Das Verhalten von stromdurchflossenen Drähten am Beispiel der Sicherung

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

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

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

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

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

1. Allg. Informationen zu Sicherungen 1.1 Geschichte der Sicherung 1880 - Erste Schmelzsicherungen entwickelt von T.A. Edison Größtenteils Verwendung von offenliegenden Schmelzelementen Blei-Zinn Legierungen sowie Kupfer und Silber dienten als erste Schmelzleitermaterialien 9

1. Allg. Informationen zu Sicherungen 1.1 Geschichte der Sicherung 1926 erste nationale Normen und Sicherungspatronen bzw. Schmelzpatronen als gehauste Sicherungslösung 1927 1937 steigende Leistungsfähigkeit der Versorgungsnetze führte zur Entwicklung von NH-Sicherungen und Hochspannungs- Sicherungen Einführung einer weltweiten Normung durch CEE/ IEC 10

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

SEMKO VDE Sweden Germany 1. Allg. Informationen zu Sicherungen 1.3 Normen und Bauformen (UL, IEC, Sondernormen) IEC (International Standard) International Electrotechnical Comission IEC 60127- Creates the standard BSI UK...... Country Approval Agency is testing according to standard 12

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Weitere Informationen unter: www.elschukom.com www.schmelzleiter.de 32

Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit! 33