DE1035749B - UEberstromtraege Schmelzsicherung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf träge, d. h. bei geringen Überströmen erst nach einer bestimmten Verzögerung ansprechende Schmelzsicherungen, welche auf Grund des Diffusionsprinzips arbeiten. Bei diesen bekannten Schmelzsicherungen wird auf den Schmelzleiter eine Auftragmetall-Legierung aufgebracht, welche infolge der Wirkung der im Schmelzleiter bei niedrigen, dauernden Überbelastungen erzeugten Wärme schmelzen, in das Schmelzmaterial diffundieren und mit demselben eine feste Lösung, bzw. eine Legierung bilden, wodurch die Belastbarkeit des Schmelzleiters herabgesetzt wird.
Die zum Schmelzen, erforderliche Energie wird vom Strom geliefert, der durch den überbelasteten Schmelzleiter fließt. Der Energiebedarf ist desto niedriger, je intensiver die Wirkung ist, welche die Auftragmetall-Legierung auf den Schmelzleiter ausübt. Je intensiver die Auftragmetall-Legierung ist, desto größer kann der Querschnitt des Schmelzleiters gewählt werden. Je größer der Querschnitt bei gleicher Nennstromstärke ist, desto träger ist der Schmelzleiter.

Damit ein Metall ein anderes mit Hilfe der Diffusion in hohem Maße verändere, sind mehrere Bedingungen zu erfüllen.

Erstens muß die Auftragmetall-Legierung eine hohe Diffusionsgeschwindigkeit besitzen, welche bekanntlich um so¹ höher ist, je weiter entfernt die beiden Metalle voneinander im periodischen System liegen. Eine weitere Bedingung ist, daß das diffundierte Metall nicht nur in das Kristallgefüge des Schmelzleiters eindringe, sondern mit jenem eine echte Legierung bzw. eine feste Lösung bilde. Diese letztere Bedingung besteht im allgemeinen eben bei solchen Metallen, welche im Periodischen System nahe zueinander liegen. So diffundiert z. B. Zinn gut in Kupfer, doch löst es sich verhältnismäßig nur in geringem Maße; Zink diffundiert schlecht, löst sich aber mit hohem Prozentsatz.

Die auf Grund des Diffusionsprinzips arbeitenden bekannten trägen Sicherungen wurden mit solchen Auftragmetall-Legierungen hergestellt, deren Eigenschaften zwischen den beiden obengenannten, einander widersprechenden Grundbedingungen liegen, die also keinesfalls optimale Wirkungen besitzen können.

Zu den auf Grund des Diffusionsprinzips arbeitenden Silber-Schmelzleitern wurden als Auftragmetall-Legierungen solche Metalle bzw. Metall-Legierungen verwendet, deren niedrigster Schmelzpunkt bei etwa 150° C liegt. Diese Temperatur wurde als ausreichend für das durch das Schmelzen hervorgerufene Auflockern der Moleküle und für die Einleitung der Diffusion betrachtet.

Die auf Grund des Diffusionsprinzips arbeitenden trägen Kupferleiter konnten bisher in entsprechender Uberstromträge Schmelzsicherung

Anmelder:

Licencia Talälmänyokat ßrtekesitö Vallalat, Budapest

Vertreter: Dipl.-Ing. W. Meissner,

Berlin-Grunewald, Herbertstr. 22,

und Dipl.-Ing. H. Tischer, München 2, Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
Ungarn vom 23. August 1955

Dipl.-Ing. Dr. Laszlo Bors,
Dipl.-Ing. Dr. Zsuzsanna Keresztes und György Szel,

Budapest,
sind als Erfinder genannt worden

Qualität nicht hergestellt werden. Dies lag daran, daß der Schmelzpunkt der zur kompromißartigen Befriedigung der beiden, sich gegenseitig widersprechenden obigen Grundbedingungen verwendeten Auftragmetall-Legierungen bei etwa 230° C liegt. Demzufolge wurde der Kupferleiter bei Belastungen, bei welchen der Diffusionsprozeß noch nicht einsetzen sollte und welche der Schmelzleiter ohne bleibende Veränderung auszuhalten hätte, der hohen Temperaturen zufolge stark oxydiert. Infolgedessen wurde der Querschnitt des Schmelzleiters derart verringert, daß der Schmelzleiter mit der Zeit auch ohne Überbelastung schmolz. Dieser Vorgang wird bei solchen Sicherungen, dereri Schmelzleiter in eine körnige, feste Materie, z. Bi Quarzsand, eingebettet ist, verzögert, jedoch spielt sich dieser Oxydationsvorgang bei diesen hohen Temperaturen dennoch ab.

Bei den erfindungsgemäßen trägen Schmelzsicherungen ist der Schmelzleiter mit einer Diffusions-Auftragmetall-Legierung versehen, welche den aus Silber oder Kupfer bestehenden Schmelzleiter im Verhältnis zu den bisherigen in höherem Maße verändert. Diese Wirkung muß mit einem größeren Schmelzleiterquerschnitt kompensiert werden, ein Umstand, der die Trägheit des Schmelzleiters erhöht.

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Die erfindungsgemäße träge Schmelzsicherung, die aus einem Silber- oder Kupfer-Schmelzleiter und einer auf denselben aufgebrachten Auftragmetall-Legierung besteht, deren mindestens eine Komponente ein in den Schmelzleiter gut hereindiffundierendes, sich aber mit demselben schlecht legierendes Metall und deren mindestens eine andere Komponente ein in den Schmelzleiter schlecht hereindiffundierendes, sich aber mit demselben gut legierendes Metall ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens ternäre to Auftragmetall-Legierung als gut diffundierende Komponente Wismut und/oder Indium und/oder bei zinkhaltigen Legierungen Zinn und Kadmium enthält.

Gut bewährt hat sich eine· Auftragmetall-Legierung, die als gut in den Schmelzleiter diffundierende Kornponente Zink enthält. In einer solchen zinkhaltigen Auftragmetall-Legierung kann das Wismut oder das Indium teilweise oder gänzlich mit Zinn ersetzt werden, ferner enthält dasselbe nebst Zink auch noch Kadmium.

Die Auftragmetall-Legierung enthält im Sinne der Erfindung Wismut, Indium und Zink, vorteilhaft in einer Menge von mindestens l°/o, vorzugsweise in einer Menge von 3 bis 20%. Man kann mit Vorteil ternäre Auftraglegierungen verwenden, welche 1 bis as 20«/», vorzugsweise 4 bis 12% Zink, 15 bis 80%, vorzugsweise 60 bis 75% Zinn und 5 bis 35%, vorzugsweise 15 bis 25% Kadmium enthalten.

Zu Kupfer-Schmelzleitern werden im Sinne der Erfindung zweckmäßig solche Auftragmetall-Legierungen verwendet, welche Zink, Kadmium und Wismut enthalten. Es werden vorzugsweise quaternäre Auftragmetall-Legierungen benutzt, die 1 bis 20%, vorzugsweise 4 bis 10% Wismut, 1 bis 20%, vorzugsweise 4 bis 12% Zink, 5 bis 30%, vorzugsweise 15 bis 25% Kadmium und als Rest Zinn enthalten. Der Schmelzpunkt dieser Legierungen ist etwa 140 bis 150° C.

Zu Silber-Schmelzleitern verwendet man erfindungsgemäß vorteilhaft solche quaternäre Auftragmetall-Legierungen, welche 5 bis 30%, zweckmäßig 8 bis 20% Wismut, 5 bis 30%, zweckmäßig 12 bis 18% Kadmium, 10 bis 40%, zweckmäßig 24 bis 40% Blei und als Rest Zinn enthalten.

Wie schon oben angedeutet, ist zu einer im praktischen Ausmaße stattfindenden Diffusion erforderlich, daß das zu diffundierende Metall sich in geschmolzenem Zustande befinde. Von den obenerwähnten Metallen sind Wismut, Indium und Kadmium zugleich meistens zur Herabsetzung des Schmelzpunktes g₀ der Legierungen in hohem Grade geeignet, wodurch dieselben zur Verringerung des zum Schmelzen nötigen Energiebetrages des Schmelzleiters beitragen.

Obiges wurde durch Versuche bestätigt. Es konnten Legierungen hergestellt werden, welche neben dem im Silber sich gut lösenden Kadmium und dem in das Silber gut diffundierenden Wismut noch Blei und Zinn enthalten und einen Schmelzpunkt von 120 bis 13O⁰C besitzen.

Eine solche Legierung besteht aus 11 °/o Wismut, 24% Blei, 47% Zinn, 17% Kadmium und 1% Silber.

Die Bedeutung des Wismuts wird durch folgende Versuche bestätigt.

Eine träge Schmelzsicherung geschlossener Ausführung mit einem Nennwert von 50A mit einem Silber-Schmelzleiter, auf welchen eine Auftragmetall-Legierung, bestehend aus 52% Zinn, 30% Blei, 18% Kadmium, 1% Silber, mit einem Schmelzpunkt von 148 bis 151° C aufgetragen war, wurde mit 75 A und dann mit 100 A belastet, wobei die Ansprechzeiten gemessen wurden. Danach wurden die Silberschmelzleiter von unverändertem Querschnitt mit der oben angeführten, auch Wismut enthaltenden Auftragmetall-Legierung versehen. Die mit diesem Silber-Schmelzleiter versehenen Schmelzsicherungen wurden ebenfalls mit einem Strom von 75 bzw. 100 A belastet. Die dabei erhaltenen Ansprechzeiten waren um 30 bis 40% kürzer als diejenigen der obigen Versuche, welcher Umstand die intensive Wirkung des Wismuts beweist. Um daher eine Wismut enthaltende Schmelzsicherung von 50 A anfertigen zu können, muß die obengenannte Wirkung des Wismuts mit einem stärker bemessenen Silber-Schmelzleiter kompensiert werden, was die Verzögerung im Mittelwert um etwa 30% erhöht.

Wenn man den Wismutgehalt zu Kosten des Kadmiumgehalts erhöht, können Metall-Legierungen mit einem Schmelzpunkt bis zu 75° C hergestellt werden. Mit solchen Auftragmetall-Legierungen kann die Verzögerung um höchstens 20% erhöht werden, wodurch bewiesen wird, daß es nicht genügt, wenn man den Schmelzpunkt herabsetzt, sondern, daß in der Auftragmetall-Legierung die in den Schmelzleiter hereindiffundierenden und mit demselben eine Legierung bildenden Metalle im entsprechenden Verhältnis zugegen sein müssen.

Es wurden ferner Schmelzleiter hergestellt, welche in der Auftragmetall-Legierung neben dem gut löslichen Zink und Kadmiumkomponenten auch gut diffundierendes Wismut und/oder Zinn enthalten. Durch ihre wirkungsvolle Diffusions- und niedere Schmelztemperatur ermöglichen diese Auftragmetall-Legierungen, daß träge Schmelzsicherungen mit einem Kupfer-Schmelzleiter erzeugt werden können.

Als Beweis wurden, folgende Versuche angeführt. Es wurden freiliegende Kupfer-Schmelzleiter von einer Länge von 50 mm und von einem Durchmesser von 0,54, 0,60 und 0,65 mm hergestellt. Auf den ersten wurde kein Auftragmetall angebracht. Auf den zweiten wurde eine Auftragmetall-Legierung, bestehend aus 10% Wismut, 62% Zinn, 7% Zink, 20% Kadmium, 1 % Kupfer, mit einem Schmelzpunkt von 143 bis 148° C, und auf den dritten eine Auftragmetall-Legierung mit einer Zusammensetzung von 68% Zinn, 8% Zink, 23% Kadmium, 1% Kupfer, mit einem Schmelzpunkt von 147 bis 152° C, aufgebracht. Auf Grund von dauernden Überbelastungsversuchen hat sich ergeben, daß der Nennwert der obengenannten drei Schmelzsicherungen 25 A beträgt. Bei einer Belastung von 44 A schmolz jedoch die erste nach 15 Sekunden, die zweite nach 20 Minuten und die dritte nach 30 Minuten.

Zur Erzeugung von tragen Schmelzsicherungen können auch Indium-Legierungen mit einer den Wismut-Legierungen ähnlichen Wirkung verwendet werden.

Claims (9)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Überstromträge Schmelzsicherung, die aus einem Silber- oder Kupfer-Schmelzleiter und einer auf denselben aufgebrachten Auftragmetall-Legierung besteht, deren mindestens eine Komponente ein in den Schmelzleiter gut hineindiffundierendes, sich aber mit demselben schlecht legierendes Metall und deren mindestens eine andere Komponente ein in den Schmelzleiter schlecht hineindiffundierendes, sich aber mit demselben gut legierendes Metall ist, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens ternäre Auftragmetall-Legie-

rung als gut diffundierende Komponente Wismut und/oder Indium und/oder bei zinkhaltigen Legierungen Zinn und Kadmium enthält.

2. Überstromträge Schmelzsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftragmetall-Legierung als eine sich mit dem Schmelzleiter gut legierende Komponente Zink enthält.

3. Überstromträge Schmelzsicherung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der zinkhaltigen Auftragmetall-Legierung das Wismut und/oder das Indium teilweise oder gänzlich durch Zinn ersetzt ist, außerdem die Auftragmetall-Legierung noch Kadmium enthält.

4. Überstromträge Schmelzsicherung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftragmetall-Legierung eines oder mehrere der Metalle Wismut, Indium und Zink in einer Menge von mindestens 1%, vorzugsweise in einer Menge von 3 bis 20%, enthält. :

5. Überstromträge Schmelzsicherung nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftragmetall-Legierung 1 bis 25%, vorzugsweise 4 bis 12% Zink, 15 bis 80%, vorzugsweise 60 bis 75% Zinn und 5 bis 35%, vorzugsweise 15 bis 25 % Kadmium enthält.

6. Überstromträge Schmelzsicherung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem aus Kupfer angefertigten Schmelzleiter, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftragmetall-Legierung Zink, Kadmium oder Wismut enthält.

7. Überstromträge Schmelzsicherung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftragmetall-Legierung 1 bis 20%, vorzugsweise 4 bis 10% Wismut, 1 bis 20%, vorzugsweise 4 bis 12% Zink, 5 bis 30%, vorzugsweise 5 bis 25% Kadmium und als Rest Zinn enthält.

8. Überstromträge Schmelzsicherung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem Silber-Schmelzleiter, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftragmetall-Legierung Blei, Zinn, Kadmium und Wismut enthält.

9. Überstromträge Schmelzsicherung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftragmetall-Legierung 5 bis 30%, vorzugsweise 8 bis 20% Wismut, 5 bis 30%, vorzugsweise 12 bis 18% Kadmium, 10 bis 40%, vorzugsweise 24 bis 30% Blei und als Rest Zinn enthält.