DE19717634C2 - Elektrisches Bauelement mit Sicherheitstrennvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bauelement, insbeson­ dere Varistor, das mindestens zwei elektrische Anschlußlei­ tungen besitzt, und bei dem in zumindest einer Anschlußlei­ tung eine durch ein Lotmetall gebildete Sicherung angeordnet ist, die das Bauelement bei Überlast von einer Stromquelle freischaltet, wobei das Lotmetall eine in der Anschlußleitung angeordnete Trennstelle überbrückt und die Anschlußleitung mit einer vorgespannten Feder beaufschlagt ist, die die An­ schlußleitung bei Ansprechen der Sicherung von der Trennstel­ le entfernt.

Ein derartiges Bauelement ist aus der DE 42 41 311 C2 be­ kannt.

Weiterhin ist in der DE 25 31 438 C3 ein Tantal-Elektrolyt­ kondensator beschrieben, bei dem zwischen Kathodenanschluß und Kathodenkontaktierung ein Zwischenraum vorhanden ist, der durch eine Metallegierung überbrückt ist, die bei Überlast oder Falschpolung schmilzt. Der Kondensator ist dort mit ei­ ner Kunststoffumhüllung umgeben, die auch die Sicherungs­ stelle 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.

Auch in der DE 93 19 287 U1 ist eine Thermosicherung für ei­ nen Varistor beschrieben, bei der zwischen der Anschlußlei­ tung des Varistors und der Zuleitung ein Lotmetall angeordnet ist.

Aus der DD 122 757 ist es bekannt, an der Feder ein Kunst­ stoffteil anzuordnen.

In der DE 37 34 214 C2 ist eine Schaltungsanordnung mit einem Varistor beschrieben, bei der im Normalbetrieb, d. h. nicht geöffneter Lötstelle eine Anzeige vorgesehen ist.

In der EP 0 110 134 B1 ist vorgeschlagen, daß die Schmelzsi­ cherung von einer Schicht einer wachsartigen Substanz umgeben ist, deren Stärke so bemessen ist, daß im Kurzschlußfall die geschmolzene Metallegierung in dem flüssigen Wachs Schmelz­ perlen formen kann, so daß eine rechtzeitige Stromunterbre­ chung stattfindet.

Da bei den bekannten Sicherheitsvorrichtungen Weichlote ein­ gesetzt werden, besteht die Gefahr, daß durch die mechanische Zugbeanspruchung der Lötstelle durch die Feder das Weichlot zu "fließen" beginnt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Sicher­ heitstrennvorrichtung bei einem Bauelement der eingangs ge­ nannten Art anzugeben, bei der eine Trennung auch noch mit geringen Kräften (ca. 0,5 N) möglich ist, so daß das bekannte "Fließen" des Lots reduziert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Anschlußleitung auf eine Stärke von 0,2-0,5 mm gequetscht ist.

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 lemente-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 (4)

1. Elektrisches Bauelement (1), insbesondere Varistor, das 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 freischal­ tet, wobei das Lotmetall (6) eine in der Anschlußleitung (4) angeordnete Trennstelle (5) überbrückt und die Anschlußlei­ tung (4) mit einer vorgespannten Feder (7) beaufschlagt ist, die die Anschlußleitung (4) bei Ansprechen der Sicherung von der Trennstelle (5) entfernt, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußleitung (4) auf eine Stärke von 0,2-0,5 mm gequetscht ist.

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), in den das Bauelement (1) eingebaut ist, im Bereich der Signal­ fahne (8) ein Fenster (9) aufweist.