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Die Erfindung betrifft eine thermisch aktivierbare Abtrenneinrichtung für ein elektronisches Bauelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Dabei weist die Abtrenneinrichtung wenigstens ein Anschlusselement und einen Schieber auf, die dazu ausgebildet sind, im thermischen Überlastfall das Anschlusselement mechanisch von dem elektronischen Bauelement zu trennen.
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Die Erfindung betrifft ferner ein elektronisches Bauelement mit einer solchen Abtrenneinrichtung und ein elektronisches Gerät, insbesondere ein Überspannungsschutzgerät, mit einem solchen elektronischen Bauelement.
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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.
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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 verschiedene Nachteile. Das Lot der thermosensitiven Verbindung ist im Abtrennzeitraum beispielsweise noch nicht vollständig weich geworden oder erstarrt nach der Abtrennung sofort wieder. Dies führt dazu, dass ein Schieber nicht zwischen Kontaktelement des Federsystems und Überspannungsableiter fahren kann. Die Folge sind unsichere Zustände. Darüber hinaus kann die Kraft des Federsystems auf die Lötstelle, für die zumeist ein niedrig schmelzendes Lot verwendet wird, nicht beliebig erhöht werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine thermisch aktivierbare Abtrenneinrichtung für ein elektronisches Bauelement bereitzustellen, welche die genannten Nachteile vermeidet.
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Diese Aufgabe wird durch eine thermisch aktivierbare Abtrenneinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Abtrenneinrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2-11. Die Aufgabe wird ferner durch ein elektronisches Bauelement mit einer solchen Abtrenneinrichtung gemäß einem der Ansprüche 12 und 13, und ein elektronisches Gerät gemäß einem der Ansprüche 14-16 gelöst.
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Die erfindungsgemäße thermisch aktivierbare Abtrenneinrichtung für wenigstens ein elektrisches Bauelement weist wenigstens ein Anschlusselement und einen in einer Ebene E beweglich gelagerten Schieber auf. 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 Anschlusselement ist als elektrisch leitendes Element beispielsweise durch ein Metallblech oder einen Metallbügel gebildet. Der Schieber ist als isolierendes Element beispielsweise aus einem Kunststoff ausgebildet. Anschlusselement und Schieber sind dazu ausgebildet, im thermischen Überlastfall das Anschlusselement von dem Bauelement mechanisch 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 bzw. für einen stromführenden Zustand kontaktierbar ist. 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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Der Schieber ist in Richtung des Anschlusselementes mit einer Kraft belastet, die bei Auflösung der thermosensitiven Verbindung eine Bewegung eines Abschirmbereiches des Schiebers zwischen das Bauelement und den Verbindungsbereich des Anschlusselementes bewirkt. Diese Kraft wird beispielsweise durch eine am Schieber anliegende Federkraft erzeugt.
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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 der Schieber 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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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der kraftbelastete Schieber einen Kontaktbereich aufweist, der bei Auflösung der thermosensitiven Verbindung durch Kontakt mit dem Anschlusselement den Verbindungsbereich des Anschlusselementes von dem Bauelement weg bewegt. Der Schieber drückt somit das Anschlusselement von dem Bauelement weg. Der Kontakt des Schiebers am Anschlusselement liegt erfindungsgemäß außerhalb des Verbindungsbereiches mit der thermosensitiven Verbindung. Der Angriffspunkt der Kraft des Schiebers am Anschlusselement liegt somit nicht wie bei bekannten Lösungen direkt im Bereich der thermosensitiven Verbindung. Die Kraft des Schiebers greift vielmehr an einer anderen Stelle an.
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Darüber hinaus gelangt der Kontaktbereich bei der Bewegung des Abschirmbereiches des Schiebers zwischen das Bauelement und den Verbindungsbereich des Anschlusselementes nicht in den Raum zwischen Verbindungsbereich und Bauelement. Auch beim Verfahren verbleibt der Kontaktbereich somit außerhalb dieses kritischen Raumes und durchfährt diesen nicht. So ist sichergestellt, dass der Kontaktbereich nicht mit Lotresten am Bauelement und/oder am Verbindungsbereich des Anschlusselementes in Berührung kommt, was ansonsten ein sicheres Einfahren des Schiebers behindern und zu unsicheren Zuständen führen könnte.
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Dass der Kontaktbereich beim Einfahren des Schiebers nicht in den kritischen Raum zwischen Verbindungsbereich und Bauelement gelangt, wird insbesondere dadurch erreicht, dass er sich daran vorbeibewegt. Vorzugsweise bewegt er sich innerhalb der Bewegungsebene E des Schiebers an dem kritischen Raum vorbei. Dabei kann sich der Kontaktbereich direkt angrenzend oder in einem Abstand an diesem vorbeibewegen. Es ist jedoch auch möglich, dass seine Bewegung außerhalb des kritischen Raumes zwischen Verbindungsbereich und Bauelement endet, ohne dass er den kritischen Raum passiert.
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Die Kombination dieser Maßnahmen führt zu einer thermisch aktivierbaren Abtrenneinrichtung für ein Bauelement, bei welcher der Schieber kraftoptimiert und sicher ausgestaltet werden kann. Durch den Angriffspunkt entfernt von der thermosensitiven Verbindung kann dieser Kontaktbereich zwischen Schieber und Anschlusselement geeignet ausgeformt werden, ohne dass hierbei beispielsweise die Lage der thermosensitiven Verbindung zu Beschränkungen führt.
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In einer Ausführungsform der Erfindung schneidet die Bewegungsrichtung S des Schiebers eine Ebene F, innerhalb welcher der Verbindungsbereich des Anschlusselementes bewegt wird. Die Bewegungsrichtung S des Schiebers verläuft dann nicht in der Ebene F oder parallel zu dieser, sondern in einem Winkel zu der Ebene F. Dabei verläuft die Bewegungsrichtung S des Schiebers beispielsweise orthogonal zur Ebene F, innerhalb der sich der Verbindungsbereich des Anschlusselementes bewegen kann. Sie kann jedoch auch schräg unter einem anderen Winkel durch diese Ebene F verlaufen. Der Verbindungsbereich mit der thermosensitiven Verbindung wird linear in der Ebene F bewegt oder innerhalb dieser verschwenkt. Vorzugsweise erfolgt ein Verschwenken um eine Schwenkachse.
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Für den Verlauf der Bewegungsrichtung S des Schiebers bezüglich der Ebene F lassen sich zwei Winkel α und β definieren. Der Winkel α wird in der Ebene E aufgespannt zwischen der Bewegungsrichtung S des Schiebers und der Ebene F. Der Winkel β wird aufgespannt zwischen den beiden Ebenen E und F.
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Verläuft die Bewegungsrichtung S des Schiebers orthogonal zur Ebene F, innerhalb welcher der Verbindungsbereich des Anschlusselementes bewegt wird, liegen beide Winkel α und β bei 90°. Die Winkel können jedoch auch jeweils von 90° abweichen und zwar so weit, dass nachwievor ein verlässliches und effektives Anheben des Anschlusselementes durch den an ihm angreifenden Schieber gewährleistet ist. So können ausreichend große Hebel realisiert werden, die ein schnelles, sicheres und effektives Abheben des Anschlusselementes von dem Bauteil ermöglichen. Hierzu trägt die Bewegungsrichtung S des Schiebers quer zur Ebene F bei, innerhalb welcher der Verbindungsbereich mit der thermosensitiven Verbindung bewegt wird.
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In alternativen Ausführungsformen verläuft die Bewegungsrichtung S des Schiebers beispielsweise entlang der Ebene F, wobei Anschlusselement und Schieber entsprechend so ausgebildet sind, dass der Kontaktbereich des Schiebers bei der Bewegung des Abschirmbereiches des Schiebers zwischen das Bauelement und den Verbindungsbereich des Anschlusselementes nicht in den Raum zwischen Verbindungsbereich und Bauelement gelangt. Dies kann beispielsweise durch geeignete Abwinkelung des Anschlusselementes verwirklicht werden, um den Kontaktpunkt zwischen Schieber und Anschlusselement außerhalb der Ebene F anzuordnen.
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Der Kontaktpunkt zwischen Schieber und Anschlusselement ist vorzugsweise so ausgebildet, dass die Kraft des Schiebers wenigstens teilweise in Abtrennrichtung umgeleitet wird, d.h. von der Ebene E in die Ebene F. In einer Ausführungsform der Erfindung weist das Anschlusselement und/oder der Schieber beispielsweise jeweils eine Abschrägung auf, durch welche die Kraft des Schiebers bei Kontakt mit dem Anschlusselement aus der Ebene E in die Ebene F gelenkt wird. Der Schieber schiebt sich wie ein Keil mit seiner Abschrägung unter das Anschlusselement, welches an der Abschrägung entlanggleitet und dabei angehoben wird. Alternativ kann an dem Anschlusselement eine solche Abschrägung vorgesehen sein, unter welche sich der Schieber sukzessive schiebt und so das Anschlusselement anhebt. Vorzugsweise ist am Anschlusselement und am Schieber jeweils eine Abschrägung ausgebildet, die aneinander abgleiten, um das Anschlusselement sicher anzuheben.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist daher am Anschlusselement und/oder am Schieber jeweils eine Abschrägung ausgebildet ist, deren Steigung ausgehend vom Anschlusselement in Richtung des Schiebers und in eine Richtung weg vom Bauelement positiv ist. Vorzugsweise ist eine solche Abschrägung sowohl am Anschlusselement, als auch am Schieber vorgesehen.
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Der Schieber hat bereits im stromführenden Zustand der Abtrenneinrichtung Kontakt mit dem Anschlusselement und liegt mit einer Kraft an dieser an. Diese Kraft kann auf verschiedene Arten erzeugt werden, wobei sich eine Federkraft als vorteilhaft erwiesen hat. An dem Schieber greift somit ein Federmechanismus mit einer oder mehreren Federn an, welcher den Schieber in Richtung Anschlusselement drückt. 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 wird es von dem Schieber ebenfalls von dem Bauelement weggedrückt und anschließend auch auf Abstand zu diesem gehalten.
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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 optional 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 vorsieht, durch welche der Abstand zum Bauelement gegenüber dem restlichen Anschlusselement verringert wird. Auf der dem elektronischen Bauelement zugewandten Seite dieser Senke ist dann die thermosensitive Verbindung vorgesehen.
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In einer Ausführungsform der Erfindung sind der Schieber und das Anschlusselement so ausgebildet, dass ein Kontaktbereich des Schiebers eine Bewegung des Verbindungsbereiches des Anschlusselementes von dem Bauelement weg bewirkt, bevor sich durch die Bewegung des Schiebers sein Abschirmbereich zwischen dem Bauelement und dem Verbindungsbereich des Anschlusselementes befindet. Der Schieber teilt sich somit wenigstens auf in einen Abschirmbereich und einen Kontaktbereich, in welchem sich der Angriffspunkt mit dem Anschlusselement befindet. Dieser Angriffspunkt des Schiebers mit dem Anschlusselement ist voreilend ausgeführt. Auf diese Weise kann das Anschlusselement angehoben werden, bevor sein Abschirmbereich in die Lötstelle einfährt. Dies hat den Vorteil, dass ein ausreichend großer Abstand zwischen Bauelement und Anschlusselement hergestellt werden kann, bevor der Schieber in die gelöste Lötstelle einfährt. So wird die thermosensitive Verbindung sicher getrennt und der Schieber kann sicher einfahren.
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Um diesen voreilenden Angriffspunkt zu realisieren, ist beispielsweise am Schieber und/oder am Anschlusselement ein Kontaktbereich vorgesehen, der vom Schieber und/oder dem Anschlusselement in Richtung des jeweils anderen Bauteils absteht. Dieser abstehende Kontaktbereich ist insbesondere mit einer zuvor beschriebenen Abschrägung versehen. Beispielsweise ist am Anschlusselement eine abstehende, schräge Lasche vorgesehen, während am Schieber eine abstehende Nase vorgesehen ist, die bei Kontakt aneinander abgleiten.
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Insbesondere ist am Schieber ein in Richtung des Anschlusselementes abstehender Kontaktbereich mit einer solchen Abschrägung vorgesehen, die im Bereich des Abschirmbereiches in einen länglichen Steg übergeht, der gegenüber dem Abschirmbereich erhaben ist. Der Steg erstreckt sich in der Bewegungsrichtung S des Schiebers. Durch die Abschrägung wird das Anschlusselement zunächst angehoben und gleitet anschließend entlang des Steges. So wird das Anschlusselement auf Abstand zu dem Bauelement und damit den Lotresten auf dem Bauelement gehalten, wenn der Abschirmbereich des Schiebers in die Lötstelle einfährt. Das Anschlusselement wird vorzugsweise soweit angehoben, dass der Verbindungsbereich des Anschlusselementes, an dem erkaltete Lotreste haften können, nicht mit der Oberseite des Schiebers in Kontakt kommt. Die Höhe des Steges ist entsprechend gewählt.
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In anderen Ausführungsformen der Erfindung sind weitere Maßnahmen vorgesehen, um unsichere Zustände beim Einfahren des Schiebers in die Lötstelle zu vermeiden. Beispielsweise weist der Abschirmbereich des Schiebers optional auf derjenigen Seite, welche dem Verbindungsbereich des Anschlusselementes zugewandt ist, eine abgerundete Kante auf. So kann der Schieber nicht im erkalteten Lot festhängen. Darüber hinaus weist der Abschirmbereich beispielsweise auf derjenigen Seite des Schiebers, welche der Richtung entgegengesetzt ist, in welche der Verbindungsbereich des Anschlusselementes bei Auflösung der thermosensitiven Verbindung bewegt wird, eine sich in Bewegungsrichtung S des Schiebers erstreckende Einbuchtung auf. Diese Einbuchtung liegt beim Einfahren des Schiebers zwischen das Bauelement und den Verbindungsbereich des Anschlusselementes im Bereich des Verbindungsbereiches, d.h. im Bereich von möglichen Lotresten auf dem Bauelement. Durch die Einbuchtung wird sichergestellt, dass der Schieber mit seiner Unterseite in diesem Bereich nicht mit diesen Lotresten in Berührung kommt.
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Ferner ist der Abschirmbereich vorzugsweise auf derjenigen Seite des Schiebers tunnelförmig ausgebildet, welche der Richtung entgegengesetzt ist, in welche der Verbindungsbereich des Anschlusselementes bei Auflösung der thermosensitiven Verbindung bewegt wird. Der Schieber wird dann so angebracht und geführt, dass das Bauelement in diesem Tunnel liegt. Beim Auslösen der Abtrenneinrichtung gleitet der Schieber über das Bauelement und deckt nicht nur die 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. Die zuvor beschriebene Einbuchtung, die sich in der Bewegungsrichtung S des Schiebers erstreckt und beim Einfahren des Schiebers im Bereich der Lotreste liegt, befindet sich in der Unterseite der Deckfläche eines solchen tunnelförmigen Abschirmbereiches.
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Von der Erfindung umfasst ist auch ein elektronisches Bauelement mit einer Abtrenneinrichtung nach einer Ausführungsform der Erfindung. Bei dem elektronischen Bauelement handelt es sich vorzugsweise um einen Überspannungsableiter, insbesondere um einen Varistor.
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Ebenfalls von der Erfindung umfasst ist ein elektronisches Gerät mit wenigstens einem elektronischen Bauelement nach einer Ausführungsform der Erfindung.
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Wird der Schieber der Abtrenneinrichtung auf einer Seite tunnelförmig ausgeführt, liegt das elektronische Bauelement vorzugsweise in dem tunnelförmigen Abschirmbereich des Schiebers. Der Tunnel nimmt das Bauelement jedoch im stromführenden Zustand 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 E des Schiebers erstreckt. Auf diese Weise lässt sich ein sehr flaches und kompaktes Gerät bereitstellen. Insbesondere ist dies der Fall, wenn das elektronische Bauteil als flacher Quader ausgeführt ist. Bei der Trägerplatte handelt es sich beispielsweise um eine Platine.
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Wird als elektronisches Bauelement ein Überspannungsableiter gewählt, kann mit der erfindungsgemäßen Abtrenneinrichtung 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 Aufsicht auf eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abtrenneinrichtung im stromführenden Betriebszustand;
- 2 eine Prinzipskizze der Bewegungsrichtungen und -ebenen der einzelnen Bauteile innerhalb der Abtrenneinrichtung gemäß 1;
- 3 eine dreidimensionale Ansicht einer Abtrenneinrichtung gemäß 1 auf einer Trägerplatte;
- 4 eine dreidimensionale Ansicht einer Abtrenneinrichtung gemäß 1 im ausgelösten, stromunterbrechenden Zustand; und
- 5 eine Seitenansicht der Abtrenneinrichtung gemäß 4.
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1 zeigt eine Aufsicht auf eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abtrenneinrichtung 10 im Betriebszustand, d.h. im stromführenden Zustand. Dabei sind die wesentlichen Komponenten der Abtrenneinrichtung 10 zusammen mit einem elektronischen Bauelement 20 gezeigt, mit welchem die Abtrenneinrichtung 10 stromführend kontaktiert ist. Bei dem 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 60 angebracht, wie es der dreidimensionalen Ansicht der 3 zu entnehmen ist. Dabei ist es flach auf der Trägerplatte 60 angebracht, so dass es sich im Wesentlichen parallel zu dieser erstreckt.
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Die Abtrenneinrichtung 10 weist einen Schieber 40 und ein Anschlusselement 30 auf. Das Anschlusselement 30 ist als Metallbügel ausgeführt, der ein frei bewegliches Ende aufweist, während er über ein gegenüberliegendes Ende fixiert ist. In dieser Ausführungsform ist der Metallbügel beispielsweise über eine Verbindungsplatte 34 fest mit der Trägerplatte 60 verbunden. Es können jedoch auch andere Verbindungsarten gewählt werden.
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Das Anschlusselement 30 ist ferner U-förmig mit einem verlängerten Schenkel ausgebildet. Ein kürzerer erster Schenkel geht in die Verbindungsplatte 34 über, mit welcher das Anschlusselement 30 fest mit der Trägerplatte 60 verbunden ist. Der längere zweite Schenkel geht hingegen in das frei bewegliche Ende über. Die Verbindungsplatte 34 mit dem kürzen Schenkel liegt neben dem elektronischen Bauelement 20, während der längere Schenkel oberhalb des Bauelementes 20 liegt. Dabei weist der längere Schenkel mehrere Abschnitte und Bereiche auf, die unterschiedlich ausgeformt sind. Insbesondere weist er einen Verbindungsbereich 31 auf, der durch eine Senke in Richtung des elektronischen Bauelementes 20 gebildet ist (siehe auch 3). Mit der Unterseite dieser Senke ist das Anschlusselement 30 über eine thermosensitive Verbindung in Form einer Niedertemperaturlötstelle 50 mit der Oberseite des Bauelementes 20 elektrisch kontaktiert. In der Aufsicht der 1 ist diese Lötstelle 50 daher nur gestrichelt dargestellt.
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Der Schieber 40 weist einen Abschirmbereich 42 und einen Kontaktbereich 41 auf. Wie aus der 3 ersichtlich, ist der Abschirmbereich 42 als Tunnel 46 ausgeführt mit einer Deckfläche und zwei sich gegenüber liegenden Seitenwänden. In diesem Tunnel 46 ist das elektronische Bauelement 20 teilweise aufgenommen. Der Kontaktbereich 41 hingegen ist als vorstehende Nase ausgebildet, die in Richtung Anschlusselement 30 von dem Abschirmbereich 42 absteht. Und zwar befindet sich dieser Kontaktbereich 41 seitlich an dem Schieber 40. Über den Kontaktbereich 41 hat der Schieber 40 Kontakt mit dem Anschlusselement 30, wobei dieser Kontakt örtlich außerhalb des Verbindungsbereiches 31 mit der thermosensitiven Verbindung 50 liegt. Insbesondere befindet er sich am freien Ende des Metallbügels 30, angrenzend an den Verbindungsbereich 31 in einem Auflagebereich 35. An diesem freien Ende des Metallbügels 30 ist an dem Auflagebereich 35 eine Lasche 32 oder Zunge ausgeformt, die als Kontaktbereich in Richtung des Schiebers 40 von dem Anschlusselement 30 absteht.
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Der Schieber 40 ist in der mit S gekennzeichneten Richtung beweglich gelagert. Dies erfolgt beispielsweise über eine nicht dargestellte Führungskonstruktion, in welcher der Schieber beweglich gehalten und in Richtung S geführt ist. Über den angedeuteten Anschlussbereich 70 kann der Schieber mit einer solchen Führungskonstruktionen verbunden sein. Zusätzlich ist er durch die Aufnahme des elektronischen Bauelementes 20 in dem Tunnel 46 in Bewegungsrichtung S geführt. Darüber hinaus ist der Schieber 40 in Bewegungsrichtung S mit einer Kraft belastet, die ihn somit gegen das Anschlusselement 30 drückt. Diese Kraft wird vorzugsweise durch einen Federmechanismus erzeugt (nicht dargestellt), es können jedoch auch andere Arten von Krafterzeugern verwendet werden.
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Wie aus der 3 ersichtlich, sind die Lasche 32 am Anschlusselement 30 und die Nase 41 am Schieber 40 jeweils mit einer Abschrägung ausgeführt. Der Kontaktbereich 41 des Schiebers 40 weist eine Abschrägung 43 auf, an welcher eine Abschrägung 33 der Lasche 32 anliegt. Diese Abschrägungen 33, 43 sind so gewählt, dass sich der Kontaktbereich 41 des Schiebers 40 aufgrund der Kraft in S-Richtung unter die Lasche 32 des Anschlusselementes 30 schiebt und diese vom Bauelement 20 weg drückt.
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Die Nase 41 des Schiebers 40 geht im Bereich des Abschirmbereiches 42 in einen länglichen Steg 45 über, der gegenüber dem Abschirmbereich 42 erhaben ist. Der Steg 45 erstreckt sich in der Bewegungsrichtung S des Schiebers 40. Die Höhe des Steges 45 gegenüber dem Abschirmbereich 42 ist größer als die Tiefe der Senke des Verbindungsbereiches 31 des Anschlusselementes 30 gegenüber dem Auflagebereich 35.
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Schmilzt die thermosensitive Verbindung 50 im thermischen Überlastfall auf, d.h. das elektronische Bauelement 20 erwärmt sich zu stark über einen Grenzwert, hebt der Schieber 40 das Anschlusselement 30 vom dem Bauteil 20 ab. Ergänzend kann der Verbindungsbereich 31 unter Vorspannung des Anschlussbügels 30 mit dem Bauelement 20 kontaktiert sein. Übersteigt diese Vorspannkraft die Haltekraft der thermosensitiven Verbindung 50, hebt sich der Verbindungsbereich 31 vom Bauelement 20 ab. Dabei schwenkt der Verbindungsbereich 31 um die Verbindungsplatte 34 als Schwenkachse nach oben in eine Richtung, die in den Figuren mit A gekennzeichnet ist.
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Der Verbindungsbereich 31 schwenkt dann in einer Ebene F, während der Schieber 40 insgesamt in einer Ebene E beweglich gelagert ist. Der 1 ist zu entnehmen, dass der Winkel α, der in der Ebene E zwischen der Bewegungsrichtung S des Schiebers 40 und der Ebene F aufgespannt wird, bei etwa 90° liegt. Die Bewegungsrichtung S des Schiebers 40 verläuft somit orthogonal zur Ebene F, innerhalb welcher sich der Verbindungsbereich 31 bei der Abtrennung von dem elektronische Bauelement 20 bewegt. Der Winkel α kann jedoch auch größer oder kleiner gewählt werden, wodurch der Schieber 40 schräg an dem Anschlusselement 30 angreifen würde. Der Winkel α liegt beispielsweise zwischen 45° und 135°.
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2 zeigt ergänzend eine Prinzipskizze der Bewegungsrichtungen und -ebenen der einzelnen Bauteile innerhalb der Abtrenneinrichtung gemäß 1 in einer Seitenansicht, die der Blickrichtung in der dreidimensionalen Darstellung der 3 entspricht. Die Abschrägung 43 am Schieber 40 und die Abschrägung 33 am Anschlusselement 30 sind schematisch dargestellt. Dieser Prinzipskizze ist auch zu entnehmen, dass am Anschlusselement 30 und/oder am Schieber 40 jeweils eine Abschrägung 33, 43 ausgebildet ist, deren Steigung ausgehend vom Anschlusselement 30 in Richtung des Schiebers (d.h. nach rechts) und in eine Richtung weg vom Bauelement 20 (d.h. nach oben) positiv ist.
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Der Schieber 40 ist in Bewegungsrichtung S in der Ebene E beweglich. Das Anschlusselement 30 ist nach Auflösung der thermosensitiven Verbindung in Richtung A beweglich und damit in der Ebene F. Diese Ebenen E und F schneiden sich in einem Winkel β, der in dieser Ausführungsform bei etwa 90° liegt. Die Kraft des Schiebers 40 wird teilweise in die Bewegungsrichtung A in der Ebene F umgelenkt. Der Winkel β kann jedoch auch größer oder kleiner gewählt werden, wodurch der Schieber 40 auch in dieser Richtung schräg an dem Anschlusselement 30 angreifen würde. Der Winkel β liegt beispielsweise zwischen 45° und 135°.
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4 zeigt die Abtrenneinrichtung gemäß 1 im ausgelösten Zustand, d.h. nachdem sich die thermosensitive Verbindung 50 gelöst und der Schieber 40 mit seinem Abschirmbereich 42 zwischen das elektronische Bauelement 20 und den Verbindungsbereich 31 gefahren ist. Die Abtrenneinrichtung wurde so in einen stromunterbrechenden Zustand überführt, da sie die elektrische Kontaktierung zwischen dem Anschlusselement 30 und dem elektronischen Bauelement 20 mechanisch unterbrochen hat. 5 zeigt diesen Zustand in einer Seitenansicht, bei welcher die Blickrichtung entgegen der Bewegungsrichtung S des Schiebers 40 zeigt.
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Durch die abstehende Nase 41 hat der Schieber 40 zunächst voreilend das Anschlusselement 30 über die Lasche 32 angehoben, bevor sich der Abschirmbereich 42 zwischen Bauelement 20 und Verbindungsbereich 31 bewegt hat. Nach Anhebung über die Lasche 32 ist der Auflagebereich 35 des Anschlusselementes 30 über den Steg 45 geglitten und dort zum Liegen gekommen. Mögliche Lotreste der thermosensitiven Verbindung sind in den 4 und 5 mit den Bezugsziffern 51 und 52 bezeichnet. Ein erster Lotrest 51 befindet sich somit möglicherweise an der Unterseite des Verbindungsbereiches 31, während sich ein zweiter Lotrest 52 auf der Oberseite des Bauelementes 20 befinden kann. Damit der Abschirmbereich 42 des Schiebers 40 beim Einfahren in die Lötstelle nicht an erkaltetem Lot festhängen kann, ist seine Vorderkante 44 abgerundet ausgeführt. Darüber hinaus weist der Abschirmbereich 42 des Schiebers 40 optional eine Einbuchtung 47 auf, die sich auf der Unterseite des Abschirmbereiches 42 in der Bewegungsrichtung S erstreckt. Diese Einbuchtung 47 ist so angeordnet und dimensioniert, dass sie beim Einfahren des Schiebers 40 im Bereich der Lötstelle liegt, so dass eine Berührung zwischen Schieber 40 und Lotresten 52 auf der Oberseite des Bauelementes 20 vermieden wird. Ferner wird das Anschlusselement 30 durch die Nase 41 und den Steg 45 soweit angehoben, dass der Abschirmbereich 42 keinen Kontakt zur Unterseite des Anschlusselementes 30 und damit zu dem Lotrest 51 hat. Insbesondere aus der 4 ist ersichtlich, dass der Kontaktbereich 41 des Schiebers 40 beim Einfahren des Schiebers 40 nicht in den Raum zwischen Bauelement 20 und Verbindungsbereich 31 gelangt. Er bewegt sich vielmehr an diesem vorbei und passiert diesen Raum. Der Kontaktbereich 41 ist hierfür entsprechend am Schieber 40 angeordnet und ausgestaltet, um dies konstruktiv zu gewährleisten.
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In alternativen Ausführungsformen der Erfindung könnte hingegen die Lasche mit dem Kontaktbereich 32 am Anschlusselement 30 so lang ausgebildet sein, dass sie den voreilenden Kontakt mit dem Kontaktbereich 41 am Schieber 40 herstellt. Dann könnte der Kontaktbereich 41 des Schiebers 40 so angeordnet und dimensioniert werden, dass seine Bewegung außerhalb des kritischen Raumes zwischen Verbindungsbereich 31 und Bauelement 20 endet, ohne dass er den kritischen Raum passiert.
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In weiteren alternativen Ausführungsformen der Erfindung können die Ebene F und die Bewegungsrichtung S eines Schiebers auch so zueinander liegen, dass die Bewegungsrichtung S entlang der Ebene F verläuft. Der Kontaktbereich des Schiebers bewegt sich jedoch nicht in der Ebene F, da er ansonsten in die Lötstelle einfahren würde. Vielmehr ist das Anschlusselement so ausgeformt, dass der Kontaktpunkt zwischen Schieber und Anschlusselement außerhalb der Ebene F liegt. Dies kann beispielsweise durch eine geeignete Abwinkelung des Anschlusselementes aus der Ebene F heraus verwirklicht werden.
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Bezugszeichenliste
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- Abtrenneinrichtung
- 10
- Bauelement, Überspannungsableiter, Varistor
- 20
- Anschlusselement, Metallbügel
- 30
- Verbindungsbereich
- 31
- Kontaktbereich, Lasche
- 32
- Abschrägung
- 33
- Verbindungsplatte
- 34
- Auflagebereich
- 35
- Schieber
- 40
- Kontaktbereich, Nase
- 41
- Abschirmbereich
- 42
- Abschrägung
- 43
- Kante, abgerundet
- 44
- Erhebung, Steg
- 45
- Tunnel
- 46
- Einbuchtung
- 47
- Thermosensitive Verbindung, Lötstelle
- 50
- Lotrest
- 51,52
- Trägerplatte
- 60
- Anschlussbereich Führung
- 70
- Bewegungsrichtung Schieber
- S
- Bewegungsrichtung Anschlusselement
- A
- Bewegungsebene Schieber
- E
- Bewegungsebene Anschlusselement
- F
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015000329 B3 [0007]
