EP0829897A2 - Elektrische Sicherung - Google Patents

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EP0829897A2
EP0829897A2 EP97115993A EP97115993A EP0829897A2 EP 0829897 A2 EP0829897 A2 EP 0829897A2 EP 97115993 A EP97115993 A EP 97115993A EP 97115993 A EP97115993 A EP 97115993A EP 0829897 A2 EP0829897 A2 EP 0829897A2
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EP
European Patent Office
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substrate
fuse
contacts
fuse according
casting compound
Prior art date
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EP97115993A
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English (en)
French (fr)
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EP0829897B1 (de
EP0829897A3 (de
Inventor
André Jöllenbeck
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wickmann Werke GmbH
Original Assignee
Wickmann Werke GmbH
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Publication date
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Publication of EP0829897A3 publication Critical patent/EP0829897A3/de
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/02Details
    • H01H85/04Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges
    • H01H85/041Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges characterised by the type
    • H01H85/0411Miniature fuses
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/0013Means for preventing damage, e.g. by ambient influences to the fuse
    • H01H85/0021Means for preventing damage, e.g. by ambient influences to the fuse water or dustproof devices
    • H01H2085/0034Means for preventing damage, e.g. by ambient influences to the fuse water or dustproof devices with molded casings
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01H85/00Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
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    • H01H2085/0414Surface mounted fuses
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    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/0013Means for preventing damage, e.g. by ambient influences to the fuse
    • H01H85/0021Means for preventing damage, e.g. by ambient influences to the fuse water or dustproof devices
    • H01H85/003Means for preventing damage, e.g. by ambient influences to the fuse water or dustproof devices casings for the fusible element

Definitions

  • the present invention relates to an electrical fuse.
  • Known fuses are produced in various forms and with varying components and are used in large numbers in electrical and electronic circuits. There they protect individual components or complete assemblies from excessive current loads due to persistent overcurrents or short circuits.
  • a fuse must provide the fuse element with protection against environmental influences. On the other hand, the environment must also be switched off when the fuse is switched off against metal vapors or the like. be shielded and preserved. In addition, a fuse for the electrical connection to the surrounding circuit must contain appropriate connections.
  • Known fuses have a complex structure to meet the requirements mentioned, which requires relatively high manufacturing costs and / or large dimensions requiring space.
  • the present invention has for its object to provide an electrical fuse that has a simple design, can be manufactured with little effort and allows even the smallest sizes.
  • At least one process step is omitted in the manufacture of the fuse according to the invention by this structure, since the cover does not have to be prefabricated as a discrete part and / or has to be attached to the substrate by auxiliary substances. Furthermore, the sealing of the closure can easily be ensured by the sealing compound.
  • a rectangular plate is selected as the substrate for a fuse according to the invention, so that fuses of the type described can preferably be manufactured in multiple uses and separated in a final step, for example by breaking or other separation processes.
  • fuses of the type described can preferably be manufactured in multiple uses and separated in a final step, for example by breaking or other separation processes.
  • a ceramic substrate is used for the construction of a fuse. Because of their material properties, ceramic materials are suitable for use as a securing substrate Particularly suitable as they are thermally stable and cannot form conductive bridges, such as carbon bridges, even in the presence of arcing gaps.
  • a curable paste as a potting compound.
  • a paste can completely and tightly enclose the fuse element in one production step in order to be solidified in a subsequent step.
  • the curing or solidification of the paste has the advantage that the paste reliably encloses the fuse element and can also contribute to the mechanical stability and connection of the arrangement, since it adheres securely to the substrate. This point is particularly important if the fuse element according to claim 9 is a wire. Fusible conductor wires are usually very thin and therefore not mechanically loadable.
  • the hardened paste serves as an important mechanical protection.
  • the casting compound is porous. This includes the possibilities that the potting compound itself is porous and / or becomes porous when hardened by solidifying to form voids. Such a consistency of a substance can be of great benefit for extinguishing an arc when the fuse is switched off, since the pores give the hot, gaseous constituents of the arc sufficient space for expansion or spreading and areas for precipitation. They thus serve as pressure compensation chambers and thus reduce the internal pressure of a fuse when switching off.
  • a high pore content in the casting compound also has thermal advantages, since the gases contained in the cavities provide ideal thermal insulation for the fuse element.
  • the hardened casting compound is thermally stable.
  • the requirements listed above can be met, for example, by a non-conductive ceramic paste or by other insulating fillers in natural or through Modified form additives.
  • the characteristics of the fuse can be greatly influenced by the type of cover and the properties of the sealing compound.
  • the electrical contacts necessary for connecting the fusible conductor are advantageously formed by metallizing two edges and / or end faces on the substrate, for example by applying and baking an electrically conductive paste at these points.
  • the fuse element In the fuse according to the invention, the most essential part, the fuse element, is used as the finished element. It is integrated into the structure in the form of a wire with defined properties. This is done with minimal effort by soldering the wire stretched over the arrangement to the contacts. It is conceivable here to apply a solder paste to the contacts after the metallization and to solder them on by infrared or laser treatment.
  • the fusible conductor wire fastened in this way has better thermal properties than, for example, an electrically conductive layer, since even a very thin wire does not necessarily have to rely on a carrier layer.
  • a layer formed from a paste is e.g. at least rely on a carrier film, which in turn affects the electrical and thermal properties of the fuse.
  • the substrate of the fuse is rounded at the edges or end faces to be metallized. This makes it possible to make the edges of the substrate easier to metallize. Furthermore, in a metallization method according to claim 7 and / or 8, the amount of paste to be picked up is minimized since no sharp edges have to be covered. Finally, this measure means that the increase in the width of this fuse structure in the area of the contacts is smaller overall.
  • the substrate points to the one to be metallized Tapered or flattened edges or end faces. This measure substantially supports the reduction in the height of the connections, as a result of which the contacts protrude laterally beyond the substrate of the component.
  • the component lies on the whole of the middle of its substrate on the circuit board of the circuit to be assembled.
  • the fuse can be held securely by gluing until the contacts are soldered.
  • the middle part of the substrate can thus serve on the one hand as a support and adhesive surface, but on the other hand can also safely separate the soldering surfaces of the connections, which are close together.
  • short-circuit bridges cannot be formed when the solder paste is applied to the circuit board or when soldering.
  • the tripping characteristic of fuses can be adjusted more easily and reliably in that the fuse element runs through a space with thermally approximately homogeneous properties.
  • a depression or an elongated recess is arranged in the center of the substrate, through which the fuse wire runs without contact with the substrate.
  • the fuse element in the fully assembled fuse is preferably not self-supporting in this area, rather it is homogeneously enclosed by the sealing compound over an entire free length.
  • At least one cover can be arranged in a fuse according to the invention between the fuse element and the casting compound, on which the casting compound is arranged.
  • a closed cavity can be formed, through which the fuse element runs in a self-supporting manner.
  • the cavity can also contain porous or granular media, such as sand. Layered structures for influencing the triggering characteristic of the fuse can thus also be implemented, as will be described below using an exemplary embodiment.
  • FIG. 1 a shows a top view of a fuse 1, which has a fuse element 2, which runs on a substrate 3 between two contacts 4 on opposite edges 5 of the substrate 3 under a cover 6 made of a sealing compound 7.
  • the contacts 4 are applied to the edges 5 of the ceramic substrate 3 in the form of electrically conductive pastes 8 in a "dip &blot" process and baked or sintered so that thereafter, on the substrate 3, externally accessible, partially enclosing the end faces 9 and solderable contacts 4 are formed.
  • a solder paste 10 is then applied to the contacts 4, into which the fusible conductor 2 designed as wire 11 is pressed. The arrangement is then heated to such an extent that the solder paste 10 liquefies and the wire 11 connects to the contacts 4 mechanically permanently and with good electrical conductivity.
  • the melting point of the solder paste 10 is above the melting point of SMD soldering processes, so that the fuse 1 can be used in SMD processes.
  • a pasty, curable sealing compound 7 is applied as a cover 6 of the arrangement, which covers the fuse element 2 between the contacts 4 in a gas-tight and pressure-tight manner.
  • the potting compound 7 is portioned, for example, by a metering device, in a screen printing or stencil printing process.
  • the essential properties of the casting compound 7 are also mechanical and thermal stability and good electrical insulation.
  • the potting compound 7 should also have a high pore content, in order to be able to offer gaseous constituents a large precipitation area when the fuse pressure compensation rooms and metal vapors are switched off.
  • Fig. 1b shows a side view of the fuse 1, seen from an end face 9 to illustrate the simple and flat structure.
  • the fusible conductor 2 has been attached to the contact 4 in an electrically conductive manner by a solder paste 10.
  • the cover 6 extends on the top of the fuse 1 almost to the edges 5.
  • Fig. 1c shows a view of the long side of the fuse 1 of Fig. 1a.
  • the distance between the contacts 4 has been chosen to match the hole or pad distance of the voltage level of the fuse in accordance with the IEC standard. This distance can thus be very small.
  • the distance of the fuse element 2 from the surface of the substrate 3 is also very small.
  • the fuse element 2 thus runs at the boundary between two half-spaces, one being formed by the sealing compound 7 and the other by the substrate 3, as can also be seen from FIG. 1b. These half-spaces are to be matched as much as possible in terms of their thermal properties at low cost.
  • the measures or properties mentioned are implemented by a shape of the substrate modified from the basic shape shown in FIGS. 1a-1c, as shown in FIGS. 2b-2d.
  • FIG. 2a-2d show ceramic platelets 12 with a progressive number of design measures, the advantages of which are described on the basis of this selection of sketches.
  • the different shapes of the substrates 3 result from the progressive realization of further design measures:
  • curves 13 are provided on the edges 5 of the end faces 9, as a result of which the edges 5 can be metallized more easily in a “dip & blot” process.
  • the elongated recess 14 or depression 15 in the central surface 16 of the plate 12 of FIG. 2c serves to improve the thermal decoupling of the fuse element, since the fuse element is now embedded in the casting compound over its free length.
  • the tapering or flattening 17 shown in an enlarged representation in FIG. 2d at the end of the substrate 3 or at the edges 5 fulfills the task of not allowing the edge metallizations of the contacts 4 to protrude, ie the fuse is located only with the middle part 18 of the ceramic substrate 3.
  • Fig. 3a shows an alternative to Fig. 2b in perspective.
  • the depression 15 has been continued even further than in FIG. 2b, so that the side walls 19 of the depression 15 can additionally serve as mechanical protection.
  • the wire fuse element 11 can be inserted into the center of the recess 15 in slots 20 on the end faces 9 of the substrate 3, as shown in FIG. 3b.
  • the wire 11 is located through a cover 6 in the thermally homogeneous environment of the sealing compound 7, which are not shown here for reasons of clarity.
  • contact plates 21 with a slot 22 are arranged on the end faces 9, with which the fusible conductor 2 is connected in an electrically conductive manner, for example by soldering, clamping or others known methods.
  • FIGS. 4a shows perspective representations of further embodiments of a fuse using a design of the housing or of the substrate 3 as an alternative to that of FIGS. 2c and 3a.
  • the substrate 3 is here U-shaped in cross section, the fuse element 2 resting on the bottom 23 of the depression 15.
  • This form of substrate 3 can be produced very inexpensively from a profile strand in which a fuse element 3 is stretched and cast. After covering and curing the potting compound, the arrangement can then be divided into sections, e.g. by sawing. Such a section is shown in Fig. 5a. Finally, measures for electrically safe external contacting must be taken at the front edges.
  • Fig. 4b shows the possibility of a multilayer structure using a cover 24, which is placed over the fuse element 2 before the casting, so as to form a cavity with or without a special filling, for example, which is sealed by the sealing compound 7 on the end sides or end faces 9 of the fuse 1 is pressure-proof and gas-tight.
  • 5a-5b show perspective representations of a further alternative contacting on the fully covered embodiments of FIGS. 4a and 4b.
  • 5a shows an end face 9 of a fuse 1.
  • the fusible conductor 3 is embedded in the end face 9, which is shown here on an enlarged scale due to the small diameter of the fusible conductor 3.
  • a “dip & blot” contact and / or electro-chemical growth of metals is used to connect an SMD-solderable outer contact 25 in FIG. 5b, which is L-shaped in this exemplary embodiment.
  • the contact 25 can also only cover the end face 9 alone.

Landscapes

  • Fuses (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Surgical Instruments (AREA)
  • Reciprocating, Oscillating Or Vibrating Motors (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Sicherung (1), gekennzeichnet durch die nachfolgende Merkmalskombination: ein Substrat (3) aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff, mindestens zwei elektrische Kontakte (4), die im Abstand voneinander an dem Substrat (3) angeordnet sind, ein Schmelzleiter (2), der die Kontakte (4) elektrisch leitend verbindet, und eine elektrisch isolierende Vergußmasse (7) an dem Substrat (3), mit der der Schmelzleiter (2) mindestens teilweise zwischen den Kontakten (4) abgedeckt ist. <IMAGE>

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Sicherung.
  • Bekannte Sicherungen werden in unterschiedlicher Ausformung und mit variierenden Bauteilen hergestellt und in großer Zahl in elektrischen und elektronischen Schaltungen eingesetzt. Dort schützen sie einzelne Bauteile oder komplette Baugruppen vor zu hohen Strombelastungen durch anhaltende Überströme oder durch Kurzschluß.
  • Der Aufbau einer Sicherung muß dabei dem Schmelzleiter Schutz gegenüber Einflüssen aus der Umgebung bieten. Andererseits muß aber auch die Umgebung beim Abschalten der Sicherung vor Metalldämpfen o.ä. abgeschirmt und bewahrt werden. Zudem muß eine Sicherung für die elektrische Verbindung mit der umgebenden Schaltung entsprechende Anschlüsse enthalten. Bekannte Sicherungen weisen zum Erfüllen der genannten Erfordernisse einen komplexen Aufbau auf, der relativ hohe Fertigungskosten und/oder viel Platz beanspruchende Baugrößen erfordert.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Sicherung zu schaffen, die eine einfache Bauform aufweist, mit geringem Aufwand gefertigt werden kann und auch kleinste Baugrößen zuläßt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Sicherung mit der Merkmalskombination von Anspruch 1 gelöst.
  • Die erfindungsgemäße Sicherung umfaßt demnach ein einfaches Substrat aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff, das mindestens zwei elektrische Kontakte aufweist, die im Abstand voneinander an dem Substrat angeordnet sind. Ein Schmelzleiter verbindet die beiden Kontakte elektrisch leitend miteinander. Der Schmelzleiter ist mindestens teilweise zwischen den Kontakten mit einer elektrisch isolierenden Vergußmasse abgedeckt, die mit dem Substrat verbunden ist. Die Abdeckung des Schmelzleiters übernimmt folgende sehr wichtige Aufgaben:
    • den Schutz des Schmelzleiters vor mechanischen Beanspruchungen und Einflüssen der Umgebung,
    • den Schutz der Umgebung vor dem Lichtbogen und verdampfenden Teilen des Schmelzleiters und
    • das "Kühlen" des Lichtbogens beim Abschalten der Sicherung, um ein sicheres Ende des Stromflusses durch ein Erlöschen des Lichtbogens zu bewirken.
  • Die genannten Aufgaben werden bei der erfindungsgemäßen Sicherung in einfacher Form durch Auftragen einer Vergußmasse bzw. das Umschließen des Schmelzleiters durch die Vergußmasse erfüllt. Je nach Wahl der Vergußmasse kann dabei die Abschaltcharakteristik der Sicherung auch noch vorteilhaft beeinflußt werden.
  • Im Vergleich mit bekannten Sicherungen entfällt bei der Fertigung der erfindungsgemäßen Sicherung durch diesen Aufbau mindestens ein Prozeßschritt, da hier die Abdeckung als diskretes Teil nicht vorgefertigt und/oder durch Hilfsstoffe auf dem Substrat befestigt werden muß. Ferner ist die Dichtigkeit des Abschlusses durch die Vergußmasse leicht zu gewährleisten.
  • Vorteilhafterweise wird als Substrat für eine erfindungsgemäße Sicherung ein rechteckiges Plättchen gewählt, so daß sich Sicherungen der beschriebenen Art vorzugsweise im Vielfachnutzen fertigen und in einem Abschlußschritt vereinzeln lassen, beispielsweise durch Brechen oder andere Trennverfahren. Es existieren aber auch eine Reihe gängiger Bauteile, die durch ihre Materialeigenschaften für den Einsatz als Sicherungssubstrat geeignet sind.
  • In einer Weiterbildung wird ein keramisches Substrat für den Aufbau einer Sicherung genutzt. Keramische Werkstoffe sind durch ihre Materialeigenschaften für den Einsatz als Sicherungssubstrat besonders geeignet, da sie thermisch stabil sind und auch in der Gegenwart von Lichtbogenstrecken keine leitfähigen Brücken ausbilden können, wie z.B. Kohlenstoffbrücken.
  • Große Vorteile ergeben sich aus der Verwendung einer aushärtbaren Paste als Vergußmasse. Als fließfähiges Medium kann eine Paste in einem Fertigungsschritt den Schmelzleiter vollständig und dicht umschließen, um in einem darauf folgenden Schritt verfestigt zu werden. Die Aushärtung bzw. Verfestigung der Paste hat den Vorteil, daß die Paste den Schmelzleiter zuverlässig umschließt und darüberhinaus zur mechanischen Stabilität und Verbindung der Anordnung beitragen kann, da sie auf dem Substrat sicher haftet. Besondere Bedeutung erlangt dieser Punkt, wenn es sich bei dem Schmelzleiter gemäß Anspruch 9 um einen Draht handelt. Schmelzleiter-Drähte sind meist sehr dünn und daher mechanisch wenig belastbar. Die ausgehärtete Paste dient hier als wichtiger mechanischer Schutz.
  • Weitere Vorteile in Bezug auf das Schaltverhalten ergeben sich, wenn die Vergußmasse porös ist. Das schließt die Möglichkeiten ein, daß die Vergußmasse an sich porös ist und/oder beim Aushärten porös wird, indem sie sich unter Bildung von Hohlräumen verfestigt. Eine derartige Konsistenz eines Stoffes kann zum Löschen eines Lichtbogens beim Abschalten der Sicherung von großem Nutzen ein, da die Poren den gasförmigen, heißen Bestandteilen des Lichtbogens genügend Raum zur Ausdehnung bzw. Ausbreitung und Flächen zum Niederschlagen geben. Sie dienen damit als Druckausgleichskammern und mindern damit den inneren Druck einer Sicherung beim Abschalten. Ein hoher Porengehalt in der Vergußmasse hat darüberhinaus auch thermische Vorteile, da die in den Hohlräumen enthaltenen Gase eine ideale Wärmeisolation für den Schmelzleiter darstellen.
  • Ferner ist die ausgehärtete Vergußmasse thermisch stabil. Die vorstehend aufgeführten Forderungen können beispielsweise durch eine nichtleitende Keramikpaste erfüllt werden oder durch andere isolierende Füllstoffe in natürlicher oder durch Zusätze modifizierter Form. Durch die Art der Abdeckung und die Eigenschaften der Vergußmasse kann die Charakteristik der Sicherung stark beeinflußt werden.
  • Die zum Anschließen des Schmelzleiters notwendigen elektrischen Kontakte werden vorteilhafterweise durch Metallisierung von zwei Rändern und/oder Stirnseiten am Substrat gebildet, indem beispielsweise eine elektrisch leitende Paste an diesen Stellen aufgetragen und eingebrannt wird.
  • Bei der erfindungsgemäßen Sicherung wird der wesentlichste Teil, der Schmelzleiter, als fertiges Element eingesetzt. Er wird in Form eines Drahtes mit definierten Eigenschaften in den Aufbau integriert. Das erfolgt bei minimalem Aufwand, indem der über die Anordnung gespannte Draht an den Kontakten angelötet wird. Denkbar ist hier das Auftragen einer Lötpaste auf die Kontakte nach dem Metallisieren und ein Festlöten durch Infrarot- oder Laserbehandlung. Der so befestigte Schmelzleiter-Draht weist bessere thermische Eigenschaften als beispielsweise eine elektrisch leitende Schicht auf, da auch ein sehr dünner Draht nicht zwingend auf eine Trägerschicht angewiesen ist. Eine aus einer Paste gebildete Schicht ist in der Fertigung z.B. mindestens auf eine Träger-Folie angewiesen, die ihrerseits die elektrischen und thermischen Eigenschaften der Sicherung beeinflußt.
  • Nach Anspruch 10 ist das Substrat der Sicherung an den zu metallisierenden Rändern bzw. Stirnseiten abgerundet. Dadurch ist erreichbar, daß die Ränder des Substrates leichter zu metallisieren sind. Ferner wird bei einem Metallisierungsverfahren nach Anspruch 7 und/oder 8 die Menge der aufzunehmenden Paste minimiert, da keine scharfen Kanten überzogen werden müssen. Schließlich fällt durch diese Maßnahme die Zunahme der Breite bei diesem Sicherungsaufbau im Bereich der Kontakte insgesamt geringer aus.
  • In einer Weiterbildung weist das Substrat an den zu metallisierenden Rändern bzw. Stirnseiten Verjüngungen bzw. Abflachungen auf. Diese Maßnahme unterstützt die Minderung der Höhe der Anschlüsse wesentlich, wodurch ein seitliches Überstehen der Kontakte über das Substrat des Bauteils vermieden wird. So liegt das Bauteil bei einer SMD-Bestückung insgesamt mit dem mittleren Teil seines Substrates auf der Platine der zu bestückenden Schaltung auf. So kann die Sicherung beispielsweise durch Ankleben bis zur Verlötung der Kontakte sicher gehalten werden. Der mittlere Teil des Substrates kann so einerseits als Auflage- und Klebefläche dienen, andererseits aber auch die eng beieinander liegenden Lötflächen der Anschlüsse sicher trennen. Vorteilhafterweise kann es so beim Aufbringen der Lötpaste auf der Platine oder beim Verlöten nicht zur Ausbildung von Kurzschlußbrücken kommen.
  • Die Auslösecharakteristik von Sicherungen wird dadurch einfacher und zuverlässiger einstellbar, daß der Schmelzleiter durch einen Raum mit thermisch näherungsweise homogenen Eigenschaften verläuft. In einer wesentlichen Weiterbildung wird daher in der Mitte des Substrats eine Vertiefung oder eine längliche Ausnehmung angeordnet, über die der Schmelzdraht ohne Kontakt zum Substrat verläuft. Aus den vorstehend aufgeführten Gründen ist der Schmelzleiter in der fertig aufgebauten Sicherung in diesem Bereich vorzugsweise nicht freitragend, er wird vielmehr durch die Vergußmasse über eine gesamte freie Länge homogen umschlossen.
  • Vorteilhafterweise kann in einer erfindungsgemäßen Sicherung zwischen dem Schmelzleiter und der Vergußmasse mindestens eine Abdeckung angeordnet sein, auf der die Vergußmasse angeordnet ist. Damit kann beispielsweise ein geschlossener Hohlraum gebildet werden, durch den der Schmelzleiter freitragend verläuft. Der Hohlraum kann auch poröse oder körnige Medien enthalten, wie z.B. Sand. Es sind damit auch geschichtete Strukturen zur Beeinflussung der Auslösecharakteristik der Sicherung realisierbar, wie anhand eines Ausführungsbeispieles nachfolgend beschrieben wird.
  • Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Die Abbildungen zeigen:
  • Fig. 1a - 1c
    eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform einer Sicherung sowie zwei Seitenansichten;
    Fig. 2a - 2d
    perspektivische Darstellungen verschiedener Ausführungsformen des Substrates der Sicherung von Fig. 1a;
    Fig. 3a - 3b
    perspektivische Darstellungen einer weiteren Ausführungsform des Substrates der Sicherung von Fig. 1a sowie der zusammengesetzten Sicherung vor dem Vergießen;
    Fig. 4a - 4b
    perspektivische Darstellungen weiterer Ausführungsformen einer Sicherung und
    Fig. 5a - 5b
    perspektivische Darstellungen alternativer Kontaktierungen an der Ausführungsformen von Fig. 4a.
  • Fig. 1a zeigt eine Draufsicht auf eine Sicherung 1, die einen Schmelzleiter 2 aufweist, der auf einem Substrat 3 zwischen zwei Kontakten 4 an gegenüberliegenden Rändern 5 des Substrates 3 unter einer Abdeckung 6 aus einer Vergußmasse 7 verläuft.
  • Zur Herstellung der Sicherung 1 werden in einem ersten Schritt die Kontakte 4 an den Rändern 5 des keramischen Substrates 3 in Form elektrisch leitfähiger Pasten 8 in einem "Dip & Blot"-Verfahren aufgetragen und eingebrannt bzw. gesintert, so daß danach an dem Substrat 3 von außen zugängliche, die Stirnseiten 9 teilweise umschließende und lötfähige Kontakte 4 entstehen. Auf die Kontakte 4 wird dann eine Lötpaste 10 aufgetragen, in die der als Draht 11 ausgeführte Schmelzleiter 2 eingedrückt wird. Anschließend wird die Anordnung soweit erwärmt, daß sich die Lötpaste 10 verflüssigt und den Draht 11 mit den Kontakten 4 mechanisch dauerhaft und elektrisch gut leitend verbindet. Dabei liegt der Schmelzpunkt der Lötpaste 10 oberhalb des Schmelzpunktes von SMD-Lötprozessen, so daß die Sicherung 1 in SMD-Verfahren einsetzbar ist.
  • Vor oder auch nach dem Trennen des Drahtes 11 in einzelne Schmelzleiterstücke je Sicherung 1 wird als Abdeckung 6 der Anordnung eine pastöse, aushärtbare Vergußmasse 7 aufgebracht, die den Schmelzleiter 2 zwischen den Kontakten 4 gas- und druckdicht abdeckt. Die Portionierung der Vergußmasse 7 erfolgt beispielsweise durch einen Dosierer, in einem Siebdruck- oder Schablonendruckverfahren. Wesentliche Eigenschaften der Vergußmasse 7 sind neben der pastenartigen Ausgangsform und der Aushärtbarkeit auch mechanische und thermische Stabilität sowie gute elektrische Isolation. Zudem sollte die Vergußmasse 7 auch einen hohen Porengehalt aufweisen, um gasförmigen Bestandteilen beim Abschalten der Sicherung Druckausgleichsräume und Metalldämpfen eine große Niederschlagsfläche bieten zu können.
  • Durch unterscheidbare Farbgebung der ausgehärteten Vergußmasse 7 ist eine grundsätzliche Kennzeichnung der Sicherung zur Unterscheidung beispielsweise der Auslösecharakteristik in "flink" oder "träge" oder zur Kennzeichnung des Nennstromes bei der Fertigung möglich, da bereits hier durch die Dimensionierung und die Materialauswahl diese Eigenschaften festgelegt sind. Eine generelle Basis-Kennzeichnung dieser Bauteile ist aufgrund ihrer geringen Größe durch eine Farbcodierung sinnvoll.
  • Fig. 1b zeigt eine Seitenansicht der Sicherung 1, von einer Stirnseite 9 her gesehen zur Veranschaulichung des einfachen und flachen Aufbaus. Auf dem Kontakt 4 ist der Schmelzleiter 2 durch eine Lötpaste 10 elektrisch leitend befestigt worden. Die Abdeckung 6 zieht sich auf der Oberseite der Sicherung 1 fast bis zu den Rändern 5 hin.
  • Fig. 1c zeigt eine Ansicht der Längsseite der Sicherung 1 von Fig. 1a. Der Abstand der Kontakte 4 zwischeneinander ist dem Loch- bzw. Pad-Abstand der Spannungsebene der Sicherung nach IEC-Norm angepaßt gewählt worden. Damit kann dieser Abstand sehr gering ausfallen.
  • Weiter ist auch der Abstand des Schmelzleiters 2 von der Oberfläche des Substrates 3 sehr gering. Damit verläuft der Schmelzleiter 2 an der Grenze zwischen zwei Halbräumen, wobei einer durch die Vergußmasse 7 und der andere durch das Substrat 3 gebildet wird, wie auch aus Fig. 1b ersichtlich ist. Diese Halbräume sind von ihren thermischen Eigenschaften einander so weit wie möglich bei geringen Kosten anzugleichen.
  • Die genannten Maßnahmen bzw. Eigenschaften werden durch eine von der in Fig. 1a-1c dargestellten Grundform abgewandelten Form des Substrates realisiert, wie sie in Fig. 2b - 2d dargestellt sind.
  • Fig. 2a - 2d zeigen keramische Plättchen 12 mit einer fortschreitenden Zahl von Gestaltungsmaßnahmen, deren Vorteile anhand diese Auswahl von Skizzen beschrieben werden. Die unterschiedliche Ausformung der Substrate 3 resultiert dabei aus einer fortschreitenden Verwirklichung weiterer gestalterischer Maßnahmen:
    In Fig. 2b sind gegenüber dem in Fig. 2a dargestellten Plättchen 12 Rundungen 13 an den Rändern 5 der Stirnseiten 9 angebracht, wodurch sich die Ränder 5 einfacher in einem "Dip & Blot"- Verfahren metallisieren lassen.
  • Die längliche Ausnehmung 14 bzw. Vertiefung 15 in der Mittelfläche 16 des Plättchens 12 von Fig. 2c dient einer verbesserten thermische Entkopplung des Schmelzleiters, da der Schmelzleiter nun über seine freie Länge in der Vergußmasse eingebettet ist.
    Die in Fig. 2d in einer verstärkten Darstellung gezeigten Verjüngungen bzw. Abflachungen 17 an den Ende des Substrates 3 bzw. an den Rändern 5 erfüllt die Aufgabe, die Kantenmetallisierungen der Kontakte 4 nicht überstehen zu lassen, d.h. die Sicherung liegt nur mit dem mittleren Teil 18 des keramischen Substrates 3 auf.
  • Fig. 3a zeigt eine Alternative zu Fig. 2b in perspektivischer Darstellung. Hier ist die Vertiefung 15 noch weiter als in Fig. 2b fortgeführt worden, so daß die seitlichen Wände 19 der Vertiefung 15 zusätzlich als mechanischer Schutz dienen können. In Schlitzen 20 an den Stirnseiten 9 des Substrates 3 kann der Draht-Schmelzleiter 11 in die Mitte der Vertiefung 15 eingesetzt werden, wie in Fig. 3b dargestellt ist. So befindet sich der Draht 11 durch eine Abdeckung 6 in der thermisch homogenen Umgebung der Vergußmasse 7, die hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind.
  • Da in Fig. 3a durch das vollständige und weiträumige Umschließen des Schmelzleiters ein Lichtbogen beim Abschalten der Sicherung innerhalb der Vergußmasse gelöscht werden kann, besteht hier die Möglichkeit, das "Wannen"-förmige Substrat 3 statt aus einer Keramik auch aus einem Kunststoff herzustellen, der bei den Löttemperaturen von ca. 240 °C stabil sein muß.
  • Wie aus Fig. 3b ersichtlich ist werden im vorliegenden Fall alternativ zur äußeren Kontaktierung durch Pasten-metallisierte Stirnseiten 9 Kontaktplättchen 21 mit einem Schlitz 22 an den Stirnseiten 9 angeordnet, mit denen der Schmelzleiter 2 elektrisch leitend verbunden wird, beispielsweise durch Löten, Klemmen oder andere bekannte Verfahren.
  • Fig. 4a zeigt perspektivische Darstellungen weiterer Ausführungsformen einer Sicherung unter Verwendung einer Bauform des Gehäuses bzw. des Substrates 3 alternativ zu denen von Fig. 2c und Fig. 3a. Das Substrat 3 ist hier im Querschnitt U-förmig, wobei der Schmelzleiter 2 auf dem Boden 23 der Vertiefung 15 aufliegt. Diese Form eines Substrates 3 ist sehr preiswert aus einem Profil-Strang herstellbar, in dem ein Schmelzleiter 3 gespannt und vergossen wird. Nach der Abdeckung und dem Aushärten der Vergußmasse kann die Anordnung dann in Abschnitte zerteilt werden, z.B. durch Sägen. Ein solcher Abschnitt ist in Fig. 5a dargestellt. An den Stirnkanten sind dann abschließend Maßnahmen zur elektrisch sicheren äußeren Kontaktierung zu ergreifen.
  • Fig. 4b zeigt die Möglichkeit eines mehrschichtigen Aufbaus unter Verwendung einer Abdeckung 24, die vor dem Vergießen über den Schmelzleiter 2 gelegt wird, um so nach dem Vergießen beispielsweise einen Hohlraum mit oder ohne spezielle Füllung zu bilden, der durch die Vergußmasse 7 an den Endseiten bzw. Stirnseiten 9 der Sicherung 1 drucksicher und gasdicht abgeschlossen wird.
  • Fig. 5a - 5b zeigt perspektivische Darstellungen einer weiteren alternativen Kontaktierung an den fertig abgedeckten Ausführungsformen von Fig. 4a und 4b. Dabei zeigt Fig. 5a eine Stirnseite 9 einer Sicherung 1. In der Stirnseite 9 ist der Schmelzleiter 3 eingebettet, was hier aufgrund des geringen Durchmessers des Schmelzleiter 3 in vergrößerter Darstellung gezeigt ist.
    Durch eine "Dip & Blot"-Kontaktierung und/oder elektro-chemisches Aufwachsen von Metallen wird in Fig. 5b ein SMD-lötbarer äußerer Kontakt 25 angeschlosssen, der in diesem Ausführungsbeispiel L-förmig ausgebildet ist. Der Kontakt 25 kann aber auch nur die Stirnseite 9 alleine abdecken.

Claims (13)

  1. Elektrische Sicherung (1), gekennzeichnet durch die nachfolgende Merkmalskombination:
    - ein Substrat (3) aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff,
    - mindestens zwei elektrische Kontakte (4),
    - die im Abstand voneinander an dem Substrat (3) angeordnet sind,
    - ein Schmelzleiter (2),
    - der die Kontakte (4) elektrisch leitend verbindet, und
    - eine elektrisch isolierende Vergußmasse (7) an dem Substrat (3), mit der der Schmelzleiter (2) mindestens teilweise zwischen den Kontakten (4) abgedeckt ist.
  2. Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (3) ein rechteckiges Plättchen (12) ist.
  3. Sicherung nach einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (3) aus einem keramischen Werkstoff besteht.
  4. Sicherung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergußmasse (7) aus einer aushärtbaren, nach dem Aushärten auf dem Stubstrat (3) haftenden Paste besteht.
  5. Sicherung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergußmasse (7) porös ist.
  6. Sicherung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergußmasse (7) thermisch stabil ist.
  7. Sicherung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte (4) durch Metallisierung von einander gegenüberliegenden Rändern (5) und/oder Stirnseiten (9) des Substrates (3) gebildet sind.
  8. Sicherung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte (4) durch einbrennbare Pasten (8) hergestellt sind.
  9. Sicherung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzleiter (2) als Draht (11) ausgebildet ist.
  10. Sicherung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (3) an den zu metallisierenden Rändern (5) bzw. Stirnseiten (9) abgerundet ist.
  11. Sicherung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (3) an den zu metallisierenden Rändern (5) bzw. Stirnseiten (9) Verjüngungen bzw. Abflachungen (17) aufweist.
  12. Sicherung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mitte des Substrats (3) eine Vertiefung (15) oder eine Ausnehmung (14) angeordnet ist.
  13. Sicherung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schmelzleiter (2) und der Vergußmasse (7) mindestens eine Abdeckung (24) angeordnet ist, auf der die Vergußmasse (7) angeordnet ist.
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