DE3610886A1 - Schmelzsicherung mit einem als leiterplatte ausgebildeten sicherungskoerper - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schmelzsicherung mit einem als Leiterplatte ausgebildeten Sicherungskörper, auf dem Anschluß­ kontakte angeordnet sind, deren einer stromleitenden Verbin­ dung dienende Anschlußbahn in einem vorbestimmten Bereich als Schmelzleiter ausgebildet ist.

Schmelzsicherungen der obengenannten Gattung, die einen als Leiterplatte ausgebildeten Sicherungskörper aufweisen, sind nach der US-PS 29 41 059 bekannt. Bei der Fertigung die­ ser Schmelzsicherungen wird in der Regel das für die Fertigung von herkömmlichen Leiterplatten bekannte Verfahren angewandt, bei dem die Leiterplatte durch einen Ätzvorgang in vorbestimm­ ter Weise verlaufende Anschlußbahnen und die Schmelzleiter aus Kupfer erhält. Diese kupfernen Schmelzleiter sind nicht be­ triebssicher, da Kupfer erst bei einer relativ hohen Tempera­ tur schmilzt und bei Erreichen dieser Temperatur nicht nur die kupfernen Schmelzleiter schmelzen, sondern auch das Trägerma­ terial der Leiterplatte, auf dem die Anschlußbahnen aufge­ bracht sind, verkohlen kann. Diese Verkohlungen können dazu führen, daß zwischen den Anschlußkontakten, trotz geschmolze­ ner Anschlußbahn, weiterhin ein elektrischer Kontakt, zumin­ dest zeitweilig, erhalten bleibt, die Stromversorgung also nicht abrupt unterbrochen wird, wie es zum Schutz der elektro­ nischen Schaltung, in der die Schmelzsicherung eingesetzt ist, notwendig ist. Auch bei Verwendung eines anderen Werkstoffs als Kupfer für einen Schmelzleiter, kann es passieren, daß beim Schmelzen des Werkstoffes sich Oxide bilden, die den ge­ schmolzenen Bereich elektrisch leitend, zumindest kurzzeitig, überbrücken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schmelzsi­ cherung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei der bei Überschreiten vorbestimmter Stromstärke eine sichere, un­ verzögerte Stromunterbrechung mittels einer Durchtrennung des Schmelzleiters gewährleistet ist.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst worden, daß der Schmelzleiter aus einem Werkstoff mit niedrigem Schmelz­ punkt besteht und mit ihm in Anlage stehendes Flußmittel auf­ weist.

Da der Schmelzleiter aus einem Werkstoff mit niedrigem Schmelzpunkt besteht, ist ein Schmelzen des Schmelzleiters mög­ lich, ohne daß das Trägermaterial der Leiterplatte, auf das der Schmelzleiter aufgebracht ist, verkohlt und eventuell mit der Schmelze des Schmelzleiters eine elektrisch leitende Ver­ bindung eingeht, durch die ein schädlicher Leckstrom, trotz des zerstörten Schmelzleiters, erfolgen könnte.

Das Flußmittel vermindert die Oberflächenspannung des Werk­ stoffs des Schmelzleiters soweit, daß sich der flüssige Werk­ stoff aus dem Bereich des Flußmittels zurückzieht, wobei der zunächst aus der Schmelze des Werkstoffs gebildete Flüssig­ keitsfaden zerreißt und der Schmelzleiter abrupt und voll­ ständig, räumlich und elektrisch durchtrennt wird.

Eine unerwünschte elektrische Überbrückung des geschmolze­ nenen Schmelzleiters durch Werkstoffoxide kann bei dem durch das Flußmittel relativ weit auseinanderklaffenden, durchtrenn­ ten Schmelzleiter mit Vorteil nicht stattfinden.

Geeignete Flußmittel sind in hinreichender Anzahl an sich bekannt. Insbesondere gibt es organische Substanzen, die selbst nicht korrodieren und auch nach einer langen Betriebs­ zeit der Schmelzsicherung für den eingesetzten Zweck noch funk­ tionssicher sind. Vorzugsweise wird ein Flußmittel verwendet, das bei normaler Betriebstemperatur der Schmelzsicherung in festem Aggregatzustand vorliegt und welches einen etwas nie­ drigeren Schmelzpunkt aufweist, als der für den Schmelzleiter verwendete Werkstoff, so daß bei Schmelzen des Schmelzleiters das Flußmittel bereits verflüssigt ist.

Die Schmelzleiter können beispielsweise durch Ätzen aus einer Metallfolie mit niedrigem Schmelzpunkt hergestellt wer­ den. Insbesondere können die Anschlußkontakte, die Anschluß­ bahnen und der Schmelzleiter einteilig aus einer solchen Me­ tallfolie geätzt werden. Selbstverständlich ist es auch mög­ lich, als Schmelzleiter einen Draht in runder Form oder flach­ gewalzt zu verwenden und diesen Draht mit seinen zugeordneten Anschlußbahnen elektrisch leitend zu verbinden.

Eine Anlage zwischen Flußmittel und Schmelzleiter kann da­ durch erreicht werden, daß der Sicherungskörper unter dem Schmelzleiter eine Vertiefung aufweist, in welcher Flußmittel angeordnet ist, so daß der Schmelzleiter auf dem in der Vertie­ fung eingefüllten Flußmittel aufliegt. Es ist stattdessen auch möglich, den Schmelzleiter selbst mit Flußmittel zu beschich­ ten oder den Schmelzleiter als Hohlschmelzleiter auszubilden, der eine Flußmittelseele umschließt. Der Schmelzleiter kann auch mit einem Abdeckstreifen abgedeckt sein, wobei der Abdeck­ streifen als Trägerelement für Flußmittel ausgebildet ist.

Bei einer bevorzugten Ausbildung weist der als Leiterplat­ te ausgebildete Sicherungskörper eine Vielzahl von Anschlußbah­ nen und Schmelzleitern auf, so daß die Schmelzsicherung als Stromverteiler für mehrere, voneinander unabhängige Verbrau­ cherschaltungen fungieren kann, die jeweils über ein oder meh­ rere Schmelzleiter mit Strom versorgt werden und gleichzeitig durch die Schmelzleiter vor einer Überlastung geschützt wer­ den. Flußmittel kann mit den Schmelzleitern einer Schmelzsiche­ rung, die mehrere Schmelzleiter aufweist, dadurch in Anlage ge­ bracht sein, daß mehrere Schmelzleiter einen mit Flußmittel versehenen Abdeckstreifen gemeinsam haben.

Insbesondere zur Raumersparnis ist der Sicherungskörper bei einer bevorzugten Ausbildung ein Plattenteil, das beidsei­ tig als Leiterplatte ausgebildet ist, so daß beide Seiten des Plattenteils zum Aufbringen von Schmelzleitern genutzt werden können.

Die Durchtrennung eines der Schmelzleiter kann in einfa­ cher Weise dadurch erkannt werden, daß die Schmelzleiter bzw. die Anschlußbahnen der Schmelzleiter durchkontaktiert sind, und daß auf einer Seite des Sicherungskörpers ein Signalgeber für die Steuerung einer Warnanzeige angeordnet ist. Beispiels­ weise kann jeder der Schmelzleiter über seine Anschlußbahn an einem gemeinsamen Oder-Gatter angeschlossen sein, welches auf eine Warnanzeige, beispielsweise ein Lämpchen, wirken kann.

Eine besonders einfache Stromversorgung der einzelnen Schmelzleiter einer Leiterplatte ist dadurch möglich, daß die Schmelzleiter sternförmig um einen zentralen Anschlußkontakt herum angeordnet sind.

Vorzugsweise ist der Werkstoff für Anschlußkontakte und da­ von zu den Schmelzleitern führenden Anschlußbahnen auf der Lei­ terplatte Kupfer und ist der Werkstoff für die Schmelzleiter Zinn, da Zinn ein leicht zu verarbeitender, kostengünstiger, elektrisch leitfähiger Werkstoff ist, der einen relativ niedri­ gen Schmelzpunkt aufweist. Zur Vereinfachung der Fertigung ei­ ner Leiterplatte, beispielsweise durch einteilige Herstellung des Schmelzleiters mit seinen zugeordneten Anschlußbahnen kön­ nen die Anschlußbahnen und die Anschlußkontakte ebenfalls aus Zinn gefertigt sein.

Für den Schutz der Schmelzleiter, insbesondere gegen Staub ist bei einer bevorzugten Ausbildung der Schmelzsicherung vor­ gesehen, daß der Sicherungskörper eine lediglich die Anschluß­ kontakte freilassende Schutzabdeckung aufweist. Ein elektri­ scher Anschluß des Sicherungskörpers kann ohne Abnehmen der Schutzabdeckung erfolgen, so daß der Sicherungskörper bei­ spielsweise fabrikmäßig mit einer nicht lösbaren Schutzab­ deckung versehen sein kann. Die Schutzabdeckung verhindert mit Vorteil auch eine Manipulation an den Schmelzleitern. Bei­ spielsweise können unterbrochene Schmelzleiter nicht durch gefährliche, provisorische Leitungsverbindungen überbrückt werden, durch die ein Schutz der über den Schmelzleiter ver­ sorgten Verbraucherschaltung nicht mehr gewährleistet wäre. Vorzugsweise ist die Schutzabdeckung ein vorgeformtes Teil aus transparentem Werkstoff bzw. aus Kunststoff, so daß eine Durch­ trennung eines Schmelzleiters auch optisch kontrolliert werden kann, ohne daß die Schutzabdeckung entfernt werden müßte.

Ausführungsbeispiele der Erfindung, aus denen sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, sind in der Zeichnung darge­ stellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht mehrerer Schmelzsi­ cherungen auf einer Leiterplatte,

Fig. 2 eine Detailansicht einer als Leiterplatte aus­ gebildeten Schmelzsicherung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Schmelzsicherung mit ei­ nem Drahtschmelzleiter,

Fig. 3a eine Detailansicht einer Ausführungsmöglichkeit des Drahtschmelzleiters gemäß Fig. 3,

Fig. 4 eine Detailansicht einer Schmelzsicherung mit Drahtschmelzleiter gemäß Fig. 3 mit einer anderen Ausgestaltung der Anordnung des Flußmittels,

Fig. 5 eine Schnittansicht einer Schmelzsicherung, die beidseitig als Leiterplatte ausgebildet ist, wo­ bei auf einer Seite des Sicherungskörpers ein Signalgeber angeordnet ist,

Fig. 6 eine Ansicht einer als Leiterplatte ausgebildeten Schmelzsicherung mit einem Abdeckstreifen als Trägerelement für Flußmittel,

Fig. 7 eine Schnittansicht einer Schmelzsicherung mit ei­ ner Schutzabdeckung für die Schmelzleiter und

Fig. 8 eine Draufsicht auf eine Schmelzsicherung, bei der die Schmelzleiter sternförmig um einen zentralen Anschlußkontakt herum angeordnet sind.

Fig. 1 zeigt eine mögliche Ausführungsform, bei der mehre­ re Schmelzsicherungen auf einem als Leiterplatte 1 ausgebilde­ ten Sicherungskörper 2 angeordnet sind. In einem üblichen Her­ stellungsverfahren für Leiterplatten sind für jede Schmelzsi­ cherung Anschlußbahnen 3 und 4 auf dem Sicherungskörper ange­ ordnet. Die Anschlußbahnen sind stromleitend durch entspre­ chend ausgebildete Schmelzleiter verbunden. Ein Anschlußkon­ takt ist hier als Bohrung 6 ausgebildet, so daß mittels der Schraube 7 und der Mutter 8 der Kabelschuh 9 des Stromführungs­ kabels 10 in leitende Verbindung mit den Anschlußbahnen 4 ge­ bracht werden kann. Die Stromweiterführung zu den einzelnen durch Schmelzsicherungen abzusichernden Stromverbrauchern er­ folgt über Klemmschuhe 11, die z.B. einfach an die Anschluß­ bahnen 3 angesetzt werden können. Unter jedem die Anschlußbah­ nen 3 und 4 verbindenden Schmelzleiter 5 ist in dem Sicherungs­ körper 2 eine Vertiefung 12 angebracht, die mit Flußmittel ge­ füllt werden kann.

In Fig. 2 ist der Bereich des Sicherungskörpers 2 mit der Vertiefung 12 unter dem Schmelzleiter 5 in einer Detailansicht dargestellt.

Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus einer Leiterplatte im Be­ reich einer Schmelzsicherung, die hier wiederum als auf den Si­ cherungskörper 2 aufgebrachte Anschlußbahnen 3 und 4 ausgebil­ det ist, wobei die Anschlußbahnen durch einen der stromleiten­ den Verbindung dienenden Schmelzleiter 5 miteinander verbunden sind. Der Schmelzleiter ist hier als auf die Anschlußbahnen 3 und 4 gelöteter Draht ausgebildet, der als Hohlschmelzleiter (5 a) ausgebildet sein kann und dann eine Flußmittelseele 13 hat, wie es in Fig. 3a dargestellt ist.

Es kann jedoch auch für den Schmelzleiter einfacher Rund­ draht oder ein Draht mit anderer Querschnittsform, beispiels­ weise auch Flachdraht verwendet werden, wie es in Fig. 4 darge­ stellt ist, wobei dann das Flußmittel in Form einer Schicht 14 auf den Sicherungskörper 2 unter dem Schmelzleiter 5 aufgetra­ gen ist.

Fig. 5 zeigt eine Ausführung einer als Leiterplatte ausge­ bildeten Schmelzsicherung, bei der der Sicherungskörper beid­ seitig Anschlußbahnen 3 und 4 bzw. 3 a und 4 a hat. Mit 5 ist wieder der Schmelzleiter bezeichnet, der, in Anlehnung an Fig. 4, als aufgelöteter Draht ausgebildet sein kann, wobei das Flußmittel jedoch wieder in einer Vertiefung 12 angeordnet ist. Die Anschlußbahnen sind in an sich bekannter Weise, hier z.B. durch Lötpfropfen 15 und 16 durchkontaktiert, so daß eine stromleitende Verbindung zwischen den Anschlußbahnen 3 und 3 a einerseits und den Anschlußbahnen 4 und 4 a andererseits be­ steht. Auf der dem Schmelzleiter abgekehrten Unterseite des Sicherungskörpers 2 bzw. der gesamten Leiterplatte kann ein Signalgeber 17 angeordnet und mit den Anschlußbahnen 3 und 4 a entsprechend verbunden sein. Der Signalgeber kann ein an sich bekanntes elektronisches Oder-Gatter sein, mit dem eine Warnan­ zeige, beispielsweise am Armaturenbrett eines Kraftfahrzeugs gesteuert werden kann.

Fig. 6 zeigt eine Ansicht einer als Leiterplatte ausgebil­ deten Schmelzsicherung mit einer weiteren Ausführungsmöglich­ keit für die Anbringung von Flußmittel. Der Sicherungskörper mit den Anschlußbahnen 3 und 4 und den die Anschlußbahnen ver­ bindenden Schmelzleitern 5 ist mit einem Abdeckstreifen 18 be­ klebbar, der als Trägerelement für eine Schicht 19 aus Flußmit­ tel dient. Nach Anbringen des Abdeckstreifens 18 steht das Flußmittel mit den Schmelzleitern 5 in Berührung. Wie Fig. 6 erkennen läßt, haben mehrere Schmelzsicherungen einen Abdeck­ streifen 18 gemeinsam.

Fig. 7 zeigt eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit der Schmelzsicherung, bei der zur Vermeidung von Manipulationen und zum Schutz der einzelnen Schmelzsicherungen auf dem Si­ cherungskörper 2 eine vorgeformte Schutzabdeckung 20 aus trans­ parentem Werkstoff so angebracht ist, daß die Anschlußkontakte bzw. die Anschlußbahnen 3 und 4 beiderseits des Schmelzleiters 5 freigelassen sind, der Schmelzleiter 5 jedoch abgedeckt ist. Die Schutzabdeckung 20 kann ein niedriges U-Profil sein, wie es hier dargestellt ist, das sich über die gesamte Leiter­ platte erstreckt.

Fig. 8 zeigt eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit einer als Leiterplatte ausgebildeten Schmelzsicherung, bei der die Schmelzleiter 5 sternförmig um einen zentralen Anschlußkontakt 6 herum angeordnet sind. Die Anschlußbahnen sind hier wieder mit 3 und 4 bezeichnet, wobei sämtliche Schmelzleiter 5 die kreis- oder scheibenförmige Anschlußbahn 4 gemeinsam haben.

Claims (14)

1. Schmelzsicherung mit einem als Leiterplatte ausgebilde­ ten Sicherungskörper, auf dem Anschlußkontakte angeordnet sind, deren einer stromleitenden Verbindung dienende Anschluß­ bahn in einem vorbestimmten Bereich als Schmelzleiter ausgebil­ det ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzleiter (5, 5 a) aus einem Werkstoff mit niedri­ gem Schmelzpunkt besteht und mit ihm in Anlage stehendes Fluß­ mittel aufweist.

2. Schmelzsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Sicherungskörper (2) unter dem Schmelzleiter (5) eine Vertiefung (12) aufweist, in welcher Flußmittel angeord­ net ist.

3. Schmelzsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Schmelzleiter (5) mit Flußmittel beschichtet ist.

4. Schmelzsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Schmelzleiter als Hohlschmelzleiter (5 a) mit Fluß­ mittelseele (13) ausgebildet ist.

5. Schmelzsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Schmelzleiter (5) mit einem Abdeckstreifen (18) abgedeckt ist, und daß der Abdeckstreifen als Trägerelement für Flußmittel (Schicht 19) ausgebildet ist.

6. Schmelzleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der als Leiterplatte ausgebildete Sicherungskörper (2) eine Vielzahl von Anschlußbahnen (3, 4) und Schmelzleitern (5, 5 a) aufweist.

7. Schmelzleiter nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mehrere Schmelzleiter (5) einen Abdeckstreifen (18) gemeinsam haben.

8. Schmelzleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherungskörper (2) ein Plat­ tenteil ist, das beidseitig als Leiterplatte ausgebildet ist.

9. Schmelzleiter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußbahnen (3, 4; 3 a, 4 a) der Schmelzleiter (5) durchkontaktiert sind und daß auf einer Seite des Sicherungs­ körpers (2) ein Signalgeber (17) für die Steuerung einer Warn­ anzeige angeordnet ist.

10. Schmelzleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzleiter (5) sternförmig um einen zentralen Anschlußkontakt (6) herum angeordnet sind.

11. Schmelzleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff für Anschlußkontakte (6) und davon zu den Schmelzleitern (5, 5 a) führenden Anschluß­ bahnen (3, 4) auf der Leiterplatte Kupfer ist.

12. Schmelzleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff für die Schmelzlei­ ter (5, 5 a) Zinn ist.

13. Schmelzleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherungskörper (2) eine zu­ mindest die Anschlußkontakte freilassende Schutzabdeckung (20) aufweist.

14. Schmelzkörper nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schutzabdeckung (20) ein vorgeformtes Teil aus transparentem Werkstoff ist.