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Die Erfindung betrifft eine Schmelzsicherung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit zumindest zwei Anschlussbereichen und mit einem diese verbindenden Schmelzbereich, wobei im Schmelzbereich ein streifenförmiger Leiterabschnitt positioniert ist.
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In vielen technischen Bereichen werden zum Schutz von Stromkreisen gegen Überströme Sicherungselemente, insbesondere sogenannte Schmelzsicherungen, eingesetzt. Im Bereich der Automobilindustrie beispielsweise dienen diese häufig zur Absicherung des Bordnetzes bzw. Teilen hiervon. Dabei sind die elektrischen Leitungen der zu schützenden Stromkreise in der Regel für bestimmte Nennströme oder Betriebsströme ausgelegt. Werden diese Nennströme überschritten, müssen die Sicherungselemente je nach Stärke des Überstroms nach einer vordefinierten Zeit zuverlässig auslösen, d. h. die Schmelzsicherungen müssen aufschmelzen.
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Aus der
DE 10 2008 036 672 B3 ist eine Schmelzsicherung bekannt, bei der durch Integration zweier unterschiedlich ausgebildeter und voneinander beabstandeter Schmelzzonen ein definiertes Auslösen sowohl bei geringen als auch bei hohen Überströmen gewährleistet wird. Zur Realisierung der Schmelzzone für geringe Überströme ist ein Material, vorzugsweise Zinn, das eine geringere Schmelztemperatur als das Material des Leiterstreifens aufweist, in eine ringförmige Aufnahme in einem Leiterstreifen eingebracht. Dieses niederschmelzende Material verändert durch Eindiffundieren in das Material des Leiterstreifens dessen Eigenschaften und ermöglicht so eine gewünschte Auslösecharakteristik der Schmelzzone. Das niederschmelzende Material ist dabei nach Art einer Zinnperle mittels Löten aufgebracht
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Während die Anschlussbereiche mit dem sie verbindenden Leiterstreifen mit den integrierten Schmelzzonen als ein Stanzblech aus einem Leitermaterial in einem Stück gefertigt wird, erfordert die Herstellung der Schmelzzone für geringe Überströme durch das Auflöten der Zinnperle zahlreiche Arbeitsschritte. Zur Vorbereitung des Lötvorgangs wird zunächst ein Flussmittel auf die Schmelzzone aufgebracht, welches als zusätzliches Arbeitsmittel bereit gestellt werden muss. Für den Lötvorgang selbst werden Lötplättchen verwendet, die zusätzlich zu dem eigentlich gewünschten niederschmelzenden Material verbraucht werden. Beim Löten entstehen außerdem giftige Nebenprodukte wie Lötdämpfe, die spezielle Arbeitsschutzvorrichtungen erforderlich machen. Der Material- sowie Arbeits- und Wartungsaufwand für dieses Herstellungsverfahren ist sehr hoch. Darüber hinaus handelt es sich bei dem Lötvorgang um einen wenig stabilen Prozess mit schwer zu definierenden und nachzuprüfenden Prozessparametern. Das Vorhandensein des Zinns in der Schmelzzone ist auf Grund des eingebrachten Lötmittels nicht ohne weiteres zu prüfen. In Summe ist daher die Qualitätskontrolle bei diesem Herstellungsverfahren schwierig.
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine alternative Ausführung einer Schmelzsicherung anzugeben.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Schmelzsicherung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den rückbezogenen Ansprüchen enthalten.
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Die Schmelzsicherung ist dabei insbesondere für den Einsatz in Kraftfahrzeugen vorgesehen und dementsprechend für typische Bordnetzspannungen und Bordnetzstromstärken ausgelegt. Sie weist im Falle der einfachsten Ausführungsvariante genau zwei Anschlussbereiche und einen dazwischenliegenden Schmelzbereich auf, wobei im Schmelzbereich ein streifenförmiger Leiterabschnitt, vorzugsweise aus einem leitfähigen Material wie zum Beispiel Kupfer, positioniert ist.
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Alternativ ist die Schmelzsicherung als sogenannte Multi-Phasen-Schmelzsicherung (englisch: multiplefuse) ausgeführt, wobei sich in diesem Fall mehre Schmelzbereiche an einen gemeinsamen Hauptanschlussbereich anschließen und diesen über die Schmelzbereiche mit jeweils einem Phasenanschlussbereich verbinden. Eine derartige Ausführung der Schmelzsicherung wird beispielsweise genutzt, um mehrere elektrische Leiter oder Phasen über diese Multi-Phasen-Schmelzsicherung und somit mittels eines gemeinsamen Bauteils an einen gemeinsamen Versorgungsanschluss (z. B.: Pluspol) oder an einen gemeinsamen Masseanschluss anzuschließen, wobei im Fehlerfall, also beim Auftreten eines Überstroms in einem der elektrischen Leiter, lediglich der betroffene elektrische Leiter durch ein Aufschmelzen im zugehörigen Schmelzbereich vom gemeinsamen Anschluss abgetrennt wird.
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Die Schmelzsicherung weist somit je nach Ausführungsvariante unterschiedlich viele Schmelzbereiche auf, wobei in jedem Schmelzbereich ein streifenförmiger Leiterabschnitt positioniert ist. Dabei ist auf zumindest einem Leiterabschnitt und bevorzugt auf zumindest einem Leiterabschnitt in jedem Schmelzbereich eine Beschichtung bzw. je eine Beschichtung aufgetragen, wobei im letztgenannten Falle weiter bevorzugt gleichartige Beschichtungen aufgetragen sind.
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Diese Beschichtungen können zwar auch eine Schutzfunktion inne haben, dienen jedoch in erster Linie dazu, die Auslösebedingungen vorzugeben, unter denen der jeweilige Leiterabschnitt aufschmilzt, was dann zu einer Unterbrechung der elektrischen Verbindung zwischen den entsprechenden Anschlussbereichen im dazugehörigen Schmelzbereich und somit zum Auslösen der Schmelzsicherung führt.
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Über die Beschichtung wird daher die Schmelzcharakteristik des Leiterabschnitts gezielt derart beeinflusst, dass bei vorgegebenen Auslösebedingungen ein Schmelzen des Leiterabschnitts erfolgt. Der beschichtete Leiterabschnitt definiert dabei insbesondere eine Schmelzzone für geringe Überströme.
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Für hohe Überströme ist bevorzugt eine weitere Schmelzzone ohne Beschichtung ausgebildet. Ein jeder Schmelzbereich weist also zwei in Reihe angeordnete Schmelzzonen auf, die jeweils durch einen streifenförmigen Leiterabschnitt gebildet sind. Der durch die Schmelzsicherung fließende Strom fließt somit stets durch beide Leiterabschnitte. Lediglich einer der beiden Leiterabschnitte ist mit der Beschichtung versehen.
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Um den technischen Aufwand für das Auftragen einer entsprechenden Beschichtung auf die hierfür vorgesehenen Leiterabschnitte möglichst gering zu halten, werden die Beschichtungen vorteilhafterweise mittels eines thermischen Spritzverfahrens auf die Leiterabschnitte aufgetragen, wobei ein Spritzverfahren, wie es aus der
DE 10 2006 061 435 A1 hervorgeht, bevorzugt wird, weswegen auf diese Offenlegungsschrift hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird. Bevorzugt wird daher ein Plasmaspritzverfahren eingesetzt. Alternativ wird ein Flammspritzen oder eventuell auch ein Kaltgasspritzen eingesetzt.
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Auf diese Weise lassen sich nicht nur bestimmte Eigenschaften der Beschichtung realisieren, sondern es lässt sich auch der Fertigungsaufwand für die Schmelzsicherungen gering halten. So ist es zum Beispiel bevorzugt vorgesehen, die Oberfläche eines entsprechenden streifenförmigen Leiterabschnittes vor der Beschichtung zu reinigen. Bei der Nutzung eines thermischen Spritzverfahrens, wie beispielsweise dem sogenannten Plasmaspritzen oder dem sogenannten Flammspritzen, kann diese Oberflächenreinigung durch eine geeignete Wahl der Prozessparameter im Rahmen des Spritzverfahrens erfolgen, so dass für die Oberflächenreinigung kein separater Arbeitsschritt mehr erforderlich ist und bevorzugt auch nicht vorgenommen wird. Die Reinigung und die Beschichtung erfolgt automatisch durch das gewählte Spritzverfahren.
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Von Vorteil ist es weiter, für die Beschichtung ein metallisches Material zu verwenden, wobei eine Beschichtung aus Zinn oder einer Zinnlegierung bevorzugt wird. Gewählt wird dabei stets ein Material, dessen Schmelztemperatur niedriger ist, als die Schmelztemperatur des Materials, aus dem der darunterliegende Leiterabschnitt gefertigt ist, häufig Kupfer oder eine Kupferlegierung. Das Material, aus dem die Beschichtung besteht, beginnt dann bei relativ geringem Überströmen zu schmelzen und in Folge dessen in den darunter liegenden Leiterabschnitt einzudiffundieren. Hierdurch werden die Materialeigenschaften des Leiterabschnittes verändert, wobei insbesondere der spezifische elektrische Widerstand erhöht wird und/oder die Schmelztemperatur abgesenkt wird. In Folge dessen schmilzt dann auch der entsprechende Leiterabschnitt bei einer im Vergleich zu einem unbeschichteten Leiterabschnitt geringeren Überstromstärker, jedoch erst nach einer gewissen Zeitdauer, in der die Veränderung der Materialeigenschaft des Leiterabschnitts erfolgt.
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Die genauen Auslösebedingungen für die Schmelzsicherung, also das Aufschmelzen in der Schmelzzone mit Beschichtung, erfolgt dabei nicht nur durch eine geeignete Auswahl der Materialien für die Beschichtung und für den Leiterabschnitt, sondern auch durch Wahl einer geeigneten Geometrie für den Leiterabschnitt und eine geeignete Ausführung der Beschichtung.
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Daher soll bei der Auftragung der Beschichtung in der Regel eine definierte oder vorgegebene Menge an Material, also beispielsweise Zinn, aufgetragen oder aufgebracht werden. Die Beschichtung weist daher bevorzugt je nach erforderlicher Auslösecharakteristik eine Schichtdicke zwischen 0,5 mm und 1,0 mm auf. Die Größe der beschichteten Fläche auf dem Leiterabschnitt liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 1 qmm und 15 qmm. Diese Abmessungen lassen sich hierbei mittels eines thermischen Spritzverfahrens relativ genau und reproduzierbar, beispielsweise mit Hilfe einer Maske oder mit Hilfe einer fokussierten, definierten Strahlführung erzeugen. Qualitätsschwankungen zwischen Schmelzsicherung einer Produktionscharge sind dadurch auf ein geringes Maß reduziert.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:
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1 eine Aufsicht auf eine Hauptkomponente einer Schmelzsicherung.
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Eine in
1 dargestellte Hauptkomponente einer Schmelzsicherung
2 ist als ein einstückiges Stanzbiegeblech beispielsweise aus Kupfer ausgebildet und weist zwei einander gegenüberliegende Anschlussbereiche
4 auf, die über einen dazwischenliegenden Schmelzbereich
6 miteinander verbunden sind. Sie ähnelt auf den ersten Blick einer vergleichbaren Hauptkomponente, wie sie aus der auf die Anmelderin zurückgehenden Patentschrift
DE 10 2008 036 672 B3 bekannt ist, weswegen an dieser Stelle ausdrücklich auf diese Patentschrift Bezug genommen wird.
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Die beiden Anschlussbereiche 4 sind hierbei im Wesentlichen gleichartig gestaltet und nach Art von plattenförmigen Elementen mit einer rechteckförmigen Grundfläche ausgebildet. Zudem weisen die Anschlussbereiche 4 Kontaktlöcher 8 auf, so dass das Stanzbiegeblech zur Einbindung in einen Stromkreis, der mittels der Schmelzsicherung 2 gegen einen Überstrom abgesichert werden soll, beidseitig beispielsweise an je einem Kontaktbolzen angeschlossen werden kann.
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Der Schmelzbereich 6 wiederum umfasst eine erste Schmelzzone 10, in der ein gekrümmter, streifenförmiger erster Leiterabschnitt 12 mit einer lokalen Materialverjüngung 14 positioniert ist, sowie eine zweite Schmelzzone 16, in der ein gekrümmter, streifenförmiger zweiter Leiterabschnitt 18 mit einer lokalen Verbreiterung 20 positioniert ist. Üblicherweise ist der Schmelzbereich 8 dabei in hier nicht näher dargestellter Weise mittels eines Kunststoffgehäuses eingekapselt. Dieses ist beispielsweise über entsprechende Stifte in Arretierlöchern 22 befestigt.
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Mit Hilfe der beiden Schmelzzonen 10, 16 werden zwei unterschiedliche Auslösebedingungen für die Schmelzsicherung vorgegeben. Sobald eine dieser beiden Bedingungen erfüllt ist, schmilzt der entsprechende Leiterabschnitt 12, 18 auf und der mittels der Schmelzsicherung gesicherte Stromkreis wird unterbrochen. Die erste Schmelzzone 10 ist dabei derart gestaltet, dass im Falle einer deutlichen Überschreitung der vorgesehenen Betriebsstromstärke der erste Leiterabschnitt 12 in weniger als einer Zehntel Sekunde lokal aufschmilzt. Dazu weist der erste Leiterabschnitt 12 in einem Mittenbereich die Materialverjüngung 14 auf, so dass dieser Mittenbereich nach Art eines Schmelzdrahtes wirkt. Über die Stärke dieses Schmelzdrahtes wird dann die genaue Auflösebedingung vorgegeben.
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Die zweite Schmelzzone 16 ist derart ausgelegt, dass der zweite Leiterabschnitt 18 bereits bei einer relativ geringen Überschreitung der vorgesehenen Betriebsstromstärke aufschmilzt, allerdings nur, sofern diese Überschreitung über einen längeren Zeitraum von mehreren Sekunden anhält. Um diese Auslösebedingungen zu realisieren, weist der zweite Leiterabschnitt 18 in einem Bereich die Verbreiterung 20 auf, auf welcher eine Beschichtung 24 aus Zinn mittels eines thermischen Spritzverfahrens, insbesondere ein Plasmaspritzverfahren aufgetragen ist. Das Stanzbiegeblech weist im zweiten Leiterbereich 18 keine Ausnehmungen auf. Die Beschichtung 24 überdeckt den zweiten Leiterbereich 18 vollflächig. Aufgrund des im Vergleich zu Kupfer niedrigeren Schmelzpunktes von Zinn beginnt die Beschichtung 24 bereits bei einer relativ geringen Überschreitung der vorgesehenen Betriebsstromstärke zu schmelzen und dies führt zu einem Eindiffundieren des Zinns in dem darunterliegenden Bereich des zweiten Leiterabschnittes 18, wodurch der elektrische Widerstand des zweiten Leiterabschnitts 18 in diesem Bereich steigt. Dies führt wiederum zu einer stärken Wärmegenerierung, so dass nach einem entsprechenden Zeitintervall der wesentlich höher liegende Schmelzpunkt von Kupfer, aus dem der zweite Leiterabschnitt 18 gefertigt ist, erreicht wird.
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Ein besonderer Vorteil des Plasmaspritzens ist darin zu sehen, dass durch das erzeugte Plasma eine automatische Reinigung der Oberfläche erreicht wird. Auch ist das bevorzugt eingesetzte Verfahren, wie es insbesondere in der
DE 10 2006 061 435 A1 beschrieben ist sehr materialschonend, insbesondere aufgrund von geringen Plasmatemperaturen kleiner 2000°K.
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Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Schmelzsicherung
- 4
- Anschlussbereich
- 6
- Schmelzbereich
- 8
- Kontaktloch
- 10
- erste Schmelzzone
- 12
- erster Leiterabschnitt
- 14
- Materialverjüngung
- 16
- zweite Schmelzzone
- 18
- zweiter Leiterabschnitt
- 20
- Verbreiterung
- 22
- Arretierloch
- 24
- Beschichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008036672 B3 [0003, 0020]
- DE 102006061435 A1 [0013, 0025]
