DE19717634A1 - Elektrisches Bauelement mit Sicherheitstrennvorrichtung - Google Patents
Elektrisches Bauelement mit SicherheitstrennvorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bauelement, insbeson
dere Varistor, das in einen Kunststoffbecher eingebaut ist
und mindestens zwei elektrische Anschlußleitungen besitzt,
und bei dem in zumindest einer Anschlußleitung eine durch ein
Lotmetall gebildete Sicherung angeordnet ist, die das Bauele
ment bei Überlastung von einer Stromquelle freischaltet.
Derartige Bauelemente sind bekannt und beispielsweise in der
DE 25 31 438 C3 beschrieben. Dort ist bei einem Tantal-
Elektrolytkondensator zwischen Kathodenanschluß und Kathoden
kontaktierung ein Zwischenraum vorhanden, der durch eine Me
tallegierung überbrückt ist, die bei Überlast oder Falschpo
lung schmilzt. Der Kondensator ist dort mit einer Kunst
stoffumhüllung umgeben, die auch die Sicherungsstelle mit
einschließt.
Ein ordnungsgemäßes Funktionieren der Sicherung setzt aller
dings voraus, daß das flüssige Lot einen Ausweichweg findet,
so daß eine zuverlässige Stromunterbrechung gewährleistet
ist. Da dies nur durch Aufplatzen der Umhüllung (Rißbildung)
erfolgen kann, leitet das flüssige Lot bis zum Aufplatzen der
Umhüllung weiterhin den Strom, ohne daß eine Stromunterbre
chung stattfinden würde.
Zur Behebung dieser Schwierigkeiten ist es deshalb in der
EP 0 110 134 B1 vorgeschlagen, daß die Schmelzsicherung von
einer Schicht einer wachsartigen Substanz umgeben ist, deren
Stärke so bemessen ist, daß im Kurzschlußfall die geschmolze
ne Metallegierung in dem flüssigen Wachs Schmelzperlen formen
kann, so daß eine rechtzeitige Stromunterbrechung stattfin
det.
Die geschilderten Sicherheitsvorrichtungen setzen allerdings
voraus, daß das Bauelement selbst und die Anschlußdrähte in
der Kunststoffumhüllung fixiert sind, da sonst die Gefahr be
stehen würde, daß trotz Aufschmelzens der Sicherung der An
schlußdraht wieder in Kontakt mit dem Bauelement kommt, so
daß ein erneuter Stromübergang erfolgen könnte.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Sicher
heitstrennvorrichtung bei einem Bauelement der eingangs ge
nannten Art anzugeben, die auch bei nicht in Kunststoffumhül
lungen eingebetteten Bauelementen ein sicheres Freischalten
von einer Stromquelle gestattet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das
Lotmetall eine in der Zuleitung angeordnete Trennstelle über
brückt, und daß die Zuleitung mit einer vorgespannten Feder
beaufschlagt ist, die die Zuleitung bei Ansprechen der Siche
rung von der Trennstelle entfernt.
Durch diese Ausgestaltung wird der Vorteil erzielt, daß nach
Aufschmelzen der Sicherung keine weitere Gefährdung durch
beispielsweise Überlastströme möglich ist, da eine rechtzei
tige Trennung der elektrischen Zuleitung erfolgt.
Zur besseren Trennung kann zusätzlich an der Feder im Bereich
der Sicherung ein Kunststoffteil angeordnet sein, so daß
durch Einschieben dieses Kunststoffteiles in die Weichlot
stelle die Schutzfunktion verbessert wird. Es ist einerseits
ein beschleunigtes Auslösen sicher gestellt, weil die Kraft
direkt auf die Lötpille einwirkt und andererseits verlängert
das eindringende Kunststoffteil die Isolationsstrecke zwi
schen den Drähten, ohne diese auszulenken.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn am Bauelement eine zusätz
liche Signalleitung angeordnet ist, wobei zwischen Signal-
und Anschlußleitung eine Signallampe geschaltet ist.
Andererseits ist es auch möglich, an der Anschlußseite eine
Signalfahne anzuordnen, so daß das Auslösen der Thermosiche
rung durch ein Fenster im Kunststoffbecher erkannt werden
kann.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
In der dazugehörenden Zeichnung mit einer einzigen Figur ist
ein scheibenförmiges Bauelement 1, zum Beispiel ein Varistor,
dargestellt, das in einen Kunststoffbecher 2 eingebaut ist.
Das Bauelement 1 besitzt zwei elektrische Anschlußleitungen
3, 4, wobei in der Anschlußleitung 4 eine Trennstelle 5 ange
ordnet ist, die durch ein Lotmetall 6 elektrisch leitend
überbrückt ist. Am Boden des Kunststoffbechers 2 ist eine Fe
der 7 angebracht, die mit einer Vorspannung gegen das obere
Ende der Anschlußleitung 4 im Bereich der Trennstelle 5
drückt. Durch die vorgespannte Feder 7 wird gewährleistet,
daß beim Aufschmelzen des Lotmetalls 6 in Folge Überlastung
das obere Ende der Anschlußleitung 4 sofort von der Trenn
stelle 5 fortgedrückt wird, so daß ein sicheres Ansprechen
der Überlastsicherung gewährleistet ist.
Durch geeignete Wahl der Anschlußdrähte 3, 4 und der Schmelz
temperatur des Lotmetalls 6 kann das Bauelement 1 auch beim
Auftreten hoher Stoßstromstärken sensitiv reagieren, so daß
das Bauelement 1 beim Erreichen seiner maximalen Belastbar
keit automatisch von der Stromquelle getrennt wird.
Wie bereits weiter oben beschrieben wurde, kann am oberen En
de der vorgespannten Feder 7 ein in der Figur nicht darge
stelltes Kunststoffteil angeordnet werden, wodurch die ge
schilderte Verbesserung der Schutzfunktion eintritt.
Weiterhin ist es möglich, eine Signalfahne 8 an der Anschluß-
leitung 4 anzuordnen, so daß das Auslösen der Sicherung durch
ein im Kunststoffbecher 2 angeordnetes Fenster 9 von oben er
kannt werden kann.
Es ist aber auch möglich, eine zusätzliche Signalleitung 10
anzuordnen, die in elektrischem Kontakt mit der Anschlußlei
tung 4 steht, so lange die Sicherung nicht angesprochen hat.
Durch Schalten eines Signallämpchens zwischen die Leitungen
10 und 4 kann ebenfalls erkannt werden, ob die Sicherung aus
gelöst hat, da bei Aufschmelzen des Lotmetalls 6 und Entfer
nen der Zuleitung 4 der Stromkreis zwischen den Leitungen 10
und 4 unterbrochen wird.
Es ist vorteilhaft, wenn die Signalleitung 10 durch einen am
Bauelement 1 angeordneten Anschlußdraht gebildet wird, der in
seinem oberen Teil als die eine elektrische Zuleitung dient.
Der untere Teil der elektrischen Zuleitung 4 kann dann durch
einen separaten Anschlußdraht gebildet werden, der im Bereich
der Trennstelle 5 mittels des Lotmetalls 6 mit dem oberen En
de des Anschlußdrahtes 10 elektrisch leitend verbunden ist.
Durch zusätzliche konstruktive Maßnahmen, zum Beispiel die
Anordnung eines Schwalbenschwanzes am Kunststoffgehäuse 2,
kann eine Kaskadierbarkeit vorgenommen werden, wodurch zum
Beispiel Parallel- oder Serienschaltung von Bauelementen er
folgen kann.
Die geschilderte Bauform ermöglicht eine automatische Be
stückbarkeit bedrahteter Bauelemente, wobei die Rastermaßto
leranz auf ± 0,3 mm eingeschränkt werden kann. Weiterhin wer
den keine zusätzlichen Bauelemente benötigt, so daß die Bau
elemente-Abmessungen im wesentlichen unverändert bleiben. Der
artige zusätzliche Bauelemente, die die elektrischen Kennda
ten von Bauelementen herabsetzen können, waren bisher beim
Stand der Technik erforderlich, wenn eine Absicherung eines
Bauelementes gewünscht wurde.
Durch den Gegenstand der Erfindung wird ein automatisches Ab
trennen von überlasteten Bauelementen gewährleistet, ohne daß
eine Gefährdung von Geräten und Maschinen durch die überla
steten Bauelemente auftreten könnte. Weiterhin ist es mög
lich, ausgefallene Komponenten in Systemen durch die geschil
derten Signalvorrichtungen zu erkennen. Die Bauelemente kön
nen einer automatischen Bestückung zugeführt und kaskadiert
werden, wobei die wesentlichen Bauelemente-Abmessungen und
die elektrischen und klimatischen Spezifikationswerte beibe
halten werden.
Durch konstruktive Maßnahmen kann eine Hochspannungsdichtheit
bei 2,5 kV erreicht werden, und das Bauelement durch mechani
sche Abstützung gegen Vibration und Schock gesichert werden.
Besonders vorteilhaft ist weiterhin eine Anordnung, in wel
cher das elektrische Bauelement 1 um 180° gekippt wird, so
daß der Bauelementekörper in Kontakt mit der durch das Lotme
tall 6 gebildeten Sicherung kommt. Dadurch verbessert sich
der Wärmeeintrag in die Trennstelle 5, da neben der Wärmelei
tung vom Bauelement 1 über die Anschlußleitung 4 auch ein
Wärmetransfer vom Bauelement 1 über die Umhüllung 2 zur Si
cherungsstelle erfolgen kann. Zusätzlich vergrößert sich der
thermische Widerstand des Zuleitungsdrahtes 4, da sich die
Strecke von der Platine zur Trennstelle durch das Kippen ver
längert. Dies erlaubt eine möglichst platzsparende Einbauart
ohne wesentliche Vergrößerung der Bauelementehöhe.
Durch eine Quetschung des die Trennstelle enthaltenen An
schlußdrahtes 4 auf eine Stärke von 0,2-0,5 mm werden fol
gende Eigenschaften der Sicherheitstrennvorrichtung noch ver
bessert:
- a) der Zuleitungsdraht 4 bekommt eine definierte Biegestelle.
- b) Die Biegekraft wird drastisch verkleinert, und eine Tren nung ist auch noch mit Kräften von ca. 0,5 N möglich. Da durch wird das beim Weichlot bekannte "Fließen" unter me chanischer Zugbeanspruchung reduziert und die Lebensdauer der Lötstelle verbessert.
- c) Die Vergrößerung der Oberfläche durch das Quetschen be wirkt auch eine vergrößerte Wärmeabgabe gegenüber der rei nen Drahtoberfläche, dadurch verringert sich die Tempera turbelastung der Trennstelle beim Einlöten des Gesamtbau elementes.
Eine Überlappung des die Trennstelle enthaltenen Anschluß-
drahtes 4 mit dem herausgeführten Bauelementeanschluß von
1,00-3,00 mm verringert die mechanische Spannung im Lot und
erhöht dadurch zusätzlich die Zuverlässigkeit der Trennstel
le.
Durch die oben genannten Konstruktionen wie Zuleitungsverlän
gerung, Quetschung und Überlappung können niedrigschmelzende
Lotmaterialien (139°C-179°C) Verwendung finden, ohne daß
die Lebensdauer der Trennstelle reduziert wird.
Durch die geeignete Auswahl von Drahtmaterial der oberen und
unteren Trennstellenzuleitung können die Auslöseeigenschaften
fein eingestellt werden, zum Beispiel kann die Änderung von
Kupfer auf Eisen beziehungsweise Stahl-Kupfer-Draht die Wär
meleitung derart verringern, daß die Trennstelle beim Einlö
ten sich nicht in ungewollter Weise öffnet.
Auch eine Kombination, zum Beispiel obere Zuleitung Kupfer
und untere Zuleitung Stahl-Kupfer, ist bei gewünschter Erhö
hung der Trennungsempfindlichkeit anwendbar. Stahl-Kupfer-Drähte
zeigen den Vorteil, daß für diese Anwendung der ther
mische Widerstand erhöht werden kann, ohne daß die elektri
sche Leitfähigkeit, verglichen mit reinem Kupfer, wesentlich
abnimmt.
Claims (5)
1. Elektrisches Bauelement (1), insbesondere Varistor, daß in
einen Kunststoffbecher (2) eingebaut ist und mindestens zwei
elektrische Anschlußleitungen (3, 4) besitzt, und bei dem in
zumindest einer Anschlußleitung (4) eine durch ein Lotmetall
(6) gebildete Sicherung angeordnet ist, die das Bauelement
(1) bei Überlast von einer Stromquelle freischaltet,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Lotmetall (6) eine in der Zuleitung (4) angeordnete
Trennstelle (5) überbrückt, und daß die Zuleitung (4) mit ei
ner vorgespannten Feder (7) beaufschlagt ist, die die Zulei
tung (4) bei Ansprechen der Sicherung von der Trennstelle (5)
entfernt.
2. Elektrisches Bauelement nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
an der Feder (7) im Bereich der Sicherung ein Kunststoffteil
angeordnet ist.
3. Elektrisches Bauelement nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
am Bauelement (1) eine zusätzliche Signalleitung (10) ange
ordnet ist, und daß zwischen Signal- (10) und Anschlußleitung
(4) eine Signallampe geschaltet ist.
4. Elektrisches Bauelement nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
an der Anschlußleitung (4) eine Signalfahne (8) angeordnet
ist, und daß der Kunststoffbecher (2) im Bereich der Signal
fahne (8) ein Fenster (9) aufweist.
5. Elektrisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
am Kunststoffbecher (2) zumindest ein Schwalbenschwanz ange
ordnet ist, so daß das Bauelement (1) kaskadierbar ist.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: EPCOS AG, 81541 MUENCHEN, DE KARL JUNGBECKER GMBH |
|
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |