DE102007020989B4

DE102007020989B4 - Verfahren zur Herstellung einer Schmelzsicherung sowie nach dem Verfahren hergestellte Schmelzsicherung

Info

Publication number: DE102007020989B4
Application number: DE200710020989
Authority: DE
Inventors: Alfred Engl; Bruno Betti
Original assignee: Autecto Industrievertretungen & Co KG GmbH
Current assignee: Audio Ohm Di Tonani Caterina E C SRL
Priority date: 2007-05-04
Filing date: 2007-05-04
Publication date: 2013-10-10
Anticipated expiration: 2027-05-05
Also published as: DE102007020989A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Schmelzsicherung (10), umfassend die Schritte:(a) kontinuierliche Zufuhr eines Bandmaterials (48) mit einer ersten Materialstärke (M1), dasaus kupferbasiertem Material (42) besteht und einen in Längsrichtung verlaufendenSchmelzbereich (46) mit einer zweiten Materialstärke (M2) aufweist, welche wesentlichgeringer ist als die erste Materialstärke (M1);(b) kontinuierliche Zufuhr eines Beschichtungsmaterials (44) mit geringeremSchmelzpunkt als das kupferbasierte Material (42), wobei dasBeschichtungsmaterial (44) in Form eines Drahtes (56) zugeführt wird und die Dicke desaufgebrachten Beschichtungsmaterials (44) über die Querschnittsfläche des Drahts (56)sowie die Zuführgeschwindigkeit eingestellt wird;(c) Erhitzen des kontinuierlich zugeführten Bandmaterials (48) im Bereich desSchmelzbereichs (20) über eine Erhitzungsvorrichtung (54);(d) Erhitzen des Beschichtungsmaterials (44) über den Schmelzpunkt;(e) vollflächiges Aufbringen des Beschichtungsmaterials (44) im Schmelzbereich (20),wobei die Dicke des aufgebrachten Beschichtungsmaterials (44) im Wesentlichender Differenz aus erster Materialstärke (M1) und zweiter Materialstärke (M2) entspricht;und(f) Ausstanzen von Schmelzsicherungen (10) aus dem beschichteten Bandmaterial (48).

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Schmelzsicherung sowie eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Schmelzsicherung, insbesondere für Kraftfahrzeuge.
Stand der Technik
Schmelzsicherungen werden in vielen Bereichen der Technik verwendet, beispielsweise im Fahrzeugbau. Dabei sind abhängig von dem entsprechenden Anwendungsbereich genau vorgegebene und normierte Anschlussgeometrien zu beachten. Neben den Anschlussgeometrien müssen die Schmelzsicherungen aber auch entsprechend aufgebaut und ausgelegt sein, um im Bezug auf den Nominalstrom, aber auch die Auslösecharakteristika die technischen Vorgabe zu erfüllen. Weitere Bedingungen, die zu erfüllen sind, richten sich nach dem spezifischen Einsatzfeld von Schmelzsicherungen und die für diesen Bereich geeigneten Einsatzmaterialien.
Die im Fahrzeugbereich eingesetzten Schmelzsicherungen sind entsprechend den aus der Anschlussgeometrie herrührenden Produktspezifikationen dem Fachmann beispielsweise unter den Begriffen ”Schraubsicherung SF-30”, ”Schraubsicherung SF-51” oder ”Multifuse”, d. h. einteilig in ein Stanzgitter integriert, bekannt.
Für das Material derartiger oben bezeichneter, im Fahrzeugbau verwendeter Schmelzsicherungen hat sich Kupfer oder ein kupferbasiertes Material als geeignet erwiesen. Eine Herstellung aus Zink ist hingegen weniger vorteilhaft, da Zink relativ weich ist und eine sichere Stromübertragung aufgrund des Setzverhaltens von Zink bei Vibrationen, wie sie insbesondere auch im Betrieb eines Fahrzeuges auftreten, gewährleistet werden muss. Schließlich werden Schmelzsicherungen im Kraftfahrzeugbereich auch im Nassbereich eingesetzt und müssen daher gegen Streusalze beständig sein. Auch hier ist Zink kein optimales Material, da die normierten Salz-Sprühnebel-Tests eine zu hohe Alterung belegen.
Aus den oben genannten Gründen wird insbesondere im Fahrzeugbereich für Schmelzsicherungen meist kupferbasiertes Material verwendet. Unter kupferbasiertem Material werden sowohl Kupfer in reiner Form als auch Kupferlegierungen, aber auch ein zum Schutz des Kupfers mit einer sehr dünnen Zinnschicht bedecktes Kupfer verstanden. Verzinntes Kupfer weist eine Schutzschicht aus Zinn auf, die eine sehr geringe Schichtdicke zwischen ca. 3 μm und 5 μm aufweist, um die gewünschte Schutzfunktion des Kupfers oder der Kupferlegierung zu gewährleisten.
Ein technisches Problem derartiger aus Kupfer oder verzinntem Kupfer bestehender Schmelzsicherungen besteht darin, dass diese im Bezug auf die Schmelzzeiten außerhalb der in der ISO/DIN-Norm 8820 vorgeschriebenen Toleranzen liegen. Üblicherweise wird diese Schwierigkeit überwunden, indem ein Lötpunkt aus geschmolzenem Zinn in die Mitte des Schmelzbereichs aufgebracht wird oder aber ein Zinnniet in der Mitte des Schmelzbereichs der Schmelzsicherung angeordnet wird. Auch ein flächiges Aufbringen von geschmolzenem Zinn auf den Schmelzbereich ist bekannt.
Das Anbringen eines Zinnniets in der Mitte des Schmelzbereichs stellt ein weiteres bekanntes Produktionsverfahren dar, das bei Massenprodukten wie Schmelzsicherungen verwendet wird. Auch das einseitige Aufbringen von geschmolzenem Zinn in Form eines Lötpunktes oder in flächiger Weise ist bekannt. Dabei ist die Dosierung einer genau definierten Menge an Zinn erforderlich, da die Menge wie auch genaue Geometrie des zusätzlichen, auf den Schmelzbereich aufgebrachten Zinnmaterials wichtig ist, weil Menge wie auch Geometrie des zusätzlichen Zinnmaterials die Schmelzzeit der Schmelzsicherung gezielt verändern. Da Schmelzsicherungen im Produktionsprozess nur stichprobenartig einer zerstörenden Materialprüfung zugeführt werden können, muss mit einer hochpräzisen Dosierung eine möglichst hohe Prozesssicherheit hergestellt werden.
In der DE 10 2005 027 681 wird zur Lösung diese Problems vorgeschlagen, den Schmelzbereich einer aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehenden Schmelzsicherung beidseitig mit Zinn oder einer Zinnlegierung zu beschichten, wobei die Schichtdicke mindestens 6 μm und bevorzugt etwa 12 μm beträgt. Eine derartige Schmelzsicherung kann, abhängig von der Geometrie des Schmelzbereichs, nur für bestimmte Anwendungszwecke eingesetzt werden, wohingegen für eine größere Variabilität in Bezug auf den Einsatz im Kraftfahrzeugbereich sehr viel höhere Schichtdicken an Zinn oder einer Zinnlegierung erforderlich sind.
Die US 5,898,357 A lehrt, ein plattenförmiges Basismaterial mit einer Vertiefung zu versehen, in die zuvor verflüssigtes Zinn eingegossen wird. Schließlich wird eine einzelne Sicherung aus dem plattenförmigen Material ausgestanzt.
Die US 4,067,103 A zeigt die Herstellung mehrerer Sicherungseinsätze aus einem Metallstreifen.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung betriebssicherer Schmelzsicherungen vorzuschlagen, das bei hohen Produktionsraten betrieben werden kann und Schmelzsicherungen mit einer engen Toleranz in Bezug auf die Auslösecharakteristik herstellt.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung einer Schmelzsicherung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine nach dem Verfahren hergestellte Schmelzsicherung umfasst die Merkmale des Anspruchs 9.
Das Verfahren zur Herstellung einer Schmelzsicherung umfasst die Schritte der Zufuhr eines Bandmaterials mit einer ersten Materialstärke, das aus kupferbasiertem Material besteht und einen in Längsrichtung verlaufenden Schmelzbereich mit einer zweiten Materialstärke aufweist, welche wesentlich geringer ist als die erste Materialstärke. Unter kupferbasiertem Material wird entweder reines Kupfer oder eine Kupferlegierung verstanden. Eine wesentlich geringere Materialstärke liegt deutlich außerhalb aller Messtoleranzen für die Materialstärke, so dass die zweite Materialstärke mindestens 10% geringer als die erste Materialstärke ist. Neben der kontinuierlichen Zufuhr des Bandmaterials erfolgt auch eine kontinuierliche Zufuhr eines Beschichtungsmaterials mit geringerem Schmelzpunkt als das kupferbasierte Material. Dieses Beschichtungsmaterial wird über den Schmelzpunkt erhitzt und vollflächig im Schmelzbereich des Bandmaterials aufgebracht, wobei die Dicke des aufgebrachten Beschichtungsmaterials im Wesentlichen der Differenz aus erster Materialstärke und zweiter Materialstärke entspricht. Mit anderen Worten wird nach dem vollflächigen Aufbringen des Beschichtungsmaterials die beim Bandmaterial im Schmelzbereich befindliche Vertiefung mit der geringeren, zweiten Materialstärke durch das in dem Bereich dieser Vertiefung aufgebrachte Beschichtungsmaterial ausgeglichen. Nach dem vollflächigen Aufbringen des Beschichtungsmaterials werden Schmelzsicherungen aus dem nunmehr beschichteten Bandmaterial ausgestanzt.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch das Erhitzen und Aufbringen in flüssiger Form des Beschichtungsmaterials im Schmelzbereich eine kontinuierliche Herstellung des beschichteten Bandmaterials möglich ist und zudem auf eine sehr einfache, genaue und exakter produzierbare Weise Beschichtungen mit einer Dicke, d. h. Materialstärke, von mindestens 150 μm hergestellt werden können. Bei einer Materialstärke zwischen etwa 150 μm und 200 μm lassen sich alle Parameter der internationalen, normierten Anforderungen einhalten, doch ist das Verfahren nicht auf die genannten Dicken des Beschichtungsmaterials zwischen 150 μm und 200 μm beschränkt. Die Dicke der Beschichtung, wie auch die Geometrie des Schmelzbereichs beeinflussen das Auslöseverhalten und sind variable Größen, mit denen für spezielle Anwendungszwecke geeignete Schmelzsicherungen in Bezug auf ein gewünschtes Auslöseverhalten eingestellt werden können.
Bevorzugte Ausführungsformen folgen aus den übrigen Ansprüchen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst dieses weiterhin den nachgeschalteten Schritt des Umhüllens der Schmelzsicherungen im Schmelzbereich mit elektrisch isolierendem Material, wie z. B. Kunststoff. Auf diese Weise wird zum einen der gegen mechanische Einwirkungen besonders sensible Schmelzbereich geschützt, zum anderen aber auch der Schmelzbereich vor einem unerwünschten, direkten Kontakt mit anderen wärmeleitenden Materialien geschützt, welche das geforderte Auslöseverhalten der Schmelzsicherung verändern würden. Schließlich kann das elektrisch isolierende Material auch zum Aufbringen einer geeigneten Beschriftung verwendet werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird beim Erhitzen des Beschichtungsmaterials über den Schmelzpunkt eine erste Hauptfläche des kontinuierlich zugeführten Bandmaterials im Bereich des Schmelzbereichs erhitzt und das Beschichtungsmaterial auf der entgegengesetzten Hauptfläche des Bandmaterials aufgebracht. Mit anderen Worten wird das kontinuierlich zugeführte Bandmaterial z. B. von unten im Bereich des Schmelzbereichs erhitzt und das Beschichtungsmaterial von oben auf den Schmelzbereich aufgebracht, wo das Beschichtungsmaterial durch den Kontakt mit dem erhitzten Bandmaterial schmilzt und entsprechend der Geometrie des Schmelzbereichs und der zudosierten Materialmenge an Beschichtungsmaterial den Schmelzbereich flächig ausfüllt.
Das Beschichtungsmaterial wird in Form eines Drahtes zugeführt, wobei die Dicke des aufgebrachten Beschichtungsmaterials über die Querschnittsfläche des Drahts sowie die Zufuhrgeschwindigkeit eingestellt wird.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird in einem vorhergehenden Verfahrensschritt das kontinuierlich zugeführte Bandmaterial im Bereich des Schmelzbereichs spanabhebend bearbeitet, bevorzugt ausgefräst. Es ist somit bevorzugt, dass der Schmelzbereich mit verringerter Materialstärke nur eine einseitige, rinnen- oder trogförmige Vertiefung in Längsrichtung des Bandmaterials darstellt, wobei diese trog- oder rinnenförmige Vertiefung durch das Beschichtungsmaterial im Wesentlichen bis auf das Niveau der in Längsrichtung beidseits des Schmelzbereichs liegenden Bereiche des Bandmaterials aufgefüllt wird.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird nach dem vollflächigen Aufbringen des Beschichtungsmaterials im Schmelzbereich das Bandmaterial mechanisch nachbearbeitet, um eine genau definierte Dicke des Beschichtungsmaterials zu erzeugen. Durch eine mechanische Nachbearbeitung kann sichergestellt werden, dass das Beschichtungsmaterial über den gesamten Schmelzbereich eine genau festgelegte, definierte Materialdicke aufweist.
Vorzugsweise erfolgt nach dem Ausstanzen von Schmelzsicherungen aus dem beschichteten Bandmaterial und nach einer nachgeschalteten Vereinzelung der einzelnen, herzustellenden Schmelzsicherungen eine Kaltwiderstandsprüfung einzelner Schmelzsicherungen.
Um möglichst genaue und reproduzierbare Ergebnisse sicherzustellen, kann das erfindungsgemäße Verfahren weiterhin nach dem vollflächigen Aufbringen des Beschichtungsmaterials oder optional der mechanischen Nachbearbeitung des Bandmaterials eine zerstörungsfreie Schichtdickenmessung der Dicke des Beschichtungsmaterials umfassen. Diese Maßnahme dient der Qualitätskontrolle und stellt im Rahmen eines zertifizierten Herstellverfahrens die zu jedem Zeitpunkt exakte Schichtdicke des Beschichtungsmaterials im Hinblick auf die gewünschte enge Toleranz der Auslösecharakteristik sicher.
In gleicher Weise kann auch das im ersten Verfahrensschritt kontinuierlich zugeführte Bandmaterial dahingehend überprüft werden, dass der Bereich mit verringerter Materialstärke eine genau vorgegebene Geometrie aufweist.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird beim Verfahrensschritt des kontinuierlichen Zuführens eines Bandmaterials Bandmaterial bereitgestellt, das mit zinnbasiertem Material beschichtet ist, wobei die Beschichtung in einem galvanischen Bad oder Trommelbad durchgeführt wird. Übliche Beschichtungsdicken liegen im Bereich weniger μm und sind somit nicht mit dem oben beschriebenen, vollflächigen Aufbringen des Beschichtungsmaterials im Schmelzbereich zu vergleichen. Es handelt sich hierbei um einen Schutzüberzug der Schmelzsicherung, der gerade auch den Bereich des Bandmaterials betrifft, der nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die außerhalb des Schmelzbereichs befindlichen Abschnitte einer Schmelzsicherung betrifft.
Die erfindungsgemäße Schmelzsicherung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, umfasst mindestens zwei separate Anbringungsbereiche mit einer ersten Materialstärke zur Anbringung der Schmelzsicherung, mindestens einen Schmelzbereich, der die separaten Anbringungsbereiche einstückig verbindet, wobei die Schmelzsicherung aus kupferbasiertem Material besteht, dessen zweite Materialstärke im Schmelzbereich geringer ist als die erste Materialstärke. Das kupferhaltige Material ist im Schmelzbereich im gesamten Bereich der reduzierten Materialstärke im Wesentlichen bis auf die erste Materialstärke mit einem zum kupferhaltigen Material verschiedenen Beschichtungsmaterial beschichtet. Die Schmelzsicherung besteht somit einstückig aus einem kupferbasierten Material, dessen Materialstärke, d. h. Dicke, im Bereich des Schmelzbereichs reduziert ist. Dieser Bereich mit verringerter Materialstärke ist mit Beschichtungsmaterial einer Dicke beschichtet, dass die Schmelzsicherung im Wesentlichen die selbe gesamte Materialstärke in den Anbringungsbereichen wie im Schmelzbereich besitzt. Indem auf den Schmelzbereich ein geeignetes Beschichtungsmaterial mit zum kupferhaltigen Material unterschiedlichen Stoffeigenschaften aufgebracht ist, lassen sich die Schmelzzeiten so anpassen, dass vorgeschriebene Toleranzen im Bezug auf die Auslösezeiten, wie sie beispielsweise in der ISO-DIN-Norm 8820 verlangt sind, eingehalten werden. Der Vorteil einer Beschichtung mit genau definierter Schichtdicke besteht aber insbesondere darin, dass eine hohe Prozesssicherung vorhanden ist. Die Präzision des Aufbringens der Beschichtung ermöglicht es somit, enge Toleranzen bei den Schmelzzeiten der Schmelzsicherung einzuhalten.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Beschichtungsmaterial Zinn oder eine Zinnlegierung. Beim Einsatz von Zinn oder einer Zinnlegierung mit niedrigerem Schmelzpunkt als das kupferhaltige Material schmilzt bei hohem Stromdurchfluss das Zinn und verbindet sich mit dem darunter liegenden Kupfer, wobei im Schmelzbereich zwischen dem kupferhaltigen Material und dem Zinn oder zinnhaltigen Material eine Legierungsschicht aus Bronze gebildet wird. Der spezifische elektrische Widerstand von Bronze ist 4 bis 5 mal höher als derjenige von Kupfer. Dadurch erhält in diesem Bereich die Oberfläche einen höheren elektrischen Widerstand, wodurch die Schmelzsicherung aufgrund der höheren Wärmeentwicklung flinker anspricht. Durch die gezielte Beschichtung mit Zinn lässt sich somit die Schmelzzeit der Schmelzsicherung gegenüber einer homogenen, aus kupferhaltigem Material hergestellten Schmelzsicherung verändern, wodurch das Auslöseverhalten verändert wird und auch Funktionsprüfungen mit langen Zeiten, wie bei dem 1,35-fachen oder 1,5-fachen des Nennstroms gezielt im Hinblick auf gewünschte Eigenschaften verändert werden können.
Vorzugsweise weisen die Anbringungsbereiche jeweils eine Öffnung zum Durchtritt eines Befestigungselementes auf. Auf diese Weise lassen sich die Schmelzsicherungen an normierte Anschlussgeometrien anpassen. Alternativ ist es auch möglich, mindestens einen Anbringungsbereich als Steckanschluss auszugestalten. Es sind somit sämtliche verschiedenen Alternativen denkbar, nach denen alle Anbringungsbereiche Befestigungsöffnungen aufweisen, alle Anbringungsbereiche als Steckanschlüsse ausgestaltet sind, oder eine beliebige Mischung der verschiedenen Anschlussgeometrien vorgesehen ist.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die Anbringungsbereiche mit einem zweiten Beschichtungsmaterial beschichtet sein, insbesondere vergoldet, versilbert oder mit Zink beschichtet sein. Diese Maßnahme dient insbesondere dazu, um diese Bereiche besonders gegen Korrosion zu schützen oder um dem verwendeten Material oder der Beschichtung des Gegenkontaktes zu entsprechen.
Im Bezug auf die Geometrie des Schmelzbereichs sind verschiedene Ausgestaltungen denkbar, wobei vorzugsweise Schmelzbereich und die Anbringungsbereiche aus einem einzigen bandförmigen Material ausgestanzt sind.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Schmelzbereich so gestaltet, dass dessen Länge zwischen den aufgrund der Anschlussgeometrie örtlich vorgegebenen Anbringungsbereichen erhöht ist. Dies kann insbesondere erfolgen, indem der Schmelzbereich nicht eine gerade Verbindung zwischen Anbringungsbereichen darstellt, sondern eine geschwungene Form aufweist oder aus in Längsrichtung aneinander angrenzenden Abschnitten besteht, die winkelig zueinander angeordnet sind. Derartige Geometrien sind besonders bevorzugt in Form einer S-Form, V-Form, oder W-Form. Ein weiterer Vorteil winklig zueinander angeordneter Abschnitte besteht darin, dass diese leichter Wärmedehnungen zwischen den Anbringungsbereichen kompensieren können als eine gerade Verbindung zwischen den Anbringungsbereichen.
Die gesamte Schmelzsicherung kann so ausgestaltet sein, dass der mindestens eine Schmelzbereich und die Anbringungsbereiche im Wesentlichen einer Ebene liegen. Dies stellt die einfachste Bauform dar, weil nach dem Ausstanzen eines Rohlings bestehend aus dem mindestens einen Schmelzbereich und den Anbringungsbereichen aus Bandmaterial kein weiterer Verformungsschritt benötigt wird, um Schmelzbereich und Anbringungsbereiche in unterschiedliche Ebenen zu bringen.
Wie bereits oben erwähnt wurde, ist es alternativ auch denkbar, die Schmelzsicherung so auszugestalten, dass mehrere getrennte Schmelzbereiche zwischen den Anbringungsbereichen vorgesehen sind. Somit ist im Bezug auf die Formgebung ein weiter Bereich von Möglichkeiten gegeben. Eine dieser Optionen besteht darin, dass die Schmelzsicherung eine Würfelform aufweist. Vorzugsweise werden allerdings die Schmelzsicherungen als Schraubverbindungen nach ISO 8820 ausgeführt.
Im Bezug auf die Materialverringerung im Bereich des Schmelzbereichs ist es bevorzugt, dass die zweite Materialstärke, d. h. die Materialstärke des kupferhaltigen Materials im Schmelzbereich, einen Wert von weniger als 90% und bevorzugt weniger als 70% der ersten Materialstärke, d. h. der Materialstärke des kupferhaltigen Materials in den Anbringungsbereichen, aufweist. Bevorzugt ist somit eine wesentliche Verringerung der Materialstärke im Schmelzbereich, die außerhalb jeglicher Fertigungstoleranzen für Bandmaterial liegt und mit einer nennenswerten Beschichtungsstärke des Beschichtungsmaterials einher geht.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Schmelzsicherung aus einem Metallband hergestellt, das im Schmelzbereich spanabhebend bearbeitet ist. Der Bereich der zweiten Materialstärke im Schmelzbereich lässt sich aufgrund der spanabhebenden Fertigung sehr exakt und mit geringer Toleranz herstellen.
Kurze Beschreibung der Figuren
Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand der beiliegenden Figuren beschrieben, in denen
1 ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Schmelzsicherung im gebrauchsfertigen Zustand darstellt;
2 eine Ausführungsform eines aus den Anbringungsbereichen und den Schmelzbereichen bestehenden Grundkörper der erfindungsgemäßen Schmelzsicherung zeigt;
3 ein Beispiel für eine Mehrfachsicherung darstellt, wobei dieses Beispiel gezielt auf die Darstellung unterschiedlich geformter Schmelzbereiche hin dargestellt ist,
4 das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Schmelzsicherungen schematisch darstellt,
5 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer aus den Anbringungsbereichen und dem Schmelzbereich bestehenden Grundkörpers der Schmelzsicherung zeigt; und
6 schematisch das in 4 dargestellte kontinuierliche Löten näher ausführt.
Wege zur Ausführung der Erfindung
In den nachfolgenden Figuren werden jeweils die selben Bauelemente mit den selben Referenzziffern bezeichnet werden.
Die in 1 allgemein mit Referenzziffer 10 dargestellte Schmelzsicherung weist zwei Anbringungsbereiche 12 auf, zwischen denen sich ein in 1 nicht sichtbarer Schmelzbereich erstreckt. Die Anbringungsbereiche sind über den Schmelzbereich einstückig miteinander verbunden und bestehen aus kupferbasiertem Material, d. h. aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, die optional auch beschichtet sein kann. Wie nachfolgend anhand der 2 bis 6 näher erläutert wird, ist der Schmelzbereich mit einer Beschichtung aus Zinn oder einer Zinnlegierung versehen, wohingegen die Anbringungsbereiche 12 entweder unbeschichtet sein können, mit einer Beschichtung aus einem anderen Material, wie z. B. Silber versehen sein können oder aber auch nur zum Teil mit einer Zinnbeschichtung versehen sein können.
Die Anbringungsbereiche können mit Durchgangsöffnungen 14 versehen sein, die dem Durchtritt von Befestigungsschrauben dienen. Die Nennweiten zwischen den Bohrungen 14 sind für bestimmte Anwendungsbereiche normiert und werden beispielsweise nach dem Abstand zwischen den Achsen der Bohrungen 14 von 30 mm oder 51 mm nach ISO 8820 mit Schmelzsicherung SF30 oder Schmelzsicherung SF51 bezeichnet. Der in 1 nicht ersichtliche Schmelzbereich ist mit einem Isolierkörper aus Kunststoff umgeben, auf dem sich zudem relevante Angaben, wie z. B. der Nominalstrom in Ampere aufgedruckt oder eingraviert befinden können. Die Durchmesser der Bohrungen 14 sind ausreichend bemessen, um den Nominalstrom der Schmelzsicherung sicher in eine nicht dargestellte Anbindungsgeometrie überführen zu können.
Das Herzstück der erfindungsgemäßen Schmelzsicherung ist ein Grundkörper 18, der beispielhaft in 2 dargestellt ist. Zwischen den beiden Anbringungsgeometrien 12 befindet sich eine stegartige Verbindung, welche der Schmelzbereich 20 der Schmelzsicherung 10 ist. Das Grundelement 18 wird aus einem Band aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt, das optional vor oder nach dem Ausstanzen der in 2 dargestellten Form des Grundelement 18 galvanisch mit einer Schicht aus Zinn mit geringer Schichtdicke von unter 5 μm beschichtet sein kann.
Je nach dem erforderlichen Nominalstrom und den gewünschten Eigenschaften der Schmelzsicherung sind der Querschnitt des Schmelzbereichs 20 aber auch, wie später eingehend erläutert wird, die Schichtdicke der Zinnschicht auf dem Schmelzbereich anzupassen. Je höher die Schichtdicke an Zinn ist, desto flinker wird das Auslöseverhalten der Sicherung. Die Schmelzzeiten können aber auch entscheidend durch die Anpassung der Länge des Schmelzbereichs verändert werden. Da die Anbringung der Sicherung an einem vorgegebenen Bauteil durch die Position der Bohrungen 14 vorgegeben ist, lässt sich der Schmelzbereich 20 nur dadurch verlängern, dass er keine kürzest mögliche Verbindung zwischen den beiden Anbringungsbereichen 12 darstellt, sondern geschwungen oder geknickt ausgeführt wird, wie in 2 exemplarisch dargestellt ist.
Alternative Gestaltungsmöglichkeiten für den Schmelzbereich 20 lassen sich der Ausführungsform nach 3 entnehmen, in der auch eine Mehrfachsicherung dargestellt ist, die ebenfalls durch die Erfindung mit umfasst ist. So können beispielsweise V-förmige Schmelzbereiche 20a vorgesehen sein, die allerdings mit unterschiedlichen Dicken ausgeführt sind, wie sich aus dem Vergleich der Schmelzbereiche 20a, 20b und 20c in 3 ergibt. Ebenfalls ist es beispielsweise denkbar, S-förmige Schmelzbereiche 20d vorzusehen oder aber einen W-förmigen, mäanderförmigen Schmelzbereich 20e.
Die Schmelzsicherungen werden aus einem Bandmaterial ausgestanzt. Das Herstellverfahren ist hierbei in 4 schematisch dargestellt. Das Fertigungsverfahren lässt sich dabei in die mit römischen Ziffern dargestellten Hauptabschnitte des Auftragens von Zinn (I), des Stanzens (II) und der Montage (III) unterteilen. Ausgangspunkt ist eine Spule 22 mit vorgefrästem Kupfermaterial, wobei nach dem nachfolgenden Bandaufwickler 24 Kupfermaterial von einer Geometrie dargestellt ist, wie sie auch in 5 gezeigt ist. Das Kupfermaterial 26 weist hierbei eine Ausfräsung in Längsrichtung des Kupferbandes auf. Diese Ausfräsung liegt bei der aus dem Band hergestellten Schmelzsicherung im Bereich des Schmelzbereichs. Während das Bandmaterial eine erste Materialstärke M1 aufweist, ist die Materialstärke M2 im Bereich der Ausfräsung deutlich reduziert, d. h. mindestens 25% geringer als die Materialstärke M1. Die Ausfräsung kann die in 5 dargestellte Trogform mit abgerundeten Kanten besitzen, aber auch eine hiervon abweichende Geometrie, sofern sich diese fertigungstechnisch realisieren lässt.
Nach dem Aufwickeln des Bandes in der Station 24 wird das Kupfermaterial kontinuierlich der in 4 dargestellten Lötstation 28 zugeführt, in welcher kontinuierlich auf das Kupferband eine Zinnschicht aufgelötet wird. Der Vorgang des Auflötens wird nachfolgend eingehender beschrieben werden. Das so mit einer im Schmelzbereich aufgelöteten Zinnschicht versehene Kupferband kann entweder aufgerollt und auf einer Spule 30 zwischengelagert werden, oder aber direkt, d. h. ohne Zwischenschaltung des in 4 schematisch wiederum dargestellten Bandaufwicklers einer weiteren Bearbeitungsstation 34 zugeführt werden, in welcher das Ausstanzen der einzelnen Schmelzsicherungen erfolgt. Dabei können die Schmelzsicherungen entweder vollständig ausgestanzt werden, oder aber noch an einigen dünnen Graten miteinander verbunden bleiben und erst in einem nachgeschalteten Bearbeitungsschritt vollständig vereinzelt werden. Die ausgestanzten Teile 36 können vereinzelt einer Montage in einem Montage- und Kontrollautomaten zugeführt werden und gelangen abschließend zur Endabnahme 40, in der stichprobenartige Kontrollen erfolgen.
Der Montage- und Kontrollautomat 38 kann die Endmontage in verschiedenen Schritten durchführen. So kann in einem ersten mit Ziffer 1 bezeichneten Schritt die Positionierung der Schmelzsicherungen und Isoliergehäusehälften erfolgen, gefolgt von einem Arbeitsschritt 2, in dem die Isoliergehäusehälften um den Schmelzbereich der Schmelzsicherungen herum fixiert werden. In einem nachgeschalteten Arbeitsschritt 3 können Transportstege an den Schmelzsicherungen abgetrennt werden, woraufhin im Schritt 4 jede Sicherung einer Kaltwiderstandskontrolle unterworfen wird. In einem letzten Arbeitsschritt 5 kann die Bedruckung der Gehäuseteile erfolgen. Diejenigen Sicherungen, welche die Kaltwiderstandskontrolle nicht zufrieden stellend erfüllt haben, werden aus dem Fertigungsprozess entnommen, während die anderen Teile über einen Sammelbehälter 40 einer Endabnahme zugeführt werden.
Die Station zum kontinuierlichen Löten 28 beinhaltet vorzugsweise auch eine nachgeschaltete Online-Testeinrichtung, in der die korrekte aufgebrachte Zinnmenge überprüft wird. Ebenso kann noch vor dem Bereitstellen der Spule 22 mit vorgefrästem Kupfermaterial oder aber im Bereich des Bandaufwicklers 24 eine weitere Kontrolleinrichtung integriert sein, in der noch einmal die Materialstärke M2 im reduzierten Bereich überprüft wird. Diese Überprüfung kann beispielsweise optisch mit Hilfe eines Lasers, aber auch mechanisch mit einem Komparator erfolgen.
Die im Bereich der Lötstation 28 aufgebrachte Zinnschicht hat eine Dicke von mindestens 150 μm bis 200 μm. In 5 dargestellt ist somit nicht nur das Kupfermaterial 42, sondern auch das Zinnmaterial 44.
Wie aus der Schnittdarstellung in 5 ersichtlich ist, ist so viel Zinnmaterial 44 in der Vertiefung 46 im kupferhaltigen Material eingelötet, dass die Schichtdicke des Zinns im Wesentlichen der Differenz der Materialstärken M1 und M2 entspricht, d. h. sich wieder ein verzinntes Kupferband ergibt, das im Wesentlichen eine ebene Oberseite 48 aufweist. Zur genaueren Fertigung kann nach dem Lötvorgang auch in einem weiteren Arbeitsschritt eine mechanische Nachbearbeitung der Oberseite 48 erfolgen, um eine glatte und gleichmäßige Schichtdicke der Zinnschicht sicher zu stellen.
Wie aus 5 auch ersichtlich ist, kann das Kupfermaterial auch mit einer Beschichtung 50 versehen sein, die nur wenige μm beträgt und galvanisch aufgebracht sein kann.
In 6 ist dargestellt, wie das kontinuierliche Auflöten des Zinns in die Vertiefung 46 im Kupferband 42 erfolgt. Zu diesem Zweck wird das Kupferband von der Unterseite 52 über eine geeignete Erhitzungsvorrichtung 54 erhitzt. Es kann sich dabei um die direkte Beaufschlagung mit einer Flamme, um eine Widerstandsheizung oder eine Induktionsheizung, aber auch beliebige andere Varianten wie eine Übertragung von Wärmestrahlung handeln. Von der Oberseite 48 her im Bereich der Vertiefung 46 wird kontinuierlich Zinndraht 56 zudosiert, wobei die Dosiergeschwindigkeit in Pfeilrichtung A in Abstimmung mit dem Querschnitt an Zinnmaterial und der Geometrie der Vertiefung 46 so abgestimmt ist, dass sich die in 5 dargestellte Auffüllung des vertieften Bereichs mit Zinn ergibt. Dies ist allerdings kein zwingendes Merkmal, weil unterschiedliche Sicherungscharakteristika über eine unterschiedliche Einbringung von Zinnmaterial in den vertieften Bereich realisiert werden können. Das Zinnmaterial mit geringerem Schmelzpunkt als das Kupfermaterial 42 schmilzt kontinuierlich bei Kontakt mit dem Kupfermaterial und fliest ein Pfeilrichtung B in die Vertiefung hinein und füllt diese entsprechend aus. Auf diese Weise lässt sich kontinuierlich eine Materialstärke von mindestens 150 μm bis 200 μm an Zinnmaterial aufbringen.
Alternativ zu dem in 6 dargestellten Verfahren kann das Zinnmaterial auch als Band zugeführt werden, das entweder Umgebungstemperatur besitzt oder bereits vorerwärmt ist. Das Zinnband wird in die Vertiefung im Kupfermaterial eingelegt. Das Kupfermaterial kann zum Zeitpunkt der Zufuhr des Zinnbands bereits erhitzt sein, so dass das Zinnmaterial schmilzt und die Vertiefung im Kupfermaterial ausfüllt. Alternativ oder zusätzlich kann die Erhitzung des Kupferbandes mit eingelegtem Zinnband auch gemeinsam erfolgen.
Der Vorzug des Verfahrens, bei dem Zinnschicht über den gesamten Schmelzbereich aufgebracht wird, besteht darin, dass die Dicke der Zinnschicht sofort nach dem Aufbringen kontrolliert werden kann. Außerdem kann durch die gezielte Zudosierung des Zinndrahts auf eine einfache Weise die Zinnschicht variiert werden, wenn dies für unterschiedliche Fertigungschargen erforderlich ist. In gleicher Weise kann die Materialstärke des Basismaterials Kupfer sehr genau überprüft werden, so dass man aus der exakten Bestimmung der Dicke von Kupfer und Zinn kontinuierlich Schmelzsicherungen mit genau definiertem Auslöseverhalten herstellen kann.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Schmelzsicherung (10), umfassend die Schritte: (a) kontinuierliche Zufuhr eines Bandmaterials (48) mit einer ersten Materialstärke (M1), dasaus kupferbasiertem Material (42) besteht und einen in Längsrichtung verlaufendenSchmelzbereich (46) mit einer zweiten Materialstärke (M2) aufweist, welche wesentlichgeringer ist als die erste Materialstärke (M1); (b) kontinuierliche Zufuhr eines Beschichtungsmaterials (44) mit geringeremSchmelzpunkt als das kupferbasierte Material (42), wobei dasBeschichtungsmaterial (44) in Form eines Drahtes (56) zugeführt wird und die Dicke desaufgebrachten Beschichtungsmaterials (44) über die Querschnittsfläche des Drahts (56)sowie die Zuführgeschwindigkeit eingestellt wird; (c) Erhitzen des kontinuierlich zugeführten Bandmaterials (48) im Bereich desSchmelzbereichs (20) über eine Erhitzungsvorrichtung (54); (d) Erhitzen des Beschichtungsmaterials (44) über den Schmelzpunkt; (e) vollflächiges Aufbringen des Beschichtungsmaterials (44) im Schmelzbereich (20),wobei die Dicke des aufgebrachten Beschichtungsmaterials (44) im Wesentlichender Differenz aus erster Materialstärke (M1) und zweiter Materialstärke (M2) entspricht;und (f) Ausstanzen von Schmelzsicherungen (10) aus dem beschichteten Bandmaterial (48).
Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend den Schritt: (g) Umhüllen des Schmelzbereichs (46) der einzelnen Schmelzsicherungen (10) mitelektrisch isolierendem Material, wobei der Schritt (g) vor oder nach demVereinzeln der einzelnen Schmelzsicherungen (10) erfolgen kann.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt(c) eine erste Hauptfläche des Bandmaterials (48) im Bereich des Schmelzbereichs (20) erhitztwird; und das Beschichtungsmaterial (44) auf der entgegengesetzten Hauptfläche desBandmaterials (48) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das im Schritt (a) bereitgestellte Bandmaterial (48) mit zinnbasiertem Material beschichtet ist, wobei die Beschichtung in einem galvanischen Bad oder Trommelbad durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das im Schritt (a) zugeführte Bandmaterial (48) in einem vorhergehenden Verfahrensschritt im Bereich des Schmelzbereichs (20) spanabhebend bearbeitet wird, bevorzugt ausgefräst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend nach dem Schritt (e): (e1) mechanische Nachbearbeitung des Bandmaterials (48) zur Erzeugung einer definierten Dicke des Beschichtungsmaterials (44).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend nach dem Schritt (f): (f1) Kaltwiderstandsprüfung einzelner Schmelzsicherungen (10).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend nach dem Schritt (e) oder (e1): (e2) zerstörungsfreie Schichtdickenmessung der Dicke des Beschichtungsmaterials (44).
Schmelzsicherung (10), insbesondere für Kraftfahrzeuge, hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und umfassend: – mindestens zwei separate Anbringungsbereiche (12) mit einer ersten Materialstärke (M1) zur Anbringung der Schmelzsicherung (10); – mindestens einen Schmelzbereich (20), der die separaten Anbringungsbereiche (12) einstückig verbindet; wobei – die Schmelzsicherung (10) aus kupferbasiertem Material (42) besteht, dessen zweite Materialstärke (M2) im Schmelzbereich (20) geringer ist als die erste Materialstärke (M1); und – das kupferbasierte Material (42) im Schmelzbereich (20) im gesamten Bereich der reduzierten Materialstärke im Wesentlichen bis auf die erste Materialstärke (M1) mit dem zum kupferbasierten Material (42) verschiedenen Beschichtungsmaterial (44) beschichtet ist.
Schmelzsicherung (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmaterial (44) Zinn oder eine Zinnlegierung, wie SnAg oder SnPb ist.
Schmelzsicherung (10) nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbringungsbereiche (12) jeweils eine Öffnung (14) zum Durchtritt eines Befestigungselementes aufweisen.
Schmelzsicherung (10) nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Anbringungsbereich (12) als Steckanschluss ausgestaltet ist.
Schmelzsicherung (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbringungsbereiche (12) mit einem zweiten Beschichtungsmaterial beschichtet sind, insbesondere vergoldet, versilbert oder mit Zink beschichtet sind.
Schmelzsicherung (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzbereich (20) und die Anbringungsbereiche (12) aus einem Bandmaterial (48) ausgestanzt sind.
Schmelzsicherung (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Schmelzbereich (20; 20a–20e) so gestaltet ist, dass dessen Länge zwischen örtlich vorgegebenen Anbringungsbereichen (12) erhöht ist, insbesondere indem der Schmelzbereich (20; 20a–20e) eine geschwungene Form aufweist oder aneinander angrenzende Abschnitte, die winkelig zueinander angeordnet sind, besonders bevorzugt die Form eines S, V oder W besitzen.
Schmelzsicherung (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Schmelzbereich (20) und die Anbringungsbereiche (12) im Wesentlichen in einer Ebene liegen.
Schmelzsicherung (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere getrennte Schmelzbereiche (20a; 20b; 20c; 20d; 20e) zwischen den Anbringungsbereichen (12) vorgesehen sind.
Schmelzsicherung (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzsicherung (10) eine Würfelform aufweist.
Schmelzsicherung (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzsicherung eine Schraubsicherung nach ISO 8820 ist.
Schmelzsicherung (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Materialstärke (M2) einen Wert von weniger als 90% und bevorzugt weniger als 70% der ersten Materialstärke (M1) aufweist.
Schmelzsicherung (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzsicherung (10) aus einem Metallband hergestellt ist, das im Schmelzbereich (20) spanabhebend bearbeitet ist.