WO2002023575A1 - Sicherungseinsatz, verfahren zu seiner herstellung und lotsubstanz - Google Patents

Sicherungseinsatz, verfahren zu seiner herstellung und lotsubstanz Download PDF

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WO2002023575A1
WO2002023575A1 PCT/EP2001/010499 EP0110499W WO0223575A1 WO 2002023575 A1 WO2002023575 A1 WO 2002023575A1 EP 0110499 W EP0110499 W EP 0110499W WO 0223575 A1 WO0223575 A1 WO 0223575A1
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solder
tin
carrier
copper
substance
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PCT/EP2001/010499
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Alexander Etschmaier
Helmut Wieser
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00—Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/02—Details
    • H01H85/04—Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges
    • H01H85/05—Component parts thereof
    • H01H85/055—Fusible members
    • H01H85/08—Fusible members characterised by the shape or form of the fusible member
    • H01H85/11—Fusible members characterised by the shape or form of the fusible member with applied local area of a metal which, on melting, forms a eutectic with the main material of the fusible member, i.e. M-effect devices

Definitions

  • the invention initially relates to a fuse link, in particular for low-voltage high-performance fuses, NH fuses, which has at least one fuse element with a solder substance in a solder deposit of a carrier, specifically according to the preamble of claim 1.
  • the solder is on the base is made of tin and the base is made of copper.
  • fuse links are common on the market.
  • a tin-cadmium alloy is usually used as the solder substance.
  • SnCd 80 ie an alloy with 80 percent by weight tin and 20 percent by weight cadmium, is common. Recently, one would like to avoid cadmium for reasons of environmental protection.
  • fuse links on the market whose fusible conductors have a solder substance made of SnBi 95 5. The melting times of the fusible conductors provided with this solder vary considerably more than those with the conventional SnCd solders.
  • SnBi solders generally tend to melt away. To prevent this, the solder is covered with a silicone-containing layer in a fuse link on the market. The extinguishing behavior of the fuse link when the silicone decomposes can deteriorate significantly as a result of the carbon atoms.
  • the fusible conductor and solder system should generally be designed so that if overflows are present for a longer period of time, the solder melts locally, dissolves the material of its carrier, ie the contact conductor, and thus speeds up the shutdown. This is usually referred to as an M effect.
  • the solder should meet the following conditions: - Adequate solubility of the solder substance for the fuse element material, usually copper,
  • An organic coating has already been provided as a solder stopping agent, which is intended to prevent the solder from flowing away in the case of a solder substance without cadmium.
  • solder stopping agent which is intended to prevent the solder from flowing away in the case of a solder substance without cadmium.
  • the invention is based on the object of developing a fuse link which works with a cadmium-free solder on the fuse element and in which the problems described, in particular the scattering of the switch-off values and the flow of the solder, are improved so that the otherwise good properties of cadmium-containing ones Fusible conductor systems can be achieved.
  • a fuse link according to claim 1.
  • the solder contains as an active substance a tin alloy with two further constituents, a first constituent by weight percentage being larger but being smaller by weight percentage than the proportion the basic substance tin, is then selected to lower the melting temperature of the solder.
  • a second component, smaller by weight percent, is a substance that does not dissolve in the tin, where due to the formation of crystallization nuclei on cooling from the liquid to the solid state, which result in a fine structure and prevent coarsening of the structure under load on the fuse.
  • Such a fusible link solder system can be tuned to have a scattering behavior similar to that using cadmium and suitable response times.
  • the fine structure obviously promotes the dissolution of the carrier material, i.e. the fuse element, which means that the same melting times and the same melting behavior as for fuse elements with conventional cadmium-containing ones
  • Fusible conductor solders can be achieved. As a result, the melting process is not subjected to separate energy conversion, so that additional heating does not occur.
  • Claims 2 to 6 relate to advantageous developments of the solder fusible link system.
  • the invention is based on the further object of further developing a cadmium-free fuse link in such a way that the solder is promoted in its resistance to flow.
  • the described object is achieved by a fuse link according to claim 7.
  • the solder as solder material in the solder depot of a carrier, and / or the carrier is provided with an oxide skin.
  • the oxide skin can be formed thermally or chemically. It is sufficient if the oxide skin is formed in the boundary area between the solder and the carrier.
  • the wetting of the carrier can also be controlled as desired by the geometry of the oxidized areas.
  • the invention further relates to a method for producing a fuse link, according to which solder and / or carrier are subjected to a thermal treatment in an oxidizing atmosphere.
  • a method for producing a fuse link is also provided, according to which the solder and / or the carrier is treated with a substance affine to the solder and / or carrier.
  • a sodium sulfide solution is particularly suitable for this.
  • a substance affine to the solder and / or carrier can be applied between absorbent rollers and impregnated with the affine substance.
  • solder material consisting of a tin-bismuth-copper alloy, a tin-indium-copper alloy or a tin-bismuth-iron alloy.
  • a solder material which has a tin-bismuth-copper alloy with 10% to 30% bismuth and 0.3% to 1.0% copper, together with tin 99.5%, the rest usual impurities, has proven to be particularly advantageous having.
  • melting tests are plotted in a diagram, with a conventional tin-cadmium-solder substance being illustrated in its switch-off behavior over several tests according to the prior art for comparison.
  • the switch-off behavior of tin-bismuth copper at various proportions is illustrated.
  • FIG. 2 a comparison is shown, on the left for cadmium-free solder without copper, on the right for an embodiment according to the invention with cadmium-containing solder and tin-bismuth with copper, a fusible conductor with a constriction in front of a solder depot after the fusible conductor responds and when the fusible conductor is interrupted.
  • the response time of the fuse element is on the ordinate in seconds until it is interrupted tin alloys with the specified constituents and their proportions are plotted on the abscissa. The results are plotted over several tests.
  • Copper served as the carrier for the solder.
  • Tin-cadmium serves as an orientation value.
  • bismuth is a proportion in weight percentages of 25%, 15% and 5% respectively under a load of 32 A phase current, in this case equivalent to 1.6 times the rated current, wor ⁇ examines the.
  • the proportions of copper are each ' 0.8%.
  • the proportion of tin in the difference is 99.5%, with the rest making up common impurities.
  • the first further component of the tin alloy is in a smaller proportion than the proportion of the basic substance tin. This component lowers the melting temperature of the solder. Bismuth was used for this in the present case.
  • a second component, which is smaller by weight percent, is a substance that does not dissolve in the tin, which causes crystallization nuclei when cooling from the liquid to the solid state, which result in a fine structure. Copper was used here.
  • the diagram according to FIG. 1 shows the scattering behavior of the respective alloy and, for a specific geometry of the fusible conductor, with a constriction in front of the solder, the time until the device responds and until it is switched off. These times can be strongly influenced by the geometry of the fusible conductor and, if applicable, the type and dimensioning of a constriction in front of the solder for a planned current load and when using a specific alloy for the solder.
  • Fuse links with a solder substance of the fuse element made of tin-bismuth-copper alloy, made of tin-indium-copper alloy and made of tin-bis uth-iron alloy have proven to be very suitable.
  • a tin-indium-copper alloy with the components in the ratio and by weight percent has also proven to be favorable: Sn from 70% to 96%, In from 3% to 30%, Cu from 0.3% to 5.0% ,
  • FIG. 2 shows an interrupted constriction in front of the solder depot for a fusible conductor of the same geometric configuration, each in enlarged form, the largest
  • Width of the fuse element in nature is 14 mm.
  • a solder made of tin-bismuth with about 75% tin and 25% bismuth was used for a copper fusible conductor.
  • a total of 99.5%, at 0.5% is usual Impurities, the situation after Interruption of the fusible conductor reproduced by the action of solder.
  • solder and attacked fusible conductor have a fine structure and clean contours in the micrograph. The energy turnover when the fusible conductor melts is thus kept low and the formation of heat cracks is avoided.
  • the behavior of the three-component alloys provided can be further promoted by an oxide skin on the solder in the solder depot and / or on the fuse element, at least in the vicinity of the solder depot.
  • an oxide skin can prevent the melting solder from flowing off when the fuse element responds in the fuse link. This measure of using an oxide skin in a targeted manner can generally be used for solders that are not inherently stationary, regardless of the usual structure of the solder or the alloy serving as solder.
  • Such an oxide skin can be formed thermally or chemically.
  • Carriers are treated in an oxidizing atmosphere. You can work with local heat, for example through a clamp.
  • Substances affine to the solder or to the carrier are suitable for chemical treatment.
  • the fusible conductor can be treated with a sodium sulfide solution. In the simplest case, this can be done by brushing or by absorbent rollers soaked in the affine substance, which roll over the fusible conductor at the desired location. To prevent the solder from flowing out even more reliably, it is sufficient to carry out an oxidation only in the area of the solder and the adjacent areas of the carrier.
  • Cadmium-free solder materials for fuse links can advantageously be a tin-bismuth-copper alloy, a tin Indium-copper alloy or a tin-bismuth-iron alloy. Without considering a geometrical configuration of the fuse element, it is advantageous if the proportions are as follows, each in percent by weight:

Landscapes

  • Fuses (AREA)
  • Coating With Molten Metal (AREA)

Abstract

Sicherungseinsatz, insbesondere für Niederspannungs-Hochleistungs-Sicherungen, NH-Sicherungen, der zumindest einen Schmelzleiter mit einer Lotsubstanz in einem Lotdepot eines Trägers aufweist, wobei das Lot auf der Basis von Zinn und der Träger auf der Basis von Kupfer gebildet ist. Es ist vorgesehen, dass das Lot als wirksame Substanz eine Zinn-Legierung mit zwei weiteren Bestandteilen enthält, wobei ein erster, nach Gewichtsprozenten größerer Bestandteil, der aber nach Gewichtsprozenten kleiner ist als der Anteil der Grundsubstanz Zinn, danach ausgewählt ist, die Schmelztemperatur des Lotes herabzusetzen und ein zweiter nach Gewichtsprozenten kleinerer Bestandteil ein Stoff ist, der sich im Zinn nicht löst, wodurch beim Abkühlen vom flüssigen in den festen Zustand Kristallisationskeime entstehen, die ein feines Gefüge bewirken und eine Vergröberung des Gefüges unter Belastung verhindern.

Description

Beschreibung
Sicherungseinsatz, Verfahren zu seiner Herstellung und Lotsubstanz
Die Erfindung bezieht sich zunächst auf einen Sicherungseinsatz, insbesondere für Niederspannungs-Hochleistungs-Siche- rungen, NH-Sicherungen, der zumindest einen Schmelzleiter mit einer Lotsubstanz in einem Lotdepot eines Trägers aufweist, im Einzelnen nach Gattungsbegriff von Patentanspruch 1. Hierbei ist das Lot auf der Basis von Zinn und der Träger auf der Basis von Kupfer gebildet. Derartige Sicherungseinsätze sind auf dem Markt üblich.
Bei den auf dem Markt befindlichen Sicherungseinsätzen dient als Lotsubstanz meistens eine Zinn-Cadmium-Legierung. Üblich ist SnCd 80 20, also eine Legierung mit 80 Gewichtsprozent Zinn und 20 Gewichtsprozent Cadmium. Neuerdings möchte man Cadmium aus Gründen des Umweltschutzes vermeiden. Es sind Si- cherungseinsätze auf dem Markt, deren Schmelzleiter eine Lotsubstanz aus SnBi 95 5 aufweisen. Hierbei streuen die Abschmelzzeiten der mit diesem Lot versehenen Schmelzleiter deutlich weiter als die mit den herkömmlichen SnCd-Loten.
SnBi-Lote neigen allgemein zum Zerfließen. Um dies zu verhindern, ist bei einem auf dem Markt befindlichen Sicherungseinsatz das Lot mit einer Silikon enthaltenden Schicht abgedeckt. Hierbei kann das Löschverhalten des Sicherungseinsatzes beim Zersetzen des Silikons infolge der Kohlenstoffatome sich deutlich verschlechtern.
Das System Schmelzleiter und Lot ist generell so auszulegen, dass bei länger anstehenden Überströmen das Lot örtlich aufschmilzt, den Werkstoff seines Trägers, also den Sch elzlei- ter anlöst und damit das Abschalten beschleunigt. Man spricht hier üblicherweise von einem M-Effekt. Das Lot soll dabei folgenden Bedingungen genügen: - Eine ausreichende Löslichkeit der Lotsubstanz für den Schmelzleiterwerkstoff, in der Regel Kupfer,
- kein Zerfließen des Lotes während des Äbschmelzens, - Lotbrückeη zwischen den Enden des abgeschmolzenen Schmelzleiters sollen vermieden werden.
Als Lotstoppmittel, das ein Zerfließen des Lotes bei einer Lotsubstanz ohne Cadmium verhindern soll, ist bereits eine organische Beschichtung vorgesehen worden. Hierdurch kann man' zwar das Zerfließen von Lotsubstanzen ohne Cadmium vermeiden, durch die thermische Zersetzung der organischen Matrix beim Abschmelzen des Schmelzleiters, also zum Abschalten der Sicherung, kann sich jedoch ein elektrisch leitender Kunst- stofffilm bilden, wodurch das Trennen des Stromkreises verhindert sein kann.
Das Problem des Zerfließens besteht, .seit man versucht, mit cadmiumfreien Loten zu arbeiten.
Der Erfindung liegt zunächst die Aufgabe zugrunde, einen Sicherungseinsatz zu entwickeln, der mit einem cadmiumfreien Lot auf dem Schmelzleiter arbeitet und bei dem die geschilderten Probleme, insbesondere des Streuens der Abschaltwerte und des Zerfließens des Lotes so verbessert werden, dass die ansonsten guten Eigenschaften von cadmiumhaltigen Schmelzleitersystemen erzielt werden.
Die Lösung der geschilderten Aufgabe erfolgt nach der Erfin- düng zunächst durch einen Sicherungseinsatz nach Anspruch 1. Das Lot enthält hierbei als wirksame Substanz eine Zinnlegierung mit zwei weiteren Bestandteilen, wobei ein erster nach Gewichtsprozenten größerer Bestandteil, der aber nach Gewichtsprozenten kleiner ist als der Anteil der Grundsubstanz Zinn, danach ausgewählt ist, die Schmelztemperatur des Lotes herabzusetzen. Ein zweiter, nach Gewichtsprozenten kleinerer Bestandteil ist ein Stoff, der sich im Zinn nicht löst, wo- durch beim Abkühlen vom flüssigen in den festen Zustand Kristallisationskeime entstehen, die ein feines Gefüge bewirken und eine Vergröberung des Gefüges unter Belastung der Sicherung verhindern. Ein derartiges Schmelzleiter-Lot-System lässt sich darauf abstimmen, ein ähnliches Streuverhalten wie unter Verwendung von Cadmium und geeignete Ansprechzeiten aufzuweisen. Das feine Gefüge fördert offenbar die Auflösung des Trägerwerkstoffes, also des Schmelzleiters, wodurch die selben Abschmelzzeiten und gleichartiges Abschmelzverhalten wie bei Schmelzleitern mit herkömmlichen cadmiumhaltigen
Schmelzleiter-Loten erzielt werden. Der Abschmelzvorgang wird dadurch nicht gesonderter Energieumsetzung ausgesetzt, so dass eine zusätzliche Erwärmung unterbleibt.
Die Ansprüche 2 bis 6 beziehen sich auf vorteilhafte Weiterbildungen des Lot-Schmelzleiter-Systems.
Der Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, einen cadmiumfreien Sicherungseinsatz dahingehend weiterzuentwickeln, dass das Lot in seiner Beständigkeit gegen Zerfließen gefördert wird. Die Lösung der geschilderten Aufgabe erfolgt nach der Erfindung durch einen Sicherungseinsatz nach Anspruch 7. Hiernach wird das Lot, als Lotwerkstoff im Lotdepot eines Trägers, und bzw. oder der Träger mit einer Oxidhaut verse- hen. Die Oxidhaut kann thermisch gebildet werden oder chemisch. Es genügt, wenn die Oxidhaut im Grenzbereich zwischen Lot und Träger ausgebildet ist. In der Praxis kann man in Verbindung mit den üblichen geometrischen Konfigurationen im Bereich des Lotes oder in dessen Nähe die Benetzung des Trä- gers auch in gewünschter Weise durch die Geometrie der oxi- dierten Bereiche steuern.
Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Verfahren zur Herstellung eines Sicherungseinsatzes, wonach Lot und/oder Trä- ger einer thermischen Behandlung in oxidierender Atmosphäre unterzogen werden. Es ist weiter ein Verfahren zur Herstellung eines Sicherungseinsatzes vorgesehen, wonach das Lot und/oder der Träger mit einer zum Lot und bzw. oder Träger affinen Substanz behandelt wird. Insbesondere eignet sich hierfür eine Natrium-Sulfid-Lösung.
Eine zum Lot und/oder Träger affine Substanz kann zwischen saugfähigen und mit der affinen Substanz getränkten Rollen aufgetragen werden.
Schließlich erfolgt die Lösung der gestellten Aufgaben erfin- dungsgemäß durch einen Lotwerkstoff, bestehend aus einer Zinn-Bismuth-Kupfer-Legierung, einer Zinn-Indium-Kupfer- Legierung oder einer Zinn-Bismuth-Eisen-Legierung. Als besonders vorteilhaft hat sich ein Lotwertstoff herausgestellt, der eine Zinn-Bismuth-Kupfer-Legierung mit 10 % bis 30 % Bis- muth und 0,3 % bis 1,0 % Kupfer, zusammen mit Zinn 99,5 %, Rest übliche Verunreinigungen aufweist.
Die Erfindung soll nun anhand der Zeichnung und anhand von Beispielen näher erläutert werden.
In FIG 1 sind Abschmelzversuche in einem Diagramm aufgetragen, wobei links zum Vergleich eine herkömmliche Zinn- Cadmium-Lot-Substanz in ihrem Abschaltverhalten über mehrere Versuche nach dem Stand der Technik veranschaulicht ist. In den rechts folgend aufgetragenen Versuchsreihen ist das Abschaltverhalten von Zinn-Bismuth-Kupfer bei verschiedenen Anteilen veranschaulicht.
In FIG 2 sind in Gegenüberstellung, links für cadmiumfreies Lot ohne Kupfer, rechts für ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel mit cadmiumhaltige Lot und Zinn-Bismuth mit Kupfer, jeweils ein Schmelzleiter mit Engstelle vor einem Lotdepot nach Ansprechen des Schmelzleiters und bei unterbrochenem Schmelzleiter wiedergegeben.
Im Diagramm nach FIG 1 ist auf der Ordinate die Ansprechzeit des Schmelzleiters in Sekunden bis zu seiner Unterbrechung aufgetragen und auf der Abszisse sind Zinnlegierungen mit den angegebenen Bestandteilen und ihren Anteilen aufgetragen. Es sind die Ergebnisse über mehrere Versuche aufgetragen. Als Träger für das Lot diente Kupfer. Zinn-Cadmium dient als Ori- entierungswert. Bei den cadmiumfreien Legierungen ist Bismuth mit einem Anteil in Gewichtsprozenten von 25 %, 15 % und 5 % jeweils bei einer Belastung mit 32 A Phasenstrom, hier gleichbedeutend mit dem 1,6-fachen Nennstrom, untersucht wor¬ den. Die Anteile von Kupfer liegen jeweils bei '0,8 % . Der An- teil von Zinn liegt bei der Differenz auf 99,5 %, wobei der Rest übliche Verunreinigungen ausmacht.
Der erste weitere Bestandteil der Zinnlegierung liegt in einem kleineren Anteil vor als der Anteil der Grundsubstanz Zinn. Durch diesen Bestandteil wird die Schmelztemperatur des Lotes herabgesetzt. Im vorliegenden Fall wurde Bismuth dafür eingesetzt. Ein zweiter, nach Gewichtsprozenten kleinerer Bestandteil ist ein Stoff, der sich im Zinn nicht löst, wodurch beim Abkühlen vom flüssigen in den festen Zustand Kristalli- sationskeime entstehen, die ein feines Gefüges bewirken. Hier wurde Kupfer verwendet. Aus dem Diagramm nach FIG 1 ist das Streuverhalten der jeweiligen Legierung zu ersehen und für eine bestimmte Geometrie des Schmelzleiters, mit einer Engstelle vor dem Lot, auch die Zeit bis zum Ansprechen und bis zum Abschalten. Diese Zeiten können für eine vorgesehene Strombelastung und bei Einsatz einer bestimmten Legierung für das Lot durch die Geometrie des Schmelzleiters und ggf. die Art und Bemessung einer Engstelle vor dem Lot stark beein- flusst werden.
Als gut geeignet haben sich Sicherungseinsätze mit einer Lotsubstanz des Schmelzleiters aus Zinn-Bismuth-Kupfer- Legierung, aus Zinn-Indium-Kupfer-Legierung und aus Zinn- Bis uth-Eisen-Legierung erwiesen.
Als besonders günstig hat sich eine Zinn-Legierung mit einem Anteil von 3 % bis 40 % Bismuth und mit 0,3 % bis 5,0 %, je- weils Gewichtsprozente, Kupfer erwiesen. Insgesamt bei einem Anteil von Zinn als Differenz auf 99,5 %, Rest übliche Verunreinigungen.
Als günstig erwiesen hat sich auch eine Zinn-Indium-Kupfer- Legierung mit den Bestandteilen im Verhältnis und nach Gewichtsprozenten: Sn von 70 % bis 96 %, In von 3 % bis 30 %, Cu von 0,3 % bis 5, 0 %.
Unter den Zinn-Bismuth-Kupfer-Legierungen sind solche beson¬ ders günstig, deren Anteile, jeweils in Gewichtsprozent, in nachstehendem Bereich liegen:
Sn von 89 % bis 96 %, Bi von 3 % bis 10 % und Cu von 0, 8 % bis 2,3 % .
Unter den Zinn-Bismuth-Kupfer-Legierungen zeigen besonders wenig Streuung und ein in der Praxis besonders vorteilhaftes Ansprechverhalten jene mit einem Anteil in Gewichtsprozente von:
Sn von 69 % bis 89 %, Bi von 10 % bis 30 %, Cu von 0,3 % bis 1,0 % .
Insgesamt 99,5 %, Rest übliche Verunreinigungen.
In FIG 2 sind für einen Schmelzleiter gleicher geometrischer Konfiguration eine unterbrochene Engstelle vor dem Lotdepot wiedergegeben, jeweils in Vergrößerung, wobei die größte
Breite des Schmelzleiters in Natur 14 mm beträgt. In der linken Abbildung wurde bei einem Kupferschmelzleiter zum Vergleich ein Lot aus Zinn-Bismuth mit etwa 75 % Zinn und 25 % Bismuth verwendet. In der rechten Abbildung der FIG 2 ist für eine Zinn-Bismuth-Kupfer-Legierung bei 25 % Bismuth und 0,8 % Kupfer und einem Anteil von Zinn von 73,7 %, insgesamt 99,5 %, bei 0,5 % üblichen Verunreinigungen, die Situation nach Unterbrechung des Schmelzleiters durch die Loteinwirkung wiedergegeben. Man kann sich vorstellen, dass Lot und angegriffener Schmelzleiter im Schliffbild ein feines Gefüge und saubere Konturen aufweisen. Der Energieumsatz beim Abschmelzen des Schmelzleiters wird somit gering gehalten und die Entstehung von Wärmerissen vermieden.
Das Verhalten der vorgesehenen Dreistofflegierungen kann durch eine Oxidhaut auf dem Lot im Lotdepot und/oder auf dem Schmelzleiter, zumindest in der Umgebung des Lotdepots, weiter gefördert werden. Durch eine derartige Oxidhaut kann man ein Abfließen des schmelzenden Lots beim Ansprechen des Schmelzleiters im Sicherungseinsatz verhindern. Diese Maßnahme, eine Oxidhaut gezielt einzusetzen, lässt sich allgemein bei Loten einsetzen, die nicht von Haus aus ortsbeständig sind, unabhängig vom üblichen Aufbau des Lotes bzw. der als Lot dienenden Legierung.
Eine derartige Oxidhaut kann thermisch oder chemisch gebildet sein. Zur thermischen Oxidation kann das Lot und/oder der
Träger in oxidierender Atmosphäre behandelt werden. Man kann gezielt mit örtlicher Wärmeeinwirkung, beispielsweise durch eine Klamme, arbeiten.
Für eine chemische Behandlung eignen sich zum Lot bzw. oder zum Träger affine Substanzen. So kann bei einem Träger auf der Basis von Kupfer der Schmelzleiter mit einer Natrium- Sulfid-Lösung behandelt werden. Dies kann im einfachsten Fall durch Aufpinseln oder durch saugfähige und mit der affinen Substanz getränkte Rollen erfolgen, die über den Schmelzleiter an der gewünschten Stelle hinwegrollen. Um ein Ausfließen des Lotes noch sicherer zu verhindern, genügt es, nur im Bereich des Lotes und der angrenzenden Bereiche des Trägers eine Oxidation vorzunehmen.
Cadmiumfreie Lotwerkstoffe für Sicherungseinsätze können vorteilhaft eine Zinn-Bismuth-Kupfer-Legierung, eine Zinn- Indium-Kupfer-Legierung oder eine Zinn-Bismuth-Eisen-Legie- rung sein. Hierbei ist es ohne Berücksichtung einer geometrischen Konfiguration des Schmelzleiters günstig, wenn die Anteile wie folgt vorliegen, jeweils in Gewichtsprozent:
Bismuth 10 % bis 30 %,
Kupfer 0,3 % bis 1,0 %, zusammen mit Zinn 99,5 %, Rest Verunreinigungen.

Claims

Patentansprüche
1. Sicherungseinsatz, insbesondere für Niederspannungs- Hochleistungs-Sicherungen, NH-Sicherungen, der zumindest ei- nen Schmelzleiter mit einer Lotsubstanz in einem Lotdepot ei¬ nes Trägers aufweist, wobei das Lot auf der Basis von Zinn und der Träger auf der Basis von Kupfer gebildet ist, d a- d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Lot als wirksame Substanz eine Zinn-Legierung mit zwei weiteren Be- standteilen enthält, wobei ein erster, nach Gewichtsprozenten größerer Bestandteil, der aber nach Gewichtsprozenten kleiner ist als der Anteil der Grundsubstanz Zinn, danach ausgewählt ist, die Schmelztemperatur des Lotes herabzusetzen und ein zweiter nach Gewichtsprozenten kleinerer Bestandteil ein Stoff ist, der sich im Zinn nicht löst, wodurch beim Abkühlen vom flüssigen in den festen Zustand Kristallisationskeime entstehen, die ein feines Gefüge bewirken.
2. Sicherungseinsatz nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e- k e n n z e i c h n e t, dass die Lotsubstanz des Schmelzleiters eine Zinn (Sn) -Bismuth (Bi) -Kupfer (Cu) -Legierung, eine Zinn-Indium (In) -Kupfer-Legierung oder eine Zinn-Bismuth- Eisen-Legierung ist.
3. Sicherungseinsatz nach Anspruch 2, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, dass eine Zinn (Sn) -Bismuth (Bi) - Kupfer (Cu) -Legierung ist, die Bestandteile im Verhältnis nach Gewichtsprozenten enthält: Sn von 60 % bis 96 %, Bi von 3 % bis 40 %, Cu von 0,3 % bis 5,0 %, insgesamt 99,5 %, Rest üb- liehe Verunreinigungen.
4. Sicherungseinsatz nach Anspruch 2, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, dass eine Zinn (Sn) -Indium(In) - Kupfer (Cu) -Legierung ist, die Bestandteile im Verhältnis nach Gewichtsprozenten enthält: Sn von 70 % bis 96 %, In von 3 % bis 30 %, Cu von 0,3 % bis 5,0 %, insgesamt 99,5 %, Rest übliche Verunreinigungen.
5. Sicherungseinsatz nach Anspruch 3, d a d u r c h g e¬ k e n n z e i c h n e t, dass die Lotsubstanz eine Zinn- Bismuth-Kupfer-Legierung ist, mit den Bestandteilen im Ver- hältnis nach Gewichtsprozenten: Sn von 89 % bis 96 , Bi von 3 % bis 10 %, Cu von 0,8% bis 2,3 %, insgesamt 99,5 %, Rest übliche Verunreinigungen.
6. Sicherungseinsatz nach Anspruch 3, d a d u r c h g e- k e n n z e i c h n e t, dass die Lotsubstanz eine Zinn- Bismuth-Kupfer-Legierung ist, mit den Bestandteilen im Ver¬ hältnis nach Gewichtsprozenten: Sn von 69 % bis 89 %, Bi von 10 % bis 30 %, Cu von 0,3 % bis 10 %, insgesamt 99,5 %, Rest übliche Verunreinigungen.
7. Sicherungseinsatz, insbesondere für Niederspannungs- Hochleistungs-Sicherungen, NH-Sicherungen, alternativ auch nach Anspruch 1, der zumindest einen .Schmelzleiter mit einem Lotwerkstoff in einem Lotdepot eines Trägers aufweist, wobei das Lot auf der Basis von Zinn und der Träger auf der Basis von Kupfer gebildet ist, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, dass das Lot, als Lotwerkstoff in einem Lotdepot eines Trägers, und bzw. oder der Träger mit einer Oxidhaut versehen ist.
8. Sicherungseinsatz nach Anspruch 7, d a d u r c h g e¬ k e n n z e i c h n e t, dass die Oxidhaut thermisch gebildet ist.
9. Sicherungseinsatz nach Anspruch 7, d a d u r c h g e¬ k e n n z e i c h n e t, dass die Oxidhaut chemisch gebil¬ det ist.
10. Verfahren zur Herstellung eines Sicherungseinsatzes nach Anspruch 9, wobei der Schmelzleiter mit einem Lotwerkstoff in einem Lotdepot eines Trägers versehen ist und das Lot und/oder der Träger einer thermischen Behandlung in oxidie- render Atmosphäre unterzogen wird.
11. Verfahren zur Herstellung eines Sicherungseinsatzes nach Anspruch 9, wobei der Schmelzleiter mit einem Lotwerkstoff in einem Lotdepot eines Trägers versehen ist und das Lot und/oder der Träger mit einer zum Lot und bzw. oder Träger affinen Substanz behandelt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, d a d u r c h g e¬ k e n n z e i c h n e t, dass bei einem Sicherungseinsatz mit einem Lot auf der Basis von Zinn und einem Träger auf der Basis von Kupfer der Schmelzleiter mit einer Natrium-Sulfid- Lösung behandelt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine zum Lot und/oder Träger affine Substanz zwischen saugfähigen und mit der affinen Substanz getränkten Rollen erfolgt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, d a- d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Oxidation nur im Bereich des Lotes und der angrenzenden Bereiche des Trägers ausgebildet wird.
15. Lotwerkstoff für Sicherungseinsätze, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bestehend aus einer Zinn- Bismuth-Kupfer-Legierung, einer Zinn-Indium-Kupfer-Legierung oder einer Zinn-Bismuth-Eisen-Legierung.
16. Lotwerkstoff nach Anspruch 15, d a d u r c h g e¬ k e n n z e i c h n e t, dass eine Zinn (Sn) -Bismuth (Bi) - Kupfer (Cu) -Legierung die Anteile nach Gewichtsprozenten aufweist: Bi 10 % bis 30 %, Cu 0,3 % bis 1,0 %, insgesamt mit Zinn 99,5 %, Rest übliche Verunreinigungen.
PCT/EP2001/010499 2000-09-13 2001-09-11 Sicherungseinsatz, verfahren zu seiner herstellung und lotsubstanz WO2002023575A1 (de)

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