EP0352771A2 - Schmelzsicherung mit Federarm - Google Patents

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EP0352771A2
EP0352771A2 EP89113794A EP89113794A EP0352771A2 EP 0352771 A2 EP0352771 A2 EP 0352771A2 EP 89113794 A EP89113794 A EP 89113794A EP 89113794 A EP89113794 A EP 89113794A EP 0352771 A2 EP0352771 A2 EP 0352771A2
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bracket
fuse
circuit
spring arms
substrate
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Karl Gerd Drekmeier
Gerhard Winter
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Definitions

  • the invention is based on a fuse which can be fixed to a circuit substrate and has at least one spring arm which can be soldered under pretension to a contact surface of the circuit substrate.
  • Such fuses are required to switch circuit parts, in particular of layer circuits, such as Film resistors to protect against thermal overload.
  • the contact surface of the substrate with which the spring arm is soldered is arranged so that the best possible thermal contact is present between the circuit part of the layer circuit to be protected against thermal overload and the solder used to connect the spring arm to the contact surface.
  • the solder softens before the circuit part to be protected can be damaged by overheating.
  • the preloaded spring arm is released and can interrupt an electrical connection between the contact surface and the spring arm by leaving the area of the contact surface.
  • the object of the present invention is to design a fuse of the type mentioned at the outset in such a way that it can be handled easily and soldered into a substrate circuit in a simple manner.
  • this object is achieved in that the spring arm is spread out by a supporting device, which consists of a plastically deformable part of the fuse which thereby eliminates the supporting effect.
  • the spring arm is part of a U or V-shaped bracket and the support device is a strut which is connected to one of the bracket legs and bent against the other bracket leg.
  • the spring arm is spread out by the support of the spring arm on the strut.
  • the bracket can now be easily placed on a substrate and soldered to the free ends of the bracket legs with contact surfaces of the substrate circuit.
  • the strut is then bent beyond the elastic limit of the strut so that the spring arm can soar against the other stirrup leg when the solder used for its fixation is softened, thereby interrupting an electrical connection between the spring arm and the associated contact surface of the substrate circuit.
  • the bracket has two spring arms as bracket legs, that both spring arms are each provided with a support strut, and that the struts are positively and / or non-positively connected to one another in the spread-apart state of the spring arms, that the bracket consists of a flat piece of sheet metal is worked out, with a temple cross piece in the sheet metal plane, while the at the bracket crosspiece, the strip-shaped spring arms are angled with their broad sides against the sheet metal plane by approximately 90 °, and that the support struts are provided at their free ends with a shape suitable for mutual support for the purpose of positive and positive locking.
  • This design of the fuse in coordination with the material parameters advantageously enables a circuit part of the substrate circuit which is exposed to the risk of thermal overload, e.g. to be provided exactly opposite one of the spring arms on the other side of the substrate, so that only one of the two spring arms is released when the associated circuit part has become too warm. This means that the fuse shows which circuit section was in danger of being thermally overloaded.
  • this construction of the fuse makes the manufacture of the bracket particularly simple, in particular the bracket with its cross piece as a stamped and bent part can be connected to further brackets via a sheet metal strip until the respective bracket is separated from the sheet metal strip for storage on a circuit substrate. It is not difficult to provide in particular the crosspiece with such a design that gripping tools can easily grasp the bracket.
  • the fuse consists of a U-shaped bracket 1 which is produced as a stamped and bent part from a flat sheet metal section.
  • the dimensions and the material for the bracket should be selected so that e.g. the modulus of elasticity and the thermal conductivity enable one-sided detachment of a spring arm 4 from an associated contact surface 9 and that the spring travel is sufficient for galvanic separation with a safety distance from the contact surface 9.
  • a crosspiece 3, which connects the stirrup legs 2, remains in the plane of the sheet.
  • the broad sides 4a of the strip-shaped stirrup legs 2, which are also initially located in the sheet metal plane, are angled by 90 ° against the sheet metal plane.
  • Struts 6 are cut free from the two spring arms 4, reducing the width of the spring arms 4 towards the free ends 5, in such a way that the free ends 7 of the struts 6 are located on the side of the free ends 5 of the spring arms 4. It is also possible to extend the spring arms by the struts, the struts having a reduced width compared to the spring arms.
  • the struts 6, which are then bent towards one another, are dimensioned in length in such a way that the struts 6 can be supported with their free ends 7 against one another while the spring arms 5 are spread apart. It is useful to design the free ends 7 of the struts 6 so that a sufficiently large and accordingly e.g. concave / convex shaped support surface for each strut 6 at its free end 7 and thus a secure connection between the struts formed by force and positive locking is obtained.
  • the bracket 1 thus spread out with its spring arms 4 is now, as shown in FIG. 3, placed on the substrate 8 with its U-contour aligned parallel to the surface of a substrate 8.
  • Cross piece 3 and struts 6 are advantageously located on the side of the bracket 1 facing away from the substrate 8. As a result, there is an air gap between the struts 6 and the substrate 8.
  • Contact surfaces 9 of the substrate circuit are provided on the substrate 8 such that each spring arm 4 comes to rest on such a contact surface 9 with its free end 5.
  • the ends 5 of the spring arms 4 are then fixed to the contact surfaces 9 of the brackets 1 on the substrate 8 by surface soldering and are thereby fixed.
  • the struts 6, for example with the help of a stamp that is inserted with its free end into the space between the cross piece 3 and struts 6 and then against the strut ben 6 is moved, bent beyond the elastic limit so that the struts 6 not only no longer support the spring arms, but have such a distance from each other that when softening the solder that has been used to fix the spring arms 4 to the contact surfaces 9 , the corresponding spring arm 4 snap in the direction of the other spring arm 4 and can leave the associated contact surface 9 with its free end 5.
  • the spring action of both spring arms 5 becomes effective because the bracket 1 is now only fixed to the substrate 8 at the end 5 of the other spring arm 4.
  • the spring arm 4 which has become movable due to the softening of the solder, throws parts of the solder used to fix it against this other spring arm 4. This catches the solder, thereby avoiding an undesired uncontrolled distribution of liquid solder over the substrate circuit.
  • a z. B. on the opposite side of the substrate 8 layer resistor 10 is protected against thermal overload in that the resistor 10 softens the solder with increasing heating, which holds the left spring arm 4 with its free end 5 on the contact surface 9.

Abstract

Die beiden Federarme eines U-förmigen Bügels sind mittels von den Federarmen ausgehender und mit ihren freien Enden aneinander abgestützter Streben vorgespreizt. Der mit seiner U-Kontur parallel zu einem Schaltungssubstrat auf das Substrat gelegte Bügel wird mit den freien Enden der Federarme mit Kontaktflächen des Substrates verlötet, die in innigem Wärmekontakt mit thermisch belasteten Schaltungsteilen (insbesondere Schichtwiderständen) der Substratschaltung stehen. Durch Verbiegen der Streben über die Elastizitätsgrenze hinaus werden die Federarme freigegeben und können bei Erweichung des Lotes von der jeweiligen Kontaktfläche weg gegeneinander schnellen. Dadurch wird der Stromkreis über ein zu heiß gewordenes Schaltungsteil unterbrochen. Durch entsprechende thermische Zuordnung des Schaltungsteils zur Kontaktfläche des einen oder anderen Federarmes kann sofort erkannt werden, welches Schaltungsteil thermisch überlastet worden ist.

Description

  • Die Erfindung geht aus von einer an einem Schaltungssubstrat fixierbaren Schmelzsicherung mit wenigstens einem unter Vorspannung mit einer Kontaktfläche des Schaltungssub­strates verlötbaren Federarm.
  • Solche Sicherungen werden benötigt, um Schaltungsteile ins­besondere von Schichtschaltungen, wie z.B. Schichtwider­stände, vor thermischer Überlastung zu schützen. Zu diesem Zweck wird die Kontaktfläche des Substrates, mit der der Federarm verlötet ist, so angeordnet, daß zwischen dem gegen thermische Überlastung zu sichernden Schaltungsteil der Schichtschaltung und dem zur Verbindung des Federar­mes mit der Kontaktfläche verwendeten Lot ein möglichst guter Wärmekontakt vorhanden ist. Bei geeigneter Wahl des Lotes erweicht das Lot, bevor der zu schützende Schaltungs­teil durch Überhitzung Schaden nehmen kann. Der vorgespann­te Federarm kommt dadurch frei und kann eine elektrische Verbindung zwischen der Kontaktfläche und dem Federarm unterbrechen, indem er den Bereich der Kontaktfläche ver­läßt.
  • Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, eine Schmelzsiche­rung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie unkompliziert gehandhabt und auf einfache Weise in eine Substratschaltung eingelötet werden kann.
  • Erfindungsgemäß ergibt sich die Lösung dieser Aufgabe dadurch, daß der Federarm durch eine Abstützeinrichtung vorgespreizt ist, die aus einem plastisch deformierbaren und dadurch die Abstützwirkung aufhebenden Teil der Schmelzsicherung besteht.
  • Auf diese Weise wird vorteilhaft ein nach außen kräfte­freies Bauteil erhalten, bei dem die Vorspreizung des Federarms unkompliziert auf die Lötstelle zwischen Feder­arm und Kontaktfläche übertragen werden kann.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der Federarm Bestandteil eines U oder V-förmigen Bügels und die Abstützeinrichtung eine mit einem der Bügel­schenkel zusammenhängende und gegen den anderen Bügelschen­kel gebogene Strebe ist.
  • Dadurch ergibt sich ein besonders einfacher Aufbau der Schmelzsicherung. Durch die Abstützung des Federarmes an der Strebe wird der Federarm vorgespreizt. Der Bügel läßt sich nun unschwer auf ein Substrat auflegen und mit den freien Enden der Bügelschenkel mit Kontaktflächen der Substratschaltung verlöten. Anschließend wird die Strebe über die Elastizitätsgrenze der Strebe hinaus so verbogen, daß der Federarm beim Erweichen des zu seiner Fixierung verwendeten Lotes gegen den anderen Bügelschenkel schnellen kann und dadurch eine elektrische Verbindung zwischen dem Federarm und der zugeordneten Kontaktfläche der Substratschaltung unterbricht. Durch diese Bewegung des Federarms beim Erweichen des Fixierlotes wird durch die Eigenart der Ausbildung der Schmelzsicherung zudem eine unkontrollierte Verteilung des erweichten Lotes über die Substratschaltung (der Federarm wirkt als Lotschleuder) vermieden, da der andere Bügelschenkel eine Fangwand für das Lot bildet.
  • Ferner kann vorgesehen sein, daß der Bügel zwei Federarme als Bügelschenkel aufweist, daß beide Federarme mit jeweils einer Abstützstrebe versehen sind, und daß die Streben im vorgespreizten Zustand der Federarme form- und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden sind, daß der Bügel aus einem flachen Blechstück herausgearbeitet ist, wobei ein Bügelquerstück in der Blechebene verläuft, während die an dem Bügelquerstück ansetzenden streifenförmigen Feder­arme mit ihren Breitseiten gegen die Blechebene um ca. 90° abgewinkelt sind, und daß die Abstützstreben an ihren freien Enden mit einer zur gegenseitigen Abstützung anein­ander geeigneten Formgebung zwecks Kraft- und Formschluß versehen sind.
  • Diese Ausbildung der Schmelzsicherung in Abstimmung mit den Materialparametern ermöglicht es vorteilhaft, ein der Gefahr thermischer Überlastung ausgesetztes Schaltungsteil der Substratschaltung z.B. genau gegenüber jeweils einem der Federarme auf der anderen Seite des Substrates vorzu­sehen, so daß jeweils nur einer der beiden Federarme frei­gegeben wird, wenn das zugeordnete Schaltungsteil zu warm geworden ist. Dadurch zeigt die Schmelzsicherung optisch an, welches Schaltungsteil in Gefahr war, thermisch über­lastet zu werden.
  • Außerdem wird durch diesen Aufbau der Schmelzsicherung die Herstellung des Bügels besonders einfach gestaltet, insbesondere kann dabei der Bügel mit seinem Querstück als Stanzbiegeteil mit weiteren Bügeln über einen Blechstreifen zusammenhängen, bis der jeweils entsprechende Bügel zur Ablage auf einem Schaltungssubstrat vom Blech­streifen abgetrennt wird. Dabei ist es unschwer möglich, insbesondere das Querstück mit einer solchen Ausbildung zu versehen, daß Greifwerkzeuge den Bügel unkompliziert erfassen können.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand von fünf Figuren noch näher erläutert.
  • Dabei zeigen, jeweils mehr oder weniger stark vergrößert,
    • FIG 1 den Bügel in Vorderansicht mit vorgespreizten Feder­armen,
    • FIG 2 den in FIG 1 dargestellten Bügel von der Seite her gesehen,
    • FIG 3 eine Ansicht von oben auf ein Substrat mit einem auf das Substrat aufgelegten Bügel.
    • FIG 4 mehrere Bügel in vorgespreiztem Zustand und noch einstückig mit einem Blechstreifen zusammenhängend, und
    • FIG 5 einen Bügel, nachdem sich einer der Federarme von seiner Kontaktfläche gelöst hat.
  • Im einzelnen ist den Figuren zu entnehmen, daß die Schmelz­sicherung aus einem U-förmigen Bügel 1 besteht, der als Stanzbiegeteil aus einem flachen Blechabschnitt hergestellt ist.
  • Dabei sind die Abmessungen und das Material für den Bügel so zu wählen, daß z.B. der E-Modul und die Wärmeleitfähig­keit das einseitige Ablösen eines Federarmes 4 von einer zugeordneten Kontaktfläche 9 ermöglicht und daß der Feder­weg für eine galvaniche Trennung mit Sicherheitsabstand von der Kontaktfläche 9 ausreicht.
  • Ein Querstück 3, das Bügelschenkel 2 miteinander verbindet, verbleibt in der Blechebene. Die zunächst ebenfalls in der Blechebene sich befindenden streifenförmigen Bügelschenkel 2 sind mit ihren Breitseiten 4a um 90° gegen die Blechebene abgewinkelt. Aus den Bügelschenkeln 2 werden dadurch Feder­arme 4, die mit ihren freien Enden 5 voneinander weg bewegt und dadurch mit einer Vorspannung versehen werden können.
  • Aus beiden Federarmen 4 sind unter Verminderung der Breite der Federarme 4 zu den freien Enden 5 hin Streben 6 in der Weise freigeschnitten, daß die freien Enden 7 der Streben 6 sich auf der Seite der freien Enden 5 der Federarme 4 be­finden. Es ist auch möglich, die Federarme um die Streben zu verlängern, wobei die Streben eine gegenüber den Fe­derarmen verminderte Breite haben.
  • Die dann gegeneinander gebogenen Streben 6 sind in ihrer Länge so bemessen, daß sich die Streben 6 unter Vorsprei­zung der Federarme 5 mit ihren freien Enden 7 aneinander abstützen können. Dabei ist es zweckmäßig, die freien Enden 7 der Streben 6 so zu gestalten, daß eine ausreichend große und entsprechend z.B. konkav/konvex geformte Abstützfläche für jede Strebe 6 an ihrem freien Ende 7 und damit eine durch Kraft- und Formschluß gebildete sichere Verbindung zwischen den Streben erhalten wird.
  • Der so mit seinen Federarmen 4 vorgespreizte Bügel 1 wird nun, wie FIG 3 zeigt, mit seiner U-Kontur parallel zur Ober­fläche eines Substrates 8 ausgerichtet auf das Substrat 8 gelegt. Querstück 3 und Streben 6 befinden sich dabei vor­teilhaft auf der vom Substrat 8 abgewandten Seite des Bü­gels 1. Zwischen den Streben 6 und dem Substrat 8 befin­det sich dadurch ein Luftspalt. Auf dem Substrat 8 sind Kontaktflächen 9 der Substratschaltung so vorgesehen, daß jeder Federarm 4 mit seinem freien Ende 5 auf einer solchen Kontaktfläche 9 zu liegen kommt.
  • Durch eine Oberflächen-Lötmontage werden dann die Enden 5 der Federarme 4 an den Kontaktflächen 9 der Bügel 1 am Substrat 8 festgelegt und dadurch befestigt.
  • Danach werden die Streben 6, z.B. mit Hilfe eines Stempels, der mit seinem freien Ende in den Raum zwischen Querstück 3 und Streben 6 eingeführt und anschließend gegen die Stre­ ben 6 bewegt wird, über die Elastizitätsgrenze hinaus so verbogen, daß die Streben 6 die Federarme nicht nur nicht mehr abstützen, sondern einen solchen Abstand voneinander haben, daß beim Erweichen des Lotes, das zur Fixierung der Federarme 4 an den Kontaktflächen 9 verwendet worden ist, der entsprechende Federarm 4 in Richtung des anderen Federarms 4 schnellen und dabei mit seinem freien Ende 5 die zugeordnete Kontaktfläche 9 verlassen kann. Dabei wird die Federwirkung beider Federarme 5 wirksam, weil eine Fixierung des Bügels 1 am Substrat 8 nun nur noch am Ende 5 des anderen Federarmes 4 vorhanden ist.
  • Der durch das Erweichen des Lotes beweglich gewordene Fe­derarm 4 schleudert dabei Teile des zu seiner Fixierung verwendeten Lotes gegen diesen anderen Federarm 4. Dieser fängt das Lot ab, wodurch eine unerwünschte unkontrollierte Verteilung von flüssigem Lot über die Substratschaltung vermieden wird.
  • Ein sich z. B. auf der gegenüberliegenden Seite des Sub­strates 8 befindender Schichtwiderstand 10 wird dadurch ge­gen thermische Überlastung geschützt, daß der Widerstand 10 bei zunehmender Erwärmung das Lot erweicht, das den linken Federarm 4 mit seinem freien Ende 5 an der Kontaktfläche 9 festhält.
  • Ordnet man den beiden Kontaktflächen 9, mit denen jeweils ein freies Ende 5 eines Federarmes 4 des gleichen Bügels 1 verbunden ist, voneinander verschiedene thermisch abzu­sichernde Schaltungsteile der Substratschaltung zu, so zeigt die jeweilige Freigabe eines der beiden Federarme an, welches Schaltungsteil die Auslösung der Schmelzsicherung bewirkt hat.
  • Für Prüf- und Langzeittests kann auch von der Möglichkeit Gebrauch gemacht werden, die Schmelzsicherung so einzubauen, daß die Sicherung keinen Stromkreis der Substratschaltung selbst bei ihrer Aktivierung unterbricht, sondern nur als Anzeigevorrichtung dient. Vorteilhaft bleibt dadurch der originäre elektrische Schaltungszustand der Substratschal­tung erhalten.

Claims (6)

1. An einem Schaltungssubstrat fixierbare Schmelzsicherung mit wenigstens einem unter Vorspannung mit einer Kontakt­fläche des Schaltungssubstrates verlötbaren Federarm, dadurch gekennzeichnet, daß der Federarm (4) durch eine Abstützeinrichtung vorgespreizt ist, die aus einem plastisch deformierbaren und dadurch die Abstützwirkung aufhebenden Teil der Schmelzsicherung besteht.
2. Schmelzsicherung nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichnet, daß der Federarm (4) Bestand­teil eines U oder V-förmigen Bügels (1) ist und daß die Abstützeinrichtung eine mit einem der Bügelschenkel (2) zusammenhängende und gegen den anderen Bügelschenkel ge­bogene Strebe (6) ist.
3. Schmelzsicherung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bügel (1) zwei Feder­arme (4) als Bügelschenkel (2) aufweist.
4. Schmelzsicherung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Federarme (4) mit jeweils einer Abtützstrebe (6) versehen sind, und daß die Streben (6) im vorgespreizten Zustand der Federarme (4) form- und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden sind.
5. Schmelzsicherung nach Anspruch 4, dadurch ge­kennzeichnet, daß der Bügel (1) aus einem flachen Blechstück herausgearbeitet ist, wobei ein Bügel­querstück (3) in der Blechebene verläuft, während die an dem Bügelquerstück (3) ansetzenden streifenförmigen Feder­arme (4) mit ihren Breitseiten (4a) gegen die Blechebene um ca. 90° abgewinkelt sind, und daß die Abstützstreben (6) an ihren freien Enden (7) mit einer zur gegenseitigen Abstützung aneinander geeigneten Formgebung versehen sind.
6. Schmelzsicherung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzsicherung so eingebaut ist, daß die Aktivierung der Sicherung die elektrische Funktion einer Schaltung nicht beeinflußt.
EP89113794A 1988-07-28 1989-07-26 Schmelzsicherung mit Federarm Expired - Lifetime EP0352771B1 (de)

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