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Die
Erfindung betrifft ein Gerät
zum Schutz gegen Überspannungen
für elektrische
Anlagen, bestehend aus einem Gehäuse
und innerhalb des Gehäuses
angeordneten Überspannungsschutzelementen
und Anschlussklemmen für
mehrere Phasenleiter, einen Nullleiter und einen PE-Leiter, wobei jeweils
zwischen einer Phase und dem Nulleiter ein Varistor als Überspannungsschutzelement
geschaltet ist und zwischen Nullleiter und PE-Leiter eine Funkenstrecke
geschaltet ist, wobei Sicherungsstreifen vorgesehen sind, von denen
mindestens jeweils einer an einer Kontaktstelle eines Varistors
angelötet ist,
und zwischen dem Sicherungsstreifen und der Fläche des Varistors, an welcher
der Sicherungsstreifen angelötet
ist, ein Trennschieber angeordnet ist, der durch eine Feder vorgespannt
in einer ersten Funktionslage gehalten ist, in der Bestandteile
des Trennschiebers am Sicherungsstreifen nahe dessen Lötstelle
am Varistor anliegen, und der bei aufgrund zum Beispiel eines Überspannungsereignisses
erhitzter Lötstelle,
in einer zweiten Funktionslage in den Spalt zwischen Sicherungsstreifen
und Varistor eingeschoben ist, die Lötverbindung auftrennt und den Sicherungsstreifen
im Bereich der Lötstelle
auf Abstand von dem Varistor hält.
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Überspannungsschutzgeräte dieser
Art sind im Stand der Technik bekannt. Beispielsweise ist aus der
DE 36 39 533 A1 ein
steckbarer Überspannungsableiter
für elektrische
Anlagen bekannt. Bei solchen bekannten Überspannungsschutzgeräten ist eine
mehrpolige Ausbildung vorgesehen, so dass drei Phasen-Anschlüsse, ein
Nullleiteranschluss und ein PE-Leiteranschluss vorgesehen sind.
Innerhalb des Gerätes
ist eine Anordnung von Varistoren und einer Funkenstrecke vorgesehen,
wobei die elektrische Kontaktierung in der Weise erfolgt, dass jeweils zwischen
einer Phase und den Nullleiter ein Varistor und zwischen den Nullleiter
und den PE-Leiter eine Funkenstrecke geschaltet ist. Man spricht
bei einer solchen Schaltungsanordnung von einer so genannten 3 +
1-Schaltung. Bekannte Geräte
dieser Art sind quaderförmig
ausgebildet, wobei an der Unterseite des quaderförmigen Gehäuses, welches aus Isolierstoff
besteht, eine Profilierung vorgesehen ist, die es ermöglicht,
dass solche Geräte
auf Hutprofile von Unterverteilungen oder Hauptverteilungen aufgesetzt und
befestigt werden können.
Es sind solche Geräte bekannt,
bei denen jeweils der Varistor über
mindestens einen Kontaktstreifen oder dergleichen an die elektrischen
Verbindungsleitungen angeschlossen ist, wobei die Verbindung zwischen
dem Kontaktstreifen und dem Varistor durch ein Schmelzlot erfolgt. Hierdurch
wird erreicht, dass im Falle einer übermäßigen Erwärmung, beispielsweise infolge
einer entsprechenden Überspannung,
die Lotverbindung gelöst
und somit die Verbindung des Varistors mit der Schaltung unterbrochen
wird. Mittels einer Defektanzeige wird ein solcher Zustand angezeigt,
so dass von außen
sichtbar ist, dass der entsprechende Überspannungsableiter nicht
mehr funktionstüchtig ist.
Nachteilig bei solchen Geräten
ist, dass im Fehlerfall sich zwar die Lotverbindung zwischen dem Kontaktstreifen
und dem Varistor löst,
so dass der Varistor aus dem Schaltkreis abgetrennt ist, jedoch
ist eine erneute Kontaktierung nicht in jedem Falle unterbunden,
weil keine mechanische Trennung zwischen dem Kontaktstreifen und
der Kontaktstelle des Varistors erfolgt. Zudem ist nachteilig, dass
die in Form einer Temperatursicherung ausgebildete Lötstelle
sich beim Schwalllöten
schon bei der Herstellung des Gerätes lösen kann. Selbst wenn eine
Trennung erfolgt, ist die Trennung nur durch eine Luftstrecke erreicht.
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Aus
der
DE 20 2004
006 227 U1 ist ein gattungsgemäßes Gerät bekannt. Hierbei wird zwar
im Fehlerfall eine mechanische Trennung zwischen Kontaktstreifen
und Kontaktstelle des Varistors erreicht, jedoch sind bei diesem
Gerät die
mechanischen und elektrischen Elemente, bei der Montage sorgfältig zusammenzuführen und
ordnungsgemäß anzuordnen,
um eine fehlerfreie Funktion zu gewährleisten. Der gesamte Aufbau
ist kompliziert, so dass es nicht auszuschließen ist, dass bei der Montage Fehler
auftreten. Zudem ist die Montage der Einzelelemente sehr aufwendig
und kompliziert.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
ein Gerät gattungsgemäßer Art
zu schaffen, bei dem im Fehlerfall eine sichere Trennung des Varistors
von dem Kontaktstreifen erfolgt, wobei auch Fehler bei der Herstellung
des Gerätes
vermieden sind.
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Zudem
soll die Montage des Gerätes
erleichtert und eine einwandfreie Führung der Funktionselemente
und Montagesicherheit gewährleistet
sein.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe schlägt
die Erfindung vor, dass im Gehäuse
eine mit den Varistoren und den Anschlussklemmen bestückte Platine
angeordnet ist, an der Platine die Sicherungsstreifen angelötet sind,
dass der Trennschieber die Platine durchgreift und an dieser geführt ist,
dass am Boden des Gehäuses
Führungsteile
angeordnet sind, in deren Führungsschlitzen
jeweils das die Leiterplatte zum Boden des Gehäuses hin durchgreifende Ende der
Trennschieber unverdrehbar, linear verschiebbar geführt ist,
wobei in den Führungsteilen
Schraubendruckfedern angeordnet sind, die unter Vorspannung an der
dem Boden zugewandten Randkante der Trennschieber anliegen, und
dass das Gehäuse
auf der dem Boden abgewandten Seite eine Einsatzöffnung für die bestückte Platine bildende Öffnung aufweist,
die durch Gehäuseseitenwände begrenzt
ist, wobei die Gehäuseseitenwände und/oder
der Gehäuseboden
Auflagebereiche für
die Platine und Rasthaken zur Lagesicherung der Platine aufweisen, die über die
Randkante der Platine rasten.
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Durch
diese Ausbildung wird erreicht, dass in der normalen ersten Funktionslage
eine sichere Kontaktierung zwischen dem Sicherungsstreifen und dem
Varistor im Bereich der Lötstelle
erfolgt. Im Fehlerfall, wenn ein entsprechendes Überspannungsereignis eintritt,
schmilzt die Lötstelle
auf und der mechanische Trennschieber gleitet federkraftunterstützt in den
Bereich zwischen dem Sicherungsstreifen und der Lötstelle
am Varistor, so dass der Sicherungsstreifen von der Lötstelle
mechanisch abgehoben wird und zwischen der Lötstelle am Varistor und dem entsprechenden
Anlötbereich
des Sicherungsstreifens der aus Isolierstoff bestehende Trennschieber sitzt,
so dass eine mechanische Trennung erfolgt und im Spalt zwischen
dem Sicherungsstreifen und der Kontaktstelle des Varistors ein Isolierstoffelement, nämlich der
Trennschieber angeordnet ist. Die Funktionssicherheit wird dabei
noch dadurch verbessert, dass der Trennschieber in einer entsprechenden
Lochung die Platine durchgreift und im Bereich dieser Lochung an
der Platine geführt ist.
In der ersten Funktionslage ist der Trennschieber durch Federkraft vorgespannt
zwischen dem Sicherungsstreifen und der Lötstelle am Varistor angeordnet,
so dass bei einer Aufschmelzung der Lötstelle der Trennschieber durch
die Federkraft den Sicherungsstreifen von der Lötstelle am Varistor abhebt
und in dieser Abhebeposition hält.
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Des
Weiteren wird durch die am Boden des Gehäuses vorgesehenen Führungsteile,
in deren Führungsschlitzen
jeweils dass die Leiterplatte zum Boden des Gehäuses hin durchgreifende Ende
der Trennschieber unverdrehbar, linear verschiebbar geführt ist,
wobei in den Führungsteilen
Schraubendruckfedern angeordnet sind, die unter Vorspannung an der
dem Boden zugewandten Randkante der Trennschieber anliegen, die
Montage des Gerätes erheblich
erleichtert und eine einwandfreie Führung und Montagesicherheit
der Einzelelemente bewirkt.
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Insbesondere
wird durch diese Ausbildung eine fehlerhafte Montage vermieden,
wobei zudem ein Verkanten oder Verdrehen beim Überführen des Trennschiebers in
die zweite Funktionslage verhindert ist.
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Zudem
ist zur Erleichterung der Montage vorgesehen, dass das Gehäuse auf
der dem Boden abgewandten Seite eine Öffnung aufweist, die eine Einsatzöffnung für die bestückte Platine
bildet, die durch Gehäuseseitenwände begrenzt
ist, wobei die Gehäuseseitenwände und/oder
der Gehäuseboden Auflagebereiche
für die
Platine und Rasthaken zur Lagesicherheit der Platine aufweisen,
die über
die Randkante der Platine rasten.
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Vorzugsweise
ist dabei vorgesehen, dass jeder Varistor mit einer Stirnkante der
Oberseite der Leiterplatte benachbart ist und an seinen Seitenflächen die
Kontaktstellen aufweist, dass jeweils mindestens ein Sicherungsstreifen
etwa parallel zur Seitenfläche
eines Varistors ausgerichtet von der Leiterplatte abragt und mit
einer Kontaktstelle lötverbunden
ist, und dass jeweils ein Trennschieber parallel zur Seitenfläche des
Varistors verschieblich ausgerichtet und angeordnet ist, der in
einen Spalt zwischen der Seitenfläche des Varistors und dem Sicherungsstreifen
eingreift.
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Der
Varistor ist dabei ein flaches quaderförmiges Element, welches mit
einer Stirnkante der Oberseite der Leiterplatte benachbart ist und
welches an seinen Seitenflächen
die Kontaktstellen zum Anschluss der Sicherungsstreifen aufweist.
Der Varistor ist über
Elektroden, die entsprechend lang ausgeführt sind, mit der Stirnseite
auf parallelen Abstand zur Oberseite der Platine gehalten. Der Trennschieber
wird somit nicht nur in der Lochung der Leiterplatte geführt, sondern
auch an der entsprechenden Seitenfläche des Varistors und an dem
sich parallel zu dieser erstreckenden Sicherungsstreifen.
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Zusätzlich kann
vorgesehen sein, dass die Funkenstrecke zwischen dem Gehäuseboden
und der Leiterplatte angeordnet ist und mit Anschlusslitzen oder
Anschlussstreifen die Leiterplatte durchgreift, wobei letztere mit
den entsprechenden Leiterbahnen der Leiterplatte verlötet sind.
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Um
die Funktion zu verbessern ist vorgesehen, dass die der Leiterplatte
abgewandten Enden der Trennschieber schneidkantenartig abgeschrägt sind.
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Zudem
kann vorgesehen sein, dass am bodenseitigen Endbereich der Trennschieber
quer abragende Vorsprünge
ausgebildet sind, die in der zweiten Funktionslage an der Unterseite
der Platine anliegen und einen Wegbegrenzungsanschlag für den Trennschieber
bilden.
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Hierdurch
wird eine Endlagesicherung erreicht, wenn der Trennschieber seine
zweite Funktionsstellung erreicht hat.
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Um
die Funktionssicherung weiterhin zu verbessern, ist vorgesehen,
dass die Führungsteile
einen Führungsschlitz
für den
Vorsprung des Trennschiebers aufweisen.
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Insbesondere
um die Montage zu erleichtern, ist vorgesehen, dass am bodenseitigen
Ende des Trennschiebers ein parallel zur Verschieberichtung abragender
Zapfen ausgebildet ist, auf den als Vorspannfeder eine Schraubendruckfeder
aufgesteckt ist.
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Zudem
kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse ein topfartiges Deckelteil
aufweist, welches mit dem ebenfalls topfartigen Unterteil rastverbindbar
ist.
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Auch
kann vorgesehen sein, dass oberhalb der Platine eine Anzeigeplatine
im Gehäuse
angeordnet und mit der Platine verbunden ist, die optische Anzeigeelemente
aufweist.
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Insgesamt
stellt somit die Erfindung ein Gerät zum Schutz gegen Überspannung
zur Verfügung, welches
eine optische Funktionsanzeige aufweist und in mehrpoliger Ausführung ausgebildet
sein kann. Die in dem Gerät
befindliche erste Platine weist sämtliche Bauteile der Schutzschaltung
sowie die Anschlussklemmen auf. Die Anzeigeplatine ist oberhalb
der ersten Platine angeordnet und kann über Pfostenverbinder oder dergleichen
mit der ersten Platine verbunden sein. Auf dieser Anzeigeplatine sind
die Bauelemente zur optischen Signalisierung des Zustandes des Gerätes angeordnet.
Durch die erfindungsgemäße Abtrennvorrichtung
ist sichergestellt, dass bei einem Defekt der Varistoren der Trennschieber
die Lötverbindung
zwischen einem Varistor und einem an der Platine angelöteten bogenförmig ausgeführten Sicherungsstreifen
unterbricht. Die Verbindung des Sicherungsstreifens zur Platine bleibt
hierbei bestehen. Der Trennschieber durchgreift die Platine und
ist in einer vorzugsweise hülsenförmigen Aufnahme
im Gehäuseunterteil
geführt. Durch
die besondere Geometrie der hülsenförmigen Aufnahme
und den Trennschieber selbst wird eine fehlerhafte Montage vermieden.
Weiterhin wird hierdurch ein Verkanten oder Verdrehen bei der Spannungsunterbrechung
verhindert.
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Der
Trennschieber befindet sich im fehlerfreien Fall des Gerätes in einem
vorgespannten Zustand unterhalb der Lötstelle des Sicherungsstreifens,
mit der der Sicherungsstreifen mit dem Varistor verbunden ist. Diese
Vorspannung wird während
der Montage dadurch erreicht, dass in die entsprechende Aufnahme
im Gehäuseunterteil
zunächst
eine Druckfeder eingelegt wird. Eine zylinderförmige Zentrierhilfe am Trennschieber
hilft bei der Positionierung. Die bestückte Platine wird auf die im
Gehäuse
vormontierten Trennschieber aufgesteckt und durch im Gehäuseunterteil
befindliche Rasthaken sicher fixiert. Durch einen entsprechenden
Vorsprung am Trennschieber wird erreicht, dass der Trennschieber
nur bis zu einem bestimmten Vorschub vorgeschoben werden kann, bis
nämlich
der Vorsprung an der Platine anliegt. Hierdurch wird sichergestellt,
dass der Sicherungsstreifen im Fehlerfall sicher vom Varistor getrennt
bleibt und eine erneute Kontaktierung vermieden ist.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im Folgenden
näher beschrieben.
Es zeigt:
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1 ein
Gerät zum
Schutz gegen Überspannungen
in Explosionsdarstellung;
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2 Einzelteile
des Gerätes
in Explosionsdarstellung;
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3 das
Gehäuseunterteil
in Ansicht;
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4 das
Gehäuseunterteil
mit montierter Platine in Ansicht;
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5 eine
Einzelheit in einer ersten Funktionslage;
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6 die
Einzelheit in einer zweiten Funktionslage.
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In
der 1 sind die Bestandteile des Gerätes gegen Überspannungen
gezeigt. Das Gerät
besteht aus einem Gehäuseoberteil 1 und
einem Gehäuseunterteil 2.
Beide Gehäuseteile
bestehen aus Isolierstoff. Die beiden Gehäuseteile können in entsprechender Weise
zusammengefügt
und verrastet werden. Im Gehäuse
sind später
noch beschriebene Überspannungselemente
sowie Anschlussklemmen 3 für Phasenleiter L1 bis L3 vorgesehen
sowie eine Anschlussklemme 4 für einen Nullleiter und eine
Anschlussklemme 5 für
einen PE-Leiter. Die elektrische Verschaltung ist derart vorgesehen,
dass jeweils zwischen einer Phase und dem Nullleiter ein Varistor 6 als Überspannungsschutz
geschaltet ist. Zusätzlich ist
zwischen Nullleiter und PE-Leiter eine Funkenstrecke 7 geschaltet.
Bei der vorgesehenen Konfiguration ist im Gehäuse 1, 2 eine
mit den Varistoren 6 und den Anschlussklemmen 3, 4, 5 bestückte Platine 8 angeordnet.
An der Platine sind Sicherungsstreifen 9 angelötet und
mit entsprechenden Leiterbahnen der Platine 8 kontaktiert,
von denen mindestens jeweils einer an einer Kontaktstelle 10 eines
Varistors 6 angelötet
ist. In dem Bereich zwischen den Sicherungsstreifen 9 und
der Fläche
des Varistors 6, an welcher der Sicherungsstreifen 9 angelötet ist,
ist ein Trennschieber 11 angeordnet, der die Platine in
entsprechenden Lochungen 12 durchgreift und somit an dieser
geführt
ist. Die Trennschieber 11 sind durch jeweils eine vorgespannte
Feder 13 in einer ersten Funktionslage gehalten, die in 4 und
insbesondere in 5 gezeigt ist. In dieser Funktionslage
liegen die oberen Endbereiche des Trennschiebers 11 am
Sicherungsstreifen 9 nahe dessen Lötstelle 10 am Varistor 6 an.
Sofern aufgrund eines Fehlerereignisses, insbesondere eines Überspannungsereignisses,
die Lötstelle
bei 10 erhitzt wird, ist der Trennschieber in eine zweite
Funktionslage verschoben, die in 6 gezeigt
ist. Dabei sitzt der Trennschieber 11 in dem Spalt, der
sich zwischen dem Sicherungsstreifen 9 und dem Varistor 6 nach
Trennung der Lötstelle
ergibt, so dass der Sicherungsstreifen 9 vom Varistor 6 abgehoben
ist.
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Die
Lötverbindung
ist dabei aufgetrennt und der Sicherungsstreifen 9 ist
durch den Trennschieber 11 im Bereich der Lötstelle
auf Abstand von dem Varistor 6 gehalten. Der Trennschieber
besteht aus einem geeigneten Dielektrikum, beispielsweise aus Kunststoff.
Die Varistoren 6 sind als etwa quaderförmige flache Scheiben ausgebildet.
Jeder Varistor 6 ist mit einer Stirnkante auf der Oberseite
der Leiterplatte 8 benachbart, wobei jeder Varistor 6 an
seinen Seitenflächen
die Kontaktstellen aufweist, die mit entsprechenden Kontaktstreifen,
insbesondere Sicherungsstreifen 9 verbunden werden. Mindestens ein
solcher Sicherungsstreifen 9 ist parallel zur Seitenfläche des
zugehörigen
Varistors 6 ausgerichtet und ragt nach oben von der Leiterplatte 8 ab.
Der Trennschieber 11 ist parallel zur Seitenfläche des
Varistors 6 verschieblich ausgerichtet und angeordnet und
greift in einen Spalt zwischen der Seitenfläche des Varistors 6 und
dem Sicherungsstreifen 9 ein.
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Die
Funkenstrecke 7 ist zwischen dem Gehäuseboden des Unterteils 2 und
der Leiterplatte 8 angeordnet und durchgreift mit Anschlusslitzen 14 entsprechende
Lochungen 15 der Leiterplatte 8. Die umgebogenen
Enden, sind wie in 4 ersichtlich, mit den entsprechenden
Leiterbahnen der Leiterplatte 8 verlötet.
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Wie
beispielsweise aus 2 besonders deutlich ersichtlich,
sind die in der Montagesolllage zur Leiterplatte abgewandten Enden
der Trennschieber 11 nach Art einer Schneidkante 11' abgeschrägt, wobei
beidseits neben diesen Schneidkanten 11' noch Stege des Trennschiebers 11 verbleiben,
so dass eine entsprechende Führung
für den
Sicherungsstreifen 9 gebildet ist.
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Am
Boden des Gehäuseunterteils 2 sind Führungsteile 16 in
Form von etwa zylindrischen Hülsen
angeordnet, die an ihrem freien Ende offen auslaufende Führungsschlitze 17 aufweisen.
In diesen Führungsschlitzen 17 ist
jeweils das die Leiterplatte 8 zum Boden des Gehäuseunterteils 2 hindurchgreifende
Ende der Trennschieber 11 unverdrehbar aber linear verschiebbar
geführt.
In diesen Führungsteilen 16 sind
als Federn 13 Schraubendruckfedern angeordnet, die in der
Montagesolllage unter Vorspannung an der dem Boden zugewandten Randkante der
Trennschieber 11 anliegen. Zusätzlich sind am bodenseitigen
Endbereich der Trennschieber 11 quer abragende Vorsprünge 18 ausgebildet,
die ebenfalls in Schlitzen 19 der Führungsteile 16 geführt sind.
In der zweiten Funktionslage, die in 6 verdeutlicht ist,
liegen diese quer abragenden Vorsprünge 18 an der Unterseite
der Platine 8 an und bilden somit einen Wegbegrenzungsanschlag
für den
Trennschieber 11.
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Zusätzlich weist
das bodenseitige Ende des Trennschiebers 11 einen parallel
zur Verschieberichtung abragenden Zapfen 20 auf, auf den
die vorspannende Feder 13 in Form einer Schraubendruckfeder aufgesteckt
ist.
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Das
Unterteil 2 des Gehäuses
weist auf der dem Boden abgewandte Seite eine Einsatzöffnung für die bestückte Platine 8 auf,
die durch die Seitenwände
des Unterteils 2 begrenzt ist. Die Gehäusenseitenwände und auch das Gehäuseunterteil
selbst weist Auflagebereiche für
die Platine 8 auf sowie Rasthaken 21 zur Lagesicherung
der in Montagesolllage befindlichen Platine 8.
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Das
Oberteil 1 ist ähnlich
wie das Unterteil 2 topfartig ausgebildet und auf das Unterteil 2 aufschiebbar
und durch entsprechende Rasten und Rastlochungen sind diese Teile
miteinander rastverbindbar. Zusätzlich
ist oberhalb der Platine 8 noch eine Anzeigeplatine 22 am
Gehäuse
angeordnet, die mit der Platine 8 verbunden ist und optische
Anzeigeelemente aufweist.