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Die
Erfindung bezieht sich auf elektrische Miniatur-Sicherungen, die
in vielen elektrischen Geräten
wie Fernsehgeräten,
Computern und ähnlichen nützlich sind.
Im besonderen bezieht sich die Erfindung auf die Verbindung der
Leitungsdrähte
mit dem Körper
der Sicherung und besonders auf eine abschlußkappenlose Sicherung.
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Bekannte
Miniatur-Sicherungen weisen typischerweise eine gasdruckbeständige, hohle,
an den Enden offene, isolierende Hülse aus Glas, Keramik oder
anderem elektrisch nicht leitendem Material auf. Ein schmelzbares
Element bzw. Schmelz-Element, das
bei elektrischer Überlast
schmilzt, erstreckt sich durch die Hülse und ist elektrisch mit
an den Enden der Hülse
befestigten Abschlußkappen
oder mit an den Abschlußkappen
endenden Leitungen verbunden. Die zur Sicherung führenden
elektrischen Leitungen sind entweder an den Abschlußkappen
befestigt und über
diese mit dem Schmelz-Element
in der Hülse
verbunden oder die Leitungen erstrecken sich durch die Abschlußkappen
zum Schmelz-Element.
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Beispiele
für eine
Miniatur-Sicherung mit Abschlußkappen
sind in der
US 4 746
784 A und in der
US
4 540 969 A gezeigt. Ein Beispiel für einen mit einer Sicherung
verbundenen Leitungsdraht findet sich in der
US 2 916 587 A . In der
US 4 532 489 A ist
eine ungewöhnliche
Abschlußkappen-Anordnung gezeigt.
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Wenn
die elektrische Schaltung, mit der die Sicherung verbunden ist,
einer elektrischen Überbelastung
ausgesetzt ist, schmilzt der Sicherungsdraht und verdampft möglicher weise
sogar; dies kann auch mit Lötmittel
innerhalb der Hülse
geschehen, und Lötflußmittel
kann verdampfen und das Gas oder die Luft innerhalb der Sicherung
wird erhitzt. Der Gasdruck innerhalb der Sicherungs-Hülse nimmt
rapide zu. Die Temperatur kann insbesondere bei einem Kurzschluß genügend hoch
sein, um das Lötmittel
zu erweichen, wodurch dessen Halt an den Leitungen abgeschwächt wird.
Der Gasdruck kann genügend Druck
auf die Abschlußkappen
und/oder die Leitungen an den Abschlußkappen aufbringen, um diese aus
der Hülse
hinauszublasen.
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Häufig sind
zusammengesetzte Miniatur-Sicherungen in Ummantelungs-Material eingekapselt. Dieses
Material verhindert oder hemmt zumindest das Hinausblasen der Leitungen
und Abschlußkappen.
Typischerweise dient es auch zur elektrischen Isolation der ummantelten
Elemente. Beispielsweise werden bei einer seit Jahren bekannten
Technik die Miniatur-Sicherungen in eine Form eingesetzt und durch
Preßspritzen
wird rundum eine Gußmasse
aufgebracht. Gußmassen,
die typischerweise bekannte Epoxidharze sind, werden so gewählt, daß sie nicht an
den Metall-Abschlußkappen
oder den Leitungen oder gar an der nicht leitenden Hülse um den
Sicherungsdraht haften. Deshalb verhindert eine solche Gußmasse nicht,
daß die
Leitung zur Sicherung und manchmal sogar die Abschlußkappe auf
der Sicherungshülse
aus dem Ummantelungs-Material hinausgeblasen wird, wenn sich ein
erhöhter
Druck in der Hülse
bildet, es sei denn, daß die
Sicherung so ausgeführt
ist, daß die
Gußmasse
um eine Kante oder einen Vorsprung oder in eine Rille oder eine
Kerbe fließen
kann. Es ist bekannt, daß typische
nichthaftende Gußmassen,
die um eine Leitung aufgebracht werden, den Draht nicht an einer
Bewegung durch die Gußmasse
hindern, außer
wenn eine Aufrauhung, eine Kerbe, einen Stauchung, eine Aufweitung,
eine Welligkeit oder ein ähnlich
verformter Abschnitt im Draht ausgebildet ist, so daß die Gußmasse in
oder um diesen Abschnitt der Leitung fließen kann und den Draht festklemmt,
wenn sie aushärtet.
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Miniatur-Sicherungen
sollen extrem einfach im Aufbau und billig in der Herstellung sein.
Ein Weg zur Lösung
dieser Aufgaben besteht darin, die Miniatur-Sicherung abschlußkappenlos
auszubilden. Bei einer solchen Sicherung ist die Leitung direkt
an die Keramik- oder Glashülse
der Sicherung gelötet.
Ein Aufbau einer direkt mit dem Sicherungs-Draht verbundenen Leitung
ist in der
JP 53 35144
A und in der
JP
52 22750 A gezeigt. Um die Befestigung der Leitungen zu
ermöglichen,
kann die Keramik-Hülse
metallisiert sein, was im wesentlichen eine Metallauflage bzw. einen
Metallüberzug
an ihren beiden Enden erfordert, damit die Leitungen und die Enden
des Sicherungs-Drahtes an die Metallbeläge gelötet werden können. Dann
wird die zusammengelötete
Sicherung in eine Form eingesetzt und Gußmasse rundum sowohl um die
Leitungen als auch um die Hülse
aufgebracht. Wenn jede Leitung einfach ein gerader Draht oder ein
vom Ende der Leitung in die Sicherung ragender starrer Stift ist,
wird die Leitung nur durch die Kraft der Lötverbindung zwischen der Leitung
und der metallisierten Keramik in ihrer Position an der Hülse gehalten.
Temperatur oder äußere Schubkräfte infolge
von Überlast-
oder Kurzschlußzuständen oder
physischer Zug an den Leitungen während des Einbaus kann die
Lötstellen
schwächer werden
oder schmelzen lassen, so daß die
Leitungen leicht aus dem Sicherungsaufbau herausgezogen oder hinausgeblasen
werden können.
Einige effektive Vorrichtungen sind nötig, um eine abschlußkappenlose
Sicherung herzustellen, bei der die Leitung fest an der Sicherungs-Hülse anstatt an einer Abschlußkappe über der
Hülse gehalten
wird.
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Aus
der Druckschrift
EP
0 275 980 A2 ist eine Miniatur-Sicherung bekannt, bei der
eine Anordnung aus einer äußeren und
einer inneren Hülse
aus isolierendem Material vorgesehen ist. Die innere Hülse umfasst
Elektroden und eine Verbindungseinrichtung aus einem Schmelzmaterial,
das auf die äußere Oberfläche der
inneren Hülse
aufgebracht ist. Die innere und äußere Hülse werden
an ihren Enden durch axiale Verbindungsleitungen abgeschlossen.
Das Schmelzmaterial kann hierbei als Metallisierung auf der inneren
Hülse aufgebracht
sein.
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Die
Druckschrift
DE 32
43 468 A1 offenbart eine Sicherung, die im Wesentlichen
aus einer starren Stange aus elektrisch isolierendem Material sowie
aus mindestens einer in Längsrichtung
durchgehenden Schicht aus elektrisch leitendem Material besteht,
die sich über
die gesamte Länge
der Stange erstreckt und von dieser getragen wird. An beiden Enden
der isolierenden Stange sind getrennt ausgebildete Anschlüsse aus
Metall oder einer Metalllegierung vorgesehen, die elektrisch mit
den jeweiligen Enden der durchgehenden elektrisch leitfähigen Schicht
verbunden sind. Die die beiden Anschlüsse verbindende leitfähige Schicht
bildet das Schmelzmaterial, das im Falle eines über ein vorbestimmtes Maß hinaus
gehenden Stroms schmilzt und damit eine Schaltkreistrennung bewirkt.
Es kann ferner die starre Stange auch rohrförmig ausgebildet sein, wobei
die elektrisch leitfähige
Schicht auf der Innenfläche
des Rohrs aufgetragen und mit an den Enden des Rohrs angeordneten
Anschlussabschnitten elektrisch verbunden sein kann.
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Ferner
offenbart die Druckschrift
DE
33 09 842 C2 eine elektrische Feinsicherung, bei der ein behälterförmiger Grundkörper aus
isolierendem Material zur Aufnahme des Schmelzleiters und der Anschlussleitungen
(Zuleitung) vorgesehen ist. Das Grundelement bildet in seinem Innenraum verschiedene
Kammern aus, wobei in die an den jeweiligen Enden des Grundelements
angeordneten Kammern die Zuleitungen hineinragen. Die beiden die
Zuleitungen aufnehmenden Kammern werden mittels des Schmelzelements
verbunden. Zur Bildung einer elektrisch leitenden Verbindung wird
in die jeweils an den Enden des Grundkörpers angeordnete Kammer ein Lötmaterial
eingefüllt,
wobei die Enden des Schmelzleiters und die in die Kammern hineinragenden
Zuleitungen miteinander verlötet
werden.
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Der
Erfindung liegt demgegenüber
die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Sicherung der eingangs genannten
Art derart auszugestalten, dass diese einen einfachen Aufbau aufweist
und leicht und kostengünstig
herstellbar ist.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe mit dem in Patentanspruch 1 angegebenen Mitteln gelöst.
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Mit
der erfindungsgemäßen Lösung wird
somit eine abschlusskappenlose Sicherung bereitgestellt, bei der
die Leitungsdrähte
fest am Sicherungskörper
gehalten werden. Die erfindungsgemäße Sicherung umfasst eine elektrisch
nichtleitende hohle Hülse
mit gegenüberliegenden
Enden, von denen zumindest eines metallisiert ist. Ein Schmelzelement
erstreckt sich durch die Hülse
und weist eine solche Länge
auf, dass ein erstes und zweites Ende mit den Enden der Hülse in Eingriff
bringbar sind. Es ist eine Leitung vorgesehen zum Verbinden mit
dem metallisierten Ende der Hülse,
wobei die Leitung einen Endabschnitt aufweist und in dessen Nähe mit dem
jeweiligen metallisierten Ende verbunden wird. Das zumindest eine
metallisiert. Ende der Hülse
mit den zugeordneten Enden des Schmelzelements und der Leitung wird
gleichzeitig verlötet,
wobei eine Abschlusskappe an der Hülse nicht vorgesehen ist.
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Die
Erfindung bezieht sich insbesondere auf den Aufbau der Leitungen
und auf die Art und Weise der Befestigung der Leitungen an der Sicherung.
Die Leitungen in Form von Drähten
oder Leitungs-Stiften sind an der Sicherung in der Regel relativ
dünn im Durchmesser
und haben einen gleichförmig
weichen Querschnitt. Im Endabschnitt der Leitung, ungefähr da, wo
die Leitung mit der Keramik-Hülse
zu verbinden oder zu verlöten
ist, wird der Leitungsdraht oder Stift verformt, z.B. durch Kröpfen, Pressen,
Einkerben, Stauchen oder auf andere Weise verdickt, verdünnt oder
verdreht, wobei die Leitung an oder nahe an ihrem der Sicherungs-Hülse zugewandten
Ende verformt wird, um den Leitungsquerschnitt aufzuweiten, zu verengen
oder, allgemeiner ausgedrückt,
zu verformen. Bei einem Ausführungsbeispiel
wird die Leitung in ihrem Endabschnitt unmittelbar außerhalb der
Sicherungs- Hülse fast
auf den Durchmesser oder Querschnitt der Öffnung in der Sicherungs-Hülse auf geweitet.
In einem anderen Ausführungsbeispiel
wird durch Kröpfen
eine Kerbe in der Leitung gebildet. Dann wird die Leitung an das
metallisierte Ende der Hülse
angelötet,
wobei die Aufweitung der Leitung, die Kerbe in der Leitung oder
eine andere Verformung der Leitung außerhalb der Hülse, aber
im allgemeinen am jeweiligen Ende der Hülse angeordnet ist. Das Lötmittel
fließt
um die Leitung, den Sicherungs-Draht und um die Keramik-Hülse und verbindet sie miteinander.
Unabhängig
von der Form des Leitungs-Endabschnittes, der mit dem Ende der Hülse verbunden
wird, muß das
offene Ende der Sicherungs-Hülse abgedichtet
werden. Um die Leitung an der Hülse
herum angeordnetes Lötmittel
vervollständigt
die Abdichtung der Hülse
rund um die Leitung.
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Im
Idealfall ist der Aufweitungs- oder Stauchungs-Endabschnitt der
Leitung eine kreisförmige Aufweitung
und zumindest annähernd
so groß wie die
Endöffnung
in der Sicherungs-Hülse,
so daß er am
Ende der Hülse
angeordnet werden und rundum Kontakt haben kann. Wenn in der Praxis
zum Beispiel die Aufweitung durch Kröpfen der Leitung erzielt wird,
kann der Querschnitt größer werden
als der Durchmesser der Hülse,
die Hülse
aber dennoch nicht ganz rundum überragen.
Unabhängig
von der Form der Leitung an der Hülse sollte eine Aufweitung genügend Kontakt
mit der Hülse
haben, um die Aufgabe der Erfindung zu lösen.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin das Aufbringen einer Ummantelung, die
insbesondere aus Gußmasse
bestehen kann, die durch Spritzgußverfahren über die Hülse und über die Aufweitung, Kerbe oder andere
Verformung der Leitung aufgebracht wird. Die Ummantelungs-Gußmasse kann
nicht an der Leitung haften, aber sie verteilt sich um oder gelangt
in die Verformung. Wenn das Ummantelungs-Material ausgehärtet ist,
hält die
Ummantelung die Leitung fest und legt sie an der Hülse fest.
Dies verhindert ein Hinausblasen der Leitung oder eine Trennung
der Leitung aus bzw. von der Hülse.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Zeichnung näher
beschrieben. Es zeigen
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1 in
Explosionsdarstellung die Elemente, aus denen sich die Sicherung
zusammensetzt, mit einer Hülse,
einem Schmelz-Element und Leitungen mit aufgeweiteten Endabschnitten
vor dem Aufbringen einer Ummantelung,
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2 in
Querschnittsansicht die zusammengebaute Sicherung in einer Guß-Ummantelung,
und
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3 eine
andere Gestaltung einer Leitung für die Sicherung.
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Wie
in der Zeichnung gezeigt ist, weist die Miniatur-Sicherung eine
hohle Hülse
bzw. Röhre 10 auf,
die vorzugsweise aus keramischem Material, möglicherweise aber auch aus
Glas oder einem anderen elektrisch nicht leitendem, gasdruckbeständigem Material
besteht. Die Hülse
ist an ihren Enden 11 und 12 offen. Diese Enden
sind durch geeignete Ablagerungen metallisiert, z.B. durch Plattierungen aus
lötbarem,
elektrisch leitfähigem
Metall, das Endabschnitte 13 und 14 auf der Hülse bildet.
Jeder metallisierte Abschnitt befindet sich an einem jeweiligen Ende
der Hülse
und soll nahe dem Ende die Außenseite
der Hülse
umhüllen
und in die Hülse
ragen. Die metallisierten Abschnitte 13 und 14 sind
längs der Hülse so beabstandet,
daß zwischen
ihnen keine andere elektrische Verbindung außer über einen nachfolgend beschriebenen
Sicherungsdraht 16 besteht.
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Dieser
Sicherungsdraht 16 als Schmelz-Element erstreckt sich durch
den Hohlraum der Hülse 10 und
Enden 17 und 18 des Sicherungsdrahtes ragen über die
metallisierten Enden 11 und 12 der, wie später beschrieben,
an dieser Stelle mit jeder der Leitungen zu verlötenden Hülse hinaus. Die Endabschnitte 17 und 18 des
Schmelz-Elements 16 können
abgeflacht sein, um eine größere Kontaktfläche für die Verbindung
an den metallisierten Enden 11 und 12 zu erzielen.
Alternativ können
die Enden des Schmelz-Elements genügend lang sein, um sie um die
Enden der Hülse
zu falten, wo sie danach angelötet
werden.
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Durch
das Schmelz-Element 16 fließt über Leitungen 20 und 21 elektrischer
Strom. Die Leitungen ragen in die jeweils gegenüberliegenden Enden 11 und 12 der
Hülse 10,
wo sie auch befestigt sind. Die Endabschnitte der Leitungen können ein
kurzes Stück
in die Hülse
ragen. Die Leitungen 20 und 21 sind an den jeweiligen
Enden der Hülse
angelötet. Wie
aber bei der Darlegung des Standes der Technik bemerkt wurde, kann
die Lötverbindung
zwischen dem Endabschnitt eines Drahtes und der Hülse nicht ausreichen,
um ohne weitere Verstärkung
der Verbindung die Leitung und die Hülse zusammenzuhalten. Die Leitungen 20 und 21 haben
einen relativ kleinen Durchmesser und können einen Querschnitt aufweisen,
der kleiner oder gleich der Öffnung
am Ende der Hülse 10 ist.
Um die Verbindungen zwischen den Leitungsdrähten oder Stiften 20 und 21 und
den Enden der Hülse
nach dem Auftragen der nachfolgend beschriebenen Ummantelung 30 zu
verstärken,
werden die Endabschnitte der Leitungen an ihren Enden oder nahe
ihren Enden beispielsweise durch Kröpfung oder pruckanwendung am
Ende des Leitungsdrahtes oder Stiftes aufgeweitet, um eine Aufweitung,
Stauchung oder Wulst 24, 25 im Endabschnitt jedes
Drahtes 20 bzw. 21 auszubilden. Der Durchmesser
oder zumindest ein Durchmesser jeder Aufweitung 24 und 25 eines
beispielsweise tellerförmig
gepreßten
Drahtes könnte
sogar größer sein
als der Durchmesser der entsprechenden Öffnung in der Hülse 10,
ist aber vorzugsweise in keiner Abmessung größer als die Öffnung in
der Hülse 10,
sondern nach Möglichkeit kleiner.
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Für die Funktion
der Sicherung ist es wichtig, daß die Enden der Hülse 10 dicht
geschlossen sind. Wenn die Aufweitungen 24 und 25 längs des
gesamten Umfangs der Enden der Hülse 10 nicht
abdichten, wird jede Lücke
zwischen der Leitung und der Hülse längs des
Umfangs durch Lötmittel
dicht geschlossen, wenn der Leitung an die Hülse gelötet wird. Es können kurze
Stutzen 26 und 27 der Leitungsdrähte vorhanden
sein, die hinter den Aufweitungen in die Hülse ragen. Für die Funktionsfähigkeit
der erfindungsgemäßen Sicherung
müssen
die Aufweitungen 24 und 25 zumindest ihre axial äußere Oberfläche, wenn
nicht mehr oder sogar ihren gesamten Körper außerhalb der Hülse 10 haben,
um mit der danach aufgetragenen Ummantelung in Eingriff zu kommen.
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Eine
Lötpaste,
ein Lötdraht
oder eine Lötmittelbeschichtung 28,
die darauffolgend durch Dampfphasen- oder eine andere Lötmethode
geschmolzen werden sollen, werden auf die metallisierten Enden 11 und 12 der
Hülse aufgebracht,
wobei sie die Aufweitungen 24 und 25 der Leitungen
bedecken und an den metallisierten Enden der Hülse halten. Dann wird die zusammengesetzte
Einheit in einem Lötprozeß verlötet, der
die Leitungs-Aufweitungen mit den Enden der Hülse 10 verbindet und
ebenso die Enden des Schmelz-Elements dort befestigt, um einen – verglichen
mit den gemäß dem Stand
der Technik verlöteten
Leitungen – stabilen
Sicherungs-Aufbau zu erzielen. Die Sicherung ist fertig für den Einbau
und kann in dieser Ausführung
verwendet werden. Jedoch wurde sie noch nicht zur mechanischen Verstärkung ummantelt,
was die Sicherung für
zahlreiche Anwendungen ungeeignet macht. Außerdem sind die Sicherungs-Leitungen
noch nicht gegen das Hinausblasen aus der Hülse bei erhöhtem Gasdruck gesichert.
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Zum
Verstärken
des Sicherungs-Aufbaus und zum Ineingriffbringen dessen Sicherungs-Leitungen
zur Verhinderung deren Trennung von der Hülse wird die Sicherung in den
Hohlraum einer nicht gezeigten Form, beispielsweise einer Spritzgußform eingesetzt,
und dann wird die gesamte Sicherung mit einer Gußmasse wie beispielsweise Epoxidharz übergossen.
Die vorher abgedichtete Hülse 10 wird durch
die Gußmasse
nicht durchdrungen, wobei die vorherige Abdichtung der Hülse vor
dem Gießen wichtig
ist. Das Epoxidharz überzieht
die Hülse,
die Leitungen und die Aufweitungen der Leitungen und bildet die
gegossene Ummantelung bzw. Guß-Ummantelung 30.
Weil die Leitungen die integrierten Aufweitungen 24, 25 aufweisen,
hält die
die Aufweitungen umschließende
Gußmasse
die Aufweitungen und die Drähte
sicher mit der Hülse 10 zusammen, wodurch
sie die Integrierung der Elemente der Sicherung sicherstellt und
verhindert, daß sich
die Sicherungs-Leitungen von der Sicherungs-Hülse infolge des Auftretens
einer Überbelastung,
die hohe Temperatur und einen erhöhten Gasdruck in der Hülse erzeugen
kann, oder beim Einbau der Sicherung oder infolge einer Erhitzung
der Sicherung, was beim Einlöten
der Sicherung in eine Schaltung vorkommen kann, oder infolge einer
Beschädigung
der Sicherung durch Zugbelastung an den Drähten beim Gebrauch trennen.
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3 zeigt
einen Endabschnitt einer Leitung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel,
bei dem ein Draht 40 eine an einer Seite beispielsweise
durch Kröpfung
ausgebildete Kerbe 42 aufweist. Ein Stutzen 46 geht über die
Kerbe 42 hinaus. Die Leitung wird ein kurzes Stück in eine
der Hülse 10 ähnliche Sicherungs-Hülse eingeführt, wobei
der Stutzen 46 führt.
Der Draht wird so angeordnet, daß sich die Kerbe 42 außerhalb
des Endes der Hülse
befindet, um das Epoxidharz aufzunehmen. Dann wird der Draht an
die Hülse
angelötet.
Danach werden die Sicherungs-Hülse
und die Leitungen an den Kerben wie beim ersten Ausführungsbeispiel
mit Epoxidharz übergossen.
Die Kerben sind ein anderes Beispiel für eine Verformung der Leitung,
an der das Epoxidharz die Kerbe ausfüllen und die Leitung sicher
halten kann. Dies verhindert ein Herausziehen oder Hinausblasen
des Drahtes, auch wenn die Guß-Masse
nicht an den Drähten
haftet.
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Es
wurde also eine abschlußkappenlose
Miniatur-Sicherung geschaffen, die eine nicht leitende Hülse mit
einem sich dadurch erstreckenden Schmelz-Element und Leitungen zu
den Enden dieses Sicherungsdrahtes aufweist. Jede elektrische Leitung
zum Sicherungsdraht weist nahe ihrem Ende einen sich außerhalb
der Hülse
befindenden verformten Abschnitt auf, damit sie durch über die
gesamte Sicherung aufgebrachtes Isolationsmaterial gehalten wird.
Der verformte Abschnitt kann eine Aufweitung am Ende sein, die nicht
in die Hülse
ragt, sondern am Ende der Hülse
befestigt wird. Alternativ dazu kann eine Kerbe in der Leitung ausgebildet
sein. Die Hülsen-Enden
sind metallisiert; an diese werden die Enden des Schmelz-Elements
und die Leitungen nahe ihrer verformten Abschnitte angelötet. Die
gesamte Sicherung wird mit einer verfestigenden Ummantelung, beispielsweise
einer Guß-Ummantelung überzogen,
die die Leitungen über
ihre verformten Abschnitte wie beispielsweise Aufweitungen oder
Kerben fest an der Hülse
hält.