DE102021111041A1

DE102021111041A1 - Leiterbahnsicherung

Info

Publication number: DE102021111041A1
Application number: DE102021111041.6A
Authority: DE
Inventors: Sascha Steiner
Original assignee: Tridonic GmbH and Co KG
Current assignee: Tridonic GmbH and Co KG
Priority date: 2021-04-29
Filing date: 2021-04-29
Publication date: 2022-11-03
Also published as: WO2022229008A1

Abstract

Leiterbahnsicherung für eine elektrische Vorrichtung, wobei die Leiterbahnsicherung einen ersten Anschlussabschnitt und einen zweiten Anschlussabschnitt, sowie einen zwischen dem ersten Anschlussabschnitt und dem zweiten Anschlussabschnitt angeordneten Leiterbahnabschnitt aufweist. Leiterbahnsicherung ist dadurch ausgezeichnet, dass der Leiterbahnabschnitt und/oder der erste und der zweite Anschlussabschnitt als zumindest in Teilabschnitten flexible Leiterbahn aufgebaut ist. Weiter wird eine Anordnung aus einer Leiterplatte und einer entsprechenden Leiterbahnsicherung, und eine elektrische Vorrichtung mit einer solchen Anordnung gezeigt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leiterbahnsicherung für einen elektrischen Schaltkreis. Ferner ist eine Leiterplatte aufweisend einen elektrischen Schaltkreis und eine derartige Leiterbahnsicherung, und eine elektrische Vorrichtung umfassend eine Leiterplatte mit dem elektrischen Schaltkreis und der Leiterbahnsicherung, umfasst.
Eine auf einer Leiterplatte angeordnete Leiterbahnsicherung erfüllt die Aufgabe, bei Auftreten eines anomalen Betriebszustandes des auf der Leiterplatte angeordneten Schaltkreises, und insbesondere bei Auftreten eines Kurzschlusses, eine Verbindung, insbesondere die Verbindung des Schaltkreises zu einer Spannungsversorgung schnell und zuverlässig zu unterbrechen. Die Leiterbahnsicherung verhindert in diesem Fall, dass sich der Kurzschluss auf der Leiterplatte ausbreitet und einen über das Schmelzen der Leiterbahnsicherung hinausgehenden Schaden verursacht. Ein frühzeitiges Ansprechen der Leiterbahnsicherung kann ferner verhindern, dass ein Netzschutzschalter durch den Kurzschluss auf der Leiterplatte ausgelöst wird.
Die Funktion der Leiterbahnsicherung erfüllt ein auf der Leiterplatte angeordneter Leiterbahnabschnitt, der im Vergleich zu den anderen Leiterbahnen des Schaltkreises auf der Leiterplatte einen im Hinblick auf den durch diesen Abschnitt fließenden Strom verringerten Leiterquerschnitt aufweist. Dieser Leiterbahnabschnitt mit verringertem Querschnitt („Durchbrennbereich“) schmilzt bei Auftreten eines Kurzschlusses infolge des Kurzschlussstroms möglichst kontrolliert und unterbricht damit den Stromkreis. Die Leiterbahnsicherung verhält sich insoweit vergleichbar mit einer herkömmlichen Schmelzsicherung. Insbesondere im Fall einer Beaufschlagung dieses Leiterbahnabschnitts mit verringertem Querschnitt mit einem elektrischen Strom, der einen vorgegebenen Bemessungsstrom des Leiterbahnabschnitts deutlich überschreitet, kommt es zu Verdampfen bzw. Schmelzen des Materials des Leiterbahnabschnitts im Durchbrennbereich.
Schmelzen und Verdampfen der Leiterbahnsicherung im Rahmen eines (primären) Kurzschlusses erzeugt ein Plasma und einen Lichtbogen, das bzw. der geeignet ist, ein weiteres, räumlich benachbartes, niederohmig unter Netzspannung stehendes Kontaktpaar kurzzuschließen, womit das Plasma bzw. der Lichtbogen unkontrolliert weiter brennt. Auf diese Weise wird ein indirekter (sekundärer) Kurzschluss ausgelöst, der unter Umständen aufgrund deutlich vergrößerte Metallmengen wesentlich mehr leitfähiges Plasma erzeugt, als dies der primäre Kurzschluss vermag, und damit auch wesentlich höheren Schaden als der primäre Kurzschluss verursachen kann. Dieser Prozess kann sich unter Umständen bis zu Auslösen des Netzschutzschalters fortsetzen. Dies gilt insbesondere im Netzeingangsbereich eines Schaltkreises, je niederohmiger Netzeingangsfilter und somit je höher eine Nennleistungsaufnahme eines elektrischen Geräts mit diesem Schaltkreis ist.
Leiterbahnsicherungen sind daher oftmals im Bereich von Netzeingangsklemmen für die Netzspannungsversorgung eines elektrischen Geräts angeordnet. Hier ist daher auch sicherzustellen, dass die emittierten Gase und Partikel im Auslösefall der Leiterbahnsicherung nicht über Durchführungen für die Netzspannungsverbindungen aus dem Gehäuse des elektrischen Geräts austreten können. Elektrische Geräte, auf die dies zutrifft, sind beispielsweise Betriebsgeräte für Leuchtmittel.
Aus DE 10 2004 0440683 A1 ist eine auf einer Leiterplatte angeordnete Trennwand bekannt, die verhindert, dass bei einem Kurzschluss und dadurch ausgelöstem Schmelzen der Leiterbahnsicherung das dadurch entstehende Plasma zu einer benachbarten Leiterbahn übertritt. Die Trennwand ist so ausgebildet, dass die Trennwand auf einer der Leiterbahnsicherung zugewandten Seite der Trennwand zumindest eine Ablenkfläche ausbildet, an der das Plasma von zu schützenden Schaltkreisbereichen und deren Leiterbahnen weggelenkt wird.
Allerdings erfordert die Anordnung der Trennwand zusätzliche Fläche auf der Leiterplatte und die Trennwand stellt ein zusätzliches Bauelement dar. Diese Lösung erfordert somit zusätzlichen Aufwand und steht einer angestrebten Miniaturisierung elektrischer Schaltkreise entgegen.
DE 3723832A1 offenbart Leiterbahnsicherungen, die als Schmelzsicherung mit einem entsprechend verringerten Leiterbahnabschnitt im Durchbrennbereich ausgebildet sind, und bei denen der Leiterbahnabschnitt mit dem verringerten Querschnitt mit einem funkenlöschenden Medium abgedeckt wird. Weiter wird vorgeschlagen, eine Aussparung in dem Leiterbahnenabschnitt anzuordnen, der zum Beispiel als eine Bohrung ausgebildet ist, und ein kontrolliertes Abführen des bei Schmelzen des Leiterbahnabschnitts entstehenden Gases/Plasmas ermöglicht.
Nachteilig an den vorgeschlagenen Lösungen ist die zusätzliche und komplizierte Anbringung einer Deckschicht mit dem funkenlöschenden Medium, sowie der zusätzliche Fertigungsschritt des Herstellens einer Aussparung in dem Leiterbahnenabschnitt. Eine Deckschicht kann darüber hinaus einen sich ungünstig auf die Unterbrechung des Kurzschlussstroms auswirkenden Hitzestau bewirken.
Ausgehend von den Nachteilen des bekannten Stands der Technik besteht die Aufgabe darin, eine kostengünstig herzustellende Leiterbahnsicherung für Leiterplatten bereitzustellen, die im Auslösefall einen Abbrennbereich begrenzt, sowie Auftreten oder Dauer eines Lichtbogens verhindert.
In einem ersten Aspekt löst eine Leiterbahnsicherung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 die Aufgabe. Eine Anordnung gemäß einem zweiten Aspekt sowie eine elektrische Vorrichtung gemäß einem dritten Aspekt zeigen weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung.
Vorteilhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Eine Leiterbahnsicherung für eine elektrische Vorrichtung nach dem ersten Aspekt umfasst einen ersten und einen zweiten Anschlussabschnitt, und einen zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlussabschnitt angeordneten Leiterbahnabschnitt, der als Durchbrennbereich ausgebildet ist. Die Leiterbahnsicherung zeichnet sich dadurch aus, dass der Leiterbahnabschnitt und/oder zumindest der erste oder der zweite Anschlussabschnitt als zumindest in Teilabschnitten flexible Leiterbahn aufgebaut ist.
Die Auslegung der Leiterbahnsicherung nach dem ersten Aspekt erhöht die Freiheitsgrade beim Design, insbesondere die räumliche Auslegung und Anordnung von Strukturelementen elektrischer Geräte.
Die Nutzung flexibler Leiterbahnen bzw. Leiterbahnenabschnitte ermöglicht die Anordnung der Leiterbahnsicherung mit mehr Freiheitsgraden im Raum als dies mit starren Leiterbahnabschnitten auf starren Leiterplatten möglich ist. Die Leiterbahnsicherung kann mit einem Abstand zu der Leiterplatte angeordnet werden, womit eine verbesserte Wärmeabführung bei Durchbrennen des als Durchbrennbereich fungierenden Leiterbahnabschnitts erreichbar wird.
Eine erhöhte Packungsdichte innerhalb eines Gehäuses einer elektrischen Vorrichtung (elektronisches Gerät) wird ermöglicht, da eine dritte räumliche Dimension senkrecht zu einer im Wesentlichen planaren und daher zweidimensionalen Anordnung der Schaltungsstrukturen auf einer Leiterplatte einfach genutzt werden kann.
Die Erfindung stellt eine kostengünstig zu fertigende Leiterbahnsicherung für eine Leiterplatte bereit, die im Fehlerfall ein gefahrloses und sicheres Abschalten der Stromzufuhr zu der Leiterplatte ermöglicht. Die Betriebssicherheit der Leiterplatte wird somit verbessert.
Weiter ermöglicht eine Leiterbahnsicherung die sonst häufig verwendete Feinsicherung zur Absicherung elektrischer oder elektronischer Geräte zu ersetzen, wodurch auf den Feinsicherungshalter für die elektrische Kontaktierung und mechanische Positionierung der Feinsicherung verzichtet werden kann.
Die Leiterbahnsicherung nach einer bevorzugten Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Anschlussabschnitt jeweils einen ersten starren Teilabschnitt umfassen, und der erste starre Teilabschnitt jeweils einen Befestigungsbereich zur elektrischen und mechanischen Verbindung mit einer Leiterplatte aufweist.
Insbesondere kann der Leiterbahnabschnitt und/oder der erste und zweite Anschlussabschnitt jeweils an einer von dem Befestigungsbereich abgewandten und beabstandet angeordneten Seite des ersten starren Teilabschnitts angeordnet sein.
Die Leiterbahnsicherung einer Ausführung ordnet den ersten starren Teilabschnitt des ersten Anschlussabschnitts und den ersten starren Teilabschnitt des zweiten Anschlussabschnitts im Wesentlichen parallel zueinander an.
Dies Anordnung ermöglicht es, den Durchbrennbereich in einem definierten und reproduzierbaren Abstand zu anderen Elementen, beispielsweise anderen Schaltungsstrukturen, Bauelementen oder Gehäuseöffnungen anzuordnen.
In einer Ausführung der Leiterbahnsicherung ist der Leiterbahnabschnitt als flexible Leiterbahn aufgebaut ist, die den starr ausgebildeten ersten und den zweiten Anschlussabschnitt miteinander verbindet.
Somit kann die Leiterbahnsicherung in einfacher Weise abgesetzt von der Leiterplatte, beispielsweise in einer Gehäuseausnehmung eines Baugruppengehäuses angeordnet werden.
Der zweite Aspekt betrifft eine Anordnung umfassend eine Leiterplatte und eine Leiterbahnsicherung entsprechend einer der Ausführungen der Leiterbahnsicherung des ersten Aspekts.
Es ist vorteilhaft, wenn der Leiterbahnabschnitt beabstandet von der Leiterplatte angeordnet ist.
Die Anordnung kann die Leiterbahnsicherung mit einem Abstand oberhalb oder unterhalb einer Ebene der Leiterplatte anordnen.
Damit wird ein vom Durchbrennbereich ausgehender Partikel-, Gas- und/oder Plasmastrom lediglich aufgeweitet auf der Leiterplatte, und darauf angeordneten kritischen Schaltungsberiechen und Bauelementen auftreffen. Dies ist der Fall, da sich der Partikel-, Gas- und/oder Plasmastrom ausgehend von dem Durchbruchsbereich im Raum um die Leiterplatte in Teilen ungehindert ausbreiten kann, und eine Dichte des Partikel-, Gas- und/oder Plasmastroms in der Front der Ausbreitung entsprechend der Ausbreitung entsprechend nichtlinear mit dem Abstand abnimmt.
Die Anordnung aus Leitplatte und Leiterbahnsicherung kann die Leitbahnsicherung in einer von Haupterstreckungsrichtungen der Leiterplatte abweichenden Orientierung anordnen.
Demnach wird eine Betriebssicherheit der Leiterplatte mittels einer einfach herstellbar und sicher auslösenden Leiterbahnsicherung erhöht, die den Entwurfsprozess durch die Einbeziehung aller drei Raumrichtungen wesentlich vereinfacht, sowie Entwurfslösungen verbesserter Qualität ergibt.
Der dritte Aspekt betrifft eine elektrische Vorrichtung, die zumindest eine Anordnung nach dem zweiten Aspekt umfassend eine Leiterplatte und eine Leiterbahnsicherung nach dem ersten Aspekt aufweist.
Die elektrische Vorrichtung (elektrisches Gerät) kann insbesondere ein Betriebsgerät (Ballast, Treiber) für Leuchtmittel sein.
Die elektrische Vorrichtung kann ein Gehäuse und an dem Gehäuse angeordnete Netzeingangsklemmen aufweisen, wobei die Leiterbahnsicherung mit einem Abstand zu den Netzeingangsklemmen innerhalb des Gehäuse angeordnet ist.
Damit wird ein Austritt von Partikel-, Gas- und/oder Plasmastroms durch Gehäuseöffnungen von Netzversorgungsleitungen der elektrischen Vorrichtung vermindert oder vollständig unterbunden.
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den Figuren dargestellt und anhand der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführung einer erfindungsgemäßen Leiterbahnsicherung,
2 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführung einer erfindungsgemäßen Leiterbahnsicherung, und
3 eine Seitenansicht einer Leiterplatte mit einer erfindungsgemäßen Leiterbahnsicherung angeordnet in einem elektrischen Gerät.

In unterschiedlichen Figuren bezeichnen gleiche Referenzzeichen gleiche oder entsprechende Elemente. In der folgenden Erläuterung der Figuren wird, soweit entbehrlich, auf eine wiederholende Beschreibung gleicher Referenzzeichen in unterschiedlichen Figuren verzichtet.
Leiterbahnsicherungen sind grundsätzlich bekannt. Eine Leiterbahnsicherung ist eine auf einer Leiterplatte befindliche Leiteranordnung oder Leiterabschnitt, die bei einem Kurzschluss oder einer anderen Stromüberlastung eine elektrische Verbindung zum Beispiel zur Spannungsversorgung für die der Leiterbahnsicherung auf der Leiterplatte nachgeordneten Schaltungsbereiche trennt. Die Leiterbahnsicherung kann als ein Leiterbahnabschnitt auf der Leiterplatte ausgebildet sein, der im Verhältnis zu anderen Leiterbahnen der Leiterplatte einen verringerten Leiterbahnquerschnitt aufweist. Überschreitet ein Stromfluss durch den Leiterbahnabschnitt einen vorbestimmten Grenzwert, der durch den Querschnitt des Leiterbahnenabschnitts definiert ist, so soll der Leiterbahnabschnitt im Wesentlichen zuverlässig, möglichst kontrolliert schmelzen. Damit wird ein weiterer Stromfluss über den Leiterbahnabschnitt verhindert. Ein Stromkreis über den Leiterbahnabschnitt wird somit durch Ansprechen der Leiterbahnsicherung im Kurzschlussfall unterbrochen.
1 zeigt eine schematische Ansicht einer ersten Ausführung einer erfindungsgemäßen Leiterbahnsicherung 1. Die Leiterbahnsicherung 1 ist auf einer Leiterplatte 10 montiert und in teilweisem Querschnitt dargestellt.
Die Leiterplatte 10 ist eine einlagige Leiterplatte 10 mit Leiterbahnen 13 und oberflächenmontierten elektrischen Bauelementen 11 und lediglich mit einem Teilausschnitt gezeichnet. Die dargestellte einseitig bestückte Leiterplatte 10 ist lediglich ein Beispiel, es kann ebenso eine mehrlagige oder eine beidseitig bestückte Leiterplatte 10 genutzt werden. Die Bauelemente 11 können oberflächenmontiert (SMD) oder mittels Durchkontaktierung auf der Leiterplatte 10 montiert und kontaktiert sein. Die Leiterbahnen und Bauelemente 13 verwirklichen einen elektrischen Schaltkreis.
Die Leiterbahnsicherung 1 umfasst einen Leiterbahnabschnitt 3, der in an seinen beiden voneinander abgewandten Enden jeweils mit einem Anschlussabschnitt 2A, 2B der Leiterbahnsicherung 1 verbunden ist.
Der Leiterbahnabschnitt 3 umfasst eine auf einem flexiblen Basismaterial aufgebrachte Leiterbahn oder wird vollständig von ihr gebildet. Die Leiterbahn ist so dimensioniert, dass ein die Leiterbahn bei einem elektrischen Stromfluss durch die Leiterbahn, die einen Bemessungsstrom der Leiterbahnsicherung bzw. des Leiterbahnabschnitts 3 entspricht, möglichst kontrolliert schmilzt und einen weiteren Stomfluss über den Leiterbahnabschnitt 3 verhindert. Der Leiterbahnabschnitt 3 stellt somit einen Durchbruchsbereich für die Leiterbahnsicherung 1 dar.
Der erste Anschlussabschnitt 2A und der zweite Anschlussabschnitt 2B der Leiterbahnsicherung 1 umfassen in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils einen ersten Anschlussteilabschnitt 3A, 3B und einen zweiten Anschlussteilabschnitt 4A und 4B.
Der erste Anschlussteilabschnitt 3A, 3B ist entsprechend dem Leiterbahnabschnitt 3 als eine auf dem flexiblen Basismaterial aufgebrachte Leiterbahn verwirklicht.
Der zweite Anschlussteilabschnitt 4A, 4B ist in 1 als eine in einem festen (starren) Basismaterial aufgebrachte Leiterstruktur verwirklicht. Die Leiterstruktur der zweiten Anschlussteilabschnitte 4A, 4B ist jeweils an einem ersten Ende mit den ersten Anschlussteilabschnitten 3A, 3B elektrisch verbunden.
An einem, von dem Leiterbahnabschnitt 3 abgewandten, zweiten Ende des zweiten Anschlussteilabschnitts 4A, 4B ist jeweils ein Kontakt 5A, 5B angeordnet. Die Kontakte 5A, 5B sind jeweils mit der Leiterstruktur der zweite Anschlussteilabschnitte 4A, 4B elektrisch leitend verbunden.
Damit ist über die Kontakte 5A, 5B, der Leiterbahnabschnitt 3 elektrisch kontaktierbar. Die Kontakte 5A, 5B ermöglichen eine elektrisch leitende Verbindung von Leiterbahnen 13 (Zuführungen) Leiterbahnabschnitt 3 herzustellen.
Die in 1 dargestellte Leiterbahnsicherung 1 ermöglicht es den Leiterbahnabschnitt 3 mit einem Abstand D von einer Oberfläche der Leiterplatte 10 räumlich entfernt anzuordnen. Die Größe des Abstands D wird im dargestellten Fall durch die Länge der zweiten Anschlussteilabschnitte 4A, 4B, die ein festes Basismaterials aufweisen, eindeutig in Bezug zu der Leiterplatte 10 im Raum festgelegt.
Die Leiterbahnsicherung 1, insbesondere der Leiterbahnabschnitt 1 und der erste Anschlussabschnitt 2A und der zweite Anschlussabschnitt 2B können in einem Stück gefertigt, oder in mehreren Teilen einzeln hergestellt und anschließend zusammengesetzt werden. Die in mehreren Teilen gefertigte Leiterbahnsicherung 1 kann vor Montage auf der Leiterplatte 10 zusammengesetzt, oder mit ihren Teilen einzeln auf der Leiterplatte 10 zusammengesetzt werden.
Das flexibles Basismaterial kann ein für flexible Schichten (englisch: flex layer) einer Leiterplatte 10, übliches Material sein. Eine flexible Schicht einer Leiterplatte 10 kann, zum Beispiel, aus Polyimid gefertigt werden.
Der erste Anschlussteilabschnitt 3A, 3B erfüllt eine einem FPC-Verbinder vergleichbare Funktion. Ein FPC-Verbinder ist eine flexible Leiterplatte (englisch: Flexible Printed Circuit; abgekürzt: FPC), die der Verbindung von elektrischen Baugruppen mit mindestens einem Freiheitsgrad für die Verbindung dienen. FPC-Verbinder können gedruckte Schaltungen sein, deren Leiterbahnen 13 auf einem flexiblen Kunststoffträger, insbesondere aus Polyimid, beispielsweise jedoch auch Mylar, Nylon, oder Polyesterfolie, aufgebaut sind. Als Leitermaterial kann Kupfer oder auch Silber verwendet werden. Insbesondere Kontaktbereiche wie die Kontakte 5A, 5B können vergoldet ausgebildet sein, um erhöhten Anforderungen an die elektrische Leitfähigkeit zu genügen. Das Trägermaterial hat dabei Vorschriften des Brandschutzes zu genügen.
Polyimide sind Kunststoffe, die oft nicht schmelzbar und chemisch beständig, auch gegenüber vielen Lösungsmitteln, sind. Polyimide sind im vorliegenden Fall aufgrund ihrer Hitzebeständigkeit, geringen Ausgasung, Strahlungsbeständigkeit und Isoliereigenschaften in Form von halbtransparenten Folien voreilhaft. Polyimide bestehen hohe Dauertemperaturen, beispielsweise bis zu 230 °C, und kurzzeitige Temperaturbelastungen bis 400 °C.
Flexible Verbindungen für dauernde Biegebeanspruchung, können ebenfalls als Polyimid-Folien-Leiterplatte ausgebildet sein.
Starrflexible Leiterplatten umfassen eine Kombination von flexiblen und starren Schichten. Nach Verpressen der Schichten erhält man eine starrflexible Leiterplatte. Der Aufbau starrflexibler Leiterplatten kann Polyimid-Folien auf oder zwischen gewöhnlichen FR4-Schichten, die nach Fräsen (Tiefenfräsung) Bereiche mit unterschiedlicher Dicke und Flexibilität ergeben, aufweisen.
Semiflexible Leiterplatten werden für nicht dauerhaft flexible Bereiche in der Leiterplatte benötigt, z. B. um die Montage bei begrenztem Platz zu ermöglichen. Es gibt es den Ansatz, den aus mehreren Prepregs aufgebauten Schichtstapel einer Leiterplatte bis auf wenige Lagen durch Fräsen oder vorgestanzte Prepregs (vorimpregniertes, mit Harz getränktes Glasgewebe, vorgetrocknet, jedoch noch nicht ausgehärtet) mit ausgesparten Bereichen in Teilbereichen zu verjüngen. Der verjüngte Bereich kann mit einer dauerflexiblen Lackschicht versehen werden. Damit ist eine geringe Anzahl Biegevorgänge für die semiflexible Leiterplatte ausführbar.
Werden zu beiden Seiten eines Durchbruchbereichs der Leiterbahnensicherung 1 die Menge des vorhandenen ionisierbaren Materials reduziert, so fördert dies einer Löschung eines entstehenden Lichtbogens im Fall eines den Bemessungsstrom überschreitenden elektrischen Strom über die Leiterbahnsicherung 1 entgegen. Damit ist die Anordnung des Leiterbahnabschnitts 3, die im Wesentlichen den Durchbruchbereich im Raum festlegt, mit einem Abstand D von der Leiterplatte 10 besonders vorteilhaft.
Es kann zweckmäßig sein, zur Steuerung der Ausbildung des Lichtbogens und zur Beeinflussung des Abbrennverhaltens des Durchbrennbereichs ein gut wärmeleitendes Beschichtungsmaterial für den Leiterbahnabschnitt 3 vorzusehen. Das Beschichtungsmaterial bewirkt eine Kühlung und hat zusätzlich eine lichtbogenlöschende Wirkung. Es ist jedoch ein weiterer Vorteil, dass der Leiterbahnabschnitt 3 abgesetzt von den Wärmequellen Bauelemente 11 und Leiterplatte 10, und damit thermisch günstig innerhalb eines elektrischen Geräts, angeordnet ist.
Es wird somit sichergestellt, dass der Lichtbogen kontrolliert zündet. Der Ausbildung eines dauerhaft brennenden Lichtbogens wird entgegengewirkt, wenn wenigstens ein Durchbrennbereich des Leiterbahnabschnitts 3 keine Verzinnung aufweist. Eine Anhäufung elektrisch isolierenden Materials am jeweiligen Ende eines Durchbrennbereichs stoppt die Lichtbogenfortpflanzung, sodass der Lichtbogen sicher verlöscht, keine sonstigen, sekundären Kurzschlüsse verursacht und damit keine Brandgefahr bewirkt. Auch dies ist durch den Aufbau der Leiterbahnsicherung 1 gemäß 1 gewährleistet. Eine Verzinnung durch Lötzinn ist am Bereich der Kontakte 5A, 5B vorgesehen. Damit sind die
Der Leiterbahnabschnitt 3 ist so bemessen, dass Fließen eines Stromes über einen definierten Zeitraum, wobei der Stromwert ein festgelegtes Vielfaches eines Nennstromstrom beträgt, der Leiterbahnabschnitt 3 schmilzt und somit der Stromfluss über den Leiterbahnabschnitt unterbrochen wird. Bei Schmelzen der Leiterbahn des Leiterbahnabschnitts 3 Emissionen auf. Die Emissionen können gasförmig und plasmaförmig sein. Die Emissionen können einen Partikelstrom umfassen. Plasmaförmige Emissionen können mit Auftreten eines Lichtbogens verbunden sein.
2 stellt eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführung einer erfindungsgemäßen Leiterbahnsicherung 1 dar. In Ergänzung zu 1 zeigt 2 eine Anordnung der Leiterplatte 10 und der Leiterbahnsicherung 1 in einem Gehäuse 22 einer elektrischen Vorrichtung 20.
Das Gehäuse 22 umfasst eine obere Gehäusehälfte 22B und eine untere Gehäusehälfte 22A. Das Gehäuse 22 ist, ebenso wie die darin angeordnete Leiterplatte 10 lediglich ausschnittsweise und in teilweiser Schnittdarstellung gezeigt. Der dargestellte Ausschnitt umfasst dabei einen Bereich der elektrischen Vorrichtung 20, in dem sich ein Netzanschluss der elektrischen Vorrichtung 20 ausgebildet ist.
Die Leiterplatte 10 in 10 zeigt beidseitig Leiterbahnen 13. In einem von außerhalb des Gehäuses 22 zugänglichen Bereich der Leiterplatte 10 ist ein Anschlussblock 12 auf der Leiterplatte 10 angeordnet. Der Anschlussblock 12 kann eine Anzahl elektrische Klemmmöglichkeiten aufweisen. Die elektrischen Klemmen des Anschlussblocks 12 ermöglichen es, die elektrische Vorrichtung 20 und insbesondere deren auf der Leiterplatte 10 extern mit elektrischem Strom zu versorgen. Dies ist in 2 mit einer einzelnen zu dem Anschlussblock 12 führenden elektrischen Leitung 15 gezeigt.
Der Anschlussblock 12 kann Anschlussklemmen für Phasenleiter, Nullleiter sowie Schutzpotential einer AC Netzversorgung der elektrischen Vorrichtung 20 umfassen. Der Anschlussblock 12 kann weiter Anschlussklemmen für elektrische Ausgänge zu weiteren elektrischen Vorrichtungen, beispielsweise für DC-Versorgungsleitungen zu Leuchtmitteln umfassen.
In der Nähe des Anschlussblocks 12 kann ein in 2 nicht gezeigtes Netzeingangsfilter auf der Leiterplatte 10 angeordnet sein.
Im Bereich der Anschlussblocks 12 zeigt die Schnittdarstellung des Gehäuses 22 eine Öffnung, die bei Zusammenfügen der beiden oberen Gehäusehälfte 22B und der unteren Gehäusehälfte 22A verbleibt.
Die zweite Ausführung der Leiterbahnsicherung 1 umfasst den Leiterbahnabschnitt 3 angeordnet an einer Innenseite des Gehäuses 22. Dargestellt ist der Leiterbahnabschnitt 3 festgelegt an der Innenseite des Gehäusedeckels 22B. Der Leiterbahnabschnitt 3 kann mittels einer Klebeverbindung an der Innenseite des Gehäusedeckels 22B befestigt sein.
Der Leiterbahnabschnitt 3 kann eine auf einem flexiblen Basismaterial aufgebrachte Leiterbahn umfassen. Alternativ ist in 2 der Leiterbahnabschnitt 3 als eine auf einem flexiblen Basismaterial aufgebrachte Leiterbahn realisiert.
Die Leiterbahn ist so dimensioniert, dass ein die Leiterbahn bei einem elektrischen Stromfluss durch die Leiterbahn, die einen Bemessungsstrom der Leiterbahnsicherung bzw. des Leiterbahnabschnitts 3 entspricht, möglichst kontrolliert schmilzt und einen weiteren Stomfluss über den Leiterbahnabschnitt 3 verhindert. Der Leiterbahnabschnitt 3 stellt somit den Durchbruchsbereich für die Leiterbahnsicherung 1 dar.
Der erste Anschlussabschnitt 2A und der zweite Anschlussabschnitt 2B der Leiterbahnsicherung 1 umfassen in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils einen ersten Anschlussteilabschnitt 3A, 3B und einen zweiten Anschlussteilabschnitt 4A und 4B. Sowohl der erste Anschlussabschnitt 2A und der zweite Anschlussabschnitt 2B, als auch der zweite Anschlussteilabschnitt 4A und 4B sind in 2 als auf einem gemeinsamen Basismaterial aufgebrachte getrennte Leiterbahnen realisiert.
Der erste Anschlussteilabschnitt 3A, 3B ist entsprechend dem Leiterbahnabschnitt 3 als eine auf dem flexiblen Basismaterial aufgebrachte Leiterbahn verwirklicht.
Der zweite Anschlussteilabschnitt 4A, 4B ist in 1 als eine in einem festen (starren) Basismaterial aufgebrachte Leiterstruktur verwirklicht. Die Leiterstruktur der zweiten Anschlussteilabschnitte 4A, 4B ist jeweils an einem ersten Ende mit den ersten Anschlussteilabschnitten 3A, 3B elektrisch verbunden.
An einem, dem Leiterbahnabschnitt 3 entgegengesetzten, zweiten Ende des zweiten Anschlussteilabschnitts 4A, 4B ist jeweils ein Kontakt 5A, 5B angeordnet. Die Kontakte 5A, 5B sind jeweils mit der Leiterstruktur der zweite Anschlussteilabschnitte 4A, 4B elektrisch leitend verbunden, beispielsweise über eine Steckverbindung und/oder mittels Lötverbindung.
Damit ist über die Kontakte 5A, 5B, der Leiterbahnabschnitt 3 elektrisch kontaktierbar. Die Kontakte 5A, 5B ermöglichen eine elektrisch leitende Verbindung von Leiterbahnen 13 (Zuführungen) zu dem Leiterbahnabschnitt 3 herzustellen. Die Kontakte 5A, 5B sind in 2 als Stiftkontakte ausgebildet
Die in 2 dargestellte Leiterbahnsicherung 1 ermöglicht es den Leiterbahnabschnitt 3 mit einem Abstand von einer Oberfläche der Leiterplatte 10 räumliche entfernt anzuordnen. Die Größe des Abstands wird im dargestellten Fall durch die Länge der ersten Anschlussteilabschnitte 3A, 3B, die ein flexibles Basismaterials aufweisen, festgelegt. Die Leiterbahnsicherung 1 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel ermöglicht eine besonders flexible räumliche Anordnung des Leiterbahnabschnitts 3 innerhalb des Gehäuses 22. Diese besonders flexible räumliche Anordnung gibt dem Entwickler entsprechend viele Freiheitsgrade in der Auslegung der elektrischen Vorrichtung 20 zu einer Minimierung der Auswirkungen eines Schmelzens des Leiterbahnabschnitts 3 bei einem Überschreiten des Bemessungsstroms.
Die Anordnung nach 2 zeigt eine gute Abschirmung der Öffnung des Gehäuses 22 im Bereich des Anschlussblocks 12 gegenüber emittierten Partikeln, Gasen und Plasma bei Schmelzen des Leiterbahnabschnitts 3. Zugleich ist eine vergrößerte räumliche Distanz zu den sind nach links anschließenden Bauelementen 11 des Schaltkreises erreicht.
Die Leiterbahnsicherung 1, insbesondere der Leiterbahnabschnitt 3, der erste Anschlussabschnitt 2A, 2B und der zweite Anschlussabschnitt 2B können in einem Stück gefertigt, oder in mehreren Teilen einzeln hergestellt und anschließend zusammengesetzt werden. Die in mehreren Teilen gefertigte Leiterbahnsicherung 1 kann vor Montage auf der Leiterplatte 10 zusammengesetzt, oder mit ihren Teilen einzeln auf der Leiterplatte 10 zusammengesetzt werden.
3 zeigt eine Seitenansicht einer Leiterplatte 10 mit einer erfindungsgemäßen Leiterbahnsicherung 1 angeordnet in einer elektrischen Vorrichtung 20.
Die Leiterplatte 10, auch als Platine bezeichnet trägt eine bevorzugt gedruckte Schaltung (englisch: printed circuit board, abgekürzt PCB), die einen elektrischen Schaltkreis darstellt. Der Begriff elektrischer Schaltkreis ist hier synonym zu elektronischer Schaltkreis zu verstehen. Die Leiterplatte 10 ist in 3 zur besseren Übersichtlichkeit ohne Leiterbahnen dargestellt. Auf der Leiterplatte 10 sind einzelne Bauelemente 11 eines elektrischen Schaltkreises dargestellt.
Im linken Abschnitt der Leiterplatte 10 ist eine Leiterbahnsicherung 1 gezeigt. Die Leiterbahnsicherung 1 ist dabei räumlich zwischen einem Anschlussblock 12 und den übrigen Bauelementen 11 des Schaltkreises auf der Leiterplatte 10 angeordnet. Der Anschlussblock 12 stellt eine elektrische Schnittstelle der elektrischen Vorrichtung 20 bereit. Der Anschlussblock weist hierzu mehrere elektrischen Klemmen auf, die für die Aufnahme von elektrischen Verbindungsleitungen ausgelegt sind. Über den dargestellten Anschlussblock 12 kann eine elektrische Eingangsschnittstelle und/oder eine elektrische Ausgangsschnittstelle der elektrischen Vorrichtung 20 bereitgestellt werden.
Über den Anschlussblock 12 kann die Netzstromversorgung der elektrischen Vorrichtung 20, zum Beispiel mit Phase, Nullleiter und Schutzleiter erfolgen. Räumlich benachbart zu dem Anschlussblock 12 kann ein Netzeingangsfilter auf der Leiterplatte 10 angeordnet sein.
Der Anschlussblock 12 kann auch Anschlussmöglichkeiten für Datenverbindungen, Busleitungen, etc., aufweisen.
Der Anschlussblock 12 kann, neben Klemmen für eine Netzspannungsversorgung, auch Klemmmöglichkeiten für Ausgangsleitungen der elektrischen Vorrichtung 20 aufweisen. Ist die elektrische Vorrichtung 20 ein Betriebsgerät für Leuchtmittel, so kann der Anschlussblock 12 zwei oder mehr Anschlussmöglichkeiten für die Ausgabe eines Laststroms, insbesondere eines Gleichstroms (DC-Stroms), an die Leuchtmittel aufweisen.
Diese räumliche Anordnung der Leiterbahnsicherung 1 auf der Leiterplatte 1 gibt die funktionale Aufgabe der Leiterbahnsicherung 1 wieder: Im Fall eines Kurzschlusses in dem Schaltkreis führt der daraus resultierende Kurzschlussstrom zu einem Schmelzen der Leiterbahnsicherung und damit zu einem kontrollierten Unterbrechen des Stromflusses über die Leiterbahnsicherung 1. Damit wird der Schaltungsbereich des Schaltkreises in den rechts dargestellten Bauelemente 11 von dem linken Schaltungsbereich des Schaltkreises auf der Leiterplatte 10 getrennt.
Die Leiterplatte 10 ist in einem Gehäuse 22 (Baugruppengehäuse) untergebracht, das in 3 geöffnet und mit entnommener Leiterplatte 10 gezeigt ist. Das Gehäuse 22 umfasst einen unteren Gehäuseteil 22A, der die Leiterplatte 10 aufnimmt und die Leiterplatte 10 im Wesentlichen nach unten und zu den Seiten der Leiterplatte 10 umgibt. Ein zweiter Gehäuseteil 22B wird auf den unteren Gehäuseteil 22A aufgesetzt und schließt das Gehäuse 22 nach oben ab, so dass die Leiterplatte 10 bei geschlossenem Gehäuse 22 sich nahezu vollständig innerhalb des Gehäuses 22 befindet. Da der obere Gehäuseteil 22B in einer Haupterstreckungsrichtung des Gehäuses 22 und der Leiterplatte 10 etwas kürzer als der untere Gehäuseteil 22A und die Leitplatte 10 ausgebildet ist, bleibt der äußerste linke Abschnitt der Leiterplatte 10, der nahezu vollständig von dem darauf montierten Anschlussblock 12 bedeckt ist, von oben zugänglich, und kann somit von außen zugängliche Klemmmöglichkeiten für die elektrische Vorrichtung 20 bereitstellen.
Die geschilderte Auslegung des oberen Gehäuseteils 22B und der unteren Gehäuseteils 22A führt im zusammengefügten Zustand zu einer Öffnung zwischen dem oberen Gehäuseteil 22B und dem unteren Gehäuseteil 22A, die durch den Anschlussblock 12 zum Teil, aber eben nicht vollständig geschlossen wird. Diese Öffnung des Gehäuses 22 kann dazu führen, dass bei Ansprechen der Leiterbahnsicherung 1 Plasma, Gase und/oder Material in die Umgebung des Gehäuses 22 gelangt. Dies kann unter Umständen Folgeschäden, zum Beispiel Brände in der Umgebung der elektrische Vorrichtung 20 verursachen.
Die Leiterbahnsicherung 1 ist zumindest mit ihrem Durchbrennbereich gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist nicht, wie bislang bekannt, als Leiterbahnabschnitt auf der Oberfläche der Leiterplatte 10 angeordnet, sondern entsprechend der Länge des ersten und zweiten Anschlussabschnitts 2A, 2B mit einem Abstand D senkrecht zu den Haupterstreckungsrichtungen der Leiterplatte 10 oberhalb der Oberfläche der Leiterplatte 10 angeordnet. Damit ist die Leiterbahnsicherung 1 vorteilhaft zu der Öffnung des Gehäuses 22 angeordnet, um einen Austritt von Plasma bei Schmelzen der Leiterbahnsicherung 1 zu verringern.
Die Leiterbahnsicherung 1 kann insbesondere auch durch besondere Ausbildungen des Gehäuses 22, insbesondere Stege oder vergleichbare Abdeckelemente abgeschirmt von empfindlichen Bereichen im Inneren des Gehäuses 22 angeordnet werden. Empfindliche Bereiche können insbesondere die Öffnung(en) und/oder Teile des Schaltkreises und/Bauelemente auf der Leiterplatte 10 sein.
In Verbindung mit einer vorhandenen Öffnung des Gehäuses 22 wird dadurch das Risiko verringert, dass heißes Plasma, Gase und/oder Splittermaterial durch die Öffnung in eine Umgebung der elektrischen Vorrichtung 20 entweichen. Damit kann unterbunden werden, dass aufgrund des Kurzschlusses innerhalb der elektrischen Vorrichtung 20 Schäden in der Umgebung verursacht werden, insbesondere auch keine Brände ausgelöst werden. Die Öffnung des Gehäuses 22 kann eine Anschlussöffnung des Gehäuses 22, und insbesondere eine Öffnung für Eingangsanschlüsse einer Netzstromversorgung der elektrischen Vorrichtung 20 umfassen. Weiter kann die Öffnung auch den Zugang zu Ausgangsanschlüsse der elektrischen Vorrichtung 22 ermöglichen. Ist die elektrische Vorrichtung 20 zum Beispiel ein elektrisches Betriebsgerät für Leuchtmittel 21, so kann die Öffnung es einem Benutzer ermöglichen, ein Leuchtmittel 21, insbesondere auch ausgebildet als LED-Leuchtmittel, anzuschließen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 20 kann somit Schäden an Sachen in der Umgebung der elektrischen Vorrichtung 20, und an Personen unterbinden.
Die vorstehend beschriebene elektrische Vorrichtung 20 kann insbesondere elektronisches Gerät, wie zum Beispiel ein Betriebsgerät (Treiber, Ballast) für Leuchtmittel sein.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann zumindest einer der Anschlussteilabschnitte als eine Art zusätzliche Leiterplatte ausgebildet sein, welche auf der Leiterplatte 10 montiert und kontaktiert werden kann, beispielsweise mittels Lötverbindung. Beispielsweise kann der zweite Anschlussteilabschnitt 4A, 4B als zusätzliche Leiterplatter ausgebildet sein und auf dieser ist jeweils ein Kontakt 5A, 5B angeordnet. Die Kontakte 5A, 5B sind jeweils mit der Leiterstruktur der zweite Anschlussteilabschnitte 4A, 4B elektrisch leitend verbunden, beispielsweise über eine Steckverbindung und / oder mittels Lötverbindung.
Die zusätzliche Leiterplatte kann auch weitere Bauteile der elektrischen Vorrichtung aufweisen.
Die in den Ansprüchen definierte Leiterbahnsicherung 1, Anordnung umfassend die Leiterbahnsicherung 1 und Leiterplatte 10, sowie elektrische Vorrichtung 20 sind insbesondere vorteilhaft auf dem Gebiet der elektrischen Betriebsmittel in der Beleuchtungstechnik gewerblich anwendbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 1020040440683 A1 [0006]
DE 3723832 A1 [0008]

Claims

Leiterbahnsicherung für eine elektrische Vorrichtung, aufweisend einen ersten und zweiten Anschlussabschnitt (2A, 2B), und einen zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlussabschnitt (2A, 2B) angeordneten Leiterbahnabschnitt (3), und dadurch gekennzeichnet, dass der Leiterbahnabschnitt (3) und/oder zumindest der erste oder zweite Anschlussabschnitt (2A, 2B) als zumindest in Teilabschnitten flexible Leiterbahn aufgebaut ist.
Leiterbahnsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Anschlussabschnitt (2A, 2B) jeweils einen starren Teilabschnitt (4A, 4B) umfassen, und die starren Teilabschnitte (4A, 4B) jeweils einen Kontaktbereich (5A, 5B) zur elektrischen und mechanischen Verbindung mit einer Leiterplatte (10) aufweist.
Leiterbahnsicherung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiterbahnabschnitt (3) und/oder zumindest der erste oder der zweite Anschlussabschnitt (2A, 2B) jeweils an einer von dem Befestigungsbereich (5A, 5B) abgewandten und beabstandet angeordneten Seite (6A, 6B) des starren Teilabschnitts (4A, 4B) angeordnet sind.
Leiterbahnsicherung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der starre Teilabschnitt (4A) des ersten Anschlussabschnitts (2A) und der starre Teilabschnitt (4B) des zweiten Anschlussabschnitts (2B) im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
Leiterbahnsicherung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiterbahnabschnitt (3) als flexible Leiterbahn aufgebaut ist, die den starr ausgebildeten ersten und den zweiten Anschlussabschnitt (2A, 2B) verbindet.
Anordnung umfassend eine Leiterplatte (10) und eine Leiterbahnsicherung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiterbahnabschnitt (3) beabstandet von der Leiterplatte (10) angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnsicherung (3) mit einem Abstand oberhalb oder unterhalb einer Ebene der Leiterplatte (10) angeordnet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitbahnsicherung (3) in einer von Haupterstreckungsrichtungen der Leiterplatte (10) abweichenden Orientierung angeordnet ist.
Elektrische Vorrichtung, insbesondere Betriebsgerät (20) für Leuchtmittel (21), aufweisend zumindest eine Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9.
Elektrische Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Vorrichtung ein Gehäuse (22), und einen an dem Gehäuse (22) angeordnete Anschlussblock (12) aufweist, und die Leiterbahnsicherung (1) mit einem Abstand zu dem Anschlussblock (12) innerhalb des Gehäuses (22) angeordnet ist.