Das Verhalten von stromdurchflossenen Drähten am Beispiel der Sicherung

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1 Das Verhalten von stromdurchflossenen Drähten am Beispiel der Sicherung André Jöllenbeck Dominic Thauer Elschukom GmbH

2 Gliederung 1. Allg. Informationen zu Sicherungen 2. Schmelzleiter als Herzstück der Sicherung 3. Mathematische Beschreibung von Abschmelzvorgängen bei Drahtschmelzleitern 2

3 1. Allg. Informationen zu Sicherungen 1.1 Geschichte der Sicherung Schutzvorrichtung bzw. elektr. Engstelle in Serie zum Verbraucher Unterbricht bei einem auftretendem Fehlerstrom den Stromkreis irreversibel 3

4 1. Allg. Informationen zu Sicherungen 1.1 Geschichte der Sicherung 4

5 1. Allg. Informationen zu Sicherungen 1.1 Geschichte der Sicherung 5

6 1. Allg. Informationen zu Sicherungen 1.1 Geschichte der Sicherung 6

7 1. Allg. Informationen zu Sicherungen 1.1 Geschichte der Sicherung 7

8 1. Allg. Informationen zu Sicherungen 1.1 Geschichte der Sicherung Schutz der elektronischen Bauteile und deren Anwender! 8

9 1. Allg. Informationen zu Sicherungen 1.1 Geschichte der Sicherung Erste Schmelzsicherungen entwickelt von T.A. Edison Größtenteils Verwendung von offenliegenden Schmelzelementen Blei-Zinn Legierungen sowie Kupfer und Silber dienten als erste Schmelzleitermaterialien 9

10 1. Allg. Informationen zu Sicherungen 1.1 Geschichte der Sicherung 1926 erste nationale Normen und Sicherungspatronen bzw. Schmelzpatronen als gehauste Sicherungslösung steigende Leistungsfähigkeit der Versorgungsnetze führte zur Entwicklung von NH-Sicherungen und Hochspannungs- Sicherungen Einführung einer weltweiten Normung durch CEE/ IEC 10

11 1. Allg. Informationen zu Sicherungen 1.2 Zeit-Strom Verhalten/ wichtige Kenngrößen Wichtige Kenngrößen: Abschaltverhalten wird in Zeit-Strom Kennlinien beschrieben IN Nennstrom UN - Nennspannung 11

12 SEMKO VDE Sweden Germany 1. Allg. Informationen zu Sicherungen 1.3 Normen und Bauformen (UL, IEC, Sondernormen) IEC (International Standard) International Electrotechnical Comission IEC Creates the standard BSI UK Country Approval Agency is testing according to standard 12

13 1. Allg. Informationen zu Sicherungen 1.3 Normen und Bauformen (UL, IEC, Sondernormen) UL/CSA (American/ Canadian Standard) Underwriters Laboratory Inc. UL248-14/ CSA C22.2 Country: America and Canada Creates the standard And Testing Agency 13

14 1. Allg. Informationen zu Sicherungen 1.3 Normen und Bauformen (UL, IEC, Sondernormen) Japan China METI and CCC basically conform acc. to IEC 14

15 2. Schmelzleiter als Herzstück der Sicherung 2.1 gebräuchliche Schmelzleitermaterialien/ Bauformen Unsere Standards in der Beschichtungstechnik sind: Reinmetalle oder Legierungen aus Kupfer Zinn Silber Zink Eisen (Platin) Nickel (Gold)... Wolfram (div. Lote) 15

16 2. Schmelzleiter als Herzstück der Sicherung 2.1 gebräuchliche Schmelzleitermaterialien/ Bauformen 16

17 2. Schmelzleiter als Herzstück der Sicherung 2.1 gebräuchliche Schmelzleitermaterialien/ Bauformen 17

18 2. Schmelzleiter als Herzstück der Sicherung 2.1 gebräuchliche Schmelzleitermaterialien/ Bauformen 18

19 2. Schmelzleiter als Herzstück der Sicherung 2.3 Abschmelzverhalten unterschied. Materialien bzw. Materialkomb. FF unverzinnte Materialien evtl. mit Engstelle F unverzinnte Materialien T verzinnte Materialien TT verzinnte Materialien, Wickelschmelzleiter 19

20 3. Mathematische Beschreibung von Abschmelzvorgängen bei Drahtschmelzleitern 3.1 Grundlagen zum Berechnungsmodell Ziel: Berechnung von Zeit-Strom Kennlinien für Drahtschmelzleiter auf Basis von materialspezifischen Eigenschaften 20

21 3. Mathematische Beschreibung von Abschmelzvorgängen bei Drahtschmelzleitern 3.1 Grundlagen zum Berechnungsmodell Räumlich, globales Berechnungsmodell 21

22 3. Mathematische Beschreibung von Abschmelzvorgängen bei Drahtschmelzleitern 3.1 Grundlagen zum Berechnungsmodell 22

23 3. Mathematische Beschreibung von Abschmelzvorgängen bei Drahtschmelzleitern 3.2 Einfluss der Materialparameter auf Zeit-Strom Kennlinie/ unverzinnte Schmelzleiter Spezifischer, elektrischer Widerstand ρ Wärmeleitfähigkeit - λ Spezifische Wärmekapazität c Dichte γ Schmelztemperatur - Tm 23

24 3. Mathematische Beschreibung von Abschmelzvorgängen bei Drahtschmelzleitern 3.3 Einfluss der Kupfer - Zinn/ Silber - Zinn Wechselwirkung auf die Zeit-Strom Kennlinie Mathematische Beschreibung verzinnter SL noch nicht möglich! Betrachtung diffusionsgesteuerter Abschmelzvorgänge am Beispiel der Cu-Sn Wechselwirkung 24

25 3. Mathematische Beschreibung von Abschmelzvorgängen bei Drahtschmelzleitern 3.3 Einfluss der Kupfer - Zinn/ Silber - Zinn Wechselwirkung auf die Zeit-Strom Kennlinie Cu,Sn30% Ø0,169/0,220 unbelastet 25

26 3. Mathematische Beschreibung von Abschmelzvorgängen bei Drahtschmelzleitern 3.3 Einfluss der Kupfer - Zinn/ Silber - Zinn Wechselwirkung auf die Zeit-Strom Kennlinie Cu,Sn30% Ø0,169/0,220 Belastung von 350 C/15min 26

27 3. Mathematische Beschreibung von Abschmelzvorgängen bei Drahtschmelzleitern 3.3 Einfluss der Kupfer - Zinn/ Silber - Zinn Wechselwirkung auf die Zeit-Strom Kennlinie Cu,Sn30% Ø0,169/0,220 Belastung von 350 C/15min ε - Phase: Cu3Sn η - Phase: Cu6Sn3 27

28 3. Mathematische Beschreibung von Abschmelzvorgängen bei Drahtschmelzleitern 3.3 Einfluss der Kupfer - Zinn/ Silber - Zinn Wechselwirkung auf die Zeit-Strom Kennlinie Cu,Sn30% Ø0,169/0,220 Belastung von 500 C/10min 28

29 3. Mathematische Beschreibung von Abschmelzvorgängen bei Drahtschmelzleitern 3.3 Einfluss der Kupfer - Zinn/ Silber - Zinn Wechselwirkung auf die Zeit-Strom Kennlinie Cu,Sn30% Ø0,169/0,220 Belastung von 500 C/10min δ Phase: Cu31Sn8 ε - Phase: Cu3Sn 29

30 3. Mathematische Beschreibung von Abschmelzvorgängen bei Drahtschmelzleitern 3.3 Einfluss der Kupfer - Zinn/ Silber - Zinn Wechselwirkung auf die Zeit-Strom Kennlinie 30

31 3. Mathematische Beschreibung von Abschmelzvorgängen bei Drahtschmelzleitern 3.3 Einfluss der Kupfer - Zinn/ Silber - Zinn Wechselwirkung auf die Zeit-Strom Kennlinie 31

32 Weitere Informationen unter:

33 Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit! 33