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Auftragstoff für hoch belastbare, überstromträge Sicherungen, die
bei besonders niedriger Temperatur arbeiten Es ist bekannt, Schmelzleiter für Niederspannungs-Hochleistungs-Sicherungen
mit gewissen Auftragstoffen zu versehen um der Sicherung eine träge Charakteristik
im Überstromgebiet zu verleihen. Der Auftragstoff, der aus reinen Metallen oder
Legierungen oder auch aus Nichtmetallen oder salzartigen Verbindungen bestehen kann,
wirkt schon bei einer um mehrere hundert Grad unter dem Schmelzpunkt des Leitermaterials
liegenden Temperatur auf den Schmelzleiter ein, so daß dieser erheblich stärker
bemessen werden kann, als wenn er ohne Auftragstoff verwendet werden müßte. Dadurch
werden die Verluste in der Sichernug herabgesetzt, und an den Sicherungsunterteilen
und an den Kabelanschlüssen treten keine unzulässigen Temperaturen auf.
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Es sind Auftragstoffe bekannt, die einen Schmelzpunkt von etwa unter
400° C haben und dabei Legierungen mit dem Metall des Schmelzleiters bilden.
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Bei der Erfindung handelt es sich um Auftragstoffe für Sicherungen
die eine niedrigere Betriebstemperatur haben und bei denen der Schmelzpunkt des
Auftragstoffes wesentlich unter 400° C, etwa unter 300° C, liegt und die dabei eine
hohe Reaktionsgeschwindigkeit mit dem Metall des Schmelzleiters aufweisen.
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Die bisher bekannten Auftragstoffe wirken aber durchaus nicht alle
in gleichem Maße. Sie unterscheiden sich vorwiegend dadurch, daß die Reaktion zwischen
dem Auftragstoff und dem Schmelzleitermaterial bei verschieden hoher Temperatur
einsetzt und dann mit sehr unterschiedlicher Geschwindigkeit abläuft. Auf den letzten
Punkt ist oft wenig geachtet worden. So hat man z. B. wegen des niedrigen Schmelzpunktes
von 156 bzw. 115° C Indium oder Indium-Zinn-Legierungen als Auftragstoff für Schmelzleiter
aus Kupfer oder Silber vorgeschlagen, da oberhalb des Schmelzpunktes die Reaktion
nachweisbar einsetzt. Ein niedriger Schmelzpunkt des Auftragsstoffes bringt also
den Vorteil, daß die Sicherung schon nach dem Erreichen verhältnismäßig niedriger
Schmelzleitertemperaturen abschmilzt. Leider geht aber die Umsetzung in diesem Temperaturbereich
noch so langsam vonstatten, daß bestimmte Abschmelzbedingungen, die durch die Vorschriften
für Niederspannungs-Hochleistungs-Sicherungen gefordert werden, erst bei ebenso
hoher Schmelzleitertemperatur erfüllt werden wie bei der Verwendung von Auftragstoffen
mit bis zu 200° C höheren Schmelzpunkten, z. B. Kadmium, wenn diese ; nach Überschreiten
des Schmelzpunktes entsprechend rasch auf das Leitermaterial einwirken. Diese Bedingung
ist aber nicht immer erfüllt. Zum Beispiel hätte es wenig Sinn, einen Kupferschmelzleiter
mit einem Auftrag aus Wismut zu versehen; denn Wismut wirkt auf Kupfer auch oberhalb
eines recht hoch liegenden Schmelzpunktes von 271° C nur sehr langsam ein.
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Am vorteilhaftesten ist es, einen Auftragstoff zu verwenden, dessen
Schmelzpunkt möglichst niedrig liegt, der gleichzeitig oberhalb des Schmelzpunktes
gegenüber dem Leitermaterial eine große Reaktionsfähigkeit besitzt. Solche Stoffe
sind z. B. Zinn mit einem Schmelzpunkt von 232° C oder Kadmium mit einem Schmelzpunkt
von 321° C. Die oben gestellten Forderungen erfüllt besonders gut das Zinn. Bei
Verwendung von Kupfer als Schmelzleitermaterial, das wegen seiner Preiswürdigkeit
und wegen seines höheren Widerstandes, der eine größere thermische Trägheit der
Sicherung verursacht, gegenüber Silber zu bevorzugen ist, ergibt sich aber eine
Schwierigkeit. Das Zinn fließt nämlich sehr schlecht auf Kupfer. Dadurch wird die
Einwirkung des Zinns auf Kupfer stark gehemmt, was wiederum zu einer Verzögerung
des Abschmelzvorganges führt, so daß die an sich große Reaktionsgeschwindigkeit
der Umsetzung von Zinn mit Kupfer nicht in Erscheinung tritt.
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Aus der Löttechnik ist bekannt, daß man die Fließfähigkeit von Zinn
erheblich verbessern kann, wenn man nicht reines Zinn, sondern möglichst eutektische
Legierungen des Zinns mit anderen Metallen verwendet. Besonders bekannt sind die
Blei-Zinn-Legierungen. Da aber Blei nicht nur den Schmelzpunkt des Zinns stark herabsetzt
(auf 183° C), sondern sich auch gegenüber Kupfer indifferent verhält, besitzt die
Blei-Zinn-Legierung auch eine viel geringere Reaktionsfähigkeit gegenüber Kupfer
als reines Zinn. Zur Erzeugung der eutektischen
Legierung ist ein
Anteil von etwa 38% Blei erforderlich. Ähnlich hohe Zusätze werden auch bei anderen
eutektischen Legierungen mit niedrigschmelzenden Metallen benötigt, und der Schmelzpunkt
wird weit herabgesetzt. Wegen der exponentiellen Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit
von der Temperatur ist sie dann am Schmelzpunkt der Legierung schon sehr gering.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die guten Eigenschaften. des reinen
Zinns durch Verbesserung des Fließverhaltens voll auszunutzen, indem eutektische
oder peritektische Mischungen von Zinn mit einem höhenschmelzenden Metall zur Anwendung
kommen, deren Zinnanteil sehr hoch (etwa 90 bis 95%) ist und deren Schmelzpunkt
nur unwesentlich von dem des Zinns abweicht. Bei etwa eutektischen und peritektischen
Legierungen ist der Schmelzbereich klein, d. h. die Temperaturspanne zwischen Schmelzbeginn
und vollständigem Flüssigwerden. Als Beispiel seien genannt eine nahe eutektische
Legierung aus etwa 95% Zinn und 5% Silber mit einem Schmelzpunkt von 220° C oder
eine nahe peritektische Legierung aus etwa 90% Zinn und 10% Antimon mit einem
Schmelzpunkt von 246° C. Beide Legierungen besitzen fast die gleiche Reaktionsgeschwindigkeit
gegenüber Kupfer wie reines Zinn, aber auch eine erheblich bessere Fließfähigkeit
auf Kupfer. Es ergibt sich nämlich eine bessere Benetzbarkeit des Kupfers, und es
kommt aus diesem Grunde bei diesen Legierungen die Reaktionsfähigkeit des Zinns
gegenüber Kupfer erst voll zur Wirkung. Man hat dadurch die Möglichkeit, den Schmelzleiter
noch stärker als bei Verwendung von reinem Zinn zu bemessen. Das bringt den Vorteil
einer weiteren Erhöhung der thermischen Trägheit und einer weiteren Senkung der
Verluste und der Arbeitstemperatur der Sicherung mit sich. Die Sicherung kann zudem
alterungsfrei noch höher ausgelastet werden. Die Erfindung ist nicht auf die als
Beispiel genannten Legierungen beschränkt. Einerseits kann die Zusammensetzung in
engen Grenzen variiert werden und andererseits können auch andere höhenschmelzende
Metalle hinzugesetzt werden.