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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Varistorschutz mit einem Varistor in einem Gehäuse und mit einer dynamischen und einer thermischen Trennung von der angelegten Spannung.
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Derartige Schutzvorrichtungen und Schaltungen werden unter anderem in Industrie-Umrichtern und Wechselrichtern von Solaranlagen eingesetzt. Sie dienen dem Überspannungsschutz, insbesondere als Feinschutz. Z. B. bei einem indirekten Blitzeinschlag trennt der Varistorschutz den Varistor an einem Anschlussdraht von der Stromzufuhr.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Trennung eines Varistors von der Stromzufuhr sichtbar zu machen, auch wenn die Stromversorgung unterbrochen ist.
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Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 wiedergegeben. Bei einer Ausbildung des Varistorschutzes als Feinschutz werden vorzugsweise Varistoren in Scheibenform eingesetzt, die in kleine Kunststoffgehäuse mit aufklappbaren und verschließbaren Deckeln eingesteckt sind und mit aus dem Kasten herausgeführten Anschlussdrähten versehen sind.
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Der federnd vorgespannte Hebel zieht mit seiner Federkraft an einem im Gehäuse an einen Anschlussdraht des Varistors angelöteten Bypass, der als Litze sehr flexibel ausgebildet ist. Ein Anschlussdraht des Varistors ist nicht mit seinem freien Ende an die Spannungsversorgung angeschlossen, die Spannung liegt über den Bypass an dem Varistor an.
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Bei einer thermischen Trennung schmilzt das Lot und die Spannungsversorgung wird unterbrochen.
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Der Varistorschutz umfasst aber auch einen dynamischen Überlastungsschutz, ein Drahtstück, das bei großen Stromimpulsen mit hoher Spannung besonders schnell schmilzt, verbrennt oder sublimiert. Dieser Draht ist einerseits an das flexible Drahtstück angelötet und andererseits an dem Hebel angelötet. Dazu ist der Hebel zumindest in diesem Endbereich in lötbarem Material ausgeführt, vorzugsweise in Leiterplattenmaterial. Aus Gründen der Vereinfachung soll der gesamte Hebel aus Leiterplattenmaterial ausgebildet sein. Der Varistorschutz trennt bei kleinen lang anhaltenden Überlastungen des Varistors durch das Schmelzen des Lotes und bei impulsartigen hohen Überlastungen schmilzt oder sublimiert der Draht in kürzester Zeit.
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Die Verwendung eines federnd vorgespannten Hebels zum Zerreisen hat den Vorteil, dass eine große Trennstrecke entsteht, die ein Überspringen der Spannung verhindert und sauber trennt.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Sichtfenster im Gehäuse auf dem den Anschlussdrähten des Varistors gegenüberliegenden Ende des Gehäuses angeordnet ist. Das erleichtert die Einsicht in das Sichtfenster, weil die Anschlussdrähte im montierten Zustand meistens unten angeordnet sind und die Einsicht von oben erfolgt.
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Zur Um diese erleichterte Einsicht zu befördern ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Hebel zweiarmig ausgebildet ist und mit einem Gelenk im Gehäuse gelagert ist. Das Zerreißen des Bypass-Drahtes erfolgt in der Nähe der Unterseite des Gehäuses und die Anzeige, dass der Bypassdraht zerrissen wurde, erfolgt am anderen Ende des zweiarmigen Hebels. Durch die Verwendung eines zweiarmigen Hebels lassen sich die Kraft auf den Bypassdraht und der Weg, den das abgerissene Drahtende bzw. das Ende des zweiten Hebelarms bei der Trennung zurücklegen, einfach auslegen. Insbesondere lässt sich so eine große Trennstrecke einstellen.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist darin zu sehen, dass die farbliche Abhebung an einem Ende eines ersten Hebelarmes angeordnet ist und dass die Stromzufuhr am anderen Ende des zweiten Hebelarmes mit einer flexiblen Leitung angeschlossen ist. Der bei Überspannung abschaltende Hebel ist an seinem Endbereich mit einem Abschnitt mit einem Tupfer Signalfarbe versehen, der in seiner Grundstellung in dem Sichtfenster im Gehäuse angeordnet ist. Tritt eine Überspannung auf, so zerreist der Hebel unter der Wirkung der gespannten Feder den Bypass-Draht und der Farbtupfer verschwindet hinter dem Sichtfenster. Der Ausfall des Varistors ist somit auch bei Stromausfall sichtbar.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Mittel für die dynamische und die thermische Trennung am freien Ende des zweiten Hebelarmes angeordnet sind. Beide Trennstellen, das Lot für die thermische Trennung und der Draht für die dynamische Trennung stehen so unter der Zugspannung, die von der Feder ausgeht.
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Nach einem ergänzenden Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass die Feder zur Vorspannung des Hebels zwischen dem farblich abgehobenen Bereich des ersten Hebelarmes und dem Gelenkpunkt im Gehäuse angreift. Die Feder greift somit in einem sehr kurzen Abstand zum Drehpunkt des Hebels an und unterliegt dadurch geringen Kraftschwankungen und kann so die Trennstrecke zuverlässig aufrechterhalten.
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Die Feder ist aus metallischem Material. vorzugsweise handelt es sich um eine Schrauben-Druckfeder aus Stahl, die auch bei thermischer Beanspruchung wenig oder keine Spannkraft verliert.
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Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die dynamische und die thermische Trennung in Reihe geschaltet sind. Damit wird vereinfachend auf eine separate Information darüber, ob es sich um eine längerfristige Überlastung handelt oder um eine impulsartige Überspannung, verzichtet.
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Der von dem Bypass gebrückte Anschlussdraht dient der elektronischen Feststellung, ob noch Spannung anliegt oder ob eine Überspannung vorgekommen ist.
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Die Erfindung wird im Einzelnen anhand der Zeichnung erläutert, dabei zeigen:
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1: ein Gehäuse mit einem nicht ausgelösten Varistorschutz mit abgenommenem Deckel;
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2: das leere Gehäuse in perspektivischer Darstellung;
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3: das Gehäuse mit nicht ausgelöster Trennung, ohne Varistor;
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4: das Gehäuse nach 1 mit ausgelöster Trennung;
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Ein in 1 gezeigter Varistorschutz 1 findet z. B. in einem Wechselrichter einer Solaranlage Anwendung. Der Varistorschutz 1 ist in einem Gehäuse 3 mit einem Varistor 2 und einem zweiarmigen Hebel 4, der bei 15 mit einem Gelenk im Gehäuse 3 schwenkbar gelagert ist, angeordnet. An der Oberseite des Gehäuses ist ein Sichtfenster 8 angeordnet. Der Hebel 4 ist aus lötbarem, plattenförmigem Material hergestellt, das im Gelenk 15 auf einem gehäuseseitigen Stehbolzen gelagert ist. Vorzugsweise ist der Hebel 4 aus Leiterplattenmaterial hergestellt. Ein erster Hebelarm 13 des doppelarmigen Hebels 4 trägt an seinem freien Ende eine farbliche Hervorhebung 9, die durch erfolgte Schwenkung des Hebers 4 gegen die Wirkung einer Feder 5 in den Bereich des Sichtfensters 8 gebracht ist. In der gezeigten Situation ist der Varistor 2 an die Spannung zwischen den Anschlussdrähten 10 und 12 angeschlossen. Der Hebel 4 stützt sich unterhalb der farblichen Markierung 9 mit seinem ersten Hebelarm 13 an der Feder 5 gegen das Gehäuse 3 ab. Die Kraft der Feder 5 wirkt auf eine Rechtsdrehung des Hebels 4. Ein zweiter Hebelarm 14 ragt in den unteren Bereich des Gehäuses 3 und ist dort mit einer als Bypass ausgebildeten flexiblen elektrischen Leitung 16 an den Anschlussdraht 10 angeschlossen. Der Anschluss an den Anschlussdraht 11 des Varistors 2 erfolgt nacheinander über eine Lötstelle 7 mit einem als Schmelzsicherung fungierenden Lot, das an einen Draht 6 anschließt und an einem beabstandeten Abschnitt des Drahtes 6 mit der flexiblen Leitung 16 verlötet ist. Die gelötete Verbindung 7 mit dem Draht 6 verhindert mechanisch durch Zug eine Rechtsdrehung unter der Wirkung der Feder 4. Die Lötstelle(n) 7 stellen eine thermische Sicherung des Varistors 2 gegen eine lang anhaltende geringe Überspannung dar, während der zwischengelötete Draht 6 eine dynamische Trennung des elektrischen Anschlussdrahtes 10 bei impulsartiger starker Überspannung bildet.
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Das in 2 gezeigte Gehäuse 3 zeigt bei abgeschnittenem Deckel an der Oberseite des Gehäuses 3 das Sichtfenster 8 und an der Unterseite des Gehäuses 3 die Durchtrittsöffnungen 17, 18, 19 für die Anschlussdrähte 10, 11, 12 des Varistors 2.
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In 3 ist die Situation aus 1 unter Weglassung des Varistorkörpers 2 gezeigt. Die Anschlussdrähte 10, 11, 12 wurden in der Zeichnung belassen. Der Draht 6, die dynamische Trennung, ist U-förmig gebogen und mit seinen beiden freien Schenkeln durch zwei Löcher am freien Ende des Hebelarmes 14 gesteckt und mit dem Hebelarm 14 verlötet. Zusätzlich ist an den Schlussbogen des U die flexible Leitung 16 angelötet. Ein freies Ende 20 des U-förmigen Drahtes 6 ist an den Anschlussdraht 11 angelötet. Die Lötverbindung 7 und der Draht 6 stehen unter der Zugspannung, die von der Druckfeder 5 über den Arm 14 des Hebels 4 auf die Strom führende Verbindung ausgeübt wird.
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Wenn aufgrund von Überspannung das Lot 7 schmilzt oder der Draht 6 verbrennt ergibt sich die Situation nach 4 mit ausgelöstem Überspannungsschutz für den Varistor 2 nach Auftritt einer Überspannung.
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Unter der Wirkung der Feder 5 hat das freie Ende des Hebelarmes 14 an der Lötstelle 7 und an dem Draht 6 gezogen und diese bei einer Überspannung zerrissen. Entweder die Lötstelle 7 oder den Draht 6 sind geschmolzen oder verbrannt, was unter der Wirkung der Feder 5 zu einer Trennung mit ca. 8 mm Trennstrecke führt. In der gezeigten Auslösestellung ist die farbliche Hervorhebung 9 nicht mehr im Sichtfenster 8, die Feder 5 ist weitgehend entspannt, der Hebel 4 ist nach rechts geschwenkt und die elektrische Verbindung zwischen dem stromführenden Anschlussdraht 10 und dem mit dem Varistor 2 verbundenen Anschlussdraht 11 ist weiträumig getrennt.
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Durch einen von oben erfolgenden Blick in das Sichtfenster 8 kann der Schaltzustand des Varistors 2 auch bei allgemeinem Stromausfall festgestellt werden.
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Alternativ oder ergänzend kann der Ausfall des Varistors 2 elektronisch durch Messung der Spannung zwischen den Anschlussdrähten 11 und 12 erfolgen.
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Alle beschriebenen oder bildlich dargestellten Merkmale bilden für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
