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Die Erfindung betrifft ein Überspannungsschutzanordnung mit einem Überspannungsschutzgerät und einem mit dem Überspannungsschutzgerät verbindbaren Adapter, wobei das Überspannungsschutzgerät ein Gehäuse, mindestens ein Überspannungsschutzelement und mindestens ein Sensorelement aufweist, das einen Zustand des Überspannungsschutzelements erfasst.
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Überspannungsschutzgeräte werden in unterschiedlichen Ausführungsvarianten umfangreich zum Schutz von elektrischen Stromkreisen, Anlagen, Maschinen und Geräten eingesetzt. Je nach Anwendungsfall und Schutzstufe weisen die Überspannungsschutzgeräte dabei unterschiedliche Überspannungsschutzelemente und unterschiedliche Bauformen auf. Als Überspannungsschutzelemente werden insbesondere Funkenstrecken, gasgefüllte Überspannungsableiter und Varistoren sowie Kombinationen dieser Bauelemente eingesetzt.
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Aufgrund von Alterung und zeitweise auftretenden Überspannungen (TOV) im Sekundenbereich kommt es insbesondere bei Überspannungsschutzelementen mit einem Varistor als Ableiter zu einer unerwünschten Erhöhung des Leckstromes des Varistors bei Betriebsspannung. Überspannungsschutzelemente mit einem Varistor als Ableiter weisen daher in der Regel eine thermische Abtrennvorrichtung auf, durch die ein nicht mehr einwandfrei funktionsfähiger Varistor von dem zu überwachenden Strompfad abgetrennt wird. Bei bekannten Überspannungsschutzelementen erfolgt die Überwachung des Zustandes des Varistors nach dem Prinzip eines Temperaturschalters, wobei bei Überhitzung des Varistors - beispielsweise aufgrund aufgetretener Leckströme - eine zwischen dem Varistor und einem leitfähigen Verbindungselement vorgesehene Lötverbindung aufgetrennt wird, was zu einem elektrischen Abtrennen des Varistors führt. Die Lötverbindung hat dabei die Funktion eines Sensorelements, da sie eine unzulässige Erwärmung des Überspannungsschutzelements detektiert und dann ein Abtrennen des Überspannungsschutzelements bewirkt.
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Eine Überspannungsschutzgerät mit einer derartigen thermischen Abtrennvorrichtung ist beispielsweise aus der
DE 20 2004 006 227 U1 bekannt. Das bekannte Überspannungsschutzgerät weist ein leitfähiges Verbindungselement, eine thermisch auftrennende Verbindung und ein isolierendes Trennelement auf, das verschiebbar am Gehäuse angeordnet ist und durch die Kraft eines Federelements aus einer ersten Position in eine zweite Position verbracht werden kann. Der erste Anschlusskontakt des Überspannungsschutzgeräts ist dauerhaft mit dem einen Anschluss des Varistors elektrisch leitend verbunden. Der zweite Anschlusskontakt ist - ebenfalls dauerhaft - mit dem ersten Ende des leitfähigen Verbindungselements leitend verbunden, während das zweite Ende des leitfähigen Verbindungselements im Normalzustand des Überspannungsschutzelements, d. h. wenn der Varistor nicht unzulässig erwärmt ist, über die thermisch auftrennende Verbindung mit dem zweiten Anschluss des Varistors verbunden ist. Darüber hinaus ist das isolierende Trennelement durch die zwischen dem zweiten Ende des leitfähigen Verbindungselements und dem zweiten Anschluss des Varistors realisierte Lötverbindung entgegen der Federkraft des Federelements in seiner ersten Position gehalten.
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Hat sich der Überspannungsableiter aufgrund einer dauerhaften Überlastung des Varistors so stark erwärmt, dass eine vorgegebene Grenztemperatur überschritten wird, so kommt es zu einem Auftrennen der Lötverbindung. Dabei wird das isolierende Trennelement durch die Kraft des Federelements in seine zweite Position bewegt, in der ein Abschnitt des Trennelements zwischen dem zweiten Ende des Verbindungselements und dem zweiten Anschluss des Varistors angeordnet ist, so dass der Überspannungsableiter elektrisch abgetrennt ist. Durch die Bewegung des Trennelements in seine zweite Position wird außerdem ein beim Öffnen der Trennstelle evtl. entstehender Lichtbogen durch das in die Trennstelle einfahrende isolierende Trennelement gelöscht.
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Das bekannte Überspannungsschutzgerät besteht aus einem mit Anschlussklemmen versehenen Sockelteil und einem als „Schutzstecker“ ausgebildeten Steckerteil, welches einfach auf das Sockelteil aufsteckbar ist. Hierzu sind bei dem Schutzstecker die Anschlusskontakte als Steckerstifte ausgebildet, zu denen im Sockelteil korrespondierende Steckerbuchsen angeordnet sind, die mit den Anschlussklemmen verbunden sind. Zusätzlich weist das bekannte Überspannungsschutzgerät eine optische Zustandsanzeige und einen Wechslerkontakt als Signalgeber zur Fernmeldung des Zustandes des Überspannungsschutzelements auf, wobei sowohl der Wechslerkontakt im Sockelteil als auch die optische Zustandsanzeige am Steckerteil über ein gemeinsames mechanisches Betätigungssystem betätigbar sind.
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Auch die
DE 10 2008 013 448 A1 offenbart einen Überspannungsableiter mit einem Gehäuse, mindestens einem Varistor als Ableitelement sowie einer thermischen Abtrennvorrichtung, um den Ableiter vom Netz zu trennen. Parallel zur Abtrennvorrichtung, die einen beweglichen Leiterabschnitt aufweist, ist ein Kommutierungszweig vorgesehen, über den ein möglicher Fehlerstrom nach dem Öffnen der Abtrennvorrichtung fließen kann. Durch die Anordnung einer Sicherung in dem Kommutierungszweig kann der Fehlerstrom gelöscht werden.
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Die bekannten Überspannungsschutzgeräte ermöglichen eine sichere Abtrennung eines beschädigten überspannungsbegrenzenden Bauelements, insbesondere eines Varistors. Darüber hinaus weisen die Überspannungsschutzgeräte teilweise eine optische Zustandsanzeige auf und ermöglichen zusätzlich auch eine Fernmeldung des Zustands des Überspannungsschutzelements. Nachteilig ist hierbei jedoch, dass die Überspannungsschutzgeräte dazu in der Regel relativ viele Bauteile benötigen, wodurch die Montage des Überspannungsschutzgeräts aufwändig und damit das Überspannungsschutzgerät teuer wird.
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Die
DE 10 2008 031 200 A1 offenbart ein Überspannungsschutzgerät zum Schutz eines mehradrigen Signalkreises, bei dem gemäß einem Ausführungsbeispiel auf einem Basisteil übereinander zwei Steckteile aufgesteckt sind. In beiden Steckteilen, die jeweils zwei Anschlussklemmen für einen elektrischen Leiter aufweisen, ist jeweils eine Schutzschaltung mit einem Ableiter angeordnet. Außerdem weisen die Steckerteile jeweils Steckerstifte als Kontaktelemente auf, die in korrespondierende Steckerbuchsen des jeweils darunter angeordneten Steckteils eingesteckt werden. Bei dem bekannten Überspannungsschutzgerät kann zusätzlich auf das oberste Steckteil noch ein Statusmodul aufgesteckt werden, das eine Auswerteeinheit zur Erfassung des Zustands der Ableiter der Schutzschaltungen der anderen Steckteile und einen Fernmeldekontakt zur Fernmeldung oder eine optische Zustandsanzeige zur Anzeige des Zustands der Ableiter der anderen Steckteile aufweist. Dadurch, dass mehrere Steckteile übereinander gestapelt werden können, wird eine einfache und variable Erhöhung der Anzahl der Schutzkanäle ermöglicht.
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Die
DE 11 2010 004 351 T5 offenbart einen elektrischen Schaltkreis mit einer Energieversorgung, einer Nutzlast und einer Überspannungsschutz-Einrichtung, die zum Schutz der Nutzlast oder der Energieversorgung vor schnellen transienten, elektrischen Störgrößen ausgelegt ist. Außerdem weist der elektrische Schaltkreis eine Überwachungseinrichtung auf, die zum Überwachen der Stromvorgänge in der Überspannungsschutz-Einrichtung konzipiert ist.
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Aus der
DE 10 2012 021 341 A1 ist ein Adapter bekannt, der mit einem Überspannungsschutzgerät verbunden werden kann, indem der Adapter mittels Klammern auf das Steckerteil des Überspannungsschutzgeräts aufgesteckt wird. In dem Adapter ist ein lichtempfindlicher Sensor zur Erkennung des Zustands einer Anzeige am Steckerteil des Überspannungsschutzgeräts angeordnet. Da der Adapter außerdem eine Busverbindungseinrichtung zur Weiterleitung der erkannten Anzeige aufweist, wird durch den Adapter die Funktionalität einer Fernmeldung erzielt, so dass auch Überspannungsschutzgeräte, die nur eine optische Zustandsanzeige aufweisen, nachträglich mit einer Fernmeldung versehen werden können. Zusätzlich soll in dem Adapter noch ein weiterer Sensor angeordnet sein, mit dem weitere Betriebsparameter des Überspannungsschutzgeräts wie Temperatur oder Druck erfasst werden können. Nachteilig ist hierbei jedoch, dass das Überspannungsschutzgerät eine optische Zustandsanzeige aufweisen muss, die jedoch vom Adapter verdeckt wird, so dass eine Anzeige des Zustandes vor Ort nur dann möglich ist, wenn der Adapter selber noch eine eigene Zustandsanzeige aufweist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein eingangs beschriebene Überspannungsschutzanordnung mit einem Überspannungsschutzgerät und einem mit dem Überspannungsschutzgerät verbindbaren Adapter anzugeben, die bei einfachem Aufbau eine möglichst große Flexibilität ermöglicht, so dass ein Betriebszustand des Überspannungsschutzgeräts einfach überwacht werden kann.
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Diese Aufgabe ist bei der eingangs beschriebenen Überspannungsschutzanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Bei der erfindungsgemäßen Überspannungsschutzanordnung weist der Adapter mindestens ein Kontaktelement und mindestens ein Leiteranschlusselement auf, das elektrisch mit dem Kontaktelement verbunden ist, wobei das dem Leiteranschlusselement abgewandte freie Ende des Kontaktelements nadelförmig oder messerartig ausgebildet ist. Das nadelförmig oder messerartig ausgebildete freie Ende des mindestens einen Kontaktelements dient dabei dazu, die Gehäusewand des Gehäuses des Überspannungsschutzgeräts zu durchdringen und in einen Kontaktierungsbereich einzudringen, der nahe der Oberfläche derjenigen Gehäusewand angeordnet ist, der der Adapter benachbart ist, wenn der Adapter mit dem Überspannungsschutzgerät verbunden ist.
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Mit Hilfe des mindestens einen Kontaktelements des Adapters kann somit auf einfache Art und Weise der innerhalb des Gehäuses des Überspannungsschutzgeräts ausgebildete Kontaktierungsbereich kontaktiert werden, wobei durch die nadelförmige oder messerartige Ausbildung des Endes des Kontaktelements dieses einfach durch die Gehäusewand durchgesteckt werden kann. Hierzu besteht die Gehäusewand zumindest in dem Bereich, zu dem der Adapter benachbart angeordnet ist, vorzugsweise aus einem geeigneten Kunststoff. Da das nadelförmige oder messerartige Ende des Kontaktelements die Gehäusewand einfach durchdringen kann, kann auf die Ausbildung und Anordnung von entsprechenden Anschlusselementen am Überspannungsschutzgerät verzichtet werden. Darüber hinaus ist auch eine zeitaufwändige elektrische Verbindung bzw. Verdrahtung des Adapters mit dem Überspannungsschutzgerät nicht erforderlich.
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Bei der erfindungsgemäßen Überspannungsschutzanordnung ist durch die Ausgestaltung des Adapters die Möglichkeit geschaffen, auf einfache Art und Weise ein von dem Sensorelement zur Verfügung gestelltes Signal aus dem Inneren des Gehäuses herauszuführen, so dass eine Fernmeldung des Zustands des Überspannungsschutzelements ermöglicht wird, wenn an den Leiteranschlusselementen des Adapters entsprechende Leitungen angeschlossen werden. Somit kann das Überspannungsschutzgerät einfache über den Adapter in ein Monitoringsystem eingebunden werden. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass eine entsprechende Verbindung des Überspannungsschutzgeräts mit dem Adapter auch noch nachträglich erfolgen kann. Ein Anwender kann ein bereits installiertes entsprechendes Überspannungsschutzgerät somit auch noch nachträglich durch Verwendung eines Adapters mit einer entsprechenden Fernmeldung versehen bzw. in ein entsprechendes Monitoringsystem einbinden.
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Bezüglich der Ausgestaltung des Kontaktierungsbereichs des Überspannungsschutzgeräts gibt es verschiedene Möglichkeiten. Gemäß einer ersten, besonders einfachen Ausgestaltung ist im Kontaktierungsbereich mindestens eine Leiterbahn angeordnet, die von dem Ende des Kontaktelements kontaktiert wird, wenn der Adapter mit dem Überspannungsschutzgerät verbunden ist. Die Leiterbahn kann dabei beispielsweise auf der Innenseite der Gehäusewand befestigt, insbesondere verklebt oder angespritzt sein. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die mindestens eine Leiterbahn innerhalb der Gehäusewand angeordnet, insbesondere in der aus Kunststoff bestehenden Gehäusewand eingespritzt. Dies hat den Vorteil, dass die Leiterbahnen gegenüber anderen Bauteilen des Überspannungsschutzgeräts isoliert ist, wobei die Isolierung erst dann punktuell unterbrochen wird, wenn der Adapter mit dem Überspannungsschutzgerät verbunden wird, indem das nadelförmig oder messerartig ausgebildete Ende des Kontaktelements des Adapters in die Gehäusewand eingesteckt wird, wobei das Ende die Leiterbahn kontaktiert. Weist der Adapter zwei Kontaktelemente und der Kontaktierungsbereich entsprechend zwei Leiterbahnen auf, so sind die Leiterbahnen auch relativ zueinander isoliert, wenn die Leiterbahnen innerhalb der Gehäusewand angeordnet sind.
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Sind in dem Kontaktierungsbereich zwei Leiterbahnen angeordnet, so sind diese vorzugsweise mit den Anschlüssen des Sensorelements verbunden oder sie werden unmittelbar von den Anschlüssen des Sensorelements gebildet. Als Sensorelement kann dabei beispielsweise ein Temperaturmesselement oder ein Druckmesselement eingesetzt werden, das einen Temperaturanstieg des Überspannungsschutzelements bzw. einen Druckanstieg innerhalb einer das Überspannungsschutzelement umgebenen Umhausung detektiert. Die Anschlusspins eines derartigen Sensorelements können dabei entweder mit den Leiterbahnen, die in den Kontaktierungsbereich führen, verbunden sein, oder die Anschlusspins reichen direkt in den Kontaktierungsbereich, so dass die Anschlüsse des Sensorelements unmittelbar die Leiterbahnen bilden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante ist das Sensorelement eine Spule, die einen Stromfluss durch das Überspannungsschutzelement detektiert und damit die Anzahl einzelner Überspannungsereignisse erfassen kann. Die Leiterbahnen sind dann mit der Spule verbunden bzw. bilden die freien Enden der Spule, die insbesondere als Planarspule ausgebildet sein kann. Dies hat den Vorteil, dass die Spule nur einen sehr geringen Platzbedarf hat und mit geringem Abstand zum Überspannungsschutzelement im Gehäuse angeordnet sein kann.
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Wie eingangs bereits ausgeführt worden ist, weisen bekannte Überspannungsschutzgeräte häufig eine thermische Abtrennvorrichtung auf, durch die ein nicht mehr einwandfrei funktionsfähiges Überspannungsschutzelement, insbesondere ein Varistor, von dem zu überwachenden Strompfad abgetrennt und dadurch vor Zerstörung geschützt werden kann. Auch bei der erfindungsgemä-ßen Überspannungsschutzanordnung weist das Überspannungsschutzgerät vorzugsweise eine derartige thermische Abtrennvorrichtung auf, bei der im Normalzustand des Überspannungsschutzelements ein Anschluss über eine thermisch auftrennende Verbindung mit einem elektrisch leitfähigen Verbindungselement verbunden ist, während das Verbindungselement dann nicht mehr mit dem Anschluss des Überspannungsschutzelements verbunden ist, wenn die thermisch auftrennende Verbindung bei Erreichen einer Grenztemperatur als Indikator für eine Überlastung des Überspannungsschutzelements aufgetrennt hat. Als elektrisch leitfähiges Verbindungselement kann dabei beispielsweise eine federnde Trennzunge verwendet werden, deren erstes Ende im Normalzustand des Überspannungsschutzelements über eine Lötstelle als thermisch auftrennende Verbindung mit einem Anschluss des Überspannungsschutzelements verbunden ist. Kommt es zu einer unzulässigen Erwärmung des Überspannungsschutzelements, so führt dies zu einem Aufschmelzen der Lötverbindung, so dass das freie Ende der Trennzunge vom Anschluss des Überspannungsschutzelements wegfedert, wodurch das Überspannungsschutzelement elektrisch abgetrennt wird.
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Bei einer Überspannungsschutzanordnung mit einem Überspannungsschutzgerät, das eine derartige thermische Abtrennvorrichtung aufweist, wird gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung das Sensorelement von der thermisch auftrennenden Verbindung gebildet. Dabei ist das Verbindungselement derart ausgebildet und angeordnet, dass zumindest ein Abschnitt des elektrisch leitfähigen Verbindungselements im Kontaktierungsbereich angeordnet ist, wenn die thermisch auftrennende Verbindung aufgetrennt hat, so dass das nadelförmige oder messerartige Ende des mindestens einen Kontaktelements den Abschnitt des elektrisch leitfähigen Verbindungselements kontaktiert, wenn der Adapter mit dem Überspannungsschutzgerät verbunden ist. Ist als elektrisch leitfähiges Verbindungselement eine federnde Trennzunge vorgesehen, so bedeutet dies, dass das freie Ende der Trennzunge bei aufgeschmolzener Lötverbindung im Kontaktierungsbereich angeordnet ist. Bei zwei Kontaktelementen sind dann die beiden Enden der Kontaktelemente des Adapters über die Trennzunge elektrisch miteinander verbunden.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Überspannungsschutzanordnung, bei der das Sensorelement ebenfalls von der thermisch auftrennenden Verbindung des Überspannungsschutzgeräts gebildet ist, ist in dem Gehäuse zusätzlich ein Signalisierungselement beweglich angeordnet, das aus einer ersten Position in eine zweite Position verbringbar ist, wenn die thermisch auftrennende Verbindung aufgetrennt hat. In der zweiten Position des Signalisierungselements ist dabei zumindest ein leitfähiger Abschnitt des Signalisierungselements im Kontaktierungsbereich angeordnet, so dass die nadelförmigen oder messerartigen Enden der Kontaktelemente den leitfähigen Abschnitt kontaktieren, wenn der Adapter mit dem Überspannungsschutzgerät verbunden ist und sich das Signalisierungselement in seiner zweiten Position befindet.
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Das Signalisierungselement kann dabei durch die Kraft eines Federelements aus seiner ersten Position in seine zweite Position verbracht werden. Dabei ist das Signalisierungselement entgegen der Federkraft des Federelements in seiner ersten Position gehalten bzw. blockiert, so lange die thermisch auftrennende Verbindung noch nicht aufgetrennt hat. Das Zurückhalten des Signalisierungselements in seiner ersten Position kann unmittelbar durch das elektrisch leitfähige Verbindungselement erfolgen, solange dieses mit seinem freien Ende über die thermisch auftrennende Verbindung mit dem einen Anschluss des Überspannungsschutzelements verbunden ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Signalisierungselement einen Markierungsabschnitt als optische Zustandsanzeige auf, wozu dann im Gehäuse des Überspannungsschutzgeräts ein Sichtfenster ausgebildet ist, durch das der Markierungsabschnitt von außen sichtbar ist, wenn sich das Signalisierungselement in seiner zweiten Position befindet. Die optische Anzeige des Zustands des Überspannungsschutzelements kann dabei vorzugsweise durch eine entsprechende Farbanzeige erfolgen, wozu der Markierungsabschnitt des Signalisierungselements vorzugsweise eine entsprechende Farbe, beispielsweise eine rote Farbe, aufweist.
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Eingangs ist ausgeführt worden, dass das nadelförmige oder messerartige Ende des mindestens einen Kontaktelements die Gehäusewand durchdringt und in den Kontaktierungsbereich eindringt, wenn der Adapter mit dem Überspannungsschutzgerät verbunden ist. Um das Eindringen der Kontaktelemente in das Gehäuse zu erleichtern, ist weiter vorzugsweise vorgesehen, dass die Gehäusewand des Gehäuses des Überspannungsschutzgeräts im Kontaktierungsbereich eine geringere Wandstärke oder geschwächte Bereich aufweist. Die Wandstärke der Gehäusewand ist somit gezielt in dem Bereich verringert, im Vergleich zur Wandstärke der anderen Gehäusewände, dem der Adapter benachbart ist, wenn der Adapter mit dem Überspannungsschutzgerät verbunden ist. Hierzu können beispielsweise in der entsprechenden Gehäusewand trichterförmige Bereiche ausgebildet sein, die eine geringere Wandstärke als die umgebene Gehäusewand aufweisen, wobei die geschwächten Bereiche dann so angeordnet sind, dass die Enden der Kontaktelemente durch diese geschwächten Bereiche das Gehäuse durchdringen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Überspannungsschutzanordnung weist der Adapter ein Adaptergehäuse auf, in dem die Kontaktelemente derart angeordnet sind, dass die nadelförmigen oder messerartigen Enden der Kontaktelemente auf einer Seite des Adapters aus dem Adaptergehäuse hinausragen. Hierdurch sind zum einen die Kontaktelemente in dem Adaptergehäuse sicher aufgenommen, zum anderen aber auch die Enden der Kontaktelemente so zugänglich, dass diese die Gehäusewand des Gehäuses des Überspannungsschutzgeräts durchdringen können, wenn der Adapter mit dem Überspannungsschutzgerät verbunden wird.
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Weist der Adapter ein Adaptergehäuse auf, so kann in dem Adaptergehäuse neben den Kontaktelementen und den Leiteranschlusselementen zusätzlich auch eine Leiterplatte mit Leiterbahnen angeordnet sein, über die beispielsweise ein Leiteranschlusselement mit mehreren Kontaktelementen verbunden sein kann. Zusätzlich kann der Adapter noch eine Kommunikationsschnittstelle aufweisen, über die der Adapter dann besonders einfach mit einem Monitoringsystem verbunden werden kann. Außerdem kann der Adapter auch eine optische Anzeige aufweisen, so dass alternativ oder zusätzlich zu einer Fernmeldung des Zustands eines oder mehrerer Überspannungsschutzgeräte auch eine optische Anzeige vor Ort erfolgen kann, wenn das oder die Überspannungsschutzgeräte selber keine optische Zustandsanzeige aufweisen.
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Wie eingangs ausgeführt worden ist, sind bekannte Überspannungsschutzgeräte häufig zweiteilig ausgebildet. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist auch bei der erfindungsgemäßen Überspannungsschutzanordnung das Überspannungsschutzgeräte zweiteilig ausgebildet, besteht somit aus einem Sockelteil und mindestens einem auf das Sockelteil aufsteckbaren Steckerteil. Dabei sind im Steckerteil das Überspannungsschutzelement und ggf. die thermisch auftrennende Verbindung angeordnet, während im Sockelteil Leiteranschlusselemente zum elektrischen Anschluss des Überspannungsschutzelements vorgesehen sind. Die Überspannungsschutzanordnung besteht dann aus zumindest drei miteinander verbindbaren Bauteilen, nämliche dem Steckerteil, dem Sockelteil sowie dem zusätzlichen Adapter. Der Adapter wird dabei vorzugsweise mit dem Steckerteil verbunden, so dass der Kontaktierungsbereich nahe der Oberfläche der Gehäusewand des Steckergehäuses angeordnet ist.
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Bei einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung ist das Überspannungsschutzgeräte als Steckerteil ausgebildet, das auf das Sockelteil aufsteckbar ist. Bei dieser Variante bildet das Sockelteil jedoch gleichzeitig den Adapter, so dass in dem Sockelteil das mindestens eine Kontaktelement und mindestens ein Leiteranschlusselement angeordnet sind. Beim Aufstecken des Steckerteils auf das Sockelteil wird zum einen das in dem Steckerteil angeordnete Überspannungsschutzelement elektrisch über entsprechende Kontakte, beispielsweise Steckerstifte und korrespondierende Steckerbuchsen, mit den Leiteranschlusselemente im Sockelteil verbunden. Zum anderen dringt auch das mindestens eine Kontaktelement mit seinem nadelförmigen Ende in den Kontaktierungsbereich im Steckerteil ein, wodurch ein Signal aus dem Inneren des Steckerteils herausgeführt werden kann.
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Zusätzlich zu einem im Steckerteil angeordneten Sensorelement, bei dem es sich beispielsweise um ein Temperaturmesselement, ein Druckmesselement oder eine thermisch auftrennende Verbindung handeln kann, ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der obigen Ausführungsvariante auch im Sockelteil ein Sensorelement angeordnet, das mit dem mindestens einen Kontaktelement elektrisch verbunden ist. Durch das Sensorelement kann dann der Betriebszustand oder eine Änderung des Betriebszustandes des Überspannungsschutzelements im Steckerteil detektiert werden. So kann beispielsweise durch das Sensorelement der Ableitstrom oder ein Leckstrom über das Überspannungsschutzelement gemessen werden.
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Im Einzelnen gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Überspannungsschutzanordnung auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen sowohl auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche als auch auf die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Überspannungsschutzanordnung mit einem Überspannungsschutzgerät und einem Adapter, in perspektivische Darstellung und von vorne,
- 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Überspannungsschutzanordnung mit einem Überspannungsschutzgerät und einem Adapter, in perspektivische Darstellung und von vorne,
- 3 ein Steckerteil des Überspannungsschutzgeräts und der Adapter gemäß 1 im Normalzustand und mit elektrisch abgetrenntem Überspannungsschutzelement, im Querschnitt,
- 4 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts des Steckerteils und des Adapters gemäß 3,
- 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Überspannungsschutzanordnung mit einem Überspannungsschutzgerät und einem Adapter, in perspektivische Darstellung und mit teilweise weggelassenem Gehäuse,
- 6 eine Variante eines Details der Überspannungsschutzanordnung gemäß 5,
- 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Überspannungsschutzanordnung mit einem Überspannungsschutzgerät und einem Adapter, in perspektivische Darstellung und mit teilweise weggelassenem Gehäuse,
- 8 das Steckerteil und der Adapter gemäß 3, in perspektivische Darstellung,
- 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Überspannungsschutzanordnung mit einem Überspannungsschutzgerät als Steckerteil und einem Adapter als Sockelteil, von vorne, und
- 10 den Adapter der Überspannungsschutzanordnung gemäß 9 in perspektivische Darstellung, mit und ohne Gehäuse.
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In den Figuren sind verschiedene Ausführungsbeispiele der erfindungsgemä-ßen Überspannungsschutzanordnung dargestellt, wobei die Überspannungsschutzanordnung grundsätzlich aus einem Überspannungsschutzgerät 1 und einem Adapter 2 besteht, der mit dem Überspannungsschutzgerät 1 verbindbar ist. Es besteht somit die Möglichkeit, das Überspannungsschutzgerät 1 auch nachträglich mit einem Adapter 2 zu verbinden, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, das Überspannungsschutzgerät 1 in ein Monitoringsystem einzubinden.
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Bei den in den 1 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispielen ist das Überspannungsschutzgerät 1 zweiteilig ausgebildet, so dass es aus einem Sockelteil 3 und einem Steckerteil 4 besteht. Das Steckerteil 4 kann dabei einfach auf das U-förmige Sockelteil 3 aufgesteckt und beispielsweise zum Austausch eines defekten Steckerteils 4 auch wieder einfach von dem Sockelteil 3 abgezogen werden, ohne dass dazu die an dem Sockelteil 3 angeschlossenen Leitungen abgetrennt werden müssen. Das Sockelteil 3 weist ein Sockelgehäuse 5 und das Steckerteil 4 ein Steckergehäuse 6 auf, die miteinander verrasten können, wenn das Steckerteil 4 auf das Sockelteil 3 aufgesteckt ist. Bei dieser zweiteiligen Ausführung des Überspannungsschutzgeräts 1 besteht das Gehäuse somit aus dem Sockelgehäuse 5 und dem Steckergehäuse 6. Das Überspannungsschutzgerät 1 weist mindestens ein Überspannungsschutzelement 7 auf, das bei den in den 1 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispielen zusammen mit einem Sensorelement 8 Teil des Steckerteils 4 ist, also im Steckergehäuse 6 angeordnet ist.
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Bei den in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen besteht das Überspannungsschutzgerät 1 jeweils aus einem Sockelteil 3, auf dem drei Steckerteile 4 aufgesteckt sind. Grundsätzlich kann das Überspannungsschutzgerät 1 jedoch auch aus einem Sockelteil 3 und einem Steckerteil 4 bestehen oder gemäß 9 auch nur einteilig ausgebildet sein.
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Der Adapter 2 weist mindestens ein Kontaktelement 9 und mindestens ein Leiteranschlusselement 10 auf, das elektrisch mit dem Kontaktelement 9 verbunden ist. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen weist der Adapter 2 mindestens zwei Kontaktelemente 9 und korrespondierend dazu auch mindestens zwei Leiteranschlusselemente 10 auf. Für die Leiteranschlusselemente 10 können die unterschiedlichen, aus dem Stand der Technik bekannten Anschlusstechniken eingesetzt werden. So können die Leiteranschlusselemente 10 beispielsweise als Schraubklemmen ausgeführt sein, wie dies in den Figuren, insbesondere in den 3 und 4 sowie in 10 dargestellt ist. Ebenso gut können die Leiteranschlusselemente jedoch auch als Zugfederklemmen oder als Schenkelfederklemmen ausgebildet sein. Die den Leiteranschlusselementen 10 abgewandten Enden 11 der Kontaktelemente 9 sind jeweils nadelförmig oder messerartig ausgebildet, so dass die Kontaktelemente 9 das Steckergehäuse 6 durchdringen können, wenn der Adapter 2 mit dem Überspannungsschutzgerät 1 verbunden wird.
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Wie insbesondere aus den 3 und 4 ersichtlich ist, weist das Überspannungsschutzgerät 1 einen Kontaktierungsbereich 12 auf, der nahe derjenigen Oberfläche 13 der Gehäusewand 14 angeordnet ist, zu der der Adapter 2 benachbart ist, wenn der Adapter 2 mit dem Überspannungsschutzgerät 1 verbunden ist. Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den 1 bis 4 ist dies eine Stirnseite des Steckergehäuses 6, während es bei den Ausführungsbeispielen gemäß den 5 und 7 die Oberseite und bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den 9 und 10 die Unterseite des Steckergehäuses 6 ist, an der der Adapter 2 mit dem Überspannungsschutzgerät 1 verbunden wird. Dadurch, dass die freien Enden 11 der Kontaktelemente 9 nadelförmig oder messerartig ausgebildet sind, es sich bei den Kontaktelementen 9 also um sogenannte Piercing-Kontakte oder Messerkontakte handelt, können die Enden 11 der Kontaktelemente 9 die Gehäusewand 14 durchdringen und in den Kontaktierungsbereich 12 gelangen, wenn der Adapter 2 mit dem Überspannungsschutzgerät 1 verbunden ist.
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Gemäß den 5b und 7b können im Kontaktierungsbereich 12 zwei Leiterbahnen 15 angeordnet sein, die von den Enden 11 der Kontaktelemente 9 kontaktiert werden können. Da die Leiterbahnen 15 mit dem im Steckergehäuse 6 angeordneten Sensorelement 8 verbunden sind, kann über die Kontaktelemente 9 des Adapters 2 auf einfache Art und Weise ein Signal des Sensorelements 8 aus dem Überspannungsschutzgerät 1 herausgeführt werden, ohne dass das Überspannungsschutzgerät 1 bzw. das Steckerteil 4 hierfür besondere Anschlusselemente benötigt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel des Überspannungsschutzgeräts 1 gemäß den 5 und 6 handelt es sich bei dem Sensorelement 8 um ein Temperaturmesselement, dessen Anschlüsse 16 mit den Leiterbahnen 15 verbunden sind ( 5b) bzw. dessen Anschlüsse 16 direkt die Leiterbahnen 15 bilden (6). Mittels eines Temperaturmesselements als Sensorelement 8 kann eine unzulässige Erwärmung des Überspannungsschutzelements 7 detektiert werden, so dass bei Erreichen einer bestimmten Grenztemperatur ein entsprechendes Warnsignal von dem Temperaturmesselement über die Kontaktelemente 9 des Adapters 2 an eine Überwachungseinheit oder eine Leitstelle ausgegeben werden kann. Hierzu müssen lediglich entsprechende Signalleitungen an den Leiteranschlusselementen 10 des Adapters 2 angeschlossen sein.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Überspannungsschutzanordnung bzw. des Überspannungsschutzgeräts 1 gemäß 7 ist als Sensorelement 8 eine Planarspule 17 innerhalb des Steckergehäuses 6 angeordnet, mit deren Hilfe beispielsweise ein Stromfluss durch das Überspannungsschutzelement 7 detektiert werden kann. Die beiden Leiterbahnen 15, die von den Enden 11 der Kontaktelemente 9 kontaktiert werden, sind dabei mit der Planarspule 17 verbunden bzw. bilden die freien Enden der Planarspule 17.
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Die
3 und
4 zeigen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Überspannungsschutzgeräts 1, bei dem das Überspannungsschutzgerät 1 eine thermische Abtrennvorrichtung aufweist. Derartige thermische Abtrennvorrichtungen, die insbesondere eine Lötverbindung als thermisch auftrennende Verbindung und ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement aufweisen, sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der
DE 20 2004 006 227 U1 , so dass sie in den Figuren nicht genauer dargestellt sind. Das Sensorelement 8, das einen Zustand des Überspannungsschutzelements 7 detektiert, wird dabei von der thermisch auftrennenden Verbindung gebildet, die dann auftrennt, wenn das Überspannungsschutzelement 7 eine Grenztemperatur erreicht hat.
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Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist in dem Steckergehäuse 6 des Steckerteils 4 ein Signalisierungselement 18 verschiebbar angeordnet, dass aus einer ersten Position in eine zweite Position verbringbar ist, wenn die thermisch auftrennende Verbindung aufgetrennt hat. Das Verschieben des Signalisierungselements 18 kann dabei beispielsweise mit Hilfe eines Federelements realisiert werden. In der in 3a dargestellten ersten Position des Signalisierungselements 18, in der sich das Überspannungsschutzelement 7 bzw. das Überspannungsschutzgerät 1 im Normalzustand befindet, ist das Signalisierungselement 18 außerhalb des Kontaktierungsbereichs 12 angeordnet. Befindet sich das Signalisierungselement 18 dagegen gemäß 3b in seiner zweiten Position, so ist ein leitfähiger Abschnitt 19 des Signalisierungselements 18 im Kontaktierungsbereich 12 angeordnet, so dass die nadelförmigen Enden 11 der Kontaktelemente 9 den leitfähigen Abschnitt 19 kontaktieren und dadurch über den leitfähigen Abschnitt 19 des Signalisierungselements 18 elektrisch miteinander verbunden werden.
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Auf diese Weise kann eine Fernmeldung des Zustands des Überspannungsschutzgeräts 1 realisiert werden, ohne dass dazu das Überspannungsschutzgerät 1 selber einen entsprechenden Fernmeldekontakt in Form eines Mikroschalters oder dergleichen aufweisen muss. Zusätzlich weist das Überspannungsschutzgerät 1 bei dem in 3 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel noch eine optische Zustandsanzeige auf, wozu an dem Signalisierungselement 18 ein Markierungsabschnitt 20 ausgebildet ist. Der Markierungsabschnitt 20, der beispielsweise eine rote Farbe aufweisen kann, befindet sich nur dann direkt unterhalb eines im Steckergehäuse 6 ausgebildeten Sichtfensters 21, wenn sich das Signalisierungselement 18 in seiner zweiten Position befindet (3b). Dann kann von einem Benutzer einfach auch vor Ort erkannt werden, ob das Überspannungsschutzelement 7 elektrisch abgetrennt worden ist oder nicht.
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Um das Eindringen der Enden 11 der Kontaktelemente 9 in den Kontaktierungsbereich 12 innerhalb des Steckergehäuses 6 zu erleichtern, kann die Gehäusewand 14 im Kontaktierungsbereich 12 eine geringere Wandstärke aufweisen. Alternativ dazu können in der Gehäusewand 14 auch geschwächte Bereiche 22 ausgebildet sein, wie dies aus den 4 und 8 ersichtlich ist. In 8 sind dabei Teile der Überspannungsschutzanordnung gemäß 1 dargestellt, nämlich das Steckerteil 4 des Überspannungsschutzgeräts 1 sowie der Adapter 2, wobei jedoch das Adaptergehäuse 23 weggelassen ist. So ist erkennbar, dass innerhalb des Adaptergehäuses 23 eine Leiterplatte 24 angeordnet sein kann, die zum einen als Träger der Leiteranschlusselemente 10 dient, die zum anderen Leiterbahnen 25 aufweist, über die ein Leiteranschlusselement 10 mit mehreren Kontaktelementen 9 verbunden sein kann.
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Wie aus einem Vergleich der 1 und 2 ersichtlich ist, können in dem Adapter 2 auch mehr als zwei Leiteranschlusselemente 10 vorgesehen sein, wenn der Adapter 2 mehr als zwei Kontaktelemente 9 aufweist. Darüber hinaus ist aus den 1 und 2 noch ersichtlich, dass das Sockelteil 3 mehrere Anschlusselemente 26 aufweist, über die die in dem Sockelteil 3 eingesteckten Steckerteile 4 mit den zu überwachenden Strompfaden verbunden werden. Außerdem weist das Sockelteil 3 bzw. das Sockelgehäuse 5 einen Befestigungsfuß 27 auf, über den das Sockelteil 3 und damit das Überspannungsschutzgerät 1 auf einer Tragschiene befestigt werden kann. Zur sicheren mechanischen Befestigung des Adapters 2 an dem Überspannungsschutzgerät 1 können das Adaptergehäuse 23 und das Sockelgehäuse 5 zueinander korrespondierende Rastelemente, beispielsweise mehrere Rastnasen und entsprechende Rastausnehmungen aufweisen.
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In den 9 und 10 ist eine Ausführungsvariante dargestellt, bei der das Überspannungsschutzgerät 1 als Steckerteil 4 und der Adapter 2 als Sockelteil 3 ausgebildet sind. Das Überspannungsschutzgerät 1 wird somit auf den Adapter 2 bzw. das Sockelteil 3 aufgesteckt. Da das Sockelteil 3 gleichzeitig den Adapter 2 bildet, sind in dem Sockelteil 3 auch die Kontaktelemente 9 und die Leiteranschlusselemente 10 angeordnet. Beim Aufstecken des Überspannungsschutzgeräts 1 auf den Adapter 2 wird zum einen das in dem Überspannungsschutzgerät 1 angeordnete Überspannungsschutzelement elektrisch über entsprechende Steckerstifte und korrespondierende, im Sockelteil 3 angeordnete Steckerbuchsen 28 mit den Anschlusselemente 26 im Sockelteil 3 verbunden. Zum anderen dringen auch die Kontaktelemente 9 mit ihren nadelförmigen Ende 11 in den Kontaktierungsbereich im Steckerteil 4 ein, wodurch ein Signal aus dem Inneren des Steckerteils 4 herausgeführt werden kann.
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Zusätzlich zu einem im Überspannungsschutzgerät 1 angeordneten Sensorelement, bei dem es sich beispielsweise um ein Temperaturmesselement oder eine thermisch auftrennende Verbindung handeln kann, ist gemäß der in 9 dargestellten Ausgestaltung auch im Adapter 2 ein Sensorelement 29 angeordnet, das mit mindestens einen Kontaktelement 9 elektrisch verbunden ist. Durch das Sensorelement 29 kann dann der Betriebszustand oder eine Änderung des Betriebszustandes des Überspannungsschutzelements im Überspannungsschutzgerät 1 detektiert werden. So kann beispielsweise durch das Sensorelement 29 der Ableitstrom oder ein Leckstrom über das Überspannungsschutzelement gemessen werden.
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Aus 10 ist ersichtlich, dass der als Sockelteil 5 ausgebildete Adapter 2 U-förmig ausgebildet ist, so dass das als Steckerteil 4 ausgebildete Überspannungsschutzgerät 1 einfach auf das Sockelteil 5 auf- bzw. eingesteckt werden kann. Außerdem ist aus 10a erkennbar, dass die nadelförmigen Enden 11 der Kontaktelemente 9 nach oben aus dem Sockelgehäuse 5, das gleichzeitig auch das Adaptergehäuse 23 darstellt, herausragen. So dringen die nadelförmigen Enden 11 der Kontaktelemente 9 in den nahe der Oberfläche der unteren Gehäusewand 14 angeordneten Kontaktierungsbereich 12 im Überspannungsschutzgerät 1 ein, wenn das Überspannungsschutzgerät 1 auf das Sockelteil 5 aufgesteckt wird. Die dem elektrischen Anschluss des Überspannungsschutzelements dienenden Steckerbuchsen 28 sind dagegen unterhalb der im Sockelgehäuse 5 ausgebildeten Schlitze 30 angeordnet. Bei Aufstecken des Überspannungsschutzgeräts 1 auf das Sockelteil 5 tauchen dann mit dem Überspannungsschutzelement elektrisch verbundene Steckerstifte durch die Schlitze 30 in die darunter angeordneten Steckerbuchsen 28 ein.
