CN103733293A - 热过载保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明的主题是用于保护电气部件（1）、特别是电子部件的热过载保护装置（20），该热过载保护装置具有：用于对部件（12）的连接（14、16）进行短路或用于将连接（14）中的至少一个与过载保护装置（20）的载流元件（26）之间的导电连接（24）隔离的开关元件（22），用于将开关元件（22）移位至相应的短路位置或隔离位置的致动器以及形成为分离元件（30）的使致动器装置（28）热敏脱扣的脱扣元件。规定了过载保护装置（20）具有连接有分离元件（30）的底座元件（36），其中，能够在底座元件（36）的一侧借助于标准焊点（38）来焊接该底座元件（36），该侧面背对分离元件（30）。本发明此外涉及包括导体轨道载体（10）、布置在其上的至少一个部件（12）以及至少一个相关的过载保护装置（20）的相应布置，并涉及一种用于制造包括开关元件（22）、用于焊接复合体的底座元件（36）以及分离元件（30）的复合体的方法。

Description

热过载保护装置

本发明涉及一种用于保护电气部件的热过载保护装置，该热过载保护装置具有：用于对部件的连接进行或用于将连接中的至少一个与过载保护装置的一个载流元件之间的导电连接断开的开关元件，用于将开关元件移位至相应的短路位置或隔离位置的致动器装置，以及形成为分离元件的使致动器装置热敏脱扣的脱扣元件。本发明此外涉及一种用于制造用于相应的过载保护装置的复合体的方法，该复合体包括开关元件、底座元件和分离元件。

此类过载保护装置例如可从公开的专利申请DE102008022794A1了解。该文件描述了一种具有短路器件的热过载保护装置，该短路器件包括：用于使电涌保护放电器的电极短路的弹性偏置的短路跳线，和使过载保护装置脱扣的可熔元件。在该实施例的具有短路器件的开关元件的过载保护装置之外，还可设想一种具有隔离器件的相应开关元件的过载保护装置。

过载的电子部件能够引起其在额定工作范围之外操作。例如，由部件的绝缘强度降低引起的功耗导致损坏部件的加热增加。如果未能防止在可容许阈值以上的部件的加热，这可能导致例如对周围材料的损坏、烟气的产生或者导致火灾。

在例如可表面安装的部件的、布置于导体轨道载体上的部件的布置的情况下也会出现这些危险。为了构造此类布置，在多数情况下用自动单元将导体轨道载体（电路板/板）与相应的部件组装并焊接。由于密集的放置，可用空间常常是非常有限的。同时，发生至少接近于分离元件的脱扣温度的局部温度。

本发明的目的是提出一种热过载保护装置，其需要很少的空间，可靠地对热过载或短路或隔离进行响应，并且无论作为结果的温度，其能够在部件的安装、特别是表面安装的安装过程中容易地集成在导体轨道载体上。此外，本发明的目的是提出一种相应的制造方法。

根据本发明，用独立权利要求的特征来实现此目的。在从属权利要求中指定了本发明的有利配置。

根据本发明的过载保护装置具有：被连接有分离元件的底座元件，其中，能够在其背对分离元件的一侧借助于标准焊点来焊接底座元件。通过此底座元件，在热敏分离元件与过载保护装置的焊接点之间形成中间元件，经由该中间元件，在脱扣事件的情况下发生到分离元件的热传输。通过底座元件的热容产生热缓冲，其使得能够在不损坏分离元件的情况下在底座元件的一侧使用标准焊料通过短期焊接过程来焊接过载保护装置。

在这里，应注意的是术语“隔离（isolate）”涉及的是导电连接，而术语“分离”和“分离元件”涉及的是出于脱扣的目的将能够借助于标准焊点来焊接的底座元件与过载保护装置的其余部分机械分离。分离还能够同时是隔离，但是当特别将开关元件用于短路时，不必须如此。

该部件优选地是能够安装到或利用其连接被安装到具有导体轨道的导体轨道载体上的部件。在被配置为隔离器件的电开关元件中的导电连接的载流元件，特别地是导体轨道中的一个或安装在导体轨道载体上并连接到导电轨道中的一个的载流元件。导电连接是用于对部件进行接线的连接。短路特别地是经由导体轨道中的至少一个的短路。

有利地，规定了分离元件被配置为通过熔化而脱扣的可熔元件。可熔元件的熔融温度决定了脱扣温度，其因此能够通过选择材料来设置。

根据本发明的优选配置，规定了借助于熔化来脱扣的可熔元件具有比标准焊点的焊料的熔点低的熔点。作为活性材料，可熔元件具有例如功能性焊料或可熔塑料，其中的每一个具有与标准焊料（因此，标准焊点的焊料）相比明显较低的熔点。在这里，应将明显较低的熔点理解为低了20K或低了超过20K（≥20K或≥20℃）的熔点。

与标准焊料相比，可熔塑料此外在熔点下显示出其稠厚度的更柔和的过渡。这具有优点，即来自可熔塑料的分离元件即使在脱扣的情况下也保持其原始位置，并且通过脱扣，仅以短路器件能够使部件短路的方式改变其形状。

根据本发明的另一优选配置，规定了部件经由未脱扣的分离元件而机械连接到开关元件。特别地，还将导电的底座元件经由未脱扣的分离元件以导电方式连接到开关元件。如果开关元件被配置为用于使到载流元件的连接中的至少一个导电连接隔离的隔离器件，则可熔元件优选地是导电连接（要被隔离）中的焊点。于是底座元件和开关元件机械式分离直接伴随着导电连接的隔离。

有利地，规定了致动器装置由于其从未激活状态激活，从而能够切换成可脱扣状态，在该可脱扣状态下开关元件能够被可借助于分离元件脱扣的致动器装置移位，在致动器装置的未激活状态下，即使借助于分离元件而脱扣，致动器装置也不能使开关元件移位。因此在此背景下，术语“未激活”和“可脱扣”意指只有通过切换使致动器装置被激活，才提供短路或隔离所需的力，并且没有被激活的、即未激活的致动器装置即使借助于分离元件被脱扣，也不提供力或提供不足以用于短路或断开连接的力。这样的过载保护装置能够在没有脱扣风险的情况下安装，甚至在借助于与高温相关的安装过程，诸如，例如焊接。这使得只有当达到非临界温度之后或在可自由选择的时间才可能进行激活。此时间能够特别是在过载保护装置和/或电气部件的安装完成之后的时间。

根据本发明的优选配置，规定了致动器装置是能够通过手动地改变致动器装置的外部形状或致动器装置相对于开关元件的布置来进行切换的致动器装置。因此切换是通过改变致动器装置的外部形状或通过改变致动器装置相对于开关元件的布置的手动切换。该激活能够直接在过载保护装置上执行。激活时间可由用户自由选择。

根据本发明的有利配置，规定了致动器装置具有至少一个弹簧元件，特别是其为弹簧元件。通过使弹簧元件预张紧来切换致动器装置。

在这里特别规定了弹簧元件是锅仔片（snap dome）或具有锅仔片。锅仔片是根据响片（clicker）原理进行操作的弹簧元件。响片是由弹簧钢的条带制成的弹簧元件。所述钢被冲压，使得其具有稳定状态和亚稳状态。通过在稳定状态下施加力，其弯曲直至其由于扣紧而突然弹回至亚稳状态。在大多数情况下，响片的弹簧元件具有通过冲压而产生的像圆顶或像圆顶部分的区域。在本发明的此配置中，优选地将两个状态用于产生弹簧元件的松弛和预张紧状态。在此背景下的切换是从松弛状态切换至预张紧状态。

替换地或另外，有利地规定了致动器装置作为激活材料包括膨胀性材料和/或记形材料和/或化学地改变其形状的材料。

特别地规定了在切换状态下，致动器装置是借助于锁扣结构而在开关元件处被机械地预张紧的致动器装置。开关元件和/或致动器装置的各部分因此在致动器装置被切换时被相互锁扣，或者另外被相互有效地啮合从而使致动器装置预张紧。

替换地或另外，有利地规定了致动器装置是能够借助于致动器装置的各部分或区域的相互移位而被切换（因此被激活）的设备。如果致动器装置具有根据响片原理进行操作的弹簧元件（例如锅仔片），则所述移位是此弹簧元件的区域的扣紧（buckling）。

根据本发明的改进，规定了开关元件和致动器装置是整体地形成的，或者至少包括整体地形成的一个部分。这减少了所需零件的数目，并且定义了开关元件与致动器装置之间的明确的连接。

根据本发明的优选实施例，规定了过载保护装置是能够与部件分离的过载保护装置。该部件和过载保护装置因此至少在原则上能够相互独立地操作。此自由度特别地简化了部件和/或过载保护装置的安装。

本发明此外涉及一种布置，其包括导体轨道载体、布置在其上的至少一个部件和至少一个上述过载保护装置，其中，底座元件借助于标准焊点而被焊接到导体轨道载体的导体轨道，该导体轨道又被直接连接到部件的连接。该部件优选地是电涌保护放电器，特别是基于半导体（抑制二极管、变阻器等）或充气的电涌放电器或电阻器。

特别地，所述部件是表面安装部件（SMD部件），其优选地借助于回流焊接过程被安装在导体轨道载体的导体轨道上。

根据本发明的实施例，规定了在导体轨道载体的导体轨道上经由分离元件（因此间接地）来支承过载保护装置的致动器装置和/或开关元件，该导体轨道被直接连接到部件的连接。替换地或另外，特别规定了过载保护装置的开关元件和/或致动器装置被直接地支承在至少一个导体轨道上。

本发明此外涉及一种用于制造复合体的方法，该复合体包括开关元件，用于焊接该复合体的底座元件，以及布置在开关元件与底座元件之间并将其连接的分离元件。所述方法包括以下步骤：（i）为开关元件提供一个末端区域的扩展部分，（ii）折叠末端区域旁边的扩展部分，（iii）在末端区域与扩展部分之间引入可熔元件，以及（iv）去除在折叠期间产生的边缘，其中，扩展部分的剩余部分形成底座元件。开关元件和底座元件由同一部分、优选是被冲压的并弯曲的部分制造。

根据本发明的优选实施例，规定了扩展部分或底座元件是槽形的。槽形配置防止了优选是功能性焊料的可熔元件流走。

下面参考附图且借助于示例性实施例来更详细地解释本发明。

在所述附图中：

图1示出了电子部件和根据本发明的第一实施例的未激活操作状态下的热过载保护装置，

图2示出了由开关元件、底座元件以及布置在开关元件与底座元件之间并将其连接的分离元件组成的过载保护装置的脱扣复合体，

图3示出了图1的部件和已激活操作状态下的热过载保护装置，

图4示出了图1和3的部件和已脱扣操作状态下的热过载保护装置，

图5示出了电子部件和根据本发明的第二实施例的未激活操作状态下的热过载保护装置，

图6示出了图5的部件和已激活操作状态下的热过载保护装置，

图7示出了图5和6的部件和已脱扣操作状态下的热过载保护装置，

图8示出了图2的复合体的制造期间的初始状况，

图9示出了图2的复合体的制造期间的第一中间结果，

图10示出了图2的复合体的制造期间的第一中间结果，以及

图11示出了图2的复合体的制造期间的最终结果。

图1示出了布置在导体轨道载体10上的电气部件12的示意图。电气部件12特别地被形成为电子部件，其借助于标准焊点（在这里未示出）用其电气连接14、16被焊接在导体轨道载体10的导体轨道18上。此外，示出了与部件12相关联的过载保护装置20。

过载保护装置20包括用于将过载保护装置20的载流元件16与电气部件20的连接14中的一个之间的导电连接24隔离的开关元件22。载流元件26被同样地借助于标准焊点（未示出）焊接到导体轨道18中的一个。此外，过载保护装置20包括致动器装置28和被配置为分离元件30的使致动器装置28热敏脱扣的脱扣元件。在附图的示例中，如图2中明确所示，此分离元件30被配置为开关元件22的末端区域与底座元件36之间的可熔元件32。在图8至11中示出了包括开关元件的末端区域34、可熔元件32和由末端区域34的扩展部分36'产生的底座元件36的复合体的制造过程。

图2详细示出了过载保护装置20的借助于虚线圆圈标记的部分。在本实施例中，底座元件36被形成为金属片或冲压的并弯曲的部分，在其上侧承载可熔元件32，并且在其背对可熔元件32的（下）侧，其借助于标准焊点38被焊接到导体轨道18中的一个上。所示的可熔元件32是焊点，其焊料在比这里用于将部件12和过载保护装置20焊接到导体轨道载体10的标准焊料明显低的温度（例如低20℃）熔化。

由于标准焊点38、底座元件36和被形成为焊点的分离元件30是导电的，所以被直接连接到一个连接14的导体轨道18在分离元件30的未脱扣状态下以导电方式连接到开关元件22，并且经由载流元件26连接到另一导体轨道18。因此，建立导电连接24。由于利用致动器装置28执行的通过分离元件30被脱扣了的开关元件30的移位/变形，可将导电连接24断开并使部件12断电。

图1示出了处于未激活状态下的具有开关元件22和致动器装置28的过载保护装置20，在该未激活状态下开关元件22不能被形成为弹簧元件的致动器装置28移位或没有被移位，即使借助于分离元件30被脱扣也不能，因为在此状态下，致动器装置28未对开关元件22施加力。

图3示出了具有开关元件22和切换到可脱扣状态之后的致动器装置28的过载保护装置20，在该状态下开关元件22能够被可借助于分离元件30脱扣的致动器装置28移位。借助于手动施加的力，形成为弹簧元件40的致动器装置28相对于开关元件22弯曲/旋转，于是致动器装置28借助于锁扣机构（未示出）在开关元件22处被机械地预张紧，因此被切换至可脱扣状态。

图4表示底座元件36和开关元件22的连接断开。在切换到开关元件22能够被可借助于分离元件30脱扣的致动器装置28移位的可脱扣状态（图3）之后，随后通过分离元件30脱扣，致动器装置28的预张紧弹簧元件40将一个末端区域34拉离底座元件36（隔离位置），使得导电连接24被隔离。

这导致以下优点：在过载保护装置20的安装状态下，后者不受力。能够通过简单的放置，特别是借助于自动放置机来进行在载体10上的安装。对于焊接过程而言，不要求固定或压紧（holding down）。在安装/焊接过程之后，能够通过开关元件22和弹簧元件40的相互锁扣（或扣紧）来激活该装置。由于能够使用标准焊料将底座元件36焊接到导体轨道18，所以能够用机器将过载保护装置20与部件12焊接在一起。

在操作状态下，由弹簧元件40和与底座元件36和可熔元件32的接触点在载体10上形成的开关被闭合。通过激活温度的不许可的对部件12的加热，导致处于可脱扣状态的装置20的激活。在超过激活温度（形成为焊料的可熔元件的焊料熔化温度，不是标准焊料的较高熔化温度）时，弹簧元件40的弹簧张力促使以这种方式形成的开关打开，因此将部件12转移至安全状态。

图5至7示出了借助于形成为短路跳线的开关元件22，在热过载情况下过载保护装置20使连接14、16短路的布置。导电开关元件22与部件12被布置在一起。为此，开关元件22被同样地固定在载体10上。与被固定在载体10上且被形成为短路金属的另一个载流元件42一起，开关元件22的末端区域34形成电开关。

图5示出了具有开关元件22和处于未激活状态下的致动器装置28的过载保护装置20，在该未激活状态下开关元件22不能被形成为弹簧元件的致动器装置28移位或没有被移位，即使通过借助于分离元件30被脱扣也不能，因为在此状态下，致动器装置28未对开关元件22施加力。在这里也是分离元件30被配置为可熔元件32，例如可熔塑料。

图6示出了具有开关元件22和切换到可脱扣状态之后的致动器装置28的过载保护装置20，在该状态下开关元件22能够被可借助于分离元件30脱扣的致动器装置28移位。借助于手动施加的力，致动器装置28相对于开关元件22弯曲/旋转，于是致动器装置28借助于锁扣机构（未示出）在开关元件22处被机械地预张紧，因此被切换至可脱扣状态。在本实施例中，致动器装置28被形成为弹簧元件40。

图7示出了在通过分离元件30脱扣之后借助于形成为短路跳线的开关元件22被短路的部件12。致动器装置28的预张紧弹簧元件40将一个末端区域34拉离底座元件36并将其提升到经由钩状的其他载流元件42和相应的导体轨道18来实现短路的程度（短路位置）。

这导致以下优点：在过载保护装置20的安装状态下，后者不受力。能够通过简单的放置，特别是借助于自动放置机来进行在载体10上的安装。对于焊接过程而言，不要求固定或压紧。在安装/焊接过程之后，能够通过开关元件22和弹簧元件40的相互锁扣（或扣紧）来激活该装置。由于能够使用标准焊料将底座元件36焊接到导体轨道18，所以能够用机器将过载保护装置20与部件12焊接在一起。

在操作状态下，由弹簧元件40和与底座元件36和可熔元件32的接触点在载体10上形成的开关被打开。通过激活温度的不容许的对部件12的加热，导致处于可脱扣状态的过载保护装置20的激活。在超过激活温度（形成为焊料的可熔元件的焊料熔化温度）时，弹簧元件40的弹簧张力促使以这种方式形成的开关闭合，因此将部件12转移至安全状态。

图8至11概述了一种用于制造复合体的方法，该复合体包括开关元件22、底座元件36和布置在开关元件22与底座元件36之间并将其连接的分离元件30。此复合体已在图2中示出。制造方法包括以下步骤：

—为开关元件22提供一个末端区域34的扩展部分36'（图8），

—折叠末端区域34旁边或下面的扩展部分36'（图9），

—在末端区域34与扩展部分36'之间以功能性焊料的形式引入可熔元件32（图10），以及

—去除在折叠期间产生的边缘44（用箭头46来指示），其中，扩展部分36'的剩余部分形成底座元件36，该剩余部分不再以外形配合的方式连接到末端区域34（图11）。

能够例如借助于切割过程或另一分离过程（用箭头46来指示）来执行去除边缘44。结果是图2中所示的复合体。所述复合体是过载保护装置20的一部分。

可选地，扩展部分36'或底座元件36是槽形的。底座元件36的槽形配置在借助于标准焊料将复合体或过载保护装置20焊接到底座元件36的下侧时防止可熔元件32（功能性焊料）流走。

导体轨道载体  10

部件  12

连接  14

连接  16

导体轨道  18

过载保护装置  20

开关元件  22

导电连接  24

载流元件  26

致动器装置  28

分离元件  30

可熔元件  32

末端区域  34

底座元件  36

扩展部分  36'

标准焊点  38

弹簧元件  40

其他载流元件  42

边缘  44

箭头  46

Claims (14)

1.一种用于保护电气部件（12）特别是电子部件的热过载保护装置（20），该热过载保护装置具有：用于对部件（12）的连接（14、16）进行短路或用于将连接（14）中的至少一个与过载保护装置（20）的载流元件（26）之间的导电连接（24）隔离的开关元件（22），用于将开关元件（22）移位至相应的短路位置或隔离位置的致动器装置（28），以及形成为分离元件（30）的使致动器装置（28）热敏脱扣的脱扣元件，

其特征在于

底座元件（36），分离元件（30）被连接到该底座元件（36），其中，能够在底座元件（36）的一侧借助于标准焊点（38）来焊接底座元件（36），该侧面背对分离元件（30）。

2.根据权利要求1所述的过载保护装置，其中，所述分离元件（30）被形成为通过熔化而脱扣的可熔元件（32）。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的过载保护装置，其中，通过熔化而脱扣的可熔元件（32）具有比标准焊点（38）的焊料的熔点低的熔点。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的过载保护装置，其中，所述底座元件（36）经由未脱扣的分离元件（30）而机械地连接到开关元件（22）。

5.根据权利要求4所述的过载保护装置，其中，所述底座元件（36）是导电的，并且还经由未脱扣的分离元件（30）以导电方式连接到开关元件（22）。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的过载保护装置，其中，所述致动器装置（28）由于其从未激活状态激活，从而能够切换成可脱扣状态，在该可脱扣状态下开关元件（22）能够被致动器装置（28）移位，在致动器装置（28）的未激活状态下，即使借助于分离元件（30）而脱扣，致动器装置也不能使开关元件（22）移位。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的过载保护装置，其中，所述致动器装置（28）具有至少一个弹簧元件（40），特别是其为弹簧元件（40）。

8.根据权利要求7所述的过载保护装置，其中，所述弹簧元件（40）是锅仔片。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的过载保护装置，其中，所述致动器装置（28）在可脱扣状态下是借助于锁扣结构在开关元件（22）处被机械地预张紧的致动器装置（28）。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的过载保护装置，其中，所述过载保护装置能够与部件（12）分离。

11.一种包括导体轨道载体（10）、布置在其上的至少一个部件（12）以及根据权利要求1至10中的任一项所述的至少一个过载保护装置（20）的布置，其中，所述底座元件（36）借助于标准焊点（38）而焊接到导体轨道载体（10）的导体轨道（18），该导体轨道被直接连接到部件（12）的连接（14）。

12.根据权利要求11所述的布置，其中，所述过载保护装置（20）的所述开关元件（22）和/或致动器装置（28）被直接地支承在导体轨道（18）中的至少一个上。

13.一种用于制造权利要求1至12中的任一项所述的热过载保护装置（20）的脱扣复合体的方法，其中，该复合体由开关元件（22）、用于焊接该复合体的底座元件（36）、以及布置在开关元件（22）与底座元件（36）之间并将其连接的被形成为可熔元件（32）的分离元件（30）构成，其特征在于如下步骤：

—为开关元件（22）提供一个末端区域（34）的扩展部分（36'），

—折叠该末端区域（34）旁边的扩展部分（36'），

—在末端区域（34）与扩展部分（36'）之间引入可熔元件（32），以及

—去除在折叠期间产生的边缘（44），其中，扩展部分（36'）的剩余部分形成底座元件（36）。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述扩展部分（36'）或底座元件（36）以槽形方式形成。

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