CN1192413C - 保险丝元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有实质上为陶瓷外壳的保险丝元件，所述外壳在未焙烧状态下密封在至少一个易熔导体周围。为了改善这种保险丝元件在断开期间所出现的极高的内部压力以及遭遇电弧的时性能，提供了一种保险丝元件(5)，其中的易熔导体(1)具有一个导电元件，特别是金属丝(2)，以及一个绝缘的多孔元件。

Description

保险丝元件

发明领域

本发明涉及一种具有实质上为陶瓷的外壳的保险丝元件，所述外壳在未焙烧状态下密封在至少一个易熔导体周围。

背景技术

所述保险丝元件又被称作芯片保险丝元件，并被设计成可进行表面安装的装置。所述类型的保险丝元件是已知的，例如，可以参见WO96/08832。该专利文献披露了一种生产保险丝元件的方法，其中，通过一个加压步骤将易熔导体密封在至少一个上部陶瓷层和至少一个制备的下部生陶瓷层之间。在将其分割成独立的易熔导体部分之后，该方法用一个烧结步骤对周围的外壳进行烧结，并在所述易熔导体部分的末端部分连接外部接点。业已证实，用这种生产方法生产的保险丝元件，特别是该保险丝元件的陶瓷外壳在断开时遇到由蒸发易熔导体材料所产生的极高的内部压力时，或者在电弧的等离子体中是不利的，就是说它会破开。

US-A-3197596披露了一种电保险丝元件，该元件包括一个易熔金属导体和非金属材料，其中，所述金属导体直接固定连接在预定体积的所述非金属材料上。US-A-3197596的电保险丝通过使用磨碎的沙子作为非金属材料以避免损坏该保险丝的外壳。

发明内容

本发明的目的是开发一种普通类型的保险丝，该保险丝能克服上述问题并具有可靠的电接点，并且确保所述外壳的气密性密封形式。另一个目的是这种新型保险丝可以降低生产成本。

因此，本发明的目的是开发一种生产工艺简单的普通类型的保险丝元件，同时能克服上述缺陷。

上述目的是根据本发明的下述特征实现的：

-所述易熔导体具有一个导电元件，特别是金属线，

-以及一个绝缘的有孔元件，和

-至少有一个孔位于陶瓷层的所述易熔导体部位，以便形成一个外部接点，所述孔用能够共同焙烧的导电性糊剂填充，并且在烧结步骤之后，形成与所述易熔导体的电连接。

本发明的保险丝元件在其生产过程中使用未焙烧过的生陶瓷层，所述陶瓷层通过粘接剂粘接在一起，从而以空气密封方式密封一个易熔导体。在不对所述材料进行额外的机械处理条件下，几乎不可能提供具有特定性能的密封的压力平衡的腔室。在已知的生产方法中优选采用一个加压步骤，以便将彼此层叠在一起的生陶瓷层可靠地粘接在一起。在用于上述目的的压床中，包括等压压床或常规或具有特殊形状的加压板的常规压床，所述压床能在所述陶瓷层之间形成紧密的粘接，以便提高外壳对内部压力的承受能力。

无论加压过程是如何进行的，本发明建议使用包括两个元件的易熔导体，一个是导电的，另一个是绝缘的。所述绝缘元件在这种情况下是有孔的。为了符合生产保险丝元件的惯用形式，可将所述有孔元件设计成长形的。因此，所述易熔导体通过它的元件之一形成有孔形式，并且在断开期间吸收金属蒸汽和过高的压力。如果使用上述类型的易熔导体，并压在两个未经焙烧的生陶瓷层之间，这种易熔导体也会在其外侧以气密性方式进一步密封。不过，试验业已证实，由于与所述陶瓷层压在一起，所述易熔导体材料的元件上的特定的孔隙度特性不会伤失。因此，通过所述材料以一种简单的方式可以提供用于吸收金属蒸汽的确切的可测定的孔隙度。在这种情况下，所述孔隙优先位于直接靠近待熔化的导电性易熔导体材料附近。

如果使用具有较大直径的易熔导体元件，用两个陶瓷层进行密封具有使得随后的陶瓷外壳凸出的作用。通过将易熔导体至少部分压入第一绿色陶瓷层，然后将其放在另一个陶瓷层上，可以避免由两个绿色陶瓷层形成的层叠结构在易熔导体附近过分的升高。如果使用等压压床或具有至少一种仿形加压板的压床，可以降低在易熔导体周围的升高，而不会对陶瓷外壳的稳定性产生不利影响。通过这种方法，或者在第二个覆盖生陶瓷层上增加一个与易熔导体条平行的生陶瓷，可以使得陶瓷外壳的表面呈现这样一种形式：即它还可以用SMD工艺安装，特别是没有任何优选的安装表面。

另外，以下述方式将易熔导体设置在底层和多孔的表层之间，陶瓷层上的至少一个孔位于所述易熔导体部位。为了形成一个外部接点，用一种能够共同焙烧的导电性糊剂填充所述孔。在烧结步骤之后，产生一种从陶瓷外壳的外表面到易熔导体的导电连接。就此而言，树脂酸盐糊剂或金属油墨形式的所述导电糊剂，同时还能起到密封或封闭尚未焙烧过的陶瓷外壳的作用，所述陶瓷外壳也可以在加压之后就已经密性密封在一起。因此，在烧结步骤之后，在很少几个生产步骤中用已知的糊剂就已经完全形成了可以焊接的外部接点。

根据一种实施方式，绝缘元件优选是纤维形式的，并且具体包括一个或多个电绝缘物质的长丝。原则上讲，具有良好的电绝缘效果而又没有在长期加热期间或者因为老化而形成导电性碳桥的危险的所有材料都可被选择用于本发明中。不过，与具有相当的绝缘效果的其他材料相比，有孔陶瓷材料的不同之处在于，它能提供许多用于吸收金属蒸汽的孔隙，即使在断开时的高温下也是如此。不过，所述绝缘元件优选包括陶瓷长丝，因为陶瓷纤维材料具有很大的表面积来吸收由电弧所产生的很大的热能，因为它具有极高的熔点。另外，在所述长丝或者在陶瓷层之间所形成的腔室在断开期间在压力密封的密封的外壳中起着过高压力缓冲装置的作用。

在本发明的一种实施方案中，所述易熔导体包括一个芯和一个护套。所述芯可以由陶瓷长丝制成，所述护套由导电材料组成。在一种优选实施方案中，所述绝缘元件具体形成一种长形的芯，在该芯的周围缠绕金属丝。因此，所述易熔导体可以具有整体上的卷绕易熔导体的形式，这种导体是用已知方法生产的，例如，用于玻璃密封的保险丝或微型保险丝领域的方法。因此，所述易熔导体的有效长度同样得到了有利的增加，因此本发明的保险丝元件可用于大范围的电流梯度。长期以来已知的在以高精度生产这种缠绕型易熔导体并保持预定的易熔导体特征时所出现的生产工程问题得到了解决。因此，所述陶瓷长丝在用于本发明时具有多种功能。一方面，在生产缠绕型易熔导体时它起着支撑薄的易熔导体丝并确定该丝线圈直径的作用。另一方面，它在成品保险丝中起着冷却介质的作用，因此，它起着与在玻璃密封保险丝中填充沙子的相似作用。不过，与玻璃密封保险丝不同的是，陶瓷长丝安装在实际易熔导体的内侧，因此不会对该保险元件的断开特征产生任何不利影响，这种不利影响是由于向该保险元件的外壳导热所引起的。

在另一种实施方案中，所述金属丝被埋在绝缘元件中，具体地讲，由管状形式的所述长丝包裹。因此，还可以优选使用一种光滑的金属丝，该金属丝由绝热的长丝包裹，特别是，仅在所述易熔导体的热点部位包裹，也就是说在一限定的部分。在该部位外面，触发该保险丝的可能性极低，因此，在这里可以气体密封形式通过陶瓷材料密封所述金属丝易熔导体。这样，可以简便的方式生产一种可靠密封的保险丝。

根据本发明进一步的特征，所述长丝优选缠绕在一起，或者以其他方式，特别是弹性方式交织或连接在一起。例如，护套的部分也可以在生产期间生产，并且单独套在易熔导体上或者易熔导体的一部分上。就此而言，例如由以护套状形式缠绕在一起的纤维可知，通过压紧一部分可以以下述方式产生影响，即当该部分同时缩短时所述护套会变宽。陶瓷长丝在适当范围内也是有弹性的，因此它可以像玻璃纤维或类似的绝缘材料纤维那样进行加工。所述部分的加压可大大促进易熔金属丝的插入，以便构建本发明的保险丝，就是说当使用陶瓷纤维时也如此。通过拉伸，所述护套可以非常紧密地围住所述导体，优选能够在对该结构进行加压的同时自动进行拉伸。

在一种优选实施方案中，将陶瓷表层上的一个孔和陶瓷底层上的一个孔在易熔导体纵向轴线上的部位一上一下地设置，以便形成外部接点。其结果是，在所述表层的部位和所述底层的部位总体上说产生相同类型的外部接点。因此，该保险丝元件可以一种以上的位置进行导电连接，例如，通过焊接连接，并且还可以固定在它的位置上。

在所述陶瓷表层和/或它的底层的所述孔的部位，优选具有一个能够共焙烧的导电性糊剂条，设置在所述未焙烧过的材料上，大体上垂直于所述易熔导体的轴线。在对该结构进行加压以及随后的烧结步骤中，通过所述条形成从易熔导体相应的外部接点的导电接触部位。所述末端部分具有使电流密度分布变窄的作用，实际上该电流的分布通常是从所述外部接点到所述易熔导体。这样具有高电流密度和理想热前提条件是它仅仅产生在所述密封的陶瓷外壳的深处区域。在烧结步骤之后所述外壳还会被气密性密封，并且由于它是陶瓷的，在机械强度上特别稳定。在该外壳部位，因此也可以达到断开本发明保险丝元件所需要的温度。该部位通常被称作“热点”。在实现上述特征的同时，所述热点被可靠地转移到所述陶瓷体的中央部位，因此，即使在断开期间出现高的内部压力，由所述外壳也总是能够可靠地加以吸收。

在一种优选实施方案中，所述陶瓷表层和陶瓷底层上的孔被制成镀通孔形式，相应的通孔优选在加压之后设置在未焙烧过的结构中，例如，通过打孔形成。当使用具有仿形板的压床时，所述打孔步骤还可以在加压的同时完成。

本发明易熔元件的长度优选是由所述孔在易熔导体的轴线方向上的距离确定。因此可以使用随意选择的长度，同样能对该保险丝的特性产生明显的影响。另外，通过固定该长度，本发明的保险丝元件可以适应预定的外壳尺寸，考虑到了在烧结期间所述材料的收缩。

在一种特别优选的实施方案中，将一种玻璃陶瓷材料或某种在烧结状态下具有极低的导热性的其他材料用作所述表层和/或底层的未焙烧过的陶瓷材料。选择所述材料的优点是，能将所述热点集中在本发明保险丝元件的中央，通过该外壳进行的热消散相当低。

陶瓷表层和/或底层优选由环状条和/或片形式的绿色陶瓷材料构成，它具有商业上惯用的尺寸。通过这种类型的材料的预先选择，可以用连续生产工艺生产本发明的保险丝元件，以多个重复的长的条的形式生产。由于加工工程原因所导致的停机时间以这种方式降低到最低程度，通过上述本发明的保险丝元件设计以及以条和后者末端接点的整体结构形式生产，可以产生一种非常有效的生产方法。在这种情况下可以进行各保险丝元件的分离，特别是在烧结步骤之后进行，例如，沿着垂直于保险丝元件的纵向轴线的轴线通过所述的带接触烧结的涂层的孔断开。因此，其优点是不需要任何后续处理，即使在本发明保险丝的分离或断裂边缘部位也不需要处理。

附图简介

下面将结合基于附图的两种代表性实施方案对本发明的其他优点作更详细的说明，其中：

图1表示易熔导体的示意图；

图2表示本发明保险丝元件的剖面图；

图3表示完全烧结的保险丝元件的平面图；

图4表示易熔导体的另一种实施方案；和

图5表示使用了图4所示的易熔导体的本发明保险丝元件的剖面。

具体实施方式

图1表示易熔导体1的基本结构的三维示意图，它被用于本发明的保险丝元件1中。易熔导体1包括缠绕在一个芯3上的金属丝2，金属丝缠绕在芯3上的每单位长度的卷绕次数是精确固定的。芯3本身包括陶瓷长丝4，在单根长丝4之间具有空隙，即使电线2在芯3上缠绕很紧时也是这样。取决于生产陶瓷长丝4的工艺，可以生产出由长丝间的空隙形成的确定的预定空隙度的芯3。就此而言，长丝4的陶瓷材料具有两种区别特征，即良好的电绝缘性和耐高温能力。在这种情况下，陶瓷的绝缘特征通常不会受到不利的老化影响。所述高温稳定性的作用是，长丝4在触发保险丝元件期间，因而在产生电弧的同时金属丝2的蒸发期间，即使在开关电弧部位也至少部分是稳定的，因此，金属蒸汽可以吸收并保留在长丝4之间，而且，其间隙可以起着压力平衡缓冲物的缓冲作用。

图2表示在垂直于易熔导体1的轴线的平面A-A(参见图3)上的垂直通过保险丝元件5的优选实施方案的剖面。在缠绕在芯3上的易熔导体1的金属丝2的外面以气密性密封方式由两层陶瓷层6包围，一个底层7和一个表层8。在一种优选生产方法中，易熔导体1在被表层8覆盖之前业已部分压入底层7中，至少在它的热点部位是这样。这样做可以取得的效果是，在包括两个陶瓷层6的叠层结构上，即使是在易熔导体1的部位也不会出现过分的升高。

使用等压压床，以密封方式将表层8压在易熔导体1上，因此，即使在冲压之后在陶瓷层8之间也不再存在界面9。因此，在图2中仅以虚线形式表示。在冲压之后，陶瓷层6业已在易熔导体1周围形成气密性密封壳，通过随后的烧结步骤其机械强度得到极大的稳定化，并可以承受相当大的负荷，甚至是承受很高的内部压力。

在图3中示出了生产方法的最后一个步骤中一种保险丝元件5的一种优选实施方案的平面示意图。在图3中，还示出了对应于图2中的示意图的剖面A-A位置。在所示的生产阶段，若干保险丝元件5仍然以条的形式彼此连接在一起，它在平行于易熔导体1的轴线10上的预定点以固定距离d设有孔11，这些孔通过保险丝元件5的两个陶瓷层6。孔11在其整个内表面12上衬有在烧结期间与之共同焙烧的导电性糊剂，并以导电形式与易熔导体连接。隔离平面13垂直于轴线10而通过每一个孔11。在完工之后，通过断裂、激光切割或其他锯开烧结结构的方式进行分离步骤，每一个孔11的被分成两半的内表面12在每一个保险丝元件5的相反的端面上形成一个完整功能的外部接点14，它具有良好的导电性能，并可以进行焊接。

在将上述结构放在一起并进行加压之前，将一种导电性糊剂条15(它很可能是能够共同焙烧的)压在底层7上的一个孔11的部位上，随后它会与易熔导体1直接接触。可以通过打孔在所述结构的该部位形成孔11，例如，甚至可以在冲压之后或在冲压期间打孔。条15可以从外部接点14向保险丝5内部的易熔导体1输送稳定的并且尽可能具有单一的电流密度分布的电流。因此，条15起着终端部位的作用。这样能确保在接触良好的情况下，只能在保险丝5的耐压的内部能达到最大电流密度，即它只能在保险丝5的内部被触发，而不是在其端面部位或者过分靠近易熔导体1的外部接点14。

图4表示易熔导体1的另一种实施方案。在该实施方案中，由光滑的金属丝2形成芯3，在它的纵向轴线方向由陶瓷长丝4包围着，因此，长丝4形成环绕金属丝3的有孔护套。在这一方面，用于缠绕的方法是已知的，例如，可以从光缆技术领域得知，特别是从光学通讯技术中得知，对敏感的材料进行包覆或处理，在图4所示实施方案中还可以以预先加工的环形材料形式来生产易熔导体1。

易熔导体1的护套还可以选择较大的直径。然而，由于护套外表面离在断开时的电弧的距离是如此之大，以至于还可使用化学助剂来临时固定所述长丝，而没有形成碳桥的危险或者对金属丝材料产生任何不利影响。

在图5中示出了使用图4所示易熔导体1的本发明保险丝5的剖面。该结构基本上相当于图2的结构，不过，在该图中还图示强调说明了该第二种实施方案在陶瓷层6之间于加压期间对横截面变化的良好的适应能力。

在该实施方案中，还能够方便地从长丝4上去掉一部分陶瓷护套，或者在金属丝2上提供部分护套。因此还可将长丝4的护套特意仅仅设置在热点部位，而朝向外部接点的金属丝3以气密性方式直接密封在底层7和表层8之间。对于金属丝3的实际电接触来说，原则上讲在说明图3时业已叙述过的所有内容均适用。

Claims (15)

1.保险丝元件(5)，具有一个陶瓷的外壳，它在未焙烧的状态下密封在至少一个易熔导体(1)周围，其特征在于：

-所述易熔导体(1)具有一个导电元件，

-以及一个绝缘的有孔元件，

-在一陶瓷层(6)上于易熔导体(1)的部位至少有一个孔(11)，以便形成外部接点(14)，所述孔用能够共同焙烧的导电性糊剂填充，并且在烧结步骤之后形成与易熔导体(1)的导电连接。

2.如权利要求1的保险丝元件，其特征在于所述绝缘元件是纤维状的。

3.如权利要求1的保险丝元件，其特征在于所述绝缘元件包括一种或多种电绝缘物质的长丝(4)。

4.如权利要求3的保险丝元件，其特征在于所述绝缘元件包括陶瓷长丝(4)。

5.如权利要求1的保险丝元件，其特征在于所述易熔导体(1)包括芯(3)和一护套。

6.如权利要求1的保险丝元件，其特征在于所述的绝缘元件形成一种长形芯(3)，在它上面缠绕金属丝(2)。

7.如权利要求1的保险丝元件，其特征在于该导电元件为被埋在绝缘元件中的金属丝(2)。

8.如权利要求3的保险丝元件，其特征在于该导电元件是以管状形式包在长丝(4)中的金属丝(2)。

9.如权利要求8的保险丝元件，其特征在于长丝(4)交织或缠绕在一起。

10.如权利要求1的保险丝元件，其特征在于将陶瓷层的陶瓷表层(8)上的孔(11)和陶瓷底层(7)上的孔(11)在易熔导体(1)部位一上一下地设置，以便形成外部接点(14)。

11.如权利要求10的保险丝元件，其特征在于在陶瓷表层(8)和/或底层(7)的孔(11)的部位有一个能够共同焙烧的导电性糊剂条(15)，该糊剂条垂直于易熔导体(1)的轴线(10)设置。

12.如权利要求10的保险丝元件，其特征在于陶瓷表层(8)和陶瓷底层(7)上的孔是以镀通孔形式形成的。

13.如权利要求10的保险丝元件，其特征在于在易熔导体(1)轴线方向上的孔(11)之间的距离(d)决定保险丝(5)的长度。

14.如权利要求10的保险丝元件，其特征在于陶瓷表层(8)和/或底层(7)由未焙烧的玻璃陶瓷材料构成。

15.如权利要求10的保险丝元件，其特征在于所述陶瓷表层(8)和/或底层(7)由环状条和/或片形式的生陶瓷材料组成。

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