DE69801482T2 - Verbesserung an oder in bezug auf thermische auslöseeinheiten - Google Patents

Verbesserung an oder in bezug auf thermische auslöseeinheiten

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen in oder bei thermischen Auslöseanordnungen, das heißt Anordnungen in elektrischen Schaltungen, die eine Abtrennung in der Schaltung auslösen oder hervorrufen, wenn eine vorbestimmte Temperatur überschritten wird.
  • Einige Arten von elektronischen Bauteilen werden überbeanschprucht oder altern und erfahren irreversible Beschädigungen und können sehr heiß werden und ogar Feuer fangen, falls sie mit einer Stromquelle verbunden werden unter diesen Umständen wird die Verwendung irgendeiner Art einer thermischen Auslösevorrichtung oder Umhüllung in einem wärmebeständigen Gehäuse wesentlich. Thermische Auslösevorrichtungen, die zur Zeit verwendet werden, sind unter anderem kommerziell erhältliche Auslöseanordnungen, die mit dem zum Überhitzen neigenden Bauteil in Serie verdrahtet werden, oder speziell ausgelegte Schaltungen mit einem äußeren Kontakt, Federn und Materialien, die bei einer speziellen Temperatur auf vorbestimmte Art und Weise reagieren. Das Hinzufügen äußerer Bestandteile dieser Art steigert nicht nur die Kosten der Schaltung, sondern erhöht auch die thermische Masse, wodurch der Betrieb der Vorrichtung verlangsamt wird.
  • Es wurden Versuche unternommen, um thermische Auslöseanordnungen innerhalb der Schaltung einzubauen, welche das zum Überhitzen neigende Bauteil enthält, wobei die Überhitzung verwendet wurde, um die Schaltung auszulösen. Die US- Patente 5311164 und 4486804 sind Beispiele für derartige Anordnungen des Stands der Technik. Zusätzlich wurden bei diesen Anordnungen des Stands der Technik Bauteile, die an der Oberfläche der Leiterplatten montiert wurden, oder andere Stützelemente für elektronische Bauteile eingebaut. Das US-Patent 5311164 zeigt ein Schaltungs-Aufnahmeelement in Form eines länglichen Zylinders, der an der Oberfläche eines Basisglieds befestigt ist und effektiv ein gesondertes Glied der in den vorhergehenden Abschnitten beschriebenen Bauart ist. Die in dem US-Patent 4486804 gezeigte Anordnung, bei der die Verwendung von Schraubenfedern auf einem Bauteil erforderlich ist, das mit standardmäßigen Anschlüßssen ausgestattet ist, ist schwierig und beim Montieren auf einer Leiterplatte zeitaufwändig.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese und andere Nachteile zu umgehen oder zu verringern.
  • Gemäß er vorliegenden Erfindung wird eine thermische Auslöseanordnung bereitgestellt mit einem Varistor, der auf einer Leiterplatte mit einer gedruckten Schaltung montiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Varistor eine spannungsabhängige Widerstandsscheibe aufweist, die zwischen einem Paar elektrisch leitender Metallscheiben sandwichartig angeordnet ist, und daß die Leiterplatte Montiermittel für den Varistor bereitstellt, mit einer Öffnung durch die Leiterplatte zur gleitenden Aufnahme des Varistors, wobei die mittige Achse seiner Scheiben im wesentlichen parallel zur Ebene der Leiterplatte ist, wobei Leiterbahnen der Leiterplatte zu jeder Seite der Öffnung führen, die zu der leitenden Scheibe des darin montierten Varistors führen, und wobei wärmeempfindliche Befestigungsmittel einen elektrischen Kontakt zwischen den Scheiben und den Bahnen bilden, wobei die wärmeempfindlichen Befestigungsmittel dazu ausgelegt sind, den Varistor in der Öffnung zu halten und den Varistor aus ihr freizugeben, wenn die Befestigungsmittel eine vorbestimmte Temperatur erreichen, wobei die Montiermittel auch Vorspannmittel aufweisen, um den Varistor aus der Öffnung herauszudrücken.
  • Vorzugsweise sind die Vorspannmittel elastische Mittel. Alternativ kann das Vorspannmittel Schwerkraft sein.
  • Vorzugsweise haben die Metallscheiben einen kleineren Durchmesser als die Metalloxidscheiben.
  • Vorzugsweise bestehen die Befestigungsmittel aus Lötzinn mit einem vorbestimmten Schmelzpunkt.
  • Vorzugsweise ist eine unabhängige Bahn der Leiterplatte mit mindestens einer Seite des Varistors verbunden, um in eine Indikatorschaltung verwendet zu werden.
  • Vorzugsweise kann das elastische Vorspannmittel Teil eines Schalter/Kontaktes sein, der zum Anzeigen des Normalbetriebs der Schaltung verwendet wird.
  • Alternativ kann das elastische Vorspannmittel eine mechanische Anordnung betätigen, um einen visuellen Hinweis auf den Betriebszustand der Schaltung zu geben.
  • Als weitere Alternative kann die Bewegung der Scheibe unter der Einwirkung des Vorspannmittels verwendet werden, um einen Schalter mit einem Kontakt oder einem mechanischen Indikator zu betätigen, um den Betriebszustand der Schaltung anzuzeigen.
  • Vorzugsweise werden dort, wo eine Vielzahl thermischer Auslöseanordnungen in einer Schaltung vorgesehen sind, der Indikator und/oder das elastische Vorspannmittel miteinander gekoppelt.
  • Es können Mittel vorgesehen sein, um ein verschobenes Bauteil aufzunehmen.
  • Diejenigen Teile des Bauteils, die mit dem Montiermittel nicht in Kontakt sind, können zum Schutz gegen Umwelteinflüsse beschichtet sein.
  • Die Leiterbahnen aus der Leiterplatte können eine vorbestimmte Geometrie haben, um die Menge des vorliegenden Lötzinns und seine Schmelzeigenschaften zu optimieren.
  • Außerdem wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein elektrisches Bauteil bereitgestellt für die Verwendung in einer Anordnung gemäß einem der vorhergehenden 15 Absätze.
  • Es wird nun ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beispielhaft anhand der begleitenden Zeichnung beschrieben, wobei:
  • Fig. 1 und 2 eine Vorderansicht bzw. Seitenansicht eines zur Zeit verwendeten standardmäßigen Metalloxid-Varistors zeigen;
  • Fig. 3 und 4 eine Vorderansicht bzw. Seitenansicht eines Metalloxid-Varistors gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen;
  • Fig. 5 eine Seitenansicht eines Metalloxid-Varistors der vorliegenden Erfindung zeigt, der auf einer Leiterplatte montiert ist; und
  • Fig. 6 eine Draufsicht der in Fig. 5 gezeigten Anordnung zeigt.
  • Fig. 1 und 2 veranschaulichen einen zur Zeit verfügbaren Metalloxid-Varistor 10, der ein elektronisches Bauteil enthält, das ähnlich wie das in Fig. 3 und 4 dargestellte ist, mit einer Scheibe 12 aus Metalloxid, die zwischen zwei scheibenartigen Gliedern 14 aus Metall sandwichartig eingebettet ist, deren Außendurchmesser kleiner als derjenige der Metalloxidscheibe 12 ist. Ein Verbindungsbein 16 ist an jede Metallscheibe 14 angelötet, und die Anordnung ist durch eine Beschichtung 18, z. B. aus Epoxidharz, überzogen, um einen Schutz gegen mechanische und Umwelteinflüsse zu bewirken. Die Verbindungsbeine 16 sind in bekannter Weise an einer Leiterplatte befestigt und sind mit ihr durch Lötzinn-Befestigungen elektrisch verbunden.
  • Es wird zwar ein Metalloxid-Varistor verwendet, um ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zu beschreiben, doch sollte man bedenken, daß die Erfindung nicht auf diese Art von Bauteil beschränkt ist, sondern für jedes elektronische Bauteil verwendet werden kann, das zwei leitende Glieder enthält.
  • Wenn irgendeine Art von elektronischen Bauteilen, z. B. Metalloxid-Varistoren, überbeansprucht werden oder altern, werden sie irreversiebel beschädigt und können, wenn sie mit einer Stromquelle verbunden werden, sehr heiß werden und sogar Feuer fangen. Unter diesen Umständen wird irgendeine Art von thermischer Auslösung oder eine hitzebeständige Umschließung wesentlich.
  • Ein Metalloxid-Varistor ist ein Bauteil, daß beim Schutz gegen Überspannungen oder Übergangsspannungen verwendet wird. Dieses Bauteil wird oft quer an die Stromverbindung angelegt, mit dem Ziel, jegliche Hochspannungsübergänge zu unterdrücken, die gegebenenfalls vorliegen können, indem man den Strom durch dieses Bauteil hindurchleitet.
  • Das Lebensende tritt auf aufgrund einer Überschreitung der Stromkapazität der Vorrichtung entweder durch ein einziges großes Ereignis oder mehrere kleinerer Ereignisse oder durch Überlasten der Vorrichtung durch ständiges Anlegen einer zu hohen Versorgungsspannung. Wenn die Überlastung sehr groß ist neigt die Vorrichtung dazu, rasch und relativ sauber auszufallen. Wenn jedoch die Überbeanspruchung klein ist, fällt sie langsam aus, wobei sie während der Zeit bis zum Ausfall sehr heiß wird und gasförmige so wie feste Materie aussendet. Bekanntlicherweise schaltet man eine Sicherung zum Abtrennen des Bauteils, wenn die Überbelastung groß ist, und eine thermische Vorrichtung, wenn die Überbelastung ständig oder klein ist.
  • Die zur Zeit kommerziell erhältlichen oder speziell ausgelegten und hergestellten Auslöseanordnungen werden mit dem Varistor in Serie verdrahtet, wobei die vorliegenden Erfindung die Notwendigkeit eines gesonderten Bauteils umgeht. Erfindungsgemäß hat der Varistor keine sich von ihm erstreckende Verbindungsbeine und ist im wesentlichen unbeschichtet. Ein typisches Beispiel ist in Fig. 3 bis 6 gezeigt.
  • Fig. 5 und 6 zeigen, daß der Varistor in einem Schlitz montiert ist, der in einer Leiterplatte 20 gebildet ist, wobei der Schlitz eine Breite hat, die nur geringfügig größer als die Dicke des Varistors zwischen seinen Metallgliedern 14 ist, und eine Länge hat, die kleiner als der Durchmesser des Varistors ist, so daß der Varistor in dem Schlitz in der in Fig. 5 gezeigten Weise aufgenommen wird. Die Leiterplatte trägt die normalen Leiterbahnen 22, 24, 26 der Schaltung. Die physikalische und elektrische Verbindung zwischen der Leiterplatte 20 und dem Varistor wird durch die Verwendung von Lötzinn erzielt, das in der Zeichnung durch die Punkte 28 gekennzeichnet ist. Wenn der Widerstand bzw. Varistor auf eine Temperatur oberhalb einer vorbestimmten Temperatur überhitzt, schmilzt das Lötzinn, wobei die Lötzinn-Zusammensetzung speziell so ausgewählt ist, daß sie bei der vorbestimmten Temperatur schmilzt. Wenn Mittel vorgesehen sind, um den Varistor von der Leiterplatte zu trennen, wenn das Lötzinn schmilzt, wird dem Varistor kein Strom zugeführt, und infolgedessen wird das Problem des Überhitzen, eines Brandes und der Emission gasförmiger und fester Materie überwunden.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der Varistor unterhalb der Leiterplatte 20 aufgehängt, das heißt, er ist in einer zu der in Fig. 5 gezeigten Position entgegengesetzten Position montiert. Wenn bei dieser Anordnung das Lötzinn schmilzt, bewirkt die Schwerkraft, daß der Varistor aus der Leiterplatte herausfällt.
  • Bei einer anderen Anordnung, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, drückt ein elastisches Glied in Form einer Blattfeder 30, die vorgespannt wird, wenn der Varistor in den Schlitz eingeführt wird, den Varistor aus den Schlitz heraus, wenn das Lötzinn schmilzt.
  • Man erkennt, daß die Oberfläche der Metallglieder 14 unterhalb der Leiterplatte genügend Fläche haben, um die Herstellung einer wirkungsvollen Lötverbindung an jeder Seite des Varistors zu ermöglichen. Die Auslegung der Leiterbahnen 22/26 der Leiterplatte sind ebenfalls dazu ausgelegt, um dies zu ermöglichen.
  • Außerdem ist die Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung kompakt, besitzt eine geringe thermische Masse und arbeitet rasch. Da keine Kontakte vorliegen, sind das Schweißen und. Überbrücken bei Übergangsbedingungen kein Problem.
  • Bei der in Fig. 6 gezeigten Leiterplatte 20 ist die Leiterbahn auf einer Seite des Varistors in zwei Bahnen 24, 26 gespalten. Nach dem Auswurf des Varistors geht die Kontinuität an der gespaltenen Spur verloren, und dieser Verlust an Kontinuität kann dazu verwendet werden, um einen sichtbaren oder hörbaren Indikator des Varistorversagens zu betätigen.
  • Es können verschiedene Abwandlungen durchgeführt werden, ohne daß man den Bereich der Erfindung verläßt. Wie oben angedeutet, muß das elektronische Bauteil, das in der Leiterplatte auf die erfindungsgemäße Weise montiert ist, kein Varistor sein, sondern könnte irgendein anderes geeignet es Bauteil mit zwei elektrisch leitenden Elementen aus Metall sein.
  • Das in Fig. 5 und 6 dargestellte elektronische Bauteil ist in einer Leiterplatte montiert, doch könnte es an jedem anderen geeigneten Substrat montiert werden und für eine Verwendung in Kombination mit einer anderen Schaltung bereit sein.
  • Das auf das elektronische Bauteil einwirkende Vorspannmittel kann, wie oben beschrieben, die Schwerkraft oder die Blattfeder 30 sein. Jedes andere geeignete Vorspannmittel kann verwendet werden, um entweder das Bauteil von unterhalb der Leiterplatte zu schieben, es von oben zu ziehen oder es von der Seite zu rollen.
  • Die Blattfeder 30 kann Teil eines Schalter/Kontaktes sein, der verwendet wird, um den Zustand der Schaltung anzuzeigen, oder kann ein mechanisches Mittel betätigen, das einen visuellen Hinweis auf den Betriebszustand der Schaltung gibt.
  • Bei einer weiteren Abwandlung kann die Bewegung der Scheibe verwendet werden, um einen Schalter/Kontakt oder einen mechanischen Schaltungszustand/Indikator zu betätigen.
  • Bei einer Anordnung, bei der eine Vielzahl von Bauteilen ähnlicher Bauart verwendet werden, können das Vorspannmittel und/oder die Schaltungszustand-Indikatoren miteinander gekoppelt sein.
  • Je nach den Nutzungsumständen kann es vorteilhaft sein, einen Behälter zur Aufnahme eines ausgestoßenen Bauteils bereitzustellen.
  • Ein partieller Überzug kann auf das Bauteil aufgetragen werden, um die mit dem Lötzinn nicht in Verbindung stehenden Teile gegen Umwelt- und mechanische Beschädigungen zu schützen.
  • Es können verschiedene anderer Abwandlungen durchgeführt werden, ohne daß man den Bereich der Erfindung verläßt.
  • Obwohl bei der obigen Beschreibung die Aufmerksamkeit auf diejenigen Merkmale der Erfindung gerichtet wurde, die als besonders wichtig erachtet werden, beantragt der Anmelder selbstverständlich Schutz für jegliches patentierbares Merkmal oder jegliche patentierbare Kombination von Merkmalen, auf die hier Bezug genommen wurde und/oder die in den Zeichnungen gezeigt wurden, unabhängig davon, ob sie besonders hervorgehoben wurden oder nicht.

Claims (13)

1. Thermische Auslöseanordnung mit einem Varistor, der auf einer Leiterplatte (20) mit einer gedruckten Schaltung montiert ist, wobei der Varistor eine spannungsabhängige Widerstandsscheibe (12) aufweist, die zwischen einem Paar elektrisch leitender Metallscheiben (14) sandwichartig angeordnet ist, und wobei die Leiterplatte Montiermittel für den Varistor bereitstellt mit einer Öffnung durch die Leiterplatte zur gleitenden Aufnahme des Varistors, wobei die mittige Achse seiner Scheiben im wesentlichen parallel zur Ebene der Leiterplatte ist, wobei Leiterbahnen (22, 24, 26) der Leiterplatte zu jeder Seite der Öffnung führen, die zu der leitenden Scheibe des darin montierten Varistors führen, und wobei wärmeempfindliche Befestigungsmittel (28) einen elektrischen Kontakt zwischen den Scheiben und den Bahnen bilden, wobei die wärmeempfindlichen Befestigungsmittel dazu ausgelegt sind, den Varistor in der Öffnung zu halten und den Varistor aus ihr freizugeben, wenn die Befestigungsmittel eine vorbestimmte Temperatur erreichen, wobei die Montiermittel auch Vorspannungsmittel aufweisen, um den Varistor aus der Öffnung herauszudrücken.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallscheiben einen kleineren Durchmesser als die Metalloxidscheiben haben.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeempfindlichen Mittel Lötzinn mit einem vorbestimmten Schmelzpunkt sind.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnen auf der Leiterplatte eine vorbestimmte Geometrie haben, um die Menge des vorhandenen wärmeempfindlichen Befestigungsmittels und seine Schmelzeigenschaften zu optimieren.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine unabhängige Bahn der Leiterplatte mit mindestens einer Seite des Varistors verbunden ist, um in einer Indikatorschaltung verwendet zu werden.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorspannmittel die Schwerkraft ist.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorspannmittel ein elastisches Mittel ist.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Vorspannmittel Teil eines Schalter/Kontaktes ist, der zum Anzeigen des Normalbetriebs der Schaltung verwendet wird.
9. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Vorspannmittel eine mechanische Anordnung betätigt, um eine visuellen Hinweis auf den Betriebszustand einer Schaltung zu geben.
10. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Varistors unter der Einwirkung des Vorspannmittels einen Schalter mit einem Kontakt oder einem mechanischen Indikator betätigt, um den Betriebszustand einer Schaltung anzuzeigen.
11. Anordnung, bei der eine Vielzahl thermischer Auslöseanordnungen nach einem der Ansprüche 7 bis 10 in einer Schaltung vorgesehen sind und bei der der Indikator und/oder das elastische Vorspannmittel miteinander gekoppelt sind.
12. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um einen von dem Montiermittel freigegebenen Varistor aufzunehmen.
13. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diejenigen Teile des Varistors, die mit dem Montiermittel nicht in Kontakt sind, zum Schutz gegen Umwelteinflüsse beschichtet sind.
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