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Die Erfindung betrifft eine Bauelementanordnung mit einem elektrischen Bauelement und einer Abtrenneinrichtung.
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Hintergrund der Erfindung
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Es ist bekannt, Überspannungsschutzeinrichtungen mit einer Abtrenneinrichtung zu versehen. Typischerweise werden dabei vorgespannte Verbindungselemente eingesetzt, die mittels Lot mit der Überspannungsschutzeinrichtung elektrisch verbunden sind. Tritt eine unzulässige Erwärmung auf, so erweicht das Lot und das vorgespannte Verbindungselement löst sich von der Überspannungsschutzeinrichtung ab und trennt damit eine elektrische Verbindung auf.
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Alternativ zu einem Abtrennen kann zum Schutz der Überspannungsschutzeinrichtung auch ein Kurzschluss herbeigeführt werden, sodass kein weiterer Stromfluss durch die Überspannungsschutzeinrichtung mehr möglich ist.
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Beispielsweise ist aus der 1 eine solche thermisch auslösbare, federvorgespannte Kurzschlusseinrichtung bekannt.
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Allerdings zeigt sich, dass die Bereitstellung von Lötverbindungen an der Kontaktstelle nicht immer kontrolliert auftrennt. So muss zu einem Auftrennen unter Last eine relativ hohe Kraft aufgewendet werden, um den Stromkräften entgegen zu wirken.
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Zudem ist zu berücksichtigen, dass bei der Konstruktion solcher thermischen Trennstellen wiederstreitenden Interessen vorliegen. Zum einen muss die Trennstelle einen möglichst hohen Strom im Impulsfall tragen können, so dass die Fläche insgesamt groß ist. Dies impliziert aber auch, dass relativ viel Material erwärmt werden muss. Zum anderen soll aber bereits bei einer beginnend Fehlfunktion der vergleichsweise geringe Wärmeeintrag ausreichen, um ein Auftrennen zu ermöglichen. Dies erfordert jedoch, dass entweder wenig Material oder Material mit einem geringen Schmelzpunkt verwendet wird. Die Verwendung von niedrigschmelzendem Material widerspricht jedoch der Verwendung im Impulsfall.
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Während in einem Fall eine gewünschte Auslösung trotzdem zu weiteren Schäden durch ungewollte Kurzschlüsse, Stromableitung / Wärmeentwicklung bis hin zu Brand / Explosion der Überspannungsschutzeinrichtung führen kann, ist in einem anderen Fall ein Ausfall der Überspannungsschutzeinrichtung und/oder eine Abschaltung der zu schützenden Anlage die Folge. Beide Fälle sind unerwünscht.
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Dieses Problem ist aber nicht auf Überspannungsschutzeinrichtungen beschränkt.
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Aufgabe
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Ausgehend hiervon ist eine Aufgabe der Erfindung eine Verbesserung in Bezug auf Abtrennung bereitzustellen, um so ein kostengünstige und sicherer Abtrennung bereitstellen zu können.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Bauelementanordnung mit einem elektrischen Bauelement und einer Abtrenneinrichtung gemäß Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind insbesondere Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Figuren und der Beschreibung.
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Figurenliste
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Nachfolgend wird die Erfindung näher unter Bezug auf die Figuren erläutert. In diesen zeigt:
- 1 und 2 eine erste beispielhafte Ausführungsform der Erfindung in einem ersten Zustand,
- 3 und 4 die erste beispielhafte Ausführungsform der Erfindung in einem zweiten Zustand,
- 5 und 6 eine zweite beispielhafte Ausführungsform der Erfindung in einem ersten Zustand,
- 7 und 8 die zweite beispielhafte Ausführungsform der Erfindung in einem zweiten Zustand,
- 9 und 10 eine dritte beispielhafte Ausführungsform der Erfindung in einem ersten Zustand,
- 11 und 12die dritte beispielhafte Ausführungsform der Erfindung in einem zweiten Zustand,
- 13 und 14eine vierte beispielhafte Ausführungsform der Erfindung in einem ersten Zustand, und
- 15 und 16 die vierte beispielhafte Ausführungsform der Erfindung in einem zweiten Zustand.
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Ausführliche Darstellung der Erfindung
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Nachfolgend wird die Erfindung eingehender unter Bezugnahme auf die Figuren dargestellt werden. Dabei ist anzumerken, dass unterschiedliche Aspekte beschrieben werden, die jeweils einzeln oder in Kombination zum Einsatz kommen können. D.h. jeglicher Aspekt kann mit unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden, soweit nicht explizit als reine Alternative dargestellt.
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Weiterhin wird nachfolgend der Einfachheit halber in aller Regel immer nur auf eine Entität Bezug genommen werden. Soweit nicht explizit vermerkt, kann die Erfindung aber auch jeweils mehrere der betroffenen Entitäten aufweisen. Insofern ist die Verwendung der Wörter „ein“, „eine“ und „eines“ nur als Hinweis darauf zu verstehen, dass in einer einfachen Ausführungsform zumindest eine Entität verwendet wird.
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Soweit nachfolgend Verfahren beschrieben werden, sind die einzelnen Schritte eines Verfahrens in beliebiger Reihenfolge anordbar und/oder kombinierbar, soweit sich durch den Zusammenhang nicht explizit etwas Abweichendes ergibt. Weiterhin sind die Verfahren - soweit nicht ausdrücklich anderweitig gekennzeichnet - untereinander kombinierbar.
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Angaben mit Zahlenwerten sind in aller Regel nicht als exakte Werte zu verstehen, sondern beinhalten auch eine Toleranz von +/- 1 % bis zu +/- 10 %.
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Bezugnahme auf Standards oder Spezifikationen oder Normen sind als Bezugnahme auf Standards bzw. Spezifikationen bzw. Normen, die zum Zeitpunkt der Anmeldung und/oder - soweit eine Priorität beansprucht wird - zum Zeitpunkt der Prioritätsanmeldung gelten / galten zu verstehen. Hiermit ist jedoch kein genereller Ausschluss der Anwendbarkeit auf nachfolgende oder ersetzende Standards oder Spezifikationen oder Normen zu verstehen.
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In den Figuren wird jeweils eine perspektivische Ansicht und eine Seitenansicht dargestellt werden. Soweit nicht anders vermerkt beziehen sich nachfolgend alle Beschreibungen immer auf alle Ausführungsformen.
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In allen Ausführungsformen der Erfindung weist die Bauelementanordnung 1 ein elektrisches Bauelement EB und einer Abtrenneinrichtung AE auf.
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Ohne Beschränkung der Allgemeinheit der Erfindung kann das elektrische Bauelement EB aus einer Gruppe aufweisend Varistor, Transient Voltage Supressordiode, Funkenstrecke, PTC, NTC, Gasableiter, Transistor, Thyristor, integrierter Schaltkreis, ausgewählt sein.
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In allen Ausführungsformen weist das elektrische Bauelement EB zumindest einen ersten Anschluss A1 und einen zweiten Anschluss A2 auf.
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Zumindest der erste Anschluss A1 kann durch die Abtrenneinrichtung AE von der Verbindung zu Anschluss B1 unterbrochen werden.
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Die Abtrenneinrichtung AE ist an dem Gehäuse des elektrischen Bauelements EB mittels eines Haltemittels H fixiert. Das Haltemittel H ist thermisch deaktivierbar. Die Ausführungsformen, die im nachfolgenden beschrieben werden, unterscheiden sich in der Realsierung des Haltemittels H.
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Die Abtrenneinrichtung AE steht unter einer Vorspannung. Diese Vorspannung kann z.B. durch federnde Elemente, insbesondere durch metallische (Schrauben- / Platt-) Federn oder plastisch verformte Kunststoffteile bereitgestellt sein.
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Nachfolgend werden zwei Zustände unterschieden werden, ein erster Zustand, in dem das Haltemittel H nicht deaktiviert ist, d.h. intakt ist und seine Haltewirkung entfaltet, und ein zweiter Zustand, in dem das Haltemittel H thermisch deaktiviert ist, d.h. seine Haltewirkung nicht mehr entfaltet.
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Im ersten Zustand liegt an dem ersten Anschluss A1 ein Anschluss B1 an. Dabei kann das Anliegen auch federnd bereitgestellt sein. Das Anliegen führt dazu, dass die Anschlüsse gegeneinander verschoben werden können, sollte dies notwendig sein.
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Die „äußeren“ Anschlüsse B1, B2, welche z.B. eine Schraub- oder Klemm- oder Push-In-Verbindung zu einer Verdrahtung zur Verfügung stellen, können auf der den „inneren“ Anschlüssen zugewandten Seiten geeignet ausgestaltet sein. So ist es zum einen möglich, einen schleifenden Kontakt, wie in den Figuren gezeigt, zur Verfügung zu stellen. Dabei kann eine federnde Komponente von Seiten eines inneren Kontaktes (so z.B. in 13-16) als auch durch einen äußeren Kontakt (so z.B. in 1-12) bereitgestellt sein. Allerdings ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt, sondern es können auch Schneidmesserkontakte zur Verfügung gestellt sein. Wesentlich für die Kontaktierung ist, dass sie nicht durch Lot verbunden ist. sondern mechanisch gegeneinander verschiebbar ist, sodass im Bedarfsfall mit wenig Kraftaufwand die Kontaktierung getrennt werden kann.
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Wenn das Haltemittel H thermisch deaktiviert wird, kann die Abtrenneinrichtung AE unter Wirkung der Vorspannung aktiv einen abtrennenden Abschnitt AEZ zwischen den Anschluss B1 und den ersten Anschluss A1 schieben. Dieser abtrennende Abschnitt AEZ kann so ausgeformt sein, dass er den Kontakt im abgetrennten Zustand überdeckt, sodass ein eventueller Lichtbogen, der beim Auftrennen auftreten kann, getrennt wird. Alternativ oder zusätzlich kann im Bereich des abtrennenden Abschnittes AEZ (oder aber der abtrennende Abschnitt AEZ selbst) ein hartgasendes Material angeordnet sein.
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In einzelnen Anwendungen, z.B. für Wechselstromanwendungen, kann es ausreichen, nur den Anschluss A1 gegenüber dem Anschluss B1 zu verschieben. D.h. es bedarf nicht immer eines aktiven Einschiebens eines abtrennenden Abschnitt AEZ, wie in 13-16 illustriert. Dies ist bei Wechselstromanwendungen darin begründet, dass auf Grund der Nulldurchgänge eventuelle Lichtbögen automatisch zum Erliegen kommen.
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Wie in den Figuren gezeigt, kann die Abtrenneinrichtung AE zumindest abschnittsweise das elektrische Bauelement EB räumlich umgreifen. D.h. die Abtrenneinrichtung AE kann z.B. wie eine U-förmige Klammer über zwei gegenüberliegende Seiten hinweg um ein Bauelement EB herumgreifen. Umgreifen ist dabei aber lediglich als physikalische Anordnung zu verstehen, ohne dass es eines Haltens / Abstützens bedarf.
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Ohne Beschränkung der Allgemeinheit kann das thermisch deaktivierbare Haltemittel H zumindest eines der folgenden Materialien: Kleber, Lot, Formgedächtnislegierung, Kunststoff, aufweisen.
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Dabei ist der thermische Haltepunkt so gewählt, dass er im Vergleich zu thermischen Alterungsprozessen / Zersetzungsprozessen der Abtrenneinrichtung AE gegenüber niedrig ist, sodass das thermisch deaktivierbare Haltemittel H vor einer Zersetzung der Abtrenneinrichtung AE (oder eines anderen vorbestimmten Elementes) schmilzt / bricht / auslöst.
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Beispielsweise ist in den 1-4 eine Ausführungsform gezeigt, bei der Lot auf einer Elektrode auf dem zu schützenden elektrischen Bauelement mittels als Haltelement H agiert. In 1 und 2 ist der erste Zustand, in 3 und 4 der zweite Zustand gezeigt. Das Halteelement H hat dabei aber keine elektrische Funktion, d.h. es dient nicht der elektrischen Kontaktierung des Bauelementes. Durch die bereitgestellt räumliche und funktionale Trennung kann die Sicherheit erhöht werden.
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In den 5-8 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der ein Kunststoffpin als Haltelement H agiert. In 5 und 6 ist der erste Zustand, in 7 und 8 der zweite Zustand gezeigt. Bei einem unzulässigen Temperaturanstieg bricht / schmilzt / dissipiert das Halteelement H und gibt die Vorspannung frei. Eine gleichartige Ausführungsform ist in den 13-15 gezeigt. In 13 und 14 ist der erste Zustand, in 15 und 16 der zweite Zustand gezeigt.
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In den 9-12 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der ein Kleber als Haltelement H agiert. In 9 und 10 ist der erste Zustand, in 11 und 12 der zweite Zustand gezeigt. Bei einem unzulässigen Temperaturanstieg bricht / schmilzt / dissipiert das Halteelement H und gibt die Vorspannung frei.
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In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Abtrenneinrichtung AE ein Formteil aus einem nicht-leitfähigen Material, z.B. ein Kunststoffformteil, auf. Solche Formteile können einfach hergestellt werden und erlauben es auch Gehäuse-Funktion zu übernehmen, z.B. einen Berührschutz zur Verfügung zu stellen.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist zumindest das elektrische Bauelement EB mit dem ersten Anschluss A1 und dem zweiten Anschluss A2 und der Abtrenneinrichtung AE einem Gehäuse angeordnet. Eine solche Ausführungsform ist in den 5-8 dargestellt, aber nicht hierauf beschränkt.
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Insbesondere in Zusammenhang mit einem Gehäuse kann in Ausführungsformen der Erfindung die Abtrenneinrichtung AE ein lokales optisches Anzeigeelement AZ und/oder eine lokale akustische Anzeige und/ oder eine Fernmeldeeinrichtung betätigen.
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Beispielsweise ist in 5 und 6 gezeigt, dass eine mechanische Anzeigezunge als Ausgestaltung eines optischen Anzeigeelements AZ in einem Gehäuse angeordnet sein kann, die mittels der Abtrenneinrichtung AE beim thermischen Deaktivieren des Haltemittels H verschoben wird, wie aus 7 und 8 ersichtlich. Dabei kann z.B. ein Farbwechsel oder Transparenzwechsel in einer Gehäuseausnehmung DIS bewirkt werden. Somit kann eine einfache passive (mechanische und nicht elektrisch abhängige) optische Anzeige auf geringem Bauraum realisiert werden. Ohne Beschränkung der Allgemeinehit kann die Abtrenneinrichtung AE und die lokale optische Anzeige AZ auch als ein integriertes Bauteil ausgeführt sein.
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In den jeweiligen Figuren betreffend den zweiten Zustand, d.h. 3. & 4, 7 & 8, 11 & 12, 15 und 16 kann jeweils gesehen werden, dass das optische Anzeigeelement AZ weiter nach oben heraussteht in Relation zum elektrischen Bauelement als in den jeweiligen Figuren betreffend den ersten Zustand, d.h. 1 & 2, 5 & 6, 9 & 10, 13 & 14.
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Ohne Beschränkung der Allgemeinheit kann aber auch alternativ oder zusätzlich ein elektrischer Kontakt, z.B. für eine lokale akustische Anzeige, mittels eines Tongebers und / oder eine lokale aktive elektrische Anzeige und / oder eine Fernmeldung in gleicher Weise betätigt werden.
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Dier Erfindung erlaubt es, eine Abtrenneinrichtung mit wenigen Bauteilen bei gleichzeitiger Sicherstellung einer verbesserten Funktion bereitzustellen. Dabei kann die Abtrenneinrichtung AE auf dem elektrischen Bauelement EB gleiten. Hierdurch kann der Bauraum klein gehalten werden. Durch die Entkoppelung des Halteelementes H von einer elektrischen Verbindungsfunktion kann mit vergleichsweise geringen Kräften eine Auslösung bereitgestellt werden. Geringer Kräfte erlauben eine konstruktiv einfache Anordnung von kostengünstigen Federelementen. Die Entkopplung löst somit einen Zielkonflikt bei der Bemessung bisheriger thermischer Abtrennstellen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bauelementanordnung
- EB
- elektrisches Bauelement
- AE
- Abtrenneinrichtung
- A1, A2
- Anschluss
- H
- Haltemittel
- B1, B2
- Anschluss
- AEZ
- abtrennenden Abschnitt
- AZ
- optisches Anzeigeelement
- DIS
- Ausnehmung für Anzeige
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009004317 A1 [0003]
- DE 102015014163 A1 [0003]
