-
Die
Erfindung betrifft ein Überspannungsschutzelement mit einem
Gehäuse, mit mindestens einem in dem Gehäuse angeordneten überspannungsbegrenzenden
Bauelement, insbesondere einem Varistor, mit zwei Anschlusskontakten
zum elektrischen Anschluss des Überspannungsschutzelements
an den zu schützenden Strom- oder Signalpfad, mit einem
elektrisch leitfähigen Verbindungselement und mit einem
auf das Verbindungselement einwirkenden Federsystem wobei der erste
Anschlusskontakt direkt mit dem ersten Pol des überspannungsbegrenzenden
Bauelements in elektrisch leitendem Kontakt steht, wobei im Normalzustand des Überspannungsschutzelements
das Verbindungselement sowohl mit dem zweiten Anschlusskontakt als
auch mit dem zweiten Pol des überspannungsbegrenzenden
Bauelements über eine thermisch auftrennende Verbindung
in elektrisch leitendem Kontakt steht, die dann auftrennt, wenn
die Temperatur des überspannungsbegrenzenden Bauelements
eine vorgegebene Grenztemperatur überschreitet, und wobei
bei aufgetrennter thermischer Verbindung das Verbindungselement
durch die Kraft des Federsystems derart aus der Kontaktstellung
bewegt wird, dass das Verbindungselement keinen elektrisch leitenden
Kontakt mehr mit dem zweiten Anschlusskontakt und dem zweiten Pol
des überspannungsbegrenzenden Bauelements hat.
-
Aus
der
DE 42 41 311 C2 ist
ein Überspannungsschutzelement bekannt, das zur Überwachung des
Zustands eines Varistors eine thermische Abtrennvorrichtung aufweist.
Bei diesem Überspannungsschutzelement ist das erste Anschlusselement über
einen flexiblen Leiter mit einem starren Trennelement verbunden,
dessen dem flexiblen Leiter abgewandtes Ende über eine
Lötstelle mit einer am Varistor vorgesehenen Anschlussfahne
verbunden ist. Das andere Anschlusselement ist über einen
flexiblen Leiter fest mit dem Varistor bzw. einer Anschlussfahne
am Varistor verbunden. Das Trennelement wird von einem Federsystem
mit einer Kraft beaufschlagt, die dazu führt, dass das
Trennelement beim Auftrennen der Lötverbindung von der
Anschlussfahne linear wegbewegt wird, so dass der Varistor bei thermischer Überlastung
elektrisch abgetrennt wird. Über das Federsystem wird beim
Auftrennen der Lötverbindung gleichzeitig ein Fernmeldekontakt
betätigt, so dass eine Fernüberwachung des Zustandes des Überspannungsschutzelements
möglich ist. Durch die Verwendung der flexiblen Leiter
zum Anschluss des Varistors ist die Höhe des maximal zulässigen
Impulsstromes, der von dem Überspannungsschutzelement abgeleitet
werden kann, begrenzt.
-
Auch
aus der
DE 20
2004 006 227 U1 ist ein Überspannungsschutzelement
bekannt, bei dem die Überwachung des Zustands eines Varistors
nach dem Prinzip eines Temperaturschalters erfolgt, so dass bei Überhitzung
des Varistors eine zwischen dem Varistor und einem Trennelement
vorgesehene Lötverbindung aufgetrennt wird, was zu einem
elektrischen Abtrennen des Varistors führt. Außerdem wird
beim Auftrennen der Lötverbindung ein Kunststoffelement
durch die Rückstellkraft einer Feder aus einer ersten Position
in eine zweite Position geschoben, in der das als federnde Metallzunge
ausgebildete Trennelement durch das Kunststoffelement thermisch
und elektrisch vom Varistor getrennt ist, so dass ein eventuell
zwischen der Metallzunge und der Kontaktstelle des Varistors anstehender
Lichtbogen gelöscht wird. Da das Kunststoffelement zwei
nebeneinander angeordnete farbige Markierungen aufweist, fungiert
es gleichzeitig auch als optische Zustandsanzeige, so dass der Zustand
des Überspannungsschutzelements direkt vor Ort abgelesen
werden kann.
-
Die
DE 695 03 743 T2 offenbart
ein Überspannungsschutzelement mit zwei Varistoren, das zwei
Trennmittel aufweist, die die Varistoren jeweils an ihrem Lebensende
einzeln abtrennen können. Die Trennmittel weisen jeweils
eine federnde Trennzunge auf, wobei das erste Ende der Trennzunge
mit dem ersten Anschluss fest verbunden und das zweite Ende der
Trennzunge im Normalzustand des Überspannungsschutzelements über
eine Lötstelle an einer Verbindungszunge am Varistor befestigt
ist. Kommt es zu einer unzulässigen Erwärmung
des Varistors, so führt dies zu einem Aufschmelzen der
Lötverbindung. Da die Trennzunge im angelöteten
Zustand (Normalzustand des Überspannungsschutzelements)
aus ihrer Ruhelage ausgelenkt und somit vorgespannt ist, federt
das freie Ende der Trennzunge beim Erweichen der Lötverbindung
von der Verbindungszunge des Varistors weg, wodurch der Varistor
elektrisch abgetrennt wird. Um die geforderte Isolations- und Kriechstromfestigkeit
zu gewährleisten und einen beim Öffnen der Trennstelle
entstehenden Lichtbogen zu löschen, ist es erforderlich,
dass beim Verschwenken der Trennzunge ein möglichst großer
Abstand zwischen dem zweiten Ende der Trennzunge und der Verbindungszunge
des überspannungsbegrenzenden Bauelement erzielt wird. Darüber
hinaus darf der Querschnitt der Trennzunge nicht zu große
sein, damit diese eine ausreichende Federeigenschaft hat. Dies führt
jedoch ebenfalls zu einer Begrenzung des maximal zulässigen
Impulsstromes.
-
Aus
der
DE 699 04 274
T2 ist ein eingangs beschriebenes Überspannungsschutzelement
bekannt. Bei diesem Überspannungsschutzelement ist ein
Ende eines starren federbelasteten metallischen Schiebers im Normalzustand
des Überspannungsschutzelements sowohl mit dem ersten Anschlusselement
als auch mit einer mit dem Varistor verbundenen Anschlussfahne verlötet.
Eine unzulässige Erwärmung des Varistors führt
auch hier zu einer Erwärmung der Lötstelle, so
dass der Schieber aufgrund der an ihm angreifenden Kraft einer Feder
aus der Verbindungsstelle zwischen dem ersten Anschlusselement und
der Anschlussfahne gezogen wird, was zu einer elektrischen Abtrennung
des Varistors führt. Zur Löschung eines beim Öffnen
der Trennstelle entstehenden Lichtbogens steht nur die Luftstrecke
zwischen dem ersten Anschlusselement und der mit dem Varistor verbundenen
Anschlussfahne zu Verfügung, so dass das Überspannungsschutzelement
relativ große Abmessungen aufweisen muss, um einen Lichtbogen
sicher und schnell löschen zu können.
-
Die
bekannten Überspannungsschutzelemente sind in der Regel
als ”Schutzstecker” ausgebildet, die zusammen
mit einem Geräteunterteil ein Überspannungsschutzgerät
bilden. Zur Installation eines derartigen Überspannungsschutzgeräts,
welches beispielsweise die phasenführenden Leiter L1, L2,
L3 sowie den Neutralleiter N und gegebenenfalls auch den Erdleiter
PE schützen soll, sind bei den bekannten Überspannungsschutzgeräten
am Geräteunterteil entsprechende Anschlussklemmen für
die einzelnen Leiter vorgesehen. Zur einfachen mechanischen und
elektrischen Kontaktierung des Geräteunterteils mit dem
jeweiligen Überspannungsschutzelement sind bei dem Überspannungsschutzelement
die Anschlusskontakte als Steckerstifte ausgebildet, zu denen im
Geräteunterteil korrespondierende, mit den Anschlussklemmen
verbundene Steckerbuchsen angeordnet sind, so dass das Überspannungsschutzelement
einfach auf das Geräteunterteil aufsteckbar ist.
-
Bei
derartigen Überspannungsschutzgeräten ist die
Installation und Montage durch die Steckbarkeit der Überspannungsschutzelemente
sehr einfach und zeitsparend durchführbar. Zusätzlich
weisen derartige Überspannungsschutzgeräte teilweise noch
einen Wechselkontakt als Signalgeber zur Fernmeldung des Zustands
mindestens eines Überspannungsschutzelements sowie eine
optische Zustandsanzeige in den einzelnen Überspannungsschutzelementen
auf. Über die Zustandsanzeige wird angezeigt, ob das in
dem Überspannungsschutzelement angeordnete überspannungsbegrenzende Bauelement
noch funktionstüchtig ist oder nicht. Als überspannungsbegrenzendes
Bauelement werden dabei insbesondere Varistoren verwendet, wobei
jedoch je nach Einsatzzweck des Überspannungsschutzelements
auch gasgefüllte Überspannungsableiter, Funkenstrecken
oder Dioden eingesetzt werden können.
-
Die
zuvor beschriebenen, bei den bekannten Überspannungsschutzelementen
verwendeten, thermischen Abtrennvorrichtungen, die auf dem Aufschmelzen
einer Lötverbindung beruhen, haben mehrere Aufgaben zu
erfüllen. Im Normalzustand des Überspannungsschutzelements,
d. h. im nicht getrennten Zustand, muss eine sichere und gute elektrische
Verbindung zwischen dem ersten Anschlusselement und dem überspannungsbegrenzenden
Bauelement gewährleistet sein. Beim Überschreiten
einer bestimmten Grenztemperatur muss die Trennstelle eine sichere
Abtrennung des überspannungsbegrenzenden Bauelements sowie
eine dauerhafte Isolationsfestigkeit und Kriechstromfestigkeit gewährleisten.
Sollen die Überspannungsschutzelements darüber
hinaus möglichst kleine Abmessungen aufweisen, damit die Überspannungsschutzgeräte
die für Tragschienengeräte vorgegebenen Abmessungen
nicht überschreiten, so führt dies dazu, dass
die bekannten Überspannungsschutzgeräte nur in
den unteren und mittleren Leistungsklassen, d. h. für Impulsströme ≤ 65
kA, eingesetzt werden können.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein eingangs
beschriebenes Überspannungsschutzelement zur Verfügung
zu stellen, bei welchem die zuvor genannten Nachteile vermieden
werden. Dabei soll sowohl eine sichere und gute elektrische Verbindung
im Normalzustand als auch eine sichere Abtrennung eines defekten überspannungsbegrenzenden
Bauelements gewährleistet sein. Darüber hinaus
soll eine möglichst hohe Isolations- und Kriechstromfestigkeit
auch bei möglichst kleiner Baugröße des Überspannungsschutzelements
erzielt werden, damit das Überspannungsschutzelement möglichst
hohe Impulsströme ableiten kann.
-
Diese
Aufgabe ist bei dem eingangs beschriebenen Überspannungsschutzelement
gemäß dem Patentanspruch 1 dadurch gelöst,
dass das elektrisch leitfähige Verbindungselement derart
mit einem isolierendem Trennelement verbunden ist, dass bei aufgetrennter
thermischer Verbindung das isolierendem Trennelement zwischen den
zweiten Anschlusskontakt und den zweiten Pol des überspannungsbegrenzenden
Bauelements bewegt wird. Dadurch, dass das elektrisch leitfähige
Verbindungselement, dass im Normalzustand des Überspannungsschutzelements
zwischen dem zweiten Anschlusskontakt und dem zweiten Pol des überspannungsbegrenzenden
Bauelements angeordnet und mit beiden elektrisch leitend verbunden
ist, mit einem isolierenden Trennelement verbunden ist, dass bei aufgetrennter
thermischer Verbindung zwischen dem zweiten Anschlusskontakt und
dem zweiten Pol des überspannungsbegrenzenden Bauelements
angeordnet ist, wird ein beim Öffnen der Trennstelle eventuell
entstehender Lichtbogen zuverlässig durch das in die Trennstelle
einfahrende isolierende Trennelement gelöscht. Im Fehlerfall
des Überspannungsschutzelements, wird somit nach dem Auftrennen
der Lötverbindung das leitfähige Verbindungselement durch
die Kraft des Federsystems aus dem Zwischenraum zwischen dem zweiten
Anschlusskontakt und dem zweiten Pol des überspannungsbegrenzenden
Bauelements heraus bewegt und das isolierende Trennelement in den
Zwischenraum hinein bewegt.
-
Grundsätzlich
gibt es verschiedene Möglichkeiten, wie das elektrisch
leitfähige Verbindungselement und das isolierende Trennelement
ausgebildet und miteinander verbunden sein können. Das
isolierende Trennelement kann beispielsweise von einer aus isolierendem
Material bestehenden Leiterplatte gebildet sein, die einen Bereich
aufweist, in dem die Oberfläche der Leiterplatte auf beiden
Seiten leitfähig ist, wobei die leitfähigen Oberflächen
mittels Durchkontaktierungen elektrisch miteinander verbunden sind.
Das Trennelement kann jedoch auch aus einem leitfähigen
Material bestehen, das außer im Bereich des Verbindungselements
isoliert ist, beispielsweise einen isolierenden Überzug
oder eine isolierende Abdeckung aufweist.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden das isolierende Trennelement von
einer starren Isolierstoffplatte und das leitfähige Verbindungselement
von mindestens einem Metallstück gebildet, wobei das Metallstück
vorzugsweise in einer in der Isolierstoffplatte ausgebildeten Öffnung eingepresst
ist. Das isolierende Trennelement und das leitfähige Verbindungselement
sind dann fest miteinander verbunden, und bilden ein gemeinsames Bauteil,
wodurch zum einen die Montage des Überspannungsschutzelements
vereinfacht wird, zum anderen gewährleistet ist, dass sich
das leitfähige Verbindungselement und das isolierende Trennelement stets
gemeinsam verschieben.
-
Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der zweite
Anschlusskontakt fest mit einem starren metallischen Anschlusselement
verbunden, wobei dann im Normalzustand des Überspannungsschutzelements
das dem zweiten Anschlusskontakt abgewandte Ende des starren metallischen
Anschlusselements über eine thermisch auftrennende Verbindung,
d. h. über eine Lötverbindung, mit der einen Seite
des leitfähigen Verbindungselements verbunden ist. Das
starre metallische Anschlusselement kann dabei so dimensioniert
sein, dass es problemlos auch Impulsströme mit sehr hohen
Amplituden übertragen kann. Im Normalzustand des Überspannungsschutzelements
ist dann der zweite Pol des überspannungsbegrenzenden Bauelements
bzw. eine mit dem Pol verbundene Anschlusslasche mit der einen Seite
des Verbindungselements und das starre metallische Anschlusselement
mit der anderen Seite des Verbindungselements verlötet,
so dass der zweite Anschlusskontakt über das metallische
Anschlusselement und das Verbindungselement mit dem zweiten Pol
des überspannungsbegrenzenden Bauelements bzw. der Anschlusslasche
des zweiten Pols elektrisch leitend verbunden ist.
-
Einleitend
ist ausgeführt, dass bei aufgetrennter thermischer Verbindung,
d. h. bei aufgetrennter Lötverbindung, das Verbindungselement durch
die Kraft des Federsystems aus der Kontaktstellung bewegt wird.
Grundsätzlich kann dies dadurch realisiert werden, dass
eine Feder direkt zwischen dem Verbindungselement und dem Gehäuse angeordnet
ist, so dass das Verbindungselement beim Auftrennen der Lötverbindung
unmittelbar durch die Feder aus der Kontaktstellung herausgezogen
oder herausgedrückt wird. Dabei ist es natürlich auch
möglich, dass die Feder nicht an dem Verbindungselement
sondern an dem – mit dem Verbindungselement fest verbundenen – isolierenden Trennelement
angreift.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist innerhalb des Gehäuses
ein Auslöseschlitten beweglich angeordnet, an dem das Federsystem
derart angreift, dass bei aufgetrennter thermischer Verbindung der
Auslöseschlitten durch die Kraft des Federsystems aus einer
ersten Position in eine zweite Position bewegt wird. Der Auslöseschlitten
ist darüber hinaus noch derart mit dem isolierenden Trennelement
oder dem Verbindungselement verbunden, dass in der ersten Position
des Auslöseschlittens das elektrisch leitfähige
Verbindungselement und in der zweiten Position des Auslöseschlittens
das isolierende Trennelement zwischen dem zweiten Anschlusskontakt
und dem zweiten Pol des überspannungsbegrenzenden Bauelements
bzw. der Anschlusslasche angeordnet ist. Der Auslöseschlitten
dient somit dazu, das elektrisch leitfähige Verbindungselement
aus dem Zwischenraum zwischen dem zweiten Anschlusskontakt bzw.
dem mit dem zweiten Anschlusskontakt verbundenen starren metallischen
Anschlusselement und dem zweiten Pol bzw. der mit dem zweiten Pol
verbundenen Anschlusslasche herauszubewegen. Da das leitfähige Verbindungselement
fest mit dem isolierenden Trennelement verbunden ist, wird dabei
gleichzeitig das Trennelement in den Zwischenraum bewegt.
-
Je
nach Ausgestaltung des Auslöseschlittens und je nachdem,
ob der Auslöseschlitten an dem Verbindungselement oder
an dem Trennelement angreift, wird dabei das leitfähige
Verbindungselement aus dem Zwischenraum herausgeschoben oder herausgezogen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante
ist an dem Auslöseschlitten mindestens ein Mitnahmehaken
angeordnet, der einen Abschnitt des isolierenden Trennelements aufnimmt. Das
isolierende Trennelement wird somit, vorzugsweise an seiner Unterkante,
von dem Mitnahmehaken aufgenommen, so dass das isolierende Trennelement – und
damit auch das leitfähige Verbindungselement – bei
der Bewegung des Auslöseschlittens aus der ersten Position
in die zweite Position nach oben bewegt wird, so dass das Verbindungselement aus
dem Zwischenraum heraus geschoben und das isolierende Trennelement
in den Zwischenraum hinein geschoben wird.
-
Bei
dem erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelement
ist somit das Verbindungselement das einzige Stromführende
Element, das beweglich angeordnet ist. Das metallische Anschlusselement
ist dagegen ebenso wie der Anschlusskontakt starr ausgebildet, so
dass beide Elemente entsprechend robust und mit entsprechend großem
Querschnitt ausgebildet sein können, um auch große
Impulsströme sicher übertragen zu können.
Dadurch, dass keine bewegliche Leitungszuführung vorgesehen
ist, kann eine sehr hohe Stoß- und Kurzschlussstromtragfähigkeit
gewährleistet werden.
-
Das
erfindungsgemäße Überspannungsschutzelement
ist vorteilhafterweise als ”Schutzstecker” ausgebildet,
so dass es zusammen mit einem korrespondierenden Geräteunterteil
ein Überspannungsschutzgerät bildet. Vorteilhafterweise
weist dabei das Geräteunterteil einen Fernmeldekontakt
zur Fernmeldung des Zustands des Überspannungsschutzelements
auf. Zur Betätigung eines zu dem Fernmeldekontakt gehörenden
Schalters im Geräteunterteil ist im Überspannungsschutzelement
ein Auslösestift vorgesehen, der durch eine Öffnung
in der Unterseite des Gehäuses herausragt. Vorzugsweise
ist dabei der Auslösestift mit dem Auslöseschlitten
verbunden, so dass durch die Bewegung des Auslöseschlittens
aus der ersten Position in die zweite Position gleichzeitig der
Auslösestift verschoben, d. h. angehoben wird. Hierzu ist
in dem Auslöseschlitten eine köcherartige Bohrung
ausgebildet, in der der Auslösestift angeordnet ist.
-
Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung dient dabei der Auslösestift
gleichzeitig zur Befestigung bzw. Führung zweier Schraubenfedern, die
zusammen mit dem Auslösestift das Federsystem bilden. Die
beiden Schraubenfedern sind dabei auf dem Auslösestift
angeordnet, der in seinem mittleren Bereich einen Flansch aufweist,
so dass die eine Schraubenfeder einerseits am Gehäuse und
andererseits am Flansch des Auslösestifts und die andere
Schraubenfeder einerseits am Flansch und andererseits am Auslöseschlitten
angreift. Bezüglich der Vorteile eines derartigen, zwei
Schraubenfedern aufweisenden, Fehlersystems wird auf die
DE 42 41 311 C2 und
das dort dargestellte und beschriebene Federsystem verwiesen.
-
Gemäß einer
letzten vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelements,
die hier noch kurz beschrieben werden soll, ist eine optische Zustandsanzeige
vorgesehen, die anzeigt, ob das in dem Überspannungsschutzelement
angeordnete überspannungsbegrenzende Bauelement noch funktionstüchtig
ist oder nicht. Hierzu ist an dem Auslöseschlitten vorzugsweise eine
farbige Anzeigefläche ausgebildet, wobei in Abhängigkeit
von der Position des Auslöseschlittens die Anzeigefläche
oder ein bestimmter Bereich der Anzeigefläche unterhalb
eines im Gehäuse ausgebildeten Sichtfensters angeordnet
ist. Das Sichtfenster kann dabei vorzugsweise in der Oberseite des
Gehäuses ausgebildet sein, so dass die Zustandsanzeige
auch dann einfach ablesbar ist, wenn das Überspannungsschutzgerät
auf einer Tragschiene aufgerastet ist.
-
Im
Einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten,
das erfindungsgemäße Überspannungsschutzelement
auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen sowohl auf
die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche
als auf die nachfolgende Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen
-
1 eine
Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Überspannungsschutzelements,
-
2 eine
Explosionsdarstellung des Überspannungsschutzelements gemäß 1,
ohne äußeres Gehäuse,
-
3 eine
Schnittdarstellung eines Teils des Überspannungsschutzelements
im Normalzustand, mit abgenommenem äußeren Gehäuse,
und
-
4 eine
Schnittdarstellung des Teils des Überspannungsschutzelements
gemäß 3, mit elektrisch abgetrenntem
Varistor.
-
Die
Figuren zeigen ein Überspannungsschutzelement 1 mit
einem Gehäuse 2, wobei in dem Gehäuse 2 ein überspannungsbegrenzendes
Bauelement 3 angeordnet ist. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen
ist das überspannungsbegrenzende Bauelement ein Varistor 3;
alternativ dazu kann beispielsweise auch ein Doppelvaristor oder
ein gasgefüllter Überspannungsableiter als überspannungsbegrenzende
Bauelement 3 verwendet werden. Das als Schutzstecker ausgebildete Überspannungsschutzelement 1 weist
zwei als Messerkontakte ausgebildete Anschlusskontakte 4, 5 auf,
die in korrespondierende Steckerbuchsen eines hier nicht dargestellten
Geräteunterteils aufsteckbar sind.
-
Wie
insbesondere aus der Explosionsdarstellung gemäß 2 ersichtlich
ist, weist das Überspannungsschutzelement 1 außerdem
ein leitfähiges Verbindungselement 6 und ein Federsystem 7 auf. Die
beiden Pole des Varistors 3 sind jeweils mit einer Anschlusslasche 8, 9 verbunden,
wobei im Normalzustand des Überspannungsschutzelements 1 der Varistor 3 über
die beiden Anschlusslaschen 8, 9 mit den beiden
Anschlusskontakten 4, 5 verbunden ist. Der erste
Anschlusskontakt 4 ist dabei direkt – vorzugsweise
einstückig – mit der Anschlusslasche 8 des
ersten Pols des überspannungsbegrenzenden Bauelements 3 verbunden.
-
Erfindungsgemäß ist
das elektrisch leitfähige Verbindungselement 6 fest
mit einem isolierenden Trennelement 10 verbunden, wobei
in dem dargestellten Ausführungsbeispiel das Verbindungselement 6 von
einem Metallstück und das isolierende Trennelement 10 von
einer starren Isolierstoffplatte gebildet wird, die eine Öffnung
aufweist, in der das Metallstück eingepresst ist. Aus 2 ist
darüber hinaus ersichtlich, dass der zweite Anschlusskontakt 5 fest
mit einem starren metallischen Anschlusselement 11 verbunden
ist, das vorliegend als Anschlusswinkel ausgebildet ist. Das starre
metallische Anschlusselement 11 ist dabei so dimensioniert,
dass es Impulsströme > 65
kA ableiten kann.
-
Im
Normalzustand des Überspannungsschutzelements ist das Verbindungselement 6 einerseits
mit der Anschlusslasche 9 des zweiten Pols des Varistors 3 und
andererseits mit dem dem zweiten Anschlusskontakt 5 abgewandten
Ende des starren Anschlusselements 11 verlötet,
so dass der zweite Anschlusskontakt 5 bei bestehenden Lötverbindungen über
das Anschlusselement 11, das Verbindungselement 6 und
die Anschlusslasche 9 mit dem zweiten Pol des Varistors 3 verbunden
ist. Aufgrund der robusten Auslegung dieser stromführenden
mechanischen Teile können – wie bereits ausgeführt – auch
große Impulsströme sicher übertragen
und damit abgeleitet werden.
-
Kommt
es aufgrund eines Fehlerfalls des Varistors 3 zu einem
Aufschmelzen der Lötverbindungen zwischen dem Verbindungselement 6 und
der Anschlusslasche 9 sowie zwischen dem Verbindungselement 6 und
dem Anschlusselement 11, so wird das Verbindungselement 6 durch
die Kraft des Federsystems 7 aus der Kontaktstellung nach
oben geschoben und gleichzeitig das isolierende Trennelement 10 in
den Zwischenraum zwischen der Anschlusslasche 9 und dem
starren Anschlusselement 11 eingeschoben wird. Ein beim Öffnen
der Trennstelle entstehender Lichtbogen wird somit direkt durch
das in die Trennstelle einfahrende isolierende Trennelement 10 gelöscht,
so dass eine hohe Isolations- und Kriechstromfestigkeit und ein
schnelles Löschen eines Lichtbogens gewährleistet
werden kann, ohne dass der Abstand zwischen der Anschlusslasche 9 des
zweiten Pols und dem zugehörigen Anschlusskontakt 5 bzw.
dem Anschlusselement 11 vergrößert werden
muss. Das Überspannungsschutzelement 1 kann somit
relativ geringe Abmaße aufweisen, so dass es sich besonders
als Steckerteil bei einem auf eine Tragschiene aufgerasteten Geräteunterteil
eignet. Da nicht das Anschlusselement 11 sondern nur das
Verbindungselement 6 bewegt wird, kann das als Anschlusswinkel
ausgebildete Anschlusselement 11 entsprechend robust und
mit einem ausreichend großen Querschnitt ausgebildet sein.
-
Insbesondere
aus der Explosionsdarstellung gemäß 2 ist
weiter erkennbar, dass das Überspannungsschutzelement 1 noch
einen Auslöseschlitten 12 aufweist, der vorzugsweise
aus Kunststoff hergestellt ist. Der Auslöseschlitten 12 weist
in seinem unteren Bereich zwei Mitnahmehaken 13 auf, die
die Unterseite des Trennelements 10 untergreifen. Außerdem
ist in dem Auslöseschlitten 12 eine einseitige
geschlossene Bohrung 14 ausgebildet, in die ein Auslösestift 15 eingebracht
ist, dessen unteres Ende 16 aus einer in der Unterseite 17 des
Gehäuses 2 angeordneten Öffnung herausragt,
so dass durch den Auslösestift 15 ein in einem – hier
nicht dargestellten – Geräteunterteil angeordneter
Schalter eines Fernmeldekontakts betätigt werden kann.
-
Der
Auslösestift 15 weist in seinem mittleren Bereich
einen umlaufenden Flansch 18 auf, an dessen Stirnseite
jeweils eine auf dem Auslösestift 15 aufgesteckte
Schraubenfeder 19 anliegt. Im montierten Zustand sind dabei
die beiden Schraubenfedern 19 gespannt, so dass die untere
Schraubenfeder 19 einerseits am Gehäuse 2 und
andererseits an der unteren Stirnseite des Flansches 18 und
die obere Schraubenfeder 19 einerseits an der oberen Stirnseite
des Flansches 18 und andererseits an der als Köcher
fungierenden einseitig geschlossenen Bohrung 14 im Auslöseschlitten 12 angreift.
Die Federkräfte der Schraubenfedern 19 wirken
dabei über den Auslöseschlitten 12 und
dessen Mitnahmehaken 13 auf das isolierende Trennelement 10 und
damit auf die Lötstellen zwischen dem Verbindungselement 6 und der
Anschlusslasche 9 einerseits und dem Verbindungselement 6 und
dem Anschlusselement 11 andererseits.
-
Wenn
nun im Laufe der Zeit durch Überlastung oder Alterung dauerhaft
ein Leckstrom über den Varistor 3 fließt,
führt dies zu einer Erwärmung des Varistors 3,
was bei Erreichen der Schmelztemperatur des Lotes zu einem Auftrennen
der Lötverbindungen fährt, da die Lötstellen
die erforderliche Gegenkraft zur Federkraft der beiden Schraubenfedern 19 nicht
mehr aufbringen können. Dies fährt dann dazu, dass
der Aufnahmeschlitten 12 aus seiner ersten, unteren Position
(3) in seine zweite, obere Position (4)
fährt, wobei durch die an dem Trennelement 10 angreifenden
Mitnahmehaken 13 auch die Isolierstoffplatte nach oben
geschoben wird, so dass das als Verbindungselement 6 dienende
Metallstück aus dem Zwischenraum zwischen der Anschlusslasche 9 und
dem Anschlusselement 11 herausgeschoben und das isolierende
Trennelement 10 in den Zwischenraum hereingeschoben wird.
Das in den Zwischenraum einfahrende Trennelement 10 unterbricht dabei
die elektrische Verbindung zwischen dem zweiten Pol des Varistors 3 und
dem zweiten Anschlusskontakt 5, so dass der Varistor 3 elektrisch abgetrennt
wird. Gleichzeitig wird ein auftretender Schaltlichtbogen durch
das in den Zwischenraum einfahrende Trennelement 10 unterbrochen
und somit gelöscht.
-
Zur
Anzeige des Zustands des Varistors 3 bzw. des Überspannungsschutzelements 1 ist
eine optische Zustandsanzeige vorgesehen, die durch ein in der Oberseite 20 des
Gehäuses 2 ausgebildetes Sichtfenster 21 erkennbar
ist. Die optische Zustandsanzeige wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
dadurch gebildet, dass der Auslöseschlitten 12 eine
flexible farbige Anzeigefläche 22 aufweist, die
in der zweiten, oberen Position des Auslöseschlittens 12 einen
am Innengehäuse 23 des Überspannungsschutzelements 1 ausgebildeten
andersfarbigen Bereich 24 überdeckt. Der Bereich 24 des
Innengehäuses 23, der sich unterhalb des Sichtfensters 21 befindet,
ist beispielsweise grün eingefärbt, so dass dieser grüne
Bereich 24 in der ersten, unteren Position des Auslöseschlittens 12 (3)
durch das Sichtfenster 21 in der Oberseite 20 des
Gehäuses 2 sichtbar ist. Im Fehlerfall des Varistors 3,
in dem die Lötverbindungen aufgetrennt und der Auslöseschlitten 12 in seine
zweite, obere Position gefahren ist, überdeckt die flexible
Anzeigefläche 22 den farbigen Bereich 24 des
Innengehäuses, so dass nunmehr durch das Sichtfenster 21 im
Gehäuse 2 die Anzeigefläche 22 des
Auslöseschlittens 12 sichtbar ist. Ist diese Anzeigefläche 22 beispielsweise
rot eingefärbt, so ist durch das Sichtfenster 21 schnell
und einfach erkennbar, ob der Varistor 3 noch funktionstüchtig
ist (grüne Zustandsanzeige) oder defekt und daher elektrisch
abgetrennt worden ist (rote Zustandsanzeige).
-
Als
Alternative zur zuvor beschriebenen Ausgestaltung der optischen
Zustandsanzeige, kann auch die Anzeigefläche 22 zweifarbig – grüner
Bereich und roter Bereich – ausgebildet sein, wobei je nach
Position des Auslöseschlittens 12 ein Bereich der
Anzeigefläche 22 durch das Sichtfenster 21 sichtbar
ist.
-
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 4241311
C2 [0002, 0019]
- - DE 202004006227 U1 [0003]
- - DE 69503743 T2 [0004]
- - DE 69904274 T2 [0005]
