DE102018118247B3

DE102018118247B3 - Thermische Sicherung

Info

Publication number: DE102018118247B3
Application number: DE102018118247.3A
Authority: DE
Inventors: Sisay Tadele; Alexander Dauth; Steffen Geiger; Markus Wetzel
Original assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Current assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Priority date: 2018-07-17
Filing date: 2018-07-27
Publication date: 2019-09-19
Anticipated expiration: 2038-07-28
Also published as: US20200027682A1; KR20200008944A; US10636597B2; CN110729152A

Abstract

Beschrieben wird Thermische Sicherung für einen elektrischen Stromkreis, mit einem Kontaktarm (4), über den zwei elektrische Leiter elektrisch leitend miteinander verbunden sind, wobei die Verbindung des Kontaktarms (4) mit wenigstens einem der beiden Leiter eine Lötverbindung ist, die bei Erreichen einer Auslösetemperatur der Sicherung ihre Festigkeit verliert. Erfindungsgemäß ist ein Permanentmagnet vorgesehen (6), der eine Magnetkraft erzeugt, die den Kontaktarm (4) von wenigstens einem der beiden Leiter abhebt, sobald die Lötverbindung ihre Festigkeit verliert.

Description

Die Erfindung geht von einer thermischen Sicherung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen aus, wie sie beispielsweise aus der DE 10 2014 111 772 B4 bekannt ist.
Aus der US 4 599 597 A ist eine thermische Sicherung für einen elektrischen Stromkreis bekannt, die mit einem Leiter eine elektrische Verbindung von zwei elektrischen Leitern herstellt, indem er mit diesen jeweils durch eine Lötverbindung verbunden ist. Bei Erreichen einer Auslösetemperatur der thermischen Sicherung verliert der Leiter seine Festigkeit, so dass der elektrische Kontakt unterbrochen wird. Diese Sicherung ist mit einem Permanentmagneten versehen, der mit seiner Magnetkraft über einen Schlitten mittelbar auf den Leiter einwirkt.
Aus der DE 20 12 448 A ist ein Reed-Schalter bekannt, der einen beweglichen Magneten aufweist, dessen Magnetkraft -je nach Lage des Magneten- einen als Kontaktarm ausgebildeten elektrischen Leiter abhebt, so dass der Schalter geöffnet ist.
Bei der aus der DE 10 2014 111 772 B4 bekannten Sicherung sind zwei Leiter durch einen mechanisch vorgespannten Kontaktarm elektrisch miteinander verbunden. Der Kontaktarm ist dabei mit einem der beiden elektrischen Leiter verschweißt und mit dem anderen verlötet. Bei Erreichen einer Auslösetemperatur der Sicherung verliert die Lötverbindung ihre Festigkeit, sodass sich der vorgespannte Kontaktarm von dem betreffenden Leiter abhebt und so der Stromkreis unterbrochen wird. Anstelle einer Verschweißung kann der Kontaktarm mit einem der beiden Leiter auch durch eine weitere Lötverbindung verbunden sein, die erst bei einer höheren Temperatur ihre Festigkeit verliert, sodass sich der Kontaktarm bei Erreichen der Auslösetemperatur der Sicherung stets mit demselben Ende von einem der beiden Leiter abhebt.
Diese bekannte Sicherung ist für Stromkreise mit geringen elektrischen Spannungen von bis zu 12 Volt, wie sie in PKWs gebräuchlich sind, gut geeignet. Der erzielbare Öffnungsabstand ist jedoch relativ klein und für Anwendungen mit höheren Spannungen, z.B. 48 Volt, nicht ausreichend. Bei höheren Spannungen besteht deshalb die Gefahr, dass sich bei geöffneter Sicherung ein Lichtbogen zwischen einem Leiter und dem abgehobenen Kontaktarm bildet. Dieser Lichtbogen ist eine Gefahrenquelle, die zu einem Brand führen kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb einen Weg aufzuzeigen, wie der Öffnungsabstand bei einer thermischen Sicherung der eingangs genannten Art vergrößert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Sicherung mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Eine erfindungsgemäße Sicherung enthält einen Permanentmagneten, der eine Magnetkraft erzeugt, die den Kontaktarm von wenigstens einem der beiden Leiter abhebt, sobald die Lötverbindung zwischen dem Kontaktarm und wenigstens einem der beiden Leiter ihre Festigkeit verliert. Der Kontaktarm kann mit beiden Leitern verlötet sein, sodass der Kontaktarm bei Erreichen der Auslösetemperatur sich unter Einwirkung der Magnetkraft von beiden Leitern löst und von ihnen abgehoben wird. Der Kontaktarm wird dann von dem Permanentmagneten gehalten, sodass dieser keine unbeabsichtigten Kontakte oder Kurzschlüsse verursachen kann. Möglich ist auch, dass sich der Kontaktarm bei Erreichen der Auslösetemperatur nur von einem der beiden Leiter löst und mit dem anderen Leiter verbunden bleibt, beispielsweise indem er mit ihm verschweißt ist. Die Magnetkraft bewirkt bei Erreichen der Auslösetemperatur dann ein Abheben des Kontaktarms nur von einem der beiden Leiter.
Permanentmagnete können kompakt in oder an einem Gehäuse der Sicherung angeordnet werden, sodass deren Magnetkraft einen entsprechend großen Öffnungsabstand bewirkt, sobald sich der Kontaktarm bei Erreichen der Auslösetemperatur der Sicherung von wenigstens einem der beiden Leiter abhebt. Vorteilhaft durch einen Permanentmagneten insbesondere auch die Richtung vorgegeben werden, in der sich der Kontaktarm bei Auslösen der Sicherung bewegt. Zudem kann der Kontaktarm in seiner ausgelösten Position durch einen Magneten fixiert werden, insbesondere indem der Kontaktarm in seiner ausgelösten Stellung an dem Permanentmagneten anliegt.
Der Kontaktarm kann vorteilhaft aus Eisen oder einem ferromagnetischen Stahl hergestellt sein. Möglich ist es aber auch, ein unmagnetisches Metall, z.B. Kupfer oder Aluminium, zu verwenden, und an dem Kontaktarm einen Permanentmagneten zu befestigen, der dann mit einem weiteren Permanentmagneten zusammenwirkt, der in einem Abstand von dem Kontaktarm angeordnet ist. Als Permanentmagnete in einer erfindungsgemäßen Sicherung können beispielsweise Ferritmagnete, AINiCo-Magnete oder Seltenerdmagnete verwendet werden, insbesondere Neodym-Eisen-Bor-Magnete. In diesem Zusammenhang ist lediglich zu beachten, dass die Curie-Temperatur der Permanentmagnete ausreichend hoch ist, sodass diese bei Erreichen der Auslösetemperatur der Sicherung noch eine ausreichend starke Magnetkraft erzeugen.
Die Auslösetemperatur der Sicherung kann durch die Wahl des Lotmaterials eingestellt werden. Ein Lotmaterial mit relativ niedrigem Schmelzpunkt ist z.B. Sn42Bi58 mit T_liq=140°C, ein Lotmaterial mit höherem Schmelzpunkt ist z.B. Sn96,5Ag3Cu0,5 mit T_liq=221°C.
Die Sicherung kann vorteilhaft am Stromeingang eines Steckers angeordnet sein. Vorteilhaft kann so die Funktionsunterbrechung eines Gerätes schon sehr früh stattfinden. Größere Schäden können so vermieden werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Sicherung im Betrieb so angeordnet ist, dass die Magnetkraft in Richtung der Schwerkraft wirkt. Ein abfallender Kontaktarm bewegt sich so zuverlässig hin zu dem Permanentmagneten und kann dann von ihm gehalten werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Kontaktarm mechanisch vorgespannt ist, sodass die wenigstens eine Lötverbindung mechanisch durch Federkraft belastet ist. Der Kontaktarm kann beispielsweise eine Blattfeder, insbesondere ein gebogener Streifen Federblech sein. Auf diese Weise kann die Kraft, mit der sich der Kontaktarm bei Erreichen der Auslösetemperatur von einem oder beiden Leitern abhebt, vergrößert werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der oder einer der mit dem Kontaktarm verlöteten Leiter eine vorgespannte Blattfeder ist, deren Federkraft die Lötverbindung belastet. Bei Auslösen der Sicherung kann sich auf diese Weise auch der Leiter von dem Kontaktarm wegbewegen, sodass der Öffnungsabstand zusätzlich vergrößert wird.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der oder einer der mit dem Kontaktarm verlöteten Leiter ein „Thermomaterial“ ist, dessen mechanische Federeigenschaften mit zunehmender Temperatur ansteigen. Derartige Thermomaterialien sind z.B. Thermobimetalle oder Formgedächtnislegierungen. Die Verwendung einer vorgespannten Blattfeder aus einem Thermomaterial hat den Vorteil, dass dadurch die Kraft auf die Lötstelle im Normalbetrieb geringer ist.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an einem Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 ein Ausführungsbeispiel einer thermischen Sicherung; und
2 eine weitere Ansicht zu 1

In den 1 und 2 ist schematisch eine thermische Sicherung in einem geöffneten Zustand dargestellt. Die Sicherung enthält einen Kontaktarm 4, der bei geschlossener Sicherung zwei elektrische Leiter elektrisch leitend miteinander verbindet, beispielsweise einen Anschlussleiter 2 und eine Blattfeder 5. Bei geschlossener Sicherung ist der Kontaktarm 4 mit einem dieser beiden Leiter über eine Lötstelle 8 verlötet.
Auf den Kontaktarm 4 wirkt eine Magnetkraft eines Permanentmagneten 6 der Sicherung. Wenn die Sicherung ihre Auslösetemperatur erreicht, verliert die Lötverbindung ihre Festigkeit. Der Kontaktarm 4 hebt sich dann unter Einwirkung der Magnetkraft von dem mit ihm verlöteten Leiter ab, also z.B. der Blattfeder 5, so dass sich die Sicherung öffnet. Der Kontaktarm 4 kann dazu beispielsweise aus Eisen oder ferromagnetischem Stahl sein. Möglich ist es aber auch, den Kontaktarm aus einem nicht-ferromagnetischen Material herzustellen und einen zweiten Permanentmagneten oder ein ferromagnetisches Teil, etwa ein Niet, an dem Kontaktarm zu befestigen.
Um die Öffnungsbewegung zu unterstützen, kann der Kontaktarm 4 mechanisch vorgespannt sein, so dass die Lötverbindung zusätzlich zu der Magnetkraft auch durch Federkraft belastet ist. Bei Erreichen der Auslösetemperatur kann sich die Sicherung so noch schneller öffnen und es lässt sich ein noch größerer Öffnungsabstand erreichen. Indem der mit dem Kontaktarm 4 verlötete Leiter eine Blattfeder 5 ist, lassen sich durch Vorspannung der Blattfeder 5 die Öffnungsgeschwindigkeit und der Öffnungsabstand noch weiter erhöhen.
Die dargestellte Sicherung weist ein Gehäuse 1 auf, aus dem zwei elektrische Anschlussleiter 2, 3 herausragen sind. Die Anschlussleiter 2, 3 sind elektrische Leiter, die an ihrem aus dem Gehäuse 1 herausragenden Ende beispielsweise Steckkontakte, beispielsweise zum Einstecken in Bohrungen einer Leiterplatte, aufweisen können oder zum Verlöten oder Verschweißen mit einer Kabellitze versehen sein können. Der Anschlussleiter 2 ist mit dem Kontaktarm 4 verbunden, beispielsweise verschweißt. Der Anschlussleiter 3 kann mit dem Kontaktarm 4 direkt verlötet sein, ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel aber über die Blattfeder 5 elektrisch leitend mit dem Kontaktarm 4 verbunden. Die Blattfeder 5 kann mit dem Anschlussleiter 3 beispielsweise verschweißt sein.
Bei dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kontaktarm 4 an einem Ende über die Lötstelle 8 mit einem Leiter, z.B. einer Blattfeder 5, verlötet und an seinem anderen Ende mit einem Leiter verschweißt, z.B. dem Anschlussleiter 2. Es ist aber auch möglich den Kontaktarm 4 an beiden Enden zu verlöten, also z.B. sowohl mit der Blattfeder 5 als auch mit dem Anschlussleiter 2 oder mit beiden Anschlussleitern 2, 3. Wenn die Lötverbindung dann ihre Festigkeit verliert, kann der gesamte Kontaktarm 4 von beiden mit ihm verlöteten Leitern durch die Magnetkraft des Permanentmagneten 6 angehoben werden. Auf diese Weise lässt sich ein besonders großer Öffnungsabstand realisieren. Auch bei dieser Ausführungsform kann die Öffnungsbewegung durch eine Vorspannung des Kontaktarms 4 und/oder eines mit ihm verlöten Leiters, z.B. einer Blattfeder 5 unterstützt werden.
Der Kontaktarm 4 und die Blattfeder 5 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel gleich geformt, bestehen aber bevorzugt aus unterschiedlichen Materialien. Für den Kontaktarm 4 sind ferromagnetische Materialien, beispielsweise Eisen oder ferromagnetischer Stahl, vorteilhaft, während für die Blattfeder 5 unmagnetische Materialien wie beispielsweise Aluminium oder Messing besser geeignet sind. Auf diese Weise lässt sich nämlich verhindern, dass die Blattfeder 5 durch Magnetkraft zu dem Kontaktarm 4 hingezogen wird.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2: Anschlussleiter
3: Anschlussleiter
4: Kontaktarm
5: Blattfeder
6: Permanentmagnet
8: Lötstelle

Claims

Thermische Sicherung für einen elektrischen Stromkreis, mit einem Kontaktarm (4), über den zwei elektrische Leiter elektrisch leitend miteinander verbunden sind, wobei die Verbindung des Kontaktarms (4) mit wenigstens einem der beiden Leiter eine Lötverbindung ist, die bei Erreichen einer Auslösetemperatur der Sicherung ihre Festigkeit verliert, gekennzeichnet durch einen Permanentmagneten (6), der eine Magnetkraft erzeugt, die den Kontaktarm (4) von wenigstens einem der beiden Leiter abhebt, sobald die Lötverbindung ihre Festigkeit verliert.
Thermische Sicherung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung des Kontaktarms (4) mit beiden Leitern eine Lötverbindung ist.
Thermische Sicherung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktarm (4) aus Eisen oder einem ferromagnetischen Stahl ist.
Thermische Sicherung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktarm (4) mechanisch vorgespannt ist, sodass die wenigstens eine Lötverbindung durch eine Federkraft belastet ist.
Thermische Sicherung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktarm (4) eine Blattfeder ist.
Thermische Sicherung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder einer der mit dem Kontaktarm (4) verlötete Leiter eine vorgespannte Blattfeder (5) ist, deren Federkraft die Lötverbindung belastet.
Thermische Sicherung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Blattfedern (5) gleich geformt sind.
Thermische Sicherung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktarm (4) in einem Gehäuse (1) angeordnet ist, an dem der Permanentmagnet (6) befestigt ist.