EP3244436A1

EP3244436A1 - Hochleistungswiderstand mit schichtwiderstand und schmelzsicherung

Info

Publication number: EP3244436A1
Application number: EP16169074.8A
Authority: EP
Inventors: Alexander Fuchs; Josef Praschk
Original assignee: EBG Elektronische Bauelemente GmbH
Current assignee: EBG Elektronische Bauelemente GmbH
Priority date: 2016-05-10
Filing date: 2016-05-10
Publication date: 2017-11-15
Also published as: WO2017194636A1; DE112017002414A5

Abstract

Es wird ein Hochleistungswiderstand (1, 100) mit einem Gehäuse (10), mit einem im Gehäuse (10) angeordneten Schichtwiderstand (2) und mit einer Vergussmasse (11) im Gehäuse (10) gezeigt. Um für diesen eine hohe Betriebssicherheit trotz elektrischer Absicherung zu gewährleisten, wird vorgeschlagen, dass der Hochleistungswiderstand (1, 100) im Gehäuse (10) sowohl eine feuerfeste Abdeckung (12) als auch eine Schmelzsicherung (4) mit einem Sicherungsdraht (5) aufweist, der mit dem Schichtwiderstand (2) elektrisch in Serie geschaltet ist, und dass die feuerfeste Abdeckung (12) auf dem in die Vergussmasse (11) ragenden Sicherungsdraht (5) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochleistungswiderstand mit einem Gehäuse, mit einem im Gehäuse angeordneten Schichtwiderstand und mit einer Vergussmasse im Gehäuse.
Aus der DE3715860A1 ist ein Hochleistungswiderstand mit einem Gehäuse und einem im Gehäuse vorgesehenen Schichtwiderstand bekannt. Im Inneren des Gehäuses ist Vergussmasse vorgesehen. Als Schichtwiderstand sind laut dieser Druckschrift beispielsweise Dünnschicht- oder Dickschichtwiderstande vorstellbar. Nachteilig weist ein derartiger Hochleistungswiderstand allerdings keine elektrische Sicherung auf.
Zwar sind Hochleistungsschmelzsicherung bekannt ( US5446436A ), die mit einem in einem Gehäuse mit Vergussmasse vergossenen Sicherungsdraht der elektrischen Absicherung dienen. Die konstruktive Ausbildung derartiger Schmelzsicherungen bedarf jedoch spezieller Maßnahmen, ein vom Sicherungsdraht im Sicherungsfall erzeugtes Plasma in der Ausbreitung zu begrenzen, um die Brandgefahr an der Elektroinstallation zu minimieren.
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine ausgehend vom eingangs geschilderten Stand der Technik einen Hochleistungswiderstand zu schaffen, der hohe Betriebssicherheit trotz einer elektrischen Absicherung am Hochleistungswiderstand gewährleisten kann.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass der Hochleistungswiderstand im Gehäuse sowohl eine feuerfeste Abdeckung als auch eine Schmelzsicherung mit einem Sicherungsdraht aufweist, der mit dem Schichtwiderstand elektrisch in Serie geschaltet ist, und dass die feuerfeste Abdeckung auf dem in die Vergussmasse ragenden Sicherungsdraht vorgesehen ist.
Weist der Hochleistungswiderstand im Gehäuse eine Schmelzsicherung mit einem Sicherungsdraht auf, der mit dem Schichtwiderstand elektrisch in Serie geschaltet ist, kann der Hochleistungswiderstand zunächst mit einer zuverlässigen elektrischen Absicherung versehen werden. Damit diese elektrische Absicherung die Betriebssicherheit nicht stört, ist vorgesehen, dass der Hochleistungswiderstand im Gehäuse zudem eine feuerfeste Abdeckung aufweist, wobei die feuerfeste Abdeckung auf dem in die Vergussmasse ragenden Sicherungsdraht vorgesehen ist. Damit kann im Sicherungsfall (Überstrom) ein vom Sicherheitsdraht entstehendes Plasma standfest vor dem Austreten aus dem Gehäuse des Hochleistungswiderstands vermieden werden - dies selbst in jenen seltenen Fällen, in welchen sich der Schichtwiderstand durch das Plasma des Sicherheitsdrahts entzünden würde. Erfindungsgemäß können Beschädigung umliegender elektronischer Bauteile demnach standfest vermieden werden. Die feuerfeste Abdeckung kann hierbei insbesondere ein Ausbreiten des Plasmas zum Gehäuse verhindern - des Weiteren kann diese Abdeckung dazu dienen, einen Großteil der freiwerdenden thermischen Energie der Vergussmasse zum Zwecke der Dissipation zuführen. Ein besonders standfester Hochleistungswiderstand mit hoher elektrischer Schutzwirkung kann auf diese Art geschaffen werden.
Sind der Schichtwiderstand und die Schmelzsicherung im Gehäuse nebeneinander und voneinander beabstandet angeordnet, kann die Brandgefahr am Schichtwiderstand weiter vermindert werden - was wiederum zur Betriebssicherheit des Hochleistungswiderstands beiträgt.
Die Ausbreitung thermischer Energie im Gehäuse im Sicherungsfall der Schmelzsicherung ist weiter verringerbar, wenn die feuerfeste Abdeckung oberhalb des Sicherungsdrahts vorgesehen ist. Die Abdeckung kann nämlich Plasma an seiner Ausbreitung in vertikaler Richtung standfest behindern. Zudem kann die Abwehrschicht durch ihre höhere Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit auch einen Teil der zu dissipierenden thermischen Energie aufnehmen.
Die Schutzwirkung des Hochleistungswiderstands kann weiter erhöht werden, wenn die feuerfeste Abdeckung oberhalb des Schichtwiderstands vorgesehen ist. Insbesondere kann sich dabei als Vorteilhaft erweisen, wenn sich die feuerfeste Abdeckung sowohl über die Schmelzsicherung als auch über den Schichtwiderstand erstreckt.
Ebenso kann die Schutzwirkung des Hochleistungswiderstands erhöht werden, wenn oberhalb des Schichtwiderstands eine zweite feuerfeste Abdeckung vorgesehen ist. So kann vorteilhafterweise ein direkter Transfer der von der feuerfesten Abdeckung über dem Sicherungsdraht zu dissipierenden Wärmeenergie auf die feuerfeste Abdeckung über dem Schichtwiderstand vermieden werden. Die Betriebssicherheit des Hochleistungswiderstands kann so erhöht werden.
Die Schutzwirkung des Hochleistungswiderstands kann deutlich verbessert werden, wenn die feuerfeste Abdeckung Keramik oder ein keramikartiges Material aufweist. Eine derartige Abwehrschicht ist nämlich imstande, besonders hohen Temperaturen zu widerstehen, ohne zu schmelzen bzw. zu entzünden. Bekannter Weise zeigen Keramik und keramikartige Materialen relativ hohe Wärmekapazitäten bei gleichzeitig hoher Wärmeleitfähigkeit auf - sind aber dennoch elektrisch isolierend. Auf diese Weise ist es demnach möglich, eine feuerfeste, elektrisch isolierende Abwehrschicht zu erhalten.
Bildet die Vergussmasse eine Dissipationsschicht am Sicherungsdraht aus, so kann ein durch den Sicherungsdraht ausgelöstes Plasma von der Dissipationsschicht standfest aufgenommen werden. Die dabei entstandene Energie wird demnach von der Dissipationsschicht, insbesondere vollständig, aufgenommen, wodurch ein Austreten von Plasma aus dem Gehäuse des Hochleistungswiderstands bzw. dessen Entflammen standfest verhindert werden kann. Ein besonders sicherer Hochleistungswiderstand ist demnach geschaffen.
Die thermischen Eigenschaften der Vergussmasse können gezielt verbessert werden, wenn die Vergussmasse zumindest einen Silikonwerkstoff aufweist.
Weist die Vergussmasse zudem eine Entflammbarkeitsklasse von zumindest HB, insbesondere von zumindest V-0, auf, so kann die Sicherheit des Hochleistungswiderstands weiter erhöht werden. Insbesondere ist dadurch gewährleistbar, dass eine durch das Plasma entzündete Vergussmasse selbstlöschend wirkt und ein Ausbreiten des Brandes standfest verhindert werden kann - was zur Erhöhung er Betriebssicherheit des Hochleistungswiderstands beiträgt.
Die Konstruktion des erfindungsgemäßen Hochleistungswiderstands kann vereinfacht werden, wenn der Schichtwiderstand an einem elektrisch isolierenden Trägersubstrat vorgesehen ist.
Der Hochleistungswiderstand kann selbst vergleichsweise hohen Temperaturen standhalten, werden das Trägersubstrat Keramik und/oder ein keramikartiges Material aufweist. Zudem kann durch diese Auswahl bzw. Abstimmung des Materials die vergleichsweise hohe Wärmeleitfähigkeit des Trägersubstrats genutzt werden, um die Standfestigkeit des Schichtwiderstands zu erhöhen.
Ist das Trägersubstrat am Gehäuseboden des Gehäuses befestigt, kann dies den mechanischen Verbund zwischen den Baueinheiten des Hochleistungswiderstands verbessern - und so in weiterer Folge zu einer erhöhten Standfestigkeit des Hochleistungswiderstands führen.
Verläuft der Sicherungsdraht mit Abstand über dem Trägersubstrat, ist durch den so fehlenden, direkten Kontakt mit dem Trägersubstrat ein Wärmeeintrag vom Schichtwiderstand auf den Sicherungsdraht verringerbar. Sohin ist mit einer negativen Beeinflussung der Auslösecharakteristik des Sicherungsdrahts nicht zu rechnen, womit wiederum die Standfestigkeit des Hochleistungswiderstands weiter erhöht werden kann. Ist zudem zwischen Sicherungsdraht und Trägersubstrat Vergussmasse vorgesehen, ist eine ausreichende Menge an Vergussmasse im Bereich des Sicherungsdrahts vorsehbar, um standfest die thermische Energie im Auslösefall der Schmelzsicherung dissipieren zu können.
Im Auslösefall der Schmelzsicherung kann die durch Plasma entstandene Wärme besonders effektiv dissipiert werden, wenn der Sicherungsdraht in der Vergussmasse zumindest abschnittsweise ummantelt ist.
Die thermische Energie der Schmelzsicherung kann im Auslösefall in der Vergussmasse verbessert verteilt werden, wenn die feuerfeste Abdeckung am Sicherungsdraht zumindest abschnittsweise anliegt.
In den Figuren ist beispielsweise der Erfindungsgegenstand anhand einer Ausführungsvariante näher dargestellt. Es zeigen

Fig. 1: eine horizontale Schnittansicht durch einen Hochleistungswiderstand gemäß einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2: eine vertikale Schnittansicht durch den in Fig. 1 dargestellten Hochleistungswiderstand, und
Fig. 3: eine horizontale Schnittansicht durch einen Hochleistungswiderstand gemäß einer zweiten Ausführungsform.

In Fig. 1 und 3 wird eine horizontale, in Fig. 2 eine vertikale Schnittansicht durch Hochleistungswiderstände 1, 100 mit einem Gehäuse 10 gezeigt. Im Gehäuse 10 ist ein Schichtwiderstand 2 aus einem Widerstandsschichtmaterial 3 vorgesehen, welches Gehäuse 10 mit einer Vergussmasse 11 ausgefüllt ist.
Erfindungsgemäß ist im Gehäuse 10 auch eine Schmelzsicherung 4 vorgesehen, die einen Sicherungsdraht 5 aufweist. Der Schichtwiderstand 2 und der Sicherungsdraht 5 sind jeweils an ihren beiden Enden mit Kontaktflächen 6, 7 versehen. Über eine Verbindungsleitung 8 sind Sicherungsdraht 5 und Schichtwiderstand 4 elektrisch in Serie geschaltet. An ihren jeweils anderen Kontaktfläche 6, 7 sind Drähte 9 zum Kontaktieren des Hochleistungswiderstands 1 vorgesehen. Der Schichtwiderstand 2 und die Schmelzsicherung 4 sind vollständig in dem Gehäuse 10 des Hochleistungswiderstands 1, 100 eingeschlossen.
Im Falle eines am Hochleistungswiderstand 1, 100 auftretenden Überstroms spricht die Schmelzsicherung 4 an und öffnet den elektrischen Kreis, um Schäden an dem Schichtwiderstand 2 bzw. anderen - nicht näher dargestellten - elektrischen Bauteile, die am Hochleistungswiderstand 1 angeschlossen sind, zu verhindern. Bekanntermaßen kann bei entsprechend hohem Überstrom der Sicherungsdraht 5 auch durch die sehr hohe momentan anfallende Energie unter Bildung eines Plasmas verdampfen. Um das so entstehende Plasma in seiner Ausbreitung zu begrenzen bzw. zu verhindern, dass dieses aus dem Gehäuse 10 austritt, ragt der Sicherungsdraht 5 in die Vergussmasse 11. Vorzugsweise sind die restlichen, im Beispiel die endseitigen Abschnitte des Sicherungsdraht 5 von der Vergussmasse 11 ummantelt, sodass dieser an allen Seiten von der Vergussmasse 11 umgeben wird.
Erfindungsgemäß ist zudem eine feuerfeste Abdeckung 12 zwischen Sicherungsdraht 5 und Gehäuse 10 vorgesehen, um die Ausbreitung des Plasmas im Gehäuse weiter einzudämmen und die thermische Energie des Plasmas auf die Vergussmasse 11 verbessert verteilen zu können. Damit erhöht sich die Betriebssicherheit des Hochleistungswiderstand 1, 100 erheblich.
Diese feuerfeste Abdeckung 12 kragt beidseitig quer zur Längsrichtung des Sicherungsdrahts 5 aus, wie dies der Draufsicht nach Fig. 1 und Fig. 3 entnommen werden kann. Die feuerfeste Abdeckung 12 liegt außerdem am Sicherungsdraht 5 zumindest abschnittsweise an, um thermische Energie eines evtl. entstehenden des Plasmas auf die Vergussmasse 11 verbessert weiterleiten zu können. Dies insbesondere dadurch, da diese feuerfeste Abdeckung 12 aus einem keramikartigen Material, nämlich einem Keramikplättchen besteht.
Die feuerfeste Abdeckung 12 kann sich - wie in dem Hochleistungswiderstand 100 in Fig. 3 gezeigt - auch über den Schichtwiderstand 2 erstrecken, um die Wärmekapazität der feuerfesten Abdeckung 12 und damit deren Dissipationsfähigkeit weiter zu erhöhen. Der Schichtwiderstand 2 kann somit besser vor einem Energieeintrag durch ein Plasma geschützt werden. Alternativ kann - wie in dem Hochleistungswiderstand 1 in Fig. 1 gezeigt - auch eine zweite feuerfeste Abdeckung 18 über dem Schichtwiderstand 2 vorgesehen sein. Dadurch wird zudem verhindert, dass die beiden feuerfesten Abdeckungen 12, 18 im thermischen Austausch zueinander stehen.
Die Vergussmasse 11 bildet um den Sicherungsdraht 5 eine Dissipationsschicht 13, welche die, vom Plasma ausgehende Energie, direkt aufnehmen und dissipieren kann. Dadurch, dass die Vergussmasse 11 Silikon ist, kann diese Vergussmasse 11 schwer entflammbare und ausgezeichnet hitzebeständig ausgebildet werden, wodurch die Vergussmasse 11 eine Entflammbarkeitsklasse von zumindest HB bzw. V-0 erfüllt.
Wie in den Fig. 1 bis 3 zu erkennen, ist der Schichtwiderstand 2 auf einem Trägersubstrat 14 aufgebracht. Dieses Trägersubstrat 14 ist besonders vorteilhaft als elektrisch isolierende Keramikplatte bzw. als keramikartiges Substrat ausgeführt. Durch die hohe Wärmeleitfähigkeit eines derartigen keramikhaltigen Trägersubstrats 14 ist es von Vorteil, wenn der Sicherungsdraht 5 mit diesem - wie in Fig. 2 erkennbar - nicht in direktem Kontakt steht, sondern, durch die Vergussmasse 11 als Puffer über dem Trägersubstrat 14, beabstandet verläuft. Die Vergussmasse 11 kann dabei direkt auf dem Trägersubstrat 14 vorgesehen werden, wodurch ein ausreichender thermischer Kontakt zwischen diesen beiden besteht, um thermische Dissipation der Dissipationsschicht 13 weiter erhöht werden kann. Ein derartiger Aufbau beeinträchtigt durch die geringe Wärmeleitfähigkeit der Vergussmasse 11 jedoch nicht die thermische Stabilität des Schichtwiderstands 2.
Zudem sind der Schichtwiderstand 2 und die Schmelzsicherung 4 im Gehäuse 10 nebeneinander und von voneinander beabstandet angeordnet, was die Gefahr des Entzündens des Schichtwiderstands 2 durch eventuell entstehendes Plasma am Sicherungsdrahts 5 deutlich reduziert.
Das Trägersubstrat 14 ist am Gehäuseboden 16 befestigt, der eine hohe Wärmeleitfähigkeit zur passiven oder aktiven Kühlung des Schichtwiderstands 2 aufweist. Gehäuseboden 16 und Gehäusedeckel 17 bilden das Gehäuse 11 aus.
Der Schichtwiderstand 2 kann durch den beschriebenen Aufbau vorteilhafterweise als parallele, mäanderförmige Leiterbahnen 15 direkt auf das Trägersubstrat 14 unter Verwendung eines Widerstandsschichtmaterials 3, beispielsweise als Dickfilmwiderstand, aufgedruckt sein.

Claims

Hochleistungswiderstand mit einem Gehäuse (10), mit einem im Gehäuse (10) angeordneten Schichtwiderstand (2) und mit einer Vergussmasse (11) im Gehäuse (10), dadurch gekennzeichnet, dass der Hochleistungswiderstand (1) im Gehäuse (10) sowohl eine feuerfeste Abdeckung (12) als auch eine Schmelzsicherung (4) mit einem Sicherungsdraht (5) aufweist, der mit dem Schichtwiderstand (2) elektrisch in Serie geschaltet ist, und dass die feuerfeste Abdeckung (12) auf dem in die Vergussmasse (11) ragenden Sicherungsdraht (5) vorgesehen ist.
Hochleistungswiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtwiderstand (2) und die Schmelzsicherung (4) im Gehäuse (10) nebeneinander und voneinander beabstandet angeordnet sind.
Hochleistungswiderstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die feuerfeste Abdeckung (12) oberhalb des Sicherungsdrahts (5) vorgesehen ist.
Hochleistungswiderstand nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die feuerfeste Abdeckung (12) oberhalb des Schichtwiderstands (2) vorgesehen ist.
Hochleistungswiderstand nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb des Schichtwiderstands (2) eine zweite feuerfeste Abdeckung (18) vorgesehen ist.
Hochleistungswiderstand nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die feuerfeste Abdeckung (12) Keramik oder ein keramikartiges Material aufweist.
Hochleistungswiderstand nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergussmasse (11) eine Dissipationsschicht (13) am Sicherungsdraht (5) ausbildet.
Hochleistungswiderstand nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergussmasse (11) zumindest einen Silikonwerkstoff aufweist.
Hochleistungswiderstand nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergussmasse (11) eine Entflammbarkeitsklasse von zumindest HB, insbesondere von zumindest V-0, aufweist.
Hochleistungswiderstand nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtwiderstand (2) an einem elektrisch isolierenden Trägersubstrat (14) vorgesehen ist.
Hochleistungswiderstand nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat (14) Keramik und/oder ein keramikartiges Material aufweist.
Hochleistungswiderstand nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat (14) am Gehäuseboden des Gehäuses (10) befestigt ist.
Hochleistungswiderstand nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherungsdraht (5) mit Abstand über dem Trägersubstrat (14) verläuft und dass zwischen Sicherungsdraht (5) und Trägersubstrat (14) Vergussmasse (11) vorgesehen ist.
Hochleistungswiderstand nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherungsdraht (5) von der Vergussmasse (11) zumindest abschnittsweise ummantelt ist.
Hochleistungswiderstand nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die feuerfeste Abdeckung (12) am Sicherungsdraht (5) zumindest abschnittsweise anliegt.