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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Sicherungseinrichtung mit einem Sicherungsgehäuse und einem Schmelzleiter. Die Sicherungseinrichtung lässt sich insbesondere als zum Beispiel Stecksicherung in einem Fahrzeug-Bordnetz verwenden.
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Stand der Technik
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In Fahrzeug-Bordnetzen werden elektrische Leitungen über Schmelzsicherungen gegen thermische Überlast geschützt. Zum Beispiel aus der
DE 10 2014 115 588 A1 ist eine elektrische Sicherungseinrichtung mit einem elektrisch isolierenden Träger bekannt, auf den zwei Leiterbahnen aufgebracht sind, die durch einen Spalt voneinander beabstandet sind. Zur Überbrückung des Spalts wird ein aufgeschmolzener Metallkörper mit einem niedrigen Schmelzpunkt dort zwischen den Leiterbahnen als Schmelzleiter eingebracht. Obwohl sich damit elektrische Leitungen absichern lassen, hat sich gezeigt, dass der Metallkörper hinsichtlich seiner Größe, Form und Positionierung nur schwer reproduzierbar aufgebracht werden kann. Es besteht daher der Wunsch nach einer besser reproduzierbaren Auslösecharakteristik der Sicherungseinrichtung.
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Des Weiteren ist aus der nachveröffentlichten
deutschen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 102014115588.2 der Anmelderin eine Sicherungseinrichtung bekannt, bei der der Spalt zwischen den zwei Leiterbahnen durch einen von einer Seite des Trägers durch die Durchgangsöffnungen gesteckten und auf der anderen Seite des Trägers aufgeschmolzenen, gebogenen Draht aus einem niedrigschmelzenden Metall überbrückt wird. Obwohl damit eine gut reproduzierbare Auslösecharakteristik der Sicherungseinrichtung erreicht wird, hat sich gezeigt, dass das Trägermaterial eine begrenzte Wärmebeständigkeit aufweist, die in manchen Anwendungen zu gering sein kann. Außerdem wurde festgestellt, dass das Metall des Drahtes empfindlich für Oxidation am Luftsauerstoff ist, so dass die Auslösecharakteristik nachteilig beeinträchtigt werden kann.
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Beschreibung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Einsatz konstruktiv möglichst einfacher Mittel eine idealerweise temperaturunempfindlichere Sicherungseinrichtung mit verbesserter Auslösecharakteristik zu schaffen.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den begleitenden Figuren angegeben.
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Eine als Überstromschutzeinrichtung dienende, erfindungsgemäße elektrische Sicherungseinrichtung, die vorzugsweise als Stecksicherung ausgebildet ist, weist ein Sicherungsgehäuse und einen darin angeordneten Schmelzleiter auf. Im einfachsten Fall ist das Sicherungsgehäuse beispielsweise aus einem geeigneten Kunststoff gefertigt.
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Erfindungsgemäß ist das Sicherungsgehäuse luftdicht oder gasdicht ausgeführt. Dadurch kann insbesondere vermieden werden, dass Luftsauerstoff in das Sicherungsgehäuse hineinströmt. Zudem verfügt die Sicherungseinrichtung über einen elektrisch leitenden sowie blechförmigen, ersten und einen elektrisch leitenden sowie blechförmigen, zweiten Kontaktfuß. Diese sind jeweils dazu eingerichtet, außerhalb des Sicherungsgehäuses ein Gegenkontaktelement zu kontaktieren, um so eine Stecksicherung auszubilden. Die Kontaktfüße sind also nicht durch ein elektrisch isolierendes Trägermaterial, wie etwa FR4, mit Leiterbahnen, sondern als elektrisch leitendes Blech ausgestaltet, was sehr kostengünstig durch zum Beispiel Stanzen herstellbar ist. Die Kontaktfüße sind also separat zu dem Schmelzleiter ausgebildet. Außerdem sind die Kontaktfüße luftdicht oder gasdicht an dem Sicherungsgehäuse gehalten, so dass auch hierüber kein Luft- oder Gasaustausch zwischen dem Inneren des Sicherungsgehäuses und seiner Umgebung möglich ist. Außerdem erstrecken sich die Kontaktfüße in das Sicherungsgehäuse hinein. Zudem sind der erste Kontaktfuß mit einem vorzugsweise freiliegenden, zum Beispiel drahtförmigen, ersten elektrischen Leiter und der zweite Kontaktfuß mit einem vorzugsweise freiliegenden, zum Beispiel drahtförmigen, zweiten elektrischen Leiter verbunden. Zwischen den beiden Leitern erstreckt sich der Schmelzleiter, der also zwischen den Leitern vorzugsweise eingespannt ist.
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Vorteilhafterweise bewirkt die erfindungsgemäße Sicherungseinrichtung, dass aufgrund der Schmelzleiter- und Leiteranordnung kein temperaturempfindliches Trägermaterial, wie etwa FR4, mehr benötigt wird. Durch die luftdichte oder gasdichte Ausgestaltung des Gehäuses sowie der Kontaktfüße ist der Schmelzleiter sogar bei zunehmender Eigenerwärmung während des Betriebs der Sicherungseinrichtung in einer nicht oxidierenden Umgebung angeordnet, so dass eine Oxidation in Kontakt mit Luftsauerstoff vermieden werden kann. Auf das Auftragen eines Flussmittels auf den Schmelzleiter kann verzichtet werden. Der Schmelzleiter kann dadurch auch einen vergleichsweise großen Querschnitt aufweisen, zum Beispiel für Sicherungen für Leitungen mit 2,5 oder mehr mm2. Da der Schmelzleiter nicht mehr oder zumindest kaum oxidiert, kann auch die Auslösecharakteristik der Sicherungseinrichtung gegenüber dem Stand der Technik verbessert werden.
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Noch weiter kann die Auslösecharakteristik verbessert werden, wenn das Sicherungsgehäuse evakuiert ist. Denn dadurch ist entweder der sämtliche Luftsauerstoff aus dem Sicherungsgehäuse entfernt, so dass der darin angeordnete Schmelzleiter daran nicht oxidieren kann.
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Alternativ dazu kann das Sicherungsgehäuse mit einem Schutzgas gefüllt sein. Das Schutzgas hält den Schmelzleiter in einer oxidationsfreien Umgebung, verbessert also auch die Auslösecharakteristik, wobei das Schutzgas im Auslösefall der Sicherungseinrichtung gleichzeitig auch der Lichtbogenlöschung dient.
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Es hat sich außerdem als vorteilhaft erwiesen, wenn das Sicherungsgehäuse aus einer Keramik oder aus Glas gefertigt ist. Diese Werkstoffe weisen insbesondere eine vorteilhaft hohe Temperaturbeständigkeit auf. Dadurch können ggf. die Abstände der Sicherungskomponenten im Inneren des Gehäuses verringert werden oder aber die Lebensdauer der Sicherungseinrichtung erhöht werden.
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Besonders vorteilhaft lässt sich die Erfindung einsetzen, wenn der Schmelzleiter als Draht, insbesondere aus Flach- oder Runddraht, aus einem Zinnwerkstoff ausgeführt ist. Denn Zinn eignet sich durch seinen niedrigen Schmelzpunkt von 231°C gut als Schmelzleiter. Um die Härte und Zugfestigkeit des Drahtes zu verbessern und/oder den Schmelzpunkt des Drahtes an die Auslösecharakteristik anzupassen, kann der Draht auch aus einer Zinnlegierung hergestellt sein. Besonders geeignet sind hierfür Zinnlegierungen mit einem überwiegenden Gewichtsanteil von Zinn mit Beimischungen von Kupfer, Blei, Silber, Bismut und/oder Antimon. Durch die Ausgestaltung des Sicherungsgehäuses wird diese Oxidation jedoch verhindert. Die Ausführung als Draht ermöglicht eine Beeinflussung der Auslösecharakteristik durch zum Beispiel eine geeignete Auswahl des Drahtquerschnitts und/oder der Drahtlänge.
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Für einen möglichst einfachen konstruktiven Aufbau sowie eine einfache Fertigung kann der Schmelzleiter geradlinig ausgeformt sein. Das heißt, dass er sich geradlinig zwischen dem ersten Leiter hin zu dem zweiten Leiter erstreckt.
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Für den Übergang zwischen dem Schmelzleiter und dem jeweiligen Leiter ist es vorteilhaft, wenn der Schmelzleiter stoffschlüssig, also zum Beispiel durch Löten oder Schweißen, an den Leitern gehalten ist.
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Alternativ dazu ist es auch möglich, dass der Schmelzleiter mechanisch, insbesondere durch Klemmen, an den Leitern gehalten ist. Dadurch kann das Fügeverfahren zum stoffschlüssigen Verbinden eingespart werden. Diese Art der Verbindung kann insbesondere dann eingesetzt werden, wenn der Schmelzleiter aus einer mechanisch festeren Zinnlegierung gefertigt ist.
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Für eine gute, aber konstruktiv einfache Anpassung der Auslösecharakteristik hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Leiter als Draht, insbesondere als Flach- oder Runddraht, aus einem Kupferwerkstoff gefertigt sind. Die Auslösecharakteristik lässt sich zum Beispiel durch Variation des Drahtquerschnitts oder die Drahtlänge beeinflussen.
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Um auf kleinem Raum eine große Länge der Leiter zu bewerkstelligen, können die Leiter kurvig oder gebogen, insbesondere mäanderförmig, ausgestaltet sein. Die Länge der Leiter ist ein Parameter zur Einstellung der Auslösecharakteristik der Sicherungseinrichtung.
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Für eine hohe Dichtigkeit des Sicherungsgehäuses ist es vorteilhaft, wenn der erste und der zweite Kontaktfuß in das Sicherungsgehäuse eingebettet, insbesondere eingegossen, sind. Damit sind die Kontaktfüße an dem Sicherungsgehäuse fixiert und dichten dieses nach außen hin ab.
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Alternativ dazu können der erste und der zweite Kontaktfuß in das Sicherungsgehäuse eingeklebt sein. Dadurch werden die Kontaktfüße an dem Sicherungsgehäuse fixiert und dichten dieses nach außen hin ab. Zudem lässt sich eine Klebeverbindung fertigungstechnisch einfach herstellen.
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Kurze Figurenbeschreibung
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Nachfolgend werden vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Sicherungseinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und
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2 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Sicherungseinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen und dienen nur der Erläuterung der Erfindung. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind durchgängig mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer Schnittansicht eine elektrische Sicherungseinrichtung 1 in Form einer als Stecksicherung ausgebildeten Schmelzsicherung, wie sie in Fahrzeugen bzw. Fahrzeug-Bordnetzen zur Leitungsabsicherung verwendet wird.
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Die Sicherungseinrichtung 1 weist ein Sicherungsgehäuse 2 auf, das im montierten Zustand vollständig geschlossen ist, hier jedoch in der gezeigten Schnittansicht zur besseren Veranschaulichung freigeschnitten ist. Das Sicherungsgehäuse 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel aus einem geeigneten Kunststoff gefertigt sowie mit einem Schutzgas gefüllt und daher gasdicht ausgeführt, damit das Schutzgas nicht aus dem Sicherungsgehäuse 2 austreten kann. Das Sicherungsgehäuse 2 ist hier auch luftdicht ausgestaltet, so dass kein Luftsauerstoff in das Sicherungsgehäuse 2 eindringen kann.
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Durch das Sicherungsgehäuse 2 erstrecken sich ein blechförmiger sowie elektrisch leitender, erster Kontaktfuß 3 und ein blechförmiger sowie elektrisch leitender, zweiter Kontaktfuß 4, die hier aus Kupfer durch Stanzen gefertigt sind. Die Kontaktfüße 3, 4 sind gas- und luftdicht in das Sicherungsgehäuse 2 eingebettet, nämlich beispielhaft durch Eingießen. Dadurch sind die Kontaktfüße 3, 4 gleichzeitig an dem Sicherungsgehäuse 2 fixiert. Auf der Außenseite des Sicherungsgehäuses 2 sind die Kontaktfüße 3, 4 zur Kontaktierung eines Gegenkontaktelements, beispielsweise einer Sicherungsaufnahme, eingerichtet. Die Kontaktfüße 3, 4 entsprechen geometrisch herkömmlichen Kontaktfüßen von Stecksicherungen zur Verwendung in einem Fahrzeug, so dass diese einfach durch die Sicherungseinrichtung 1 ersetzt werden können.
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Auf der Innenseite des Sicherungsgehäuses 2 kontaktiert der erste Kontaktfuß 3 einen freiliegenden, ersten elektrischen Leiter 5 und der zweite Kontaktfuß 4 einen freiliegenden, zweiten elektrischen Leiter 6. Das im Inneren des Sicherungsgehäuses 1 befindliche, jeweilige Ende der Kontaktfüße 3, 4 und ein jeweiliges erstes Ende der Leiter 5, 6 sind stoffschlüssig miteinander verbunden, nämlich beispielsweise durch Löten. Die Leiter 5, 6 sind hier drahtförmig aus Kupfer gefertigt, wobei sie beispielhaft einen runden Querschnitt aufweisen. Die Länge der Leiter 5, 6 ist jeweils so bemessen, dass ein zur Auslösekennlinie der Sicherungseinrichtung 1 passender thermischer Widerstand eingestellt ist. Auch der Querschnitt der Leiter 5, 6 ist so bemessen, dass ein zur Auslösekennlinie der Sicherungseinrichtung 1 passender thermischer Widerstand eingestellt ist. Lediglich beispielhaft ist hier die geometrische Form der Leiter 5, 6 gezeigt, die in diesem Ausführungsbeispiel L-förmig ist.
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Zwischen einem den Kontaktfüßen 3, 4 abgewandten, zweiten Ende der Leiter 5, 6 ist ein drahtförmiger Schmelzleiter 7 gehalten. Der Schmelzleiter 7 ist hier geradlinig aus einem Draht mit rundem Querschnitt ausgeführt und aus Zinn gefertigt. Im einfachsten Fall ist der Schmelzleiter 7 lediglich zwischen den Leitern 5, 6 eingespannt und wird im Wesentlichen mechanisch aufgrund einer Klemmkraft gehalten. In diesem Ausführungsbeispiel sind die zweiten Enden der Leiter 5, 6 jedoch auch stoffschlüssig durch beispielsweise Löten mit dem jeweils diesem zugewandten Ende des Schmelzleiters 7 verbunden. Der Schmelzleiter 7 ist dazu eingerichtet, dass beim Auftreten von Überströmen über eine bestimmbare Zeit der Schmelzleiter 7 schmilzt und die elektrische Verbindung zwischen den Leitern 5, 6 unterbricht. Der Querschnitt des Schmelzleiters 7 ist so bemessen, dass ein zur Auslösekennlinie der Sicherungseinrichtung 1 passender thermischer Widerstand eingestellt ist.
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2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Sicherungseinrichtung 1. Abweichend von der vorstehenden Beschreibung sind die Leiter 5, 6 kurvig, nämlich mäanderförmig, ausgeformt. Damit lassen sich die Leiter 5, 6 bei gleicher Baugröße des Sicherungsgehäuses 2 länger gestalten, wodurch sich die Auslösekennlinie der Sicherungseinrichtung 1 noch besser anpassen lässt.
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Abweichend von den dargestellten Ausführungsbeispielen kann die Sicherungseinrichtung 1 in vielerlei Hinsicht abgewandelt werden. Beispielsweise muss das Sicherungsgehäuse 2 nicht aus einem Kunststoff gefertigt sein, sondern kann auch aus einer Keramik oder Glas bestehen. Des Weiteren kann das Innere des Sicherungsgehäuses 2 auch evakuiert sein und damit auf eine Füllung mit Schutzgas verzichtet werden. Der Schmelzleiter 7 muss auch nicht zwingend L-förmig oder mäanderförmig ausgebildet sein, sondern kann sich geradlinig von den Kontaktfüßen 3, 4 weg erstrecken und zwischen den zweiten Enden den Schmelzleiter 7 halten. Zudem müssen die Kontaktfüße 3, 4 nicht in das Sicherungsgehäuse 2 eingegossen sein, sondern können auch eingeklebt sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sicherungseinrichtung (z.B. Stecksicherung)
- 2
- Sicherungsgehäuse
- 3
- erster Kontaktfuß
- 4
- zweiter Kontaktfuß
- 5
- erster Leiter
- 6
- zweiter Leiter
- 7
- Schmelzleiter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014115588 A1 [0002]
- DE 102014115588 [0003]
