專利名稱：保險絲元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有實質(zhì)上為陶瓷外殼的保險絲元件，所述外殼在未經(jīng)焙燒狀態(tài)下密封在至少一個易熔導(dǎo)體周圍。
所述保險絲元件又被稱作芯片保險絲元件，并被設(shè)計成可進行表面安裝的裝置。所述類型的保險絲元件是已知的，例如，可以參見WO96/08832。該專利文獻披露了一種生產(chǎn)保險絲元件的方法，其中，通過一個加壓步驟將易熔導(dǎo)體密封在至少一個上部陶瓷層和至少一個制備的下部生陶瓷層之間。在將其分割成獨立的易熔導(dǎo)體部分之后，該方法用一個燒結(jié)步驟對周圍的外殼進行燒結(jié)，并在所述易熔導(dǎo)體部分的末端部分連接外部接點。業(yè)已證實，用這種生產(chǎn)方法生產(chǎn)的保險絲元件，特別是該保險絲元件的陶瓷外殼在斷開時遇到由蒸發(fā)的易熔導(dǎo)體材料所產(chǎn)生的極高的內(nèi)部壓力時，或者在電弧的等離子體中是不利的，就是說它會破開。
因此，本發(fā)明的目的是開發(fā)一種生產(chǎn)工藝簡單的普通類型的保險絲元件，同時能克服上述缺陷。
上述目的是根據(jù)本發(fā)明由以下實現(xiàn)的-所述易熔導(dǎo)體具有一個導(dǎo)電元件，特別是金屬電線，-以及一個絕緣的有孔元件。
本發(fā)明的保險絲元件在其生產(chǎn)過程中使用綠色性質(zhì)的、未經(jīng)焙燒的陶瓷層，所述陶瓷層通過粘接劑粘接在一起，從而以氣密的方式密封一個易熔導(dǎo)體。在不對所述材料進行額外的機械處理條件下，幾乎不可能提供具有特定性能的密封的壓力平衡的腔室。這在已知的生產(chǎn)方法中尤其如此，因為它最好得采用一個加壓步驟，以便將彼此層疊在一起的綠色的陶瓷層可靠地粘接在一起。在用于上述目的的壓床中，包括等壓壓床或常規(guī)或具有特殊形狀的沖壓板的常規(guī)壓床，所述壓床能在所述陶瓷層之間形成緊密的粘接，以便提高外殼對內(nèi)部壓力的承受能力。
無論加壓過程是如何進行的，本發(fā)明建議使用包括兩個元件的易熔導(dǎo)體，一個是導(dǎo)電的，另一個是絕緣的。所述絕緣元件在這種情況下是有孔的。為了符合生產(chǎn)保險絲元件的慣用形式，可將所述多孔元件設(shè)計成長形的。因此，所述易熔導(dǎo)體通過它的元件之一形成有孔形式，并且在斷開期間吸收金屬蒸汽和過高的壓力。如果使用上述類型的易熔導(dǎo)體，并壓在兩個未焙燒的綠色陶瓷層之間，這種易熔導(dǎo)體也會在其外側(cè)以氣密性方式進一步密封。不過，試驗業(yè)已證實，由于與所述陶瓷層壓在一起，所述易熔導(dǎo)體材料的元件上的特定的孔隙度特性不會傷失。因此，通過所述材料以一種簡單的方式可以提供用于吸收金屬蒸汽的確切的可測定的孔隙度。在這種情況下，所述孔隙優(yōu)先位于直接靠近待熔化的導(dǎo)電性易熔導(dǎo)體材料附近。
如果使用具有較大直徑的易熔導(dǎo)體元件，用兩個陶瓷層進行密封具有使得隨后的陶瓷外殼凸出的作用。通過將易熔導(dǎo)體至少部分壓入第一綠色陶瓷層，然后將其放在另一個陶瓷層上，可以避免由兩個綠色陶瓷層形成的層疊結(jié)構(gòu)在易熔導(dǎo)體附近過分的升高。如果使用等壓壓床或具有至少一種仿形加壓板的壓床，可以降低在易熔導(dǎo)體周圍的升高，而不會對陶瓷外殼的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。通過這種方法，或者在第二個覆蓋綠色陶瓷層上增加一個與易熔導(dǎo)體條平行的綠色陶瓷，可以使得陶瓷外殼的表面呈現(xiàn)這樣一種形式即它還可以用SMD工藝安裝，特別是沒有任何優(yōu)選的安裝表面。
根據(jù)權(quán)利要求2，絕緣元件優(yōu)選是纖維形式的，并且具體包括一個或多個電絕緣物質(zhì)的長絲。原則上講，具有良好的電絕緣效果而又沒有在長期加熱期間或者因為老化而形成導(dǎo)電性碳橋的危險的所有材料都可被選擇用于本發(fā)明中。不過，與具有相當?shù)慕^緣效果的其他材料相比，有孔陶瓷材料的不同之處在于，它能提供許多用于吸收金屬蒸汽的孔隙，即使在斷開時的高溫下也是如此。不過，所述絕緣元件優(yōu)選包括陶瓷長絲，因為陶瓷纖維材料具有很大的表面積來吸收由電弧所產(chǎn)生的很大的熱能，因為它具有極高的熔點。另外，在所述長絲或者在陶瓷層之間所形成的腔室在斷開期間在壓力密封的密封的外殼中起著過高壓力緩沖裝置的作用。
在本發(fā)明的一種實施方案中，所述易熔導(dǎo)體包括一個芯和一個護套。根據(jù)權(quán)利要求5，所述芯可以由陶瓷長絲制成，所述護套由導(dǎo)電材料組成。在一種優(yōu)選實施方案中，所述絕緣元件具體形成一種長形的芯，在該芯的周圍纏繞金屬絲。因此，所述易熔導(dǎo)體可以具有整體上的卷繞易熔導(dǎo)體的形式，這種導(dǎo)體是用已知方法生產(chǎn)的，例如，用于玻璃密封的保險絲或微型保險絲領(lǐng)域的方法。因此，所述易熔導(dǎo)體的有效長度同樣得到了有利的增加，因此本發(fā)明的保險絲元件可用于大范圍的電流梯度。長期以來已知的在以高精度生產(chǎn)這種纏繞型易熔導(dǎo)體并保持預(yù)定的易熔導(dǎo)體特征時所出現(xiàn)的生產(chǎn)工程問題得到了解決。因此，所述陶瓷長絲在用于本發(fā)明時具有多種功能。一方面，在生產(chǎn)纏繞型易熔導(dǎo)體時它起著支撐薄的易熔導(dǎo)體金屬絲并確定金屬絲線圈直徑的作用。另一方面，它在成品保險絲中起著冷卻介質(zhì)的作用，因此，它起著與在玻璃密封保險絲中填充沙子的相似作用。不過，與玻璃密封保險絲不同的是，陶瓷長絲安裝在實際易熔導(dǎo)體的內(nèi)側(cè)，因此不會對該保險元件的斷開特征產(chǎn)生任何不利影響，這種不利影響是由于向該保險元件的外殼導(dǎo)熱所引起的。
在另一種實施方案中，所述金屬絲被埋在絕緣元件中，具體地講，由管狀形式的所述長絲包裹。因此，還可以優(yōu)選使用一種光滑的金屬絲，該金屬絲由絕熱的長絲包裹，特別是，僅在所述易熔導(dǎo)體的熱點部位包裹，也就是說在一限定的部分。在該部位外面，觸發(fā)該保險絲的可能性極低，因此，在這里可以氣體密封形式通過陶瓷材料密封所述金屬絲易熔導(dǎo)體。這樣，可以簡便的方式生產(chǎn)一種可靠密封的保險絲。
根據(jù)權(quán)利要求7，所述長絲優(yōu)選纏繞在一起，或者以其他方式，特別是彈性方式交織或連接在一起。例如，護套的部分也可以在生產(chǎn)期間生產(chǎn)，并且單獨套在易熔導(dǎo)體上或者易熔導(dǎo)體的一部分上。就此而言，例如由以護套狀形式纏繞在一起的纖維可知，通過壓緊一部分可以以下述方式產(chǎn)生影響，即當該部分同時縮短時所述護套會變寬。陶瓷長絲在適當范圍內(nèi)也是有彈性的，因此它可以像玻璃纖維或類似的絕緣材料纖維那樣進行加工。所述部分的加壓可大大促進易熔金屬絲的插入，以便構(gòu)建本發(fā)明的保險絲，就是說同樣當使用陶瓷纖維時也如此。通過拉伸，所述護套可以非常緊密地圍住所述導(dǎo)體，優(yōu)選能夠在對該結(jié)構(gòu)進行加壓的同時自動進行拉伸。
在包括實現(xiàn)上述一個或多個特征的一種實施方案中，以下述方式將易熔導(dǎo)體設(shè)置在底層和多孔的表層之間，陶瓷層上的至少一個孔位于所述易熔導(dǎo)體部位。為了形成一個外部接點，用一種能夠共焙燒的導(dǎo)電性糊劑填充所述孔。在燒結(jié)步驟之后，產(chǎn)生一種從陶瓷外殼的外表面到易熔導(dǎo)體的導(dǎo)電連接。就此而言，樹脂酸鹽糊劑或金屬油墨形式的所述導(dǎo)電糊劑，同時還能起到密封或封閉尚未焙燒過的陶瓷外殼的作用，所述陶瓷外殼也可以在壓緊之后就已經(jīng)密性密封在一起。因此，在燒結(jié)步驟之后，在很少幾個生產(chǎn)步驟中用已知的糊劑就已經(jīng)完全形成了可以焊接的外部接點。
根據(jù)權(quán)利要求9，在一種優(yōu)選實施方案中，將陶瓷表層上的一個孔和陶瓷底層上的一個孔在易熔導(dǎo)體縱向軸線上的部位一上一下地設(shè)置，以便形成外部接點。其結(jié)果是，在所述表層的部位和所述底層的部位總體上說產(chǎn)生相同類型的外部接點。因此，該保險絲元件可以一種以上的位置進行導(dǎo)電連接，例如，通過焊接連接，并且還可以固定在它的位置上。
在所述陶瓷表層和/或它的底層的所述孔的部位，優(yōu)選具有一個能夠共同焙燒的導(dǎo)電性糊劑條，設(shè)置在所述未焙燒過的材料上，大體上垂直于所述易熔導(dǎo)體的軸線。在對該結(jié)構(gòu)進行加壓以及隨后的燒結(jié)步驟中，通過所述條形成從易熔導(dǎo)體相應(yīng)的外部接點的導(dǎo)電接觸部位。所述末端部分具有使電流密度分布變窄的作用，實際上該電流的分布通常是從所述外部接點到所述易熔導(dǎo)體。這樣具有高電流密度和理想熱前提的條件是它僅僅產(chǎn)生在所述密封的陶瓷外殼的深處區(qū)域。在燒結(jié)步驟之后所述外殼還會被氣密性密封，并且由于它是陶瓷的，在機械強度上特別穩(wěn)定。在該外殼部位，因此也可以達到斷開本發(fā)明保險絲元件所需要的溫度。該部位通常被稱作“熱點”。在實現(xiàn)上述特征的同時，所述熱點被可靠地轉(zhuǎn)移到所述陶瓷體的中央部位，因此，即使在斷開期間出現(xiàn)高的內(nèi)部壓力，由所述外殼也總是能夠可靠地加以吸收。
在一種優(yōu)選實施方案中，所述陶瓷表層和陶瓷底層上的孔被制成鍍通孔形式，相應(yīng)的通孔優(yōu)選在壓緊之后設(shè)置在未焙燒過的結(jié)構(gòu)中，例如，通過打孔形成。當使用具有仿形板的壓床時，所述打孔步驟還可以在壓緊的同時完成。
本發(fā)明易熔元件的長度優(yōu)選是由所述孔在易熔導(dǎo)體的軸線方向上的距離確定。因此可以使用隨意選擇的長度，同樣能對該保險絲的特性產(chǎn)生明顯的影響。另外，通過固定該長度，本發(fā)明的保險絲元件可以適應(yīng)預(yù)定的外殼尺寸，考慮到了在燒結(jié)期間所述材料的收縮。
在一種特別優(yōu)選的實施方案中，將一種玻璃陶瓷材料或某種在燒結(jié)狀態(tài)下具有極低的導(dǎo)熱性的其他材料用作所述表層和/或底層的未焙燒過的陶瓷材料。選擇所述材料的優(yōu)點是，能將所述熱點集中在本發(fā)明保險絲元件的中央，通過該外殼進行的熱消散相當?shù)汀?br> 陶瓷表層和/或底層優(yōu)選由環(huán)狀條和/或片形式的綠色陶瓷材料構(gòu)成，它具有商業(yè)上慣用的尺寸。通過這種類型的材料的預(yù)先選擇，可以用連續(xù)生產(chǎn)工藝生產(chǎn)本發(fā)明的保險絲元件，以多個重復(fù)的長的條的形式生產(chǎn)，具體實現(xiàn)權(quán)利要求3和/或權(quán)利要求8的特征。由于加工工程原因所導(dǎo)致的停機時間以這種方式降低到最低程度，通過上述本發(fā)明的保險絲元件設(shè)計以及以條和后者末端接點的整體結(jié)構(gòu)形式生產(chǎn)，可以產(chǎn)生一種非常有效的生產(chǎn)方法。在這種情況下可以進行各保險絲元件的分離，特別是在燒結(jié)步驟之后進行，例如，沿著垂直于保險絲元件的縱向軸線的軸線通過所述帶接觸燒結(jié)的涂層的孔的斷開。因此，其優(yōu)點是不需要任何后續(xù)處理，即使在本發(fā)明保險絲的分離或斷裂邊緣部位也不需要處理。
下面將結(jié)合基于附圖的兩種代表性實施方案對本發(fā)明的其他優(yōu)點作更詳細的說明，其中

圖1表示易熔導(dǎo)體的示意圖；圖2表示本發(fā)明保險絲元件的剖面圖；圖3表示完全燒結(jié)的保險絲元件的平面圖；圖4表示易熔導(dǎo)體的另一種實施方案；和圖5表示使用了圖4所示的易熔導(dǎo)體的本發(fā)明保險絲元件的剖面。
圖1表示易熔導(dǎo)體1的基本結(jié)構(gòu)的三維示意圖，它被用于本發(fā)明的保險絲元件1中。易熔導(dǎo)體1包括纏繞在一個芯3上的金屬絲2，電線纏繞在芯3上的每單位長度的卷繞次數(shù)是精確固定的。芯3本身包括陶瓷長絲4，在單根長絲4之間具有空隙，即使金屬絲2在芯3上纏繞很緊時也是這樣。根據(jù)用于生產(chǎn)陶瓷長絲4的工藝是如何進行的，可以生產(chǎn)出具有由長絲間的空隙形成的確定的預(yù)定空隙度的芯3。就此而言，長絲4的陶瓷材料具有兩種區(qū)別特征，即良好的電絕緣性和耐高溫能力。在這種情況下，陶瓷的絕緣特征通常不會受到不利的老化影響。所述高溫穩(wěn)定性的作用是，長絲4在觸發(fā)保險絲元件期間，因而在產(chǎn)生電弧的同時金屬絲2的蒸發(fā)期間，即使在開關(guān)電弧部位也至少部分是穩(wěn)定的，因此，金屬蒸汽可以吸收并保留在長絲4之間，而且，其間隙可以起著壓力平衡緩沖物的緩沖作用。
圖2表示在垂直于易熔導(dǎo)體1的軸線的平面A-A(參見圖3)上的垂直通過保險絲元件5的優(yōu)選實施方案的剖面。在纏繞在芯3上的易熔導(dǎo)體1的金屬絲2的外面以氣密性密封方式由兩層陶瓷層6包圍，一個底層7和一個表層8。在一種優(yōu)選生產(chǎn)方法中，易熔導(dǎo)體1在被表層8覆蓋之前業(yè)已部分壓入底層7中，至少在它的熱點部位是這樣。這樣做可以取得的效果是，在包括兩個陶瓷層6的疊層結(jié)構(gòu)上，即使是在易熔導(dǎo)體1的部位也不會出現(xiàn)過分的升高。
使用等壓壓床，以密封方式將表層8壓在易熔導(dǎo)體1上，因此，即使在沖壓之后在陶瓷層8之間也不再存在界面9。因此，在圖2中僅以虛線形式表示。在沖壓之后，陶瓷層6業(yè)已在易熔導(dǎo)體1周圍形成氣密性密封殼，通過隨后的燒結(jié)步驟其機械強度得到極大的穩(wěn)定化，并可以承受相當大的負荷，甚至是承受很高的內(nèi)部壓力。
在圖3中示出了生產(chǎn)方法的最后一個步驟中一種保險絲元件5的一種優(yōu)選實施方案的平面示意圖。在圖3中，還示出了對應(yīng)于圖2中的示意圖的剖面A-A位置。在所示的生產(chǎn)階段，若干保險絲元件5仍然以條的形式彼此連接在一起，它在平行于易熔導(dǎo)體1的軸線10上的預(yù)定點以固定距離d設(shè)有孔11，這些孔通過保險絲元件5的兩個陶瓷層6。孔11在其整個內(nèi)表面12上襯有在燒結(jié)期間與之共同焙燒的導(dǎo)電性糊劑，并以導(dǎo)電形式與易熔導(dǎo)體連接。隔離平面13垂直于軸線10而通過每一個孔11。在完工之后，通過斷裂、激光切割或其他鋸開燒結(jié)結(jié)構(gòu)的方式進行分離步驟，每一個孔11的被分成兩半的內(nèi)表面12在每一個保險絲元件5的相反的端面上形成一個完整功能的外部接點14，它具有良好的導(dǎo)電性能，并可以進行焊接。
在將上述結(jié)構(gòu)放在一起并進行加壓之前，將一種導(dǎo)電性糊劑條15(它很可能是能夠共同焙燒的)壓在底層7上的一個孔11的部位上，隨后它會與易熔導(dǎo)體1直接接觸?？梢酝ㄟ^打孔在所述結(jié)構(gòu)的該部位形成孔11，例如，甚至可以在沖壓之后或在沖壓期間打孔。條15可以從外部接點14向保險絲5內(nèi)部的易熔導(dǎo)體1輸送穩(wěn)定的并且盡可能具有單一的電流密度分布的電流。因此，條15起著終端部位的作用。這樣能確保在接觸良好的情況下，只能在保險絲5的耐壓的內(nèi)部能達到最大電流密度，即它只能在保險絲5的內(nèi)部被觸發(fā)，而不是在其端面部位或者過分靠近易熔導(dǎo)體1的外部接點14。
圖4表示易熔導(dǎo)體1的另一種實施方案。在該實施方案中，由光滑的金屬絲2形成芯3，在它的縱向軸線方向由陶瓷長絲4包圍著，因此，長絲4形成環(huán)繞金屬絲3的有孔護套。在這一方面，用于纏繞的方法是已知的，例如，可以從光纜技術(shù)領(lǐng)域得知，特別是從光學通訊技術(shù)中得知，對敏感的材料進行包覆或處理，在圖4所示實施方案中還可以以預(yù)先加工的環(huán)形材料形式來生產(chǎn)易熔導(dǎo)體1。
易熔導(dǎo)體1的護套還可以選擇較大的直徑。然而，由于護套外表面離在斷開時的電弧的距離是如此之大，以至于還可使用化學助劑來臨時固定所述長絲，而沒有形成碳橋的危險或者對金屬絲材料產(chǎn)生任何不利影響。
在圖5中示出了使用圖4所示易熔導(dǎo)體1的本發(fā)明保險絲5的剖面。該結(jié)構(gòu)基本上相當于圖2的結(jié)構(gòu)，不過，在該圖中還圖示強調(diào)說明了該第二種實施方案在陶瓷層6之間于加壓期間對橫截面變化的良好的適應(yīng)能力。
在該實施方案中，還能夠方便地從長絲4上去掉一部分陶瓷護套，或者在金屬絲2上提供部分護套。因此還可將長絲4的護套特意僅僅設(shè)置在熱點部位，而朝向外部接點的金屬絲3以氣密性方式直接密封在底層7和表層8之間。對于金屬絲3的實際電接觸來說，原則上講在說明圖3時業(yè)已敘述過的所有內(nèi)容均適用。
權(quán)利要求
1．保險絲元件，具有一個實質(zhì)上為陶瓷的外殼，它在未焙燒的狀態(tài)下密封在至少一個易熔導(dǎo)體周圍，其特征在于-所述易熔導(dǎo)體(1)具有一個導(dǎo)電元件，特別是金屬絲(2)-以及一個絕緣的有孔元件。
2．如權(quán)利要求1的保險絲元件，其特征在于所述絕緣元件是纖維性的，并特別包括一種或多種電絕緣物質(zhì)的長絲(4)。
3．如上述權(quán)利要求之一的保險絲元件，其特征在于所述絕緣元件包括陶瓷長絲(4)。
4．如上述權(quán)利要求之一的保險絲元件，其特征在于所述易熔導(dǎo)體(1)包括芯(3)和護套。
5．如上述權(quán)利要求之一的保險絲元件，其特征在于所述絕緣元件特別形成一種長形芯(3)，在它上面纏繞金屬絲(2)。
6．如權(quán)利要求1-4中任一項的保險絲元件，其特征在于金屬絲(2)被埋在絕緣元件中，特別是以管狀形式包在長絲(4)中。
7．如權(quán)利要求6的保險絲元件，其特征在于長絲(4)交織或纏繞在一起或者以某種其他方式相互連接在一起，特別是以彈性方式連接。
8．如上述權(quán)利要求之一的保險絲元件，其特征在于在陶瓷層(6)上于易熔導(dǎo)體(1)的部位至少有一個孔(11)，以便形成外部接點(14)，所述孔用能夠共同焙燒的導(dǎo)電性糊劑填充，并且在燒結(jié)步驟之后形成與易熔導(dǎo)體(1)的導(dǎo)電連接。
9．如權(quán)利要求8的保險絲元件，其特征在于將陶瓷表層(8)上的孔(11)和陶瓷底層(7)上的孔(11)在易熔導(dǎo)體(1)部位一上一下地設(shè)置，以便形成外部接點(14)。
10．如權(quán)利要求8-9中的一個或多個的保險絲元件，其特征在于在陶瓷表層(8)和/或底層(7)的孔(11)的部位有一個能夠共焙燒的導(dǎo)電性糊劑條(15)，該糊劑條大體上垂直于易熔導(dǎo)體(1)的軸線(10)設(shè)置。
11．如權(quán)利要求8-10中的一個或多個的保險絲元件，其特征在于陶瓷表層層(8)和陶瓷底層(7)上的孔是以鍍通孔形式形成的，優(yōu)選在加壓期間或加壓之后形成。
12．如權(quán)利要求8-11中的一個或多個的保險絲元件，其特征在于在易熔導(dǎo)體(1)軸線方向上的孔(11)之間的距離(d)決定保險絲(5)的長度。
13．如上述權(quán)利要求中一個或多個的保險絲元件，其特征在于表層(8)和/或底層(7)由未焙燒的玻璃陶瓷材料或具有極低導(dǎo)熱性的其他材料構(gòu)成。
14．如上述權(quán)利要求中一個或多個的保險絲元件，其特征在于所述陶瓷表層(8)和/或底層(7)由環(huán)狀條和/或片形式的綠色陶瓷材料組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有實質(zhì)上為陶瓷外殼的保險絲元件,所述外殼在未焙燒狀態(tài)下密封在至少一個易熔導(dǎo)體周圍。為了改善這種保險絲元件在斷開期間所出現(xiàn)的極高的內(nèi)部壓力以及遭遇電弧的時性能,提供了一種保險絲元件(5),其中的易熔導(dǎo)體(1)具有一個導(dǎo)電元件,特別是金屬絲(2),以及一個絕緣的多孔元件。
文檔編號H01H85/041GK1298549SQ99805320
公開日2001年6月6日 申請日期1999年4月23日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月24日
發(fā)明者A·約倫貝克, B·馬青科夫斯基, P·佩斯尼克爾 申請人:威克曼工廠股份有限公司