DE202012000571U1

DE202012000571U1 - Elektrisches Sicherungselement

Info

Publication number: DE202012000571U1
Application number: DE201220000571
Authority: DE
Original assignee: HKR Seuffer Automotive GmbH and Co KG; Seuffer GmbH and Co KG
Current assignee: Vishay BCcomponents Beyschlag GmbH
Priority date: 2011-01-21
Filing date: 2012-01-20
Publication date: 2012-04-26
Anticipated expiration: 2022-01-21

Abstract

Sicherungselement mit: – einem Grundgehäuse (32) und einem mit dem Grundgehäuse (32) verbindbaren Deckelelement (33), die in zusammengesetzten Zustand ein Gesamtgehäuse (31) bilden, – einem Schmelzleiter (39), der innerhalb des Gesamtgehäuses (31) zwischen einem ersten und einem zweiten Kontaktelement (41, 42) angeordnet ist und diese elektrisch miteinander verbindet, wobei – der Schmelzleiter (39) durch das erste und zweite Kontaktelement (41, 42) derart gehalten wird, dass sich ein vorbestimmter Bereich des Schmelzleiters zwischen den Kontaktelementen im Gesamtgehäuse (31) befindet und der Schmelzvorgang bei Vorliegen einer Auslösebedingung in einem vorbestimmten Raum des Gesamtgehäuses (31) stattfindet.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Sicherungselement, und insbesondere auf ein elektrisches Sicherungselement in Form eines Thermosicherungselements, das als diskretes Bauelement zur Sicherung elektrischer und elektronischer Schaltungen eingesetzt werden kann.
Elektrische Sicherungselemente oder elektrische Sicherungen werden in elektrischen und/oder elektronischen Schaltungen in unterschiedlichen Ausführungen eingesetzt und dienen als eine Überstrom-Schutzeinrichtung oder eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung, die einen Stromkreis bei einer zu großen Stromstärke unterbrechen. Für den Einsatz in elektronischen Schaltungen und eine Montage auf jeweiligen Leiterplatten oder Platinen der elektronischen Schaltungen für unterschiedliche elektrische und elektronische Geräte werden Sicherungselemente auch als diskrete Bauelemente in großer Zahl und in unterschiedlichen Ausführungen hergestellt. Auf den Leiterplatten dienen die Sicherungselemente (die auch als Feinsicherungen bezeichnet werden) zum Schutz vor übermäßiger Strombelastung durch im Kurzschluss- oder Fehlerfall auftretende Ströme oder länger andauernde Überströme.
Die Sicherungselemente weisen zu diesem Zweck im Allgemeinen im Inneren ein Leiterelement auf, das vor Umgebungseinflüssen geschützt angeordnet ist. Bei Stromstärken, die beispielsweise bei einer Störung (Fehlerfall) auftreten und ein vorbestimmtes Maß überschreiten, entsteht in dem Leiterelement eine Stromwärme, durch die das Leiterelement partiell schmilzt und somit gemäß der erwünschten Schutzwirkung den Stromkreis öffnet. Die Sicherungselemente können zur einfachen Montage in Form diskreter Bauelement ausgeführt sein, wobei im Allgemeinen nach einem Auslösen des Sicherungselements, d. h. nach dem Schmelzen des Leiterelements bei einem übergroßen Strom im Überlastfall oder Fehlerfall das Bauelement als solches erneuert werden muss.
Aus der Druckschrift DE 33 09 842 A1 ist eine elektrische Feinsicherung bekannt, bei der innerhalb eines Gehäuses in vorbestimmten Endbereichen desselben sowohl nach außen führende Anschlussdrähte als auch ein interner Sicherungsdraht in Form eines Schmelzleiters angeordnet ist. Der Schmelzleiter befindet sich in einer Zentralkammer zwischen entsprechenden Lötanschlüssen in den Endbereichen des Gehäuses. Nach dem Lötvorgang der Anschlussdrähte und des Schmelzleiters kann das Gehäuse mittels eines Deckels verschlossen und mit einem geeigneten Kleber dicht gekapselt werden. Bei Überschreiten eines vorbestimmten Maximalstroms schmilzt in Folge entstehender Stromwärme der Schmelzleiter, wodurch der betreffende Stromkreis, in dem die bekannte elektrische Feinsicherung angeordnet ist, unterbrochen wird.
Des Weiteren offenbart die Druckschrift DE 296 16 063 U1 eine elektrische Sicherung, bei der ein Schmelzleiter in vorbestimmter Ausführung innerhalb eines Gehäuses angeordnet und gegenüber Einflüssen aus der Umgebung geschützt ist. Außerhalb des Gehäuses sind Anschlusskontakte vorgesehen, die leitend mit dem im Gehäuse angeordneten Schmelzleiter verbunden sind. Innerhalb des Gehäuses kann der Schmelzleiter selbst nochmals mittels eines Deckels teilweise abgedeckt werden. Die Sicherungsfunktion wird erfüllt durch ein Schmelzen des Schmelzleiters bei Überschreiten einer vorbestimmten maximalen Stromstärke.
Bei den vorstehend beschriebenen bekannten Sicherungseinrichtungen liegt teilweise ein komplizierter Aufbau vor und erfordert aufwändige und kaum in der Fertigung automatisierbare Herstellungsschritte. Eine automatisierte Herstellung ist jedoch insbesondere dann sinnvoll, wenn einerseits eine zuverlässige und sicher abschaltende Sicherungseinrichtung und andererseits ein als diskretes Bauelement und somit universell einsetzbares Sicherungselement beispielsweise für Leiterplatten elektrischer Schaltungen erreicht werden soll.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein elektrisches Sicherungselement der eingangs genannten Art derart auszugestalten, dass das elektrische Sicherungselement bei Vorliegen einer Auslösebedingung sicher schaltet und als ein diskretes Bauelement mittels einer zumindest teilweise automatisierten Fertigung hergestellt werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein elektrisches Sicherungselement gemäß den Merkmalen des Schutzanspruchs 1.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit gemäß einem Aspekt ein Sicherungselement mit einem Grundgehäuse und einem mit dem Grundgehäuse verbindbaren Deckelelement, die in zusammengesetztem Zustand ein Gesamtgehäuse bilden, einem Schmelzleiter, der innerhalb des Gesamtgehäuses zwischen einem ersten und einem zweiten Kontaktelement angeordnet ist und diese elektrisch miteinander verbindet, wobei der Schmelzleiter durch das erste und zweite Kontaktelement derart gehalten wird, dass sich ein vorbestimmter Bereich des Schmelzleiters zwischen den Kontaktelementen im Gesamtgehäuse befindet und der Schmelzvorgang bei Vorliegen einer Auslösebedingung in einem vorbestimmten Raum des Gesamtgehäuses stattfindet.
Mit dem Aufbau und der Anordnung des erfindungsgemäßen elektrischen Sicherungselements wird ein in seiner Funktion verlässliches Sicherungselement gebildet, das als ein diskretes Bauelement in elektronischen Baugruppen auf Leiterplatten oder Platinen auf einfache Weise eingesetzt werden kann. Die Befestigung des Bauelements auf Leiterplatten ist mit sämtlichen Lötverfahren möglich.
Das elektrische Sicherungselement in Form der vorliegenden Thermosicherung gewährleistet, dass eine elektrische Baugruppe oder sonstige Teile einer elektrischen Schaltungsanordnung bei einer externen/internen Überlast (Fehlerfall, Auslösebedingung) durch ein Schmelzen eines elektrischen und thermosensitiven Verbindungselements die Funktion der jeweiligen Schaltungsanordnung oder der elektronischen Baugruppe sicher abgeschaltet wird, so dass durch diese Maßnahme eine weitere Überlast oder eine Beschädigung von Bauelementen oder Baugruppen wirksam vermieden wird. Mit der Anordnung des thermosensitiven Verbindungselements in Form eines Schmelzleiters oder Leiters wird in einem vorbestimmten Bereich desselben sicher ein Schmelzen bei einer Stromstärke erreicht, die größer als ein vorbestimmter Wert ist, für den das Sicherungselement ausgelegt ist. Form und Struktur des als ein diskretes Bauteil ausgeführten elektrischen Sicherungselements gemäß der vorliegenden Erfindung bleiben erhalten. Ebenso wird ein Schmelzen durch eine von außen auf das Sicherungselement einwirkende Wärme Wärmezufuhr von außen) erreicht (Auslösebedingung). Geschmolzenes Material des Schmelzleiters nach der Auslösung kann kaum nach außerhalb des Sicherungselements dringen.
Der Aufbau des elektronischen Sicherungselements gewährleistet eine zumindest teilweise oder vollständige automatische Fertigung, so dass das elektrische Sicherungselement als ein diskretes Bauelement kostengünstig in einer Massenfertigung mit einem geringen Aufwand hergestellt werden kann. Die Anordnung gewährleistet somit einerseits eine sichere Funktion und Handhabung des elektrischen Sicherungselements in Verbindung mit einer Auslösebedingung, sowie andererseits eine weitgehend automatisierbare und somit kostengünstige Herstellung, so dass das elektrische Sicherungselement bei einer Vielzahl von Anwendungen in verschiedenen Schaltungsanordnungen und insbesondere auch Leiterplatten eingesetzt werden kann. Auch kann das Bauelement mit geringen Abmessungen hergestellt werden.
Weitere Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den zugehörigen Unteransprüchen angegeben.
Es können in dem Gesamtgehäuse durch das Grundgehäuse und das Deckelelement zwei Endräume und ein Mittelraum gebildet werden, und es kann der Mittelraum zwischen dem ersten und zweiten Endraum angeordnet sein.
Bei dem Sicherungselement kann sich der Schmelzleiter vom ersten zum zweiten Endraum über den Mittelraum erstrecken. Hierbei kann das erste Kontaktelement im ersten Endraum und kann das zweite Kontaktelement im zweiten Endraum angeordnet sein, und jeweilige Kontaktbereiche der Kontaktelemente können aus dem Gesamtgehäuse zum Verbinden des Sicherungselements mit einer elektrischen Schaltung herausragen.
In dem Sicherungselement kann der vorbestimmte Raum der Mittelraum sein, in dem der Schmelzvorgang des Schmelzleiters bei Vorliegen der Auslösebedingung stattfindet.
Es kann das Grundgehäuse zumindest ein Befestigungselement aufweisen, das bei dem Zusammensetzen des Grundgehäuses und des Deckelelements zur Bildung des Gesamtgehäuses in das Deckelelement hineinragt und eine Rastverbindung bildet.
Ferner kann zumindest entweder das Grundgehäuse oder das Deckelelement Befestigungselemente aufweisen, die bei dem Zusammensetzen des Grundgehäuses und des Deckelelements zur Bildung des Gesamtgehäuses eine Rastverbindung bilden.
Der Mittelraum kann einen vorbestimmten Bereich aufweisen zur Aufnahme des geschmolzenen Materials des Schmelzleiters nach der Auslösung.
Das Grundgehäuse und das Deckelelement können aus gleichartigen oder unterschiedlichen isolierenden Materialien bestehen, und es können die Materialien ausgewählt werden aus Kunststoffmaterialien, Keramik oder Glaskeramik.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine perspektivische Gesamtdarstellung des elektrischen Sicherungselements gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
2 eine schematische Seitenansicht des inneren Aufbaus des elektrischen Sicherungselements gemäß 1 in einem Zustand vor einer Auslösung
3 eine schematische Seitenansicht des Aufbaus des elektrischen Sicherungselements gemäß 1 in einem Zustand nach einer Auslösung,
4 eine schematische Darstellung von Elementen eines inneren Gehäuses des elektrischen Sicherungselements gemäß den 1 bis 3,
5 verschiedene Möglichkeiten der Befestigung eines Schmelzleiters des elektrischen Sicherungselements gemäß 1,
6a bis 6c eine erste Abfolge von Schritten zur Herstellung des elektrischen Sicherungselements gemäß 1,
7a bis 7c eine zweite Abfolge von weiteren Herstellungsschritten zur Herstellung des elektrischen Sicherungselements gemäß 1,
8 eine perspektivische Gesamtdarstellung des elektrischen Sicherungselements gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
9 eine schematische Darstellung von Elementen des inneren Gehäuses des elektrischen Sicherungselements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
10a bis 10e eine alternative Abfolge von Schritten zur Herstellung des elektrischen Sicherungselements gemäß 1.
11 eine perspektivische Gesamtdarstellung des elektrischen Sicherungselements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
12 eine perspektivische Darstellung eines Grundgehäuses des Sicherungselements gemäß 10,
13 eine perspektivische Darstellung des elektrischen Sicherungselements gemäß den 11 und 12, wobei der elektrische Schmelzleiter und Kontaktelemente in das Grundgehäuse gemäß 12 eingesetzt sind, und
14 eine perspektivische Darstellung eines Deckelelements des Sicherungselements gemäß 11.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Sicherungselements beschrieben.
1 zeigt eine perspektivische Darstellung der Gesamtanordnung des elektrischen Sicherungselements, das nachstehend vereinfacht als Sicherungselement 1 bezeichnet wird.
Das Sicherungselement 1 umfasst ein erstes oder äußeres Gehäuse 2, das das Sicherungselement 1 zumindest teilweise umschließt. Das als ein diskretes Bauelement aufgebaute Sicherungselement 1 umfasst im Inneren des ersten Gehäuses 2 in jeweiligen Endbereichen des ersten Gehäuses 2 eine erste und eine zweite Anschlusseinrichtung 3 und 4, die an einer Seite des ersten Gehäuses 2 herausragen und ein jeweiliges erstes und zweites Anschlusselement 3a und 4a bilden. In der Darstellung der 1 ragen das erste und zweite Anschlusselement 3a und 4a beispielsweise aus einer unteren Oberfläche des ersten Gehäuses 2 heraus. Das erste Gehäuse kann einstückig oder mehrteilig (d. h. aus mehreren Teilen bestehend) ausgebildet sein.
Mittels der jeweiligen Anschlusselemente 3a und 4a kann einerseits das Sicherungselement 1 in einer Schaltungsanordnung und insbesondere auf einer Leiterplatte oder Platine befestigt werden, und kann andererseits mit der zu sicherenden Schaltungsanordnung elektrisch (galvanisch) verbunden werden. Dies kann durch jede Art eines Lötvorgangs erfolgen, insbesondere durch sämtliche selektiv- und Summenlötverfahren.
Die erste und zweite Anschlusseinrichtung 3 und 4 im Inneren des ersten Gehäuses 2 weist gemäß der Darstellung in 1 in ihrem oberen Bereich eine jeweilige erste und zweite Vertiefung 3b und 4b auf, in welcher ein thermosensitives Verbindungselement angeordnet ist, das nachfolgend vereinfacht als Schmelzleiter 5 bezeichnet wird. Der Schmelzleiter 5 ist gemäß der Darstellung in 1 derart angeordnet, dass er die erste und zweite Anschlusseinrichtung 3 und 4 miteinander verbindet. Der Schmelzleiter 5 ist jeweils mit der ersten und zweiten Anschlusseinrichtung 3 und 4 im Bereich der jeweiligen ersten und zweiten Vertiefung 3b und 4b elektrisch verbunden. Dies kann beispielsweise mittels Löten oder Crimpen erfolgen. In jedem Fall wird zumindest eine elektrische (galvanische) Verbindung zwischen der ersten und zweiten Anschlusseinrichtung 3 und 4 gebildet.
Der Schmelzleiter 5 ist in Verbindung mit der ersten und zweiten Anschlusseinrichtung 3 und 4 auch mechanisch stabil mit der ersten und zweiten Anschlusseinrichtung 3 und 4 verbunden, so dass auch bei Erschütterungen des Sicherungselements 1 ein unerwünschtes Lösen des Schmelzleiters 5 von einer der ersten oder zweiten Anschlusseinrichtungen 3 oder 4 weitgehend ausgeschlossen ist. Es kann somit auch eine gleichzeitige elektrische und mechanische Verbindung erreicht werden.
innerhalb des ersten Gehäuses 2 ist bei dem Sicherungselement 1 ein zweites oder inneres Gehäuse 6 gebildet, das vorzugsweise und gemäß der Darstellung in 1 in einem mittleren Bereich des ersten Gehäuses 2 des Sicherungselements 1 angeordnet ist. Das innere Gehäuse 6 kann einteilig ausgeführt sein, ist jedoch vorzugsweise mehrteilig ausgeführt. Im Einzelnen umfasst das innere Gehäuse 6 eine erste und zweite Seitenwand 7 und 8 sowie ein Deckelelement 9. Des Deckelelement 9 ist auf die erste und zweite Seitenwand 7 und 8 aufgesetzt. Mit dem Einsetzten der Seitenwände 7 und 8 sowie des Deckelelements 9 in das erste Gehäuse 2 wird das innere (zweite) Gehäuse 6 durch Teile der Wände des ersten Gehäuses 2 zu einem im Wesentlichen (d. h. bis auf geringe Spalte entsprechend den unvermeidlichen Fertigungstoleranzen) geschlossenen Gehäuse ergänzt. Dieses geschlossene innere Gehäuse 6 umgibt einen inneren Raum 10, wobei sich die 1 gezeigte Tiefe der Seitenwände 7 und 8 und des Deckelelements 9 zwischen in 1 nicht gezeigten äußeren Seitenwänden des ersten Gehäuses 2 erstreckt und im Wesentlichen dem Parallel-Abstand der Seitenwände des ersten Gehäuses entspricht.
Wie es in 1 dargestellt ist, ist das zweite Gehäuse 6 zwischen der ersten und zweiten Anschlusseinrichtung 3 und 4 angeordnet, die zueinander einen entsprechenden Abstand in Längsrichtung der Erstreckung des Schmelzleiters 5 aufweisen. Der Schmelzleiter 5 erstreckt sich ebenfalls durch das innere (zweite) Gehäuse 6 und wird zumindest teilweise durch die erste und zweite Seitenwand 7 und 8 sowie das Deckelelement 9 umschlossen. Hierzu weisen in einem entsprechenden Bereich jeweils die erste und zweite Seitenwand 7 und 8 sowie das Deckelelement 9 entsprechende Ausnehmungen 16 (Öffnungsbereiche) auf, durch die sich der Schmelzleiter 5 durch das innere Gehäuse 6 von der ersten zur zweiten Anschlusseinrichtung 3 und 4 erstrecken kann. Es besteht hierbei die Möglichkeit, dass der Schmelzleiter 5 zusätzlich durch eine Klemmwirkung zwischen der ersten und zweiten Seitenwand 7 und 8 sowie dem Deckelelement 9 (auch formschlüssig) fixiert wird. Ein vorbestimmter Bereich (Längenabschnitt) des Schmelzleiters 9 befindet sich somit im Inneren des inneren (zweiten) Gehäuses 6.
Innerhalb des inneren Gehäuses 6 und somit im Wesentlichen zwischen der ersten Seitenwand 7 und der zweiten Seitenwand 8 sowie gemäß der Darstellung in 1 unterhalb des (eingesetzten) Deckelelements 9 verläuft der Schmelzleiter 5 frei in dem durch das innere Gehäuse 6 definierten inneren Raum 10.
Der innere Raum 10 wird begrenzt durch die erste und zweite Seitenwand 7 und 8 sowie das Deckelelement 9 des inneren Gehäuses 6, und durch Seitenwände des ersten Gehäuses 2, die im Wesentlichen vertikal zu der Anordnung der ersten und zweiten Seitenwand 7 und 8 des inneren Gehäuses 6 verlaufen und wobei die erste und zweite Seitenwand 7 und 8 des inneren Gehäuses 6 zwischen die jeweiligen angrenzenden Seitenwände des ersten Gehäuses 2 eingesetzt sind, so dass lediglich ein geringer und damit vernachlässigbarer Spalt zwischen diesen Bauteilen gebildet wird. Dieser wird hauptsächlich durch unvermeidbare Fertigungstoleranzen verursacht.
Zwischen dem inneren (zweiten) Gehäuse 6 und dem ersten (äußeren) Gehäuse 2 des Sicherungselements 1 wird des Weiteren ein äußerer Raum 11 gebildet, in welchem Teile des Schmelzleiters 5 sowie die erste und zweite Anschlusseinrichtung 3 und 4 angeordnet sind.
Der äußere Raum 11 kann ein frei bleibender Hohlraum sein. Der äußere Raum 11 kann jedoch auch vollständig oder zumindest teilweise mit einem entsprechenden Material gefüllt sein. Dieses Material in Form beispielsweise einer Vergussmasse ist elektrisch nicht leitend und kann zumindest den Bereich der ersten und zweiten Anschlusseinrichtung 3 und 4 sowie des an diesen Anschlusseinrichtungen 3 und 4 befestigten Schmelzleiters 5 umfassen. Auf diese Weise werden die erste und zweite Anschlusseinrichtung 3 und 4 sowie der Schmelzleiter 5 an ihrer jeweiligen Position fixiert und gehalten. In einer bevorzugten Ausführungsform kann der äußere Raum 11 vollständig mit der isolierenden Vergussmasse ausgefüllt sein.
Der innere Raum 10 innerhalb des inneren Gehäuses 6 kann ebenfalls ein frei bleibender Hohlraum sein, durch den sich lediglich entsprechend einer vorbestimmten Länge in Abhängigkeit von der Größe des inneren Gehäuses 6 der Schmelzleiter 5 erstreckt.
Der innere Raum 10 kann jedoch in ähnlicher Weise wie der äußere Raum 11 ganz oder teilweise mit einem Material gefüllt sein. In diesem Fall kann der Bereich des Schmelzleiters 5, der sich im inneren Gehäuse 6 befindet, ganz oder teilweise mit dem Material umgeben sein.
Im Falle des Auslösens des Sicherungselements 1, wenn ein Nennstrom, den der Schmelzleiter 5 als ein Dauerstrom ohne Schaden tragen kann, durch einen Strom im Fehler- oder Störungsfall erheblich überschritten wird, tritt ein Schmelzen des Schmelzleiters 5 in dem Bereich innerhalb des inneren Gehäuses 6 auf. Es wird somit die Verbindung zwischen der ersten und zweiten Anschlusseinrichtung 3 und 4 unterbrochen, da das geschmolzene Material des Schmelzleiters 5 keine Verbindung mehr bilden kann. Vielmehr wird sich das geschmolzene Material des Schmelzleiters 5 teilweise bei einem ungefüllten inneren Raum 10 in einem Bereich des inneren Gehäuses 6 gemäß 1 finden, und es wird ein Teil des geschmolzenen Materials des Schmelzleiters 5 in den Endbereichen desselben innerhalb des zweiten Gehäuses 6 anhaften. Das Auftreten eines Überstroms (oder Fehlerstroms) stellt eine Auslösebedingung dar. Liegt somit diese Auslösebedingung vor, erfolgt die Auslösung, und hierbei ein Schmelzen des Schmelzleiters 5.
Eine derartige Situation ist in den 2 und 3 dargestellt. 2 zeigt die Seitenansicht des Schmelzleiters 5 im neuen und nicht ausgelösten Zustand, während 3 die gesamte Anordnung und die verbleibenden Teile des Schmelzleiters 5 nach dem Auslösen zeigt.
Gemäß 2 in dem noch nicht ausgelösten Zustand weist der Schmelzleiter 5 innerhalb des inneren Gehäuses 6 seine unveränderte im Wesentlichen werkseitig gebildete Form auf, während gemäß 3 ein Abschnitt des innerhalb des inneren Gehäuses 6 verlaufenden Schmelzleiters 5 nach dem Auftreten eines Überstroms geschmolzen ist. Ein Teil des Materials des Schmelzleiters 5 sammelt sich als ein erstarrter Materialrest 12 nach dem Schmelzen (in Abhängigkeit von der Lage des Sicherungselements und dem Einfluss der Schwerkraft) beispielsweise im unteren Teil des inneren Gehäuses 6, während an den verbleibenden Teilen des Schmelzleiters 5 und insbesondere im Bereich der Durchführung durch die erste und zweite Seitenwand 7 und 8 sowie des Deckelelements 9 des inneren Gehäuses 6 erstarrte Schmelztropfen 13 gebildet werden.
Neben der vorstehen genannten Auslösebedingung (Überstrom) kann in Abhängigkeit von der Dimensionierung und den weiteren Eigenschaften des Schmelzleiters 5 auch eine Auslösung erfolgen, wenn dem Sicherungselement 1 von außen eine große Wärme zugeführt wird. In diesem Fall wird durch das Eindringen der außen vorherrschenden Wärme der Schmelzleiter zum Schmelzen gebracht, so dass auch in diesem Fall die Auslösung (d. h. die Abschaltung bzw. Trennung des zu schützenden Stromkreises) erfolgt. Tritt beispielsweise innerhalb eines Geräts mit der erfindungsgemäßen Sicherungselement 1 ein Brand auf, so kann die dabei entstehenden Wärme nach einer gewissen Zeit in das Innere des Sicherungselements 1 (inneres Gehäuse 6) vordringen und den Schmelzleiter 5 zum Schmelzen bringen. Das Auftreten einer Übertemperatur in der Umgebung des Sicherungselements 1 stellt somit eine weitere Auslösebedingung dar. In praktischen Fällen können beide Auslösebedingungen auch gleichzeitig auftreten. Jede der genannten Auslösebedingungen ist in jedem Fall für sich alleine geeignet, eine sichere Auslösung zu bewirken.
Soll primär die Auslösung durch eine fehlerhafte Übertemperatur erfolgen, kann der Schmelzleiter niederohmig und als massiver Schmelzleiter mit niedrigem Schmelzpunkt ausgestaltet sein.
In den 2 und 3 ist der innere Raum 10 innerhalb des inneren Gehäuses 6 leer bzw. mit Luft gefüllt. In diesem Fall kann sich der erstarrte Materialrest 12 im unteren Teil des inneren Gehäuses 6 bilden. Der geschmolzene Teil des Schmelzleiters 5 besteht somit aus dem erstarrten Materialrest 12 und den Schmelztropfen 13 an den jeweils verbleibenden Teilen des Schmelzleiters 5 innerhalb des inneren Gehäuses 6.
Der innere Raum 10 des inneren Gehäuses 6 kann auch mit einem bestimmten Material ganz oder teilweise gefüllt sein. Ist der innere Raum 10 des inneren Gehäuses 6 mit einem Material gefüllt, das beispielsweise aus einem das geschmolzene Material des Schmelzleiters 5 aufnehmenden Material besteht (beispielsweise aus einem Quarzsand), dann wird das geschmolzene Material des Schmelzleiters 5 von diesem Material im Wesentlichen aufgenommen. Das Material zum Füllen des inneren Raums 10 kann dabei auch zur Löschung eines möglichen Lichtbogens zwischen den verbleibenden Enden des Schmelzleiters 5 nach dem Auslösen dienen. Hierbei kann als Füllung neben anderen gleichartig wirkenden Materialien Sickstoff oder können Glasperlen (oder Gemische) verwendet werden. Ferner können auch Materialien mit Eigenschaften eines Flussmittels dienen, wie beispielsweise Lötstein. In den 2 und 3 ist das Material zum Füllen des inneren Raums 10 zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeigt.
Gemäß 2 kann der Schmelzleiter 5 im Wesentlichen in einem mittleren Bereich 14 in dem Verlauf des Schmelzleiters 5 innerhalb des inneren Raums 10 des inneren Gehäuses 6 einen gegenüber den weiteren Teilen des Schmelzleiters 5 einen veränderten, und insbesondere einen verringerten Durchmesser aufweisen. Der verringerte Durchmesser bewirkt, dass der Schmelzleiter in Abhängigkeit von den Dimensionen und speziell einem zu tragenden Dauerstrom und einem Auslösestrom im Wesentlichen in dem mittleren Bereich 14 schmilzt. Der geometrische Schmelzpunkt findet somit an einem vorbestimmten Ort bzw. innerhalb eines vorbestimmten Bereichs in dem inneren Gehäuse 6 stakt. Diese Wirkungsweise ist unabhängig davon, welcher Art die Auslösebedingung ist.
Der Schmelzleiter 5 kann eine verschiedene Querschnittsform aufweisen, beispielsweise einen Kreisquerschnitt, einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt oder andere denkbare Formen. In jedem Fall ist zumindest die Querschnittsfläche des Schmelzleiters 5 in dem mittleren Bereich 14 im inneren Gehäuse 6 derart dimensioniert, dass ein vorbestimmter Dauerstrom ohne eine Auslösung getragen werden kann, und eine Auslösung ab einem weiteren vorbestimmten Überstrom sicher statt findet. Es wird dabei verhindert, dass der Schmelzleiter 5, der in Endbereichen 15 (schraffierte Bereiche in den 2 und 3) jeweils an der ersten und zweiten Anschlusseinrichtung 3 und 4 befestigt ist, durch Aufschmelzen an dieser Stelle die mechanische und elektrische Verbindung lösen kann. Beim Auslösen des Sicherungselements 1 wird somit wirksam verhindert, dass in den Endbereichen 15 des Schmelzleiters 5 eine unerwünschte und unkontrollierte Lösung der Verbindung auftritt. Der Schmelzbereich des Schmelzleiters 5 ist vielmehr auf den inneren Raum 10, d. h, auf das innere Gehäuse 6 beschränkt.
Die 4a und 4b zeigen in einer weiteren Darstellung die Anordnung des inneren Gehäuses 6, wobei gemäß 4a das innere Gehäuse 6 in das äußere (erste) Gehäuse 2 eingesetzt ist. Insbesondere sind die erste und zweite Seitenwand 7 und 8 gemäß 4b mit einem entsprechenden Abstand zueinander (in der Richtung der Erstreckung des Schmelzleiters 5 im ersten Gehäuse 2) in das erste Gehäuse 2 eingesetzt. 4a zeigt die zwischen Außenwände des ersten Gehäuses 2 eingesetzte erste Seitenwand 7. In gleicher Weise gilt dies auch für die zweite Seitenwand 8. Auf die Seitenwände 7 und 8 des inneren Gehäuses 6 wird das Deckelelement 9 aufgesetzt, wobei das Deckelelement 9 direkt ohne Überlappung auf die erste und zweite Seitenwand 7 und 8 aufgesetzt werden kann, oder ein Aufsetzen mit einer vorbestimmten Überlappung auftreten kann, wobei in diesem Fall das Deckelelement 9 in der entsprechenden Ausdehnung größer ausgeführt ist als der Abstand der ersten und zweiten Seitenwand 7 und 8 zueinander. In 4b sind die Komponenten des inneren Gehäuses 6, d. h. das Deckelement 9 und die Seitenwände 7 und 8 zur Verbesserung der Darstellung mit einem Abstand zueinander gezeigt. In dem montierten bzw. zusammengesetzten Zustand ist die Anordnung gemäß der Darstellung in 1 und 4a.
Zwischen dem Deckelelement 9 und den Seitenwänden 7 und 8 ist jeweils die Ausnehmung 16 gebildet, die eine Größe und Form aufweist, dass sich der Schmelzleiter 5 durch den inneren Raum 10 des inneren Gehäuses 6 erstrecken kann.
Wird der äußere Raum 11 innerhalb des ersten Gehäuses 2 und außerhalb des inneren Gehäuses 6 mit einer entsprechenden Vergussmasse ganz oder teilweise aufgefüllt, werden in gleicher Weise wie bei dem Schmelzleiter 5 und der ersten und zweiten Anschlusseinrichtung 3 und 4 auch die Teile des inneren Gehäuses in ihrer vorbestimmten Position gehalten.
Gemäß 4a liegen die erste und zweite Seitenwand 7 und 8 an den jeweiligen Seitenwänden des ersten Gehäuses 2 derart an, dass in dem Fall des Auffüllens des äußeren Raums 11 mit einem Material, beispielsweise der vorstehend angegebenen Vergussmasse, diese nicht in das innere Gehäuse 6 und somit in den inneren Raum 10 eindringen kann. Vorzugsweise umfasst daher der Öffnungsbereich der Ausnehmung 16 gemäß 4a im Wesentlichen die Kontur (Form) der Querschnittsfläche des Schmelzleiters 5. Es können nur geringe Spalte durch entsprechende Fertigungstoleranzen zwischen den beteiligten Komponenten auftreten.
Gemäß den vorstehenden Angaben ist der Schmelzleiter 5 beispielsweise mit seinen Endbereichen 15 an der ersten und zweiten Anschlusseinrichtung 3 und 4 in mechanischer Hinsicht befestigt und in elektrischer Hinsicht verbunden.
5 zeigt exemplarisch und nicht abschließend verschiedene Möglichkeiten der mechanischen und auch elektrischen Verbindung des Schmelzleiters 5 mit jeweils einer der ersten und zweiten Anschlusseinrichtungen 3 und 4.
Gemäß 5a und 5b kann der Schmelzleiter 5 in einen Vertiefungsbereich 5-1 eingesetzt werden. Der Schmelzleiter 5 wird dort mechanisch gehalten und kann in elektrischer Weise beispielsweise durch Verlöten oder Crimpen auch elektrisch sicher verbunden werden. Der Schmelzleiter 5 verläuft dann in entsprechender Weise gemäß den 1 bis 3 zwischen den jeweiligen ersten und zweiten Anschlusseinrichtungen 3 und 4 und durchläuft das innere Gehäuse 6.
Gemäß 5c wird der Schmelzleiter 5 mechanisch gehalten und gleichzeitig elektrisch angeschlossen, indem der Schmelzleiter durch Löten oder Verschweißen mit der jeweiligen ersten und zweiten Anschlusseinrichtung 3 und 4 verbunden wird.
Gemäß 5d ist es erforderlich, den Schmelzleiter 5 durch einen Öffnungsbereich 5-2 zu stecken. Mittels dieser formschlüssigen mechanischen Verbindung wird der Schmelzleiter gehalten und wird anschließend elektrisch (galvanisch) durch beispielsweise Löten oder Verschweißen verbunden.
In sämtlichen Fällen der beispielhaften Ausführung der ersten und zweiten Anschlusseinrichtungen 3 und 4 gemäß der Darstellung in 5 befinden sich die jeweiligen ersten und zweiten Anschlusseinrichtungen 3 und 4 mit einem Abstand zueinander, wobei zwischen diesen Anschlusseinrichtungen 3 und 4 das innere Gehäuse 6 angeordnet ist und der durch die erste und zweite Anschlusseinrichtung 3 und 4 getragene und elektrisch verbundene Schmelzleiter 5 durch das innere Gehäuse entsprechend der Darstellung in den 1 bis 3 verläuft.
Die einzelnen Anschlusseinrichtungen 3 und 4 in beispielsweise der in 5 dargestellten Form werden mit ihren unteren schmaleren Enden, die aus dem ersten Gehäuse 2 herausragen, in entsprechende Öffnungsbereiche in Leiterplatten 17 (2 und 3) eingesteckt und dort elektrisch beispielsweise durch Löten oder Verschweißen mit auf der Leiterplatte 17 angeordneten Leiterbahnen verbunden. Die 2 und 3 zeigen als Beispiel die Leiterplatte 17, auf der das Sicherungselement 1 angeordnet ist. Das Sicherungselement 1 gemäß der vorliegenden Erfindung kann dabei geringen Abmessungen aufweisen, so dass eine leichte Handhabung beim Bestücken einer Leiterplatte oder dergleichen sowie eine günstige Lagerhaltung gewährleistet sind. Die Dimensionen der Seitenlängen des Sicherungselements 1 als ein diskretes Bauelement können dabei in Bereichen von etwa 5 bis 15 mm liegen, oder auch etwa 8 bis 12 mm betragen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Dimensionen festgelegt. Die Seitenlängen können in den drei Raumrichtungen unterschiedliche Ausdehnung aufweisen und es können die Dimensionen Des Sicherungselements 1 den Anforderungen in technischer Hinsicht und gemäß der zu verwendenden Leiterplatte bestimmt werden.
Technische Schritte zur Herstellung des Sicherungselements 1 zum Unterbrechen eines Stromkreises nach Auftreten eines Überstroms bzw. Fehlerstroms oder einer Übertemperatur werden unter Bezugnahme auf die 6 und 7 nachstehend beschrieben.
Gemäß 6a ist in einem ersten Schritt eine Grundanordnung bereitgestellt, bestehend aus einem Teil des ersten (äußeren) Gehäuses 2 sowie den beiden Seitenwänden 7 und 8 des inneren Gehäuses 6, wobei die Seitenwände 7 und 8 an ihrer vorbestimmten Position innerhalb des ersten Gehäuses 2 angeordnet sind und einen ersten Teil des inneren Gehäuses darstellen.
In einem nachfolgenden zweiten Schritt gemäß 6b werden zu der Grundanordnung gemäß 6a die erste und zweite Anschlusseinrichtung 3 und 4 in die in 6a angeordneten Teile des ersten Gehäuses 2 an der entsprechenden Stelle (siehe 1 bis 3) eingesetzt. Die erste und zweite Anschlusseinrichtung 3 und 4 werden derart eingesetzt, dass ein vorbestimmter Teil innerhalb des ersten Gehäuses 2 angeordnet ist und weitere Teile aus dem ersten Gehäuse 2 für eine Befestigung auf einer Leiterplatte oder für eine in sonstiger Weise erforderliche elektrische Kontaktierung herausragen.
Gemäß 6e wird danach in einem dritten Schritt der Schmelzleiter 5 bereitgestellt und in das erste Gehäuse 2 derart eingesetzt, dass der Schmelzleiter 5 von beiden Anschlusseinrichtungen 3 und 4 gehalten wird und ebenso an der ersten und zweiten Seitenwand 7 und 8 an deren Ausnehmungen 16 (4) vorbeiführt. Die damit erreichte Lage des Schmelzleiters 5 ist die Lage im unteren Bereich von 6c.
Gemäß der Darstellung in 7a erfolgt ein Kontaktieren des Schmelzleiters 5 mit der jeweiligen ersten und zweiten Anschlusseinrichtung 3 und 4 in einem nachfolgenden vierten Schritt. Dies kann durch Löten, Schweißen oder Crimpen erfolgen. Hierbei wird neben einer mechanischen Befestigung auch eine sichere elektrische Verbindung erreicht, so dass über den Schmelzleiter 5 eine elektrische (galvanische) Verbindung von der ersten Anschlusseinrichtung 3 zur zweiten Anschlusseinrichtung 4 besteht. Die elektrische und mechanische Verbindung des Schmelzleiters 5 mit der ersten und zweiten Anschlusseinrichtung 7 und 8 wird an den Endbereichen 15 (siehe 2 und 3) vorgenommen.
In einem nachfolgenden fünften Schritt gemäß 7b wird auf die erste und zweite Seitenwand 7 und 8 des inneren Gehäuses 6 und somit auch auf den bereits dort angeordneten Schmelzleiter 5 das Deckelelement 9 aufgesetzt, so dass der geschlossene innere Raum 10 relativ zu dem das innere Gehäuse 6 umgebenden äußeren Raum 11 gebildet wird. Das Deckelelement 9 des inneren Gehäuses 6 kann dabei formschlüssig mit seiner Ausnehmung 16 (4) auf die jeweilige erste und zweite Seitenwand 7 und 8 sowie auf den Schmelzleiter 5 aufgesetzt werden. Das Deckelelement 9 kann auch auf den Seitenwänden 7 und 8 befestigt werden, insbesondere bei einer Überlappung des Deckelelements 9 mit den Seitenwänden 7 und 8. Das Deckelelement 9 des inneren Gehäuses 6 bildet einen zweiten Teil des inneren Gehäuses 6.
Gemäß der Darstellung in 7c wird in einem sechsten Schritt zur Herstellung des Sicherungselements 1 die Vergussmasse in den äußeren Raum 11 eingefüllt, so dass der äußere Raum 11 vollständig oder zumindest teilweise aufgefüllt wird, wobei das innere Gehäuse 6 umschlossen und insbesondere das Deckelelement 9 an der gemäß 7b dargestellten Position befestigt wird.
Wird der äußere Raum 11 des ersten Gehäuses 2 vollständig mit der Vergussmasse aufgefüllt, dann kann die Vergussmasse auch gleichzeitig eine obere Abdeckung des ersten Gehäuses 2 darstellen. Alternativ kann beispielsweise gemäß der Darstellung in 4a auch eine getrennte Abdeckung auf das erste Gehäuse 2 gesetzt werden, nachdem die Vergussmasse ganz oder teilweise in den äußeren Raum 11 eingefüllt wurde.
Mit den vorstehend beschriebenen Schritten zur Herstellung des Sicherungselements 1 kann auf einfache Weise das verlässlich arbeitende Sicherungselement gebildet werden, wobei mit dem Einfüllen der Vergussmasse ein hermetisch dichtes Bauteil erreicht werden kann. Insbesondere ist das innere Gehäuse 6 gegenüber Einflüssen von außen abgedichtet. Andererseits kann im Falle des Auslösens des Sicherungselements 1 in Folge eines Überstroms geschmolzenes Material des Schmelzleiters 5 nicht aus dem Sicherungselement 1 nach außen dringen. Das geschmolzene Material des Schmelzleiters 5 wird vollständig im inneren Raum 10 des inneren Gehäuses 6 aufgefangen.
Das Einbringen der Vergussmasse in den äußeren Raum 11 zwischen dem ersten Gehäuse 2 und dem inneren Gehäuse 6 ergibt des Weiteren einen Vibrationsschutz, so dass ein mechanisches und elektrisches Lösen des Schmelzleiters 5 von der ersten und/oder der zweiten Anschlusseinrichtung 3 und 4 nahezu ausgeschlossen ist. Auf diese Weise ist eine verlässliche Funktion des Sicherungselements 1 auch dann gewährleistet, wenn das Sicherungselement 1 in einem Anwendungsbereich mit starken Vibrationen (beispielsweise in Kfz-Bereich) eingesetzt wird.
Die in das Gehäuse 2 eingefüllte Vergussmasse bildet ebenfalls für die innerhalb des Gehäuses 2 angeordneten Komponenten des Sicherungselements 1 einen Korrosionsschutz.
Für das Gehäuse 2 kommen sämtliche Materialien oder Materialkombinationen in Frage, die einerseits elektrisch isolierend und andererseits gegen zu erwartende Umwelteinflüsse beständig sind und die Funktion des Sicherungselements 1 nicht beeinträchtigen. Dies gilt in gleicherweise für die in den äußeren Raum 11 einzufüllende Vergussmasse, wobei im weiteren Sinne Kunststoffe und Kunstharze und weitere isolierende Materialien in Frage kommen.
Für den Schmelzleiter 5 kommen alle elektrisch leitenden Materialien (Legierungen) in Frage, die einen definierten Schmelzpunkt bzw. einen definierten Schmelzbereich aufweisen. Gemäß der vorstehenden Darstellung sind beliebige Formen und Längen je nach den elektrischen Bedingungen (Auslösebedingungen), und in Verbindung mit den elektrischen Bedingungen nach den zugehörigen thermischen Anforderungen möglich. In Abhängigkeit von der gewählten Form und den weiteren Dimensionen (Länge und gegebenenfalls veränderlicher Querschnittsfläche bzw. Dicke) des eingesetzten Schmelzleiters 5 sind die Ausführung und Dimension der ersten und zweiten Anschlusseinrichtung 3 und 4 sowie der ersten und zweiten Seitenwand 7 und 8 und des Deckelelements 9 des inneren Gehäuses 6 zu wählen.
Gemäß den bisherigen Darstellungen in den Figuren ist einerseits der äußere Raum 11 ganz oder zumindest teilweise mit einer Vergussmasse gefüllt, während der innere Raum 10 ohne eine besondere Füllung dargestellt ist. Gemäß der vorstehenden Beschreibung kann jedoch der innere Raum 10 ebenfalls mit einer Füllmasse gefüllt sein, wobei diese beständig gegenüber dem geschmolzenen Material des Schmelzleiters 5 sein muss.
Ist beabsichtigt, den inneren Raum 10 mit einem Material ganz oder zumindest teilweise aufzufüllen, dann kann dies alternativ bei einem der Schritte der jeweiligen Darstellungen in den 6b, 6c und 7a erfolgen. Eine Füllung mit einem porösen oder schüttfähigen Material kann auch dann erfolgen, wenn der Schmelzleiter 5 eingesetzt und befestigt ist.
Die Füllung kann bis zur oberen Kante der jeweiligen ersten und zweiten Seitenwand 7 und 8 erfolgen, so dass bedarfsweise eine nahezu vollständige Füllung des inneren Raums 10 gewährleistet ist. Das Füllen des inneren Raums 10 kann somit vor dem fünften Schritt gemäß 7b erfolgen, in welchem das Einsetzen des Deckelelements 9 angegeben ist.
Mittels des erfindungsgemäßen Sicherungselements 1 und der vorstehend beschriebenen Herstellung wird das Sicherungselement 1 in Form einer Thermosicherung mit einer verlässlichen Sicherungswirkung und mit kostengünstigen Maßnahmen hergestellt. Die vorstehend beschriebenen Abläufe und Herstellungsschritte zum Erreichen des Sicherungselements 1 sind vollständig oder zumindest teilweise automatisierbar, so dass eine kostengünstige Herstellung gewährleistet ist. Insbesondere ist eine kostengünstige Großserienfertigung des Sicherungselements 1 als ein diskretes und funktionssicheres Bauelement möglich. Das Sicherungselement 1 kann in eine Platine oder Leiterplatte (beispielsweise Leiterplatte 17) eingesetzt werden, wobei im Allgemeinen ein Verlöten eine sichere elektrische und mechanische Verbindung darstellt. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, das Sicherungselement 1 als diskretes Bauelement in eine entsprechende Fassung auf der Leiterplatte einzusetzen, so dass ein Wechseln des dann defekten Sicherungselements nach dem Auslösen (nach dem Schmelzen des Schmelzleiters 5) leicht möglich ist.
In Verbindung mit den 6 und 7 wurde beispielhaft ein Herstellungsablauf mit möglichen Schritten eins bis sechs beschrieben. Alternativ hierzu besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Fertigungsschritte gemäß den 6b bis 7a (Schritte zwei bis vier) außerhalb des ersten Gehäuses 2 vorzunehmen. In diesem Fall werden die erste und zweite Anschlusseinrichtung 3 und 4 in der vorgesehenen Länge des Schmelzleiters 5 ausgerichtet und der Schmelzleiter 5 mit der ersten und zweiten Anschlusseinrichtung 3 und 4 zusammengeführt und dort mechanisch und elektrisch befestigt. Hierbei kann in der bekannten Weise eine Crimpverbindung oder eine Löt- oder Schweißverbindung verwendet werden. Die somit geschaffene Komponente bestehend aus der ersten und zweiten Anschlusseinrichtung 3 und 4 sowie dem Schmelzleiter 5 kann dann in Analogie zur Darstellung in 6b in das erste Gehäuse 2 eingesetzt werden, so dass gleichzeitig auch der Schmelzleiter 5 auf der ersten und zweiten Seitenwand 7 und 8 angeordnet wird. Die weiteren Herstellungsschritte sind die gleichen, wie sie vorstehend beschrieben wurden. Nach dem Einsetzen der Komponente kann im Bedarfsfall der innere Raum 10 des inneren Gehäuses 6 mit einem vorbestimmten Material ganz oder teilweise gefüllt werden.
Unter Bezugnahme auf 8 wird nachstehend ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Der Aufbau des Sicherungselements 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist im Wesentlichen gleich demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels, wie es in den 1 bis 3 gezeigt ist, wobei jedoch gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel die erste und zweite Anschlusseinrichtung 3 und 4 in geänderter Form ausgeführt ist, so dass die entsprechenden Anschlusselemente 3a und 4a an einer anderen Stelle aus dem ersten Gehäuse 2 austreten, als dies in der Darstellung gemäß 1 der Fall ist.
Während gemäß 1 die Anschlusselemente 3a und 4a aus dem unteren Teil des ersten Gehäuses 2 austreten, um in entsprechende Öffnungen in der Leiterplatte 17 oder Platine eingesetzt zu werden, treten nun die Anschlusselemente 3a und 4a an gegenüberliegenden Seitenwänden des ersten Gehäuses 2 aus. Zu diesem Zweck sind die ersten und zweiten Anschlusseinrichtungen 3 und 4 abgewinkelt ausgeführt, so dass gemäß 8 ein im Wesentlichen vertikaler Teil der ersten und zweiten Anschlusseinrichtung 3 und 4 in gleichartiger Weise wie in der Darstellung gemäß 1 ausgeführt ist, so dass der Schmelzleiter 5 in entsprechende Ausnehmungen eingesetzt werden kann. Der Schmelzleiter 5 wird beim zweiten Ausführungsbeispiel in gleicher Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel sowohl mechanisch als auch elektrisch mit der ersten und zweiten Anschlusseinrichtung 3 und 4 verbunden. Hierbei kann ein Löten, Schweißen oder Crimpen zur Anwendung kommen.
Der untere Teil der ersten und zweiten Anschlusseinrichtung 3 und 4 ist in 8 abgewinkelt dargestellt, so dass das zugehörige Anschlusselement 3a oder 4a beispielsweise seitlich aus dem ersten Gehäuse 2 austreten kann.
Die erste und zweite Anschlusseinrichtung 3 und 4 muss nicht notwendigerweise in der dargestellten Form abgewinkelt werden, vielmehr besteht auch die Möglichkeit, die erste und zweite Anschlusseinrichtung 3 und 4 in einem vorbestimmten Bereich bogenförmig auszuführen, so dass das seitliche Austreten der jeweils zugehörigen Anschlusselemente 3a und 4a gewährleistet ist.
Zur erleichterten Montage kann unterhalb des abgewinkelten oder gebogenen Teils der ersten und zweiten Anschlusseinrichtung 3 und 4 ein entsprechender Sockel innerhalb des ersten Gehäuses 2 angeordnet werden.
In Abhängigkeit von der Position des Austretens der Anschlusselemente 3a und 4a aus dem ersten Gehäuse 2 kann somit auch ein Oberflächen-montierbares Bauelement gebildet werden.
Die Wirkungsweise und Funktion des Sicherungselements 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel und der sonstige Aufbau sind gleichartig zu denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels.
9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einer alternativen Ausführungsform des inneren Gehäuses 6.
Gemäß der Darstellung in 1 und in Verbindung mit weiteren Einzelheiten in 4 kann das innere Gehäuse beispielsweise aus im Wesentlichen drei Teilen bestehen, d. h. der ersten und zweiten Seitenwand 7 und 8 sowie dem Deckelelement 9. Bei der Herstellung werden die beiden Seitenwände 7 und 8 in das erste Gehäuse 2 eingesetzt, und es wird nach dem Einsetzen des Schmelzleiters 5 das Deckelelement 9 auf die erste und zweite Seitenwand 7 und 8 aufgesetzt (6a und 7b).
Im Gegensatz zu dieser Ausführungsform des inneren Gehäuses 6 weist das innere Gehäuse 6 gemäß 9 im Wesentlichen zwei Komponenten auf.
Das Deckelelement 9 ist gleichartig ausgeführt zu der Ausführungsform gemäß den 1 und 4. Gemäß 9 wird jedoch der untere Teil des inneren Gehäuses 6 aus einem Grundelement 19 gebildet, wobei dieses Grundelement 19 aus einem Bodenelement 20 und den beiden Seitenwände 7 und 8 besteht, wobei das Bodenelement 20 die beiden Seitenwände 7 und 8 verbindet.
Das Grundelement 19 kann als ein Modul aus drei einzelnen Teilen, d. h. der ersten und zweiten Seitenwand 7 und 8 sowie dem Bodenelement 20 vorab gebildet werden, oder kann einstückig als das Grundelement 19 hergestellt werden.
Bei dem mit den 6 und 7 beschriebenen Herstellungsverfahren tritt in Verbindung mit dem hier alternativ zweiteilig ausgebildeten inneren Gehäuse 6 keine Änderung der Herstellungsvorgänge oder Fertigungsschritte (Verfahrensschritte) auf. An Stelle des Einsetzens der ersten und zweiten Seitenwand 7 und 8 im ersten Verfahrensschritt in das erste Gehäuse 2 wird das Grundelement 19 einstückig eingesetzt, worauf die weiteren Fertigungsschritte in unveränderter Art und Reihenfolge gemäß der vorstehenden Beschreibung angewendet werden können.
Mit der zweiteiligen Anordnung des inneren Gehäuses 6 gemäß der Darstellung in 9 besteht die Möglichkeit, in Verbindung mit dem Grundelement 19 lediglich ein Element in das erste Gehäuse 2 einzusetzen, wobei des Weiteren die Seitenwände 7 und 8 bereits positioniert und ausgerichtet sind. Es besteht ferner die Möglichkeit, das Bodenelement 20 als Teil des Grundelements 19 derart auszuführen, dass in gleichartiger Weise wie in 3 ein erstarrter Materialrest des geschmolzenen Schmelzleiters 5 sicher und gefahrlos aufgenommen werden kann.
In gleicher Weise wie bei der Ausführung des inneren Gehäuses 6 gemäß den 1 und 4 kann auch das zweite Gehäuse 6 in Verbindung mit der Anordnung gemäß 9 mit einem entsprechenden Material ganz oder teilweise gefüllt werden.
Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform des inneren Gehäuses 6 kann das Deckelelement 9 in der Weise ausgeführt sein, dass in dem Bereich der Ausnehmungen 16 die nach unten gerichteten Wände des Deckelelements 9 direkt mit den ersten und zweiten Seitenwänden 7 und 8 fluchten. Dies ist in 9 dargestellt. Es kann jedoch auch das Deckelelement 9 in seiner Längsausdehnung, d. h. in seiner Ausdehnung längs der Erstreckung des Schmelzleiters 5, länger ausgeführt sein als beispielsweise die Längsausdehnung des Bodenelements 20 in derselben Richtung, so dass das Deckelelement 9 mit seinen nach unten gerichteten Wänden im Bereich der Ausnehmungen 16 die erste und zweite Seitenwand 7 und 8 zumindest geringfügig überlappen kann.
Des Weiteren wird in gleicher Weise wie in der Darstellung der 1 und 4 der innerhalb des inneren Gehäuses 6 liegende innere Raum 10 auch durch die Seitenwände des ersten Gehäuses 2 im Bereich des inneren Gehäuses 6 ergänzt.
10 zeigt eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung des Sicherungselements 1, wobei die nachstehend beschriebenen Herstellungsschritte eine alternative zu den Herstellungsschritten der 6 und 7 darstellen.
Gemäß 10a wird in gleicher Weise wie in Figur 6a in einem ersten Schritt 10.1 eine Grundanordnung bereitgestellt, bestehend aus einem Teil des ersten (äußeren) Gehäuses 2 sowie einem ersten Teil 6a des inneren Gehäuses 6. Der erste Teil 6a des inneren Gehäuses 6 ist an einer vorbestimmten Stelle oder in einem vorbestimmten Bereich des ersten Gehäuses 2 angeordnet. Der erste Teil 6a des inneren Gehäuses 6 kann dabei dem Grundelement 19 entsprechen, das in 9 gezeigt ist.
Gemäß 10b wird in einem zweiten Schritt 10.2 eine Grundanordnung aus dem Schmelzleiter 5 und der ersten und zweiten Anschlusseinrichtung 3 und 4 bereitgestellt. Hierbei sind die vorstehend angegebenen Komponenten 3, 4 und 5 in der erforderlichen Weise miteinander verbunden. Es können somit diese Komponenten 3, 4 und 5 vorab montiert werden. Die elektrische und mechanische Verbindung des Schmelzleiters 5 mit der ersten und zweiten Anschlusseinrichtung 3 und 4 wird an den Endbereichen 15 (siehe auch 2 und 3) vorgenommen, wobei hier Löten, Schweißen, Crimpen oder eine andere gleichwertige Verbindungstechnik angewendet werden kann. Des Weiteren können die Ausführungen der ersten und zweiten Anschlusseinrichtungen 3 und 4 verwendet werden, wie sie beispielshaft in 5 gezeigt sind.
Die erste und zweite Schritt 10.1 Und 10.2 sind im Wesentlichen zueinander parallel bzw. die tatsächliche Reihenfolge ist nicht von Bedeutung.
In einem weiteren dritten Schritt 10.3 werden die Anordnungen, die aus den Schritten 10.1 und 10.2 hervorgegangen sind, gemäß 10c zusammengesetzt. Insbesondere wird der Schmelzleiter 5 mit den Anschlusseinrichtungen 3 und 4 in das erste Gehäuse 2 und dort auf den ersten Teil 6a des inneren (zweiten) Gehäuses 6 eingesetzt. Teile der Anschlusseinrichtungen 3 und 4 ragen dabei aus dem ersten Gehäuse 2 heraus und sind geeignet, nach einer Positionierung auf einer Leiterplatte dort befestigt und beispielsweise gelötet zu werden.
Gemäß 10d wird entsprechend einem vierten Schritt 10.4 in das erste Gehäuse 2 und auf den Schmelzleiter 5 sowie auf den ersten Teil 6a des inneren Gehäuses 6 der zweite Teil des inneren Gehäuses 6 in Form des Deckelelements 9 aufgesetzt. Die Anordnung des inneren Gehäuses 6 entspricht somit im Wesentlichen der Darstellung der Teile des inneren Gehäuses 6 in 9.
Durch diese Maßnahme nach dem vierten Schritt 10.4 wird in gleicher Weise wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen und Anordnungen in Verbindung mit Seitenwänden des ersten Gehäuses 2 der geschlossene innere Raum 10 gebildet, in dem ein Teil des Schmelzleiters 5 verläuft. Außerhalb des inneren Gehäuses 6, d. h. zwischen dem inneren Gehäuse 6 und dem äußeren Gehäuse 2 befindet sich der äußere Raum 11, in welchem auch die Anschlusseinrichtungen 3 und 4 sowie Teile des Schmelzleiters 5 angeordnet sind. Der innere Raum 10 kann ebenfalls ganz oder teilweise mit einem Material gefüllt werden, wie es bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel angegeben ist.
10e zeigt die Anordnung des Sicherungselements 1, nachdem in einem fünften Schritt 10.5 der äußere Raum 11 im Inneren des ersten Gehäuses 2 und außerhalb des inneren Gehäuses 6 mit einer Vergussmasse gefüllt wurde, Hierbei wird das erste Gehäuse 2 an der bisher noch freien Öffnung mittels der eingefüllten Vergussmasse verschlossen und kann bedarfsweise eine Abdeckung (nicht gezeigt) erhalten. In jedem Fall ragen Anschlussbereiche der beiden Anschlusseinrichtungen 3 und 4 aus dem ersten Gehäuse 2 und damit auch aus der Vergussmasse heraus. Das erste Gehäuse 2 kann dabei ganz oder auch nur zum Teil mit der Vergussmasse gefüllt werden, wobei jedoch das erste Gehäuse 2 nahezu vollständig gefüllt wird, wenn auf eine Abdeckung auf dem ersten Gehäuse 2 verzichtet wird.
Das gemäß der vorstehenden Beschreibung in Verbindung mit 10 hergestellte Sicherungselement 1 weist die gleichen Eigenschaften, Vorteile und eine gleichartige Funktion auf. Es kann bei der gebildeten Anordnung des in 10 gezeigten Sicherungselements 1 eine Auslösung bei einem Überstrom und/oder bei einer Übertemperatur der Umgebung des Sicherungselements 1 erfolgen. Eine vollständige oder zumindest teilweise automatisierte Fertigung ist möglich.
Ferner besteht die weitere Möglichkeit eines alternativen Fertigungsverfahrens, indem die in Schritt 10.2 gewonnene Anordnung (Schmelzleiter 5 und die erste und zweite Anschlusseinrichtung 3 und 4) in den ersten (unteren) Teil 6a des inneren Gehäuses 6 eingesetzt und danach das zugehörige Deckelelement 9 angebracht wird. Die auf diese Weise erhaltene Anordnung mit den Komponenten 3, 4, 5, 6a und 9 kann dann als ein Modul in das erste Gehäuse 2 eingesetzt werden, wonach der Vorgang des Vergießens (Auffüllen des äußeren Raums 11) stattfinden kann. Somit werden die in das erste Gehäuse 2 eizusetzenden Komponenten 3 4, 5, 6a und 9 in Verbindung mit den inneren (zweiten) Gehäuse 6 vor dem Einsetzen in das erste Gehäuse 2 als ein Modul aufgebaut, das getrennt von dem ersten Gehäuse 2 zusammengesetzt wird. Im Ergebnis wird ebenfalls das erfindungsgemäße Sicherungselement 1 erhalten.
Mit den vorstehend beschriebenen Anordnungen des Sicherungselements 1 wird ein Sicherungselement beschrieben, dessen Funktion und Ansprechen auf Überströme sowie auf zu hohe und damit fehlerbedingte Umgebungstemperaturen gewährleistet ist, und wobei Fehlfunktionen weitgehend ausgeschlossen werden. Das erste Gehäuse, in das ein zumindest zweiteiliges inneres Gehäuse 6 eingesetzt ist, bietet den für die Sicherungsfunktion wesentlichen Elementen, wie dem Schmelzleiter 5 und seinen Anschlusseinrichtungen 3 und 4 ein hohes Maß an mechanischer Stabilität, an einem sicheren elektrischen Kontakt und an einem erheblichen Schutz gegen äußere mechanische Einflüsse sowie gegen Korrosion.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele betreffen auch folgende Aspekte.
Das zweite Gehäuse des Sicherungselements kann zumindest zwei Teile aufweisen. Hierbei kann das zweite Gehäuse ein Deckelelement und eine erste und eine zweite Seitenwand oder ein Deckelelement und ein Grundelement aufweisen. Dies führt zu einer flexiblen Gestaltung des zweiten (inneren) Gehäuses und unterstützt eine zumindest teilweise automatisierte Fertigung. Das zweite Gehäuse des Sicherungselements kann zwischen der ersten und der zweiten Anschlusseinrichtung angeordnet sein. Die erste und die zweite Anschlusseinrichtung können in einem zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuse gebildeten äußeren Raum angeordnet sein. Auf diese Weise ist der Schmelzleiter außerhalb des zweiten Gehäuses befestigt und kontaktiert. Des Weiteren kann der äußere Raum ganz oder teilweise mit einer Vergussmasse gefüllt sein, wodurch eine elektrische Isolation und eine verbesserte mechanische Festigkeit und Stabilität der gesamten Anordnung erreicht werden.
Die erste und zweite Seitenwand, das Grundelement und das Deckelelement können entsprechende Ausnehmungen aufweisen, in welchen der zwischen der ersten und zweiten Anschlusseinrichtung angeordnete Schmelzleiter verlaufen kann. Hierdurch wird der durch das zweite Gehäuse verlaufende Schmelzleiter geführt und positioniert, Des Weiteren könne die Auslösebedingungen einen Überstrom (Fehlerstrom) und/oder eine Übertemperatur sein. Auf diese Weise kann sowohl ein in einer zu schützenden Schaltung auftretender Überstrom als auch eine von außen auf das Sicherungselement einwirkende Wärme zur sicheren Auslösung führen, wobei die genannten Auslösebedingungen auch gleichzeitig auftreten können.
Hinsichtlich des Verfahrens kann der Schritt des Einsetzens und Verbindens des Schmelzleiters des Weiteren den Schritt des vollständigen oder teilweisen Füllens des zweiten Gehäuses mit einem Füllmaterial umfassen. Es kann ferner der Schritt des Bereitstellens eines ersten Teils des zweiten Gehäuses den Schritt des Bereitstellens einer ersten und einer zweiten Seitenwand, oder den Schritt des Bereitstellens eines Grundelements des zweiten Gehäuses umfassen. Bei dem Verfahren kann der Schritt des Verbindens des Schmelzleiters das elektrische und mechanische Verbinden des Schmelzleiters mit der ersten und zweiten Anschlusseinrichtung umfassen.
Nachstehend wird ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sicherungselements 30 in Verbindung mit den 11 bis 14 beschrieben.
11 zeigt eine perspektivische Gesamtdarstellung des elektrischen Sicherungselements 30 gemäß dem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wobei das Sicherungselement 30 gemäß dem weiteren Ausführungsbeispiel ein Gesamtgehäuse 31 aufweist, dass aus zwei Teilen zusammengesetzt ist. Das Gesamtgehäuse 31 umfasst einen ersten Gehäuseteil in Form eines Gehäusegrundelements oder Grundgehäuses 32, das durch ein in seinen Abmessungen auf das Grundgehäuse 32 angepasstes Deckelelement 33 verschlossen werden kann. In der Darstellung gemäß 11 sind beide Gehäuseteile 32 und 33 im zusammengesetzten Zustand gezeigt, wobei Befestigungselemente 34 vorgesehen sind, mittels denen die beiden Gehäuseteile 32 und 33 formflüssig und fest miteinander verbunden werden können.
Gemäß der Darstellung in den 12 und 13 sind die Befestigungselemente 34 mit dem Grundgehäuse 32 einstückig ausgebildet oder als separate Teile in dieses eingesetzt und stellen Schnappvorrichtungen dar, mittels denen das Deckelelement 33 nach dem Einsetzen in seiner Position auf dem Grundgehäuse 32 fixiert und gehalten werden kann.
In den 11 bis 13 sind mehrere Befestigungselements 34 dargestellt. Es ist zumindest ein Befestigungselement 34 vorhanden, wobei auch beispielsweise zwei Befestigungselemente an vorbestimmten Stellen in den Gehäuseteilen 32 und 33 vorgesehen sein können. In dem in den 11 bis 13 gezeigten Beispiel des Sicherungselements 30 sind vier Befestigungselemente 34 vorgesehen, die in entsprechende Öffnungen 34a im Deckelelement 33 (14) formschlüssig hineinragen und eine entsprechende Rest- oder Schnappverbindung (formschlüssige Verbindung) bilden. Nach dem Einrasten der Befestigungselemente 34 in den Öffnungen 34a des Deckelelements 33 sind vorzugsweise die aus dem Deckelelement 33 herausragenden Teile der Befestigungselemente 34 in Vertiefungen 35 des Deckelelements 33 versenkt angeordnet, sodass sie nicht oder nur in kleinem Umfang über die äußere Oberfläche des Deckelelements 33 hinausragen. Die vorliegende Erfindung ist auf die Anzahl der Befestigungselemente 34 nicht beschränkt, vielmehr ist zumindest ein Befestigungselement 34 mit zumindest einer Öffnung 34a in dem Deckelelement 33 ausreichend. Es können auch Öffnungen im Grundgehäuse 32 und entsprechende Befestigungselemente im Deckelelement 33 vorgesehen sein.
In der Darstellung gemäß 12 ist von dem Gesamtgehäuse 31 das Deckelelement 33 entfernt, und es Ist somit das Innere des Grundgehäuses 32 dargestellt. Zur Vereinfachung der Darstellung ist das Grundgehäuse 32 einstückig gebildet, wobei die vorliegende Erfindung jedoch hierauf nicht festgelegt ist, und das Grundgehäuse 32 auch aus mehreren Teilen zusammengesetzt werden kann.
Wie es aus 12 und auch aus 13 erkennbar ist, sind in dem Grundgehäuse 32 unterschiedliche Strukturen und Räume ausgebildet. Im Einzelnen umfasst das Grundgehäuse 32 in jeweiligen Endbereichen entsprechend der Längsausdehnung des Grundgehäuses 32 einen ersten Endraum 36 und einen zweiten Endraum 37. Die Endräume 36 und 37 stellen Vertiefungen in dem Grundgehäuse 32 dar, und werden nach Aufsetzten des Deckelelements 33 als im Wesentlichen getrennte Räume ausgebildet. Hierzu weist das in 14 in der Ansicht seiner Innenseite gezeigte Deckelement 33 die jeweils entsprechenden Vertiefungen 36a und 37a auf, die in Verbindung mit dem Grundgehäuse 32 nach dem Zusammensetzen die beiden Endräume 36 und 37 bilden.
Gemäß den 12 und 14 ist zwischen den Endräumen 36 und 37 ein Mittelraum 38 angeordnet, der hinsichtlich seines Raumvolumens größer ist als jeder der beiden Endräume 36 und 37. Der Mittelraum 38 wird durch die entsprechende Vertiefung 38a in dem Deckelelement 33 nach einem Zusammensetzen gemäß der Darstellung in 11 ergänzt. Die verschiedenen vorstehen beschrieben Räume 36 bis 38 sind durch entsprechende Wände voneinander getrennt.
Das Sicherungselement 30 gemäß dem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst ferner entsprechende Einrichtungen im Hinblick auf einen Schmelzleiter (thermosensitives Element) und entsprechende Kontaktelemente. Dies ist im Einzelnen in 13 dargestellt.
Gemäß 13 umfasst das Sicherungselement 30 einen Schmelzleiter 39, der aus einem nichtleitenden Material mit einem niedrigen Schmelzpunkt besteht und als überwiegend zylindrisches Element dargestellt ist. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht festgelegt, vielmehr kann der Schmelzleiter 39 auch eine von der zylindrischen Form mehr oder weniger abweichende Form aufweisen, sofern über den gesamten Verlauf des Schmelzleiters 39 eine Mindest-Querschnittsfläche bereitgestellt wird, die den Stromfluss (im störungsfreien Fall den Nennstrom ohne Auslösung) aufnimmt, sodass bei Überschreiten einer vorbestimmten Stromdichte innerhalb der Mindest-Querschnittsfläche die Auslösung des Sicherungselements 30 durch Schmelzen des Schmelzleiters 39 gewährleistet ist.
Der Schmelzleiter 39 umfasst Endbereiche 40, wobei der Schmelzleiter 39 bei den Endbereichen 40 mit jeweiligen Kontaktelementen verbunden ist. Hierzu umfasst das Sicherungselement 30 ein erstes Kontaktelement 41 und ein zweites Kontaktelement 42. In den jeweiligen Endbereichen 40 des Schmelzleiters 39 ist dieser mit dem ersten bzw. zweiten Kontaktelement 41 und 42 verbunden. Die Verbindung kann durch einen Lötvorgang, durch Verpressen oder durch Crimpen erfolgen. Die Kontaktelemente 41 und 42 stellen die Anschlusseinrichtungen dar.
Gemäß der Darstellung in 13 ist die gemeinsame Anordnung aus dem Schmelzleiter 39 und dem ersten und zweiten Kontaktelement 41 und 42 in das Grundgehäuse 32 eingesetzt. Im Einzelnen liegt das erste Kontaktelement 41 in dem ersten Endraum 36, und das zweite Kontaktelement in dem zweiten Endraum 37. Zwischen den beiden Kontaktelementen 36 und 37 erstreckt sich der Schmelzleiter 39 vom ersten Endraum zum zweiten Endraum und erstreckt sich ferner mit einem großen Anteil seiner Länge im Mittelraum 38.
Neben der Befestigung des Schmelzleiters 39 in seinen Endbereichen 40 mit dem ersten und zweiten Kontaktelement 41 und 42 ist der Schmelzleiter 39 ebenfalls in dem Gesamtgehäuse 31 gelagert. Hierzu umfassen sowohl das Grundgehäuse 32 als auch das Deckelelement 33 gemäß den 12 und 14 entsprechende Vertiefungen 43 in den jeweiligen Wänden zwischen den beiden Endräumen 36 und 37 und dem Mittelraum 38 Die Vertiefungen 43 in dem Grundgehäuse 32 und dem Deckelelement 33 sind in der Weise ausgebildet, dass sie im Wesentlichen der äußeren Form des Schmelzleiters 39 entsprechen, wobei zur Vereinfachung der Darstellung und der Annahme einer zylindrischen Form des Schmelzleiters 39 gekrümmte Vertiefungen mit einem entsprechenden Durchmesser zur Aufnahme des Schmelzleiters 39 ausgebildet sind. Die Vertiefungen 43 sind jedoch nicht auf die gekrümmte Form festgelegt, und sind ausgebildet, ganz oder teilweise der äußeren Form des Schmelzleiters 39 zu folgen.
Es werden gemäß der vorstehenden Beschreibung das erste und zweite Kontaktelement 41 und 42 in das Grundgehäuse 32 derart eingesetzt, so dass das erste Kontaktelement 41 in dem ersten Endraum 36 und das zweite Kontaktelement in dem zweiten Endraum 37 angeordnet ist. Mit einer entsprechenden Ausgestaltung der Vertiefungen der Endräume 36 und 37 in dem Grundgehäuse 32 (und 36a und 37a in dem Deckelement 33) können die Kontaktelemente 41 und 42 genau in den Endräumen 36 und 37 des Grundgehäuses 32 platziert werden, so dass hierdurch eine vorteilhafte Vormontage möglich ist und das Deckelement 33 sehr einfach und ohne weiteres Ausrichten der Kontaktelemente 41 und 42 auf das Grundgehäuse 32 aufgesetzt und mittels des zumindest einen Befestigungselements 34 fixiert und gehalten werden kann.
Das erste und zweite Kontaktelement 41 und 43 umfasst jeweils Endbereiche 44, die gemäß der Darstellung in den 11 und 13 nach dem Einsetzen in das Gesamtgehäuse 31 auf einer Seite (bei dem gewählten Ausführungsbeispiel auf einer längeren Schmalseite, in den Darstellungen der Figuren unten) aus dem Gesamtgehäuse 31 herausragen und dazu dienen, in einer elektronischen Schaltung, beispielsweise auf einer Flachbaugruppe oder Platine (Leiterplatte), leitend befestigt zu werden. Im Allgemeinen wird hierbei ein Lötvorgang bevorzugt. Es kann jedoch hierzu auch das Sicherungselement 30 mit den Kontaktbereichen 44 in eine entsprechend ausgebildete und dimensionierte Fassung eingesetzt werden, sodass mittels Klemmkontakten eine galvanische Verbindung zwischen der betreffenden elektronischen Schaltung und den Endbereichen (Kontaktbereichen) 44 hergestellt wird. Ferner sind die beiden Kontaktelemente 41 und 42 über den Schmelzleiter 39 miteinander galvanisch (stromleitend) verbunden.
Beim Auslösen des Sicherungselements 30 der vorliegenden Erfindung wird bei Vorliegen eines Überstroms (der größer als der Nennstrom ohne Auslösung ist) der Schmelzleiter 39 in Folge einer Stromwärme schmelzen und damit den betreffenden Stromkreis unterbrechen. Hierbei findet im Wesentlichen der Schmelzvorgang in dem Mittelraum 38 statt, sodass geschmolzenes Material des Schmelzleiters 39 in dem Mittelraum und vorzugsweise in einem Bereich unterhalb des Verlaufs bzw. der Anordnung des nicht ausgelösten Schmelzleiters 39 angesammelt werden kann. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass das geschmolzene Material nicht aus dem Gesamtgehäuse 31 austritt, sondern in einem vorbestimmten Bereich des Gesamtgehäuses 31, dem Mittelraum 38, angesammelt wird. Nach dem Auslösevorgang und Unterbrechen des Stromkreises wird das geschmolzene Material des Schmelzleiters 39 unmittelbar in dem entsprechenden Bereich des Mittelraums 38 erstarren.
Eine Auslösung ist ebenfalls möglich, wenn von außen eine Temperaturbelastung auftritt, die die Schmelztemperatur des Schmelzleiters 39 überschreitet und diesen zum Schmelzen bringt. Auch in diesem Fall wird der betreffende Stromkreis unterbrochen, und geschmolzenes Material des Schmelzleiters sammelt sich in dem Mittelraum 38 und entsprechend der geometrischen Anordnung des Sicherungselements 30 in einem unteren Teil des Mittelraums 38.
Das erste und zweite Kontaktelement 41 und 42 besteht aus einem leitenden Material, wie beispielsweise einem Metall, dessen Schmelzpunkt höher ist als derjenige des Schmelzleiters 39. Der Schmelzleiter 39 besteht aus einem metallischen Werkstoff mit einem niedrigen Schmelzpunkt in Abhängigkeit vor einer Sicherheitstemperatur, ab der der Schmelzleiter auslösen soll, und die mechanischen Abmessungen sind in Abhängigkeit von der Leitfähigkeit dieses Materials und dem zutragenden Strom (Dauerstrom, Nennstrom) sowie einem Auslösestrom dimensioniert.
Das vorstehend beschriebene Sicherungselement 30 kann auf einfache Weise gefertigt werden. Insbesondere kann in Verbindung mit einer ganz oder teilweise automatisierter Fertigung eine einfache Serienfertigung bereitgestellt werden.
Das Sicherungselement 30 besteht im Wesentlichen aus fünf Komponenten, d. h. dem Gesamtgehäuse 31 mit dem Grundgehäuse 32 und dem Deckelelement 33, sowie aus dem Schmelzleiter 39 und den beiden Kontaktelementen 41 und 42.
Die beiden Kontaktelemente 41 und 42 können mit dem Schmelzleiter 39 in entsprechender Weise verbunden werden, sodass außerhalb des Gesamtgehäuses 31 diese drei Komponenten gefertigt und danach in das Grundgehäuse 32 eingesetzt werden können. Mit der Ausbildung der ersten und zweiten Kontaktelemente 41 und 42 mit einer Aussparung, die der Form der Querschnittsfläche des Schmelzleiters 39 entspricht, kann nach einem Verbinden des Schmelzleiters 39 mit den beiden Kontaktelementen 41 und 42 eine ausreichende Stabilität der drei vorgefertigten Komponenten (39, 41 und 42) erreicht werden. Im Rahmen einer Serienfertigung kann dann die vorgefertigte Komponente in das Grundgehäuse 32 eingesetzt und danach mit dem Deckelelement 33 verschlossen werden, wobei das Deckelelement 33 in Verbindung mit den Befestigungselementen 34 vorzugsweise mittels einer Rastverbindung befestigt wird.
In gleicher Weise wie bei dem vorherigen Ausführungsbeispielen besteht die Möglichkeit, den Mittelraum 38 und/oder die beiden Endräume 36 und 37 mittels eines isolierenden und das geschmolzene Material des Schmelzleiters 39 aufnehmenden Materials ganz oder teilweise zu füllen.
Das Gesamtgehäuse 31 mit dem Grundgehäuse 32 und dem Deckelelement 33 kann aus einem Kunststoffmaterial bestehen. Ferner kann zumindest eines der beiden Gehäuseteile 32 oder 33 auch aus einer Keramik, und insbesondere einer Glaskeramik bestehen. In jedem Fall werden in vorbestimmter Weise temperaturbeständige und elektrisch isolierende Materialien eingesetzt. Hierbei können die beiden Gehäuseteile 32 und 33 des Gesamtgehäuses 31 aus gleichartigen oder unterschiedlichen Materialien bestehen, beispielsweise aus unterschiedlichen Kunststoffmaterialien, aus unterschiedlichen Keramikmaterialien oder auch aus Kunststoff- und Keramikmaterialien. Es ist auf diese Weise ein diskretes und leicht zu handhabendes Bauelement herstellbar.
Mit der vorstehend beschriebenen Herstellung ist eine kostengünstige Massenfertigung möglich, und es kann das Sicherungselement 1 oder 30, das in Form eines diskreten Bauelements gebildet ist, in vielfältiger Weise in elektrischen Schaltungen angewendet werden. Insbesondere besteht die Möglichkeit, das Sicherungselement 1 oder 30 in der erfindungsgemäßen Ausführung in Leiterplatten einzusetzen oder als Oberflächenmontierbares Bauelement auszuführen und in der entsprechenden Weise ebenfalls auf Leiterplatten anzuordnen. Mit der Möglichkeit, die Herstellungsabläufe ganz oder zumindest teilweise und somit auch weitgehend zu automatisieren, wird eine kostengünstige Massenfertigung unterstützt.
Die vorliegende Erfindung wurde anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den zugehörigen Figuren beschrieben.
Es ist für den auf diesem Gebiet tätigen Fachmann selbstverständlich, dass die Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung gemäß den vorstehend beschriebenen Figuren und die für die jeweiligen Bauteile und Komponenten verwendeten Bezugszeichen in den Figuren der Beschreibung sowie die beispielhaften Angaben nicht einschränkend auszulegen sind. Des Weiteren ist die Erfindung auf die angegebene Darstellung in den Figuren und die darin angegebenen Dimensionen und Formen sowie die angegebenen Verfahrensschritte nicht beschränkt. Als zur Erfindung gehörig werden sämtliche Ausführungsformen und Varianten sowie Herstellungsschritt angesehen, die unter die beigefügten Schutzansprüche fallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3309842 A1 [0004]
DE 29616063 U1 [0005]

Claims

Sicherungselement mit: – einem Grundgehäuse (32) und einem mit dem Grundgehäuse (32) verbindbaren Deckelelement (33), die in zusammengesetzten Zustand ein Gesamtgehäuse (31) bilden, – einem Schmelzleiter (39), der innerhalb des Gesamtgehäuses (31) zwischen einem ersten und einem zweiten Kontaktelement (41, 42) angeordnet ist und diese elektrisch miteinander verbindet, wobei – der Schmelzleiter (39) durch das erste und zweite Kontaktelement (41, 42) derart gehalten wird, dass sich ein vorbestimmter Bereich des Schmelzleiters zwischen den Kontaktelementen im Gesamtgehäuse (31) befindet und der Schmelzvorgang bei Vorliegen einer Auslösebedingung in einem vorbestimmten Raum des Gesamtgehäuses (31) stattfindet.
Sicherungselement nach Anspruch 1, wobei in dem Gesamtgehäuse (31) durch das Grundgehäuse (32) und das Deckelelement (33) zwei Endräume (36, 37) und ein Mittelraum (38) gebildet werden, und der Mittelraum (38) zwischen dem ersten und zweiten Endraum (36, 37) angeordnet ist.
Sicherungselement nach Anspruch 2, wobei sich der Schmelzleiter vom ersten zum zweiten Endraum (36, 37) über den Mittelraum (38) erstreckt.
Sicherungselement nach Anspruch 2 oder 3, wobei das erste Kontaktelement (41) im ersten Endraum (36) und das zweite Kontaktelement (42) im zweiten Endraum (37) angeordnet ist und jeweilige Kontaktbereiche (44) der Kontaktelemente (36, 37) aus dem Gesamtgehäuse (31) zum Verbinden des Sicherungselements (30) mit einer elektrischen Schaltung herausragen.
Sicherungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der vorbestimmte Raum der Mittelraum (38) ist, in dem der Schmelzvorgang des Schmelzleiters (39) bei vorliegen der Auslösebedingung stattfindet.
Sicherungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Grundgehäuse (32) zumindest ein Befestigungselement (34) aufweist, das bei dem Zusammensetzen des Grundgehäuses (32) und des Deckelelements (33) zur Bildung des Gesamtgehäuses (31) in das Deckelelement (33) hineinragt und eine Rastverbindung bildet.
Sicherungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei zumindest entweder das Grundgehäuse (32) oder das Deckelelement (33) Befestigungselemente (34) aufweist, die bei dem Zusammensetzen des Grundgehäuses (32) und des Deckelelements (33) zur Bildung des Gesamtgehäuses (31) eine Rastverbindung bilden.
Sicherungselement nach Anspruch 3, wobei der Mittelraum (38) einen vorbestimmten Bereich (38a) aufweist zur Aufnahme des geschmolzenen Materials des Schmelzleiters (39) nach der Auslösung.
Sicherungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Grundgehäuse (32) und das Deckelelement (33) aus gleichartigen oder unterschiedlichen isolierenden Materialien bestehen, und die Materialien ausgewählt werden aus Kunststoffmaterialien, Keramik oder Glaskeramik.