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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung für Elektronikgeräte, insbesondere eine Schutzvorrichtung, die imstande ist, die Wärmeenergie richtig und schnell abzuleiten.
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Zum Schutz von Elektronikgeräten wurden zahlreiche passive Komponenten geschaffen, z. B. ein spannungsabhängiger Widerstand (VDR) oder eine wärmeabhängige Abschaltvorrichtung (TCO). Der VDR wird dabei auf einen Widerstand zum Schutz vor einer flüchtigen Überspannung zugerichtet. Als gebräuchlichsten VDR wird ein Metalloxid-Varistor (MOV) verwendet. Die Schutzmethoden sind wie folgt: Bei einer Zufhürung einer Normalspannung von der Stromquelle ist der VDR als ein hochohmiges Modul eingestellt; bei der Zuführung einer abnormalen Spannung von der Stromquelle und wenn diese abnormale Spannung zu hoch ist, wird der VDR dagegen für einen Überspannungsschutz schnell als ein niedrigohmiges Modul umgewandelt. Gleichzeitig erzeugt der VDR eine Abwärme, um die abnormale Energie abzuleiten und um somit die empfindlichen Elektronikgeräte und deren Schaltungen zu schützen. Wenn dabei die beiden Enden des VDRs mit einer kontinuierlichen Spannung versorgt werden, wird das Altern des VDRs beschleunigt. Dementsprechend wird mit dem VDR die Wärme verzögert erzeugt, wodurch dessen Korngrenzstruktur zerstört wird. Dies führt dazu, dass der VDR versagt. Weiter wird mit dem flüchtigen Spannungsstoß ein Überstrom und eine exzessive Energie verursacht, die der VDR nicht mehr bewältigen kann, was wiederum leicht zu einem Brand oder Bursts führt.
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Um Gefahren durch den fehlfunktionierenden VDR vorzubeugen wird generell eine wärmeabhängige Abschaltvorrichtung (TCO) verwendet. Die TCO wird dabei durch eine Legierung mit einem niedrigen Schmelzpunkt ausgelöst, wobei die TCO nur dann rechtzeitig ausgelöst wird, wenn die Kontaktelemente zwischen dem VDR und der TCO höher sind. Wann eine Fehlfunktion des VDRs auftreten kann, ist meistens unvorhersehbar, so dass zum Übertragen der Wärmeenergie an die TCO üblicherweise nur wenig Zeit zur Verfügung steht. Dies führt dazu, dass der VDR nicht ausreichend geschützt wird. Aus diesem Grund und zu diesem Zweck wurde eine Anschlusseinheit zum festen Kombinieren des CDRs mit der TCO entwickelt und auf den Markt gebracht, z. B. der Metalloxid-Wärmevaristor (TMOV). Die 1 zeigt eine schematische Ansicht eines TMOVs nach dem Stand der Technik. Das Prinzip ist wie folgt: Der VDR und die TCO sind kompakt miteinander kombiniert, um die Wärme der Legierung mit einem niedrigen Schmelzpunkt in der TCO zu übertragen. Die 2 und 3 zeigen je eine schematische Ansicht der TCO vor bzw. nach dem Einschalten. Mit der Oberflächenspannung und dem besonderen Material schrumpft daher die Schmelzlegierung mit dem niedrigen Schmelzpunkt in eine kleine Kugelform, um somit den Zweck des Abschaltens des Stroms zu erfüllen.
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Für ein schnelles Auslösen der TCO sind der VDR und die TCO üblicherweise miteinander kombiniert. Hier beträgt der Schmelzpunkt der Legierung unter 150☐. Um des Weiteren ein Schmelzen der Legierung mit dem niedrigen Schmelzpunkt beim Ummanteln zu vermeiden kann kein Epoxidharz verwendet werden, auch wenn sich dieses hervorragend zum Schutz vor Feuchtigkeit eignet, da es sich nach 1,5 Stunden bei 150☐ verhärtet. Wenn die TCO weiter die Oberflächenspannung nutzt und das besondere Material ein Schrumpfen der Legierung mit dem niedrigen Schmelzpunkt in eine Kugelform zulässt, können die Schwerkraft und die Platzierung leicht dazu führen, dass ein Teil der Legierung verbleibt, wodurch negativ ein Leckstrom verursacht wird. Weiter wird das Material der Zuleitung in den Elektronikgeräten generell aus Weißblech-Kupferdrähten gebildet. Trotzdem beträgt die elektrische Leitfähigkeit der Legierung mit dem niedrigen Schmelzpunkt 10% bis 30% weniger als jene des Weißblech-Kupferdrahtes. Wenn daher kontinuierlich ein Überstrom zugeführt oder ein flüchtiger Überstrom auftritt, wird die elektrische Leitfähigkeit leicht gefährdet. Aus diesem Grund bedarf die oben beschriebene Schutzvorrichtung einer Ausbesserung.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Schutzvorrichtung mit einer Funktion zur Ableitung der Wärmeenergie, um mit dieser die Wärmeenergie zum Schutz der Elektronikgeräte richtig und schnell abzuleiten.
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Zum Erreichen der oben genannten Ziele besteht die Schutzvorrichtung mit einer Funktion zur Ableitung der Wärmeenergie im Wesentlichen aus einem Gehäuse 10, das elektrisch mit einer ersten Ableitungselektrode 20 und mit einer zweiten Ableitungselektrode 30 verbunden ist; einem Wärmeenergieleiter 40, der auf der ersten Ableitungselektrode 20 gebildet ist; einer Ummantelung 50, mit der das Gehäuse 10 umschlossen und mit der die Erscheinungsform dieses Gehäuses 10 ummantelt wird; wobei der Wärmeenergieleiter 40 durch die Ummantelung 50 dringt und aus dieser vorsteht.
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Das Gehäuse 10 wird erfindungsgemäß mit der Ummantelung 50 umschlossen, um das Gehäuse 10 vor dem Altern und vor Fehlfunktionen zu schützen, wenn das Gehäuse 10 nach außen freigelegt ist. Die Ummantelung 50 ist dieselbe wie jene der bereits bekannten elektronischen keramischen Vorrichtungen, so dass die Ummantelung 50 nicht verändert werden muss. Zum Leiten der Wärmeenergie in das/aus dem Gehäuse 10 nutzt der Wärmeenergieleiter 40 daher die Wärmeleitung, um eine Überlast der Elektronikgeräte zu vermeiden und Risiken vorzubeugen.
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Im Folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnung im Detail beschrieben.
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In der Zeichnung zeigt:
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1 eine schematische Ansicht eines Metalloxid-Wärmevaristors (TMOV) nach dem Stand der Technik;
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2 eine schematische Ansicht des Metalloxid-Wärmevaristors (TMOV) vor dem Einschalten;
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3 eine schematische Ansicht des Metalloxid-Wärmevaristors (TMOV) nach dem Einschalten;
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4 eine schematische Ansicht der Aufbauten eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
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5 eine Vorderansicht des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
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6 eine Rückansicht des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
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7 eine schematische Ansicht der Aufbauten eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; und
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8 eine schematische Ansicht, wobei hier der Strom im zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung abgeschaltet ist.
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Die 4, 5 und 6 zeigen eine schematische Ansicht, eine Vorderansicht bzw. eine Rückansicht eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Die Schutzvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung besteht hauptsächlich aus einem Gehäuse 10, einer ersten Ableitungselektrode 20, einer zweiten Ableitungselektrode 30, einem Wärmeenergieleiter 40 und aus einer Ummantelung 50.
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Das Gehäuse 10 ist wie jenes nach dem Stand der Technik mit einer VDR-Basis gebildet, so dass diese Ausführungsweise hier nicht beschrieben werden soll.
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Die erste Ableitungselektrode 20 ist elektrisch mit einer ersten Oberfläche 11 des Gehäuses 10 verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel ist diese erste Ableitungselektrode 20 aus einem Weißblech-Kupferdraht gebildet.
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Die zweite Ableitungselektrode 30 ist elektrisch mit einer zweiten Oberfläche 12 des Gehäuses 10 verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel ist diese zweite Ableitungselektrode 30 aus einem Weißblech-Kupferdraht gebildet.
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Der Wärmeenergieleiter 40 ist als ein kontinuierlicher Leitdraht ausgebildet und ist elektrisch mit der ersten Ableitungselektrode 20 verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel besteht der Wärmeenergieleiter 40 aus einem Weißblech-Kupferdraht.
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Mit der Ummantelung 50 wird eine Erscheinungsform des Gehäuses 10 umschlossen. Die erste Ableitungselektrode 20, die zweite Ableitungselektrode 30 und der Wärmeenergieleiter 40 durchdringen die Ummantelung 50 und ragen aus dieser vor. In diesem Ausführungsbeispiel besteht die Ummantelung 50 aus Epoxidharz.
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Die Schutzvorrichtung mit der Funktion zur Ableitung der Wärmeenergie lässt nicht nur eine Erzeugung einer Wärme durch das Gehäuse 10 bei einem Auftreten eines Überstroms zu, sondern ermöglicht es dem Wärmeenergieleiter 40 ebenfalls, die Wärmeenergie abzuleiten. Wenn der Wärmeenergieleiter 40 ein einzelnes und kontinuierliches Signal zum Starten der Wärmeleitung empfängt, wird die mit dem Gehäuse 10 erzeugte Wärmeenergie richtig und effizient abgeleitet, damit die nebeneinandergestellte Überhitzschutzvorrichtung, z. B. die TCO, imstande sein wird, die abnormale Temperatur sofort wahrzunehmen und zu starten. Beim Ummanteln des Gehäuses 10 mit der Ummantelung 50 wird das Gehäuse 10 zudem vor einem Altern und vor Fehlfunktionen geschützt, um mögliche Risiken zu vermeiden.
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Die 7 zeigt eine schematische Ansicht eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, das hier hauptsächlich aus einem Gehäuse 10A, einer ersten Ableitungselektrode 20A, einer zweiten Ableitungselektrode 30A, einem Wärmeenergieleiter 40A und aus einer Ummantelung 50A besteht.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist eine TCO im Gehäuse 10 eingebaut. wobei der Körper 10A weiter mit einer Zuleitung 13A aus einem Weißblech-Kupferdraht gebildet ist. Eines der beiden Enden der Zuleitung 13A weist eine erste Legierung 14A mit einem niedrigen Schmelzpunkt auf, während die zweite Legierung 15A ebenfalls einen niedrigen Schmelzpunkt aufweist. In der Mitte auf der Unterseite der Zuleitung 13A ist ein elastisches Element 16A befestigt, wobei hier eine Feder als ein solches elastisches Element 16A verwendet wird. Dabei ist ein Ende des elastischen Elements 16A an der Zuleitung 13A befestigt, während das andere Ende des elastischen Elements 16A an der Ummantelung 50A befestigt ist. Daher wird zwischen der Zuleitung 13A und der ersten Ableitungselektrode 20A sowie der zweiten Ableitungselektrode 30A eine Zugkraft zum Abtrennen erzeugt.
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Die erste Ableitungselektrode 20A ist elektrisch mit der ersten Legierung 14A mit dem niedrigen Schmelzpunkt verbunden, wobei hier die ersten Ableitungselektrode 20A aus einem Weißblech-Kupferdraht besteht.
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Die zweite Ableitungselektrode 30A ist elektrisch mit der zweiten Legierung 15A mit dem niedrigen Schmelzpunkt verbunden, wobei hier die zweite Ableitungselektrode 30A aus einem Weißblech-Kupferdraht besteht.
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Der Wärmeenergieleiter 40A ist als ein kontinuierlicher Leitdraht ausgebildet, dessen eines Ende elektrisch mit der ersten Ableitungselektrode 20A verbunden ist und dessen anderes Ende für die kürzeste Reaktionszeit direkt oder beinahe mit der geschützten Vorrichtung in Berührung kommt. Hier besteht der Wärmeenergieleiter 40A aus einem Weißblech-Kupferdraht.
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Mit der Ummantelung 50A wird die Erscheinungsform des Gehäuses 10A umschlossen. Hier besteht die Ummantelung 50A aus einem Isoliergehäuse. Die erste Ableitungselektrode 20A, die zweite Ableitungselektrode 30A und der Wärmeenergieleiter 40A durchdringen diese Ummantelung 50A und stehen aus dieser vor.
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Beim Leiten der mit dem Elektronikgerät erzeugten Wärmeenergie vom Wärmeenergieleiter 40A zum Gehäuse 10A empfangen die erste Legierung 14A mit dem niedrigen Schmelzpunkt und die zweite Legierung 15A mit dem niedrigen Schmelzpunkt im Gehäuse 10A die Wärmeenergie und bringen diese zu einem Schmelzpunkt. Die 8 zeigt eine schematische Ansicht, wobei hier der Strom im zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel abgeschaltet ist. Dabei sind hier die geschmolzene erste und zweite Legierung nicht mehr miteinander verbunden, wobei deren Elastizität vom elastischen Element 16A zum sofortigen Abschalten des Stroms genutzt wird. Da die Elastizität hier als eine externe und mechanische Kraft wirkt, wird die Legierung mit dem niedrigen Schmelzpunkt nicht leicht verbleiben. Beim Vergleichen der oben genannten mechanischen Trennkraft mit jener, welche die Oberflächenspannung und das besondere Material nutzt, wird zum Vermeiden eines Leckstroms ein schnelleres und korrekteres Abtrennen erzielt. Weiter wird mit der Ummantelung 50A, mit der das Gehäuse 10A umschlossen ist, vermieden, dass das Gehäuse 10A mit der Außenseite in Berührung kommt und vor einem Altern und vor Fehlfunktionen geschützt ist.
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Mit der vorliegenden Erfindung soll das erste bevorzugte Ausführungsbeispiel nicht eingeschränkt werden, d. h. die VDR-Basis kann weiter elektrisch über die Silberpaste mit der ersten Ableitungselektrode und mit der zweiten Ableitungselektrode verbunden sein.
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Die vorliegende Erfindung wird ebenfalls nicht auf das zweite bevorzugte Ausführungsbeispiel eingeschränkt. Die Länge des Wärmeenergieleiters kann beispielsweise weiter ausgedehnt werden. Die zur Zeit des Schweißens des Gehäuses erzeugte Wärmeenergie wird die erste Legierung und zweite Legierung nicht im Voraus auslösen. Der Bereich der ersten Legierung und der zweiten Legierung kann beispielsweise vergrößert werden, um gleichzeitig eine überlappende Fläche, die mit dem Gehäuse und der ersten Ableitungselektrode sowie mit der zweiten Ableitungselektrode gebildet wird, auszudehnen. Damit werden die Unterschiede zwischen der elektrischen Leitfähigkeit der metallischen Materialien vermieden, um ebenfalls die mit diesen Unterschieden verbundenen Risiken zu vermeiden. Bei einer Verwendung einer Kombination der Legierung mit dem niedrigen Schmelzpunkt zusammen mit dem besonderen Material anstelle des Gehäuses kann die Reaktion ebenfalls weiter beschleunigt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Gehäuse
- 11
- Erste Oberfläche
- 12
- Zweite Oberfläche
- 13
- Zuleitung
- 20
- Erste Ableitungselektrode
- 30
- Zweite Ableitungselektrode
- 40
- Wärmeenergieleiter
- 50
- Ummantelung
- 10A
- Gehäuse
- 13A
- Zuleitung
- 14A
- Erste Legierung
- 15A
- Zweite Legierung
- 16A
- Elastisches Element
- 20A
- Erste Ableitungselektrode
- 30A
- Zweite Ableitungselektrode
- 40A
- Wärmeenergieleiter
- 50A
- Ummantelung
