DE10302793B4

DE10302793B4 - Sicherung und Sicherungsplatine

Info

Publication number: DE10302793B4
Application number: DE2003102793
Authority: DE
Inventors: Richard Hiemann; Jan Clausen; Bruno Betti
Original assignee: Lisa Draexlmaier GmbH; Audio Ohm Di Tonani Caterina E C SRL
Current assignee: Lisa Draexlmaier GmbH; Audio Ohm Di Tonani Caterina E C SRL
Priority date: 2003-01-24
Filing date: 2003-01-24
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2023-01-25
Also published as: DE10302793A1

Abstract

Sicherung (10) oder Sicherungsplatine (12, 14), umfassend mindestens einen Schmelzstreifen (2) und mindestens einen ersten Bereich (3, 4), der mit dem Schmelzstreifen (2) verbunden ist und zumindest eine elektrische Anschlussverbindung aufweist, sowie mindestens einen zweiten Bereich (6), der mit dem Schmelzstreifen (2) verbunden ist und zumindest eine elektrische Anschlussverbindung aufweist, wobei der Schmelzstreifen (2), der erste Bereich (3, 4) und der zweite Bereich (6) aus dem selben metallischen Gusswerkstoff im Druckgussverfahren gefertigt sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Sicherung bzw. eine Sicherungsplatine, insbesondere für Kraftfahrzeuge.
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.
Die Erfindung betrifft ferner ein Herstellungsverfahren für eine Sicherung bzw. eine Sicherungsplatine.

Stand der Technik

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.

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.

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.

Die DE 100 18 077 C2 beschreibt ein elektrisches Anschlusselement zur Verwendung in einem Kabelkasten. Das Anschlusselement weist einen dünnen leitfähigen Körper auf, der in mehreren Arbeitsschritten aus einem abrollbaren Band gefertigt wird. Das Anschlusselement weist des Weiteren Klingen zur Verbindung mit einem Schaltkreis sowie Buchsen für leitfähige Komponenten auf.

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.

Darstellung der Erfindung

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.

Diese Aufgabe wird durch eine Sicherung oder Sicherungsplatine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.

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.

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.

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.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind durch die übrigen Ansprüche gekennzeichnet.

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.

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.

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.

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.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben, in denen

1 eine erste Ausführungsform einer Einzelsicherung darstellt;

2 eine weitere Ausführungsform einer Einzelsicherung darstellt;

3 eine erfindungsgemäße Mehrfachsicherungsplatine in der Draufsicht darstellt;

4 die Mehrfachsicherungsplatine aus 3 in der Seitenansicht darstellt;

5 ein Gusswerkzeug zum Erzeugen von zwei Mehrfachsicherungsplatinen in einem Gussvorgang darstellt;

6 ein Gusswerkzeug zum Herstellen von drei Sicherungsplatinen in einem Gussvorgang darstellt;

7 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Mehrfachsicherungsplatine darstellt; und

8 die Seitenansicht der Mehrfachsicherungsplatine aus 7 ist.

Wege zur Ausführung der Erfindung
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.
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.
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.
Dadurch, dass die Sicherungsplatine 12 ohne die in 3 angedeuteten Transportstege 5 hergestellt werden kann, die bei den Sicherungsplatinen, die als Stanzbiegeteile 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.
Zusätzlich können die Form- und Biegeschritte, die bei herkömmlichen Stanzbiegeteilen erforderlich waren, durch einen einzigen Druckgussschritt ersetzt werden, was somit die Herstellung deutlich vereinfacht.
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.
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.
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.
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.

Claims

Sicherung (10) oder Sicherungsplatine (12, 14), umfassend mindestens einen Schmelzstreifen (2) und mindestens einen ersten Bereich (3, 4), der mit dem Schmelzstreifen (2) verbunden ist und zumindest eine elektrische Anschlussverbindung aufweist, sowie mindestens einen zweiten Bereich (6), der mit dem Schmelzstreifen (2) verbunden ist und zumindest eine elektrische Anschlussverbindung aufweist, wobei der Schmelzstreifen (2), der erste Bereich (3, 4) und der zweite Bereich (6) aus dem selben metallischen Gusswerkstoff im Druckgussverfahren gefertigt sind.
Sicherung (10) oder Sicherungsplatine (12, 14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Gusswerkstoff eine Zink-Druckgusslegierung ist.
Sicherung (10) oder Sicherungsplatine (12, 14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gusswerkstoff Aluminium, Zink, Magnesium, Kupfer, Messing, Zinn oder Blei oder eine Legierung dieser Materialien, insbesondere ZnAl4Cu1, ZnAl4, ZnAl4Cu3 oder ZnAl6Cu1, ist.
Sicherung (10) oder Sicherungsplatine (12, 14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherung oder die Platine mit einer Beschichtung versehen ist.
Sicherung (10) oder Sicherungsplatine (12, 14) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung CuSn, eine Dickschichtpassivierung, Collinox 1005 oder Collinox 1010 ist.
Verfahren zur Herstellung einer Sicherung oder einer Sicherungsplatine mit mindestens einem Schmelzstreifen und mindestens einem ersten Bereich, der mit dem Schmelzstreifen verbunden ist und zumindest eine elektrische Anschlussverbindung aufweist, sowie mindestens einem zweiten Bereich, der mit dem Schmelzstreifen verbunden ist und zumindest eine elektrische Anschlussverbindung aufweist, wobei die gesamte Sicherung oder Sicherungsplatine in einem Druckgussschritt aus einem gießbaren Material erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das gießbare Material Aluminium, Zink, Magnesium, Kupfer, Messing, Zinn, Blei oder eine Legierung dieser Metalle, insbesondere ZnAl4Cu1, ZnAl4, ZnAl4Cu3 oder ZnAl6Cu1, ist.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch Vorsehen mehrerer Nester im Gusswerkzeug im Druckgussschritt mehrere Sicherungen oder Sicherungsplatinen, insbesondere 2, 3 oder 4, hergestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, weiter umfassend den Schritt des Beschichtens der Sicherung oder der Sicherungsplatine nach dem Druckgussschritt mit einer Dickschichtpassivierung, einer Verzinkung mit zusätzlicher Passivierung und/oder einer Versiegelung.