DE3901473A1 - Elektrisches geraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Gerät mit einer Leiterplatte, die Leiterbahnen aufweist, mit einem elektrischen Widerstand, der elektrische Anschlußteile aufweist, die mit den Leiterbahnen elektrisch leitend verbunden sind und mit einer Versorgungsspannungsquelle.

Derartige elektrische Geräte können z. B. Blinkgeber, Glühlampenkontrollgeräte oder Taktgeber für Kraftfahrzeuge sein. Die dort verwendeten elektrischen Widerstände sind häufig sogenannte Meßwiderstände zur Überwachung der einwandfreien Funktion von Stromkreisen, wie z. B. Blinklampen oder Glühlampenstromkreisen in Kraftfahrzeugen. Die in derartigen Stromkreisen fließenden Ströme sind vergleichsweise groß und liegen z. B. in der Größenordnung von mehreren Ampere, wobei die Widerstandswerte selbst vergleichsweise gering sind, um den Spannungsabfall im zu überwachenden Stromkreis möglichst gering zu halten. Aufgrund der hohen fließenden Ströme ist die Wärmebelastung derartiger elektrischer Widerstände vergleichsweise groß.

Aus der DE-PS 29 04 197 ist ein derartiges elektrisches Gerät bekannt, bei dem der elektrische Widerstand aus einem Bandmaterial herausgestanzt ist. Der dortige elektrische Widerstand ist als sogenannter Vierpolwiderstand ausgebildet, bei dem die dem Strom im zu überwachenden Stromkreis führenden elektrischen Anschlußteile breiter ausgeführt sind als die den Meßstrom führenden Anschlußteile. Die den zu überwachenden Strom führenden Anschlußteile sind beide gleich groß ausgebildet.

Das elektrische Gerät der DE-PS 29 04 197 hat jedoch Nachteile. Durch die gleichgroße Ausbildung der den Laststrom führenden elektrischen Anschlußteile ist es möglich, daß der mit dem positiven Pol der Versorgungsspannungsquelle verbundene Anschlußteil aufgrund der dort vorliegenden höheren Wärmebelastung sich von den Leiterbahnen der Leiterplatten trennt, weil das die Leiterbahnen mit den elektrischen Anschlußteilen elektrisch leitend verbindende Lot aufgeschmolzen wird und z. B. durch Vibrationen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, von der Lötstelle entfernt wird. Die erhöhte Temperaturbelastung des mit dem positiven Pol der Versorgungsspannungsquelle verbundenen Anschlußteils gegenüber der mit dem negativen Pol der Versorgungsspannungsquelle verbundenen Anschlußteile ergibt sich daraus, daß zusätzlich zu der Joulschen-Wärme, die bei der Stromleitung durch einen elektrischen Widerstand entsteht, an den Verbindungsstellen zwischen den elektrischen Anschlußteilen und den Leiterbahnen bzw. an den Verbindungsstellen zwischen den elektrischen Anschlußteilen und dem Lötzinn der Lötstelle bzw. zwischen dem Lötzinn der Lötstelle und den elektrischen Leiterbahnen der mit dem positiven Pol der Versorgungsspannungsquelle verbundene Anschlußteil durch die sogenannte Peltier-Wärme zusätzlich erwärmt wird, wogegen der gleiche Betrag der Peltier-Wärme die mit dem negativen Pol der Versorgungsspannungsquelle verbundenen Anschlüsse abkühlt. Die entstehende Peltier-Wärme entsteht durch den sogenannten Peltier-Effekt, der immer dann meßbar ist, wenn der elektrische Strom durch eine Übergangsstelle zwischen verschiedenen elektrisch leitenden Materialien geleitet wird.

Das heißt, durch die gleichgroße Ausbildung der Anschlußteile des vorbekannten elektrischen Geräts wird der unterschiedlichen Temperaturbelastung der elektrischen Anschlußteile durch den Peltier-Effekt nicht Rechnung getragen, so daß der mit dem positiven Pol der Versorgungsspannungsquelle verbundene Anschlußteil mit den Leiterbahnen nicht mehr verbunden ist, wenn der mit dem negativen Pol der Versorgungsspannungsquelle verbundene Anschlußteil noch fest mit den Leiterbahnen elektrisch leitend verbunden ist. Versuche haben ergeben, daß die mit dem positiven Pol der Versorgungsspannungsquelle verbundenen Anschlußteile ca. 60-100°C wärmer werden als die mit dem negativen Pol der Versorgungsspannungsquelle verbundenen Anschlußteile, wenn die Anschlußteile wie beim Vorbekannten gleich groß gestaltet werden.

Die Aufhebung der elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem mit dem positiven Pol der Versorgungsspannungsquelle verbundenen Anschlußteil und den entsprechenden Leiterbahnen kann zu Fehlfunktionen des elektrischen Geräts führen, die zu einer Zerstörung des elektrischen Geräts oder von Teilen weiterer angeschlossener Stromkreise führen können. Bei einer Lötverbindung kann das flüssigwerdende Lötzinn auf der Leiterplatte des elektrischen Geräts herumwandern und zu Kurzschlüssen und damit ebenfalls zu Fehlfunktionen und Zerstörungen des elektrischen Geräts führen.

Die Erfindung hat die Aufgabe, ein elektrisches Gerät zu schaffen, das auf einfache und kostengünstige Weise betriebssicher und hoch elektrisch und thermisch belastbar ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der mit dem positiven Pol der Versorgungsspannungsquelle verbundene Anschlußteil größer ist als der mit dem negativen Pol der Versorgungsspannungsquelle verbundene Anschlußteil.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme ist der mit dem positiven Pol der Versorgungsspannungsquelle verbundene Anschlußteil thermisch höher belastbar als der mit dem negativen Pol der Versorgungsspannungsquelle verbundene Anschlußteil, so daß den unterschiedlichen Wärmebelastungen der Anschlußteile Rechnung getragen wird und dadurch eine vorzeitige Auftrennung der elektrischen Verbindungen zwischen dem mit dem positiven Pol der Versorgungsspannungsquelle verbundenen Anschlußteil und der entsprechenden Leiterbahn vermieden wird. Durch diese Maßnahmen wird einfach und kostengünstig das erfindungsgemäße Gerät betriebssicherer und höher elektrisch und thermisch belastbar als das vorbekannte elektrische Gerät.

Das erfindungsgemäße elektrische Gerät hat den Vorteil, daß bei einer Lötverbindung zwischen den elektrischen Anschlußteilen und den Leiterbahnen die Lötstellen nicht mehr bei unterschiedlichen erhöhten elektrischen Belastungsfällen flüssig werden können. Daraus folgt, es kann bei den üblicherweise auftretenden Belastungsfällen kein flüssiges Lot im Steuergerät verlaufen und Kurzschlüsse oder Fehlfunktionen hervorrufen. Die mechanische Befestigung des Widerstands auf der Leiterplatte ist im erhöhten elektrischen Belastungsfall stabiler, da bis zum Schmelzen des Lots beide Lötstellen festbleiben. Die Leiterplatte kann ggfs. kleiner ausgelegt werden, da gezielt der mit dem positiven Pol der Versorgungsspannungsquelle verbundene Anschlußteil größer und der mit dem negativen Pol der Versorgungsspannungsquelle verbundene Anschlußteil kleiner ausgebildet werden kann. Durch die unsymmetrischen elektrischen Anschlüsse der Anschlußteile mit den Leiterbahnen ist eventuell eine günstigere Leiterbahnführung auf der Leiterplatte des erfindungsgemäßen elektrischen Geräts möglich.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstands gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Es ist aus Gründen der Platzersparnis im elektrischen Gerät vorteilhaft, wenn der elektrische Widerstand drei elektrische Anschlußteile aufweist, von denen ein elektrisches Anschlußteil mit einem ersten Pol der Versorgungsspannungsquelle verbunden ist und die anderen elektrischen Anschlußteile mit dem jeweils anderen Pol der Versorgungsspannungsquelle verbunden sind. Durch diese Maßnahme können insbesondere bei der Verwendung des elektrischen Widerstands als Meßwiderstand ggfs. zwei elektrische Laststromkreise überwacht werden.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Geräts ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes elektrisches Gerät in einer ersten Ansicht und

Fig. 2 dasselbe elektrische Gerät in einer Ansicht um 90° auf den Betrachter hin geschwenkt. In dieser Fig. 2 ist auch schematisch die elektrische Beschaltung des Verbraucherstromkreises dargestellt.

In der Fig. 1 weist ein elektrischer Widerstand (1) zwei elektrische Anschlüsse (7, 8) auf. Eine Leiterplatte (2) ist mit elektrischen Leiterbahnen (3) und Durchbrüchen oder Löchern (4) versehen. Durch die Durchbrüche (4) der Leiterplatte (2) sind die Enden der Anschlußteile (7, 8) hindurchgesteckt. Die Enden der elektrischen Anschlußteile (7, 8) sind durch Lötstellen (5, 6) mit den Leiterbahnen (3) der Leiterplatte (2) elektrisch leitend verbunden.

Der in der Fig. 1 links dargestellte elektrische Anschlußteil (7) ist mit dem positiven Pol einer in der Fig. 1 nicht dargestellten Versorgungsspannungsquelle über die Lötstelle (5) und die Leiterbahnen (3) elektrisch leitend verbunden.

Der in der Fig. 1 rechts dargestellte elektrische Anschlußteil (8) ist über die Lötstelle (6) und die Leiterbahn (3) mit einem negativen Pol einer in der Fig. 1 nicht dargestellten Versorgungsspannungsquelle leitend verbunden. Der Anschlußteil (7) ist größer als der Anschlußteil (8) ausgebildet.

In der Fig. 2 sind gleiche oder gleichwirkende Einrichtungsteile wie in der Fig. 1 mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Hier ist zusätzlich die elektrische Beschaltung des elektrischen Widerstandes (1), der als Meßwiderstand in einem Laststromkreis angeordnet ist, dargestellt. So ist in der Fig. 2 auf der linken Seite die Leiterbahn (3) über eine elektrische Leitung mit dem positiven Pol einer Versorgungsspannungsquelle (9) leitend verbunden, deren negativer Pol über einen elektrischen Verbraucher (10), der hier als Glühlampe dargestellt ist, mit der in der Fig. 2 rechts dargestellten Leiterbahn (3) elektrisch verbunden ist. Der elektrische Laststrom in diesem Verbraucherstromkreis fließt also vom positiven Pol der Versorgungsspannungsquelle (9) über die in der Fig. 2 links dargestellte Leiterbahn (3) und die Lötstelle (5), den elektrischen Anschlußteil (7), den elektrischen Widerstand (1), den elektrischen Anschlußteil (8), die Lötstelle (6), die elektrische Leiterbahn (3) in Fig. 2 rechts und den elektrischen Verbraucher (10) zum negativen Pol der Versorgungsspannungsquelle.

In der Fig. 2 erkennt man, daß die Lötstelle (5) in ihrer Fläche wesentlich größer ausgelegt ist als die Lötstelle (6). In den Fig. 1 und 2 ist der elektrische Widerstand (1) gemeinsam mit den elektrischen Anschlußteilen (7, 8) einstückig als flacher Körper ausgebildet, der als Stanzteil aus einem bandförmigen Widerstandsmaterial ausgestanzt ist. Als Widerstandsmaterial kann hier z. B. eine Kupfer-Nickel-Legierung verwendet werden, die insbesondere unter dem Handelsnamen Konstantan verfügbar ist. Diese Kupfer-Nickel-Legierungen haben den Vorteil, daß ihr spezifischer elektrischer Widerstand vergleichsweise wenig temperaturabhängig ist. Die Leiterbahnen können als Kupfer-Leiterbahnen ausgebildet sein, um den elektrischen Widerstand der Leiterbahnen und damit die Spannungsverluste auf den Leiterbahnen gering zu halten. Die Lötstellen bestehen üblicherweise aus einer Zinn-Legierung, die sich durch eine gute Fließfähigkeit bei Erwärmung und eine gute Haftung sowohl auf dem Widerstandsmaterial des elektrischen Widerstands (1) als auch auf dem Kupfer der Leiterbahnen (3) auszeichnet.

Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ergeben sich also bei der Leitung des elektrischen Stromes im erfindungsgemäßen elektrischen Gerät zwei elektrische Übergänge zwischen verschiedenen Materialien. Der erste Übergang ist der Übergang zwischen dem Kupfer der Leiterbahn (3) und der Zinn-Legierung der Lötstelle (5). Der zweite Übergang ist der Übergang zwischen der Zinnlegierung der Lötstelle (5) und der Kupfer-Nickel-Legierung des elektrischen Widerstandes (1). Die entsprechenden Übergänge finden sich auf der in den Figuren rechten Seite der Verbindungsstellen zwischen dem elektrischen Widerstand (1) und der Leiterplatte (2). An allen genannten Übergängen entsteht nun durch den sogenannten Peltier-Effekt die Peltier-Wärme, die die genannten Übergänge zusätzlich zu der durch den elektrischen Widerstand erzeugten Joulschen-Wärme belastet oder entlastet. Bei den Übergängen in den Figuren zwischen der linken Leiterbahn (3), der Lötstelle (5) und dem elektrischen Anschlußteil (7) werden die Übergänge durch die Peltier-Wärme zusätzlich zur Joulschen-Wärme belastet, so daß sich die genannten Übergänge zusätzlich aufheizen. Bei den in den Figuren rechts dargestellten Leiterbahnen (3), den Lötstellen (6) und dem elektrischen Anschlußteil (8), die mit der negativen Versorgungsspannungsquelle verbunden sind, wird der entsprechende durch den Peltier-Effekt erzeugte Wärmebetrag von der Joulschen-Wärme abgezogen, so daß die dortigen Übergänge thermisch geringer belastet werden.

Durch die entsprechend größere Ausbildung des elektrischen Anschlußteils (7) und der Lötstelle (5) kann nun der größere Wärmebetrag, der die dort sich befindlichen Übergänge belastet, aufgrund der größeren Kontaktfläche zwischen dem elektrischen Anschlußteil (7), der Lötstelle (5) und der in den Figuren linken Leiterbahnen (3) abgeführt werden, ohne daß wie beim Vorbekannten ein Aufschmelzen der Lötstelle (5) und damit eine Aufhebung der elektrisch leitenden Verbindung zwischen der Leiterbahn (3) und dem elektrischen Anschlußteil (7) und die Erzeugung von Kurzschlüssen durch flüssigwerdendes Lot der Lötstelle (5) und Vagabundieren des Lots auf der Leiterplatte (2) befürchtet werden müßte. Entsprechend der Vergrößerung des elektrischen Anschlußteils (7) das mit dem positiven Pol der Versorgungsspannungsquelle (9) verbunden ist und der Lötstelle (5) können die Lötstelle (6) und das elektrische Anschlußteil (8) entsprechend verkleinert werden, so daß das elektrische Gerät keinen zusätzlichen Platz beansprucht. Durch die unterschiedliche Größe der Anschlußteile (7, 8) bzw. Lötstellen (5, 6) kann ggfs. sogar Platz eingespart werden durch entsprechend vorteilhafte Verlegungen der Leiterbahnen (3) auf der Leiterplatte (2).

Das erfindungsgemäße elektrische Gerät ist nicht fertigungs- und kostenaufwendiger als das vorbekannte elektrische Gerät, so daß mit im wesentlichen kostenneutralen Mitteln das elektrische Gerät betriebssicherer gemacht werden kann und sowohl thermisch als auch elektrisch höher belastbar ausgelegt werden kann.

Claims (10)

1. Elektrisches Gerät, mit einer Leiterplatte, die Leiterbahnen aufweist, mit einem elektrischen Widerstand, der elektrische Anschlußteile aufweist, die mit den Leiterbahnen elektrisch leitend verbunden sind und mit einer Versorgungsspannungsquelle, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem positiven Pol der Versorgungsspannungsquelle (9) verbundene Anschlußteil (7) größer ist als der mit dem negativen Pol der Versorgungsspannungsquelle (9) verbundene Anschlußteil (8).

2. Elektrisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Widerstand (1) gemeinsam mit den elektrischen Anschlußteilen (7, 8) einstückig als flacher Körper ausgebildet ist.

3. Elektrisches Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der flache Körper als Stanzteil aus einem bandförmigen Widerstandsmaterial ausgestanzt ist.

4. Elektrisches Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsmaterial eine Kupfer-Nickel-Legierung, insbesondere Konstantan, ist.

5. Elektrisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnen (3) Kupfer-Leiterbahnen sind.

6. Elektrisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Anschlußteile (7, 8) durch Lötstellen (5, 6) mit den Leiterbahnen (3) elektrisch leitend verbunden sind.

7. Elektrisches Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lötstellen (5, 6) eine Zinn-Legierung aufweisen.

8. Elektrisches Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem positiven Pol der Versorgungsspannungsquelle (9) verbundene Lötstelle (5) größer ist als die mit dem negativen Pol der Versorgungsspannungsquelle (9) verbundene Lötstelle (6).

9. Elektrisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (2) Durchbrüche (4) aufweist, durch die die elektrischen Anschlußteile (7, 8) hindurchgesteckt sind.

10. Elektrisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Widerstand (1) drei elektrische Anschlußteile aufweist.