，具有壳体；两个通过熔丝连4妾起来的 触点；以及由石英石少形成的灭弧和冷却介质，所述灭弧和冷却 介质包围所述熔丝，其特征在于，4艮据前述4又利要求1至7 中任一项所述的方法来处理和固化所述石英^h
全文摘要
本发明涉及一种处理和固化石英砂的方法，该方法的特征在于接下来的步骤a)通过加入至少一种例如酸或碱的物质来处理石英砂的表面；b)通过借助于水溶液清洗石英砂或者通过烘培来从石英砂中去除至少一种例如酸或碱的物质；c)通过添加粘结剂来固化清洗过的石英砂。此外，本发明还涉及一种用于过电流保护装置的固化的石英砂以及一种过电流保护装置。
文档编号H01H85/18GK101488429SQ20081018657
公开日2009年7月22日 申请日期2008年12月25日 优先权日2008年1月17日
发明者彼得·多马尼茨, 斯特凡·伊尔冈, 理查德·奥伯格鲁斯贝尔格尔, 阿道夫·施密德 申请人:西门子公司