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Gebiet der
Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Sicherung
bzw. eine Sicherungsplatine, insbesondere für Kraftfahrzeuge.
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Derartige Vorrichtungen dienen dazu,
in einem Stromnetz Ströme
zu verteilen oder zu verzweigen. Um die Leiter bzw. das Bordnetz
abzusichern und die Stromverteilung zu gewährleisten, ist es günstig, die
Stromverteilungsvorrichtung mit Sicherungen zu versehen.
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Die Erfindung betrifft ferner ein
Herstellungsverfahren für
eine Sicherung bzw. eine Sicherungsplatine.
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Stand der
Technik
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Derzeit werden Sicherungen in Einzel-
oder Mehrfachausführungen,
d. h. als Sicherungsplatinen, als Stanz- oder Stanzbiegeteile mit
integriertem Schmelzstreifen z. B. aus Aluminium in mehreren Arbeitsgängen aus
einer Bandware hergestellt. Das Stanz- oder Stanzbiegeteil wird
anschließend
mit einer entsprechenden Beschichtung gegen Korrosion geschützt.
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Solche Stanzbiegeteile weisen in
der Regel Transportstege auf, die neben und parallel zu den Sicherungsstreifen
angeordnet sind, um eine Beschädigung
der Schmelzstreifen vor der Montage zu verhindern. Diese Transportstege
werden nach dem Einsetzen des Stanz- oder Stanzbiegeteils in das
Sicherungsgehäuse
in einem Arbeitsgang durchtrennt, d. h. die Transportstege werden
unterbrochen.
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Das beispielsweise in der
DE 199 63 268 A1 oder
der
DE 296 20 424
U1 beschriebene Stanz- oder Stanzbiegeteil erfordert verhältnismäßig viele Arbeitsgänge, nämlich das
Stanzen der Bandware in bis zu vier Arbeitsgängen, das anschließende Reinigen
und Beschichten des Stanz- oder Stanzbiegeteils sowie die Montage
des Stanz- oder Stanzbiegeteils in das dafür vorgesehene Gehäuse. Anschließend muss
noch der Transportsteg in einem separaten Arbeitsgang durchtrennt
werden, wobei die Beschichtung des Stanz- oder Stanzbiegeteils beschädigt wird,
d. h. aufgebrochen wird, und die Stelle, an der der Transportsteg
entfernt wurde, hinsichtlich Korrosion anfällig wird, da die Schutzbeschichtung dort
entfernt ist.
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Die
US
4,409,582 beschreibt ein Sicherungselement, das ein Paar
paralleler beabstandeter Leiter umfasst, wobei jeder der Leiter
einen flachen Körperbereich
und einen versteiften Bereich aufweist. Diese versteiften Bereiche
werden in einem isolierenden Körper
gehalten, wobei sich die flachen Bereiche von einem Ende des isolierenden
Körpers aus
erstrecken. Die Schmelzsicherung an sich hat ihre Enden mit den
verstärkten
Bereichen verbunden und ist mindestens teilweise in dem isolierenden
Körper
enthalten. Die Schmelzmetallsicherung ist in den versteiften Bereichen
der Leiter enthalten, die durch Druckguss in einen separaten Arbeitsgang
auf die Schmelzmetallsicherung aufgebracht sind. Dazu wird die Schmelzmetallsicherung
in der Druckgussform positioniert, wo nach dem Befüllen der
Druckgussform die beabstandeten Leiter der Sicherung erzeugt werden
und die Schmelzmetallsicherung an sich in das Material eingebettet
wird.
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Darstellung
der Erfindung
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Sicherung bzw. eine Sicherungsplatine vorzusehen, die gegenüber Korrosion
wenig anfällig
ist und kostengünstig
hergestellt werden kann. Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein entsprechendes Herstellungsverfahren vorzusehen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Sicherung oder
Sicherungsplatine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Herstellungsverfahren
mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass
statt eines Aluminiumblechs ein metallischer Gusswerkstoff zur Herstellung
der Sicherung bzw. einer Sicherungsplatinenanordnung verwendet wird. Damit
können
die Sicherungen einschließlich
der Schmelzstreifen im Druckgussverfahren in einem Schuss in einer
Form gegossen werden. Die einzelnen Stanz- bzw. Biegeschritte können entfallen.
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Es hat sich überraschender Weise herausgestellt,
dass sich durch die Verwendung einer entsprechenden Druckgusslegierung
durch das günstigere Grundmaterial
(metallisches Gussmaterial) ein Kostenvorteil erzielen lässt, insbesondere
wenn eine Zinkdruckgusslegierung verwendet wird. Dabei wird entgegen
der herkömmlichen
Sichtweise die geringere elektrische Leitfähigkeit von Zink im Vergleich
zu Aluminium bewusst in Kauf genommen. Überraschender Weise erweist
sich dies jedoch als vorteilhaft. Durch die aufgrund der geringeren
Leitfähigkeit des
Gusswerkstoffes bezüglich
des Aluminiumblechs erforderliche größere Dimensionierung der Sicherung
, insbesondere bei Zinkdruckguss, entsteht zwar einerseits ein etwas
höherer
Materialverbrauch. Dieser kann aber durch die geringeren Gesamtkosten
des Herstellungsvorgangs wieder ausgeglichen werden. Andererseits
werden die Schmelzstreifen aufgrund der niedrigeren elektrischen
Leitfähigkeit von
Zink größer dimensioniert,
um die vorgeschriebene Auslösecharakteristik
zu erreichen. Dies führt
in bislang nicht bekannter Weise zu einer mechanisch stabileren
Ausführung
der Schmelzstreifen, so dass auf den Transportsteg, der bei herkömmlichen
Sicherungen zusätzlich
vorgesehen werden muss, verzichtet werden kann. Dadurch entfällt auch
die Notwendigkeit, nach dem Einbau der Sicherungen in einem Gehäuse diesen
Transportsteg zu entfernen, d. h. die Sicherung einschließlich der
darauf aufgebrachten Beschichtung zu durchtrennen. Somit tritt die
lokale Korrosionsgefahr am durchtrennten Transportsteg nicht auf,
da die Beschichtung der Sicherung bzw. Sicherungsplatine an dieser
Stelle nicht mehr verletzt werden muss.
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Insbesondere bedeutet dies, dass
zur Herstellung von Sicherungen als Gussteil deutlich weniger Herstellungsschritte
nötig sind,
nämlich
der Guss der Sicherungen in einem Schuss ohne nachfolgende Biege-
oder Stanzvorgänge,
das anschließende Reinigen
und Beschichten der Sicherung sowie deren Montage in das dafür vorgesehene
Gehäuse.
Ein Transportsteg muss nicht mehr entfernt werden.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind durch die übrigen Ansprüche gekennzeichnet.
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Insbesondere ist es vorteilhaft,
wenn der metallische Werkstoff eine Zinkdruckgusslegierung ist. Dies
bietet insbesondere die Möglichkeit,
ein kostengünstiges
Grundmaterial zu verwenden. Außerdem lassen
sich die Sicherungsstege durch Verwendung einer Zinkdruckgusslegierung
so dimensionieren und hinsichtlich ihrer Form gestalten, dass keine
Transportstege zur Versteifung der Sicherung erforderlich sind.
Die stabilere Ausführung
der Sicherungen ermöglicht
es zudem, die anschließende
Beschichtung im Trommelverfahren aufzubringen. Dies ist bei der Herstellung
der Sicherung als Stanz- oder Stanzbiegeteil aus Aluminium nicht
möglich,
da die Schmelzstreifen aufgrund ihrer geringen Stabilität beim aneinander
Schlagen der Teile in der Trommel verformt oder zerstört werden
könnten.
Die Trommelbeschichtung wiederum bietet gegenüber der Beschichtung als Gestellware
Kostenvorteile.
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Insbesondere hat es sich als vorteilhaft
erwiesen, die Sicherung bzw. die Sicherungsplatine aus Aluminium,
Zink, Magnesium, Kupfer, Messing, Zinn oder Blei bzw. einer Legierung
dieser Materialien herzustellen, insbesondere ZnAl4Cu1, ZnAl4, ZnAl4Cu3
oder ZnAl6Cu1. Die Geometrie der Sicherungen, insbesondere der Schmelzstreifen,
muss dabei an das jeweils verwendete Material und die verlangten
Auslösecharakteristika
angepasst werden. Die Auswahl des geeigneten Materials bietet aber
somit die Möglichkeit,
zum einen für
die Auslösecharakteristik
erforderliche Eigenschaften sicherzustellen und andererseits die
Sicherung bzw. die Sicherungsplatine gusstechnisch zu optimieren
und gleichzeitig derart robust zu gestalten, dass der Transportsteg entfallen
kann.
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Bevorzugter Weise wird die Sicherung
oder Sicherungsplatine mit einer Beschichtung versehen. Dabei kommt
insbesondere eine Dickschichtpassivierung in Frage, bei der eine
Aktivierung des Rohteils ohne vorherige Beschichtung und eine anschließende Passivierung
erfolgt. Alternativ ist eine Verzinkung des Rohteils mit anschließender Passivierung und
ggf. Versiegelung möglich,
um einerseits die Sicherung bzw. Sicherungsplatine gegenüber Korrosion
zu schützen
bzw. andererseits zu einer bestimmten Auslösecharakteristik durch die
Beschichtung beizutragen. Beispielsweise haben sich für ZnAl4Cu1
als Beschichtungsmaterialien CuSn, die Dickschichtpassivierung,
Collinox 1005 bzw. Collinox 1010 als vorteilhaft erwiesen. Die Collinox-Beschichtungen
betreffen dabei die Verzinkung des Rohteils mit anschließender Passivierung
und Versiegelung.
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Das Herstellungsverfahren wird bevorzugter Weise
so durchgeführt,
dass in dem Gusswerkzeug mehrere Kavitäten vorgesehen sind, insbesondere zwei
bis vier Kavitäten,
so dass mehrere Rohteile in einem Guss hergestellt werden können. Beispielsweise
können
die Kavitäten
parallel zueinander mit einem gemeinsamen Materialzuführungskanal
oder kreisförmig
angeordnet sein, wobei wiederum ein gemeinsamer Materialzuführungskanal
und verschiedene Materialverteilungskanäle vorgesehen sind. Auch können in
einem einzigen Gussvorgang Mehrfachsicherungsplatinen, d. h. Sicherungsplatinen,
die mehrere Einzelsicherungen enthalten, hergestellt werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Nachfolgend wird die Erfindung rein
beispielhaft anhand der beigefügten
Figuren beschrieben, in denen
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1 eine
erste Ausführungsform
einer Einzelsicherung darstellt;
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2 eine
weitere Ausführungsform
einer Einzelsicherung darstellt;
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3 eine
erfindungsgemäße Mehrfachsicherungsplatine
in der Draufsicht darstellt;
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4 die
Mehrfachsicherungsplatine aus 3 in
der Seitenansicht darstellt;
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5 ein
Gusswerkzeug zum Erzeugen von zwei Mehrfachsicherungsplatinen in
einem Gussvorgang darstellt;
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6 ein
Gusswerkzeug zum Herstellen von drei Sicherungsplatinen in einem
Gussvorgang darstellt;
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7 eine
weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Mehrfachsicherungsplatine
darstellt; und
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8 die
Seitenansicht der Mehrfachsicherungsplatine aus 7 ist.
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Wege zur Ausführung der
Erfindung
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1 zeigt
eine erste Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Einzelsicherung 10,
die aus einer Gusslegierung im Druckgussverfahren hergestellt ist.
Insbesondere bietet es sich an, die Einzelsicherung aus ZnAl4Cu1
zu fertigen. Die Geometrie des Schmelzstreifens 2, der
an seinen beiden Enden mit jeweils einem Anschluss 6 zur
Verschraubung der Stromversorgung versehen ist, ist dabei individuell an
die Bedürfnisse,
die durch die Sicherung 10 erfüllt werden sollen, angepasst.
Nach dem Herstellen der Einzelsicherung 10 aus einem metallischen
Gusswerkstoff im Druckgussverfahren, d. h. nachdem der Schmelzstreifen 2 sowie
der erste elektrische Anschlussbereich 6 und der entsprechende
zweite elektrische Anschlussbereich 6 in einem Gussvorgang aus
dem selben metallischen Gusswerkstoff hergestellt worden sind, wird
die Sicherung mit einer Beschichtung versehen, wobei sich insbesondere CuSn,
eine Dickschichtpassivierung bzw. Collinox 1005 oder Collinox 1010
als günstig
erwiesen haben. Der Sicherungssteg 2, d. h. der Schmelzstreifen,
ist aufgrund der Werkstoffwahl so dimensioniert, dass kein zusätzlicher
Transportsteg (in 1 nicht
angedeutet) vorgesehen werden muss, sondern die Sicherung 10 vielmehr
ausreichend steif und fest ist, um eine nachfolgende Beschichtungsbehandlung durch
Trommelbeschichtung oder den nachfolgenden Einbau in einem Gehäuse unbeschadet,
d. h. ohne Deformierung des Sicherungsstreifens 2 bzw. ohne
dessen Beschädigung,
zu überstehen.
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2 zeigt
eine weitere Ausführungsform
einer Einzelsicherung 10. Diese Einzelsicherung 10 unterscheidet
sich von der in 1 gezeigten
Einzelsicherung durch eine andere individuelle Geometrie des Schmelzstreifens 2.
Die weiteren Elemente, also der erste und zweite Bereich, die jeweils
elektrische Anschlussverbindungen aufweisen, sind wie bei der Schmelzsicherung 10 aus 1 gestaltet. Wiederum wird
für die
Schmelzsicherung vorzugsweise eine Zinkdruckgusslegierung eingesetzt,
insbesondere ZnAl4Cu1, sowie eine Beschichtung aufgebracht, die die
Sicherung vor Korrosion schützt
und die entsprechenden Auslösecharakteristika
des Schmelzstreifens 2 sicherstellt.
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3 und 4 zeigen in der Draufsicht
bzw. der Seitenansicht eine erfindungsgemäße Mehrfachsicherungsplatine 12,
die insbesondere zwei Einzelsicherungsschmelzstreifen 2 mit
jeweils unterschiedlicher Geometrie enthält. Ferner sind in 3 zwei Transportstege 5 angedeutet,
die beim Stand der Technik erforderlich waren und in einem nachfolgenden
Schritt nach dem Einbau der Sicherungsplatine in ein Gehäuse durchgetrennt
werden mussten. Bei der erfindungsgemäßen Schmelzsicherungsplatine 12 können die
Transportstege 5 jedoch von vorn herein entfallen und sind
daher nur mit gestrichelten Linien in 3 dargestellt.
Ferner ist aus 4 die
gebogene Gestaltung der Sicherungsplatine 12 entnehmbar,
die nicht durch einen nachfolgenden Biegeschritt nach dem Stanzvorgang
erzeugt werden muss, sondern vielmehr bereits durch entsprechende Anpassung
der Druckgussform in einem einzigen Einschuss in das Gusswerkzeug
hergestellt werden kann. Die in 3 und 4 dargestellte Mehrfachsicherungsplatine
umfasst neben den Schmelzstreifen 2 Anschlusskontaktzungen 3 und 4,
um eine elektrische Anschlussverbindung herstellen zu können, wobei
die Breite der Kontaktzungen 3, 4 an die jeweiligen
Bedürfnisse
angepasst sein kann. Ferner umfasst die Sicherungsplatine 12 einen
Anschluss 6 zur Verschraubung der Stromversorgung, d. h.
eine zweite elektrische Anschlussverbindung.
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Dadurch, dass die Sicherungsplatine 12 ohne
die in 3 angedeuteten
Transportstege 5 hergestellt werden kann, die bei den Sicherungsplatinen,
die als Stanzbiegeteilen hergestellt sind, nach dem Einbau in ein
entsprechendes Gehäuse
(nicht dargestellt) entfernt werden mussten, bleibt die Beschichtung
der Sicherungsplatine 12 an den Stellen, an denen die Transportstege 5 an
die Sicherungsplatine 12 angrenzen, auch nach dem Einbau
in das Gehäuse
und beim Betrieb der Sicherungsplatine 12 unversehrt, so
dass die Sicherungsplatine 12 an diesen Stellen nicht einer
lokalen Korrosionsneigung ausgesetzt ist.
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Zusätzlich können die Form- und Biegeschritte,
die bei herkömmlichen
Stanzbiegeteilen erforderlich waren, durch einen einzigen Druckgussschritt
ersetzt werden, was somit die Herstellung deutlich vereinfacht.
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5 und 6 zeigen zwei verschiedene
Formwerkzeuge zur Herstellung von Mehrfachsicherungsplatinen 12.
In dem in 5 dargestellten
Formnest können
durch einen Schuss, d. h. einen Druckgussvorgang, zwei Sicherungsplatinen 12 gleichzeitig hergestellt
werden. Die Sicherungsplatinen 12 sind dabei im Wesentlichen
parallel zueinander angeordnet und durch Materialverteilungskanäle 8 mit
einem Materialzuführungskanal 7 derart
verbunden, dass das Druckgussmaterial gleichmäßig in die Formnester für die Sicherungsplatinen 12 einströmen kann. Insbesondere
können für jede Sicherungsplatine 12 mehrere
Angussorte vorgesehen werden, so dass der Gussvorgang hinsichtlich
der Anforderungen des Druckgusses optimiert werden kann.
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Eine alternative Ausführungsform,
bei der drei Sicherungsplatinen 12 in einem Druckgussschritt dargestellt
werden können,
ist in 6 dargestellt. Dabei
sind die Sicherungsplatinen 12 im Wesentlichen kreisförmig in
dem Druckgusswerkzeug angeordnet. Wiederum ist ein Materialzuführungskanal 7 vorgesehen,
der die Formnester für
die einzelnen Sicherungsplatinen 12 über Materialzuführungskanäle 8 speist.
Alternativ sind auch andere Anordnungen mit beispielsweise vier
Formnestern in einem Druckgusswerkzeug oder mehreren Formnestern
denkbar. Insbesondere kann die Anzahl und Anordnung der Formnester
abhängig
von der Gestalt der Sicherungsplatine 12 bzw. der Einzelsicherung 10 gewählt werden.
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In 7 und 8 ist schließlich eine
Mehrfachsicherungsplatine gemäß der vorliegenden
Erfindung dargestellt, bei der acht Schmelzstreifen 2 mit
unterschiedlichen geometrischen Ausführungsformen zu einer Sicherungsplatine
kombiniert sind. Wiederum sind bei der Mehrfachsicherung 14,
die in 7 dargestellt
ist, zwei Transportstege 5 gestrichelt angedeutet, die
jedoch gemäß der vorliegenden
Erfindung entfallen können.
Ferner ist aus 8 deutlich
zu erkennen, dass die Mehrfachsicherungsplatine bereits durch den
Druckgussvorgang in gebogener Gestalt gefertigt werden kann, indem
das Formnest für
die Mehrfachsicherung 14 entsprechend gestaltet wird. Neben
den Schmelzstreifen 2, deren Geometrie an die jeweiligen
Auslösecharakteristika
beispielsweise angepasst werden kann, umfasst die Mehrfachsicherungsplatine
Anschlüsse 6 zur Verbindung
mit der Stromversorgung bzw. weitere elektrische Anschlussbereiche 4.
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Erfindungsgemäß ist allen Sicherungen bzw. Sicherungsplatinen
gemeinsam, dass die gesamte Sicherung bzw. Sicherungsplatine einheitlich
aus demselben metallischen Gusswerkstoff im Druckgussverfahren gefertigt
wird, d. h. insbesondere der Schmelzstreifen sowie der erste Bereich,
der eine elektrische Anschlussverbindung aufweist, sowie der zweite
Bereich, der ebenfalls eine elektrische Anschlussverbindung aufweist,
aus einem einzigen Werkstoff und durch einen einzigen Druckgussschritt gefertigt
sind. Durch Verwendung einer Zinkdruckgusslegierung, die ein verhältnismäßig kostengünstiger
Ausgangswerkstoff ist, kann ferner der Sicherungssteg, d. h. der
Schmelzstreifen, so gestaltet werden, dass er eine ausreichende
Festigkeit aufweist und ein zusätzlicher
Transportsteg zum Versteifen der Sicherung bzw. Sicherungsplatine
für deren Beschichtung
bzw. Einbau in einem Gehäuse
nicht erforderlich ist.