DE19957423A1 - Electrical load protection device has ignition electrodes for melting electrical conductor which when rated current is exceeded - Google Patents

Electrical load protection device has ignition electrodes for melting electrical conductor which when rated current is exceeded

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Abstract

The electrical conductor is arranged on a ceramic carrier and includes a section of reduced cross-section. Ignition electrodes are applied to the ceramic carrier between which the section of reduced cross-section is interposed. The ignition electrodes ignite an arc which melts the conductor when the rated current is exceeded. A barrier layer with good thermal conductivity is arranged below the electrical conductor and is also melted by the arc. The device may be formed as a SMD component. The arc may be ignited by a capacitor or inductor applied to the ceramic substrate.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schutz elektrischer Verbraucher, mit einem elektrischen Leiter, der beim Überschreiten eines Nennstromwertes zerstört wird.The invention relates to a device for protecting electrical consumers, with an electrical conductor, which when a nominal current value is exceeded gets destroyed.

Aus wirtschaftlichen Gründen und zur Materialersparnis ist es erforderlich immer kleinere elektrische Bauelemente sowie mikrosystemtechnische Baugruppen einzusetzen, deren Empfindlichkeit gegenüber Überströmen sich ständig erhöht.It is necessary for economic reasons and to save material ever smaller electrical components and microsystem technology To use modules whose sensitivity to overcurrents constantly increasing.

Die derzeit im Stand der Technik bekannten Schmelzsicherungen reagieren für diese Einsatzfälle zu träge und sind nicht in der Lage, für digitale Bauelemente das Abschalten bei Überlast zu realisieren.The fuses currently known in the prior art react for these use cases are sluggish and are unable to use digital components to switch off in the event of an overload.

Um eine ordnungsgemäße Funktion und einen sicheren Schutz derartiger Verbraucher zu gewährleisten ist es erforderlich, die elektrische Versorgung bis zum Nennstrom ohne irgendwelche Probleme zu sichern und beim Überschrei­ ten um einen geringen und definierten Betrag das System sofort und ohne Folgeschäden abzuschalten. Nach erfolgter Sicherheitsabschaltung soll eine sichere, potentialfreie Trennung des Systems vom Netz erhalten bleiben.To ensure proper functioning and safe protection of such To ensure consumers it is necessary to get the electrical supply up to the nominal current without securing any problems and when exceeding the system immediately and without a small and defined amount  Switch off consequential damage. After the safety shutdown has been completed safe, potential-free disconnection of the system from the network is maintained.

Bei dem im Stand der Technik bekannten Schmelzsicherungen erfolgt durch thermische Einwirkung eines meist speziell geformten metallischen Leiters beim Auftreten von Überstrom die Selbstzerstörung des Leiters. Nachteilig ist hierbei besonders, dass der Wert des Überstoms, bei dem das Abschalten erfolgt, von einer Vielzahl physikalischer und technologischer Faktoren abhängt und nicht mit digitalen Bauelementen realisiert werden kann. Eine gewisse Verbesserung der Charakteristik dieser Elemente wird durch den Einsatz von sogenannten Lötdepots erreicht. Bei derartigen konstruktive Ausführungen wird im Falle eines überhöhten Stromflusses ein meist aus Zinn bestehendes, die Kurzschluß­ strecke querschnittsmäßig verstärkendes Lötdepot, das auf dem Schmelzleiter aufgebracht ist, flüssig. In der Folge tritt eine plötzliche Leitquerschnittsverrin­ gerung ein. Diese führt zu einer Erhöhung des Bahnwiderstandes und letztlich zur Zerstörung des Bauelementes. Nachteil ist bei derartigen Anordnungen, dass beim Betrieb der Bauteile über längere Zeiträume im Nennstrombereich, Interdiffusionen auftreten, die zum vorzeitigen Ausfall führen.In the case of the fuses known in the prior art, is carried out by thermal action of a mostly specially shaped metallic conductor at Occurrence of overcurrent the self-destruction of the conductor. The disadvantage here is especially that the overcurrent value at which the shutdown occurs is from depends on a variety of physical and technological factors and not can be realized with digital components. Some improvement the characteristics of these elements is achieved through the use of so-called Solder deposits reached. With such constructive designs in the case an excessive current flow is usually a tin, the short circuit stretch cross-sectional reinforcing solder depot on the fuse element is applied, liquid. As a result, a sudden reduction in the leading cross section occurs coagulation. This leads to an increase in the railway resistance and ultimately to destroy the component. The disadvantage of such arrangements is that when the components are operated for longer periods in the nominal current range, Interdiffusions occur that lead to premature failure.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der eine sich selbst zerstörende Sicherung verwirklicht wird, die bei einem definierten Überschreiten des Nennstromes irreversibel abschaltet und Veränderungen infolge von Alterungen weitestge­ hend vermeidet.The invention has for its object a device of the beginning specified type with which a self-destructive fuse is realized when the nominal current is exceeded switches off irreversibly and changes due to aging as far as possible avoids.

Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen von Patentanspruch 1. According to the invention the problem is solved with the characteristic Features of claim 1.  

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the arrangement according to the invention are in the Subclaims specified.

Die Erfindung zeichnet sich durch eine Reihe von Vorteilen aus. Hierzu zählen insbesondere: Die erfindungsgemäße Vorrichtung schließt Bauteiltoleranzen in einfacher Weise und mit hoher Sicherheit dadurch aus, dass durch eine Querschnittsverringerung der stromführenden Bauteile ein sicheres und repro­ duzierbares Abschalten gewährleistet wird. Die Querschnittsänderung kann dabei so gewählt werden, dass bei geringfügigem Überschreiten des Nennstroms eine sofortige Zerstörung des Bauelementes erfolgt.The invention is characterized by a number of advantages. Which includes in particular: The device according to the invention includes component tolerances in a simple manner and with a high degree of certainty that a Reduction in cross-section of the live components a safe and repro ductible shutdown is guaranteed. The cross-sectional change can should be chosen so that if the Rated current there is an immediate destruction of the component.

Erfindungsgemäß wird hierfür eine kurze elektrische Entladung genutzt, bei der durch einen Lichtbogen ein Materialabtrag erfolgt oder eine thermisch gut leitende Zwischenbarriere zerstört wird, so dass ein Wärmestau erzeugt wird, der zur plötzlichen Zerstörung des Elementes führt. Diese hierzu erforderliche Energie kann durch eine Kondensatorentladung oder durch eine elektrische Spule sowie durch andere geeignete Methoden zur Verfügung gestellt werden.According to the invention, a short electrical discharge is used for this material is removed by an arc or thermally good conductive intermediate barrier is destroyed, so that a heat accumulation is generated which leads to the sudden destruction of the element. This necessary for this Energy can be generated by a capacitor discharge or by an electrical one Coil as well as be provided by other suitable methods.

Die Erfindung wird im Folgenden an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawings:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Schaltung und Fig. 1 is a schematic representation of the circuit and

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Anordnung in Drauf und Seitenansicht. Fig. 2 shows an arrangement according to the invention in plan and side view.

Das Bauteil ist so ausgeführt sein, dass eine Zündelektrode Z, die sich in einem definierten Abstand von einem Kurzschlußbügel befindet, der den verringerten Querschnitt des elektrischen Leiters L darstellt, genutzt wird um einen Lichtbo­ gen zu zünden, der zum plötzlichen Materialabtrag führt und somit lawinenartig die Zerstörung des Leiters einleitet. Nach erfolgter Zerstörung ist das System galvanisch völlig getrennt, da der Lichtbogen zu einer Verdampfung des Materials führt. In einer besonderen Ausführungsform ist der gesamte Aufbau auf einen thermisch hochisolierten Träger montiert, so dass man SMD-Bauteile realisieren kann.The component is designed so that an ignition electrode Z, which is in a defined distance from a shorting bar, which is the reduced Cross section of the electrical conductor L is used to a Lichtbo ignite, which leads to the sudden removal of material and thus avalanche-like initiates the destruction of the conductor. After destruction, the system is completely electrically isolated, since the arc leads to evaporation of the Leads. In a special embodiment, the entire structure mounted on a thermally highly insulated carrier so that you can use SMD components can realize.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Schutz elektrischer Verbraucher, mit einem elektrischen Leiter, der beim Überschreiten eines Nennstromwertes zerstört wird, dadurch gekennzeichnet, dass sich der elektrische Leiter auf einem keramischen Träger befindet und einen Bereich mit verringertem Querschnitt aufweist und dass auf dem keramischen Träger Zündelektroden aufgebracht sind, zwischen denen der verringerte Querschnitt des elektrischen Leiters angeordnet ist und die bei Überschreiten des Nennstromwertes einen Lichtbogen zünden, mit dem der elektrische Leiter zerstört wird.1. Device for protecting electrical consumers, with an electrical conductor, which is destroyed when a nominal current value is exceeded, characterized in that the electrical conductor is on a ceramic carrier and has an area with a reduced cross section and that ignition electrodes are applied to the ceramic carrier , between which the reduced cross section of the electrical conductor is arranged and which, when the nominal current value is exceeded, ignite an arc with which the electrical conductor is destroyed. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des elektrischen Leiters eine thermisch gut leitende Barriereschicht angeordnet ist, die vom Lichtbogen zusätzlich zerstört wird.2. Device according to claim 1, characterized in that below the electrical conductor, a thermally highly conductive barrier layer is arranged, which is additionally destroyed by the arc. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung als SMD-Bauelement ausgeführt ist.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the Device is designed as an SMD component. 4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Lichtbogen von einem auf dem keramischen Substrat aufge­ brachten Kondensator gezündet wird. 4. Device according to one of the preceding claims, characterized records that the arc is struck by one on the ceramic substrate brought capacitor is ignited.   5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Lichtbogen von einer auf dem keramischen Substrat aufge­ brachten Induktivität gezündet wird.5. Device according to one of the preceding claims, characterized records that the arc is struck by one on the ceramic substrate brought inductance is ignited.
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