DE102007042380A1

DE102007042380A1 - Elektrische Überspannungsschutz-Baueinheit

Info

Publication number: DE102007042380A1
Application number: DE102007042380A
Authority: DE
Inventors: Pero Nilovic
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-09-06
Filing date: 2007-09-06
Publication date: 2009-03-12

Abstract

Gezeigt ist eine Überspannungsschutz-Baueinheit (1) mit einer Platine (2) mit mindestens zwei Temperatursicherungen (3, 4) und mit mindestens zwei Varistoren (5, 6) sowie einem akustischen Warnelement (7) und mit einem Gas-Ableiter (8), wobei die Platine (2) beidseitig bestückt ist, mindestens eine Durchbrechung (9) oder mindestens einen Ausschnitt (10, 11) am Umfang aufweist, in der/dem ein Bauelement (3, 4, 8) eingesetzt ist und daß die mindestens zwei Varistoren (5, 6) und die mindestens zwei Temperatursicherungen (3, 4) in kontaktfähiger Nachbarschaft an der Platine (2) vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Überspannungsschutz-Baueinheit mit einer Platine mit mindestens zwei Temperatursicherungen und mit mindestens zwei Varistoren, und einem akustischen Warnelement, sowie einem Gas-Ableiter. Derartige Überspannungsschutz-Baueinheiten werden optional als Feinschutz Typ 3 in Steckdosen und ähnliche Elemente der Elektroinstallation eingesetzt, um die angeschlossenen elektrischen Geräte vor Überspannungen, z. B. bei indirektem Blitzschlag, Schalthandlungen o. a., zu schützen. Die Erfindung findet weiter Anwendung bei Unterflursystemen, Kabelkanalsystemen und flachen Schalterdosen.
Aus der DE-OS 3929229 ist eine Schutzkontakt-Steckdose mit einer Überspannungsschutz-Baueinheit bekannt. Letztere ist am Grund einer Schalterdose zwischen dem Einsatz und dem Dosengrund angeordnet. Diese Lösung hat den Nachteil, daß sie entweder eine besonders tiefe Schalterdose erfordert oder einen besonders kurzen Steckdosen-Einsatz. In der nach DIN 49440 Teil 5 genormten Schalterdose läßt sich auf deren Grund keine Überspannungsschutz-Baueinheit der eingangs genannten Art und darauf ein genormter Steckdoseneinsatz unterbringen.
Bei der bekannten Ausführungsform der Steckdose, die nach DIN 49440, Teil 5 ausgebildet ist, wird die zulässige Einbautiefe von 32 mm überschritten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, allgemein eine Überspannungsschutz-Baueinheit vorzuschlagen, die klein baut und speziell bei Verwendung in einer nach DIN genormten Schalterdose und eines nach DIN genormten Steckdosen-Einsatzes die Anordnung dieser Überspannungsschutz-Baueinheit zwischen dem Boden der Schalterdose und dem Steckdoseneinsatz erlaubt. Für die Nachrüstung von Schutzkontakt-Steckdosen mit Überspannungsschutz-Baueinheiten ist dieser Gesichtspunkt besonders wichtig.
Die Lösung dieser Aufgabe ist in Anspruch 1 wiedergegeben. Dabei kommt es darauf an, alle Elemente, die technisch zwingend oder nach den VDE-Vorschriften erforderlich sind, auf einer Platine unterzubringen, die in ihrer endgültigen Position zwischen dem Boden einer Schalterdose und dem Steckereinsatz mit seinem Isolierstoffsockel gelegt werden kann. Bis zum Ende der Festinstallation genügt theoretisch ein einziger Schutz der Phase gegen Überspannung, der nur diese Phase sichert. Die VDE-Vorschriften verlangen aber zur Erzielung einer Verpolungssicherheit, daß sowohl der Null-Leiter als auch die bestimmungsgemäße Phase gesichert sein müssen.
Wann immer eine Überspannungsschutz-Baueinheit elektrisch hinter einer Steckerverbindung liegt, ist damit zu rechnen, daß der Stecker in unterschiedlicher Position eingesteckt wird. Dann ist es in jedem Falle notwendig, daß sowohl der Null-Leiter als auch die Phase gegen Überspannung geschützt sind. Dann sind in jedem Falle zwei Varistoren und zwei Temperatursicherungen vorgesehen.
Die Platine ist vorzugsweise starr und im wesentlichen rechteckig mit 2 cm × 3 cm Kantenlänge. Ausschnitte am Umfang der Platine sind bevorzugt an den Längsseiten vorgesehen. Die Platine ist nicht Länger als zwei nebeneinander gelegte kreisscheibenförmig ausgebildete Varistoren plus 20%.
Die Varistoren sind relativ zu den Temperatursicherungen so angeordnet, daß Temperatursicherung und Varistor sich berühren können, damit eine Überhitzung der Varistoren, die aus unterschiedlichen Gründen auftreten kann, die Temperatursicherungen in Wirkung treten lassen kann und den Strom zu den Varistoren unterbrechen kann.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß die Temperatur-Sicherungen mechanisch leicht vorgespannt gegen die Varistoren an deren Umfangsrand anliegen.
Die Varistoren sind auf der einen Seite der Platine angeordnet und das Piezo-Element auf der gegenüberliegenden Seite der Platine. Das führt zu einer besonders kompakten Bauform einer beidseitig bestückten Platine und damit der Überspannungsschutz-Baueinheit.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das akustische Warnelement einen Transistor und ein Piezo-Element auf der Platine umfaßt. Beide Bauteile sind auf der Platine angelötet, der Transistor als Teil der SMD-Bestückung der Platine und das Piezo-Element mit Drähten. Das Piezo-Element ist auf der Lötseite der Platine angeordnet. Das Piezo-Element und der Transistor sind elektrisch miteinander verbunden. Der Transistor steuert das Piezo-Element an.
Es empfiehlt sich, das Piezo-Element mit einem Tragrahmen zu versehen. Der Tragrahmen schließt das kreisscheibenförmige Piezo-Element wie ein tiefer Teller, der einen teilweise nach innen gebördelten, das Piezo-Element haltenden Rand aufweist, ein und ist auch auf der offenen Teller-Seite mit einem ringförmigen Wulst versehen, der gegenüber dem eingeschlossenen Piezo-Element etwas vorsteht. Der Tragrahmen stellt so sicher, daß die zentralen Abschnitte des eingerahmten Piezo-Elements frei schwingen können. Die Tellerform des Rahmens erlaubt es, die Einheit aus Rahmen und Piezo-Element an geeigneter Stelle auf die Platine aufzukleben, um so dessen Fixierung zu erreichen.
Der Tragrahmen wird auf das Piezo-Element aufgeclipst und ist aus Kunststoffmaterial hergestellt. Die schwingende Mitte des Piezo-Elements wird vom Rahmen nicht erfaßt und kann auch bei Aufliegen des den Wulst bildenden Rahmens auf einer Unterlage frei schwingen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Überspannungsschutz-Baueinheit in einem sie umgebenden Gehäuse geschützt ist. Das Gehäuse ist vorzugsweise aus Kunststoff. Dabei soll das Gehäuse geöffnet und verschlossen werden können. Die Anschlußkabel sind im Kantenbereich des Gehäuses durch Öffnungen nach außen geführt, die Öffnungsteile in zwei benachbarten Gehäuseflächen aufweisen. Bevorzugt weist das Gehäuse einen Deckel auf, der an einer Längsseite des Gehäuses mit einem Filmscharnier angelenkt ist und die Öffnungen sind an einer dem Filmscharnier benachbarten und dazu parallel verlaufenden Längskante des Gehäuses angeordnet. Das Gehäuse ist von seiner Bemessung her dem Umriss der Platine angepaßt und wird von dieser in einer Draufsicht ausgefüllt.
Das Gehäuse wird lose in die Unterputzdose eingelegt und hat neben den Anschlußdrähten keine Befestigungslemente zur Lagerung in der Schalterdose.
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Gas-Ableiter in einer Durchbrechung der Platine angeordnet ist. Gas-Ableiter haben vorzugsweise eine zylindrische Form und die Durchbrechung weist eine angepaßte rechteckige Form auf, die den Gas-Ableiter mit nur wenige 1/10 mm großem Spalt umgibt und dadurch eine Ausrichtung des Gas-Ableiters bewirkt, die beim Anfassen der Platine gefährliches Überbiegen der Lötanschlüsse vermeidet. Die Gesamthöhe von Platine und Gasableiter ist durch dessen Anorndung in der Durchbrechung minimiert. Die Durchbrechung für den Gas-Ableiter ist in der Längsmitte der Platine angeordnet und ist den beiden Varistoren auf der Platine zwischengeordnet.
Bevorzugt sollen die Temperatursicherungen in Ausnehmungen der Platine angeordnet sein. Diese Ausschnitte sollen in erster Linie am Rand der Platine angeordnet sein. Eine vorteilhafte Anordnung der Temperatur-Sicherungen ist zwischen den von der Platine abgeführten Anschlußkabeln an einer Längsseite der Platine. Die Anordnung der Temperatursicherungen am Rande der Platine begünstigt auch die kontaktfähige Nachbarschaft zu den Varistoren, die als kreisscheibenförmige Elemente, nebeneinander auf der gleichen Seite der Platine angeordnet, die Mindestlänge der Platine bestimmen und im Zusammenhang mit den Temperatursicherungen die Breite der Platine vorgeben. Handelsübliche Temperatursicherungen für diesen Zweck haben eine quaderförmige äußere Gestalt und lassen sich in ihrer Breite rechtwinklig zu der Platinenebene anordnen ohne die Höhe der Überspannungsschutz-Baueinheit zu steigern.
In besonders vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Platine beidseitig mit Bauteilen bestückt ist. So wird eine Schichtung von Bauelementen auf einer Seite der Platine vermieden und die Zugänglichkeit der einzelnen Bauelemente wird verbessert.
Die Bauform der Überspannungsschutz-Baueinheit führt im Ergebnis zu einer Höhe, die ⊀10 mm mißt und läßt sich deshalb in jede Schutzkontakt-Steckdose nach der o. a. DIN zwischen dem Boden der Schalterdose und dem Einsatz einlegen.
Die Sicherungen sind so in den Ausschnitt der Platine eingesetzt, daß sie leicht über den benachbarten Platinenrand vorstehen und dadurch von der Gehäusewand gegen den Varistorrand gedrückt werden.
Die Erfindung wird im einzelnen anhand der Zeichnung erläutert. Dabei zeigen:
1: die Bestückungsseite der Platine aus der Baueinheit;
2: die Lötseite der Platine aus der Baueinheit;
3: das Gehäuse zur Aufnahme des Überspannungsschutz-Bauteils in perspektivischer Darstellung im verkleinerten Maßstab.
In 1 ist eine Überspannungsschutz-Baueinheit 1 gezeigt, die eine Platine 2 umfaßt, die in einem passenden kastenförmigen Gehäuse 15 (s. a. 3) eingelegt ist. Mit der Platine 2 sind zwei Varistoren 5, 6 elektrisch verbunden, sowie zwei Temperatursicherungen 3, 4 und ein Gas-Ableiter 8. Die Überlastungsschutz-Baueinheit 1 wird mit Anschlußleitungen 17, 18, 19 in einer Schutzkontakt-Steckdose (nicht gezeigt) an das Stromnetz angeschlossen. Dabei steht die Leitung 17 für PE, Leitung 18 für den Null-Leiter N und Leitung 19 für die Phase L. Der Gas-Ableiter 8 ist in eine Durchbrechung 9 der Platine 2 eingelegt und die Temperatursicherungen 3, 4 sind in Ausschnitten 10, 11 an der Längsseite 42 der Platine 2 eingelegt. Die Temperatursicherungen 3, 4 stehen geringfügig über die Längsseite 42 vor und werden von der Längsseitenwand 25 des insbesondere in 3 gezeigten Gehäuses 15 gegen die Varistoren 5, 6 gedrückt, um dort eine mögliche Übertemperatur zu erfühlen und dabei ggf. ihren Stromdurchfluß zu unterbrechen, wodurch die Varistoren 5, 6 stromlos geschaltet werden.
Die Varistoren 5, 6 sind elektrisch und mechanisch durch Anschlußleitungen 33, 34 und 35, 36 mit der Platine 2 verbunden. Sie liegen nebeneinander auf der Bestückungsseite 45 flach auf der Platine 2 und decken diese im wesentlichen ab. In dem V-förmigen Zwischenraum zwischen den beiden kreisrunden Varistoren 5, 6 ist der Gas-Ableiter 8 angeordnet, der mit seinen Anschlußleitungen 37, 38 an beiden Längsseiten 42, 43 der Platine 2 angelötet ist.
Die Bestückungsseite der Platine ist symmetrisch aufgebaut. Die Anschlußleitungen 17, 18, 19 sind an Vorsprüngen zwischen den Ausschnitten 10, 11 auf einer Längsseite der Platine 2 angelötet.
Die in 2 gezeigte Lötseite 44 der Platine 2 weist neben zahlreichen Lötstellen auch ein Bestückungselement, nämlich ein Piezo-Element 13 auf, das im Zusammenwirken mit einem Transistor 12 ein Warnelement 7 bildet. Das Warnelement 7 arbeitet akustisch und signalisiert, daß eine Überspannung die Sicherungen zerstört hat.
Das Piezo-Element 13 wird mit einem Tragrahmen 14 mechanisch auf der Platine 2 befestigt. Der Tragrahmen 14 hat die Form eines Tellers, in den das kreisrunde, scheibenförmige Piezo-Element 13 eingelegt ist und es wird von drei Krallen 39, 40, 41 in dem Teller gehalten. Zwischen dem Tellerboden und dem Zentralbereich des Piezo-Elements 13 ist ein Hohlraum. Mit dem Tellerboden wird der Tragrahmen 14 auf der Platine 2 festgeklebt. Der Rand des Tragrahmens 14 überragt das Piezo-Element 13 in radialer und in axialer Richtung, so daß auch auf der dargestellten Vorderseite des Piezo-Elements Raum vorgesehen ist, in dem die zentralen Bereiche des Piezo-Elements 13 frei schwingen können.
Die Schwingfähigkeit des Piezo-Elements ist auch im Zusammenhang mit dem in 3 dargestellten Gehäuse 15 für die Platine 2 von Bedeutung.
Das Gehäuse 15 umfaßt einen oben offenen Gehäusebereich 46, der von einem Deckel 16 nach Montage der Platine 2 verschlossen werden kann. Der Gehäusebereich 46 weist einen Boden 24 auf, der von zwei Seitenwänden 25, 47 und von zwei Stirnwänden 48, 49 umrahmt wird. An die Längsseitenwand 25 ist der Deckel 16 mit einem Filmscharnier 20 angelenkt. An dem freien Ende des Deckels 16 sind drei Zungen 27, 28, 29 ausgebildet, die bei geschlossenem Deckel 16 mit Lochern 30, 31, 32 am oberen Rand der gegenüberliegenden Längsseitenwand 47 des Gehäuses 15 einen Verschluß bilden.
An der Kante 26 zwischen dem Boden 24 des Gehäuses 15 und der Längsseitenwand 25 mit dem Filmscharnier 20 sind drei Öffnungen 21, 22, 23 ausgebildet, die der Durchführung der Anschlußleitungen 17, 18, 19 vergl. 1 und 2 dienen. Jede der Öffnungen hat Abschnitte in der Seitenwand 25 und im Boden 24 des Gehäuses 15. Dadurch können die Leitungen mit wenig Verformung aus dem Gehäuse herausgeführt werden.
Bei geschlossenem Deckel 16 liegt dieser auf dem Tragrahmen 14 des Piezo-Elements 13 auf und spannt diesen gegen die Platine 2.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 3929229 A [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- DIN 49440 [0002]
- DIN 49440 [0003]

Claims

Überspannungsschutz-Baueinheit (1) mit einer Platine (2) mit mindestens zwei Temperatursicherungen (3, 4) und mit mindestens zwei Varistoren (5, 6) sowie einem akustischen Warnelement (7) und mit einem Gas-Ableiter (8), wobei die Platine (2) mindestens eine Durchbrechung (9) oder mindestens einen Ausschnitt (10, 11) am Umfang aufweist, in der/dem ein Bauelement (3, 4, 8) eingesetzt ist und wobei die mindestens zwei Varistoren (5, 6) und die mindestens zwei Temperatursicherungen (3, 4) in kontaktfähiger Nachbarschaft an der Platine (2) vorgesehen sind.
Überspannungsschutz-Baueinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das akustische Warnelement (7) einen Transistor (12) und ein Piezo-Element (13) auf der Platine (1) umfaßt.
Überspannungsschutz-Baueinheit (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Piezo-Element (13) einen Tragrahmen (14) aufweist.
Überspannungsschutz-Baueinheit (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (1) in einem sie umgebenden Gehäuse (15) geschützt ist.
Überspannungsschutz-Baueinheit (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gas-Ableiter (8) in einer Durchbrechung (9) der Platine (2) angeordnet ist.
Überspannungsschutz-Baueinheit (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatursicherungen (3, 4) in Ausschnitten (10, 11) der Platine (2) angeordnet sind.
Überspannungsschutz-Baueinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platine (2) beidseitig bestückt ist.