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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage eines Abschirmelementes in einer thermisch aktivierbaren Abtrenneinrichtung für wenigstens ein elektronisches Bauelement in einem elektronischen Gerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Dabei sieht das Verfahren vor, dass das Abschirmelement in der Abtrenneinrichtung durch die Kraft wenigstens eines Kraftmittels, das sich an einem Anschlag abstützt, mit einer Kraft in eine Abtrennrichtung beaufschlagt wird, um im thermischen Überlastfall eines elektronischen Bauelementes in diese Richtung verschoben zu werden. Das Abschirmelement hat nach seiner Verschiebung eine bestimmte gewünschte Abschirmwirkung innerhalb der Abtrenneinrichtung.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Montageeinheit zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren und ein elektronisches Gerät, insbesondere ein Überspannungsschutzgerät, mit eingebauter Montageeinheit.
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Die Überbeanspruchung und/oder Alterung von elektronischen Bauelementen kann dazu führen, dass sie außerhalb ihres Nennbetriebsbereiches arbeiten. Der beispielsweise durch eine reduzierte Bauteilisolationsfestigkeit hervorgerufene Leistungsumsatz am geschädigten Bauteil kann dann insbesondere zu einer unzulässigen Erwärmung des Bauteils führen. Beispielsweise ist dies bei Überspannungsableitern wie Varistoren der Fall.
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Zum Schutz von elektronischen Bauelementen als auch der sie umgebenden Einrichtungen ist es daher bekannt, thermische Abtrenneinrichtungen einzusetzen, um ein Bauteil im thermischen Überlastfall von einem stromführenden Zustand in einen stromunterbrechenden Zustand zu überführen. Bei solchen thermischen Abtrenneinrichtungen ist ein Bauelement oftmals durch ein Federsystem kontaktiert, wobei ein Kontaktelement des Federsystems über eine Lötstelle mit dem Bauelement verbunden ist. Die Lötstelle stellt eine thermosensitive Verbindung dar, die bei unzulässiger Erwärmung aufschmilzt, so dass die im Federsystem gespeicherte Energie den elektrischen Kontakt zum Bauelement auflöst. Die Federkraft übersteigt dann die Haltekraft der thermosensitiven Verbindung, so dass sich der elektrische Kontakt löst.
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Beim Auftrennen der thermosensitiven Verbindung kann jedoch ein Lichtbogen zwischen den sich trennenden Kontaktstellen entstehen, den es zu vermeiden bzw. löschen gilt, da er zu einer Beschädigung oder sogar Zerstörung des Bauteils führen kann. Ferner kann ein Lichtbogen an einem Bauelement wie einem Überspannungsableiter zum Auslösen einer vorgeschalteten Sicherung führen, welche zu schützende Geräte vom Netz trennt.
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Aus dem Stand der Technik sind daher Abtrenneinrichtungen insbesondere für Überspannungsableiter bekannt, die das Löschen eines Lichtbogens durch Einschieben von isolierenden Schutzelementen bewirken. Bei vielen Lösungen fährt als isolierendes Schutzelement ein Schieber in die gelöste Lötstelle ein, um eine mechanische Trennung von Überspannungsableiter und einem Kontaktelement zu bewirken. Der eingeschobene Schieber kann ferner zur Signalisierung eines Störungszustands genutzt werden.
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Beispielsweise offenbart die
DE 10 2015 000 329 B3 ein Überspannungsschutzgerät mit im thermischen Überlastfall aktivierter mechanischer Abtrennvorrichtung. Bei dieser Lösung ist eine Kontaktfahne eines Überspannungsableiters auf gegenüber liegenden Seiten mit einer Niedertemperaturlötstelle über zwei metallische Bügel kontaktiert, deren Enden parallel verlaufen. Zwischen den beiden Bügeln befindet sich ein Schieber mit Vorspannfeder, wobei die Federvorspannung in Richtung Kontaktfahne des Überspannungsableiters gerichtet ist. Die Form des Schiebers hat ferner die Gestalt eines M. Erweicht die Lötstelle an der Kontaktfahne, drückt der Schieber die beiden metallischen Bügel in entgegengesetzte Richtungen von der Kontaktfahne weg und nimmt die Kontaktfahne ferner in der konvexen Vertiefung seiner M-Form auf.
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Solche oder ähnliche Lösungen haben jedoch den Nachteil, dass sie oftmals einen relativ aufwendigen Fertigungsprozess erfordern. Die Komponenten der thermisch aktivierbaren Abtrenneinrichtung müssen so innerhalb eines Überspannungsschutzgerätes platziert werden, dass ein Schieber durch Federkraft in Richtung Lötstelle gedrückt wird. Bauteile müssen somit gegeneinander ausgerichtet und Kraftmittel wie Federn müssen unter Federspannung eingebaut werden, um die Abtrenneinrichtung zu aktivieren. Da es aber ein Bestreben gibt, den erforderlichen Bauraum zu minimieren, werden die Platzverhältnisse immer enger, was den Fertigungsprozess weiter erschwert.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Verfahren zur Montage eines Abschirmelementes in einer thermisch aktivierbaren Abtrenneinrichtung für wenigstens ein elektronisches Bauelement in einem elektronischen Gerät bereitzustellen, welches insbesondere eine Reduzierung des Bauraumes im Gerät ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Montage eines Abschirmelementes mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Montageverfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 2-13. Die Aufgabe wird ferner durch eine Montageeinheit zur Verwendung in einem solchen Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 und 15, und ein elektronisches Gerät gemäß Anspruch 16 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Montage eines Abschirmelementes in einer thermisch aktivierbaren Abtrenneinrichtung für wenigstens ein elektronisches Bauelement in einem elektronischen Gerät. Bei dem Abschirmelement handelt es sich beispielsweise um einen Schieber, der als Teil der Abtrenneinrichtung in einer Ebene E beweglich gelagert sein soll. Dabei ist der Schieber linear verschieblich oder schwenkbar in der Ebene E gelagert. Dies erfolgt vorzugsweise innerhalb eines geeigneten Führungssystems, in welchem der Schieber beweglich geführt ist.
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Das Abschirmelement wird in der Abtrenneinrichtung durch die Kraft wenigstens eines Kraftmittels, das sich an einem Anschlag abstützt, mit einer Kraft in eine Abtrennrichtung S beaufschlagt. Bei dem Kraftmittel handelt es sich insbesondere um ein elastisches Element. Dies kann eine Feder sein, wobei es sich vorzugsweise um eine Spiralfeder handelt. Es können jedoch auch andere Kraftmittel wie beispielsweise elastische Gummielemente eingesetzt werden. Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt unter Verwendung einer Feder beschrieben.
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Erfindungsgemäß sieht das Verfahren vor, zunächst eine Montageeinheit bereitzustellen, die wenigstens aus einem Abschirmelement, einem Anschlag und einem Kraftmittel gebildet wird. In der Montageeinheit wird der Anschlag so gegenüber dem Abschirmelement fixiert, dass das Kraftmittel zwischen Anschlag und Abschirmelement eingespannt ist. Diese Montageeinheit wird dann im gespannten Zustand in das elektronische Gerät eingebracht. Die Montageeinheit kann dabei ein Abschirmelement mit einer oder mehreren Federeinheiten aufweisen, die jeweils einen Anschlag und ein Kraftmittel aufweisen. In einer Federeinheit können auch mehrere Kraftmittel verwendet werden.
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Nach der Einbringung der Montageeinheit wird die Fixierung des Anschlags gegenüber dem Abschirmelement aufgelöst, wodurch das Abschirmelement Bestandteil einer thermisch aktivierbaren Abtrenneinrichtung für ein elektronisches Bauelement im Gerät wird, indem das Abschirmelement so montiert wird, dass es in der Abtrenneinrichtung durch die Kraft des wenigstens einen Kraftmittels, das sich an dem Anschlag abstützt, mit einer Kraft in Abtrennrichtung S beaufschlagt wird.
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Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass Komponenten der Abtrenneinrichtung, die unter Spannung eines Kraftmittels zueinander montiert werden müssen, außerhalb des elektronischen Gerätes einfach und kostengünstig zusammengefügt werden können. Sie können in diesem Zustand in das Gerät eingebracht und erst dort aktiviert werden, indem die Fixierung gelöst wird. Bei entsprechender Ausführung des elektronischen Gerätes kann so Bauraum eingespart werden, da die Abtrenneinrichtung nur im Bereich der aufzuhebenden Fixierung der Montageeinheit zugänglich sein muss.
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Das Anschlusselement kann sofort nach der Aufhebung der Fixierung mit der Kraft des Kraftmittels beaufschlagt sein, wenn das Abschirmelement bereits mit Kontakt zum Anschlusselement montiert wurde. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird die Montageeinheit so montiert, dass das Abschirmbereich zunächst keinen Kontakt zum Anschlusselement hat. Der Kontakt wird erst hergestellt, wenn die Fixierung aufgehoben wird und sich das Abschirmelement durch die Kraft des Kraftmittels etwas in Richtung Anschlusselement bewegt hat. In dieser Ausführungsform bewirkt das Kraftmittel in der Montageeinheit zunächst eine höhere Kraft als sie in der herzustellenden Abtrenneinrichtung erforderlich bzw. einsetzbar ist. Die Montageeinrichtung und ihre Einbausituation sind daher entsprechend zu dimensionieren.
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Dabei wird der Anschlag der Montageeinheit im elektronischen Gerät fixiert, so dass er auch im eingebauten Zustand einen Anschlag zur Abstützung für das Kraftmittel bildet. Dies kann vor oder nach der Aufhebung der Fixierung des Anschlags gegenüber dem Abschirmelement erfolgen. Auch die Einbringung der Montageeinheit kann vor oder nach dem Einbringen eines elektronischen Bauelementes und anderer Komponenten der thermisch aktivierbaren Abtrenneinrichtung in dem elektronischen Gerät erfolgen. Die Reihenfolge ist hier nicht festgelegt, sofern die verschiedenen Bauteile entsprechend konstruiert sind, dass sie die gewünschte Montage ermöglichen.
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Insbesondere wird die Montageeinheit so in das elektronische Gerät eingebracht, dass durch Aufheben der Fixierung des Anschlags gegenüber dem Abschirmelement eine thermisch aktivierbare Abtrenneinrichtung hergestellt wird, die dazu ausgebildet ist, im thermischen Überlastfall ein Anschlusselement mechanisch von dem Bauelement zu trennen, um das Bauelement von einem stromführenden Zustand in einen stromunterbrechenden Zustand zu überführen. Dabei weist das Anschlusselement einen Verbindungsbereich mit einer thermosensitiven Verbindung auf, über die es im stromführenden Zustand elektrisch mit dem Bauelement kontaktiert ist. Das Abschirmelement ist nach Einbau der Montageeinheit und Aufhebung der Fixierung des Anschlags gegenüber dem Abschirmelement durch das Kraftmittel in Abtrennrichtung S mit einer Kraft belastet, die bei Auflösung der thermosensitiven Verbindung eine Bewegung des Abschirmelementes zwischen das Bauelement und den Verbindungsbereich des Anschlusselementes bewirkt. So stellt das Verfahren ein elektronisches Gerät mit einem elektronischen Bauelement her, das im thermischen Überlastfall einfach und effektiv von einer Abtrenneinrichtung in einen stromunterbrechenden Zustand überführt werden kann.
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Das Anschlusselement ist als elektrisch leitendes Element beispielsweise durch ein Metallblech oder einen Metallbügel gebildet. Das Abschirmelement (Schieber) ist als isolierendes Element beispielsweise aus einem Kunststoff ausgebildet. Bei der thermosensitiven Verbindung handelt es sich beispielsweise um eine Lötstelle mit einem niedrig schmelzenden Lot. Als solche Niedertemperaturlötstelle kann beispielsweise eine Legierung zur Anwendung kommen, deren Schmelzpunkt zwischen 90°C und 180° liegt. Über die Wahl des Lotes kann die Abtrenntemperatur und damit die Auslösecharakteristik der Abtrenneinrichtung beeinflusst und eingestellt werden.
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Mit der Abtrenneinrichtung kann ein elektrisches Bauelement, insbesondere ein Überspannungsableiter (z.B. Varistor), durch das Anschlusselement und einen weiteren Anschluss stromführend in ein elektrisches System eingebunden werden. Die thermosensitive Verbindung ist so ausgeführt und angeordnet, dass sie sich erwärmt, wenn sich das elektronische Bauelement erwärmt. Löst sich die thermosensitive Verbindung im thermischen Überlastfall durch Aufschmelzen, bewegt sich das Abschirmelement zwischen das Bauelement und den Verbindungsbereich des Anschlusselementes, um so einen Lichtbogen zwischen diesen beiden Kontaktstellen zu unterbinden bzw. zu löschen.
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Die Montageeinheit wird daher so in das Gerät eingebracht, dass das Abschirmelement im stromführenden Zustand der Abtrenneinrichtung Kontakt mit dem Anschlusselement hat und mit einer Kraft in Abtrenneinrichtung S an diesem anliegt. Dies wird bewirkt, wenn die Fixierung der Montageeinheit nach ihrer Einbringung in das elektronische Gerät aufgelöst wird.
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Das Anschlusselement kann optional ebenfalls federbelastet sein, wobei ein Federmechanismus entgegen der Haltekraft der thermosensitive Verbindung wirkt. Schmilzt die Verbindung auf, bewirkt der Federmechanismus eine Bewegung des Anschlusselementes von dem Bauelement weg. Ergänzend bewegt sich das Abschirmelement in den Bereich des Bauelementes und hält das Anschlusselement auf Abstand zum Bauelement.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Anschlusselement beispielsweise als Metallbügel ausgeführt, der ein freies Ende aufweist und an einem gegenüberliegenden Ende fixiert ist. Mit einem solchen Metallbügel kann ein Federmechanismus realisiert werden, wenn der Metallbügel über eine Lötstelle unter Vorspannung mit einem Bauelement verbunden wird. Schmilzt die Verbindung auf, bewirkt die Vorspannung des Metallbügels eine Bewegung des Verbindungsbereiches mit der thermosensitiven Verbindung von dem Bauelement weg.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Anschlusselement U-förmig ausgebildet. Ein erster Schenkel dieser U-Form ist z.B. an einer Trägerplatte fixiert, während der zweite Schenkel über das elektronische Bauelement ragt. An diesem zweiten Schenkel befindet sich der Verbindungsbereich für die thermosensitive Verbindung. In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Abstand zwischen dem Verbindungsbereich und der Oberseite des elektronischen Bauelementes geringer als in anderen Bereichen des Anschlusselementes. Dies kann beispielsweise durch eine Verformung des Metallbügels erreicht werden, welche im Bereich der thermosensitiven Verbindung eine Senke oder Abwinkelung vorsieht. Auf der dem elektronischen Bauelement zugewandten Seite dieser Senke/Abwinkelung ist dann die thermosensitive Verbindung vorgesehen.
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Die Montageeinheit kann auf verschiedene Arten hergestellt werden. In einer Ausführungsform der Erfindung weist der Anschlag einen Bolzen auf, der in Längsrichtung durch die Feder geführt wird und in das Abschirmelement eingreift. Der Bolzen erleichtert die Einspannung der Feder, da sich diese so nicht quer zu ihrer Längsausrichtung verbiegen kann. Beispielsweise ist das Abschirmelement dabei so ausgebildet, dass es eine Aufnahme aufweist, in welcher der Bolzen und die Feder nach der Fixierung des Anschlags gegenüber dem Abschirmelement wenigstens teilweise aufgenommen sind. Durch diese Aufnahme wird der Montagevorgang weiter erleichtert, da die Spiralfeder nicht wegspringen kann, sobald Bolzen und Feder in der Aufnahme aufgenommen sind.
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Die Fixierung des Anschlags gegenüber dem Abschirmelement kann ebenfalls auf verschiedene Arten ausgeführt werden. Beispielsweise kann sie durch eine lösbare Verbindung zwischen Anschlag und dem Abschirmelement bewirkt werden, insbesondere kann der Bolzen mit einer lösbaren Verbindung am Abschirmelement fixiert werden. Mit dieser Verbindung kann die Feder in der Montageeinheit so eingespannt werden, dass Anschlag und Abschirmelement durch die Feder voneinander weg gedrückt werden. Wird diese Verbindung nach Einbau der Montageeinheit aufgehoben, drückt die Feder das Abschirmelement in Abtrennrichtung S auf das Anschlusselement zu.
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Die lösbare Verbindung stellt somit eine Ver- und Entriegelungseinrichtung dar. Beispielsweise wird die lösbare Verbindung durch eine Verrastung gebildet. Die Verrastung erfolgt zwischen Bolzen und Abschirmelement, und kann nach Einbau der Montageeinheit in das elektronische Gerät gelöst werden. Hierzu kann eine verwendete Rastnase beispielsweise umgebogen oder sogar abgebrochen werden. Ein Rastelement würde dann verformt oder entfernt. Alternativ könnte auch die Lage des Bolzens verändert werden, um die Verrastung zu lösen.
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In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird die Fixierung des Anschlags gegenüber dem Abschirmelement durch eine separate, entfernbare Halteinrichtung bewirkt. Die Montageeinheit wird dann mit gespannter Feder zusammengebaut und so durch eine Halteinrichtung unter Spannung gehalten. Die Montageeinheit wird zusammen mit der Halteeinrichtung in dem elektronischen Gerät platziert und die Halteeinrichtung anschließend entfernt. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass an den Bauteilen der Abtrenneinrichtung selbst keine zusätzlichen Elemente wie z.B. Verrastungen vorgesehen werden müssen. Ferner erlaubt eine separate Halteeinrichtung auch eine Verstellbarkeit der Lage des Anschlags gegenüber dem Abschirmelement innerhalb der Montageeinheit. Dies kann vorteilhaft dazu genutzt werden, um das Anschlusselement der Abtrenneinrichtung nach dem Einbau der Montageeinheit nicht schlagartig, sondern sukzessive mit der Kraft des Kraftmittels zu beaufschlagen.
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In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Halteeinrichtung daher Verstellmittel auf, die dazu ausgebildet sind, die Lage des Anschlags gegenüber dem Abschirmelement innerhalb der Montageeinheit zu variieren. Zunächst kann die Halteeinrichtung so eingestellt werden, dass das Kraftmittel in der Montageeinheit eine gewünschte Einspannung erfährt, um insbesondere eine sehr kompakte Montageinheit herzustellen. In diesem kompakten Zustand wird die Montageeinheit eingebaut. Durch die Verstellmittel kann die Einspannung der Feder geändert werden, indem der Abstand zwischen Anschlag und Abschirmelement vergrößert wird. Dies erfolgt solange, bis das Abschirmelement mit der gewünschten Kraft an dem Anschlusselement anliegt. Anschließend kann die Halteeinrichtung entfernt werden.
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Vorzugsweise weist die Halteinrichtung zwei Haltebacken auf, zwischen denen die Montageeinheit gegen die Kraft des Kraftmittels eingespannt wird. Die Haltebacken werden durch die Verstellmittel miteinander verbunden, wodurch der Abstand zwischen den Haltebacken variiert werden kann.
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Von der Erfindung umfasst ist auch eine Montageeinheit zur Verwendung in einem Verfahren nach einer Ausführungsform der Erfindung. Die Montageeinheit weist folglich wenigstens ein Abschirmelement, einen Anschlag und ein Kraftmittel wie eine Feder auf, und der Anschlag ist so gegenüber dem Abschirmelement fixiert, dass das Kraftmittel zwischen Anschlag und Abschirmelement eingespannt ist.
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Diese Montageeinheit wird nach einer der beschriebenen Verfahrensvarianten hergestellt und kann somit wie beschrieben Bolzen, Verbindungsmittel, etc. aufweisen. Diese vorgefertigte Montageeinheit kann mit oder ohne zusätzliche Halteeinrichtung hergestellt und vorgehalten werden. Sie kann ferner auch so ausgebildet sein, dass sie in unterschiedliche Formen von thermisch aktivierbaren Abtrenneinrichtungen einbaubar ist, wenn diese entsprechend für ihre Aufnahme ausgestaltet sind. So kann eine Standardisierung erfolgen, welche den Fertigungsaufwand weiter reduziert.
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Von der Erfindung umfasst ist auch ein elektronisches Gerät mit wenigstens einer Montageeinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und einem elektronischen Bauelement, welches mit einer thermisch aktivierbaren Abtrenneinrichtung elektrisch verbunden ist. Das elektronische Bauelement und die Montageeinheit sind so in das elektronische Gerät eingebracht, dass eine thermisch aktivierbare Abtrenneinrichtung hergestellt ist, die dazu ausgebildet ist, im thermischen Überlastfall ein Anschlusselement mechanisch von dem Bauelement zu trennen, um das Bauelement von einem stromführenden Zustand in einen stromunterbrechenden Zustand zu überführen. Das Anschlusselement weist einen Verbindungsbereich mit einer thermosensitiven Verbindung auf, über die es im stromführenden Zustand elektrisch mit dem Bauelement kontaktiert ist. Das Abschirmelement ist durch das Kraftmittel in Abtrennrichtung S mit einer Kraft belastet, die bei Auflösung der thermosensitiven Verbindung eine Bewegung des Abschirmelementes zwischen das Bauelement und den Verbindungsbereich des Anschlusselementes bewirkt.
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Ein solches elektronisches Gerät weist vorteilhafterweise die erfindungsgemäß hergestellte Montageeinheit auf und kann daher sehr platzsparend konstruiert werden. Es ermöglicht ferner einen einfachen und effektiven Schutz bei thermischer Überlastung eines elektronischen Bauelementes. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das elektronische Bauelement ein Überspannungsschutzelement, insbesondere ein Varistor.
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Das Abschirmelement ist so ausgestaltet, dass es innerhalb der Abtrenneinrichtung die gewünschten Funktionen erfüllt und kann neben einem Abschirmbereich weitere Merkmale aufweisen. Beispielsweise ist das Abschirmelement optional auf der Seite des elektronischen Bauelementes tunnelförmig ausgebildet. Es wird dann so angebracht und geführt, dass das Bauelement in diesem Tunnel liegt. Beim Auslösen der Abtrenneinrichtung gleitet es über das Bauelement und deckt nicht nur Lotreste auf der Oberseite des Bauelementes ab, sondern schirmt auch die Seiten des Bauelementes ab. Dieser Tunnel weist eine Deckfläche und wenigstens zwei Seitenwände auf. Es können jedoch auch drei Seitenwände verwendet werden, um den Tunnel auf einer Seite zu verschließen. Wird das abzutrennende elektronische Bauelement auf einer Trägerplatte angebracht, kann diese Trägerplatte zusammen mit dem Tunnel des Schiebers eine Lichtbogenlöschkammer bilden.
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Der Tunnel nimmt das Bauelement jedoch im stromführenden Zustand beispielsweise nicht vollständig in sich auf, sondern lediglich teilweise. Auf dem freiliegenden Bereich des elektronischen Bauelementes ist das Anschlusselement mit einer thermosensitiven Verbindung elektrisch mit dem Bauelement kontaktiert. Ein weiteres Anschlusselement kontaktiert das Bauelement anderweitig, um es in ein elektrisches System einzubinden.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist das elektronische Bauelement auf einer Trägerplatte angebracht, die sich parallel zur Bewegungsebene des Abschirmelementes erstreckt. Auf diese Weise lässt sich ein sehr flaches und kompaktes Gerät bereitstellen. Insbesondere ist dies der Fall, wenn das elektronische Bauelement als flacher Quader ausgeführt ist. Bei der Trägerplatte handelt es sich beispielsweise um eine Platine. Die vorgefügte Montageeinheit gemäß der Erfindung kann so als separate Einheit einfach und kostengünstig platziert und befestigt werden.
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Wird als elektronisches Bauelement ein Überspannungsableiter gewählt, kann ein Überspannungsschutzgerät bereitgestellt werden, mit dem sich ein geschädigter Überspannungsableiter abschalten lässt.
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Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Abbildungen.
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Es zeigen
- 1 eine Explosionsdarstellung der Einzelteile einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Montageeinheit;
- 2 die Einzelteile gemäß 1 im montierten und verspannten Zustand;
- 3 die Montageeinheit gemäß 1 vor dem Einbau in eine thermisch aktivierbare Abtrenneinrichtung;
- 4 die Montageeinheit gemäß 1 nach dem Einbau in eine thermisch aktivierbare Abtrenneinrichtung vor der Aktivierung;
- 5 die Montageeinheit gemäß 1 nach dem Einbau in eine thermisch aktivierbare Abtrenneinrichtung nach der Aktivierung;
- 6 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Montageinheit mit einer Halteeinrichtung im montierten aber ungespannten Zustand;
- 7 eine Montageinheit gemäß 6 mit einer Halteeinrichtung im gespannten Zustand;
- 8 die Montageinheit gemäß 7 mit einer Halteeinrichtung vor dem Einbau in eine thermisch aktivierbare Abtrenneinrichtung; und
- 9 eine eingebaute Montageeinheit mit zwei Federeinheiten.
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1 zeigt eine Explosionsdarstellung der Einzelkomponenten einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Montageeinheit, die zum Einbau in eine thermisch aktivierbare Abtrenneinrichtung für ein elektronisches Bauelement in einem elektronischen Gerät ausgebildet ist. Die Montageeinheit weist als Einzelelemente eine Spanneinheit 60, ein Kraftmittel 60 und ein Abschirmelement 30 auf. Diese Einzelelemente können unterschiedlich ausgeformt und auch durch weitere Elemente ergänzt werden.
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Bei dem Kraftmittel 60 handelt es sich um eine Spiralfeder 60. Die Spanneinheit 50 weist einen Anschlag 52 und einen Bolzen 51 auf. Der Anschlag 52 wird durch ein beispielsweise quaderförmiges Bauteil gebildet, von welchem der Bolzen absteht. Vorzugsweise steht der Bolzen 51 in einem Winkel von 90° von dem Anschlag 52 ab. Der Anschlag kann jedoch auch durch anderen Formen von Bauteilen gebildet werden. Beispielsweise kann es sich auch um einen Bolzen mit ovalem oder kreisrundem Querschnitt handeln. In den Anschlag 52 ist optional eine Aufnahme 53 in Form einer Öffnung 53 eingebracht. Diese Öffnung 53 erstreckt sich durch den Anschlag 52 und kann als Durchgangsbohrung oder Sackloch ausgeführt. Bei einem quaderförmigen Anschlag 53 gemäß der 1 erstreckt sich eine Bohrung 53 beispielsweise in Längsrichtung des Anschlags 53. Innerhalb der Bohrung 53 des Anschlags 52 ist vorzugsweise eine axial verlaufende Nut vorgesehen, mit welcher der Anschlag 52 verdrehsicher auf einem Bolzen an einem elektronischen Gerät montiert werden kann.
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Der Bolzen 51 weist an seinem freien Ende optional eine Querschnittsveränderung auf, welche durch einen Einschnitt 54 parallel zur Längsachse des Bolzens 51 erzeugt wird. Im Übergangsbereich zwischen diesem Einschnitt 54 und dem übrigen Bolzen 51 ist eine weitere Querschnittsverringerung in Form einer Nut 55 vorgesehen. Diese Nut 55 kann in einer alternativen Ausführungsform jedoch auch ohne den Einschnitt 54 vorgesehen sein.
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Das Abschirmelement 30 weist einen Abschirmbereich 31 auf, an dem eine Aufnahme 40 ausgebildet ist. Der Abschirmbereich 31 dient im thermischen Überlastfall eines elektronischen Bauelementes dazu, dieses Bauelement von einem stromführenden Zustand in einen stromunterbrechenden Zustand zu überführen, wobei der Abschirmbereich in den Raum zwischen Bauelement und einem elektrischen Anschlusselement verfahren wird. Dieses Verfahren des Abschirmelementes kann auch dazu genutzt werden, um einen thermischen Überlastfall am Gerät zu signalisieren, indem die Verschiebung visuell und/oder akustisch wahrnehmbar ist. Beispielsweise kann das Abschirmelement so verschoben werden, dass es anschließend von der Außenseite des elektronischen Gerätes aus durch eine Sichtöffnung sichtbar ist. Auch verschiedene sichtbare Farbbereiche des Abschirmelementes können dabei verwendet werden.
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Die Aufnahme 40 am Abschirmelement ist dagegen zur Aufnahme des Bolzens 51 und der Feder 60 ausgeformt. Hierzu handelt es sich beispielsweise um zwei im Wesentlichen parallel zueinander verlaufende Seitenwände 41 und 42, die über eine Rückwand 45 miteinander verbunden sind. Die Aufnahme 40 hat dann die Form eines U-Profils, welches an dem Abschirmbereich 31 angebracht ist. In der Rückwand 45 befindet sich eine Öffnung 43, durch welche der Bolzen 51 geführt werden kann. Neben der Öffnung befinden sich Mittel zur Fixierung des Bolzens 51 gegenüber dem Abschirmelement 30, wenn der Bolzen 51 durch die Öffnung 43 geschoben wurde. Im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich hierbei um ein Rastelement wie eine federnde Rastnase 44 bzw. Zunge, die von der Rückwand 45 absteht. Die Rastnase 44 ist hakenförmig ausgebildet und ragt in die axiale Verlängerung der Öffnung 43 hinein. Wird der Bolzen 51 durch die Öffnung 43 geschoben, verrastet seine Nut 55 mit der Rastnase 44.
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Zur Herstellung einer Montageeinheit wird der Bolzen 51 der Spanneinheit 50 in Längsrichtung durch die Spiralfeder 60 und anschließend durch die Aufnahme 40 und die Öffnung 43 in der Rückwand 45 hindurch geschoben, bis die Nut 55 des Bolzens 51 mit der Rastnase 44 verrastet. Die Dimensionen der Einzelteile sind so gewählt, dass die Feder 60 hierzu komprimiert werden muss, so dass sie zwischen Anschlag 52 und Rückwand 45 der Aufnahme 40 eingespannt wird.
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2 zeigt die so entstandene Montageeinheit 10 mit eingespannter Feder 60. Feder 60 und Bolzen 51 liegen nun innerhalb der Aufnahme 40 und der Anschlag 52 kann an den Kanten der Seitenwände 41, 42 der Aufnahme 40 anliegen, so dass sich eine sehr kompakte Einheit ergibt. Die Feder 60 drückt den Anschlag 52 und das Abschirmelement 30 durch eine Federkraft F in der mit einem Doppelpfeil gekennzeichneten Richtung voneinander weg.
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Die so gebildete Montageeinheit 10 kann in größeren Stückzahlen vormontiert, vorgehalten und dann jeweils zur Montage in einem elektronischen Gerät mit einer thermisch aktivierbaren Abtrenneinrichtung für ein elektronisches Bauelement eingesetzt werden. 3 zeigt ausschnittsweise ein solches elektronisches Gerät und eine mögliche Abtrenneinrichtung vor der Montage der Montageeinheit 10 mit dem erforderlichen Abschirmelement 30. Bei einem elektronischen Bauelement 20 handelt es sich beispielsweise um einen Überspannungsableiter wie einen Varistor. Dieses Bauelement 20 hat die Form eines flachen Quaders und ist auf einer Trägerplatte 70 angebracht, wie es der dreidimensionalen Ansicht der 3 zu entnehmen ist. Dabei ist es flach auf der Trägerplatte 70 angebracht, so dass es sich im Wesentlichen parallel zu dieser erstreckt.
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Die Abtrenneinrichtung weist ein Anschlusselement 81 auf, welches beispielsweise als Metallbügel ausgeführt ist, der ein frei bewegliches Ende aufweist, während er über ein gegenüberliegendes Ende fixiert ist. In dieser Ausführungsform ist der Metallbügel 81 beispielsweise über eine Verbindungsplatte 84 fest mit der Trägerplatte 70 verbunden. Es können jedoch auch andere Verbindungsarten gewählt werden.
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Die Verbindungsplatte 84 liegt neben dem elektronischen Bauelement 20, während der übrige Metallbügel 81 oberhalb des Bauelementes 20 liegt. Dabei weist der Metallbügel 81 mehrere Abschnitte und Bereiche auf, die unterschiedlich ausgeformt sind. Insbesondere weist er einen Verbindungsbereich 82 auf, der durch eine Abwinkelung in Richtung des elektronischen Bauelementes 20 gebildet ist. Mit der Unterseite dieser Abwinkelung ist das Anschlusselement 81 über eine thermosensitive Verbindung 83 in Form einer Niedertemperaturlötstelle mit der Oberseite des Bauelementes 20 elektrisch kontaktiert. Diese Lötstelle 83 ist schematisch mit einer verdickten schwarzen Linie dargestellt, was jedoch nicht bedeutet, dass das Lot an den Seiten des Verbindungsbereiches 82 sichtbar sein muss.
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Das Anschlusselement 81 in Form des Metallbügels ist beispielsweise unter Vorspannung mit dem Bauelement 20 verbunden, so dass sich der Verbindungsbereich 82 bei Lösen der Lötstelle 83 von dem Bauelement 20 abhebt. Das Anschlusselement 81 kann bereits vor dem Einbau der Montageeinheit 10 im elektronischen Gerät angebracht sein. Alternativ wird erst die Montageeinheit 10 und dann das Anschlusselement eingebracht. Auch die Lötstelle 83 kann folglich vor oder nach der Montage der Montageeinheit 10 hergestellt werden.
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Das Anschlusselement 81 und die Lötstelle 83 zum elektronischen Bauteil 20 stellen Teile der thermisch aktivierbaren Abtrenneinrichtung dar, welche durch die Einzelteile der Montageeinheit 10 ergänzt werden. Zur Montage der Montageeinheit 10 im Gerät wird die Spanneinheit 50 mit der Durchgangsöffnung 53 im Anschlag 52 auf einen Bolzen bzw. Dom 80 aufgeschoben, der an entsprechender Position in einem Winkel von 90° von der Trägerplatte 70 absteht. Dieser Bolzen 80 weist eine axial verlaufende Feder auf, die zusammen mit der axial verlaufenden Nut in der Öffnung 53 ein Nut-Feder-System bildet, welches die Spanneinheit 50 verdrehsicher an der Trägerplatte 70 fixiert. Alternativ kann das Nut-Feder-System auch umgekehrt mit einer Feder in der Öffnung 53 und einer Nut an dem Bolzen 80 ausgebildet werden. Andere Ausführungsformen sind ebenfalls möglich. In jedem Fall ist die Bildung einer Verdrehsicherung zwischen Montageeinheit 10 und Trägerplatte 70 an dieser Stelle vorteilhaft.
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Ferner legt das Nut-Feder-System fest, in welcher Ausrichtung die Montageeinheit 10 auf der Trägerplatte 70 zu montieren ist. Diese Endposition der Montageeinheit 10 ist der Aufsicht der 4 zu entnehmen. Die Montageeinheit wird so montiert, dass das Abschirmelement 30 zwischen Bauelement 20 und Anschlussbügel 81 eingeschoben ist. Dabei kann der Abschirmbereich 31 des Abschirmelementes 30 optional zum Bauelement 20 hin tunnelförmig ausgebildet sein, so dass es das Bauelement 20 wenigstens teilweise in diesem Tunnel 32 aufnimmt.
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Die Fixierung des Anschlags 52 gegenüber dem Abschirmelement 30 durch die Verrastung zwischen Bolzen 51 und Rastnase 44 ist nach wie vor gegeben. Sie wird nach der Montage gelöst, indem die Verrastung zwischen Bolzen 51 und der Rastnase 44 aufgehoben wird. Beispielsweise erfolgt dies durch ein mechanisches Verformen oder Entfernen der Rastnase 44, indem sie umgebogen oder sogar abgebrochen wird. Das elektronische Gerät ist folglich so gestaltet, dass die Rastnase 44 nach dem Einbau der Montageeinheit 10 zugänglich ist. So wird die thermisch aktivierbare Abtrenneinrichtung aktiviert und sozusagen scharf geschaltet, da sich die Feder 60 nun am fixierten Anschlag 80 abstützt und das Abschirmelement 30 in Richtung Lötstelle 83 drückt. Diese Federkraft F ist erneut mit einem Doppelpfeil gekennzeichnet, wodurch die Richtung der Kraft auch der Abtrennrichtung S entspricht, in welcher das Abschirmelement 30 bei Lösen der Lötstelle 83 bewegt wird.
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5 zeigt die eingebaute Montageeinheit mit entfernter Rastnase 44. Es ist ersichtlich, dass die Aufnahme 40 des Abschirmelementes 30 nun nicht mehr an dem Anschlag 52 anliegt, sondern etwas von der Feder 60 weggedrückt wurde. Nach der Montage hat sich das Abschirmelement 30 daher leicht in Richtung Lötstelle 83 bewegt und liegt unter der Kraft der Feder 60 an der Abwinkelung des Anschlussbügels 81 an. Löst sich die Lötstelle 83 aufgrund einer zu starken Erwärmung des Bauelementes 20, übersteigt die Vorspannkraft die Haltekraft der thermosensitiven Verbindung 83 und der Verbindungsbereich 82 hebt sich vom Bauelement 20 ab. Das Abschirmelement 30 fährt unter der Kraft der Feder 60 in Abtrennrichtung S wie ein Schieber in den Raum zwischen Bauelement 20 und Verbindungsbereich 82 ein. Die Abtrenneinrichtung wurde so in einen stromunterbrechenden Zustand überführt, da sie die elektrische Kontaktierung zwischen dem Anschlusselement 81 und dem elektronischen Bauelement 20 mechanisch unterbrochen hat.
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Dies stellt jedoch nur eine beispielhafte Ausführungsform einer thermisch aktivierbaren Abtrenneinrichtung dar und diese kann auch auf andere Arten ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Abtrennrichtung S in Bezug zur Ausrichtung des Anschlusselementes 81 anders gewählt werden. An dem Abschirmelement 30 können ferner weitere Maßnahmen zur Verbesserung der Abtrennung vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Kraft des Abschirmelementes an einer anderen Stelle am Anschlusselement angreifen. Ferner ist das Abschirmelement 30 in Abtrennrichtung S vorzugsweise in einem nicht dargestellten Führungssystem geführt. Darüber hinaus können Mittel zur Verwendung der Bewegung des Abschirmelementes als Signal für einen thermischen Überlastfall vorgesehen sein.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird zur Fixierung des Anschlags 52 gegenüber dem Abschirmelement 30 in einer Montageinheit kein Verriegelungsmittel am Abschirmelement selbst verwendet, d.h. keine lösbare Verbindung zwischen Bolzen 51 und Aufnahme 40. Vielmehr wird ein separates Werkzeug in Form einer Halteeinrichtung eingesetzt, welche die Montageeinheit temporär im gespannten Zustand gemäß der 2 hält.
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6 zeigt diese Ausführungsform mit einer Halteeinrichtung 90. Diese Halteeinrichtung 90 weist zwei gegenüberliegende Haltebacken 91 und 92 auf, die über Verstellmittel 96 miteinander verbunden sind. An den Haltebacken 91, 92 befinden sich insbesondere zwei abstehende Ausleger 94, 95, zwischen denen sich die Verstellmittel 96 wenigstens erstrecken. Die Verstellmittel 96 sind so ausgebildet, dass durch sie der Abstand zwischen den beiden Auslegern/Haltebacken veränderlich ist. Insbesondere kann ihre Länge gegenüber dem Zustand in der 6 verringert und erhöht werden. Dies kann beispielsweise durch eine Schraubverbindung zwischen den beiden Haltebacken 91, 92 realisiert sein, welche durch zwei rohrförmige Ausleger 94, 95 und einen balgförmigen Mittelbereich 96 geführt ist (nicht dargestellt).
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Dabei liegen die beiden Haltebacken 91 und 92 von außen an dem Anschlag 52 und der Aufnahme 40 an. Der Bolzen 51 ist dabei soweit durch die Feder 60 geschoben, dass er annähernd in die Aufnahme 40 am Abschirmelement 30 hineinragt. Wird er weiter in Richtung der Rückwand 45 der Aufnahme 40 durch die Öffnung 43 geschoben, wird die Länge der Verstellmittel 96 soweit verringert, dass er von den Haltebacken 91, 92 in dieser Stellung gehalten wird. Dabei der Bolzen 51 dann aus der Öffnung 43 ragen kann, weist die Haltebacke 92 in diesem Bereich eine Aussparung 93 auf.
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7 zeigt den vollständig gespannten Zustand einer Montageeinheit 10' mit verkürzten Verstellmitteln 96, bei welcher die Haltebacken 91, 92 den Anschlag 52 gegen die Federkraft der Feder 60 gegen die Aufnahme 40 drücken. In diesem Zustand wird die Montageeinheit 10' zusammen mit der Halteeinrichtung 90 zu einem elektronischen Gerät bewegt, wie es die 8 zeigt. Die Montageeinheit 10' kann wie zuvor beschrieben an dem Bolzen 80 montiert werden, um zusammen mit dem Anschlussbügel 81 und der Lötstelle 83 eine thermisch aktivierbare Abtrenneinrichtung herzustellen.
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Dabei wird die Halteeinrichtung 90 erst von der Montageeinheit 10' gelöst, wenn diese in das Gerät eingebaut ist. Vor dem vollständigen Entfernen der Halteeinrichtung kann die Länge der Verstellmittel 96 zunächst sukzessiv vergrößert werden, wodurch sich das Abschirmelement 30 langsam in Richtung Lötstelle 83 bewegt. Kontaktiert das Abschirmelement 30 den Anschlussbügel 81, können die Verstellmittel weiter verlängert werden, bis es unter der Kraft der Feder an dem Anschlussbügel 81 anliegt. Anschließend kann die Halteeinrichtung vollständig entfernt werden.
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Das elektronische Gerät ist folglich so gestaltet, dass beim Einbau der Montageeinheit 10' ausreichend Bauraum für die Halteeinrichtung 90 vorhanden ist und diese auch für ein Entfernen zugänglich ist.
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9 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher ein Abschirmelement mehr als ein Kraftmittel aufweist. Es weist zwei Federeinheiten 100, 110 auf, die jeweils einen Anschlag, einen Bolzen und eine Spiralfeder aufweisen, die in Verbindung mit einem Abschirmbereich 31 stehen. Die übrige Abtrenneinrichtung ist analog zu der Ausführungsform z.B. der 4 aufgebaut. In dieser Ausführungsform weisen beide Federeinheiten 100, 110 jeweils eine Rastnase auf, die mit dem jeweiligen Bolzen verrastet ist, wobei diese Verrastung wie zuvor beschrieben aufgelöst werden kann. Eine solche Ausführungsform mit zwei Federeinheiten kann auch mit einer Halteeinrichtung montiert werden, welche dazu ausgebildet ist, beide Federeinheiten mit Spannung der Federn auf Druck zu montieren.
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Bezugszeichenliste
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- Montageeinheit
- 10,10'
- Bauelement, Überspannungsableiter, Varistor
- 20
- Abschirmelement, Schieber
- 30
- Abschirmbereich
- 31
- Tunnel
- 32
- Aufnahme
- 40
- Seitenwand
- 41,42
- Öffnung
- 43
- Verriegelung, Rastnase
- 44
- Rückwand
- 45
- Spanneinheit
- 50
- Bolzen
- 51
- Anschlag
- 52
- Aufnahme
- 53
- Einschnitt
- 54
- Nut
- 55
- Kraftmittel, Feder
- 60
- Trägerplatte
- 70
- Bolzen
- 80
- Anschlusselement, Metallbügel
- 81
- Verbindungsbereich
- 82
- Thermosensitive Verbindung, Lötstelle
- 83
- Verbindungsplatte
- 84
- Halteeinrichtung
- 90
- Haltebacke
- 91,92
- Aussparung
- 93
- Ausleger
- 94,95
- Verstellmittel, Balg
- 96
- Federeinheit
- 100,110
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015000329 B3 [0007]
