CN103069669A - 热过载保护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的标的物是一种热过载保护装置(40)，其用于保护布置于具有载流元件(14、16)的安装器件(10)上的电性组件(12)、尤其是电子组件，其中过载保护装置(40)具有多个焊接接头(18、20)，焊接接头(18、20)在每一种情形中使载流元件(14、16)中的一者与电性部件的相关联接头(22、24)之间进行电性接触，且当组件(12)出现过载时，焊接接头(18、20)会熔化，并且过载保护装置(40)具有断开设备(30)以用于断开这些接头(18、20)中的至少一者。根据本发明，所述部件是组件(12)或至少具有组件(12)，且至少在发热时，断开设备(30)会相对于安装器件(10)对组件(12)施加预应力以使组件(12)与载流元件(14、16)中的至少一者在物理上分离，其中当焊接接头(18、20)熔化时，断开设备(30)脱扣。本发明还涉及一种用于保护组件(12)的对应方法。

Description

热过载保护装置
技术领域
本发明涉及一种热过载保护装置，用于保护布置于具有载流元件的安装器件上的电性组件、尤其是电子组件，所述过载保护装置具有多个电性接触焊接接头，所述焊接接头使所述载流元件中的一者与电性部件的相应端子相接触，且当所述组件上出现过载时，所述焊接接头会熔化，并且所述过载保护装置具有断开器件以用于断开这些接头中的至少一者。本发明还涉及一种用于保护布置于具有载流元件的承载器件上的电性组件、尤其是电子组件的对应方法。
背景技术
电子组件上的过载可导致电子组件在额定工作范围之外工作。在因组件的绝缘强度降低而造成的被损坏组件上进行的功率转换例如会导致发热加剧。如果不能防止组件的发热超过容许的阈值，则这可对周围材料造成损坏、造成废气产生或造成火险。
因此，通常为此种组件提供热熔丝，以当发生不能接受的发热时使所述组件关闭。然而，由于热耦合的可能性有限，此种装置并不适用于非常快速的发热过程。
在过电压保护器件中，通常为所用的过电压保护组件(尤其是变阻器)配备热激活断开器件。
从未经审查的德国专利DE102005045778A1中获知一种热过载保护装置，所述热过载保护装置用于保护布置于具有印刷导体的电路板上的电子功率组件，其中所述过载保护装置具有多个焊接接头，所述焊接接头与梯形横梁(laddercrossbar)的相应端子区域建立电性接触且当电路板的每一印刷导体存在热过载时，所述焊接接头会熔化，并且所述过载保护装置包括具有温度传感器及断开元件的器件以用于断开这些接头中的至少一者。
由于组件与过载保护装置在空间上分离，因而一方面系统存在一定惯性，且另一方面需要相对大的空间。
发明内容
本发明的目的是提供一种过载保护装置及一种用于保护组件的方法，所述方法具有快速可靠的保护机制且对安装器件的空间要求尽可能地小。
此目的是根据本发明由独立权利要求的特征来实现。本发明的较佳实施例的特征描述于附属权利要求中。
关于根据本发明的过载保护装置，部件是组件本身或至少具有所述组件，其中至少当存在发热时，分离器件会相对于安装器件对组件施加预应力，以使组件与载流元件中的至少一者在空间上分离，其中当焊接接头熔化时，所述分离器件被脱扣。所述组件-优选为电子组件-是利用低熔点焊料附装至安装器件的载流元件(例如电路板的印刷导体)。例如，此焊料的熔点为150℃。如果组件上存在任何热应力，则端子会将热量传导至焊接接头。如果热应力超过焊料的熔点，则焊接接头会熔化。由于分离器件相对于承载器件对组件施加预应力，因而焊接接头熔化会立即使分离器件脱扣，使得由于组件的位移，分离器件永久性地将组件与载流元件在空间上分离。由于未使用单独的组件来断开电路，这会使所需的空间量减少。另外，由于脱扣及分离元件直接连接至组件，因而能实现快速分离。
根据本发明的优选实施例，分离器件具有致动器，所述致动器被设计成(a)弹簧机构及/或(b)由发泡材料制成的器件及/或(c)由形状记忆材料制成的器件及/或(d)由以化学方式改变其形状的材料制成的器件。一般而言或至少在发热时，此种致动器会相对于安装器件对组件施加预应力。
选项(b)至(d)的优点在于：焊接接头及/或整个分离器件在正常操作时不受力，这是因为仅在具有如选项(b)至(d)中任一项所述的致动器的分离器件释放之后才会出现对应的力。
在这些实施例中的一个实施例中，分离器件具有弹簧机构，所述弹簧机构被特别地设计成压缩弹簧。视需要，可利用低熔点塑料来对组件或弹簧机构进行固定，以最小化焊接接头上的机械负载。焊接接头的熔点高于熔融塑料的熔点。如果使用焊剂来实施低温焊料、使得在熔点以上进行分离时焊料由于表面张力而能可靠地保持于焊接表面上，则用于对组件或弹簧元件进行固定的可熔塑料的熔点可高于焊料熔点。
尤其，所述过载保护装置仍具有制动器件，所述制动器件将所分离的组件单独地固定于规定位置或将所分离的组件与分离器件一起固定于规定位置。提供此制动器件是为了防止在分离之后组件在具有安装器件的器件中进行不受控制的运动。制动器件可较佳地由壳体部件形成，所述壳体部件环绕安装器件。组件在制动器件中的固定优选为可释放的固定。
根据本发明的改进形式，所述分离器件用于在安装器件的表面上移动所述组件，以将所述组件与所述至少一个载流元件分离。此种分离器件在安装器件的表面上、尤其是在安装器件表面的表面法线的方向上移动所述组件以进行分离。
一般而言，分离器件及尤其是其致动器布置于组件的旁边、组件的上方、组件的下方或甚至安装器件的下方。然而，分离器件及尤其是其致动器较佳地布置于安装器件与组件本身之间。此种过载保护装置被设计成尤其节省空间。致动器特别优选地布置于安装器件与组件的重心之间。根据本发明的优选实施例，分离器件尤其是根据安装器件的表面积而布置于焊接接头中的至少两者之间。
根据本发明的替代实施例(然而，其也是较佳实施例)，所述分离器件用于沿承载器件的表面移置所述组件，以将所述组件与所述至少一个载流元件分离。此种分离器件实质上沿安装器件的表面移动所述组件以进行分离、尤其是横跨两个焊接接头之间的假想连线而移动所述组件，其中这两个焊接接头经由所述组件彼此电性耦合。
根据本发明的改进形式，所述过载保护装置还具有所述组件及/或所述安装器件。一般而言，所述组件可为任何所需的组件。然而，所述组件优选被实施成表面安装器件(surface-mounted device；SMD)。
在进行表面安装的回流焊接工艺之前，例如仅对所述过载保护装置的少数组件进行局部组装。其他组件仅在回流焊接工艺之后进行安装。对于所有上述类型(a)至(d)的致动器，均可实现此种实施例变型。
另外，较佳地，所述过载保护装置具有被实施成弹簧机构的致动器、SMD组件及焊接接头，且被设计成表面安装装置。作为在回流工艺之前进行局部组装的替代方式，在表面安装装置使用被设计成弹簧机构的致动器的情形中，可对整个装置进行回流工艺。根据用于所述装置的生产工艺而定，或者(i)在回流工艺期间对预应力弹簧机构进行阻挡，然后通过移除阻挡元件而使弹簧机构脱扣，或者(ii)在回流工艺期间使弹簧器件不受力，且仅在回流工艺之后才施加对应预应力。
关于本发明的方法，提供多个焊接接头，所述焊接接头使每一载流元件与组件的对应端子电性接触，且当组件上出现过载时，所述焊接接头会熔化，并且提供用于分离这些接头的分离器件，使得至少当发热时，所述分离器件相对于安装器件对组件施加预应力，且当焊接接头熔化时，所述分离器件将组件与载流元件在空间上分离。
附图说明
在下文中，将根据优选的实例性实施例参照附图来更详细地解释本发明。
附图显示：
图1显示根据本发明第一实施例的处于未脱扣操作状态的电子组件及热过载保护装置；
图2显示处于脱扣操作状态的图1所示组件及热过载保护装置；
图3显示根据本发明第二实施例的处于脱扣操作状态的电子组件及热过载保护装置；以及
图4显示处于脱扣操作状态的图3所示组件及热过载保护装置。
具体实施方式
图1显示安装器件10的详细侧视图，安装器件10被设计成电路板以用于安装并电性接触电性组件12、尤其是电子组件。因此，安装器件10在其顶侧上具有被设计成印刷导体的载流元件14、16，其中此处显示了这些载流元件中的两个载流元件14及16。这些元件中的每一者均经由焊接接头18、20而接触电子组件12的相应端子22、24，其中焊接接头18、20使用低熔点焊料。此电子组件被设计成SMD组件26。位于此组件12下方的安装器件10的一个区域具有凹槽28，凹槽28被设计成贯通通道。具有被设计成弹簧机构32的致动器34的分离器件30布置于凹槽28中，从而“在压力下”(压缩弹簧)相对于承载器件10的底板36对组件12施加预应力。
图1所示情形例示承载器件10上的组件12处于其工作状态。制动器件38布置于上方，即布置于用于承载所述组件的安装器件10侧面上的表面法线的方向上，其中制动器件38的功能将结合对图2所作的说明进行论述。
将焊接接头18、20及分离器件30相对于安装器件10及组件12进行布置即形成热过载保护装置40。热过载保护装置40用于保护布置于安装器件10上的电性组件12。在图1至图4所示的实例性实施例中，此过载保护装置还具有制动器件38。
这会使过载安全装置40具有以下功能：分离器件30相对于安装器件10对组件12施加预应力，使得在组件12上的热应力增大的条件下，用于将组件12固持于安装器件10上的焊接接头也会变热。如果这些焊接接头的温度超过焊料的熔点，则焊接接头18、20会熔化并且组件12会在表面法线的方向(箭头n)上通过分离器件30的致动器34而与安装器件且尤其是与所述安装器件的载流元件14、16分离。此种情形例示于图2中。
为在分离过程之后将组件保持于规定位置，将制动器件38布置于组件12上方，其中制动器件38被设计成篮子状。分离器件30的致动器34在分离过程中将组件12移动至制动器件38的接纳区域中，并利用其残留张力而将所述组件固定于所述接纳区域。组件12在制动器件32【原文如此；38】的接纳区域42中的位置能确保与安装器件10的载流元件14、16相距足够距离D，使得不会出现火花隙。
电子组件12的发热(由组件12本身的功率损耗引起)会造成焊接接头18、20的强度损失。如果弹簧机构32的力超过焊接接头18、20的固持力，则组件12会从电路板被提起。在与会造成发热的电源分离之后，组件12因此被转换至安全状态。安全状态是指：任何其他发热均被排除且电性接头被不可逆地分离以确保电性绝缘。
如果器件30被实施成利用低熔点塑料来固定弹簧机构32，则此塑料会首先熔化并因此在焊接接头即将熔化前使弹簧机构32脱扣。
借助于基于发泡物质、形状记忆材料或热激活化学反应而起作用的致动器34(此处未示出)，也可实现分离。如果由于组件的功率损耗而使致动器34发热至其激活温度，则这会在组件12上积聚压力。此外，发热会造成焊接接头18、20的强度损失。如果致动器30的力超过焊接接头18、20的固持力，则组件12会从电路板被提起。由此，完成与电源的分离，且组件12因而通过过载保护装置40被转换至安全状态。
图3及图4所示的装置实质上对应于图1及图2所示的装置，因此在本文中仅需论述其差别之处。
图3及图4以俯视图形式显示具有表面安装组件12(SMD组件26)的安装器件10的细节。图3显示正常工作时的装置；图4显示过载保护装置40的分离器件30被脱扣后的装置。
与图1及图2所示装置的实质差别在于分离器件30、组件12及制动器件38的布置。此时，分离器件30、组件12及制动器件38沿安装器件的表面相继地串联布置于假想轴线上。如果焊接接头18、20熔化，则分离器件30会移动组件12以将组件12与载流元件14、16分离，从而实质上沿安装器件10的表面、尤其是横跨这两个焊接接头18、20之间的假想连线而移动组件12，其中这两个焊接接头18、20经由组件12电性连结在一起。
主要元件标记说明
10：安装器件
12：组件
14：载流元件
16：载流元件
18：焊接接头
20：焊接接头
22：端子
24：端子
26：SMD组件
28：凹槽
30：分离器件
32：弹簧机构
34：致动器
36：底板
38：制动器件
40：过载保护装置
42：接纳区域

Claims (11)

1.一种热过载保护装置(40)，其用于保护布置于具有载流元件(14、16)的安装器件(10)上的电性组件(12)、尤其是电子组件，所述过载保护装置(40)具有多个焊接接头(18、20)，所述焊接接头(18、20)使所述载流元件(14、16)中的一者与电性部件的相应端子(22、24)相接触，且当所述组件(12)上出现过载时，所述焊接接头(18、20)会熔化，并且所述热过载保护装置(40)具有分离器件(30)以用于释放所述接头(18、20)中的至少一者，其特征在于，所述部件是所述组件(12)或至少具有所述组件(12)，且至少当存在发热时，所述分离器件(30)会相对于所述安装器件(10)对所述组件(12)施加预应力以使所述组件(12)自所述载流元件(14、16)中的至少一者在空间上分离，其中当所述焊接接头(18、20)熔化时，所述分离器件(30)被脱扣。
2.如权利要求1所述的过载保护装置，其特征在于，所述分离器件(30)具有致动器(34)，所述致动器(34)被设计成弹簧机构(32)及/或由发泡材料制成的器件及/或由形状记忆材料制成的器件及/或由以化学方式改变形状的材料制成的器件。
3.如前述权利要求中任一项所述的过载保护装置，其特征在于，其具有制动器件(38)，所述制动器件(38)将所分离的所述组件(12)单独地固定于规定位置或将所分离的所述组件(12)与所述分离器件(30)一起固定于所述规定位置。
4.如权利要求1至3中任一项所述的过载保护装置，其特征在于，所述分离器件(30)用于在所述安装器件(10)的表面上、尤其是在所述承载器件(10)的所述表面的表面法线的方向上移动所述组件(12)，以将所述组件(12)与所述至少一个载流元件(14、16)分离。
5.如权利要求4所述的过载保护装置，其特征在于，所述分离器件(30)布置于所述安装器件(10)与所述组件(12)之间。
6.如权利要求2至5中任一项所述的过载保护装置，其特征在于，所述致动器(34)布置于所述焊接接头(18、20)中的至少两者之间。
7.如权利要求1至3中任一项所述的过载保护装置，其特征在于，所述分离器件(30)用于沿所述安装器件(10)的所述表面移动所述组件(12)，以将所述组件(12)与所述至少一个载流元件(14、16)分离。
8.如前述权利要求中任一项所述的过载保护装置，其特征在于，所述过载保护装置(40)具有所述组件(12)及/或所述安装器件(10)。
9.如权利要求8所述的过载保护装置，其特征在于，所述组件(12)被设计成SMD组件(26)。
10.如权利要求9所述的过载保护装置，其特征在于，所述装置(40)具有被设计成弹簧机构(32)的所述致动器(34)、所述SMD组件(26)及所述焊接接头(18、20)，且被设计成表面安装装置。
11.一种用于保护布置于具有载流元件的安装器件上的电性组件、尤其是电子组件的方法，其特征在于，提供多个焊接接头，所述焊接接头使所述载流元件中的一者与所述组件的对应端子电性接触，且当所述组件上出现过载时，所述焊接接头会熔化，并且提供用于使所述接头脱扣的分离器件，使得至少在发热时，所述分离器件会相对于所述安装器件对所述组件施加预应力，且当所述焊接接头熔化时，所述分离器件将所述组件与所述载流元件在空间上分离。
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