Beschreibung

Elektrisches Bauteil mit Sicherungselement

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Bauteil aufweisend ein Funktionselement und ein Sicherungselement. Beim Funktionselement handelt es sich beispielsweise um einen Kaltleiter (PTC-Element, englisch positiv temperature coefficient) oder um einen Heißleiter (NTC-Element , englisch negative temperature coefficient) . Das Sicherungselement ist dazu ausgebildet, bei einem Ausfall des elektrischen

Funktionselements eine Grundfunktionalität aufrecht zu erhalten .

Elektrische Bauelemente wie z.B. keramisch Bauelemente, Schutzbauelemente oder Heizelemente können aus verschiedenen Gründen ausfallen. Beispielsweise kann ein Ausfall bei mechanischer Belastung, Überstrom oder Materialermüdung auftreten. Dies kann zu einem Kurzschluss oder zu einer Kontakttrennung („open") des Bauelements führen, was

wiederum, abhängig vom Einsatz des Bauelements zu Funktionsausfall und unter Umständen zu sicherheitsrelevanten

Störungen führen kann. Diese Störungen müssen gegebenenfalls durch aufwändige technische Lösungen, beispielsweise

Überwachungssysteme oder Relais, abgefangen werden.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein

elektrisches Bauteil mit verbesserten Ausfall-Eigenschaften anzugeben .

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein elektrisches Bauteil aufweisend ein Funktionselement und ein dazu elektrisch verschaltetes Sicherungselement angegeben. Das Sicherungselement gewährleistet bei einem Ausfall des Funktionselements einen Mindestwiderstand und/oder eine

Mindestleitfähigkeit des Bauteils. Somit gewährleistet das Sicherungselement bei Ausfall des Funktionselements eine Grundfunktionalität des Bauteils. Beispielsweise kann dadurch eine sicherheitsrelevante Störung oder ein vollständiger Funktionsausfall vermieden oder zumindest verzögert oder abgeschwächt werden. Beim Funktionselement handelt es sich beispielsweise um einen Kaltleiter oder um einen Heißleiter. Das Funktionselement weist beispielsweise ein keramisches Material auf. Das

Funktionselement weist beispielsweise die Form einer Scheibe auf. Das Funktionselement kann auch eine andere Form

aufweisen, beispielsweise die Form eines Quaders, eines

Zylinders. Das Funktionselement kann ein Loch zur Befestigung oder elektrischen Kontaktierung aufweisen.

Das Funktionselement bzw. das gesamte Bauteil kann als

Temperatursensor oder Temperaturregler ausgebildet sein. Das Funktionselement bzw. das gesamte Bauteil kann auch zur Begrenzung eines Einschaltstroms ( ICL-Bauelement , englisch Inrush Current Limiter) ausgebildet sein. Es kann auch als Abieiter ausgebildet sein.

Bei einem Ausfall des Funktionselements ist beispielsweise kein ohmscher Kontakt über das Funktionselement mehr

vorhanden, so dass der Widerstand des Bauteils ohne das Sicherungselement „unendlich" bzw. sehr groß wäre. Diese Ausfallart kann auch als Kontakttrennung oder „open"

bezeichnet werden und tritt beispielsweise bei einem

mechanischen Bruch des Funktionselements oder bei Ablösung elektrischer Kontakte auf. In bestimmten Anwendungen können jedoch eine Minimalleitfähigkeit und ein Minimalstrom über das Bauteil erforderlich sein, beispielsweise aus design- oder anwendungsbedingten Gründen. Das Sicherungselement kann die Minimalleitfähigkeit gewährleisten.

Ein Ausfall des Funktionselements kann auch als Kurzschluss auftreten. In diesem Fall stellt das Funktionselement keinen oder nur einen geringen Widerstand bereit, so dass ein hoher Stromfluss über das Funktionselement auftreten kann. Um

Schädigungen durch den hohen Stromfluss zu vermeiden, kann das Sicherungselement in diesem Fall einen Minimalwiderstand bereitstellen .

In einer Ausführungsform ist das Sicherungselement parallel zum Funktionselement verschaltet. In diesem Fall kann das Sicherungselement eine Minimalleitfähigkeit im Fall einer Kontakttrennung („open") des Funktionselements bereitstellen.

In einer alternativen Ausführungsform ist das Sicherungs- element seriell zum Funktionselement verschaltet. In diesem Fall kann das Sicherungselement einen Minimalwiderstand im Fall eines Kurzschlusses des Funktionselements bereitstellen.

Es kann auch eine Kombination der beiden Ausführungsformen vorliegen. Beispielsweise ist ein Funktionselement mit einem ersten Sicherungselement parallel verschaltet und mit einem zweiten Sicherungselement seriell verschaltet. Das erste Sicherungselement kann eine Minimalleitfähigkeit und das zweite Sicherungselement einen Minimalwiderstand

bereitstellen.

Von Vorteil ist es, wenn das Sicherungselement weniger ausfallanfällig ist als das Funktionselement. Zudem ist es von Vorteil, wenn das Sicherungselement eine einfache und kostengünstige Bauform aufweist.

In einer Ausführungsform ist das Sicherungselement als

Drahtabschnitt ausgebildet. Der Widerstand des

Sicherungselements wird dann durch geeignete Auswahl des Materials, der Länge und des Querschnitts des Drahts

festgelegt. Alternativ dazu ist das Sicherungselement als Ohmsches Widerstandsbauelement ausgebildet. Beispielsweise weist das Sicherungselement ein keramisches Material auf. Das Sicherungselement kann auch als geeignet dimensioniertes PTC- Element ausgebildet sein.

Das Sicherungselement weist beispielsweise einen weitgehend temperaturunabhängigen Widerstand auf. Dies bedeutet, dass der Widerstand zumindest in einem betrachteten

Temperaturbereich, beispielsweise von -50°C bis 150°C, ungefähr konstant ist. Ungefähr konstant bedeutet

beispielsweise, dass der Widerstand in diesem

Temperaturbereich vom Wert bei 25°C um maximal 20%,

insbesondere um maximal 5% abweicht. Der relevante

Temperaturbereich kann vom Anwendungsgebiet abhängen.

Beispielsweise können auch Temperaturbereiche von - 25°C bis 125°C oder von -70°C bis 250°C/300°C betrachtet werden.

Das Funktionselement weist beispielsweise einen

temperaturabhängigen Widerstand, insbesondere stark

temperaturabhängigen Widerstand, auf. Beispielsweise nimmt der Widerstand bei steigender Temperatur in einem bestimmten Temperaturbereich stark zu (PTC-Element) oder stark ab (NTC- Element) . Eine starke Temperaturabhängigkeit bedeutet

beispielsweise, dass der Widerstand im betrachteten

Temperaturbereich vom Wert bei 25 °C an mindestens einer Stelle, in einem Bereich oder ab einer bestimmten Temperatur um mindestens 100% abweicht.

Das Sicherungselement kann auch einen temperaturabhängigen Widerstand aufweisen. Beispielsweise ist das Sicherungs- element als Kaltleiter ausgebildet.

Der Widerstand des Sicherungselements kann im Hinblick auf die gewünschten Eigenschaften des Bauteils optimiert sein. Beispielsweise kann das Sicherungselement derart

dimensioniert sein, dass es bei Normalbetrieb, d.h., ohne

Ausfall des Funktionselements, zum Gesamtwiderstand oder zur Gesamtleitfähigkeit des Bauteils nur wenig beiträgt.

Beispielsweise kann bei einer parallelen Verschaltung bei einer ausgewählten Temperatur, beispielsweise bei 25°C, der Widerstand des Sicherungselements gleich oder größer gewählt sein als der Widerstand des Funktionselements. Beispielsweise ist der Widerstand des Sicherungselements wesentlich größer als der Widerstand des Funktionselements. Beispielsweise ist bei 25°C der Widerstand des Sicherungselements mindestens doppelt so groß wie der Widerstand des Funktionselements. Der Widerstand des Sicherungselements kann auch um mindestens eine Größenordnung größer sein als der Widerstand des

Funktionselements. Der Widerstand kann auch im gesamten relevanten Temperaturbereich, beispielsweise von -50°C bis 150°C, gleich oder größer sein.

Beispielsweise ist bei einer seriellen Verschaltung der

Widerstand des Sicherungselements bei einer ausgewählten Temperatur, beispielsweise bei 25°C, wesentlich kleiner als der Widerstand des Funktionselements. Beispielsweise ist bei 25°C der Widerstand des Sicherungselements höchstens halb so groß wie der Widerstand des Funktionselements. Der Widerstand des Sicherungselements kann auch um mindestens eine Größen ^¬ ordnung kleiner sein als der Widerstand des

Funktionselements. Der Widerstand kann auch im gesamten relevanten Temperaturbereich, beispielsweise von -50°C bis 150°C, gleich oder kleiner sein.

Das Sicherungselement kann auch derart dimensioniert sein, dass bei einer ausgewählten Temperatur der Gesamtwiderstand des Bauteils möglichst wenig vom Widerstand des

Funktionselements abweicht. Beispielsweise ist die Abweichung bei einer Temperatur von größer als 0°C kleiner 10 %.

Zusätzlich dazu kann das Sicherungselement derart

dimensioniert sein, dass es auch ohne Ausfall des Funktions- elements positive Auswirkungen auf die gesamte elektrische Charakteristik hat.

Beispielsweise kann durch ein entsprechend dimensioniertes Sicherungselement der Widerstand bei niedriger Temperatur verringert werden. Auf diese Weise kann der Stromverlust bei Einschaltvorgängen im niedrigen Temperaturbereich reduziert und damit die Verlustleistung vermindert werden.

Beispielsweise ist das Sicherungselement mit einem NTC- Element parallel verschaltet. Beispielsweise ist bei einer Temperatur von kleiner gleich -40°C der Widerstand des

Sicherungselements kleiner gleich dem Widerstand des

Funktionselements. Die relevante Temperatur kann vom

Anwendungsgebiet abhängen. Eine entsprechende Dimensionierung kann auch bei serieller Verschaltung vorteilhaft sein.

In einer Ausführungsform ist das Funktionselement in Form einer Scheibe ausgebildet. Das Funktionselement weist beispielsweise eine Keramik auf. Zur elektrischen Kontaktie- rung sind beispielsweise Zuleitungen in Form von Drähten vorgesehen. Die Zuleitungen können parallel zueinander verlaufen. Die Zuleitungen sind beispielsweise mit dem

Funktionselement verlötet. Das Funktionselement mit

Zuleitungen eignet sich beispielsweise zur Leiterplattenmontage .

Beispielsweise ist bei paralleler Verschaltung das

Sicherungselement als geeignet dimensioniertes Drahtstück ausgebildet. Insbesondere kann das Sicherungselement als

Drahtabschnitt ausgebildet sein, der die Zuleitungen direkt miteinander verbindet und somit eine Drahtbrücke zwischen den Zuleitungen herstellt. Alternativ dazu kann das

Sicherungselement auch in Form eines Ohmschen Bauelements in einer Verbindung der Zuleitungen angeordnet sein. Das

Sicherungselement kann auch als geeignet dimensioniertes PTC- Element ausgebildet sein.

Bei serieller Verschaltung ist das Sicherungselement

beispielsweise als Draht ausgebildet, der zumindest einen Teil einer Kontaktierung bildet. Beispielsweise ist ein

Drahtabschnitt in einer Zuleitung angeordnet oder bildet vollständig eine Zuleitung. In diesem Fall unterscheidet sich der spezifische Widerstand des Drahtabschnitts beispielsweise vom spezifischen Widerstand der Zuleitung. Bei vollständiger Bildung einer Zuleitung unterscheidet sich der spezifische Widerstand des Drahtabschnitts beispielsweise vom

spezifischen Widerstand der anderen Zuleitung. In einer Ausführungsform ist das Funktionselement und/oder das gesamte Bauteil zur Oberflächenmontage ausgebildet. Das Sicherungselement ist beispielsweise an der Oberfläche des Funktionselements angeordnet, die bei Oberflächenmontage dem Träger zugewandt ist. Beispielsweise ist das Sicherungs ^¬ element in Form einer Platte ausgebildet, die zwischen

Außenkontakten des Funktionselements und dem Träger

angeordnet ist.

In einer Ausführungsform ist das Sicherungselement zusätzlich als Träger und/oder Gehäuseteil für das Funktionselement und/oder für Zuleitungen zum Funktionselement ausgebildet. Beispielsweise ist das Sicherungselement in Form einer Stange ausgebildet, auf die das Funktionselement aufgeschoben ist. Im Fall eines Gehäuses oder Gehäuseteils ist das Funktions ^¬ element beispielsweise innerhalb des Sicherungselements angeordnet. Somit kann das Gehäuse oder Gehäuseteil neben seiner reinen Gehäusefunktion auch eine Sicherungsfunktion übernehmen.

Das Sicherungselement kann zusätzlich zur Gewährleistung eines Minimalwiderstands oder einer Minimalleitfähigkeit auch zur Anzeige eines Ausfalls des Funktionselements und/oder zur Initiierung eines Fehlermodus ausgebildet sein. Dazu wird beispielsweise der Gesamtwiderstand des Bauteils gemessen. Abhängig von Verschaltung und Ausfallart kann beispielsweise ein Ausfall daran erkannt werden, dass der Gesamtwiderstand dem Widerstand des Sicherungselements entspricht.

Das Bauteil kann auch mehrere Funktionselemente aufweisen. Beispielsweise weist das Bauteil ein Sicherungselement auf, das mit mehreren Funktionselementen parallel oder seriell verschaltet ist. In diesem Fall kann das Sicherungselement einen Minimalstrom oder einen Minimalwiderstand bei Ausfall eines oder mehrerer der Funktionselemente gewährleisten. Es können auch mehrere Sicherungselemente vorhanden sein, die jeweils mit einem oder mehreren Funktionselementen parallel oder seriell verschaltet sind. Beispielsweise ist jedem

Funktionselement wenigstens ein oder genau ein Sicherungs- element zugeordnet. Auch hier kann bei geeigneter

Dimensionierung der Sicherungselemente durch Messung des Gesamtwiderstands erkannt werden, dass ein Funktionselement ausgefallen ist. Bei entsprechender Dimensionierung kann auch erkannt werden, welches der Funktionselemente ausgefallen ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung des oben beschriebenen Bauteils angegeben. Dabei wird ein Funktionselement bereitgestellt. Es wird eine Temperatur oder ein Temperaturbereich festgelegt, bei dem das Sicherungselement einen bestimmten Widerstand aufweisen soll. Beispielsweise wird ein Temperaturbereich festgelegt, in dem das Funktionselement besonders

ausfallträchtig ist. Dann wird ein Sicherungselement

bereitgestellt, dessen Widerstand bei der festgelegten

Temperatur einen gewählten Wert annimmt, beispielsweise bei 25°C oder bei einer niedrigen Temperatur wie oben

beschrieben . Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Bauteilanordnung aufweisend wenigstens zwei der oben beschriebenen Bauteile angegeben. Die Bauteilanordnung kann auch als ein Bauteil mit mehreren Funktionselementen und Sicherungselementen betrachtet werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Detektierung eines Ausfalls eines

Funktionselements bei dem oben beschriebenen Bauteil angegeben. Dabei wird der Gesamtwiderstand des Bauteils gemessen. Der Gesamtwiderstand wird mit dem errechneten

Gesamtwiderstand bei Ausfall des Funktionselements

verglichen. Falls der Gesamtwiderstand des Bauteils dem errechneten Gesamtwiderstand bei Ausfall des Funktions ^¬ elements entspricht, wird ein Ausfall angezeigt. Alternativ oder zusätzlich dazu wird ein Fehlermodus initiiert.

In der vorliegenden Offenbarung sind mehrere Aspekte einer Erfindung beschrieben. Alle Eigenschaften, die in Bezug auf das Bauteil, die Bauteilanordnung oder eines der Verfahren offenbart sind, sind auch entsprechend in Bezug auf den anderen Aspekt offenbart, auch wenn die jeweilige Eigenschaft nicht explizit im Kontext des anderen Aspekts erwähnt wird.

Weiterhin ist die Beschreibung der hier angegebenen Gegenstände nicht auf die einzelnen speziellen Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr können die Merkmale der einzelnen

Ausführungsformen - soweit technisch sinnvoll - miteinander kombiniert werden.

Im Folgenden werden die hier beschriebenen Gegenstände anhand von schematischen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine Ausführungsform eines Bauteils im

schematischen Schaltbild, Figur 2 eine Ausführungsform eines Bauteils gemäß Figur 1 in seitlicher Ansicht, Figur 3A eine weitere Ausführungsform eines Bauteils gemäß Figur 1 in perspektivischer Teilansicht,

Figur 3B Teile der Ausführungsform des Bauteils gemäß Figur

3A in detaillierter Explosionsdarstellung,

Figur 4 eine weitere Ausführungsform eines Bauteils gemäß

Figur 1 in seitlicher Ansicht, Figur 5 eine weitere Ausführungsform eines Bauteils im

schematischen Schaltbild,

Figur 6 eine Ausführungsform eines Bauteils gemäß Figur 5 in seitlicher Ansicht,

Figur 7 eine weitere Ausführungsform eines Bauteils im

schematischen Schaltbild,

Figuren 8 bis 14 Widerstands-Temperatur-Kennlinien

verschiedener Funktionselemente, Sicherungselemente und Bauteile gemäß Figur 1 in einfach

logarithmischer Darstellung bzw. in linearer

Darstellung, Figur 15 eine Widerstands-Temperatur-Kennlinie eines

Funktionselements in einfach logarithmischer

Darstellung,

Figur 16 eine Ausführungsform einer Bauteilanordnung mit mehreren Bauteilen gemäß Figur 1.

Vorzugsweise verweisen in den folgenden Figuren gleiche

Bezugszeichen auf funktionell oder strukturell entsprechende Teile der verschiedenen Ausführungsformen.

Figur 1 zeigt ein schematisches Schaltbild eines elektrischen Bauteils 1 aufweisend ein Funktionselement 2 und ein

Sicherungselement 3. Bei dem Funktionselement 2 handelt es sich beispielsweise um ein keramisches Element. Es kann sich hierbei um ein Vielschichtbauelement handeln.

Das Funktionselement 2 weist beispielsweise einen stark temperaturabhängigen Widerstand auf. Das Funktionselement 2 kann als Heißleiter (NTC-Bauelement ) ausgebildet sein. Das Funktionselement 2 bzw. das gesamte Bauteil 1 kann zur

Begrenzung eines Einschaltstroms ( ICL-Bauelement ) ausgebildet sein. Das Funktionselement 2 kann auch als Varistor

ausgebildet sein. Das Funktionselement 2 bzw. das gesamte Bauteil 1 kann auch als Abieiter ausgebildet sein.

Alternativ kann das Funktionselement 2 auch als Kaltleiter, (PTC-Element) ausgebildet sein. Beispielsweise dient das Funktionselement 2 bzw. das gesamte Bauteil 1 als Temperatur ^¬ sensor oder als Temperaturregler, insbesondere als

Heizelement .

Zur Aufrechterhaltung eines Minimalstroms im Fall einer

Kontakttrennung weist das Bauteil 1 ein Sicherungselement 3

(englisch Fall Safe Element) auf, das parallel zum Funktions ^¬ element 2 verschaltet ist. Insbesondere überbrückt das

Sicherungselement 3 das Funktionselement 2 bei einer

Kontakttrennung. Das Sicherungselement 3 weist einen

derartigen Widerstand auf, dass im Normalbetrieb die

Funktionsweise des Funktionselements 2 nicht oder nur wenig beeinträchtigt wird. Insbesondere erfüllt das Sicherungs ^¬ element 3 die Funktion eines hochohmigen Leiters und kann beispielsweise als geeignet dimensioniertes Drahtstück oder ohmscher Widerstand ausgebildet sein. Das Sicherungselement 3 kann auch als geeignet dimensionierter Kaltleiter ausgebildet sein .

Das Sicherungselement 3 stellt eine Überbrückung zwischen elektrischen Kontaktierungen 5, 6 des Funktionselements 2 her. Bei den Kontaktierungen 5, 6 kann es sich beispielsweise um Zuleitungen oder um Außenkontakte des Funktionselements 2 handeln.

Der Gesamtwiderstand Rtot ^es Bauteils 1 ergibt sich aus dem Widerstand Rp des Funktionselements 2 und dem Widerstand Rg des Sicherungselements 3 durch 1 /R- _| - ₀ - _| -=l /Rp + 1/Rg.

Die Größe des Widerstands Rg des Sicherungselements 3 ist beispielsweise bei 25°C wesentlich größer als der Widerstand Rp des Funktionselements 2, so dass der Widerstand Rtot ^es gesamten Bauteils 1 bei Normaltemperatur nahe am Widerstand des Funktionselements 2 liegt. Beispielsweise wird eine maximale Abweichung von 10%, bei beispielsweise 25°C, erzielt .

Bei paralleler Verschaltung ist die Abweichung vom

Gesamtwiderstand des Bauteils 1 zum Widerstand des

Funktionselements 2 umso geringer, umso höher der Widerstand des Sicherungselements 3 ist.

Zudem kann das Sicherungselement 3 so gewählt sein, dass bei niedriger Temperatur sein Widerstand Rg kleiner oder gleich dem Widerstand des Funktionselements 2 ist. Beispielsweise liegt eine niedrige Temperatur bei kleiner oder gleich -40°C vor, beispielsweise wird hier ein Bereich von -55°C bis -40°C betrachtet. Es kann auch ein Bereich von kleiner oder gleich -25°C als niedrige Temperatur betrachtet werden, insbesondere ein Bereich von -55°C bis -25°C. Auf diese Weise kann der Maximalwiderstand des Bauteils 1 über dem ausgewählten Temperaturbereich eingestellt werden. Bei paralleler Verschaltung ist der Maximalwiderstand des Bauteils 1 umso niedriger, umso niedriger der Widerstand des Sicherungselements 2 ist.

Somit ist der Gesamtwiderstand des Bauteils 1 bei niedrigen Temperaturen geringer als der Widerstand nur des

Funktionselements 2, was zu einer geringeren Verlustleistung führt. Die Kennlinie kann dadurch bei kalten Temperaturen „linearisiert" werden. Somit kann das Sicherungselement 3 zusätzlich zu seiner Sicherungsfunktion auch die

Eigenschaften des Bauteils 1 bzw. des Funktionselements 2 im normalen Betrieb verbessern. Das Sicherungselement 3 kann zusätzlich zur Sicherungs ^¬ funktion auch ein Alarmsignal für den Ausfall oder für

Schäden des Funktionselements 2 bereitstellen und/oder einen Fehlermodus für das Bauteil 1 oder ein übergeordnetes System initiieren. Dazu wird beispielsweise der Gesamtwiderstand des Bauteils 1 bestimmt. Falls der Gesamtwiderstand dem

Widerstand des Sicherungselements 3 entspricht, kann dies als Signal für den Ausfall des Funktionselements 2 interpretiert werden . Figur 2 zeigt eine Ausführungsform eines Bauteils 1 gemäß Figur 1, bei der ein Sicherungselement 3 parallel zu einem Funktionselement 2 verschaltet ist. Das Bauteil 1 dient beispielsweise zur Einschaltstrombegrenzung. Bei dem Funktionselement 2 handelt es sich um einen scheibenförmigen NTC-Thermistor, der beispielsweise ein gesintertes Metalloxid aufweist und mit einer

Außenmetallisierung versehen ist. Das Funktionselement 2 ist über Kontaktierungen 5, 6 in Form von Zuleitungen elektrisch kontaktiert. Die Kontaktierungen 5, 6 sind als Drähte

ausgebildet, die parallel zueinander verlaufen und

beispielsweise das Funktionselement 2 auch mechanisch tragen. Das Sicherungselement 3 ist als Draht 4, insbesondere als

Drahtbrücke, ausgebildet. Das Sicherungselement 3 verbindet die Kontaktierungen 5, 6 elektrisch und überbrückt das

Funktionselement 2 im Fall eines Ausfalls durch

Kontakttrennung. Das Sicherungselement 3 ist beispielsweise durch Löten oder Schweißen mit den Kontaktierungen 5, 6 verbunden .

Vorliegend ist das Sicherungselement 3 lediglich durch die Drahtbrücke gebildet. In einer alternativen Ausführungsform kann das Sicherungselement 3 ein Widerstandsbauteil

aufweisen, das einen Ohmschen Widerstand bereitstellt. Das Widerstandbauteil ist beispielsweise über Anschlussdrähte mit den Kontaktierungen 5, 6 verbunden. Das Widerstandsbauteil weist beispielsweise einen keramischen Grundkörper auf.

Das Sicherungselement 3 ist mit dem Funktionselement 2 in einem Bauteil 1 realisiert. Insbesondere ist nur eine

geringfügige Modifikation eines bekannten Bauteils ohne

Sicherungselement 3, d.h. eines Bauteil aufweisend nur das Funktionselement 2 und die Kontaktierungen 5, 6 nötig. Somit kann ein bekanntest Bauteil kostengünstig mit einem

Sicherungselement 3 versehen und wie gewohnt montiert werden. Die Figuren 3A und 3B zeigen eine weitere Ausführungsform eines Bauteils 1 gemäß Figur 1, bei der ein Sicherungselement 3 parallel zu einem Funktionselement 2 verschaltet ist. Das Bauteil 1 ist beispielsweise als keramischer Einschalt- Strombegrenzer ausgebildet. Figur 3A zeigt das

Funktionselement 2, das Sicherungselement 3 und die

Kontaktierungen 5, 6 schematisch, Figur 3B zeigt die

Kontaktierung des Funktionselements 2 im Detail. Das Funktionselement 2 ist in Form einer Scheibe mit Loch 14 ausgebildet. Das Funktionselement 2 kann auch eine andere Form aufweisen. Beidseitig weist das Funktionselement 2

Außenkontakte 9, 10 zur elektrischen Kontaktierung auf. Die Außenkontakte 9, 10 sind beispielsweise als Metallisierungen ausgebildet.

Das Sicherungselement 3 ist als Träger 7 für das

Funktionselement 2 und/oder für die Kontaktierungen 5, 6 ausgebildet. Das Sicherungselement 3 weist beispielsweise einen hochohmigen Leiter, wie z.B. leitfähigen Kunststoff oder ein Metall mit geeignetem spezifischem Widerstand auf. Beispielsweise handelt es sich um Stahl.

Vorliegend ist das Sicherungselement 3 in Form einer Stange, insbesondere einer Gewindestange, ausgebildet, an der das

Funktionselement 2 befestigt ist. Das Funktionselement 2 ist beispielsweise auf die Stange aufgeschoben. Das

Sicherungselement 3 kann auch eine andere Form aufweisen. Die Kontaktierungen 5, 6 sind beispielsweise beidseitig des Funktionselements 2 angeordnet und werden vom Sicherungs ^¬ element 3 getragen. Beispielsweise weisen die Kontaktierungen 5, 6 scheibenförmige Kontaktelemente auf, die auf das Sicherungselement 3 aufgeschoben sind. Es handelt sich beispielsweise um Kupferkontakte. Die Kontaktierungen 5, 6 können insbesondere in Form von Kabelschuhen ausgebildet sein .

Die Kontaktierungen 5, 6 und/oder das Funktionselement 2 können durch Befestigungselemente 12, 13 am Sicherungselement 3 befestigt sein. Beispielsweise sind die Befestigungs ^¬ elemente 12, 13 als Muttern ausgebildet und auf das

Sicherungselement 3 aufgeschraubt. Die Befestigungselemente 12, 13 können auch eine elektrische Verbindung der

Kontaktierungen 5, 6 mit dem Sicherungselement 3 herstellen. Die Kontaktierungen 5, 6 können auch fest mit dem Funktionselement 2 verbunden, beispielsweise am Funktionselement 2 angelötet sein.

Die Kontaktierungen 5, 6 sind elektrisch leitend mit dem Sicherungselement 3 verbunden, so dass das Sicherungselement 3 eine Überbrückung bei einem Ausfall des Funktionselements 2 durch Kontakttrennung herstellt.

Alternativ dazu kann das Sicherungselement 3 auch als Gehäuse für das Funktionselement 2 oder als Gehäuseteil ausgebildet sein. In diesem Fall ist das Funktionselement 2 beispiels- weise als Scheibe ohne Loch ausgebildet. Das Gehäuse oder Gehäuseteil bildet beispielsweise einen Schutz des

Funktionselements 2 von außen. Das Gehäuse oder Gehäuseteil kann das Funktionselement 2 vollständig oder teilweise umschließen. Das Gehäuse oder Gehäuseteil kann direkt mit dem Funktionselement 2 verbunden sein. Alternativ ist das Gehäuse oder Gehäuseteil nicht direkt mit dem Funktionselement 2 verbunden . Das Sicherungselement 3 kann außen zusätzlich mit einem

Isolator, wie z.B. Lack, Kunststoff, Email oder einer

Verglasung, versehen, beispielsweise beschichtet sein. Somit können elektrische Überschläge oder Leckströme aus

Sicherheitsgründen vermieden werden. Darüber hinaus kann

Korrosion zur Sicherstellung der Sicherungsfunktion vermieden werden .

Ferner kann das Sicherungselement 3 auch als alternative Befestigungsmöglichkeit für Bauteile wie z.B. PTC-, NTC- oder ICL-Scheiben realisiert sein.

Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Bauteils 1 gemäß Figur 1, bei dem das Funktionselement 2 zur SMD

(englisch surface mountable device) Montage ausgebildet ist.

Das Funktionselement 2 ist zur Anordnung auf einem Träger 8, beispielsweise einer Leiterplatte, ausgebildet. Auf dem

Träger 8 sind Kontaktierungen 5, 6, beispielsweise in Form von Lötpads angeordnet. Auf den Kontaktierungen 5, 6 ist das Sicherungselement 3 angeordnet und verbindet die Kontaktie ^¬ rungen 5, 6 elektrisch. Auf dem Sicherungselement 3 ist das Funktionselement 2 angeordnet. Beispielsweise ist das Sicherungselement 3 an das

Funktionselement 2 angelötet und stellt eine hochohmige

Verbindung zwischen Außenkontakten 9, 10 des Funktionselements 2 her. Beispielsweise ist das Sicherungselement 3 als metallische Widerstandsbrücke, z.B. in Form einer Platte, oder als ohmscher Widerstand ausgebildet.

Figur 5 zeigt ein schematisches Schaltbild einer weiteren Ausführungsform eines Bauteils 1 aufweisend ein Funktions- element 2 und ein Sicherungselement 11. Bei dem Funktions ^¬ element 2 handelt es sich beispielsweise um einen Kaltleiter, d.h. um ein PTC-Element. Figur 15 zeigt eine Widerstands- Temperatur-Kennlinie eines beispielhaften PTC-Elements .

Im Falle eines Kurzschlusses des Funktionselements 2 bildet das Funktionselement 2 nur einen geringen oder keinen

Widerstand, so dass ein hoher Stromfluss über das

Funktionselement 2 auftreten kann. Um auch bei einem

Kurzschluss einen ausreichenden Widerstand des Bauteils 1 zu gewährleisten, wird das Sicherungselement 11 seriell mit dem Funktionselement 2 verschaltet, beispielsweise dem Funktions ^¬ element 2 nachgeschaltet. Das Sicherungselement 11 weist bei vorgesehenen Betriebs ^¬ temperaturen einen geringen Widerstand auf. Als vorgesehene Betriebstemperatur werden beispielsweise Temperaturen bis zu 120 °C bezeichnet. Die vorgesehene Betriebstemperatur kann je nach verwendetem Funktionselement 2 variieren. Der Widerstand des Sicherungselements 11 ist beispielsweise bei einer vorgesehenen Betriebstemperatur deutlich geringer als der Widerstand des Funktionselements 2.

Beispielsweise weist das Sicherungselement 11 einen

Widerstand von Ro = 10 ² Ohm auf. Das Sicherungselement 11 weist diesen Widerstand beispielsweise auch bei hohen

Temperaturen, beispielsweise bei Temperaturen größer als 120°C auf. Bei einem Ausfall des Funktionselements 2 ohne Vorhandensein des Sicherungselements 11 würde der Widerstand Rtot bei 0 Ohm liegen. Durch das Vorhandensein des

Sicherungselements 11 liegt der Widerstand Rtot bei 10 ² Ohm. Somit ist ein Minimalwiderstand des Bauteils 1 gewährleistet. Beispielsweise ist das Sicherungselement 11 als Kaltleiter- Element, insbesondere als keramisches PTC-Element,

ausgebildet. Das Kaltleiter-Element weist beispielsweise bei einer üblichen Einsatztemperatur des Funktionselements 2 einen geringen Widerstand auf und weist bei hohen

Temperaturen einen hohen Widerstand auf. Das Sicherungs ^¬ element 11 kann auch einen Widerstand aufweisen, der über die Temperatur weitgehend konstant ist. Das Sicherungselement 11 kann beispielsweise aus einem Draht, insbesondere als

Drahtwendel oder als geeignet dimensioniertes Drahtstück, ausgebildet sein.

Auch hier kann das Sicherungselement 11 zusätzlich zur

Sicherungsfunktion ein Alarmsignal für den Ausfall oder für Schäden des Funktionselements 2 bereitstellen und/oder einen Fehlermodus für das Bauteil 1 oder ein übergeordnetes System initiieren. Falls der Gesamtwiderstand dem Widerstand des Sicherungselements 11 entspricht, kann dies als Signal für den Ausfall des Funktionselements 2 interpretiert werden.

Figur 6 zeigt eine Ausführungsform eines Bauteils 1 gemäß Figur 5, bei der ein Sicherungselement 11 seriell zu einem Funktionselement 2 verschaltet ist. Bei dem Funktionselement 2 handelt es sich beispielsweise um einen scheibenförmigen PTC-Thermistor, der beispielsweise ein gesintertes Metalloxid aufweist und mit einer Außenmetalli ^¬ sierung versehen ist. Das Funktionselement 2 ist über

Kontaktierungen 5, 6 elektrisch kontaktiert. Die Kontaktie- rungen 5, 6 sind wie in Figur 2 als Drähte ausgebildet, die parallel zueinander verlaufen und das Funktionselement 2 auch tragen . Eine Kontaktierung 6 ist zugleich als Sicherungselement 11 ausgebildet. Das Sicherungselement 11 kann auch nur einen Teil der Kontaktierung 6 bilden oder als separates Element mit der Kontaktierung 6 verbunden sein. Das Sicherungselement 11 ist beispielsweise als geeignet dimensioniertes Drahtstück 4 oder als separater Ohmscher Widerstand ausgebildet. Der spezifische Widerstand des Sicherungselements 11 ist größer als der spezifische Widerstand der anderen Kontaktierung 5. Figur 7 zeigt ein schematisches Schaltbild eines weiteren Bauteils 1 aufweisend ein Funktionselement 2 und zwei

Sicherungselemente 3, 11, wobei ein Sicherungselement 3 parallel und das andere Sicherungselement 11 seriell mit dem Funktionselement 2 verschaltet ist. Es handelt sich somit um eine Kombination der Ausführungsformen der Figuren 1 und 5.

Durch das parallel verschaltete Sicherungselement 3 wird sichergestellt, dass im Fall einer Kontakttrennung des

Funktionselements 2 noch ein Stromfluss durch das Bauteil 1 auftritt. Das serielle verschaltete Sicherungselement 11 gewährleistet einen Minimalwiderstand des Bauteils 1 bei einem Kurzschluss des Funktionselements 2.

Beispielsweise sind beide Sicherungselemente 3, 11 als geeignet dimensionierte Drahtstücke oder ohmsche Widerstände ausgebildet. Insbesondere kann das Bauteil 1 als Kombination der Ausführungsformen der Figuren 2 und 6 vorliegen. Es können auch ein oder beide Sicherungselemente 3, 11 als

Kaltleiter ausgebildet sein.

Die Sicherungselemente 3, 11 können zusätzlich zur

Sicherungsfunktion auch ein Alarmsignal bereitstellen

und/oder einen Fehlermodus initiieren. Falls der Gesamtwiderstand des Bauteils 1 dem Widerstand der Summe der Sicherungselemente 3, 11 entspricht, kann dies als Signal für den Ausfall des Funktionselements 2 interpretiert werden. Die Figuren 8 bis 14 zeigen jeweils Widerstands-Temperatur- (R-T) Kennlinien von Ausführungsformen gemäß Figur 1, wobei ein Sicherungselement 3 parallel zu einem Funktionselement 2 verschaltet ist. Figur 8 zeigt R-T-Kennlinien einer Ausführungsform gemäß Figur 1 in logarithmischer Darstellung. Beim Bauteil 1 handelt es sich insbesondere um einen NTC-

Einschaltstrombegrenzer . Es ist ein Einsatzbereich von - 55°C bis 150°C dargestellt. Der vorgesehene Einsatzbereich kann beispielsweise auch von - 40°C bis 150°C oder von - 55°C bis 200°C oder von - 55°C bis 250°C reichen.

Bei einer Betriebstemperatur von 25°C weist das

Funktionselement 2, d.h., das reine NTC-Element, einen

Widerstand Rp = 40 Ohm auf. Der Widerstand des Funktions ^¬ elements 2 nimmt bei steigender Temperatur T stark ab.

Beispielsweise weist das Funktionselement 2 einen B25/ 00 Wert von ~ 3500 K auf. Der B25/ 00 Wert ist ein Maß für die Steilheit der R-T-Kennlinie . Es kommen hier auch NTC-Elemente mit anderen B-Werten in Frage.

Es werden unterschiedlich dimensionierte Sicherungselemente 3 betrachtet. Die Sicherungselemente 3 sind als Ohmsche

Widerstände mit Rs600 ⁼ 600 Ohm, Rg200 ⁼ 200 Ohm und Rg]_QQ=100 Ohm ausgebildet. Die tiefergestellte Zahl gibt jeweils den Widerstand des verwendeten Sicherungselements 3 an. Der

Widerstand des jeweiligen Sicherungselements 3 ist im betrachteten Temperaturbereich von - 55°C bis 150°C

weitgehend konstant.

Die Widerstände der betrachteten Sicherungselemente 3 sind bei einer Temperatur T=25°C deutlich größer als der

Widerstand Rp des Funktionselements 2. Vorliegend sind die Widerstände Rg mehr als doppelt so groß wie der Widerstand des Funktionselements 2 bei 25°C.

Der Gesamtwiderstand des Bauteils 1 ist mit Rtot, 600 bzw. ^tot, 200 bzw. Rtot, 100 eingezeichnet, wobei die

tiefergestellte Zahl jeweils den Widerstand des verwendeten Sicherungselements 3 angibt. Es ist ersichtlich, dass durch den Einsatz der Sicherungselemente 3 eine Linearisierung der Widerstandskennlinie erfolgt, die hier umso stärker ist, umso niedriger der Widerstand des Sicherungselements 3 ist.

Beispielsweise wird das Sicherungselement 3 derart gewählt, dass sein Widerstand bei einer niedrigen Temperatur geringer ist als der Widerstand des Funktionselements 2. Vorliegend ist bei einer Temperatur von - 25°C der Widerstand RslOO niedriger als der Widerstand Rp (-110 Ohm) .

Die Figuren 9 und 10 zeigen R-T-Kennlinien weiterer

Ausführungsformen gemäß Figur 1 in linearer und in einfach logarithmischer Darstellung, bei dem als Funktionselement 2 ein NTC-Element mit einem Widerstand Rp = 4,7 Ohm bei 25 °C eingesetzt ist. Der B25/ioo ^_Wert liegt bei 3500 K. Als

Sicherungselemente 3 werden ohmsche Widerstände mit Rg = IkOhm, 100 Ohm und 10 Ohm eingesetzt. Vorliegend sind bei 25 °C die Widerstände Rg mehr als doppelt so groß wie der Widerstand Rp. Bei T gleich - 25°C ist der Widerstand RsiO niedriger als der Widerstand Rp(~42 Ohm), bei T = -55°C sind die Widerstände RsiO ^unc ^ ^SIOO niedriger als der Widerstand Rp (-228 Ohm) .

Die Figuren 11 und 12 zeigen R-T-Kennlinien weiterer

Ausführungsformen gemäß Figur 1 in linearer und in einfach logarithmischer Darstellung, wobei als Funktionselement 2 ein NTC-Element mit einem Widerstand R _F = 0,01 Ohm bei 25 °C eingesetzt ist. Der B25/ioo ^_Wert liegt bei 1500 K. Als

Sicherungselemente 3 werden ohmsche Widerstände mit Rg = 0,2 Ohm, 0,05 Ohm und 0,025 Ohm betrachtet.

Auch hier sind bei 25 °C die Widerstände Rg mehr als doppelt so groß wie der Widerstand Rp. Bei T = -25°C ist der

Widerstand Rs0,025 niedriger als der Widerstand Rp (-0,033 Ohm), bei T = -55°C sind die Widerstände Rs0,05 ^unc ^ ^R S0,025 niedriger als der Widerstand Rp (-0,086 Ohm) .

Figur 13 zeigt R-T-Kennlinien weiterer Ausführungsformen gemäß Figur 1 in einfach logarithmischer Darstellung, wobei als Funktionselement 2 ein NTC-Element mit einem Widerstand Rp = 0,005 Ohm bei 25°C eingesetzt ist. Der B25/ioo ^_Wert liegt bei 1500 K. Für das Sicherungselement 2 werden ohmsche Widerstände mit R _s = 0,06 Ohm, 0,025 Ohm und 0,005 Ohm betrachtet .

Hier sind bei 25 °C die Widerstände Rg mindestens so groß wie der Widerstand Rp. Bei T = -25°C ist der Widerstand Rs0,005 niedriger als der Widerstand Rp (-0,0138 Ohm), bei T = -55°C sind die Widerstände Rs0, 025 ^unc ^ ^R S0, 005 niedriger als der Widerstand Rp (-0,0317 Ohm).

Ein Widerstand von 0,005 Ohm kann beispielsweise durch einen zylindrischen Eisendraht mit spezifischem Widerstand von 0,15 Ohm mm^/m bei einem Radius von 0,5 mm und einer Länge von 2,5 cm erreicht werden.

Figur 14 zeigt R-T-Kennlinien weiterer Ausführungsformen gemäß Figur 1 in einfach logarithmischer Darstellung, wobei als Funktionselement 2 ein NTC-Element mit einem Widerstand Rp = 0,1 Ohm bei 25°C eingesetzt ist. Der B25/ioo ^_Wert liegt bei 1500 K. Für das Sicherungselement 2 werden ohmsche

Widerstände mit Rg = 2 Ohm, 0,4 Ohm und 0,1 Ohm eingesetzt.

Hier sind bei 25 °C die Widerstände Rg mindestens so groß wie der Widerstand Rp. Bei T =-25 °C ist der Widerstand Rs0,l niedriger als der Widerstand Rp (~ 0,28 Ohm), bei T = -55°C sind die Widerstände Rs0,4 ^unc ^ ^S0,1 niedriger als der

Widerstand R _F (~ 0,63 Ohm).

Figur 15 zeigt eine R-T-Kennlinie eines Funktionselements 2, das als PTC-Element, insbesondere als PTC-Thermistor, ausgebildet ist, in einfach logarithmischer Darstellung.

Das PTC-Element ist beispielsweise für eine Arbeitstemperatur um die 100 °C geeignet.

Im Temperaturbereich von -40 °C bis 90 °C liegt der

Widerstand des Funktionselements 2 bei ca. 10^ Ohm. Als

Sicherungselement 3 wird beispielsweise ein Ohmscher

Widerstand mit Rc = 10 ⁵ Ohm parallel geschaltet. In diesem Fall liegt der Widerstand des Bauteils 1 im Bereich von -40°C bis 90 °C bei ca. 990 Ohm. Bei einer deutlichen Überhitzung, beispielsweise bei einer Temperatur von größer als 120 °C liegt der Widerstand des Funktionselements 2 bei ca. 10^ Ohm. Der Widerstand des

Bauteils 1 liegt dann bei ca. 90 kOhm. Bei einem Ausfall des Funktionselements 2 durch

Kontakttrennung liegt der Widerstand des Bauteils 1 immer bei 10 ⁵ Ohm, so dass ein Mindestwiderstand gewährleistet ist. Figur 16 zeigt eine Ausführungsform einer Bauteilanordnung 20 aufweisend mehrere miteinander verschaltete Bauteile 1, 21 gemäß Figur 1. Die Bauteile 1, 21 weisen jeweils ein

Funktionselement 2, 22 auf. Beispielsweise sind beide

Funktionselemente 2, 22 als PTC-Temperatursensoren

ausgebildet. Durch die gezeigte serielle Verschaltung können Überhitzungen an mehreren Orten vermieden werden. Die

Bauteilanordnung 20 kann auch als Bauteil mit mehreren

Sicherungselementen 3, 23 und Funktionselementen 2, 22 angesehen werden.

Zu jedem Funktionselement 2, 22 ist ein Sicherungselement 3, 23 parallel verschaltet.

Durch geeignete Dimensionierung der Funktionselemente 2, 22 und der Sicherungselemente 3, 23 kann durch eine Messung des Gesamtwiderstands der Bauteilanordnung 20 ein Ausfall eines Funktionselements 2, 22 erkannt werden. Insbesondere kann zwischen einer Überhitzung und einem Ausfall eines

Funktionselements 2, 22 unterschieden werden.

Die Widerstände der Sicherungselemente 3, 23 unterscheiden sich beispielsweise voneinander. Beispielsweise weist das erste Sicherungselement 3 einen Widerstand von 10^ Ohm auf und das zweite Sicherungselement 23 einen Widerstand von 10 ⁵ Ohm auf.

Beispielsweise weisen beide Funktionselemente 2, 22 die in Figur 15 gezeigte R-T-Kennlinie auf. Durch Messung des Gesamtwiderstands der Bauteilanordnung 20 kann erkannt werden, ob und welches Funktionselement 2, 22 ausgefallen ist . Alternativ kann anstelle von zwei Sicherungselementen 3, 23 nur ein Sicherungselement 3 vorhanden sein, das mit beiden Funktionselementen 2, 22 parallel verschaltet ist. Dann werden bei einem Ausfall eines der Funktionselemente 2, 22 durch Kontaktbruch beide Funktionselemente 2, 22 durch das Sicherungselement 3 überbrückt und es wird ein Minimalstrom gewährleistet .

Bezugs zeichenliste

1 Bauteil

2 Funktionselement

3 Sicherungselement

4 Draht

5 Kontaktierung

6 Kontaktierung

7 Träger

8 Träger

9 Außenkontakt

10 Außenkontakt

11 Sicherungselement

12 Befestigungselement

13 Befestigungselement

14 Loch

20 Bauteilanordnung

21 weiteres Bauteil

22 weiteres Funktionselement

23 weiteres Sicherungselement ot Widerstand des Bauteils

Rp Widerstand des Funktionselements

Rg Widerstand des Sicherungselements