[0001] Die Erfindung betrifft Schmelzleiter für elektrische Sicherungen, bestehend aus einem
elektrisch gut leitenden Werkstoff mit relativ hohem Schmelzpunkt, wie Silber oder
Kupfer, der ganz oder teilweise mit einer Auflage aus einem Metall oder einer Legierung
mit einem relativ niedrigen Schmelzpunkt bedeckt ist.
[0002] Elektrische Sicherungen schützen elektrische Anlagen oder Geräte vor Überströmen.
Der aktive Teil einer solchen Sicherung ist ein band- oder drahtförmiger Schmelzleiter
aus einem elektrisch gut leitenden Werkstoff mit relativ hohem Schmelzpunkt, der bei
unzulässig hohen Strömen durchschmilzt. Ein besonderes Problem bei elektrischen Sicherungen
stellen niedrige Kurzschlußströme dar, die zu langen Abschmelzzeiten führen. Darüberhinaus
können häufige geringe Überströme zu einer Alterung der verwendeten Werkstoffe führen.
[0003] Schmelzleiter bestehen aus reinen Metallen, wie Kupfer oder Silber, oder deren Legierungen.
In den meisten Fällen sind sie ganz oder teilweise mit einer Auflage aus einem Material
versehen, dessen Schmelzpunkt relativ niedrig liegt. Die Auflagen können beispielsweise
aus Zinn, einer Zinn-Blei-, einer Zinn-Zink- oder einer sonstigen niedrigschmelzenden
Legierung bestehen. Die Auflage dient dazu, in den Grundwerkstoff einzudiffundieren,
dadurch den Widerstand zu erhöhen und somit zum beschleunigten Durchschmelzen des
Schmelzleiters zu führen. Solche Sicherungen sind beispielsweise in der DE-OS 23 48
771 beschrieben. Im Laufe der Zeit kann es jedoch, besonders bei gerade noch zulässigen
Strömen, zu unerwünschter Eindiffusion dieser Wirklegierungen in den Grundwerkstoff
kommen. Dadurch ändert sich der Widerstand der Schmelzleiter und die Ansprechcharakteristik
der Sicherung.
[0004] Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schmelzleiter für elektrische
Sicherungen zu schaffen, bestehend aus einem elektrisch gut leitenden Werkstoff mit
relativ hohem Schmelzpunkt, wie Silber oder Kupfer, der ganz oder teilweise mit einer
Auflage aus einem Metall oder einer Legierung mit einem relativ niedrigen Schmelzpunkt
bedeckt ist, der auch bei hoher, aber noch zulässiger Strombelastung nicht altert
und bei Überlastung trotzdem sicher anspricht.
[0005] Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen dem Schmelzleiterwerkstoff
und der Auflage eine Zwischenschicht aus einem Material angeordnet ist, das im Schmelzleiterwerkstoff
unlöslich bzw. schwerlöslich und im Auflagematerial im schmelzflüssigen Zustand gut
löslich ist.
[0006] Die Zwischenschicht wirkt als Diffusionsbarriere zwischen Schmelzleiterwerkstoff
und Auflage. Dadurch verhindert sie die unerwünschte Eindiffusion des Auflagematerials
bei Langzeitbeanspruchung in den Schmelzleiterwerkstoff, ohne ihrerseits in den Schmelzleiterwerkstoff
einzudiffundieren. Somit ist eine Alterung ausgeschlossen. Im Fall eines Kurzschlusses
wird die Diffusionsbarriere, die eine hohe Löslichkeit im Auflagematerial besitzt,
bei den entstehenden Temperaturen aufgelöst und unwirksam. Damit ist ein schnelles
Durchschmelzen der Sicherung gewährleistet.
[0007] Als Material für die diffusionssperrende Zwischenschicht verwendet man vorzugsweise
Kobalt, Eisen oder Antimon bei Kupfer als Schmelzleitwerkstoff, oder Nickel und Blei
bei Silber. Eine besonders gute Diffusionssperre stellt z. B. eine dünne Bleischicht
auf Silber dar. Blei ist in Silber nicht löslich. Andererseits ist Blei löslich in
zinnhaltigen Weichloten, die als Auflagematerialien verwendet werden. Die Legierungszusammensetzung
des Weichlotes kann so gewählt werden, daß durch das eindiffundierende Blei dessen
Schmelzpunkt gesenkt wird. Dadurch wird die Reaktion mit dem Silber beschleunigt.
Durch geeignete Abmessung, Geometrie und Werkstoffkombination der einzelnen Schichten
wird bei der Strom-Zeit-Kennlinie eine bessere Selektivität erreicht. Dies stellt
gegenüber den bisher verwendeten Sicherungen einen großen technischen Fortschritt
dar. Für die Wirkungsweise dieser Schmelzleiter ist es ohne Bedeutung, ob sie draht-,
band- oder röhrenförmig vorliegen.
[0008] Als Auflagematerialien haben sich neben Zinn, Zink und deren Legierungen vor allem
auch Wismutlegierungen bewährt, insbesondere Wismutlegierungen mit 30 % Zinn bzw.
30 % Zinn und 10 % Blei.
[0009] Die Abbildung zeigt schematisch in beispielhafter Ausführungsform einen Querschnitt
durch einen erfindungsgemäßen Schmelzleiter in Bandform. Zwischen dem Schmelzleitwerkstoff
(1) aus einem 0,2 mm dicken Silberband und der 0,15 mm starken Auflage (2) aus Zinn
ist eine 0,05 mm starke Zwischenschicht (3) aus Blei angeordnet.
1. Schmelzleiter für elektrische Sicherungen, bestehend aus einem elektrisch gut leitenden
Werkstoff mit relativ hohem Schmelzpunkt, wie Silber oder Kupfer, der ganz oder teilweise
mit einer Auflage aus einem Metall oder einer Legierung mit einem relativ niedrigen
Schmelzpunkt bedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schmelzleiterwerkstoff
(1) und der Auflage (2) eine Zwischenschicht (3) aus einem Material angeordnet ist,
das im Schmelzleiterwerkstoff unlöslich bzw. schwerlöslich und im Auflagematerial
im schmelzflüssigen Zustand gut löslich ist.
2. Schmelzleiter für elektrische Sicherungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß als Material für die Zwischenschicht (3) bei Kupfer als Schmelzleiterwerkstoff
(1) Kobalt, Eisen oder Antimon, bei Silber als Schmelzleiterwerkstoff (1) Nickel oder
Blei verwendet wird.
