KR20090045139A

KR20090045139A - 열 기계적 퓨즈를 갖는 전기 회로

Info

Publication number: KR20090045139A
Application number: KR1020087009452A
Authority: KR
Inventors: 알렉산더 도스; 지르겐 폴; 롤프 메르트; 마이클 루폴드
Original assignee: 베루 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2006-09-01
Filing date: 2007-07-21
Publication date: 2009-05-07
Also published as: WO2008025416A1; KR101305014B1; EP2057657B1; DE102006041123A1; DE102006041123B4; CN101379580B; EP2057657A1; ATE488022T1; CN101379580A; US7911314B2; US20100045421A1; DE502007005627D1

Abstract

본 발명은 전류원용 접속부를 구비하고, 전기 부하(3)를 구비하고, 이상의 경우, 과도한 열 방사로, 두 단부를 갖는 스프링(24)이 배열되어 있는 피더(14, 21)를 통해 실행되는 상기 부하(3)로의 전류 피드를 차단하는 열 기계적 퓨즈(24, 25)를 구비하고, 두 단부 중 적어도 하나는 상기 피더(14, 21)에 제공된 납땜 지점(22, 23)에 납땜되고, 상기 납땜 지점(22, 23) 중 적어도 하나는 상기 스프링(24)의 복원력에 의해 생긴 기계적 프리텐션 하에 있으며, 이 프리텐션은 상기 땜납이 상기 납땜 지점(23, 24)에서 용융될 때 상기 피더(14, 21)에서 상기 스프링(24)과 상기 적어도 하나의 납땜 지점(22, 23) 사이의 납땜된 연결부를 분리한다. 본 발명에 따르면, 이상의 경우 과열을 방사하고 있는 열원(3, 17)과 열 전도 방식으로 연결되는 기계적 지지대(25)는 전기 회로의 무결함 동작 동안 상기 지지대(25)에서 발생하는 온도에서는 상기 스프링(24)의 복원력을 견뎌내지만, 상기 납땜 지점(22,23)에서의 납땜이 용융되어 상기 스프링(24)이 상기 납땜 지점(22, 23) 중 적어도 하나로부터 분리될 때 상기 스프링(24)의 복원력으로 휘어지는 것을 특징으로 한다.

스프링의 복원력, 지지대, 프리텐션, 납땜 지점, 퓨즈

Description

열 기계적 퓨즈를 갖는 전기 회로{ELECTRIC CIRCUIT COMPRISING A THERMAL-MECHANICAL FUSE}

본 발명은 열 기계적 퓨즈에 에러가 생길 경우 부하로의 전류 공급을 차단하는 전기 회로에 관한 것이다. 자동차는 이런 전기 회로를 필요로 한다. 자동차에서는 예를 들어, 흡기 히터와 추가 히터와 같은 전기 가열 장치가 이용된다.

흡기 히터는 내연 기관용 흡기의 예열을 위한 가열 장치이다. 이 기관에 의해 흡입된 냉기를 예열함으로써, 연소 동작과 낮은 오염물 방사 뿐만 아니라, 가솔린 소모를 개선한다. 직접 연료 분사식인 현재의 디젤 엔진과 옥토 엔진은 높은 열 효율성을 갖는다. 이것은 비교적, 차량의 승객실의 가열을 위해 낭비열을 많이 형성하지 않는 것을 의미한다. 이것은 발열 소자로서 PTC 저항이 제공된 전기적 추가 히터를 이용하여 해소된다. 흡기 히터는 예를 들어, DE 195 15 533 C2 및 US 6,073,615 A에 기재되어 있다. 추가 히터는 예를 들어, EP 390 219 B1 및 DE 100 49 030 A1에 기재되어 있다. 예를 들어, 펄스폭 변조의 과정에 의한 반복되는 연결과 분리를 통해 파워 반도체를 이용하여, 이러한 가열 장치의 발열 소자의 동작을 위한 부하 전류를 제어하는 것은 공지되어 있다. 이 프로세스에서, 세자릿수 암페어 범위까지, 즉 1000암페어 이상을 갖는 12볼트, 24볼트, 또는 미래 42볼트의 전형적인 자동차 전원 전압의 전류가 스위치된다. 따라서, 가열 장치와 이들의 제어의 동작 이상은 국부적 과열을 쉽게 초래할 수 있다. 따라서, 차량 또는 그 승객을 위험에 빠뜨릴 수 있는 차량의 가열 장치나 배선의 모든 점화를 초월하여, 잇달아 일어날 수 있는 결과를 방지할 필요가 있다. 이러한 위험한 상황은 모든 비용을 들여서라도 방지되어야만 한다. 따라서, 파워 반도체와 동작 조건을 전자적으로 모니터하는 것이 공지되어 있다. 공지된 모니터링은 파워 반도체를 통해 흐르는 전류, 즉 단락 회로를 검출하기 위해 전기 발열 소자가 배열된 전기 회로의 부하 전류를 결정하는 데에 있다. 단락 회로는 부하 또는 부하의 일부, 특히 전기 발열 저항에서만이 아니라, 파워 입력의 제어를 위해 이용되는 파워 반도체 자체에서도 발생할 수 있다. 온도 보호가 통합된 파워 반도체가 이미 공지되어 있다. 이들은 발열 저항 또는 다른 부하에서 단락 회로에 의해 초래된 온도 편이의 경우 독자적으로 차단될 수 있다. 전류와 전압을 모니터하고 이들을 제한 값과 비교하여 단락 회로만이 아니라 그 외 이상 사건도 판단할 수 있는 파워 반도체가 있다. 이들이 이런 방법으로, 부족 전압, 과잉 전압 또는 과부하 전류를 인식하는 경우, 이들은 독자적으로 스스로 비활성화할 수 있다.

그러나, 파워 반도체의 전자적 모니터링이 오작동되면, 국부적 과열과 이로 인한 오기능과 손상을 방지하는 작업에 응할 수가 없다. 제어하기가 매우 어려운 이상 원인은 이미 손상된 파워 반도체로 판명되었으며, 이의 손상은 그 제조의 품질 제어시에 확인될 수 없다. 이미 손상된 파워 반도체의 오동작의 원인은 그 반도체 재료에 이상이 있다는 것이므로, 지속적으로 전도성이 되며 부하 회로를 단락 시킨다고 판명되었다. 이런 경우, 부하 회로는 부하 자체의 전기 저항에 의해서만 제한되는 전류를 일정하게 받게 된다. 모니터링 전자 기계가 과도하게 높은 출력을 확인하더라도, 파워 입력은 이런 식으로 손상된 파워 반도체로는 더 이상 제어되거나 차단될 수 없다. 모니터링 전자 장치는 손상된 파워 반도체가 더 이상 스위치 오프될 수 없기 때문에 과도한 출력에 대해서는 무력하다. 파워 반도체의 과열은 파워 반도체가 배열되어 있는 배선 회로판으로까지 미치어 회로판 재료를 과열시킬 수 있으므로, 후자는 차량과 그 승객에게 위험을 줄 수 있는 유독성 및/또는 가연성 가스를 형성하게 된다. 다른 결과로 부하 전류 공급 시스템의 케이블의 발화가 있을 수 있다.

차량에서 부하 회로의 안정 특성으로 알려진 매우 높은 전류용 퓨즈는 너무 느리게 끊어지거나, 상술한 유형의 전기 가열 시스템의 부하 전류 회로의 적시 차단을 불러올 만큼 충분히 신뢰적이지 않다. DE 38 25 897 C2는 막 집적 회로용 열 퓨즈를 개시한다. 이 공지의 퓨즈는 두 레그가 전류 이송 회로에 제공되어 스프링에 의해 브리지된 갭을 내부로 한정하는 두 납땜 지점을 연결하는 U자형 또는 V자형 스트랩으로 구성된 스프링을 갖는다. 회로는 모니터되는 집적 막 회로를 지닌기판 상에 있다. 집적 막 회로는 두 납땜 지점 중 하나와 양호하게 열 전도되게 연결되어 있다. 납땜 지점은 과열의 경우 가열된다. 땜납이 잘 선택되면, 이 땜납은 보호되는 회로 구성 부품이 과열로 손상되기 전에 연화된다. 그러나 스프링 레그를 납땜 지점으로부터 느슨하게 하는 경향을 갖는 스프링은 지속적인 프리텐셔닝을 받게 되는 단점이 있다. 이 경향은 진동, 가열 및 부식으로 강화되므로 바람 직하지 않은 퓨즈의 트리핑이나 너무 낮은 온도에서의 트리핑이 발생할 수 있다. 이러한 트리핑은 취소될 수가 없다. 퓨즈에 의해 보호되는 집적 막 회로는 그 후 유효한 경우에도 동작할 수가 없다.

본 발명은 전기 회로가 퓨즈에 의해 신뢰 가능하게 보호될 수 있도록 하는 방법을 보여주는 목적을 가지며, 이 회로에는 부하로 하나 또는 수개의 발열 저항과 파워 입력을 제어하는 하나 또는 수개의 파워 반도체가 배열된다. 보호는 특히 모터 차량의 전기적 추가 히터와 전기 흡기 히터에, 유전체 파손의 경우 파워 반도체의 보호에, 단락 회로의 경우 발열 소자의 퓨즈 보호에 적합하다. 그러나 퓨즈 보호는 제조 비용이 실용적이야 하며 구조가 단단하고 설비가 용이한 것이 중요하다.

이 목적은 청구항 1에서 기재된 특성을 갖는 전기 회로에 의해 성취된다. 다른 유익한 실시예가 종속항의 목적이다.

본 발명에 따른 전기 회로는 전류원용 연결부, 이상의 경우 과도 열을 방사할 수 있는 전기 부하, 및 이상의 경우 부하로의 파워 공급을 차단하는 열 기계적 퓨즈를 포함한다. 과도한 열이 회로의 일 지점, 예를 들어, 전기 부하나 파워 반도체에서 형성될 때 이상의 경우가 발생한다. 전류 공급은 적어도 하나는 피더에 제공된 납땜 지점에 납땜되는 두 단부를 갖는 스프링이 배열되어 있는 피더에 의해 실행된다. 적어도 하나의 남땜 지점은 스프링의 복원력에 의해 행해지는 기계적 프리텐셔닝 (pretensioning)을 받으며, 이는 땜납이 용융될 때 피드 라인에서 스프링과 납땜 지점 사이의 납땜 연결부를 분리한다. 땜납을 적합하게 선택하면, 이 땜납은 보호되는 부하가 과열로 손상되기 전에 용융된다. 프리로드 스프링은 납땜 지점으로부터 느슨해지므로, 부하 전류를 이송하는 피드 라인을 차단시킨다.

본 발명에 따르면 열 전도식으로 과열 소스에 연결되는 기계적 지지대가 제공되고 있다. 소스는 여기에서 발열 소자, 예를 들어 발열 저항만이 아니라, 파워 소자로 이해되어야 하며, 여기에서는 손상 때문에 허용 가능한 온도 범위를 넘어 과도한 온도를 일으킨다는 점에서 이러한 고 파워 손실을 설정한다. 지지대는 무결함 동작이 발생하는 온도에서 스프링의 복원력을 흡수하고 이에 따라 스프링이 납땜되는 적어도 하나의 납땜 지점의 응력을 감소시키는 식으로 구성된다. 그러나, 동작 이상으로 인해 땜납이 용융하므로 이상의 경우에서와 같이, 스프링이 납땜 지점에서 분리될 때 지지대는 휘어진다. 이는 몇가지 장점을 갖는다:

ㆍ 무결함 동작의 경우, 지지대는 스프링의 복원력이나 이 복원력의 적어도 일부를 흡수하므로, 스프링은 납땜되는 적어도 하나의 납땜 지점 상에 인장 응력을 가하지 않게 된다. 지지대는 납땜 지점에 가해진 적어도 인장 응력을 비임계 값으로 한계를 정하여, 퓨즈의 원치 않는 이상 트리핑을 제거할 수 있다.

ㆍ 지지대에 의해 스프링의 복원력을 흡수할 수 있을 뿐만 아니라, 남땝 지점에 대해 스프링을 미리 인장할 수 있으므로 스프링은 지지대의 동작중에, 납땜 지점에서 당겨질 뿐만 아니라 이에 압력을 가할 수도 있게 된다.

ㆍ퓨즈의 의사 트리핑이 방지될 수 있다.

ㆍ전류 회로를 보호하는 스프링이 전류를 이송해도, 그 보호 특성은 스프링으로서의 기계적 구성으로 인한 것이며 열원에 대한 납땜 지점과 지지대의 열이송 연결부가 되며, 이는 이상의 경우 과열을 초래할 수 있다. 전기 오동작이 퓨즈 보호의 이상을 초래할 수 없다.

ㆍ트리핑 임계치가 스프링의 기계적 구조와 스프링의 열 전도률 및 납땜의 조성에 의해 결정되기 때문에, 이는 가변적이다.

ㆍ퓨즈를 트리핑하는 전기 전류가 아니고 모니터되는 전기 구성 부품에 의해 형성되는 열류이기 때문에, 이상의 경우 과열의 경향을 갖는 모든 전기 구성 부품, 즉 발열 저항 뿐만 아니라 열 저항을 제어하는 파워 반도체는 본 발명에 따라 보호될 수 있다.

ㆍ본 발명에 따르면, 퓨즈 보호의 트리핑은 취소될 수 없으므로 결함있는 전기 구성 부품은 발열 저항이나 발열 저항의 그룹, 발열 브랜치 또는 전기 파워를 제어하는 파워 반도체이든지, 더 이상 또한 차량의 재시동 후에도 위험의 원인이 되지 않는다.

지지대는 늦어도 그 자체가 적어도 하나의 납땜 지점의 땜납의 용융 온도나 땜납의 용융 온도의 범위 내의 온도에 노출될 때 스프링의 복원력으로 휘어진다. 열류의 방향과 스프링과 납땜 지점의 열 전도률과 비교한 지지대의 열 전도률에 따라서, 지지대의 온도는 납땜 지점의 온도 보다 지연될 수 있다. 더구나, 납땜 합금은 용융점이 아닌 용융 범위를 가지므로, 지지대가 스프링의 복원으로 휘어지게 되는 온도에 대한 상태에 부적당하므로, 땜납의 용융 온도에 밀접하여 납땜 지점에서 떨어질 수 있다는 것을 고려해야만 한다. 더욱, 지지대는 지지대의 부재시 스프링의 복원력이 스프링을 가열 땜납 지점과 분리시키기에 충분하기 바로 전에 이미 휘어지고 있다. 이 장점은 납땜 지점은 땜납이 연질이거나 액상이어서 스프링의 복원력이 납땜 지점에서 분리시키는 온도에 달할 때, 이 분리는 실재 매우 신속하게 발생하며 지지대의 기계적 저항에 의해 더 이상 지연되지 않는다는 것이다.

따라서, 스프링이 하나의 납땜 지점에서 분리되기 위해서, 절대적으로 땜납이 용융될 필요는 없다. 용융 범위에 도달할 때, 땜납의 점진적인 연화가 발생하여, 이 연화 상태에서 스프링과 납땜 지점의 분리가 발생할 수 있다. 이것은 과열의 경우 신뢰성 보호의 목적 내에서 유익하기 때문에, 늦어도 지지대 자체에서의 온도가 땜납이 연질되는 온도에 이를 때를 제외하고, 지지대는 땜납의 연질화에 의해 스프링의 복원력으로 이미 휘어지는 것이 바람직하다.

퓨즈의 신속한 트리핑을 위해서, 지지대는 스프링상에서 바로, 바람직하게는 적어도 하나의 납땜 지점에 가능한 한 가까이 작동하므로, 지지대의 온도가 가능한 적은 지연으로 납땜 지점의 온도를 따르는 경우 바람직하다.

지지대의 구성에는 다수의 가능성이 있다. 제1 가능성은 지지대가 스프링의 복원력으로 휘어지는 온도에서 용융하는 재료로 또는 이를 이용하여 지지대를 제조하는 것이다. 따라서, 지지대는 이에 대응하여 낮은 용융점, 바람직하게 이용되는 땝납의 용융 범위 보다 약간 낮은 용융점을 갖는 합금으로 구성된다. 예시로, 지지대는 땜납 합금으로 형성될 수 있으며; 이 땜납 합금은 납땜 지점에 이용되는 납땜 합금과 유사한 조성으로 되어 있으며; 그 조성은 바람직하게 그 용융 온도나 그 용융 범위가 각각 적어도 하나의 납땜 지점에서 이용되는 땜납의 것 보다 약간 낮게 선택되는 것이 바람직하다. 지지대로는 원하는 온도에서 용융되지 않더라도 스프링의 복원력 하에서 변형될 정도로 연질되어 스프링과 납땜 지점의 분리를 용이하게 하는 저온 용융 합금이 이용된다.

또한 이들 프로세스가 충분히 빠르게 발생하는 경우 원하는 온도에서 승화 또는 분해되는 재료를 이용하여 지지대를 제조할 수 있다. 일반적으로는 가열시 급속히 분해하는 재료, 특히 유기 재료가 알려져 있다. 따라서, 지지대에는 예를 들어, 원하는 온도 범위에서 분해되는 열경화성 재료, 열가소성 주조 수지 및 특히 원하는 온도 범위에서 연질 또는 용융되는 열가소성, 예를 들어, 폴리아미드 6와 같은 폴리아미드, 폴리프로필렌, 또는 약 140℃의 용융점을 갖는 폴리프로필렌이나 왁시 폴리에틸렌과 같은 합성 재료가 고려될 수 있다. 또한 원하는 온도 범위에서 충분히 연질 또는 액화되는 왁스 또는 파라핀으로 또는 이를 이용하여 형성되지만 정규 동작 온도에서는 스프링의 복원력을 흡수하기 위해서 충분히 견고한 지지대가 가능하다. 왁스나 파라핀이 주입된 재료도 가능하다.

또한 예를 들어 강성의 셀룰러 재료와 같이, 가열시 그 스스로 또는 복원력의 효과하에서 수축하는 재료로, 또는 이를 이용하여 지지대를 형성하는 것이 가능하다.

지지대는 무결점 동작 동안 지지대가 노출되는 온도에서, 복원력에 저항하는 재료로 완전히 구성될 필요가 없고 적어도 하나의 납땜 지점에서 땜납이 연질 또는 용융될 때 휘어지게 되는 재료로 구성된다. 또한 땜납이 납땜 지점에서 연질 또는 용융될 때 휘어지는 제1 지지대 및 제1 지지대를 지지하며 제1 지지대 보다 더 높은 온도에서 스프링의 복원력에 저항할 수 있는 제2 지지대로 이루어진 복합 지지대를 이용할 수 있다. 이러한 본 발명의 실시예는 특히 제2 지지대가 스프링의 제2 단부를 포함하여 형성되는 경우 바람직하다. 다시 말해, 이 경우 지지대는 지지대를 이용하여 스프링의 복원력에 대항하여 거리를 두고 고정되는 두 대향 스프링 레그 사이에 -바람직하게 직접- 장착된다. 이에 할당된 납땜 지점 중 하나와 관련하여, 두 스프링 레그 각각은 동시에 대향 레그의 지지대가 된다. 가장 간단한 방법으로 이러한 본 발명은 지지대가 레그 사이에 삽입될 때, U자형 또는 V자형 형상이 되게 구부러진 스프링으로 실현된다. 지지대가 이 스프링으로부터 제거되면, 두 스프링 레그는 서로 가까워지고 또한 탄력적으로 만나므로 스프링 자체는 여전히 인장된 상태이다.

스프링은 스프링 와이어로부터 구부러질 수는 있지만 스프링 강 스트립으로 형성되는 것이 바람직하다. 이것이 스프링의 형성과 두 스프링 레그 사이의 지지대의 강화에 바람직하다.

특히 지지대가 두 개별의 전기 구성 부품이나 조립체를 동시에 보호하기 위해서는 두 레그 사이에 클램프되어 있는 스프링이 적합하며, 이 두 부품 중 하나, 예를 들어 발열 저항은 납땜 지점에 할당되고, 다른 하나, 예를 들어 파워 반도체는 제2납땜 지점에 할당된다. 이상의 경우 과열될 수 있는 관련된 구성 부품이나 조립체가 그 할당된 납땜 지점에 가까울수록, 그 경로에서의 열 전도률은 더 좋아지고 응답율은 짧아진다. 스프링에는 두 구성 부품이나 조립체 사이에, 특히 파워 반도체와 이에 의해 조절되는 전기 히터 중 하나 사이에 부하 전류를 전달하는 피드 라인에 직접 적어도 하나의 납땜 지점이 배열되는 것이 바람직하다. 두 납땜 지점에 대해 다른 납땜 합금을 선택하여, 납땜 지점이 다른 온도에 응답하도록 할 수도 있다. 그러나, 응답 온도 간의 차이는 남땜 지점만이 스프링의 어느 측면으로부터 열류가 나오는지에 상관없이 더 낮은 응답 온도에 반응할 정도로 그렇게 크지 않는 것이 좋다.

스프링에는 바람직한 스프링 품질과 땜납에 양호한 습윤성 및 고 전기 전도율을 조합한 합금으로 된 재료가 권장된다. 특히 바람직한 예는 합금 CuNi1Co1Si, 즉 1% 중량 니켈, 1% 중량 코발트, 1% 중량 미만 실리콘 및 나머지 구리로 된 합금이다. 합금은 고 전기 전도율과 동시에, 고 열 전도율을 갖는다.

지지대는 그 길이 방향으로 스프링의 복원력을 흡수하는, 특히 로드나 핀과 같은 받침대로 형성되는 것이 바람직하다. 지지대는 스프링을 적어도 하나의 납땜 지점에 납땜한 이후에만 설비된다. 지지대를 고정하기 위해, 리세스나 홀이 지지대의 관련 단부를 스프링-클램프하도록 레그 중 적어도 하나에 스탬프되거나 설치된다.

연질 땜납은 스프링을 그 관련 납땜 지점에 납땜하기 위해 이용되는 땜납으로 적합하다. 리드 있는 것 뿐만 아니라 리드 없는 연질 땜납을 이용할 수 있다. 특히 183℃와 190℃ 사이의 용융 온도를 갖는 그룹 S-Sn60Pb38Cu2의 땜납, 약 221℃의 용융 온도를 갖는 S-Sn96Ag4 및 221℃ 내지 230℃의 용융 온도를 갖는 S-Sn97Ag3의 땜납이 적합하다.

본 발명의 실시예는 첨부한 도면에서 도시된다. 실시예에서 동일한 부분이나 서로 대응하는 부분들은 동일한 참조 부호로 나타내었다.

도 1은 본 발명에 따라 구성된 열 기계적 퓨즈를 갖는 내연 기관의 흡기구에서 공기의 예열을 위한 전기 가열 시스템의 측면도이다;

도 2는 퓨즈의 응답 이후 도 1에서와 같은 가열 시스템을 나타낸다;

도 3은 퓨즈의 여러 실비 위치를 갖는 도 1에서와 같은 가열 시스템을 나타낸다;

도 4는 도 3에서와 같은 가열 시스템의 상부도이다;

도 5는 퓨즈의 트리핑 이후 도 3에서와 같은 가열 시스템을 나타낸다;

도 6은 두 가열 시스템의 전기 회로도를 나타낸다.

도 1에서 나타낸 가열 시스템은 애퍼츄어(2)를 둘러싸는 고형 프레임(1)이 제공되고 여기에는 금속 밴드 형상의 가열 시스템(3)이 구성된다. 가열 시스템은 미앤더(meander) 형상으로 연장된다. 미앤더의 접합부(4)(4)는 구조 부품(5)에 위치되어 있기 때문에 파선으로만 나타내었으며 여기에는 그 접합부(4)(4) 상에 발열 도체(3)를 지지하는 세라믹 지지 소자가 있다. 이런 구조 부품(5) 중 두 개가 프레임(1)의 두 대향 컷아웃(6 및 7)에 배열된다.

발열 도체(3)의 일 단부(3a)는 프레임(1)에 연결되고 접지 전위에 연결된다. 발열 도체의 다른 단부(3b)는 프레임(1)에 전기적으로 절연되게 부착된 나사 단(9)에 고정된다. 나사단(9)은 프레임(1)을 통과하는 나사(10), 나사(10)에 나사 고정 되는 너트(11), 절연부(12) 및 두 와셔(13)로 이루어진다. 둥글게 말린 버스 바(14)는 프레임(1)의 외부에서 나사단(9)에 고정된다. 버스 바(14)는 발열 도체(3)에 대한 피드의 일부이다.

프레임(1)의 측면에는 벽이 부분 파손된 하우징(15)이 제공된다. 하우징(15) 내부에는 발열 도체(3)의 화력의 제어를 위한 제어 회로가 배치된다. 이 제어 회로는 프레임(1)에 나사 고정되는 열 싱크(18)에 그 낭비열을 방출하는 파워 반도체(17)가 장치된 배선 회로판(16)을 포함한다. 이를 위해 절연체(20)를 이용하여 프레임(1)에 전기적으로 절연되게 부착된 제2 나사단(8)의 구성 부품인 나사(19)가 이용된다. 나사단(8)은 또한 동시에 발열 도체(3)로의 피더의 구성 부품이 되는 다른 둥글게 말린 버스 바(21)의 접속단으로 작용한다. 버스 바(21)는 파워 반도체(17)에 의해 부하 전류가 공급된다. 이를 위해 나사(19)는 접속 플랜지(27)를 이용하여 연결되어, 배선 회로판(16) 상의 파워 반도체(17)의 부하 전류 출력부로 부하 전류를 이송한다.

두 버스 바(14 및 21) 각각은 구부러진 단부(22, 23)를 가지며, 이들은 서로 평행하게 대향하며, U자형상의 스트랩으로 굽어진 스프링(24)에 납땜 지점을 갖는다. 스프링(24)은 스프링 강 시트 스트립으로 만들어진다. 스프링(24)의 두 레그(24a, 24b)의 단부는 납땜 지점(22 및 23)에 기계적 프리텐션 하에서 연결된다. 이런 식으로, 스프링(24)은 버스 바(14 및 21) 사이의 갭을 브리지한다. 프리텐션은 스프링(24)의 레그(24a 및 24b)가 서로를 향해 이동하는 식으로 배향되므로, 납땜 지점(22 및 23)에 장력이 가해진다. 납땜 지점(22 및 23)에 장력을 가하는 스 프링(24)의 복원력은 스프링(24)의 레그(23a 및 24b) 사이의 납땜 지점(22 및 23)에 크램프되는 핀 형상의 지지대(25)에 의해 흡수된다. 스프링(24)은 고정 지점에서 두 대향 홀(26)을 가지며, 이 홀은 스프링(24)의 두 레그에 드릴 또는 펀치된다. 원추형 또는 볼 형상의 단부를 갖는 핀 형상의 지지대(25)는 이들 홀(26)에 스프링 장착된다.

조립을 위해 스프링(24)은 납땜 지점(22 및 23) 사이에 삽입 및 남땜 분사된다. 이 분사는 땜납이 냉각될 때 까지 유지된다. 스프링(24)이 충분히 냉각되면, 핀 형상의 지지대가 삽입되고, 이들의 정확한 자리는 홀(26)에 맞물릴 때 쉽게 인지될 수 있다. 지지대(25)의 삽입 이후, 스프링(24)이 펴지게 하는 도구가 제거된다.

발열 소자(3)에서 과열이 발생하면, 이 과열은 나사단(9)과 버스 바(14)을 통해 납땜 지점(22)으로 전달되어 이를 가열시킨다. 열은 납땜 지점(22)으로부터 스프링(24)을 통해 지지대(25)로 흘러, 과열은 급속히 검출될 수 있으며, 나사단(9), 버스 바(14) 및 스프링(24)은 각각 구리나 구리계 합금으로 이루어진 양호한 열전도 물질로 만들어진다. 지지대(25)의 온도는 납땜 지점(22)의 온도를 따른다. 납땜 지점(22)에서의 땜납이 연질 또는 용융되면, 지지대(25)의 온도는 스프링(24)의 복원력을 더이상 견딜수 없을 수 정도로 증가되고, 지지대(25)가 용융, 붕괴 또는 다른 방식으로 행하기 때문에 그 일 레그(24a)는 납땜 지점(22)에 의해 더 이상 강하게 고정되지 않는다. 바람직하게, 지지대(25)는 납땜 지점(22)의 온도가 스프링(24)과 납땜 지점(22)을 분리하기에 충분하기 전에 그 저항력을 잃고 스프링(24)과 떨어진다. 이 온도에 바로 도달하게 되면, 이 분리는 지연 없이 발생한다. 도 2는 이 분리 이후의 상태를 나타낸다. 스프링(24)의 레그(24a)는 납땜 지점(22)에서 떨어지고, 파워 반도체(17)로부터 발열 저항(3)로의 부하 전류는 영구 차단되게 된다.

파워 반도체(17)의 에러의 경우, 예를 들어, 파워 반도체(17)의 유전체 파손 때문에, 열 싱크(18)를 거치고 다음에 버스 바(21)와 납땜 지점(23)을 거쳐 나사(19)에 이르는 낭비 열이 증가되게 된다. 나사(19) 및 버스 바(21)는 또한 구리 또는 구리 합금으로 만들어지는 것이 바람직하다. 납땜 지점(23)이 가열되면, 핀 형상의 지지대(24)의 온도는 납땜 지점(23)의 온도를 따르게 되어 지지대(24)의 붕괴 및 이어서 납땜 지점(23)의 납땜의 연질 또는 용융에 의해 스프링(24)의 레그(24b)와 납땜 지점(23)의 분리가 발생한다. 따라서, 핀 형상의 지지대(25)와 관련하여 스프링(24)으로 구성된 열 기계적 퓨즈는 발열 도체(3)에 의해 형성되는 과열 뿐만 아니라, 결함있는 파워 반도체(7)에 의해 형성되는 과열에 대해 두 방법으로 가열 시스템을 보호한다.

도 3 내지 도 5에 도시된 실시예는 스프링(24)이 90°변경된 위치에 장착된다는 점에서 도 1 및 2에 설명된 실시예와 다르다. 이것은 버스 바(14 및 21)의 다른 구성을 요하게 된다. 모든 다른 형태에서, 가열 시스템 및 그 퓨즈의 디자인과 동작은 변경되지 않는다.

도시된 실시예에서 나타낸 퓨즈는 바람직하게 파워 반도체로부터 PTC 발열 소자로 인도하는 버스 바의 접촉 차단기로서 부가의 가열 시스템에서 이용될 수 있 다.

예시로, 파워 반도체는 MOSFET 합금 반도체일 수 있다.

도 6은 두 상술한 예시의 발열 시스템의 예의 회로도이다. 전류 경로는 +UB의 전압의 배터리 클램프로부터 파워 반도체(17)를 통해, 그 납땜 지점(23 및 22) 둘 다를 갖는 스프링(24)을 통해, 그리고 부하(3) -발열 저항-를 통해 접지 단말로 흐른다.

<참조 부호 리스트>

1 프레임

2 애퍼츄어

3 발열 도체, 부하

3a 단부

3b 단부

4 접합부(4)

5 구조 부품

6 컷아웃

7 컷아웃

8 나사단

9 나사단

10 나사

11 너트

12 절연부

13 와셔

14 버스 바, 부하로의 피드 라인의 일부

15 하우징

16 배선 회로판

17 파워 반도체

18 열 싱크

19 나사

20 절연체

21 버스 바, 부하로의 피드 라인의 일부

22 납땜 지점

23 납땜 지점

24 스프링

24a 스프링의 레그, 제2 지지대

23b 스프링의 레그, 제2 지지대

25 지지대

26 홀

27 연결 플랜지

Claims

전류원용 접속부를 구비하고;

전기 부하(3)를 구비하고;

이상의 경우, 과도한 열 방사로, 두 단부를 갖는 스프링(24)이 배열되어 있는 피더(14, 21)를 통해 실행되는 상기 부하(3)로의 전류 피드를 차단하는 열 기계적 퓨즈(24, 25)를 구비하고 - 두 단부 중 적어도 하나는 상기 피더(14, 21)에 제공된 납땜 지점(22, 23)에 납땜되고;

상기 납땜 지점(22, 23) 중 적어도 하나는 상기 스프링(24)의 복원력에 의해 생긴 기계적 프리텐션 하에 있으며, 이 프리텐션은 상기 땜납이 상기 납땜 지점(23, 24)에서 용융될 때 상기 피더(14, 21)에서 상기 스프링(24)과 상기 적어도 하나의 납땜 지점(22, 23) 사이의 납땜된 연결부를 분리하고;

에러의 경우 과열을 방사하고 있는 열원(3, 17)과 열 전도 방식으로 연결되는 기계적 지지대(25)는 전기 회로의 무결함 동작 동안 상기 지지대(25)에서 발생하는 온도에서는 상기 스프링(24)의 복원력을 견뎌내지만, 상기 납땜 지점(22,23)에서의 납땜이 용융되어 상기 스프링(24)이 상기 납땜 지점(22, 23) 중 적어도 하나로부터 분리될 때 상기 스프링(24)의 복원력으로 휘어지는 것을 특징으로 하는 열 기계적 퓨즈를 갖는 전기 회로.
제1항에 있어서, 상기 지지대(25)는 땜납이 상기 적어도 하나의 납땜 지 점(22, 23)에서 용융되는 온도가 될 때 상기 스프링(24)의 복원력으로 휘어지는 것을 특징으로 하는 열 기계적 퓨즈를 갖는 전기 회로.
제1항에 있어서, 상기 지지대(25)는 상기 땜납이 상기 적어도 하나의 납땜 지점(22, 23)에서 연질화되는 순간에 이미 휘어지고 스프링(24)의 복원력이 상기 납땜 연결부를 분리하는 것을 특징으로 하는 열 기계적 퓨즈를 갖는 전기 회로.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지대(25)는 상기 땜납이 상기 적어도 하나의 납땜 연결부(22, 23)에서 연질화되는 온도가 되는 순간에 상기 스프링(24)의 복원력으로 이미 휘어지는 것을 특징으로 하는 열 기계적 퓨즈를 갖는 전기 회로.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지대(25)는 용융, 연화, 승화, 분해되고, 수축 또는 변형되는 한 굽어지는 재료로, 또는 이런 재료를 이용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 열 기계적 퓨즈를 갖는 전기 회로.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지대(25)는 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리아미드, 특히 폴리아미드 6, 폴리프로필렌과 같은 합성 재료로, 또는 이를 이용하거나, 왁스나 파라핀을 함유하는 형성부로서 왁스를 이용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 열 기계적 퓨즈를 갖는 전기 회로.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지대(25)는 받침대, 특히 로드나 핀인 것을 특징으로 하는 열 기계적 퓨즈를 갖는 전기 회로.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지대(25)는 상기 스프링(24)의 복원력을 상기 제1 지지대(25) 보다 더 높은 온도 까지 흡수할 수 있는 제2 지지대(24a, 24b)에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 열 기계적 퓨즈를 갖는 전기 회로.
제8항에 있어서, 상기 제2 지지대(24a, 24b)는 상기 스프링(24)의 제2 단부에 위치되고, 그 단부는 제2 납땜 지점(22, 23)에서 상기 피더(14, 21)에 납땜되는 것을 특징으로 하는 열 기계적 퓨즈를 갖는 전기 회로.
제1항 내지 제3항, 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스프링(24)은 U자 또는 V자형상으로 구부러지는 것을 특징으로 하는 열 기계적 퓨즈를 갖는 전기 회로.
제1항 내지 제3항, 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스프링(24)은 스트립 형상의 스프링 강 시트로 제조되는 것을 특징으로 하는 열 기계적 퓨즈를 갖는 전기 회로.
제1항 내지 제3항, 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스프링은 CuNi1Co1Si로 제조되는 것을 특징으로 하는 열 기계적 퓨즈를 갖는 전기 회로.
제1항 내지 제3항, 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 땜납은 연질 땜납, 특히 183℃와 190℃ 사이의 용융 온도를 갖는 그룹 S-Sn60Pb38Cu2의 연질 땜납, 약 221℃의 용융 온도를 갖는 S-Sn96Ag4 및 221℃ 내지 230℃의 용융 온도를 갖는 S-Sn97Ag3의 연질 땜납인 것을 특징으로 하는 열 기계적 퓨즈를 갖는 전기 회로.
제 1항 내지 제3항, 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부하(3)의 파워 입력의 제어를 위한 파워 반도체(17)를 포함하고, 상기 전류의 경로에 관하여 상기 스프링(24)은 상기 파워 반도체(17)와 상기 부하(3) 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 열 기계적 퓨즈를 갖는 전기 회로.
제14항에 있어서, 상기 스프링(24)은 상기 파워 반도체(17)와 상기 부하(3) 사이의 공간에 위치되는 것을 특징으로 하는 열 기계적 퓨즈를 갖는 전기 회로.
제1항 내지 제3항, 제9항, 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부하(3)는 발열 저항인 것을 특징으로 하는 열 기계적 퓨즈를 갖는 전기 회로.
제16항에 있어서, 모터 차량의 내기의 가열을 위한 전기 발열 시스템의 구성 부품인 것을 특징으로 하는 열 기계적 퓨즈를 갖는 전기 회로.
제16항에 있어서, 내연 기관의 흡입구에서 상기 공기의 예열을 위한 전기 발열 시스템의 구성 부품인 것을 특징으로 하는 열 기계적 퓨즈를 갖는 전기 회로.
제16항에 있어서, 연료유, 디젤유 또는 중유의 예열을 위한 전기 가열 시스템의 구성 부품인 것을 특징으로 하는 열 기계적 퓨즈를 갖는 전기 회로.