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Bereich der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine thermische Sicherung vom Legierungstyp
und insbesondere eine Verbesserung einer thermischen Sicherung vom
Legierungstyp mit einer Auslösetemperatur von
135 bis 160°C,
und ebenso ein Schmelzsicherungselement, das eine solche Sicherung
konstituiert und das aus einer niedrig schmelzenden Schmelzlegierung
besteht.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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In
einer herkömmlichen
thermischen Sicherung vom Legierungstyp wird ein Stück einer
niedrig schmelzenden Schmelzlegierung, auf das ein Flussmittel aufgebracht
wird, als Schmelzsicherungselement verwendet. Eine solche thermische
Sicherung wird an einer zu schützenden
elektrischen Einrichtung angebracht. Wenn die elektrische Einrichtung
in anormaler Weise Wärme
erzeugt, tritt ein Phänomen auf
bei dem das Stück
der niedrig schmelzenden Schmelzlegierung durch die erzeugte Wärme verflüssigt wird,
das geschmolzene Metall aufgrund der Oberflächenspannung bei gleichzeitigem
Vorhandensein des bereits geschmolzenen Flussmittels sphäroidisiert
wird und das Legierungsstück
schließlich
infolge des Fortschreitens der Sphäroidisierung bricht, wodurch
die Stromversorgung der Einrichtung unterbrochen wird.
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Die
erste Anforderung, die an eine solche niedrig schmelzende Schmelzlegierung
gestellt wird, ist die, dass die fest-flüssige Region zwischen der Soliduslinie
und der Liquiduslinie eng ist. In einer Legierung besteht normalerweise
zwischen der Soliduslinie und der Liquiduslinie eine fest-flüssige Region.
In dieser Region sind Partikel der festen Phase in einer flüssigen Phase
verteilt, so dass die Region auch Eigenschaften aufweist, die derjenigen
einer flüssigen
Phase ähneln,
und daher kann es zu dem oben erwähnten Bruch aufgrund von Sphäroidisierung
kommen. Infolgedessen besteht die Möglichkeit, dass ein Stück einer
niedrig schmelzenden Schmelzlegierung in einem Temperaturbereich
(mit ΔT
bezeichnet) sphäroidisiert
und bricht, der unterhalb der Liquidustemperatur (mit T bezeichnet)
und in der fest-flüssigen
Region liegt. Daher muss eine thermische Sicherung, in der ein Stück einer
solchen niedrig schmelzenden Schmelzlegierung verwendet wird, als
Sicherung behandelt werden, die bei einer Schmelzsicherungselementtemperatur
im Bereich von (T – ΔT) bis T
auslöst.
Da ΔT kleiner
ist, bzw. da die fest-flüssige
Region enger ist, ist die Auslösetemperatur
einer thermischen Sicherung weniger weit gestreut, so dass eine
thermische Sicherung entsprechend genau bei einer vorbestimmten
Temperatur funktionieren kann. Von einer Legierung, die als Schmelzsicherungselement
einer thermischen Sicherung verwendet werden soll, wird daher verlangt, dass
sie eine enge fest-flüssige
Region aufweist.
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Die
zweite Anforderung, die an eine solche niedrig schmelzende Schmelzlegierung
gestellt wird, ist die, dass der elektrische Widerstand niedrig
ist. Wenn der Temperaturanstieg durch normale Wärmeentwicklung aufgrund des
Widerstandes des Stückes der
niedrig schmelzenden Schmelzlegierung mit ΔT' bezeichnet wird, liegt die Auslösetemperatur
im Wesentlichen um ΔT' niedriger, als wenn
ein solcher Temperaturanstieg nicht auftritt. Weil ΔT' nämlich größer ist,
ist der Betriebsfehler wesentlich größer. Daher wird von einer Legierung,
die als Schmelzsicherungselement einer thermischen Sicherung verwendet
werden soll, ein niedriger spezifischer Widerstand verlangt.
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Eine
thermische Sicherung wird durch Wärmezyklen einer Einrichtung
wiederholt erwärmt
und abgekühlt.
Während
der Wärmezyklen
wird die Rekristallisation eines Schmelzsicherungselementes gefördert. Wenn
die Duktilität
des Schmelzsicherungselementes übermäßig hoch
ist, kommt es in dem Grenzbereich zwischen verschiedenen Phasen in
der Legierungsstruktur zu erhöhter
Verzerrung (Gleitung). Wiederholt sich die Verzerrung, so werden
in extremem Ausmaß eine
Veränderung
der Querschnittsfläche
und eine Erhöhung
der Länge des
Schmelzsicherungselementes bewirkt. Infolgedessen wird der Widerstand
des Schmelzsicherungselementes selbst instabil, und die thermische
Stabilität
kann nicht gewährleistet
werden. Daher muss als weitere Anforderung, die an eine solche niedrig schmelzende
Schmelzlegierung gestellt wird, auch die thermische Stabilität hervorgehoben
werden.
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In
einem Legierungselement einer thermischen Sicherung mit einer Auslösetemperatur
von 135 bis 160°C
muss die fest-flüssige
Region in der Nähe
von 140 bis 160°C
liegen, und das oben erwähnte ΔT (der Temperaturbereich,
der zu der fest-flüssigen
Region gehört)
muss innerhalb eines zulässigen
Bereiches liegen (nicht größer als
4°C). Als
Legierung mit einem niedrigen spezifischen Widerstand, die kein
Pb, Cd, Hg oder Tl enthält,
also kein für
das ökologische
System offenbar schädliches
Metall, um so für
den Umweltschutz geeignet zu sein, was in jüngerer Zeit eine globale Anforderung ist,
sind zum Beispiel aus dem US-Patent Nr. 6,222,438 B1 bekannt: In
(Schmelzpunkt: 157°C), eine
In-Sb-Legierung (99% In und 1% Sb (% bedeutet ein Gewichtspozent;
dasselbe gilt in der folgenden Beschreibung)), die bei 155°C eutektisch
ist, und aus dem US-Patent Nr. 4,581,674 eine In-Ag-Legierung (97%
In und 3% Ag), die bei 141°C
eutektisch ist.
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Da
eine solche Legierung als Hauptbestandteil In enthält, ist
die Legierung jedoch so duktil, dass sie kaum einem Prozess des
Ziehens zu einem dünnen
Draht von ca. 300 μmø zu unterziehen
ist und daher kaum für
die Miniaturisierung einer thermischen Sicherung geeignet ist. Außerdem hat
eine solche Legierung eine niedrige Elastizitätsgrenze. Daher gibt ein Schmelzsicherungselement
durch thermische Beanspruchung aufgrund von Wärmezyklen nach, und es kommt
zu einer Gleitung in der Legierungsstruktur. Infolge eines wiederholten
Auftretens einer solchen Gleitung verändern sich die Querschnittsfläche und
die Länge
des Schmelzsicherungselementes, so dass der Widerstand des Elementes
selbst instabil ist und die thermische Stabilität nicht gewährleistet werden kann.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Schmelzsicherungselement und
eine thermische Sicherung vom Legierungstyp, die ein solches Schmelzsicherungselement
verwendet, zur Verfügung
zu stellen, bei welcher, obwohl als Hauptbestandteil der Legierungszusammensetzung
des Schmelzsicherungselementes In enthalten ist und während den
Anforderungen einer Auslösetemperatur
von 135 bis 160°C,
des Umweltschutzes und eines niedrigen spezifischen Widerstandes
genügt wird,
der Durchmesser des Schmelzsicherungselementes sehr dünn gestaltet
bzw. auf ca. 300 μmø reduziert
werden kann und die thermische Stabilität zufriedenstellend gewährleistet
werden kann.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst die thermische Sicherung vom
Legierungstyp ein Schmelzsicherungselement mit einer Legierungszusammensetzung,
in der insgesamt 0,01 bis 7 Gewichtsanteile von wenigstens einem
Bestandteil, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Au, Bi, Cu,
Ni und Pd besteht, zu 100 Gewichtsanteilen In hinzugefügt sind.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung hat die thermische Sicherung vom Legierungstyp
bzw. das Schmelzsicherungselement eine Legierungszusammensetzung,
in der insgesamt 0,01 bis 7 Gewichtsanteile von wenigstens einem
Bestandteil, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Au, Bi, Cu,
Ni und Pd besteht, zu 100 Gewichtsanteilen einer Zusammensetzung
aus 90 bis 99,9% In und 0,1 bis 10% Ag hinzugefügt sind.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist die thermische Sicherung vom Legierungstyp
eine thermische Sicherung, in der ein Schmelzsicherungselement aus einer
niedrig schmelzenden Schmelzlegierung besteht, wobei die niedrig
schmelzende Schmelzlegierung eine Legierungszusammensetzung aufweist,
in der insgesamt 0,01 bis 7 Gewichtsanteile von wenigstens einem
Bestandteil, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Au, Bi, Cu,
Ni und Pd besteht, zu 100 Gewichtsanteilen einer Zusammensetzung
aus 95 bis 99,9% In und 0,1 bis 5% Sb hinzugefügt sind.
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Für das oben
Gesagte gilt, dass die Legierungszusammensetzungen unvermeidliche
Verunreinigungen enthalten dürfen,
die bei der Herstellung von Metallen aus Ausgangsmaterialien und
auch beim Schmelzen und Rühren
der Ausgangsmaterialien entstehen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Ansicht eines Beispiels der erfindungsgemäßen thermischen Sicherung vom
Legierungstyp;
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2 ist
eine Ansicht eines weiteren Beispiels der erfindungsgemäßen thermischen
Sicherung vom Legierungstyp;
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3 ist
eine Ansicht eines weiteren Beispiels der erfindungsgemäßen thermischen
Sicherung vom Legierungstyp;
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4 ist
eine Ansicht wiederum eines weiteren Beispiels der erfindungsgemäßen thermischen Sicherung
vom Legierungstyp; und
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5 ist
eine Ansicht wiederum eines weiteren Beispiels der erfindungsgemäßen thermischen Sicherung
vom Legierungstyp.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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In
der erfindungsgemäßen thermischen
Sicherung vom Legierungstyp kann ein kreisförmiger Draht mit einem Außendurchmesser
von 200 bis 600 μmø, vorzugsweise
250 bis 350 μmø, oder
ein flacher Draht mit demselben Querschnittsflächeninhalt wie derjenige des
kreisförmigen
Drahtes als Schmelzsicherungselement verwendet werden.
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Das
Schmelzsicherungselement besteht aus einer Legierung, die eine Zusammensetzung
aufweist, in der insgesamt 0,01 bis 7 Gewichtsanteile von wenigstens
einem Bestandteil, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Au, Bi, Cu,
Ni und Pd besteht, zu 100 Gewichtsanteilen einer Zusammensetzung
aus 100% In, einer solchen aus 90 bis 99,9% In und 0,1 bis 10% Ag oder
einer solchen aus 95 bis 99,9% In und 0,1 bis 5% Sb hinzugefügt sind.
Es versteht sich, dass die Legierung einen Schmelzpunkt aufweist,
mit dem die Auslösetemperatur
auf 135 bis 160°C
eingestellt werden kann, die Breite ΔT der fest-flüssigen Region
4°C oder
weniger beträgt,
so dass die Streuung des oben genannten Auslösetemperaturbereichs ausreichend
reduziert werden kann, die Legierung kein schädliches Metall enthält, so dass
sie für
den Umweltschutz geeignet ist, und die Legierung einen niedrigen
spezifischen Widerstand hat, so dass das Auftreten eines Betriebsfehlers
aufgrund joulescher Wärme
zufriedenstellend verhindert werden kann. Außerdem wird eine intermetallische Verbindung
aus wenigstens einem Bestandteil, der aus der Gruppe ausgewählt ist,
die aus Au, Bi, Cu, Ni und Pd besteht, sowie In mit hoher Duktilität erzeugt, und
das Auftreten einer interkristallinen Gleitung wird durch eine Keilwirkung
aufgrund der interkristallinen Verbindung weitgehend verhindert,
wodurch die thermische Stabilität
gegenüber
den oben erwähnten Wärmezyklen
gewährleistet
ist und die Legierung mit ausreichender Festigkeit hinsichtlich
eines Ziehvorgangs versehen ist, so dass die Legierung einem Ziehvorgang
zu einem sehr dünnen
Draht von ca. 300 μmø unterzogen
werden kann.
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Das
Schmelzsicherungselement der thermischen Sicherung gemäß der Erfindung
kann durch Ziehen eines Basismaterials aus einer Legierung hergestellt
werden und mit einer weiterhin kreisförmigen Form verwendet werden
oder zusätzlich
einem Verdichtungsprozess unterzogen werden, so dass es eine flache
Form erhält.
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1 zeigt
eine bandartige thermische Sicherung vom Legierungstyp gemäß der Erfindung.
In der Sicherung sind bandförmige
Anschlussleiter 1 mit einer Dicke von 100 bis 200 μm mit einem
Klebemittel oder durch Schmelzbonden an einer Basisfolie aus Kunststoff 41 mit
einer Dicke von 100 bis 300 μm
befestigt. Ein Schmelzsicherungselement 2 mit einem Durchmesser
von 250 bis 500 μmø wird
zwischen den bandförmigen
Anschlussleitern verbunden. Ein Flussmittel 3 wird auf
das Schmelzsicherungselement 2 aufgetragen. Das mit dem
Flussmittel versehene Schmelzsicherungselement wird durch Befestigen
einer Deckfolie aus Kunststoff 42 mit einer Dicke von 100
bis 300 μm
durch ein Klebemittel oder durch Schmelzbonden abgedichtet.
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Die
thermische Sicherung vom Legierungstyp gemäß der Erfindung kann in Form
einer Sicherung des Gehäusetyps,
des Substrattyps oder des Kunstharztauchtyps umgesetzt werden.
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2 zeigt
eine Sicherung vom Zylindergehäusetyp.
Ein Stück 2 einer
niedrig schmelzenden Schmelzlegierung ist zwischen einem Paar Drahtleiter 1 verbunden,
und ein Flussmittel 3 wird auf das Stück 2 der niedrig schmelzenden
Schmelzlegierung aufgebracht. Das mit dem Flussmittel versehene Stück der niedrig
schmelzenden Schmelzlegierung wird durch ein isolierendes Rohr 4 mit
ausgezeichneter Wärmebeständigkeit
und thermischer Leitfähigkeit
geführt,
beispielsweise ein Keramikrohr. Zwischenräume zwischen den Enden des
isolierenden Rohres 4 und den Drahtleitern 1 werden
mit einem kalthärtenden
Klebemittel 5 wie etwa einem Epoxidharz abdichtend verschlossen.
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3 zeigt
eine Sicherung vom Radialgehäusetyp.
Ein Schmelzsicherungselement 2 wird durch Schweißen zwischen
Spitzen paralleler Anschlussleiter 1 verbunden, und ein
Flussmittel 3 wird auf das Schmelzsicherungselement 2 aufgebracht. Das
mit dem Flussmittel versehene Schmelzsicherungselement wird mit
einem isolierenden Gehäuse 4 umschlossen,
an dem ein Ende geöffnet
ist, z.B. ein Keramikgehäuse.
Die Öffnung
des isolierenden Gehäuses 4 wird
mit einem Dichtungsmittel 5 wie etwa einem Epoxidharz abdichtend
verschlossen.
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4 zeigt
eine Sicherung vom Substrattyp. Auf einem isolierenden Substrat 4 wie
etwa einem keramischen Substrat wird durch Aufdrucken von Leitpaste
(z.B. Silberpaste) ein Paar Schichtelektroden 1 gebildet.
Anschlussleiter 11 werden jeweils durch Schweißen oder
dergleichen mit den Elektroden 1 verbunden. Ein Schmelzsicherungselement 2 wird
durch Schweißen
zwischen den Elektroden 1 verbunden, und ein Flussmittel 3 wird
auf das Schmelzsicherungselement 2 aufgebracht. Das mit dem
Flussmittel versehene Schmelzsicherungselement wird mit einem Dichtungsmittel 5 wie
z.B. einem Epoxidharz bedeckt.
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5 zeigt
eine Sicherung vom radialen Kunstharz-Tauchtyp. Ein Schmelzsicherungselement 2 wird
durch Schweißen
zwischen Spitzen paralleler Anschlussleiter 1 verbunden,
und ein Flussmittel 3 wird auf das Schmelzsicherungselement 2 aufgebracht.
Das mit dem Flussmittel versehene Schmelzsicherungselement wird
in eine Kunstharzlösung
getaucht, um das Element mit einem isolierenden Dichtungsmittel 5 wie
etwa einem Epoxidharz abzudichten.
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Die
Erfindung kann in der Form einer Sicherung umgesetzt werden, die
ein elektrisches Heizelement aufweist, wie zum Beispiel einer Sicherung
vom Substrattyp mit einem Widerstand, bei der z.B. zusätzlich ein
Widerstand (Schichtwiderstand) auf einem isolierenden Substrat einer
thermischen Legierungschmelzsicherung vom Substrattyp angeordnet wird
und, wenn eine Einrichtung sich in einem anormalen Zustand befindet,
dem Widerstand Energie zugeführt
wird, um Wärme
zu erzeugen, so dass ein Stück
einer niedrig schmelzenden Schmelzlegierung durch die erzeugte Wärme durchbrennt.
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Als
Flussmittel wird allgemein ein Flussmittel mit einem Schmelzpunkt
verwendet, der unter demjenigen des Schmelzsicherungselementes liegt. Zweckmäßig ist
zum Beispiel ein Flussmittel, das 90 bis 60 Gewichtsanteile Kolophonium,
10 bis 40 Gewichtsanteile Stearinsäure und 0 bis 3 Gewichtsanteile
eines Aktivierungsmittels enthält.
In diesem Fall kann als Kolophonium ein natürliches Kolophonium, ein modifiziertes
Kolophonium (z.B. ein hydriertes Kolophonium, ein inhomogenes Kolophonium
oder ein polymerisiertes Kolophonium) oder ein daraus gereinigtes
Kolophonium verwendet werden. Als Aktivierungsmittel können Diethylaminhydrochlorid, Diethylaminhydrobromid
oder dergleichen verwendet werden.
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Es
werden nun Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung als Beispiele detaillierter beschrieben,
wobei für
die Messungen der Auslösetemperaturen
von Beispielen und Vergleichsbeispielen, die später beschrieben werden, 50
Probestücke
vom Substrattyp verwendet wurden, jedes der Probestücke in ein Ölbad eingetaucht
wurde, in dem die Temperatur mit einer Geschwindigkeit von 1°C/min erhöht wurde,
während
dem Probestück
ein Strom von 0,1 A zugeführt
wurde, und die Temperatur des Öls gemessen
wurde, wenn die Stromzufuhr durch Durchbrennen unterbrochen wurde.
Hinsichtlich des Einflusses der Selbsterhitzung wurden 50 Probestücke verwendet,
und eine Beurteilung wurde vorgenommen, während dem jeweiligen Probestück ein normaler
Nennstrom (2 bis 3A) zugeführt
wurde. Hinsichtlich der durch Wärmezyklen
verursachten Veränderung
des Widerstandes eines Schmelzsicherungselementes wurden 50 Probestücke verwendet, und
eine Beurteilung erfolgte durch Messen einer Veränderung des Widerstandes nach
einer Prüfung mit
500 Wärmezyklen,
in denen die Probestücke
jeweils für
30 Minuten auf 120°C
erwärmt
und für
30 Minuten auf –40°C abgekühlt wurden.
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Beispiel (1)
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Ein
Basismaterial mit einer Legierungszusammensetzung aus 99% In und
1% Au wurde zu einem Draht mit einem Durchmesser von 300 μmø gezogen.
Das Ziehverhältnis
pro Werkzeug betrug 6,5%, und die Ziehgeschwindigkeit betrug 45
m/min. In dem Draht trat kein Bruch auf. Der spezifische Widerstand
des Drahtes wurde gemessen. Es ergab sich ein spezifischer Widerstand
von 18 μΩ·cm. Der Draht
wurde in Stücke
von 4 mm geschnitten, und es wurden kleine thermische Sicherungen
vom Substrattyp hergestellt, wobei die Stücke als Schmelzsicherungselemente
verwendet wurden. Eine Zusammensetzung aus 80 Gewichtsanteilen Kolophonium, 20
Gewichtsanteilen Stearinsäure
und 1 Gewichtsanteil Diethylaminhydrobromid wurde als Flussmittel verwendet.
Ein kalthärtendes
Epoxidharz wurde als bedeckende Komponente verwendet.
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Die
Auslösetemperaturen
der entstandenen Probestücke
wurden gemessen. Die entstandenen Auslösetemperaturen lagen im Bereich
von 156°C ± 2°C. Es wurde
bestätigt,
dass bei normalem Nennstrom kein Selbsterhitzungseinfluss entsteht.
Außerdem
wurde eine Veränderung
des Widerstandes des Schmelzsicherungselementes, die durch die Wärmezyklen
verursacht wurde und die zu einem schwerwiegenden Problem werden
könnte,
nicht beobachtet. Die Probestücke
zeigten stabile Wärmebeständigkeit.
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Es
wurde bestätigt,
dass in einem Bereich von 0,01 bis 7 Gewichtsanteilen Au, bezogen
auf 100 Gewichtsanteile In, die Ziehbarkeit zu dünnem Draht, der niedrige spezifische
Widerstand und die thermische Stabilität, die oben beschrieben wurden,
ausreichend erzielt werden können
und die Auslösetemperatur
so eingestellt werden kann, dass sie in einem Bereich von 153°C ± 5°C liegt.
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Beispiel (2)
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Ein
Basismaterial mit einer Legierungszusammensetzung aus 95% In und
5% Bi wurde zu einem Draht mit einem Durchmesser von 300 μmø gezogen.
Das Ziehverhältnis
pro Werkzeug betrug 6,5%, und die Ziehgeschwindigkeit betrug 45
m/min. In dem Draht trat kein Bruch auf. Der spezifische Widerstand
des Drahtes wurde gemessen. Es ergab sich ein spezifischer Widerstand
von 27 μΩ·cm. Der Draht
wurde in Stücke
von 4 mm geschnitten, und es wurden wie in Beispiel (1) thermische
Sicherungen vom Substrattyp hergestellt, wobei die Stücke als Schmelzsicherungselemente
verwendet wurden. Die Auslösetemperaturen
der entstandenen Probestücke wurden
gemessen. Die entstandenen Auslösetemperaturen
lagen im Bereich von 140°C ± 3°C. Es wurde bestätigt, dass
bei normalem Nennstrom kein Selbsterhitzungseinfluss entsteht.
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Außerdem wurde
eine Veränderung
des Widerstandes des Schmelzsicherungselementes, die durch die Wärmezyklen
verursacht wurde und die zu einem schwerwiegenden Problem werden
könnte, nicht
beobachtet.
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Es
wurde bestätigt,
dass in einem Bereich von 0,01 bis 7 Gewichtsanteilen Bi, bezogen
auf 100 Gewichtsanteile In, die Ziehbarkeit zu dünnem Draht, der niedrige spezifische
Widerstand und die thermische Stabilität, die oben beschrieben wurden,
ausreichend erzielt werden können
und die Auslösetemperatur
so eingestellt werden kann, dass sie in einem Bereich von 141°C ± 5°C liegt.
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Beispiel (3)
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Ein
Basismaterial mit einer Legierungszusammensetzung aus 98% In und
2% Cu wurde zu einem Draht mit einem Durchmesser von 300 μmø gezogen.
Das Ziehverhältnis
pro Werkzeug betrug 6,5%, und die Ziehgeschwindigkeit betrug 45
m/min. In dem Draht trat kein Bruch auf. Der spezifische Widerstand
des Drahtes wurde gemessen. Es ergab sich ein spezifischer Widerstand
von 19 μΩ·cm. Der Draht
wurde in Stücke
von 4 mm geschnitten, und es wurden wie in Beispiel (1) thermische
Sicherungen vom Substrattyp hergestellt, wobei die Stücke als Schmelzsicherungselemente
verwendet wurden.
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Die
Auslösetemperaturen
der entstandenen Probestücke
wurden gemessen. Die entstandenen Auslösetemperaturen lagen im Bereich
von 156°C ± 1°C. Es wurde
bestätigt,
dass bei normalem Nennstrom kein Selbsterhitzungseinfluss entsteht.
Außerdem
wurde eine Veränderung
des Widerstandes des Schmelzsicherungselementes, die durch die Wärmezyklen
verursacht wurde und die zu einem schwerwiegenden Problem werden
könnte,
nicht beobachtet. Es wurde bestätigt,
dass in einem Bereich von 0,01 bis 7 Gewichtsanteilen Cu, bezogen
auf 100 Gewichtsanteile In, die Ziehbarkeit zu dünnem Draht, der niedrige spezifische
Widerstand und die thermische Stabilität, die oben beschrieben wurden,
ausreichend erzielt werden können
und die Auslösetemperatur
so eingestellt werden kann, dass sie in einem Bereich von 157°C ± 3°C liegt.
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Beispiel (4)
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Ein
Basismaterial mit einer Legierungszusammensetzung aus 97,8% In,
0,2% Ni und 2% Cu wurde zu einem Draht mit einem Durchmesser von 300 μmø gezogen.
Das Ziehverhältnis
pro Werkzeug betrug 6,5%, und die Ziehgeschwindigkeit betrug 45 m/min.
In dem Draht trat kein Bruch auf.
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Der
spezifische Widerstand des Drahtes wurde gemessen. Es ergab sich
ein spezifischer Widerstand von 19 μΩ·cm.
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Der
Draht wurde in Stücke
von 4 mm geschnitten, und es wurden wie in Beispiel (1) thermische
Sicherungen vom Substrattyp hergestellt, wobei die Stücke als
Schmelzsicherungselemente verwendet wurden.
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Die
Auslösetemperaturen
der entstandenen Probestücke
wurden gemessen. Die entstandenen Auslösetemperaturen lagen im Bereich
von 156°C ± 1°C. Es wurde
bestätigt,
dass bei normalem Nennstrom kein Selbsterhitzungseinfluss entsteht.
Außerdem
wurde eine Veränderung
des Widerstandes des Schmelzsicherungselementes, die durch die Wärmezyklen
verursacht wurde und die zu einem schwerwiegenden Problem werden
könnte,
nicht beobachtet.
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Es
wurde bestätigt,
dass in einem Bereich von 0,01 bis 7 Gewichtsanteilen einer Gesamtheit von
Ni und Cu , bezogen auf 100 Gewichtsanteile In, die Ziehbarkeit
zu dünnem
Draht, der niedrige spezifische Widerstand und die thermische Stabilität, die oben
beschrieben wurden, ausreichend erzielt werden können und die Auslösetemperatur
so eingestellt werden kann, dass sie in einem Bereich von 156°C ± 3°C liegt.
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Beispiel (5)
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Ein
Basismaterial mit einer Legierungszusammensetzung aus 97,8% In,
0,2% Pd und 2% Cu wurde zu einem Draht mit einem Durchmesser von 300 μmø gezogen.
Das Ziehverhältnis
pro Werkzeug betrug 6,5%, und die Ziehgeschwindigkeit betrug 45 m/min.
In dem Draht trat kein Bruch auf. Der spezifische Widerstand des
Drahtes wurde gemessen. Es ergab sich ein spezifischer Widerstand
von 21 μΩ·cm. Der
Draht wurde in Stücke
von 4 mm geschnitten, und es wurden wie in Beispiel (1) thermische
Sicherungen vom Substrattyp hergestellt, wobei die Stücke als
Schmelzsicherungselemente verwendet wurden.
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Die
Auslösetemperaturen
der entstandenen Probestücke
wurden gemessen. Die entstandenen Auslösetemperaturen lagen im Bereich
von 156°C ± 2°C. Es wurde
bestätigt,
dass bei normalem Nennstrom kein Selbsterhitzungseinfluss entsteht.
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Außerdem wurde
eine Veränderung
des Widerstandes des Schmelzsicherungselementes, die durch die Wärmezyklen
verursacht wurde und die zu einem schwerwiegenden Problem werden
könnte, nicht
beobachtet. Es wurde bestätigt,
dass in einem Bereich von 0,01 bis 7 Gewichtsanteilen einer Gesamtheit
von Pd und Cu, bezogen auf 100 Gewichtsanteile In, die Ziehbarkeit
zu dünnem
Draht, der niedrige spezifische Widerstand und die thermische Stabilität, die oben
beschrieben wurden, ausreichend erzielt werden können und die Auslösetemperatur
so eingestellt werden kann, dass sie in einem Bereich von 156°C ± 3°C liegt.
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Beispiel (6)
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Ein
Basismaterial mit einer Legierungszusammensetzung aus 95% In, 3%
Ag und 2% Cu wurde zu einem Draht mit einem Durchmesser von 300 μmø gezogen.
Das Ziehverhältnis
pro Werkzeug betrug 6,5%, und die Ziehgeschwindigkeit betrug 45 m/min.
In dem Draht trat kein Bruch auf. Der spezifische Widerstand des
Drahtes wurde gemessen. Es ergab sich ein spezifischer Widerstand
von 17 μΩ·cm. Der
Draht wurde in Stücke
von 4 mm geschnitten, und es wurden wie in Beispiel (1) thermische
Sicherungen vom Substrattyp hergestellt, wobei die Stücke als
Schmelzsicherungselemente verwendet wurden.
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Die
Auslösetemperaturen
der entstandenen Probestücke
wurden gemessen. Die entstandenen Auslösetemperaturen lagen im Bereich
von 145°C ± 1°C. Es wurde
bestätigt,
dass bei normalem Nennstrom kein Selbsterhitzungseinfluss entsteht.
Außerdem
wurde eine Veränderung
des Widerstandes des Schmelzsicherungselementes, die durch die Wärmezyklen
verursacht wurde und die zu einem schwerwiegenden Problem werden
könnte,
nicht beobachtet. Es wurde bestätigt,
dass in einem Bereich von 0,01 bis 7 Gewichtsanteilen Cu, bezogen
auf 100 Gewichtsanteile einer Zusammensetzung aus 90 bis 99,9% In
und 0,1 bis 10% Ag, die Ziehbarkeit zu dünnem Draht, der niedrige spezifische
Widerstand und die thermische Stabilität, die oben beschrieben wurden,
ausreichend erzielt werden können
und die Auslösetemperatur
so eingestellt werden kann, dass sie in einem Bereich von 145°C ± 3°C liegt.
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Beispiel (7)
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Ein
Basismaterial mit einer Legierungszusammensetzung aus 96% In, 3%
Ag und 1% Au wurde zu einem Draht mit einem Durchmesser von 300 μmø gezogen.
Das Ziehverhältnis
pro Werkzeug betrug 6,5%, und die Ziehgeschwindigkeit betrug 45 m/min.
In dem Draht trat kein Bruch auf. Der spezifische Widerstand des
Drahtes wurde gemessen. Es ergab sich ein spezifischer Widerstand
von 17 μΩ·cm. Der
Draht wurde in Stücke
von 4 mm geschnitten, und es wurden wie in Beispiel (1) thermische
Sicherungen vom Substrattyp hergestellt, wobei die Stücke als
Schmelzsicherungselemente verwendet wurden.
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Die
Auslösetemperaturen
der entstandenen Probestücke
wurden gemessen. Die entstandenen Auslösetemperaturen lagen im Bereich
von 145°C ± 1°C. Es wurde
bestätigt,
dass bei normalem Nennstrom kein Selbsterhitzungseinfluss entsteht.
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Außerdem wurde
eine Veränderung
des Widerstandes des Schmelzsicherungselementes, die durch die Wärmezyklen
verursacht wurde und die zu einem schwerwiegenden Problem werden
könnte, nicht
beobachtet. Es wurde bestätigt,
dass in einem Bereich von 0,01 bis 7 Gewichtsanteilen Au, bezogen auf
100 Gewichtsanteile einer Zusammensetzung aus 90 bis 99,9% In und
0,1 bis 10% Ag, die Ziehbarkeit zu dünnem Draht, der niedrige spezifische
Widerstand und die thermische Stabilität, die oben beschrieben wurden,
ausreichend erzielt werden können
und die Auslösetemperatur
so eingestellt werden kann, dass sie in einem Bereich von 143°C ± 6°C liegt.
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Beispiel (8)
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Ein
Basismaterial mit einer Legierungszusammensetzung aus 92% In, 3%
Ag und 5% Bi wurde zu einem Draht mit einem Durchmesser von 300 μmø gezogen.
Das Ziehverhältnis
pro Werkzeug betrug 6,5%, und die Ziehgeschwindigkeit betrug 4,5 m/min.
In dem Draht trat kein Bruch auf. Der spezifische Widerstand des
Drahtes wurde gemessen. Es ergab sich ein spezifischer Widerstand
von 24 μΩ·cm. Der
Draht wurde in Stücke
von 4 mm geschnitten, und es wurden wie in Beispiel (1) thermische
Sicherungen vom Substrattyp hergestellt, wobei die Stücke als
Schmelzsicherungselemente verwendet wurden.
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Die
Auslösetemperaturen
der entstandenen Probestücke
wurden gemessen. Die entstandenen Auslösetemperaturen lagen im Bereich
von 140°C ± 2°C.
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Es
wurde bestätigt,
dass bei normalem Nennstrom kein Selbsterhitzungseinfluss entsteht.
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Außerdem wurde
eine Veränderung
des Widerstandes des Schmelzsicherungselementes, die durch die Wärmezyklen
verursacht wurde und die zu einem schwerwiegenden Problem werden
könnte, nicht
beobachtet. Es wurde bestätigt,
dass in einem Bereich von 0,01 bis 7 Gewichtsanteilen Bi, bezogen auf
100 Gewichtsanteile einer Zusammensetzung aus 90 bis 99,9% In und
0,1 bis 10% Ag, die Ziehbarkeit zu dünnem Draht, der niedrige spezifische
Widerstand und die thermische Stabilität, die oben beschrieben wurden,
ausreichend erzielt werden können
und die Auslösetemperatur
so eingestellt werden kann, dass sie in einem Bereich von 140°C ± 5°C liegt.
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Beispiel (9)
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Ein
Basismaterial mit einer Legierungszusammensetzung aus 97% In, 1%
Sb und 2% Cu wurde zu einem Draht mit einem Durchmesser von 300 μmø gezogen.
Das Ziehverhältnis
pro Werkzeug betrug 6,5%, und die Ziehgeschwindigkeit betrug 45 m/min.
In dem Draht trat kein Bruch auf. Der spezifische Widerstand des
Drahtes wurde gemessen. Es ergab sich ein spezifischer Widerstand
von 20 μΩ·cm. Der
Draht wurde in Stücke
von 4 mm geschnitten, und es wurden wie in Beispiel (1) thermische
Sicherungen vom Substrattyp hergestellt, wobei die Stücke als
Schmelzsicherungselemente verwendet wurden.
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Die
Auslösetemperaturen
der entstandenen Probestücke
wurden gemessen. Die entstandenen Auslösetemperaturen lagen im Bereich
von 155°C ± 1°C. Es wurde
bestätigt,
dass bei normalem Nennstrom kein Selbsterhitzungseinfluss entsteht.
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Außerdem wurde
eine Veränderung
des Widerstandes des Schmelzsicherungselementes, die durch die Wärmezyklen
verursacht wurde und die zu einem schwerwiegenden Problem werden
könnte, nicht
beobachtet. Es wurde bestätigt,
dass in einem Bereich von 0,01 bis 7 Gewichtsanteilen Cu, bezogen auf
100 Gewichtsanteile einer Zusammensetzung aus 95 bis 99,9% In und
0,1 bis 5% Sb, die Ziehbarkeit zu dünnem Draht, der niedrige spezifische
Widerstand und die thermische Stabilität, die oben beschrieben wurden,
ausreichend erzielt werden können
und die Auslösetemperatur
so eingestellt werden kann, dass sie in einem Bereich von 155°C ± 2°C liegt.
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Beispiel (10)
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Ein
Basismaterial mit einer Legierungszusammensetzung aus 98% In, 1%
Sb und 1% Au wurde zu einem Draht mit einem Durchmesser von 300 μmø gezogen.
Das Ziehverhältnis
pro Werkzeug betrug 6,5%, und die Ziehgeschwindigkeit betrug 45 m/min.
In dem Draht trat kein Bruch auf. Der spezifische Widerstand des
Drahtes wurde gemessen. Es ergab sich ein spezifischer Widerstand
von 20 μΩ·cm. Der
Draht wurde in Stücke
von 4 mm geschnitten, und es wurden wie in Beispiel (1) thermische
Sicherungen vom Substrattyp hergestellt, wobei die Stücke als
Schmelzsicherungselemente verwendet wurden.
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Die
Auslösetemperaturen
der entstandenen Probestücke
wurden gemessen. Die entstandenen Auslösetemperaturen lagen im Bereich
von 155°C ± 1°C. Es wurde
bestätigt,
dass bei normalem Nennstrom kein Selbsterhitzungseinfluss entsteht.
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Außerdem wurde
eine Veränderung
des Widerstandes des Schmelzsicherungselementes, die durch die Wärmezyklen
verursacht wurde und die zu einem schwerwiegenden Problem werden
könnte, nicht
beobachtet. Es wurde bestätigt,
dass in einem Bereich von 0,01 bis 7 Gewichtsanteilen Au, bezogen auf
100 Gewichtsanteile einer Zusammensetzung aus 95 bis 99,9% In und
0,1 bis 5% Sb, die Ziehbarkeit zu dünnem Draht, der niedrige spezifische
Widerstand und die thermische Stabilität, die oben beschrieben wurden,
ausreichend erzielt werden können
und die Auslösetemperatur
so eingestellt werden kann, dass sie in einem Bereich von 153°C ± 5°C liegt.
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Beispiel (11)
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Ein
Basismaterial mit einer Legierungszusammensetzung aus 94% In, 1%
Sb und 5% Bi wurde zu einem Draht mit einem Durchmesser von 300 μmø gezogen.
Das Ziehverhältnis
pro Werkzeug betrug 6,5%, und die Ziehgeschwindigkeit betrug 45 m/min.
In dem Draht trat kein Bruch auf. Der spezifische Widerstand des
Drahtes wurde gemessen. Es ergab sich ein spezifischer Widerstand
von 27 μΩ·cm. Der
Draht wurde in Stücke
von 4 mm geschnitten, und es wurden wie in Beispiel (1) thermische
Sicherungen vom Substrattyp hergestellt, wobei die Stücke als
Schmelzsicherungselemente verwendet wurden.
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Die
Auslösetemperaturen
der entstandenen Probestücke
wurden gemessen. Die entstandenen Auslösetemperaturen lagen im Bereich
von 140°C ± 3°C. Es wurde
bestätigt,
dass bei normalem Nennstrom kein Selbsterhitzungseinfluss entsteht.
Außerdem
wurde eine Veränderung
des Widerstandes des Schmelzsicherungselementes, die durch die Wärmezyklen
verursacht wurde und die zu einem schwerwiegenden Problem werden
könnte,
nicht beobachtet. Es wurde bestätigt,
dass in einem Bereich von 0,01 bis 7 Gewichtsanteilen Bi, bezogen
auf 100 Gewichtsanteile einer Zusammensetzung aus 95 bis 99,9% In
und 0,1 bis 5% Sb, die Ziehbarkeit zu dünnem Draht, der niedrige spezifische
Widerstand und die thermische Stabilität, die oben beschrieben wurden,
ausreichend erzielt werden können
und die Auslösetemperatur
so eingestellt werden kann, dass sie in einem Bereich von 140°C ± 5°C liegt.
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Vergleichsbeispiel (1)
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In
gleicher Weise wie in den Beispielen wurde versucht, einen Draht
von 300 μmø Durchmesser zu
ziehen, wobei ein Basismaterial mit einer Legierungszusammensetzung
aus 100% In verwendet wurde. Es kam jedoch häufig zu Drahtbruch. Deshalb wurde
das Ziehverhältnis
pro Werkzeug auf 5,0% reduziert, und die Ziehgeschwindigkeit wurde
auf 20 m/min gesenkt. Unter diesen Bedingungen einer reduzierten
Prozessbeanspruchung wurde der Versuch unternommen, Draht zu ziehen.
Es kam jedoch häufig
zu Drahtbruch, und ein Durchführen
des Ziehvorgangs war unmöglich.
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Da
ein Prozess des Ziehens zu dünnem Draht
wie oben beschrieben im Wesentlichen unmöglich ist, wurde ein dünner Draht
von 300 μmø Durchmesser
im Rotationstrommel-Spinnverfahren [rotary drum spinning method]
erzeugt. Der spezifische Widerstand des dünnen Drahtes wurde gemessen.
Es ergab sich ein spezifischer Widerstand von 20 μΩ·cm. Der
dünne Draht
wurde in Stücke
von 4 mm geschnitten, und es wurden wie in Beispiel (1) thermische
Sicherungen vom Substrattyp hergestellt, wobei die Stücke als
Schmelzicherungselemente verwendet wurden. Die Auslösetemperaturen
der entstandenen Probestücke
wurden gemessen. Als Ergebnis wurde bestätigt, dass viele Probestücke nicht
auslösten,
selbst wenn die Temperatur weitgehend über dem Schmelzpunkt (157°C) lag.
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Der
Grund hierfür
scheint folgender zu sein. Durch das Rotationstrommel-Spinnverfahren
bildet sich eine dicke Hülle
aus einer Oxidschicht auf der Oberfläche des Schmelzsicherungselementes,
und selbst wenn die Legierung innerhalb der Hülle schmilzt, schmilzt die
Hülle nicht,
und daher bricht das Schmelzsicherungselement nicht.
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Vergleichsbeispiel (2)
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In
Vergleichsbeispiel (1) wurde eine Legierungszusammensetzung aus
97% In und 3% Ag verwendet. Der Prozess des Ziehens zu einem dünnen Draht
von 300 μmø war weiterhin
kaum durchführbar, und
deshalb erfolgte zwangsläufig
eine Realisierung im Rotationstrommel-Spinnverfahren. Die Ergebnisse waren
denen aus Vergleichsbeispiel (1) ähnlich.
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Vergleichsbeispiel (3)
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In
Vergleichsbeispiel (1) wurde eine Legierungszusammensetzung aus
99% In und 1% Sb verwendet. Der Prozess des Ziehens zu einem dünnen Draht
von 300 μmø war weiterhin
kaum durchführbar, und
deshalb erfolgte zwangsläufig
eine Realisierung im Rotationstrommel-Spinnverfahren. Die Ergebnisse waren
denen aus Vergleichsbeispiel (1) ähnlich.
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Die
Vorteile der vorliegenden Erfindung sind folgende: In der erfindungsgemäßen thermischen
Sicherung vom Legierungstyp wird ein Schmelzsicherungselement verwendet,
das als Hauptbestandteil In enthält
und in dem ausgezeichnete thermische Stabilität gewährleistet werden kann, und
zwar aufgrund der Wirkung der Verhinderung von interkristalliner Gleitung
(Keilwirkung) durch eine intermetallische Verbindung von In und
Au, Ag, Cu, Ni, Pd oder dergleichen, das in einem Bereich einer
relativ geringen Menge bzw. 0,01 bis 7% zugesetzt wird; und wobei ein
Vorgang des Ziehens zu einem dünnen
Draht von 300 μmø ermöglicht wird.
Gemäß der Erfindung
wirken diese Vorteile zusammen mit dem niedrigen spezifischen Widerstand
und dem für
eine Legierung, die als Hauptbestandteil In enthält, charakteristischen Schmelzpunkt,
so dass eine kleine thermische Sicherung vom Legierungstyp zur Verfügung gestellt
wird, die eine Auslösetemperatur
von 135 bis 160°C
aufweist und ausgezeichnete Umweltschutzeigenschaften, Funktionsgenauigkeit
und thermische Stabilität hat.