PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102005058221B3 05.07.2007
Titel Thermosicherung
Anmelder HKR climatec GmbH, 74653 Künzelsau, DE
Erfinder Abel, Ralf, 74238 Krautheim, DE;
Kurz, Martin, 71543 Wüstenrot, DE;
Baas, Wolfgang, 74626 Bretzfeld, DE
Vertreter Eisenführ, Speiser & Partner, 80335 München
DE-Anmeldedatum 06.12.2005
DE-Aktenzeichen 102005058221
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 05.07.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.07.2007
IPC-Hauptklasse H01H 37/76(2006.01)A, F, I, 20060110, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01H 85/143(2006.01)A, L, I, 20060110, B, H, DE   H01H 85/50(2006.01)A, L, I, 20060110, B, H, DE   
Zusammenfassung Eine Thermoschmelzsicherung für wenigstens einen Stromkreis, welcher auf einer plattenförmigen Unterlage 1, insbesondere Leiterplatte oder einem Kunststoff umhüllten Stanzgitter angeordnet ist, mit einem bei einer bestimmten Temperatur schmelzenden Schmelzleiterteil 9, der bei Normalbetrieb Strom führend zwischen elektrisch leitenden und einen höheren Schmelzpunkt aufweisenden Haltern 4, 5 gehalten ist, wobei die Halter 4, 5 mit Strom führenden Leiterbahnen 2, 3 des wenigstens einen Stromkreises elektrisch kontaktiert sind und beim Schmelzen des Schmelzleiterteils 9 der Stromfluss im wenigstens einen Stromkreis unterbrochen wird, wobei ferner die elektrische Verbindung zwischen den Haltern 4, 5 durch Benetzung des geschmolzenen Sicherungsmaterials des Schmelzleiterteils mit wenigstens einem der Halter 4, 5 und/oder Schwerkraftwirkung und/oder Kapillarwirkung auf das geschmolzene Sicherungsmaterial unterbrochen wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Thermoschmelzsicherung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine derartige Thermoschmelzsicherung, welche aus US 4,622,534 bekannt ist, beinhaltet einen bei einer bestimmten Temperatur schmelzenden Schmelzleiter, der bei Normalbetrieb Strom führend zwischen elektrisch leitenden Haltern, welche einen höheren Schmelzpunkt aufweisen als der Schmelzleiter, gehalten wird. Die elektrisch leitenden Halter und der dazwischen angeordnete Schmelzleiter befinden sich in einem Stromkreis einer elektrischen oder elektronischen Einrichtung, insbesondere einer Leistungselektronik und dienen dem thermischen Schutz der elektrischen Einrichtung. Beim Schmelzen des Schmelzleiters infolge überhöhter Stromstärke wird die vom Schmelzleiter gebildete elektrische Verbindung zwischen den Haltern und damit der Stromfluss im Stromkreis unterbrochen. Das geschmolzene Material des Schmelzleiters wird am Boden eines zusätzlich vorgesehenen Gehäuses aufgefangen.

Aus DE 100 24 381 A1 ist ein Thermoschalter zum Schutz wärmeempfindlicher Bauelemente bekannt, bei dem an Kontaktstegen zwei mechanisch vorgespannte Kontaktfedern vorgesehen sind, die durch ein Schmelzlot gesichert sind. Beim Schmelzen des Schmelzlotes wird das geschmolzene Material von zusätzlichen Aufnahmestegen aufgefangen.

Die bekannte Thermoschmelzsicherung besitzt einen relativ komplizierten Aufbau und ihre Herstellung erfordert daher einen relativ hohen Aufwand.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Thermoschmelzsicherung mit einfachem Aufbau zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Bei der Erfindung sind die elektrisch leitenden Halter und der dazwischen gehaltene Schmelzleiterteil so angeordnet, dass das geschmolzene Sicherungsmaterial des Schmelzleiterteils durch Benetzung mit wenigstens einem der Halter oder infolge Kapillarwirkung zwischen den Haltern entfernt wird, wodurch die elektrische Verbindung zwischen den Haltern und damit der Stromfluss im Stromkreis unterbrochen wird. Das geschmolzene Sicherungsmaterial fließt aufgrund von Benetzung oder Kapillarwirkung an den aus Metall bestehenden Haltern entlang.

Es sind wenigstens zwei Halter vorgesehen. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind zwei Halter vorgesehen. Wenigstens einer der Halter kann so ausgebildet sein, dass er das geschmolzene Sicherungsmaterial aufnehmen kann. Zusätzliche Auffangeinrichtungen sind nicht erforderlich.

In bevorzugter Weise sind die Halter mit elektrischen Leiterbahnen wenigstens eines auf einer plattenförmigen Unterlage vorgesehenen Stromkreises elektrisch kontaktiert. Bei den plattenförmigen Unterlagen kann es sich um gedruckte Leiterplatten oder mit Kunststoff umspritzte Stanzgitter handeln. Durch die erfindungsgemäß ausgebildete Thermoschmelzsicherung wird verhindert, dass sich leitfähiger Kohlenstoff auf der Leiterplatte oder dem mit Kunststoff umspritzten Stanzgitter bildet. Vor allem bei batteriegespeisten Stromkreisen, insbesondere in Kraftfahrzeugen wird die Brandgefahr hierdurch erheblich herabgesetzt.

Bei der Erfindung ist wenigstens einer der Halter als Auffangeinrichtung ausgebildet oder der Halter bildet zusammen mit der plattenförmigen Unterlage eine Auffangeinrichtung. Diese Auffangeinrichtung nimmt das geschmolzene Sicherungsmaterial des Schmelzleiterteils auf.

Ferner können an wenigstens einem Halter Leitflächen vorgesehen sein, entlang denen das geschmolzene Sicherungsmaterial in die Auffangeinrichtung geleitet wird. Vorzugsweise sind die Leitflächen über der Auffangeinrichtung angeordnet.

Die Halter sind an der plattenförmigen Unterlage verankert, so dass auch bei geschmolzener elektrischer Kontaktierung mit den Leiterbahnen die Halter an der plattenförmigen Unterlage befestigt bleiben.

Die Leiterbahnen zwischen den elektrischen Kontaktierungen, mit denen die Halter mit den Leiterbahnen elektrisch verbunden sind, sind unterbrochen. Hierzu ist vorzugsweise eine Öffnung (Luftstrecke) zwischen diesen elektrischen Kontaktierungen vorgesehen.

Durch die Erfindung wird eine Thermoschmelzsicherung geschaffen, welche insbesondere im Fall einer Überhitzung Stromkreise auf einer gedruckten Leiterplatte oder eines mit Kunststoff umspritzten Stanzgitters unterbricht. Vorzugsweise sind die beiden Halter aus Blechteilen geformt. Die Halter werden vorzugsweise in die Strom führenden Leiterbahnen der plattenförmigen Unterlagen durchkontaktiert eingelötet. Auch wenn die so geschaffenen Kontaktierungsstellen (Lötstellen) weich werden, bleiben die Halter an der plattenförmigen Unterlage verankert und sind gegen Herausfallen geschützt. Im Normalbetrieb wirkt auf den von den Haltern gehaltenen Schmelzleiterteil keine Kraft. Bei Überhitzung schmilzt das Sicherungsmaterial des Schmelzleiterteils, wodurch der Stromkreis, in welchem die Thermoschmelzsicherung angeordnet ist, unterbrochen ist.

Die Schmelzsicherung kann so verbaut werden, dass aufgrund von Schwerkraft und/oder durch Benetzung (Benetzungskraft) das geschmolzene Sicherungsmaterial an wenigstens einem der Halter entlang fließt und von einer Aufnahmeeinrichtung aufgenommen wird. Die Aufnahmeeinrichtung kann in Form einer wannenförmigen Ausgestaltung des Halters oder einer vom Halter und der plattenförmigen Unterlage gebildeten Wanne aufgenommen werden. Hierzu kann die plattenförmige Unterlage mit senkrechter Anordnung, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug verbaut sein.

Das Sicherungsmaterial des Schmelzleiterteils hat einen niedrigeren Schmelzpunkt als die Halter und kann aus Lötmaterial, beispielsweise Zinn, Zink, Silber, Aluminium und deren Legierungen bestehen.

Anhand der Figuren wird an Ausführungsbeispielen die Erfindung noch näher erläutert.

Es zeigt

1 ein erstes Ausführungsbeispiel im Normalbetrieb;

2 das in der 1 dargestellte Ausführungsbeispiel bei geschmolzenem Schmelzleiterteil;

3 ein zweites Ausführungsbeispiel bei Normalbetrieb; und

4 das Ausführungsbeispiel der 3 bei geschmolzenem Schmelzleiterteil.

Die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele einer Thermoschmelzsicherung beinhalten zwei Halter 4, 5, zwischen denen ein Schmelzleiterteil 9 bei Normalbetrieb Strom führend gehalten ist (1 und 3). Die Halter 4, 5 bestehen aus einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise Kupfer. Das Schmelzleiterteil 9 besteht aus einem Sicherungsmaterial, welches bei einer niedrigeren Temperatur schmilzt als das Material der Halter 4, 5. Beispielsweise besteht das Schmelzleiterteil 9 aus einem Lötmaterial. Die Halter 4, 5 sind vorzugsweise als Formblechteile ausgebildet.

Im Normalbetrieb (1 und 3) werden über die Thermoschmelzsicherung (Halter 4, 5 und Schmelzleiterteil 9) Leiterbahnen 2, 3 einer plattenförmigen Unterlage 1 elektrisch miteinander verbunden. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen handelt es sich der der plattenförmigen Unterlage um gedruckte Leiterplatten. Es können jedoch auch mit Kunststoff umhüllte Stanzgitter, welche die elektrischen Stromkreise bilden, als plattenförmige Unterlagen, bei denen die Thermoschmelzsicherung eingebaut ist, zur Anwendung kommen.

Die beiden Halter 4, 5 sind mittels elektrischer Kontaktierungen 10, 11, beispielsweise Lötstellen elektrisch mit den Leiterbahnen 2, 3 verbunden. Die Leiterbahnen 2, 3 sind durch eine Leiterbahnunterbrechung 12 zwischen den elektrischen Kontaktierungen 10, 11 voneinander getrennt. Beim Ausführungsbeispiel der 1 und 2 ist hierzu in der plattenförmigen Unterlage 1 eine Öffnung vorgesehen.

Beim Ausführungsbeispiel der 1 und 2 ist die plattenförmige Unterlage 1, auf welcher der zu schützende Stromkreis angeordnet ist, in senkrechter Anordnung verbaut. Die beiden Halter 4, 5 sind durch die plattenförmige Unterlage 1 bzw. Leiterplatte hindurchgesteckt und werden formschlüssig an den hindurchgesteckten Teilen gehalten. Die hindurchgesteckten Enden der Halter werden mittels der elektrischen Kontaktierungen 10, 11, z.B. Lötstellen mit den Leiterbahnen 2, 3 des elektrischen Stromkreises verbunden. Zwischen den Kontaktierungen 10, 11 sind die Leiterbahnen 2, 3 unterbrochen, wobei beim Ausführungsbeispiel der 1 und 2 in der plattenförmigen Unterlage 1 bzw. in der Leiterplatte die Öffnung 12 (Luftstrecke) vorgesehen ist. An den beiden Haltern 4, 5 sind Leitflächen 7, 8 vorgesehen. Unterhalb der Leitflächen befindet sich eine Auffangeinrichtung 6, welche vom Halter 4 und dem angrenzenden Teil der plattenförmigen Unterlage 1 gebildet wird.

Wenn aufgrund von Überhitzung das Schmelzleiterteil 9 schmilzt, benetzt aufgrund von Schwerkraft und Oberflächenspannung das flüssige Sicherungsmaterial des geschmolzenen Schmelzleiterteils 9 die Leitflächen 7, 8 und entfernt sich aus dem Zwischenraum zwischen den beiden Haltern 5. Hierdurch wird die elektrische Verbindung zwischen den beiden Leiterbahnen 2, 3 unterbrochen. Das flüssige Sicherungsmaterial des Schmelzleiterteils 9 fließt entlang den Leitflächen 7, 8 und tropft von der Leitfläche 8 in die Auffangeinrichtung 6 und ein Teil des geschmolzenen Sicherungsmaterials fließt von der Leitfläche 7 entlang der Schräge am Halter 4 in die Auffangeinrichtung 6, wie es in 2 strichpunktiert dargestellt ist. Gegebenenfalls kann wenigstens einer der beiden Halter 4, 5 noch Kapillarwirkung aufweisen, durch welche das flüssige Sicherungsmaterial des geschmolzenen Schmelzleiterteils 9 aus dem Zwischenraum zwischen den beiden Enden der Halter 4, 5 entfernt wird.

Da die durch die plattenförmige Unterlage 1 hindurchgesteckten Teile der Halter 4 formschlüssig in der plattenförmigen Unterlage 1 verankert sind, behalten die Halter 4, 5 auch dann ihre Positionen bei, wenn aufgrund der Überhitzung die elektrischen Kontaktierungen 10, 11 geschmolzen sind.

Beim Ausführungsbeispiel der 3 und 4 ist die plattenförmige Unterlage 1, welche ebenfalls als Leiterplatte ausgebildet ist, in waagrechter Anordnung verbaut. Bei der in 3 dargestellten Anordnung sind im Normalbetrieb die Leiterbahnen 2, 3 elektrisch miteinander über die Thermoschmelzsicherung (Halter 4, 5 und Schmelzleiterteil 9) elektrisch miteinander verbunden. Bei Überhitzung schmilzt der Schmelzleiterteil 9 und das flüssige Sicherungsmaterial des Schmelzleiterteils 9 fließt aufgrund von Schwerkraft und/oder Benetzungskraft entlang von Leitflächen 7, 8 in die unter dem Halter 5 befindliche Auffangeinrichtung 6. Diese Auffangeinrichtung 6 wird durch besondere Ausgestaltung des Halters 4 gebildet und kann etwa Wannenform aufweisen.

Die Halter 4, 5 bleiben in der plattenförmigen Unterlage 1 verankert aufgrund von Verbreiterungen 13 an den durch die Unterlage 1 hindurchgesteckten Halterenden. Die verbreiterten Halterenden sind mittels der elektrischen Kontaktierungen 10, 11 elektrisch mit den Leiterbahnen 2, 3 verbunden. Falls bei Überhitzung diese elektrischen Kontaktierungen 10, 11, z.B. Lötstellen schmelzen, bleiben die Halter 4, 5 in den Positionen, die sich in Normalbetrieb (3) eingenommen haben.

Beim Ausführungsbeispiel der 3 und 4 sind lediglich die Leiterbahnen 2, 3 voneinander getrennt. Die plattenförmige Unterlage 1 kann als durchgehende Platte beibehalten werden.

Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen lagert sich das geschmolzene Sicherungsmaterial des Schmelzleiterteils 9 an wenigstens einem der beiden Halter 4, 5 an. Aufgrund von Schwerkraft und/oder Benetzungskraft wird das Sicherungsmaterial aus dem Spalt zwischen den Enden der beiden Halter 4, 5 entfernt, so dass in gewünschter Weise der Stromfluss zwischen den Leiterbahnen 2, 3 durch das weggeflossene Material unterbrochen wird. Durch entsprechende Formung wenigstens eines der Halter 4, 5, welche vorzugsweise aus Blechteilen bestehen, erreicht man auch ein Auffangen des geschmolzenen Sicherungsmaterials.

1
plattenförmige Unterlage
2, 3
Leiterbahnen
4, 5
elektrisch leitende Halter
6
Auffangeinrichtung
7, 8
Leitflächen
9
Schmelzleiterteil
10, 11
elektrische Kontaktierungen
12
Leiterbahnunterbrechung (Öffnung, Luftstrecke)
13
Verbreiterungen an den Halterenden


Anspruch[de]
Thermosicherung für einen Stromkreis, mit einem bei einer bestimmten Temperatur schmelzenden Schmelzleiterteil (9), der bei Normalbetrieb Strom führend zwischen elektrisch leitenden und einen höheren Schmelzpunkt aufweisenden Haltern (4, 5) gehalten ist, welche mit Strom führenden Leiterbahnen (2, 3) des Stromkreises elektrisch kontaktiert sind, wobei beim Schmelzen des Schmelzleiterteils (9) die elektrische Verbindung zwischen den Haltern (4, 5) unterbrochen wird, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Halter (4, 5) zur Aufnahme des geschmolzenen Sicherungsmaterials eine Auffangeinrichtung (6) für das geschmolzene Sicherungsmaterials des Schmelzleiterteils (9) bildet. Thermoschmelzsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromkreis an einer plattenförmigen Unterlage (1) angeordnet ist. Thermoschmelzsicherung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an wenigstens einem Halter (4, 5) Leitflächen (7, 8) vorgesehen sind, entlang welcher oder welchen das geschmolzene Sicherungsmaterial des Schmelzleiterteils (9) in die Auffangeinrichtung (6) geleitet wird. Thermoschmelzsicherung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitflächen (7, 8) über der Auffangeinrichtung (6) angeordnet sind. Thermoschmelzsicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzleiterteil (9) ohne Krafteinwirkung der Halter (4, 5) von den Haltern (4, 5) gehalten ist. Thermoschmelzsicherung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Halter (4, 5) an der plattenförmigen Unterlage befestigt sind. Thermoschmelzsicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (2, 3) zwischen den elektrischen Kontaktierungen (10, 11), mit denen die Halter (4, 5) mit den elektrischen Leiterbahnen (2, 3) elektrisch verbunden sind, unterbrochen sind. Thermoschmelzsicherung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den elektrischen Kontaktierungen (10, 11), mit denen die Halter (4, 5) mit den Leiterbahnen (2, 3) elektrisch verbunden sind, in der plattenförmigen Unterlage eine Öffnung (12) vorgesehen ist. Thermoschmelzsicherung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Halterenden, welche mit den Leiterbahnen (2, 3) elektrisch kontaktiert sind, durch die plattenförmige Unterlage (1) gesteckt sind. Thermoschmelzsicherung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die plattenförmige Unterlage (1) als gedruckte Leiterplatte oder Kunststoff-umhülltes Stanzgitter ausgebildet ist. Thermoschmelzsicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Halter (4, 5) vorgesehen sind. Thermoschmelzsicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einem Kraftfahrzeug verbaut ist. Thermoschmelzsicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Halter (4, 5) aus geformten Metallblechteilen bestehen.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com