DE2426348C2

DE2426348C2 - Uebertemperatur und ueberstromwiderstandssicherung

Info

Publication number: DE2426348C2
Application number: DE2426348A
Authority: DE
Inventors: Tomio Ishida; Kunio Neyagawa Osaka Sato; Kanji Hirakata Osaka Sugihara
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1973-05-30
Filing date: 1974-05-30
Publication date: 1983-10-20
Also published as: JPS509053A; JPS568457B2; FR2232071B1; NL7407142A; NL182038C; DE2426348A1; IT1013285B; GB1466004A; CA1006209A; FR2232071A1; US3974105A

Description

Die Erfindung betrifft einen bei Übertemperatur oder Überstrom ansprechenden Sicherungswiderstand mit einem in einem Isoliermaterial dispergierten schmelzbaren leitenden Pulver, das eine Kette von Leitungswegen bildet, die oberhalb der Öffnungstemperatur des Sicherungswiderstandes aufgetrennt werden, so daß der elektrische Widerstand des Sicherungswidsrstandes mit Hilfe des Isoliermaterials plötzlich erhöht wird, wobei das Isoliermaterial aus einem organischen Flußmittelpulver, einem nicht obligatorischen Anteil an Kieselerdepulver und einem Harz, dessen Anteil höchstens 9 Gew.-% beträgt, besteht, und mit einem Paar Anschlußklemmen an beiden Enden des Isoliermaterials.

Bei einem bekannten derartigen bei Übertemperatur oder Überstrom ansprechenden Sicherungswiderstand (DE-OS 2242015) besteht der Widerstandskörper aus einem fein verteilten, leitenden Pulver, Kieselerdepulver und einem in Harz dispergierten Zusatzpulver, wobei das Zusatzpulver eine Übergangstemperatur im Bereich von Tg⁰C bis (Tg+ 200° C) hat. Tg stellt hierbei die Temperatur dar, bei der das Harz in den Glaszustand übergeht (Glasübergangstemperatur). Mit Hilfe des Dampfdruckes des feinen Pulvers wird ein in dem Harz dispergiertes Graphitpulver in dem Harz bewegt, so daß die Kontaktwiderstände zwischen den Graphitteilchen zunehmen. Der Auslösemechanismus der Auftrennung der Leitungswege erfolgt durch Gasdruck.
Als nachteilig erweist sich bei diesem Sicherheitswider-

stand, daß bei einer Überlastung vom 5 bis 50fachen der Nennwattzahl die Zunahme des elektrischen Widerstandes nur langsam stattfindet. Wenn außerdem ein Strom durch den Widerstand fließt, bei dem die Belastung das 50fache der Nennwattzahl übersteigt, heizt sich der Sicherungswiderstand durch die JoulescH Verlustwärme schnell auf, wobei der Widerstandswert des Sicherungswiderstandes abnimmt Wegen dieser Widerstandsabnahme nimmt der fließende Strom und damit dia Verlutileistung zu usw. Am Ende dieses Kreislaufs schließt der Sicherungswiderstand kurz, verbrennt, verkohlt oder weicht auf.

Bekannt ist weiterhin ein elektrisches Auschalteelement aus einem schmelzbaren Material (BE-PS 6 94 939), das bei Übertemperatur in den flüssigen Aggregatzustand überführt wird, wobei dieses Material in einem porösen Körper aufgenommen wird, so daß sich eine Erhöhung des Widerstandes für dieses Element ergibt.

Bekannt ist schließlich ein bei Übertemperatur oder Überstrom ansprechender Sicherungswiderstand (DE-OS 15 63 811), dessen Widerstandswert unter den Bedingungen, für den er ausgeleg» ist, stabil bleibt Im Fall der Überhitzung nimmt der Widerstandswert irreversibel um mehrere Größenordnungen zu. Die elektrische Verbindung im Normalzustand liegt in Form einer leitenden Platte bzw. Schicht vor, die weiterhin zwischen isolierenden Schichten eingestapelt ist. Die irreversible Widerstandszunahme tritt durch Trennung der elektrischen Verbindung im leitenden Material auf. Als Materialien für die leitende Platte finden Zinn, Cadmium, Wismut, Blei und andere Metalle bzw. Metallegierungen Anwendung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen bei Übertemperatur oder Überstrom ansprechenden Sicherungswiderstand gemäß der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der im nicht ausgelösten Zustand einen Widerstandswert von 10 ~¹² Ohm aufweist und der im ausgelösten Zustand eine Spannungsfestigkeit bis zu 2500V und einen Widerstandswert von etwa 10¹² Ohm besitzt, was einer Unterbrechung gleichkommt, wobei der Übergang kurzzeitig und sprunghaft erfolgt, ohne daß dabei Lichtbogen, Verbrennen, Verkohlen oder äußerlich ohne weiteres erkennbare mechanische Schäden am Sicherungswiderstand auftreten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Gesamtheit der folgenden Merkmale:

a) das leitende Pulver hat einen Schmelzpunkt im Bereich von 60 bis 350⁰C;

b) der Anteil des leitenden Pulvers beträgt 72 bis 90 Gew.-%;

c) der Anteil an dem organischen Flußmittelpulver ist auf 1 bis 20 Gew.-°/o beschränkt;

d) der Anteil an Kieselerdepulver ist auf Werte bis 10 Gew.-% beschränkt;

e) das leitende Pulver befindet sich oberhalb der Au.^clösetemperatur im flüssigen Zustand und bildet dabei zwei Anhäufungen, die mit Hilfe des organischen Flußmittelpulvers in dem Isoliermaterial elektrisch voneinander isoliert sind, und die sich jeweils an den Kopfteilen der beiden Anschlußklemmen befinden.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Sicherungswiderstandes ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der erfindungsgemäße Sicherungswiderstand bleibt hinsichtlich des elektrischen Widerstandswertes, insbesondere beim Betrieb unter Nennbedingungen, für die er ausgelegt ist, extrem stabil. Weiterhin läßt sich der Sicherungswiderstand in äußerst kleiner Form herstellen, seine Wärmekapazität ist auf sehr kleine Werte einstellbar und ' er spricht auf schnelle Temperaturänderungen sicher an. Als Ausgangsmaterial für das leitende Pulver im Widerstandskörper können Metall und Legierungen in der Körperform Anwendung finden.

Der erfindungsgemaße Sicherungswiderstand wird nun anhand der Zeichnungen erläutert In letzteren zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Sicherungswiderstand unter normalen Temperaturbedingungen mit zwei vergrößerten Teilschnitten;

Fig. 2 einen vergrößerten Teilschnitt des erfindungsgemäßen Sicherungswiderstandes im Zustand oberhalb der Öffnungstemperatur;

Fig. 3 ein Diagramm, das die Abhängigkeit zwischen Erwärmungstemperatur und elektrischem Widerstandswert von Sicherungswiderständen zeigt;

Fig. 4 ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der Alterungszeit und dem elektrischen Widerstandswert von Sicherungswiderständen zeigt; Fig. 5 ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der Alterungszeit und der Öffnungstemperatur des erfindungsgemäßen Sicherungswiderstandes zeigt;

Fig. 6 ein Diagramm, das ebenfalls den Zusammenhang zwischen der Alterungszeit und der Öfmungstemperatur von Sicherungswiderständen zeigt;

Fig. 7 ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen dem thermischen Leitwert von lotüberzogenen Elektrodenzuleitungen und der Spannungsfestigkeit zeigt;

Fig. 8 eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Sicherungswiderstandes im Zustand über der Öffnungstemperatur, wenn der Widerstandskörper bis 10 Gew.-% Kieselerdepulver enthält; und

Fig. 9 den Zusammenhang zwischen dem Anteil an Kieselerde und der Spannungsfestigkeit nach dem Öffnungstemperaturtest.

Fig. 1 zeigt den Aufbau eines erfindungsgemäßen Sicherungswiderstandes mit einem Widerstandskörper 1, in dem ein feinzcrteiltes leitendes Pulver 6 und Kieselerdepulver 7 in einem organischen Flußmittel 8 und einem Harz 9 dispergiert sind. Der Widerstandskörper 1, der jede gewünschte Gestalt haben kann, ist hier als zylindrischer Körper ausgebildet, in dessen Enden jeweils mit Lot überzogene Elektroden 3 eingebettet sind. Jeder der Elektroden 3 weist einen Kopfteil 4 auf, auf den ggf. eine Schicht 5 aus kolloidalem Graphit vorgesehen ist. Diese Schicht 5 aus kolloidalem Graphit verbessert den elektrischen Kontakt zwischen der Elektrode 3 und dem Widerstandskörper 1 und verhindert eine Korrosion der Oberfläche der Elektrode 3, auf der die Graphitschicht 5 sich befindet. Es kann eine äußere Hülse 2 aus in einem weiteren Harz 11 dispergiertem, fein zerteiltem Kieselerdepulver 10 vorgesehen sein, die den Widerstandskörper 1 umgibt. Das im organischen Flußmittel 8 und im Harz 9 dispergierte leitende Pulver 6 hat vorzugsweise eine Schmelztemperatur im Bereich von 60 bis 350° C. Der Sicherungswiderstand erfährt unter starker Überlastung oder Erwärmung eine abrupte und irreversible Erhöhung des spezifischen Widerstandes von K)-²Ohmcm bis 1O¹²OrIm-cm im gewählten Temperaturbereich. Die Temperatur am Punkt der irreversiblen Zunahme wird als Öffnungstemperatur des Sicherungswiderstandes bezeichnet. Der Sicherungswiderstand hat eine positive Temperatur-Widerstandskennlinie. Mit »irreversible Zunahme« ist gemeint, daß der erhöhte elektrische Widerstandswert auch dann nicht mehr zurückgeht, wenn der Widerstandskörper 1 auf die Ausgangstemperatur — beispielsweise die Raumtemperatur — abgekühlt wird.

Der Mechanismus der irreversiblen Zunahme des elektrischen Widerstandes bei dem Widerstandskörper 1 ist wie folgt.

Die elektrische Leitung des Widerstandskörpers 1 unterhalb der Schmelztemperatur des leitenden Pulvers 6 beruht auf einer Kette leitender Sromflußwege, die das von dem organischen Flußmittel 8 und dem Harz 9 umgebene leitende Pulver 6 erzeugt. Wenn der Sicherungswiderstand folglich innerhalb des Nenntemperaturbereiches als Widerstand betrieben wird, ist der elektrische Widerstandswert niedrig. Erfahrt der Widerstandskörper 1 eine Erwärmung auf eine oberhalb eines kritischen Wertes liegende Temperatur, schmilzt das im Widerstandskörper 1 dispergierte leitende Pulver 6 bei seiner Schmelztemperatur, wobei das organische Flußmittel 8 und das Harz 9 gleichzeitig weich werden und die auf dem leitenden Pulver 6 lastenden Druckkräfte sinken. An diesem Punkt sorgt das organische Flußmittel 8 für saubere Oberflächen der Teilchen des leitenden Pulvers 6. Infolge der Oberflächenspannung des leitenden Pulvers 6 ballen sich die Teilchen des geschmolzenen leitenden Pulvers 6 zusammen, und der Zustand der Dispersion des leitenden Pulvers 6 im Widerstandskörper 1 ändert sich infolge des Schmelzvorganges derart, daß die Vielzahl von darin dispergierten Zusammenballungen von leitenden Teilchen (die beispielsweise eine Kugelgestalt angenommen haben) durch das organische Flußmittel 8 und das Harz 9 sowie die Kieselerde 12 voneinander auf Abstand, d. h. getrennt gehalten werden; vergleiche die Darstellung der Fig. 2. Die Zusammenballungen weisen eine Größe von 40 pm bis 1,5 mm auf. Dieser Mechanismus ist vermutlich der Grund für die abrupte und irreversible Zunahme des elektrischen Widerstandswertes des Widerstandskörpers 1.

Der Sicherungswiderstand kann als »thermischer Begrenzer« dienen, der den durch die Kurzschlußlast fließenden Strom auf einen sicheren, sehr niedrigen Wert begrenzt, wenn der Sicherungswiderstand auf den kritischen Temperaturbereich erwärmt wird. Es wird daher vermieden, daß teure elektrische Geräte und deren Bauteile durch- oder verbrennen, verkohlen oder mechanisch beschädigt werden, wenn sie sich bei einer übermäßigen Zunahme der Umgebungstemperatur zu stark erwärmen.

Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Sicherungswiderstandes wird eine Mischung aus fein zerteiltem leitenden Material (beispielsweise aus schmelzbarem Metall bzw. ebensolchen Legierungen), Kieselerdepulver und einem geeigneten Flußmittelpulver in einem verfügbaren Harz bei einer Temperatur von 50 bis 150° C nach einem geeigneten und verfügbaren Warmwalzverfahren vermischt, bis die Mischung die geeignete Plastizität annimmt. Bei dem leitenden Pulver kann es sich um jedes geeignete Metall und jede geeignete Legierung handeln. Vorzugsweise werden Zinn, Blei, Kadmium, Wismut, Indium und deren schmelzbare Legierungen eingesetzt. Bei dem Flußmittel kann es sich um jede geeignete organische Substanz handeln. Vorzugsweise werden Säuren, Halogene, Amine, Amide oder ein Flußmittel auf Kolophoniumbasis verwendet. In den unten angeführten Beispielenwerden Stearinsäure, Behensäure, Glutaminsäurehydrochlorid, wasserweißes Kolophonium sowie wasserweißes Kolophonium mit Aktivatoren eingesetzt Das Harz kann jeder geeignete wärmehärtende Binder wie Phenolharz, Harnstoffharz, Melaminharz, Epoxyharz, ungesättigtes Polyesterharz usw. und ein thermoplastischer Binder wie Polyäthylen, Polypropylen, Polyvinylidenchlorid, Polystrol, Acrylnitril-Butadien-Styrolharz oder mit Natur- oder Kunstgummi wie Butadien-Styrol, Butylgummi, Äthylen-Prophylengummi usw. sowie deren Mischungen sein.

Vorzugsweise besteht die Mischung aus 30 bis 90 Gew.-% leitendem Pulver, 0 bis 60 Gew.-% Kieselerdepulver, 1 bis 20 Gewr% Flußmittelpulver, Rest Harz.

Vorzugsweise liegt die mittlere Teilchengröße des fein zerteilten Kieselerdepulvers im Bereich von 0,3 bis 20 pm.

Die mittlere Teilchengröße des schmelzbaren Metalls bzw. der schmelzbaren Metallegierung als Ausgangsmaterial beträgt vorzugsweise etwa 1 bis 5 mm.

Die hier erwähnte mittlere Teilchengröße wird nach dem bekannten elektronenmikroskopischen Verfahren ermittelt, das beispielsweise in J. Soc. Chem. Ind. 62,374

(1943) und Nature 17, 350 (1953) beschrieben ist.

Nach der Abkühlung auf Raumtemperatur wird die Mischung gebrochen und zu einem Granulat zermahlen, das das Ausgangsmaterial für den Widerstandskörper darstellt. Eine Mischung aus fein zerteiltem Kieselerdepulver in einem Harz wird bei einer Temperatur von 50 bis 150⁰C nach einem geeigneten und verfügbaren Warmwalzverfahren zur geeigneten Plastizität vermischt. Eine geeignete Zusammensetzung besteht aus 80 Gew.-% Kieselerdepulver, Rest Harz. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wird die Mischung gebrochen und zu Körnchen zermahlen, die das Ausgangsmaterial für die äußere Hülse darstellen.

Ein einheitlicher Körper aus dem in die äußere Hülse eingeschlossenen Widerstandselemente wird auf irgendeine geeignete Weise hergestellt — beispielsweise durch Extrudieren oder Pressen. Beim Extrudieren werden die beiden erwähnten Mischungen in Körnchenform vorgewärmt und gleichzeitig in eine Auspreßdüse gegeben. Der extrudierte Körper hat eine langgestreckte zylindrische Form und wird in kürzere Zylinder der gewünschten Länge zerschnitten. Beim Pressen werden der Widerstandskörper und die äußere Hülse getrennt gepreßt und dann auf geeignete Weise zu einem kurzen Zylinder zusammengefügt. Der kurze Zylinder wird an beiden Enden mit Lot überzogenen Elektrodenzuleitungen versehen, die einen Wärmeleitwert von vorzugsweise 0,43 bis 1,7 Ws/cm -s-°C (0,1 bis 0,4 cal/cm S-⁰C) aufweisen. Vorzugsweise wird der kurze Zylinder in ein Formgesenk eingesetzt und auf 60 bis 180° C erwärmt. Die beiden Zuleitungen werden dann mittels zweier Stempel, in die die Zuleitungen eingesetzt sind, eingepreßt. Ein Druck von vorzugsweise 392 bis 980 bar (400 bis 1000 kg/cm²) wird für 20 bis 180 s aufgebracht, um die beiden Zuleitungen in den Zylinder einzubetten. Vorzugsweise verwendete

so Zuleitungen bestehen aus Kupferchromlegierung, verkupfertem Eisen, Messing, Eisen oder Bronze. Falls erforderlich, wird der fertige Sicherungswiderstand 3 bis 24 Std. auf 60 bis 170° C erwärmt, um die elektrischen Eigenschaften zu stabilisieren.

Es hat sich herausgestellt, daß der erfindungsgemäße Sicherungswiderstand, der im wesentlichen aus in einem Harz dispergierten fein zerteiltem leitenden Pulver, Kieselerdepulver und organischem Flußmittel besteht, wobei oberhalb der Öffnungstemperatur der Widerstandskörper im wesentlichen aus Zusammenballungen leitender Teilchen besteht, die getrennt voneinander infolge des Schmelzvorgangs mit Hilfe des organischen Flußmittels im Harz dispergiert sind, im wesentlichen frei von durch Überwärmung oder Joulesche Wärme hervorgerufene Lichtbogenbildung, Verbrennen, Verkohlen und mechanischen Schaden ist Bei einer gewählten Temperatur erfahrt der Sicherungswiderstand eine irreversible Zunahme des spezifischen Widerstandes von etwa 10~²Ohm-cm bis

ΙΟ¹² Ohm · cm. Vorzugsweise liegt das leitende Pulver beispielsweise Zinnpulver mit hoher Reinheit von 99,00 Gewr%, Rest Verunreinigungen, vor. Die Schmelztemperatur des leitenden Pulvers — beispielsweise Zinnpulver — wird bestimmt, bevor das leitende Pulver der Ausgangsmischung zugegeben wird.

Beispiel 1

Für die Tabelle 1 wurden als leitendes Pulver Azetylenruß, Silber, Zinn-Blei-Eutektikum (40% Zinn, 60% Blei), ίο Zinn, Wismut und Blei, als Binder Phenolharz und als Zuschlagpulver P-terphenylpulver verwendet, um den Widerstandskörper herzustellen. Das eingesetzte Kieselerdepulver hatte eine mittlere Teilchengröße von 10 μ. Es wurde eine Mischung aus 20 bis 90 Gew,-% leitendem is Pulver, 0 bis 60 Gew.-% Kieselerdepulver, 0 bis 20 Gew.-% P-terphenylpulver, Rest Phenolharz, hergestellt und bei 8O⁰C durch Warmwalzen gründlich vermischt, die Mischung dann abgekühlt und zu einem Pulver mit einer Teilchengröße von etwa 3,96 bis 500 pm zermahlen (vgl. Fig. 2, wo die Probe e unter die Erfindung fällt, die Proben a, b, c, d und / jedoch nicht). Eine weitere Mischung aus Körnchen aus 80 Gew.-% Kieselerdepulver und 20 Gew.-% Phenolharz für die Hülle wurde ähnlich der obigen Beschreibung zubereitet. Beide Pulver wurden je für sich in eine herkömmliche Extrusionspresse zur Formung einer Vielzahl kurzer Zylinder gegeben, die dann als Widerstandskörper und äußere Hülle zusammengefügt wurden. Die Auspreßdüse der Extrusionspresse wurde auf 100° C erwärmt. In die Enden jedes der kurzen Zylinder wurde nach dem bekannten Verfahren durch bei 160⁰C für zwei Min. aufgebrachten Druck von 400 bar jeweils eine mit Lot überzogene Elektrodenzuleitung eingedrückt. Die kurzen Zylinder mit den eingebetteten Elektrodenzuleitungen wurden 5 Stunden lang auf 100° C vorgehalten, um stabile Sicherungswiderstände auszubilden. Die resultierenden Sicherungswiderstände (Nennlast'/«W) hatten einen Nennwiderstandswert von 1,5 X 10~³ bis 3 Ohm bei Raumtemperatur und sie wurden auf Öffnungstemperatur und Alterung untersucht. Die Prüfung auf Öffnungstemperatur erfolgte, indem ein Thermometer außerhalb der Sicherungswiderstände vorgesehen und ein Ohmmeter über die Zuleitung gelegt wurde. Sodann wurde der Widerstandswert jedes Sicherungswiderstandes gemessen, während seine Temperatur durch Einbringen in SiIikonöl, dessen Temperatur mit l°C/min. kontinuierlich erhöht wurde, zwischen Raumtemperatur und 400° C bis zum vollständigen Öffnen eingestellt wurde. Es zeigte sich, daß der erfindungsgemäße Sicherungswiderstand eine abrupte Zunahme des elektrischen Widerstandes erfährt, wenn im Laufe der zunehmenden F.rwärmungstemperatur die Schmelztemperatur des leitenden Pulvers erreicht wird. Die Temperatur, bei der diese abrupte Zunahme des elektrischen Widerstandswertes auftritt, wird als Öffnungstemperatur des Sicherungswiderstandes definiert.

Der Alterungstest wurde bei Temperaturen von 60° C und 120° C für jeweils 100 Std. durchgeführt Die Kurven in Fig. 3 stellen den Zusammenhang zwischen der Erwärmungstemperatur und dem elektrischen Widerstandswert und die in Fig. 4 den Zusammenhang zwischen der Alterungszeit und dem elektrischen Widerstandswert dar. Wie aus Fig. 3 und der Tabelle 1 ersichtlich, ist es möglich, die Öffnungstemperatur des Sicherungswiderstandes einzustellen, indem die Schmelztemperatur des eingesetzten Pulvers entsprechend gewählt wird. Gute Ergebnisse werden erhalten, wenn ein in Harz dispergiertes leitendes Pulver verwendet wird, dessen Schmelztemperatur im Bereich von 60 bis 350° C liegt.

. Weiterhin ergibt sich aus Fig. 4, daß der erfindungsgemäße Sicherungswiderstand bei Temperaturen unterhalb der Schmelztemperatur hinsichtlich der zeitlichen Änderung des elektrischen Widerstandswertes den herkömmlichen Sicherungswiderständen und bekannten Widerständen aus leitendem Kunststoff entspricht.

Beispiel 2

Als leitendes Pulver wurde ein niedrigschmelzendes und Kadmium enthaltendes Lot verwendet. Das Blei-Zinn-Kadmium-Eutektikum (32% Blei, 50% Zinn, 18% Kadmium) hatte eine Schmelztemperatur von 143° C. Die Teilchengröße des verwendeten leitenden Pulvers betrug etwa 500 pm, die des eingesetzten Kieselerdepulvers im Mittel 10]im. Bei den eingesetzten Harzen handelt es sich um wärmehärtende Harze wie Phenol- und Epoxyharz mit Härter, thermoplastische Harze wie Epoxyharze sowie Polystyrol, wie in der Tabelle 3 angegeben.

Es wurden aus den Ausgangsmischungen in ähnlicher Weise wie beim Beispiel 1 fünf Proben von Sicherungswiderständen hergestellt. Die resultierenden Sicherungswiderstände (Nennleistung '/£ W) hatten Nennwiderstandswerte von 3,0X ΙΟ-² bis 7,0X10~² Ohm bei Raumtemperatur und sie wurden auf Öffnungstemperaturen untersucht. Fig. 5 zeigt den Zusammenhang zwischen Alterungszeit bei 100⁰C und Öffnungstemperatur. Wie aus den Ergebnissen ersichtlich ist, werden bei Verwendung eines fein zerteilten leitenden Pulvers mit einer Schmelztemperatur von 60 bis 350° C, in einem thermoplastischen Harz dispergiert, gute Resultate erreicht.

Beispiel 3

Es wurden gem. Tabelle 4 wasserweißes Kolophonium, wasserweißes Kolophonium mit Aktivatoren, Stearinsäure, Behensäure und Glutaminsäurehydrochlorid als organisches Flußmittelpulver verwendet. Diese Flußmittel wiesen Teilchengrößen von etwa 147 μπι auf. Als Binder wurde Epoxyharz verwendet. Entsprechend dem Beispiel 2 wurde eine Mischung aus 50 Gew.-% Blei-Zinn-Kadmium-Eutektikum (50% Zinn, 32% Blei, 18% Kadmium), 40 Gew.-% Kieselerdepulver, 1 bis 10 Gew_r% des angegebenen Flußmittelpulvers, Rest Epoxyharz, zubereitet. Die resultierenden Sicherungswiderstände (Y* W) hatten Nennwiderstandswerte von 4,0 bis 8,0X 10-² Ohm bei Raumtemperatur und wurden den gleichen Prüfungen unterworfen wie im Beispiel 2. Fig. 6 stellt den Zusammenhang zwischen Alterungszeit bei 100° C und Öffnungstemperatur für diese Sicherungswiderstände dar. Wie aus Fig. 6 ersichtlich, lassen sich durch Verwendung eines organischen Flußmittelpulvers, das im thermoplastischen Harz des Widerstandskörpers dispergiert ist, gute Ergebnisse erzielen.

Beispiel 4

Wie in Fig. 5 gezeigt, wurden als Harz für die Sicherungswiderstände niedrigdichtes Polyäthylen, hochdichtes Polyäthylen, Polypropylen, Nylon und Polystyrol verwendet. Für das leitende Pulver wurden — vgl. Tabelle 6 — niedrigschmelzende Legierungen wie Blei-Zinn-Eutektikum, eine nichteutektische Blei-Zinn-Wismut-Legierung sowie ein Blei-Zinn-Eutektikum verwendet. Das leitende Pulver hatte Teilchengröße von etwa 500 μ. Aus diesen Mischungen wurden entsprechend dem Beispiel 1 fünfzehn Proben von Sicherungswiderständen hergestellt und entsprechend dem Beispiel 2 geprüft. Tabelle 7 zeigt die Öffnungstemperatur der Sicherungswiderstände vor und

ίο

nach dem Altern (1000 Std. bei 120° C). Wie ersichtlich, ist es möglich, die Öffnungstemperaturen der Sicherungswiderstände durch geeignete Wahl der Schmelztemperatur der kristallinen Großmoleküls und der Schmelztemperatur des leitenden Pulvers einzustellen. Bessere Ergebnisse ergaben sich bei der Verwendung eines kristallinen Großmoleküls mit einer Schmelztemperatur unter der des eingesetzten leitenden Pulvers.

Beispiel 5

Entsprechend dem Beispiel 1 wurden acht Proben von Sicherungswiderständen hergestellt und mit lotüberzogenen Zuleitungen versehen, deren thermischer Leitwert bei 20°C im Bereich von 0,26 bis 4,0 Ws/cm · s ⁰C (0,06 is bis 0,93 cal/cm-S-⁰C) lag, wobei Kupfer, Aluminium, Kupfer-Chrom-Legierung, verkupfertes Eisen, Messing, Eisen und Bronze eingesetzt wurden (vgl. Tabelle 8).

Für einen Widerstandskörper wurde eine Mischung aus 5 Gew.-% hochdichtem Polyäthylenpulver, 5 Gew.-% wasserweißem Kolophonium mit Aktivatoren als Flußmittelpulver, 20 Gew.-% Kieselerdepulver, 69 Gewr% Blei-Zinn-Kadmium-Eutektikum (32% Blei, 50% Zinn, 18% Kadmium), Rest Stearinsäure, hergestellt, für die Hülse eine weitere Mischung aus 79 Gew.-% Kieselerdepulver, 20 Gew.-% hochdichtem Polyäthylenpulver und 1 Gew.-% Stearinsäure. Die resultierenden Sicherungswiderstände (KW) hatten bei Raumtemperatur einen elektrischen Nennwiderstand von 5,0 X10"² Ohm und sie wurden nach dem Überströmtest einem Spannungsfestigkeitstest unterworfen, der entsprechend der Prüfnorm ASTMD149-64 ausgeführt wurde. Fig. 7 zeigt den Zusammenhang zwischen dem thermischen Leitwert der lotüberzogenen Elektrodenzuleitung und der Spannungsfestigkeit. Wie aus Fig. 7 ersichtlich, lassen sich bessere Resultate durch Verwendung von lotüberzogenen Elektrodenzuleitungen mit einem thermischen Leitwert von 0,43 bis 1,7 Ws/cm-s°C (0,1 bis 0,4 cal/cm- S⁰C) erreichen.

Beispiel 6

Es wurde wasserweißes Kolophonium mit Aktivatoren als Flußmittel verwendet. Das als leitendes Pulver verwendete Blei-Zinn-Eutektikum (40% Zinn, 60% Blei) hatte eine Schmelztemperatur von 183° C, das eingesetzte Kieselerdepulver eine mittlere Teilchengröße von 10 pm. Es wurden die acht Proben gemäß Tabelle 9 für Sicherungswiderstände zubereitet - wobei in Tabelle 9 die Proben a, b, c und d unter die Erfindung fallen, die Proben e,f, g und h dagegen nicht -, eine weitere aus 79 Gewr% Kieselerdepulver, 20 Gew.-% Epoxyharz und 1 Gew.-% Stearinsäure für die Hülse (vgl. Beispiel 1). Die resultierenden Sicherungswiderstände (¹Λ W) hatten einen elektrischen Nennwiderstand von 1,0XlO-² Ohm bei Raumtemperatur und wurden entsprechend dem Beispiel 5 geprüft. Fig. 8 zeigt eine Schnittansicht des Sicherungswiderstandes oberhalb der Öffnungstemperatur, wobei der Kieselerdeanteil 0 bis 10 Gew.-% beträgt. Fig. 9 zeigt den hiermit erhaltenen Zusammenhang zwischen dem Anteil an Kieselerdepulver und der Spannungsfestigkeit nach dem Öffnungstemperaturtest. Wie aus diesen Ergebnissen ersichtlich, lassen sich bessere Ergebnisse erreichen, wenn der Kieselerdepulveranteil im Bereich von 0 bis 10 Gew.-% liegt.

Tabelle 1 Tabelle 3

Leitendes Pulver Mittlere Teilchengröße SchmelzpunkfC

a Azetylenruß 45 pm 400 oder höher

b Silber 10 pm 400 oder höher

c Sn-Pb-Eutektikum 74 pm oder weniger 183

d Zinn 74 pm oder weniger 231

e Wismut 74 pm oder weniger 272

f Blei 74 pm oder weniger 327

Harzart

a	Phenolharz
b	Epoxyharz mit Härter
C	Epoxyharz
d	Epoxyharz
e	Polystyrol

Tabelle 2 Tabelle 4

Phenolharz	Leitendes	Kieselerde	P-terphenyl-	Stearinsäure	C	Flußmittel
	Pulver	pulver	Pulver		f
Gew.-%	Gew.-%	Gew.-%	Gew.-%	Gew.-%	g
						Epoxyharz
					h	Kolophonium
a 20	20	39	20	1	i	Kolophonium
b 10	30	59	0	1	j	mit Aktivatoren
c 10	50	39	0	1		Stearinsäure
d 10	50	39	0	1	Behensäure
e 9	90	0	0	1	Glutaminsäure-
f 10	50	39	0	1	hydrochlorid

Tabelle 5 Tabelle 6

12

Harzart

Schmelzpunkt^ Leitendes Pulver Zusammensetzung Schmelzpunkt⁰C

Polyäthylen (geringe Dichte)	115
Polyäthylen (hohe Dichte)	129
Polypropylen	164
Nylon 12	176
Polystyrol	-

10

Sn-Pb-Cd-	Sn	Pb	Cd	143
Eutektikum	49.8	32	18.2
Sn-Pb-Bi	Sn	Pb	Bi	165
Legierung	43	43	14
(nicht eutektisch)
Sn-Pb-	Sn	Pb		183
Eutektikum	62	38

Tabelle 7

Leitendes

Pulver

Harzart

Sn-Pb-Cd	Nach	Sn-Pb-Bi	Nach	Sn-Pb	Nach
(143 ⁰C)	144	(165⁰C)	165.5	(183 ⁰C)	183
Vor	144	Vor	163	Vor	183.5
143.5	170	165	165.5	184	184
144	183	165.5	180	183	184.5
166	160	165	180	183.5	200
180	170	184
143.5	165	184

Niedrigdichtes Polyäthylen (115 ⁰C) Hochdichtes Polyäthylen (129) Polypropylen (164) Nylon 12 (175) Polystyrol (-)

Tabelle 8 Tabelle 9

	Material der	Zusammensetzung	Wärmeleitwert	Flußmittel	Kieselerde	Leitendes	Öffnungs
	Zuleitungen		bei 20 ⁰C			Pulver	temperatur
			cal/cm. sec. ⁰C	Gew.-%	GewA	GewA	⁰C
a	Kupfer		0.93	a 20	0	80	183
b	Aluminium		0.53	b 10	5	85	183
C	Cu-Cr-Legierung		0.40	c 5	7	88	183
d	Eisen, verkupfert		0.35 ₅₀	d 18	10	72	183
e	Messing	Cu: 67%, Zn: 33%	0.26	e 16	20	64	183
f	Eisen		0.17	f 14	30	cc	1 OT
g	Bronze (1)	Cu: 90%, Sn: 10%	0.10	g 12	40	48	183
h	Bronze (2)	Cu: 75%, Sn: 25%	0.06	h 8	60	32	183
			Hierzu 4 Blatt	Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Bei Übertemperatur oder Überstrom ansprechender Sicherungswiderstand mit einem in einem Isoliermaterial dispergierten schmelzbaren leitenden. Pulver, das eine Kette von Leitungswegen bildet, die oberhalb der Öffnungstemperatur des Sicherungswiderstandes aufgetrennt werden, so daß der elektrische ι ο Widerstand des Sicherungswiderstandes mit Hilfe des Isoliermaterials plötzlich erhöht wird, wobei das Isoliermaterial aus einem organischen Flußmittelpulver, einem nicht obligatorischen Anteil an Kieselerdepulver und einem Harz, dessen Anteil höchstens 9Gewr% beträgt, besteht, und mit einem Paar Anschlußklemmen an beiden Enden des Isoiiermaterials, gekennzeichnet durch die Gesamtheit der folgenden Merkmale:

a) das leitende Pulver (6) hat einen Schmelzpunkt im Bereich von 60 bis 350⁰C;

b) der Anteil des leitenden Pulvers beträgt 72 bis 90 Gewr%;

c) der Anteil an dem organische Flußmittelpulver (8) ist auf 1 bis 20 Gew.-% beschränkt;

d) der Anteil an Kieselerdepulver (7) ist aufwerte bis 10 Gew-% beschränkt;

e) das leitende Pulver (6) befindet sich oberhalb der Auslösetemperatur im flüssigen Zustand und bildet dabei zwei Anhäufungen, die mit Hilfe des organischen Flußmittelpulvers in dem Isoliermaterial (7,8 und 9) elektrisch voneinander isoliert sind, und die sich jeweils an den Kopfteilen (4) der beiden Anschlußklemmen (3) befinden (Fig. 8).

2. Sicherungswiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine äußere Hülse (2) aus feinzerteiltem Kieselerdepulver in einem weiteren Harz (11) vorgesehen ist, und daß die Hülse (2) den Körper (1) des Sicherungswiderstandes umschiießt.

3. Sicherungswiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das schmelzbare, leitende Pulver (6) im wesentlichen ein Metallpulver bzw. ein Pulver einer Legierung ist, die aus der aus Zinn, Blei, Kadmium, Wismut, indium und deren schmelzbaren Legierungen bestehenden Gruppe gewählt ist.

4. Sicherungswiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das schmelzbare, leitende Pulver (6) im wesentlichen aus einem Blei-Zinn-Kadmium-Eutektikum besteht. >o

5. Sicherungswiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Flußmittelpulver (8) im wesentlichen eine organische Substanz aus der aus Säuren, Halogenen, Aminen, Amiden und Verbindungen auf Kolophoniumbasis bestehenden Gruppe ist.

6. Sicherungswiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Flußmittelpulver (8) eine organische Substanz aus der aus Stearinsäure, Behensäure, Glutaminsäurehydrochlorid, wasserweißem Kolophonium sowie wasserweißem Kolophonium mit Aktivatoren bestehenden Gruppe ist.

7. Sicherungswiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz (9) im wesentlichen ein Mitglied der Gruppe ist, die aus Phenolharz, Harnstoffharz, Melaminharz, Epoxyharz, ungesättigtem Polyesterharz, Polyäthylen, Polypropylen, Polyvinylidenchlorid, Polystyrol, Acrvlonitril-Butadien-Styrol-Harz, Butadien-Styrol, Butylgummi, Äthylenpropylengummi und deren Mischungen besteht

8. Sicherungswiderstand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Harz (11) im wesentlichen ein Mitglied der Gruppe ist, die besteht aus

j Phenolharz, Harnstofiharz, Melaminharz, Epoxyharz, 'ungesättigtem Polyesterharz, Polyäthylen, Polypropylen, Polyvinylidenchlorid, Polystyrol, Acrylonitril-Butadien-Styrol-Harz, Butadien-Styrol, Butylharz, Äthylenpropylengummi und deren Mischungen.

9. Sicherungswiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz (9) im wesentlichen aus ■ hochdichtem Polyäthylen besteht

10. Sicherungswiderstand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Harz (11) im wesentlichen aus Epoxyharz besteht

11. Sicherungswiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kieselerdepulver (7) eine mittlere Teilchengröße von 0,3 bis 20 pm hat

12. Sicherungswiderstand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Anschlußklemmen (3) mit einem Lot überzogen sind.

13 Sicherungswiderstand nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Anschlußklemmen (3) einen Wärmeleitwert von 0,1 bis 0,4 cal/ ,cm. s. ⁰C aufweisen.

14. Sicherungswiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz (9) im wesentlichen aus hochdichtem Polyäthylen, das organische Flußmittelpulver (8) im wesentlichen aus wasserweißem Kolophonium mit einem Aktivator, und das leitende Pulver (6) im wesentlichen aus einem niedrigschmelzenden, Wismut, Kadmium und Indium enthaltenden Lot bestehen.