DE10222245B4

DE10222245B4 - Schmelzsicherungselement

Info

Publication number: DE10222245B4
Application number: DE10222245A
Authority: DE
Inventors: Haruhito Ohtsuka; Norio Matsumura
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2001-05-18
Filing date: 2002-05-16
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2022-05-17
Also published as: DE10222245A1; US20020196122A1; US7119653B2; JP2002343224A

Abstract

Schmelzsicherungselement (A), welches
– einstückig aus einer dünnen, elektrisch leitfähigen Metallplatte hergestellt ist,
– zwei Verbindungsabschnitte (3) zum elektrisch leitenden Verbinden mit einem elektrischen Schaltkreis aufweist,
– einen Schmelzabschnitt (2) aufweist, der
– aus zwei elektrisch parallel geschalteten schmalen und C-förmigen Bogenabschnitten (1a, 1b) besteht, die die beiden Verbindungsabschnitte (3) elektrisch leitend verbinden, wobei beide Bogenabschnitte (1a, 1b) so angeordnet sind, dass sich ihre Scheitelpunkte gegenüberstehen und mit einem vorbestimmten Abstand (δ) voneinander angeordnet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schmelzsicherungselement, das zum Schutz eines elektrischen Schaltkreises, der in einem Fahrzeug oder dergleichen vorgesehen ist, verwendet wird und betrifft insbesondere die Ausbildung eines schmelzbaren Abschnitts desselben, der mit einem elektrischen Verbindungsabschnitt aus einer dünnen Metallplatte einstückig ausgebildet ist.

Eine Sicherung dieser Art für ein Fahrzeug, die zum Stand der Technik gehört, wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die JP-A-07-65690 beschrieben und ist in 5 gezeigt. Wie in 5 gezeigt, wird ein Schmelzsicherungselement P aus einer leitfähigen Metallplatte, beispielsweise aus Kupfer, einstückig hergestellt. Zwei Verbindungsanschlußklemmen 53, die ein Paar bilden, sind an den Enden eines schmalen Verbindungsabschnitts 51 ausgebildet. Ein dünner Metallüberzug aus Zinn ist auf der Oberfläche des Verbindungsabschnitts 51 ausgebildet. Ein Metallelement 54 aus einem Werkstoff mit einem niedrigen Schmelzpunkt ist mittig und in einer Position, in der die meiste Wärme hervorgerufen wird, wenn ein elektrischer Strom durch den Verbindungsabschnitt 51 fließt, vorgesehen. Das Metallelement 54 mit einem niedrigen Schmelzpunkt wird durch Quetschlaschen, von denen jeweils eine an einer Seitenkante des Verbindungsabschnitts 51 ausgebildet ist, gehalten, wodurch ein Schmelzabschnitt 52 gebildet wird. Der Verbindungsabschnitt 51 ist umgekehrt U-förmig gebogen, so dass sich die Laschen 52 im Zentrum befinden. Die Anschlußklemmenabschnitte 53, die an den Enden des Verbindungsabschnitts 51 vorgesehen sind, werden mit einem elektrischen Schaltkreis verbunden.

Damit der Schmelzabschnitt 52 bei einem möglichst niedrigen Widerstandswert schmilzt, wird das Phänomen genutzt, dass das Metallelement 54, das einen niedrigen Schmelzpunkt aufweist, sich zu dem Verbindungsabschnitt 51 ausbreitet. Eine vorbestimmbare Zeitverzögerung wird durch die dünne Metallschicht, die an der Oberfläche des Verbindungsabschnitts 51 ausgebildet ist, sichergestellt. Wenn ein verhältnismäßig niedriger Überstrom, der an sich kein Schmelzen während der Zeitverzögerung hervorruft, durch das Schmelzsicherungselement wiederholt fließt oder wenn der Schmelzabschnitt 52 häufig aufgrund eines Überstromstoßes im Verbindungsabschnitt 51 plötzlich erwärmt wird, ruft das Metallelement 54 mit einem niedrigen Schmelzpunkt eine allmähliche Diffusionslegierung des Schmelzabschnitts 52 hervor. Die Eigenschaften des Schmelzabschnitts 52 werden verändert, d.h. es ergibt sich eine verkürzte Zeit, die zum Schmelzen des Schmelzabschnitts 52 führt. Es tritt daher das Problem auf, dass das Schmelzsicherungselement nicht die gewünschte Lebensdauer erzielt.

Um die gewünschte Schmelzeigenschaft und Lebensdauer des Schmelzsicherungselements zu erzielen, benötigt das Metallelement 54 mit einem niedrigen Schmelzpunkt komplizierte Herstellungsverfahren und spezielle Handhabung bezüglich der Reinheit des Werkstoffs, dessen dimensionale Genauigkeit und Aufrechterhaltung der Verbindung mit dem Verbindungsabschnitt 51 zu einer niedrigen Produktivität und zu hohen Herstellkosten führt.

Die US 1 856 317 beschreibt ein Schmelzsicherungselement, das einstückig aus einer dünnen elektrisch leitfähigen Metallplatte hergestellt ist. Dieses umfasst zwei Verbindungsabschnitte zum elektrisch leitenden Verbinden mit einem elektrischen Schaltkreis. Es umfasst ferner zwei elektrisch parallel geschaltete leitfähige Abschnitte, die jeweils eine gerade verlaufende Begrenzungskante und eine konvexe Kante aufweisen, wobei sich die konvexen Kanten beider Abschnitte gegenüberstehen.

In der DE 1 993 602 U ist ein Widerstandselement, d.h. ein ohmscher Widerstand beschrieben, der mähanderförmig verlaufende Strompfade gleichen Widerstandswertes aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein zuverlässiges Schmelzsicherungsele ment mit einer hohen Lebensdauer vorzuschlagen, dessen Schmelzeigenschaften über einen Bereich, der einen verhältnismäßig niedrigen Überstrom bis zu einem Eilstrom abdeckt, gleich bleiben. Die Erfindung strebt auch die Vereinfachung der Ausbildung und Montage an, um die Produktivität zu verbessern und die Herstellkosten des Schmelzsicherungselements zu verringern.

Gelöst wird die oben genannte Aufgabe durch Schmelzsicherungselement, welches

– einstückig aus einer dünnen, elektrisch leitfähigen Metallplatte hergestellt ist,
– zwei Verbindungsabschnitte zum elektrisch leitenden Verbinden mit einem elektrischen Schaltkreis aufweist,
– einen Schmelzabschnitt aufweist, der
– aus zwei elektrisch parallel geschalteten schmalen und C-förmigen Bogenabschnitten besteht, die die beiden Verbindungsabschnitte elektrisch leitend verbinden, wobei beide Bogenabschnitte so angeordnet sind, dass sich ihre Scheitelpunkte gegenüberstehen und mit einem vorbestimmten Abstand voneinander angeordnet sind.

Bei dem Schmelzsicherungselement mit der oben beschriebenen Ausführungsform konzentriert sich die Wärme, die während des Bestehens einer elektrischen Verbindung hervorgerufen wird, an den bogenförmig konvexen Abschnitten des ersten und des zweiten schmalen Abschnitts. Ein Temperaturanstieg wird durch die Wärmeinterferenz (Wärmeübertragung) zwischen den einander nächstliegend gegenüberstehenden konvexen Abschnitten beschleunigt, wodurch eine sehr gute Schmelzeigenschaft erzielt wird.

Da das Schmelzsicherungselement gemäß der Erfindung kein Metallelement mit einem niedrigen Schmelzpunkt verwenden muß, tritt keine Diffusionslegierung des Metalls mit niedrigem Schmelzpunkt an dem Schmelzabschnitt auf, wodurch die Lebensdauer des Schmelzsicherungselements verbessert wird, ohne dass die Schmelzeigenschaft negativ verändert ist. Das Schmelzsicherungselement, das die oben beschriebene Ausführungsform aufweist, ist in der Herstellung einfacher, da kein Metallelement mit einem niedrigen Schmelzpunkt erforderlich ist. Es ist kein kompliziert zu steuerndes Schweißverfahren oder die Überprüfung der Schweißung erforderlich, wodurch eine Verbesserung der Produktivität erzielt wird.

Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Verbindungsabschnitte C-förmig gestaltet sind und an einem Ende über den Schmelzabschnitt verbunden sind und an ihren anderen Enden aufeinander zu verlaufende Anschlussmittel bildende Abschnitte aufweisen.

Ferner kann das Schmelzsicherungselement in einem Gehäuse aufgenommen werden, das aus einem wärmebeständigen Kunststoff besteht und mit diesem eine Schmelzsicherungseinheit bildet.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

1 ist eine Draufsicht einer Ausführungsform eines Schmelzsicherungselements gemäß der Erfindung;

2 ist ein Diagramm, das die Schmelzeigenschaft des Schmelzsicherungselements, das in 1 gezeigt ist, darstellt;

3 ist ein Diagramm, das die Schmelzeigenschaft darstellt, wenn ein Abstand zwischen den schmalen Abschnitten des Schmelzsicherungselements, das in 1 gezeigt ist, vorgesehen ist;

4 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Schmelzsicherungseinheit, bei der das Schmelzsicherungselement, das in 1 gezeigt ist, verwendet wird; und

5 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Schmelzsicherungselement gemäß dem Stand der Technik zeigt.

Eine bevorzugte Ausführungsform eines Schmelzsicherungselements gemäß der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren im Detail beschrieben.

1 ist eine Draufsicht, die eine Ausführungsform des Schmelzsicherungselements gemäß der Erfindung zeigt. 2 ist ein Diagramm, das die Schmelzeigenschaft des Schmelzsicherungselements gemäß der Erfindung darstellt. 3 ist ein Diagramm, das die Schmelzeigenschaft des Schmelzsicherungselements gemäß der Erfindung zeigt, wenn ein Abstand zwischen den schmalen Abschnitten des Leiters verändert wird. 4 ist eine perspektivische Ansicht einer Schmelzsicherungseinheit.

Ein Schmelzsicherungselement A, das in 1 gezeigt ist, wird aus einer dünnen leitfähigen Metallplatte, z.B. aus Kupfer, einer Kupferlegierung oder Aluminium, ausgestanzt. Das Schmelzsicherungselement A umfaßt insbesondere zwei elektrische Verbindungsabschnitte 3, die ein Paar bilden, und zwei schmale Abschnitte 1a, 1b, die nebeneinander zwischen den elektrischen Verbindungsabschnitten 3 vorgesehen sind. Die elektrischen Verbindungsabschnitte 3 und die schmalen Abschnitte 1a, 1b sind einstückig ausgebildet.

Jeder schmale Abschnitt 1a, 1b ist bogenförmig ausgebildet. Die konvexen Abschnitte der schmalen Abschnitte 1a bzw. 1b sind derart angeordnet, dass sie sich gegenüberliegen, wodurch sie parallel leitfähige Abschnitte bilden. Die zueinander am nächsten liegenden Abschnitte der schmalen Abschnitte 1a, 1b sind mit einem vorbestimmten Abstand voneinander angeordnet und bilden einen Schmelzabschnitt 2.

Das Verhalten des Schmelzsicherungselements A gemäß der Erfindung, das die oben beschriebene Ausführungsform aufweist, wird nachfolgend beschrieben.

Zunächst wird der Fall beschrieben, bei dem ein verhältnismäßig geringer Überstrom durch das Schmelzsicherungselement A als kontinuierlicher Überstrom, der bei einem seltenen Kurzschluß oder bei einer Blockierung eines Motors auftritt, oder ein Strom, der für eine begrenzte Zeit, beispielsweise beim Starten (Anlassen) eines Motors auftritt, fließt. Aufgrund eines solchen Überstroms werden die schmalen Abschnitte 1a, 1b entsprechend Joulescher Wärme erwärmt und die Temperatur steigt an. Die schmalen Abschnitte 1a, 1b leiten Wärme über ihre Enden an die sich daran anschließenden breiten Verbindungsabschnitte weiter. Der Temperaturanstieg ist im Zentrum, d.h. der Temperaturanstieg im Schmelzabschnitt 2, ist daher verhältnismäßig gering. Die Zeit, die vor dem Schmelzen des Schmelzabschnitt 2 verrinnt, wird entsprechend verlängert.

Wenn der Überstrom vor dem Schmelzen des Schmelzabschnitts 2 aufhört zu existieren, leiten die schmalen Abschnitte 1a, 1b die Wärme sofort über die Verbindungsabschnitte 3 ab. Die Temperatur des Schmelzabschnitts 2 fällt ab und nimmt schnell wieder einen stabilen Zustand an.

Das Schmelzsicherungselement A nutzt jedoch nicht wie der Stand der Technik dann, wenn ein vergleichbar kleiner Überstrom wiederholt, wie oben beschrieben, geflossen ist, kein Metall mit einem niedrigen Schmelzpunkt. Die schmalen Abschnitte 1a, 1b unterliegen daher keiner physikalischen Veränderung, wie beispielsweise Diffusionslegieren. Es tritt daher keine Verschlechterung der Beständigkeit des Schmelzleiters anders als beim Stand der Technik, bei dem allmählich eine Verkürzung der Zeitspanne, nachdem der Schmelzleiter schmilzt, auf.

Wenn ein Stoßüberstrom durch das Schmelzsicherungselement A bei einem plötzlichen Kurzschluß des elektrischen Schaltkreises fließt, wird die Joulesche Wärme, die in den schmalen Abschnitten 1a, 1b entsteht, sehr groß. Die Abfuhr der Wärme durch die elektrischen Verbindungsabschnitte 3 entspricht nicht der Wärmeerzeugung. Die Wärme konzentriert sich dann auf den Schmelzabschnitt 2 und die Temperatur des Schmelzabschnitts 2 steigt stark an. Die Wärme, die in den einander nahe liegenden Scheitelpunkten der bogenförmig konvexen Abschnitten der schmalen Abschnitte 1a, 1b hervorgerufen wird, erzeugt eine gegenseitige Wärmeüberlagerung. Der Temperaturanstieg an den schmalen Abschnitten 1a, 1b wird ferner beschleunigt und der Schmelzabschnitt 2 wird folglich innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne zum Schmelzen gebracht.

2 zeigt eine Schmelzeigenschaftskurve, die die Beziehung zwischen einem Überstromwert und der Zeit, die, bevor das Schmelzsicherungselement A schmilzt, verstreicht, darstellt. Das Schmelzsicherungselement A gemäß der Erfindung hat über einen weiten Bereich eines Überstroms die gleichen Eigenschaften wie das Schmelzsicherungselement P gemäß dem Stand der Technik bei idealen Bedingungen.

Das Schmelzsicherungselement A hat in Bezug auf den Anwendungsbereich infolge der kurzen Ansprechzeit, die verhindert, dass die Kabel oder andere Bauteile beschädigt werden, viel günstigere Eigenschaften als ein Schmelzleiter P' gemäß dem Stand der Technik, ohne dass es ein Metallelement mit einem niedrigen Schmelzpunkt aufweist, und wobei die Schmelzzeit des Schmelzsicherungselements P' bei wiederholtem Fluß eines kontinuierlichen Überstroms aufgrund eines seltenen Kurzschlusses oder bei einer Blockierung eines Motors oder bei wiederholtem Fluß eines kurzzeitigen Stoßstroms, der durch Starten eines Motors hervorgerufen wird, verkürzt ist.

Die Schmelzeigenschaft des Schmelzsicherungselements A gemäß der Erfindung ändern sich entsprechend der Größe des Spalts zwischen den nächstliegenden Mittelabschnitten der schmalen Abschnitte 1a, 1b, die den Schmelzabschnitt 2 bilden. Wenn der Spalt groß ist, wird die Wärmeinterferenz, die an den Scheitelpunkten der bogenförmig konvexen Abschnitte der schmalen Abschnitte 1a, 1b auftritt, kleiner. 3 zeigt die Schmelzeigenschaften eines Schmelzsicherungselements A, wenn beide schmalen Abschnitte 1a, 1b einen konstanten Querschnitt aufweisen, und wenn ein Abstand δ zwischen den bogenförmig konvexen Abschnitten gewählt wird.

In dem Diagramm stellt die durchgezogene Linie die Schmelzeigenschaft des Schmelzsicherungselements dar, wenn δ die Größe δ₁ aufweist. Die gestrichelte Linie stellt die Schmelzeigenschaft des Schmelzleiters A dar, wenn δ die Größe δ₂ aufweist, wobei (δ₁ > δ₂) ist. Der Graph stellt dar, dass die Wärmeinterferenz größer wird, wenn der Spalt δ kleiner wird, wodurch die Schmelzzeit kürzer wird. Eine optimale Schmelzeigenschaft für einen Anwendungsfall kann erzielt werden, indem eine Auswahl in Abhängigkeit vom Querschnitt der schmelzbaren Abschnitte 1a, 1b und Spalt zwischen den halbrunden konvexen Abschnitten erfolgt.

Eine Schmelzsicherungseinheit B, bei der das Schmelzsicherungselement A gemäß der Erfindung verwendet wird, wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.

Gemäß der Zeichnung umfaßt die Schmelzsicherungseinheit B ein Gehäuse 40, das aus einem wärmebeständigen synthetischen Harz, beispielsweise Epoxidharz, spritzgegossen ist, und das Schmelzsicherungselement A. Die Schmelzsicherungseinheit B wird durch Einführen des Schmelzsicherungselements A in das Gehäuse 40 fertiggestellt.

Wie vorrangehend beschrieben, wird das Schmelzsicherungselement A aus einer dünnen Metallplatte zum Beispiel aus Kupfer durch Stanzen einstückig geformt. Jeder der zwei Anschlußklemmenabschnitte 4, die ein Paar bilden, geht von einem Ende der schmalen Abschnitte 1a, 1b aus, welche, wie vorangehend beschrieben, ausgebildet sind und erstreckt sich C-förmig, wobei die beiden Anschlußklemmenabschnitte 4 spiegelbildlich angeordnet sind.

Befestigungsbohrungen 4a sind in den beiden Anschlußklemmenabschnitten 4 ausgebildet, so dass die Anschlußklemmenabschnitte 4 mittels Schrauben an einem Gerät, beispielsweise einem elektrischen Schaltkreis oder einem Motor, befestigt werden können.

Das Schmelzsicherungselement A wird durch Stanzen als ein Bauteil hergestellt, wobei die Stückkosten niedrig sind, da die Montage der Bauteile, die beim Stand der Technik notwendig ist, wegfällt. Es wird daher eine sehr gute Produktivität erzielt und die Herstellkosten können stark verringert werden.

Die Schmelzsicherungseinheit B, die die oben beschriebene Ausbildung aufweist, wird zwischen einen elektrischen Schaltkreis und eine Stromquelle für ein Gerät, die den zu schützenden Gegenstand darstellen, eingesetzt. Die schmalen Abschnitte 1a, 1b des Schmelzsicherungselements A schmelzen an dem Schmelzabschnitt 2, wodurch der Fluß eines elektrischen Stromes mit einer geeigneten Zeitverzögerung oder unmittelbar, sobald ein Überstrom durch die Schmelzsicherungseinheit B aufgrund eines seltenen Kurzschlusses oder eines plötzlichen Kurzschlusses, die in einem elektrischen Schaltkreis oder Gerät auftreten können, oder aufgrund des Auftretens von Anomalien fließt, unterbrochen wird.

Die Schmelzsicherungseinheit B kann daher einen elektrischen Schaltkreis oder ein Gerät schützen oder verhindern, dass ein Feuer oder ein anderes Ereignis auftritt.

Wie beschrieben wurde, kann mit einem Schmelzsicherungselement gemäß der Erfindung eine sehr gute Schmelzeigenschaft über einen weiten Bereich von Überströmen, die sich von einem verhältnismäßig kleinen Überstrom bis zu einem anormalen Strom aufgrund eines plötzlichen Kurzschlusses erstreckt, erzielt werden, ohne dass ein Metallelement mit einem niedrigen Schmelzpunkt verwendet werden müßte. Die gewünschte Lebensdauer und Zuverlässigkeit können ferner gewährleistet werden.

Das Schmelzsicherungselement wird als einzelnes Bauteil aus einer dünnen Metallplatte hergestellt. Das Schmelzsicherungselement kann daher kostengünstig durch Stanzen hergestellt werden. Die Montage kann vereinfacht werden und eine verbesserte Produktivität und eine Verringerung der Herstellkosten können erzielt werden.

Claims

Schmelzsicherungselement (A), welches – einstückig aus einer dünnen, elektrisch leitfähigen Metallplatte hergestellt ist, – zwei Verbindungsabschnitte (3) zum elektrisch leitenden Verbinden mit einem elektrischen Schaltkreis aufweist, – einen Schmelzabschnitt (2) aufweist, der – aus zwei elektrisch parallel geschalteten schmalen und C-förmigen Bogenabschnitten (1a, 1b) besteht, die die beiden Verbindungsabschnitte (3) elektrisch leitend verbinden, wobei beide Bogenabschnitte (1a, 1b) so angeordnet sind, dass sich ihre Scheitelpunkte gegenüberstehen und mit einem vorbestimmten Abstand (δ) voneinander angeordnet sind.
Schmelzsicherungselement (A) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsabschnitte (3) C-förmig gestaltet sind und an einem Ende über den Schmelzabschnitt (2) verbunden sind und an ihren anderen Enden Anschlussmittel (4a) bildende aufeinander zu verlaufende Abschnitte (4) aufweisen.
Schmelzsicherungselement (A) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es in einem Gehäuse (40) aufgenommen ist, dass aus einem wärmebeständigen Kunststoff besteht und mit diesem eine Schmelzsicherungseinheit (B) bildet.