CN101647081B - 热熔断器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在传导结构中的特是在冲压栅体中的热熔断器，配有：多个传导部位；具有连接点(9)的传导结构；和熔化元件(3)，该熔化元件与传导结构的连接点(9)实现电连接和机械连接，于此，熔化元件(3)的材料具有熔化温度，借以在高于其熔化温度的环境温度下熔化开、从而使熔化元件(3)的材料积聚在连接点(9)上，并将由熔化元件(3)所形成的电连接分离开。

Description

热熔断器

本发明涉及一种热熔断器，用于中断模块中的通过电流，特别适用于汽车领域。

为了防止电模块过热，需要单向的热熔断器，在过高的环境温度下，这些热熔断器可以中断(断开)导电线路。依此，热熔断器是如此设计的，使得断路温度不是由于高的通过电流来达到的，从而保证：热熔断器可不通过高的电流，而是唯一通过一个过高的环境温度来实现其断路的。也就是说，热熔断器的作用在于：为电气模块提供一种独立的断路线路，在电气模块中出现不允许的高温度，例如因部件失效，因外来影响、绝缘材料缺陷所造成的短路等的情况下，热熔断器即可安全地中断通过电流。

传统的热熔断器通常都是以一个固定的弹簧例如一个钎焊的板簧的构思为基础的，该弹簧在跳闸情况下可通过弹力打开一个接触点。依此，即使在不跳闸的情况下也会对连接点永久地施加一个机械力，这一点特别在长的使用时间例如在汽车领域中的长的工作时间条件下，可能导致出现质量问题。尤其在经过一定时间之后，可能发生焊点损坏的现象。

本发明的任务在于提供这样一种热熔断器，该热熔断器在出现不允许的高环境温度情况下，这例如在部件失灵、短路时及因外来影响、绝缘材料失效造成，便能可靠地中断电流。于此，热熔断器基本上是取决于环境温度而被断路的，不是取决于通过该热熔断器的电流而被触发的，这样，也能可靠地识别出那些只能导致小于允许最大电流的电流的故障。此外，本发明提出的热熔断器特别在很高的使用寿命期间，都具有高度可靠性。

按本发明的传导结构中的热熔断器配有：各自具有连接点的多个传导部位；熔化元件，该熔化元件与传导结构的连接点实现电和机械连接，熔化元件的材料具有一个熔化温度，以在超过此熔化温度的环境温度时熔化开，使得熔化元件的材料由于表面张力之故而积聚在连接点，并将由熔化元件所形成的电连接分开，其特征在于，所述传导结构具有一个或多个电抗性传导区段，这些电抗性传导区段无助于电流通过，和/或具有一个或多个横向区段，这些横向区段横向于由连接点所确定的连接方向延伸，并且与电抗性传导区段或传导区段相连接。

就一方面而言，在一种传导结构特别是一种冲压栅体或一种电路板结构中的热熔断器，配有多个传导部位。热熔断器的这些传导部位具有各自的连接点。此外，还配有一个熔化元件，该熔化元件与传导结构的连接点是电和机械地相连的，熔化元件的材料具有一个熔化温度，以在一个高于该熔化温度的环境温度时熔化，从而使熔化元件的材料积聚在连接点上，并通过熔化元件所形成的电连接分开。

上述热熔断器可依简单方式通过一个熔化元件的电接触而被置于一个冲压栅体的两个连接点之间。

此外，这些连接点可以彼此保持一定距离。以此距离，熔化元件的已熔化的材料在这些连接点上是彼此电分离的。

熔化元件最好是钎焊在、钎焊在、夹持在或粘附在连接点上。

此外，熔化元件可以用一种熔剂加以涂层和/或在熔化元件内部的一个空穴中有一种熔剂。被封存在熔化元件内部的熔剂的优点是减小熔剂的老化。

此外，连接点可以布置在传导结构的相应的接触片上，这些接触片具有一个弹簧元件和/或其中至少一个接触片关于一个由连接点所确定的方向具有一个弯曲部或弯曲点。

根据一个实施形式，传导结构可以具有一个或多个电抗性传导区段(Blindleitungsabschnitte)，这些电抗性传导区段无助于电流通过，而且/或者可具有一个或多个横向区段，这些横向区段横向于一个通过连接点所确定的连接方向延伸，并与一个电抗性传导区段或一个传导区段相连接。

此外，熔化元件可以设计成长方体形的，或者可以具有一个U-形区段或S-形区段，借以提高熔化元件的弹性，从而可吸收拉力或压缩力。此外，还可借以减小局部变形，以便减少由于反复变形所造成的材料疲劳。

根据一个实施形式，熔化元件是用一种可变形的材料做成的，熔化元件的变形所用的变形力小于一个最小力，该最小力可导致熔化元件的退化和/或导致连接点和熔化元件之间的连接的退化。

此外，可以将连接点配置在接触元件中，这些接触元件各自具有传导性的接触套和一个连接在其上的连接传导体。熔化元件的端头都被嵌入到接触套中、并在该处分别借助于一种接触材料而与接触套实现电连接。

根据另一方面，热熔器是配置在一个传导结构中。热熔断器包含接触元件及一个熔化元件，该接触元件具有一个传导性的接触套和一个连接在其上的连接导体，在该熔化元件中嵌入了一种熔剂，熔化元件的端头***在该接触套中，并在该处利用一种接触材料而与接触套实现电连接。

此外，熔剂可以作为熔剂心配置在熔化元件的材料中，或者作为中间层配置在熔化元件的两个材料层之间。

此外，接触材料可以是一种焊料，该焊料具有与熔化元件的材料相同的熔化温度，或者具有低于熔化元件的材料的一种熔化温度。

根据另一项方面，提出了一种热熔断器的一种制造方法。该方法包括：通过一种热源，使一种接触材料在一接触元件的接触套中熔化；将热源撤去；在撤去热源的同时或之后将熔化元件置于接触套中，熔化元件部分地被熔化，并通过接触材料而与接触套相连。

下面将参照附图对本发明的一些优选的实施形式做详细说明。

附图表示：

图1a至1c：一种热熔断器的俯视图、横断面图和触发状态；

图2a和2b：依本发明提出的实施形式的熔化元件的设计的实施形式；

图3a和3b：本发明提出的另一些实施形式，配有不同的冲压栅体的结构；

图4：本发明提出的热熔断器的另一个实施形式的视图；

图5a至5c：一种热熔断器的示意图，采用了用一种延展的材料制成的一种熔融合金元件；

图6a和6b：本发明提出的热熔断器的另一些实施形式，其中通过熔融合金块延性地解除冲压栅体的塑性变形；

图7：本发明提出的热熔断器的另一个实施形式。

图1a表示一个冲压栅体1的局部俯视图，具有带有一传导元件的传导结构，用于传导电流。这种冲压栅体1被用在汽车领域，以用于制造连接元件，其中在冲压栅体1的传导元件之间应安置着单个电组件。冲压栅体1的传导结构被一个用塑料制成的封套5包住，该封套将单个传导元件加以固定，并保护其不受侵蚀。在封套5中的一个凹穴7中，两个接触片2作为传导结构的部分不被封套5所遮盖，这就是说，在两个接触片2的范围内，传导结构是显露的。

在图1b中，示出图1a所示沿A-A切割线的冲压栅体1。如在图1b中所示，露出的接触片2经过相应的连接点9，通过一个导电的熔化元件3而彼此实现电连接，以便在冲压栅体1中形成一个热熔断器。按所示的实施形式，熔化元件3是设计呈长方体形或棒形的，并用一种易熔的、导电性能良好的金属或一种合金制成的，或者用一种材料制成，其导电性能良好的、其熔点低于300℃、低于250℃、最好低于200℃。熔化元件3的材料针对其熔点和导电性是如此选择的，使得一方面在正常运行状态中，能够可靠地排除通过高的通过电流而而环境温度低时熔化元件3的熔化，另一方面该熔化元件在超过阈值温度的高的环境温度时可靠地熔化。

此外，熔化元件3的材料还是如此加以选择的，使得它在熔融状态中时具有这样的表面张力，该表面张力在熔化之后按图1b中所示实施形式，引起熔化元件3的材料在连接点9上的集聚收缩，导致电流电路通过熔化元件3的断开。图1C表示熔化元件3的材料，这种材料由于其表面张力之故，已呈滴状地聚积在接触片2的连接点9上。彼此相对地定向的接触片2的端部之间的距离是如此加以选择的，使得熔化元件3的熔融材料滴4在触发情况下不会彼此接触。

在选择熔化元件3的材料时应注意的是：良好的可处理性能；正常运行中的可靠性；在产生故障情况下可靠的触发，在即使经过较长工作时间之后仍能达到这些要求。可用的材料例如焊料或其它易熔的(在低温度下100℃和300℃之间熔化的)材料。

作为可用的材料，例如可考虑SnSb焊料或SnPb钎焊，不过这种材料经受明显的老化。在此情况下，如图2a和2b中所示，熔化元件3可配有一种熔剂8，这种熔剂配置在熔化元件3的内部(图2a)或者例如通过浸入方式作为层配置在熔化元件3的外部(见图2b)。在图2a所示情况下，可以将熔剂封闭在例如熔化元件3的一个空穴中，以减小熔剂的老化。也可以将熔剂容纳在熔化元件3的两个材料层之间。

另外，作为熔化元件所用的材料，也可采用一种抗老化的材料，例如SnAgCu-焊料。采用这种材料时，也需要一种能改善表面张力的熔剂。

在熔化的过程中，视接触片2或连接点9的可润湿性而定，熔化元件3收缩成两个近似球体的结构，或者呈层状地润湿接触片2。为了防止熔化元件3的氧化，例如可将其表面局部地或整个地加以涂层，例如可用金或铜进行涂层。

在熔化元件3的固定方面，一是要注意良好的电导性，二是要注意到将熔化元件3可靠地保持在传导部位2上。可行的连接技术例如是利用一种焊料的钎焊，焊料的熔化温度低于熔化元件的熔化温度。钎焊例如可用一种激光器或其它已知的钎焊方法来实现，也可以通过局部的熔化将熔化元件直接焊上，从而可以放弃施加例如一种焊料膏的形式的焊料。局部熔化例如可以通过以下方式实现：电流脉冲的通导，激光加热，感应，热传导，热空气或热辐射。

另一个将熔化元件3与接触片2连接起来的办案就是其利用有导电能力的粘接剂的粘接实现。特别在下述情况下这样做是有利的：熔化元件3配有一个粘附层和/或氧化层，这种层使得钎焊变得困难。除了粘接之外，还可以采用一种结合工艺(Bondingprozess)，将一结合线连接在熔化元件3和相应的接触片2之间，以将熔化元件3可靠地与冲压栅体1的接触片2电连接。

另外方案在于通过摩擦钎焊，扩散钎焊，超声钎焊，激光钎焊，等等将熔化元件3与接触片2连接起来。选择地，熔化元件3还可通过机械性夹持例如利用卷边或切夹(Schneidklemmen)而与冲压栅体1的传导部位2连接起来。

在将熔化元件3安置到冲压栅体1上的时候，应注意到的是：机械应力在引起温度波动的后续处理时，例如在用一种塑料对冲压栅1包封注塑，借以制造出一种包封时，及在工作时在电子电路中保持得较小。机械应力会导致熔化元件的退化，或者会导致熔化元件3和接触片2之间的连接(例如钎焊点)的破坏和退化。

为了避免由于冲压栅体1上导线带的机械应力之故而给熔化元件3造成过大的负荷，并从而提高热熔断器的可靠性，如在图3a和3b中所示，冲压栅体1除了具有冲压栅体1的传导结构之外，还可具有去负荷结构，这些去负荷结构保证在封套5中的更好固定。此外还可以做出如下设定：冲压栅体1的去负荷结构相互啮合和/或整体地或局部地围绕应去掉机械应力负荷的部位，从而机械应力由去负荷结构转移到封套5上。相反的做法是，也可让来自包封体的机械应力由去负荷结构加以吸收。

如在图3a中所示的，去负荷结构的相互啮合是通过配置与导体带相连的电抗性线路区段(Blindleitungsabschnitten)6予以实现的，这些电抗性区段即是埋置在封套5中的区段，它们是垂直于熔化元件3的连接方向、即垂直于熔化元件3的两个连接点9之间的带电流方向加以布置的。熔化元件3的连接方向是由连接点9的方向加以确定的，接触片2上的熔化元件3就连接在这些连接点上。

通往相应接触片2的其中一个或两传导体带，此外还具有一个导线臂段，该导线臂段在侧面在接触片2和熔化元件3旁被引导而过，并配有相应的电抗性线路区段6。该电抗性线路区段从导线臂段而垂直于另一个导体带伸出但不接触该传导体。这样，熔化元件3和所属的接触片2至少部分地被导线臂段和电抗性线路区段6所包围，从而可将机械应力在塑料封套中吸收，在该封套中既嵌置了导体臂段，也嵌置了电抗性导体区段6。

图3b中示出另一种实施形式，与熔化元件3的接触部相连的导体带各自具有横向区段10，这些横向区段针对熔化元件3的连接方向彼此啮合，这就是说，交替地从其中一个导体带和其中另一个导体带出发。横向区段10中的两个相邻横向区段于此形成接触片2，以用于连接熔化元件3。横向区段10可以如此加以选择，使得熔化元件3中的电流的方向逆向于相邻导体元件2中的电流的方向延伸。

避免对熔化元件3和对具有接触片2的连接点9的一种力作用的可能性，特别是避免一种拉力或压缩的方案在于：将冲压栅体1的导体带配置一个附加的弹性元件或使之具有相应的形状，如其在图4中所示，它们适用于吸收一种沿着熔化元件3的方向作用的力。例如可做如下设定：接触片2中的一个或多个具有一个弯曲部或一个折部，以在拉力方向和压缩方向上提供增高的弹性。这样，相应的接触片2在受到力的作用时，由于其较高的弹性之故能够很容易弯曲，而不会中断电连接，从而可减小熔化元件3或其接触点的负荷。

此外，如图5a至5c中所示，作为熔化元件3所用的材料，可以采用一种延性材料，这种延性材料在受到拉力负荷(见图5b)或压缩负荷(见图5c时)时会相应地变形，从而减小处于熔化元件3和接触片2之间的连接点9的负荷。

根据上述实施形式，熔化元件3都是设计呈棒状的；按其它实施形式，如图6a和6b中所示，也可以将熔化元件3在接触片2的连接点9之间设计成U-形或S-形，从而使得在水平方向和竖直方向中的机械负荷可以有延展地(可容易变形地)被熔化元件3吸收，而不须配有一种如按图4所示实施形式特别有延性的材料。于是，熔化元件3的连接方向上的力不会直接作用于连接点9，从而可明显提高这些连接点的可靠性和长时间稳定性。此外，在相应地相对运动的情况下熔化元件3的变形可以在连接点9之间加以分配，从而降低材料疲劳。

图7表示另一种实施形式，其中，代替一个冲压栅体，作为传导结构配置了两个接触元件20。这两个接触元件20各自配有一个一边开口的接触套21，该接触套21配备了一条连接线22作为连接导线，以用于热熔断器的接触。接触元件20是设计得可以导电的，最好用金属材料制成的。

在接触套21的开口的一端中接收一个熔化元件23的相应的一端，其功能是与前述实施形式中的熔化元件相应的。熔化元件23可以具有前述熔化元件所用材料的其中一种。在所示的实施形式中，熔化元件23是由一种焊料形成的，由熔剂构成的延伸在熔化元件23的端部之间的芯被封闭在该焊料中，。另外，熔剂也可以作为中间层安置在熔化元件23的两个材料层之间，这两个材料层延伸在熔化元件的端部之间。在上述第一种情况下，熔化元件23最好能够具有一个圆形的横断面，并且可以被推入到同样是圆筒形的接触套21中。

在接触套21和熔化元件23的相应端部之间的连接，可以通过一种接触焊料25来加以实现，这种焊料在低于熔化元件的材料的熔化温度的温度时便熔化。这种热熔断器的装配可以如此进行，就是将接触焊料25构成的焊料膏放入到接触套21中，然后将熔化元件23的相应端头推入到套中，使得它将焊料膏封闭在接触套21的封住的一端和熔化元件23的端部之间。通过温度步骤(供给热量)，于是焊料膏被熔化开了，然而温度应加以如此选择，使得该温度不致于使熔化元件23的材料熔化。接触套21除了圆筒状横断面之外也可以具有矩形的或其它形状的横断面，其适合于容纳相应成形的熔化元件23。

这样就形成了一种热熔断器，这种热熔断器由于其连接线22和接触套21之故，就可如同传统的电气部件或电子部件一样，可用在电子线路中。

另外，作为焊料膏25用的材料也可采用与熔断器所用的相同的材料。在此情况下，装配是如此进行的，首先将焊料膏放入到相应的接触套21中，并将接触套加热到如此程度，使得焊料膏的材料熔化。然后将熔化元件23的相应端头推入到套中，直到其与焊料膏相接触，并同时地或稍提前地将用于熔化焊料膏25的热源撤走，使得熔化元件23仅由于在其两端上的余热短暂地熔化，然后由于已熔化的焊料膏25的温度急速下降，便通过固化的焊料膏25而与接触套21牢固地连接起来。依此，就能够在只使用唯一的一种焊料的情况下制造出这样一种熔化元件23。

Claims (5)

1.传导结构中的热熔断器，

配有：各自具有连接点(9)的多个传导部位(2)；

熔化元件(3)，该熔化元件与传导结构的连接点(9)实现电和机械连接，

熔化元件(3)的材料具有一个熔化温度，以在超过此熔化温度的环境温度时熔化开，使得熔化元件(3)的材料由于表面张力之故而积聚在连接点(9)，并将由熔化元件(3)所形成的电连接分开，其特征在于，所述传导结构具有一个或多个电抗性传导区段(6)，这些电抗性传导区段无助于电流通过，和/或具有一个或多个横向区段(10)，这些横向区段横向于由连接点(9)所确定的连接方向延伸，并且与电抗性传导区段(6)或熔化元件(3)相连接。

2.按权利要求1所述的热熔断器，

其中：

熔化元件(3)是被焊接在、夹持在或粘接在连接点(9)上的。

3.按权利要求1至2中任一项所述的热熔断器，

其中：

连接点(9)被安置在传导结构的相应的传导部位(2)上；所述传导部位(2)中的至少一个关于由连接点(9)所确定的方向具有弯曲部。

4.按权利要求1所述的热熔断器，

其中：

熔化元件(3)是设计呈长方体形的，或者具有U-形或S-形区段。

5.按权利要求1至4中任一项所述的热熔断器，

其特征在于：

熔化元件(3)是用可变形的材料形成的，熔化元件(3)的变形所需的变形力小于一个最小力，这种最小力可导致熔化元件的退化和/或导致连接点(9)和熔化元件(3)之间的连接的退化。

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