Sicherungsdrahtmaterialien

Eigenschaften und Materialien von Sicherungselementen

Die für Sicherungselemente ausgewählten Materialien müssen über eine spezifische Eigenschaftsmenge verfügen. Sie müssen einen niedrigen Schmelzpunkt haben, um sicherzustellen, dass die Sicherung schnell schmilzt, wenn ein zu hoher Strom fließt, wodurch der Stromkreis unterbrochen und das elektrische System geschützt wird. Darüber hinaus sollten diese Materialien einen geringen ohmschen Verlust aufweisen, um die Energieabgabe während des normalen Betriebs zu minimieren. Eine hohe elektrische Leitfähigkeit (äquivalent zu einem niedrigen Widerstand) ist entscheidend, um den Strom effizient fließen zu lassen, ohne signifikante Spannungsabfälle zu verursachen. Kosteneffizienz ist ein weiterer wichtiger Faktor, da Sicherungen in großer Menge in verschiedenen elektrischen Anwendungen verwendet werden. Zudem sollte das Material frei von Eigenschaften sein, die zu einer Degradation oder Versagen im Laufe der Zeit führen könnten, um eine zuverlässige Leistung zu gewährleisten.

Häufig werden Sicherungselemente aus Materialien mit niedrigem Schmelzpunkt hergestellt, wie Zinn, Blei oder Zink. Obwohl diese Metalle für ihre niedrigen Schmelzpunkte bekannt sind, ist es wichtig zu beachten, dass einige Metalle mit hoher spezifischer Widerstandszahl auch einen niedrigen Schmelzpunkt aufweisen können, wie in der unten stehenden Tabelle dargestellt. Diese Materialien bieten eine Balance zwischen der Fähigkeit, unter Fehlerbedingungen schnell zu schmelzen, und dem Bedarf an akzeptabler elektrischer Leistung während des normalen Betriebs.

Sicherungselement-Materialien: Eigenschaften, Anwendungen und Abwägungen

Die üblicherweise für Sicherungselemente verwendeten Materialien umfassen Zinn, Blei, Silber, Kupfer, Zink, Aluminium und ein Legierung aus Blei und Zinn. Jedes Material hat bestimmte Eigenschaften, die es für spezifische Anwendungen in elektrischen Schaltkreisen geeignet machen.

Eine Legierung aus Blei und Zinn wird typischerweise für Sicherungen mit geringen Stromstärken eingesetzt. Wenn jedoch der Strom über 15 A liegt, wird diese Legierung weniger praktikabel. Für Anwendungen mit höheren Strömen würde die Verwendung einer Blei-Zinn-Legierung dickere Sicherungsdrähte erfordern. Infolgedessen wird bei der Schmelze der Sicherung eine große Menge flüssiges Metall freigesetzt, was Sicherheitsrisiken darstellt und möglicherweise zu größeren Schäden an den umliegenden Komponenten führen kann.

Für Schaltkreise mit Stromstärken über 15 A sind Kupferdrahtsicherungen oft die bevorzugte Wahl. Trotz ihrer weit verbreiteten Verwendung hat Kupfer einige bemerkenswerte Nachteile. Um einen vernünftig niedrigen Fusionsfaktor (das Verhältnis des minimalen Fusionsstroms zum Nennstrom) zu erreichen, neigen Kupferdrahtsicherungen dazu, bei relativ hohen Temperaturen zu arbeiten. Diese erhöhte Betriebstemperatur kann im Laufe der Zeit zu Überhitzung des Drahtes führen. Als Folge davon nimmt die Querschnittsfläche des Drahtes allmählich ab, und der Fusionsstrom sinkt ebenfalls. Dieses Phänomen erhöht die Wahrscheinlichkeit eines vorzeitigen Schmelzens, was potenziell zu unnötigen Unterbrechungen des Schaltkreises und Störungen im elektrischen Dienst führen kann.

Silber bietet andererseits mehrere Vorteile als Material für Sicherungselemente. Ein wesentlicher Vorteil ist seine Oxidationsbeständigkeit; Silber bildet keine stabilen Oxide. Selbst wenn sich eine dünne Oxidschicht bildet, ist sie instabil und bricht leicht ab. Diese Eigenschaft stellt sicher, dass die Leitfähigkeit des Silbers durch Oxidation unbeeinträchtigt bleibt und eine konstante elektrische Leistung während seines gesamten Einsatzlebens gewährleistet. Darüber hinaus sorgt die hohe elektrische Leitfähigkeit dafür, dass die Menge des beim Auslösen der Sicherung erzeugten flüssigen Metalls minimiert wird. Diese Reduzierung der Masse des flüssigen Metalls ermöglicht eine schnellere Reaktion der Sicherung, die den Schaltkreis schneller unterbricht, wenn ein Überstrom auftritt. Allerdings beschränkt der hohe Preis des Silbers im Vergleich zu anderen Metallen wie Kupfer oder der Blei-Zinn-Legierung seine weite Verwendung. In den meisten praktischen Anwendungen, bei denen Kosteneffizienz eine wichtige Rolle spielt, werden Kupfer oder Blei-Zinn-Legierungen häufiger als Sicherungsdrähte verwendet.

Zink, wenn es als Sicherungselement verwendet wird, ist in der Regel in Streifenform. Dies liegt daran, dass Zink unter geringen Überlastbedingungen nicht schnell schmilzt. Sein relativ langsames Schmelzverhalten bietet eine gewisse Toleranz für transiente oder geringfügige Überströme, verhindert unnötige Sicherungsbetätigung und reduziert die Wahrscheinlichkeit von Fehlbetätigungen in elektrischen Schaltkreisen.