DE112011105340T5

DE112011105340T5 - Thermische Metalloxidvaristor-Schaltungsschutzeinrichtung

Info

Publication number: DE112011105340T5
Application number: DE112011105340.1T
Authority: DE
Inventors: Wen Yang; Hailang Tang; Hongbing Liu
Original assignee: Littelfuse Inc
Current assignee: Littelfuse Inc
Priority date: 2011-06-17
Filing date: 2011-06-17
Publication date: 2014-03-13
Also published as: US9570260B2; WO2012171221A1; CN103620703B; JP2014525136A; US20140232512A1; JP5981537B2; CN103620703A

Abstract

Eine thermische Metalloxidvaristor-Schaltungsschutzeinrichtung umfasst ein einen Hohlraum definierendes Gehäuse (15) und einen innerhalb des Hohlraums angeordneten Metalloxidvaristor (MOV) (50). Die Schaltungsschutzeinrichtung kann ferner einen ersten Anschluss (301) umfassen, der an einem ersten Ende an dem MOV (50) durch Lötmittel (55) elektrisch angebracht ist und sich außerhalb des Gehäuses (15) zu einem zweiten Ende erstreckt. Ein Lichtbogenschutz (65) ist innerhalb des Gehäuses (15) zwischen dem ersten Ende des ersten Anschlusses (301) und dem MOV (50) angeordnet. Die Schaltungsschutzeinrichtung kann ferner eine Feder (70) umfassen, die konfiguriert ist, den Lichtbogenschutz (65) gegen einen Mikroschalter (35), der einen mindestens teilweise außerhalb des Gehäuses (15) angeordneten Anzeigeabschnitt (35b) aufweist, vorzuspannen. Wenn ein Spannungsstoßzustand auftritt, wechselt der MOV (50) von einem nichtleitenden Status in einen leitenden Status und zwischen dem ersten Anschluss (301) und einem zweiten Anschluss (302) fließt Strom, somit schmilzt die durch den Strom erzeugte Wärme das Lötmittel (55) und das erste Ende des ersten Anschlusses (301) trennt sich von dem MOV (50) elektrisch.

Description

Gebiet der Erfindung
Ausführungsformen der Erfindung betreffen das Gebiet der Schaltungsschutzeinrichtungen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Einrichtung zum Schutz vor Spannungsstößen mit einem thermischen Trennsystem, das konfiguriert ist, eine schnelle Reaktion auf Überhitzung bereitzustellen.
Erörterung des Standes der Technik
Überspannungsschutzeinrichtungen werden benutzt, um elektronische Schaltungen und Komponenten vor Beschädigung aufgrund von Überspannungsfehlerzuständen zu schützen. Diese Überspannungsschutzeinrichtungen können Metalloxidvaristoren (MOV) umfassen, die zwischen die zu schützenden Schaltungen und einem Erdleiter geschaltet werden. MOV haben eine einzigartige Strom-Spannungs-Kennlinie, wodurch sie zum Schutz solcher Schaltungen gegen katastrophale Spannungsstöße benutzt werden können. Typischerweise benutzen diese Einrichtungen Temperatursicherungen, die während eines anomalen Zustandes schmelzen können, um eine Leerlaufschaltung zu bilden. Insbesondere wenn an die Einrichtung eine Spannung angelegt wird, die größer ist als die Nenn- oder Schwellenspannung, fließt Strom durch einen MOV, der Wärme erzeugt. Dadurch schmilzt die Temperatursicherung. Sobald die Sicherung schmilzt, wird eine Leerlaufschaltung geschaffen, die verhindert, dass der Überspannungszustand die zu schützende Schaltung beschädigt. Diese bestehenden Schaltungsschutzeinrichtungen stellen jedoch keine effiziente Wärmeübertragung von dem MOV zu der Temperatursicherung bereit, wodurch die Reaktionszeiten verzögert werden. Des Weiteren sind bestehende Schaltungsschutzeinrichtungen kompliziert im Zusammenbau, was die Herstellungskosten erhöht. Deshalb ist es einzusehen, dass bei den heutigen, Metalloxidvaristoren verwendenden Schaltungsschutzeinrichtungen Verbesserungen wünschenswert sind.
Übersicht der Erfindung
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind auf eine Schaltungsschutzeinrichtung gerichtet. In einem Ausführungsbeispiel umfasst die Schaltungsschutzeinrichtung ein einen Hohlraum definierendes Gehäuse und einen innerhalb des Hohlraums angeordneten Metalloxidvaristor (MOV). Ein erster Anschluss ist an einem ersten Ende an dem MOV durch Lötmittel elektrisch angebracht und erstreckt sich außerhalb des Gehäuses zu einem zweiten Ende. Ein Lichtbogenschutz ist innerhalb des Gehäuses zwischen dem ersten Ende des ersten Anschlusses und mindestens teilweise über dem Lötmittel angeordnet. Es ist auch eine Feder umfasst, die konfiguriert ist, den Lichtbogenschutz gegen einen Mikroschalter, der einen mindestens teilweise außerhalb des Gehäuses angeordneten Anzeigeabschnitt aufweist, vorzuspannen. Wenn ein Spannungsstoßzustand auftritt, wechselt der MOV von einem nichtleitenden Status in einen leitenden Status und zwischen dem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss fließt Strom. Die Wärme, die durch den durch den Varistor fließenden Strom erzeugt wird, schmilzt das Lötmittel und das erste Ende des ersten Anschlusses trennt sich von dem Varistor, wodurch eine Leerlaufschaltung geschaffen wird.
In einem anderen Ausführungsbeispiel umfasst die Schaltungsschutzeinrichtung ein einen Hohlraum definierendes Gehäuse und einen Metalloxidvaristor, der innerhalb des Hohlraums angeordnet ist und einen Vorsprung umfasst, der sich aus einer Oberfläche des Metalloxidvaristors erstreckt. Ein Anschluss ist an einem ersten Ende an dem Vorsprung durch Lötmittel elektrisch angebracht und ein zweites Ende erstreckt sich außerhalb des Gehäuse, wobei der Anschluss eine Feder bildet, die von dem Vorsprung weg vorgespannt ist. Die Schaltungsschutzeinrichtung kann auch einen Mikroschalter beinhalten, der einen Anzeigeabschnitt aufweist, der mindestens teilweise außerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Ein Abschnitt des Anschlusses drückt einen Auslöserabschnitt des Mikroschalters in eine erste Position, die einem normalen Betriebszustand der Schaltungsschutzeinrichtung entspricht.
Kurzbeschreibung der Figuren
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Schaltungsschutzeinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
2 ist eine aufgeschnittene perspektivische Ansicht einer Schaltungsschutzeinrichtung, die in einem normalen Betriebszustand gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gezeigt ist.
3 ist eine perspektivische Ansicht des Metalloxidvaristor-Abschnitts außerhalb des in 1 und 2 gezeigten Gehäuses gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
4 ist eine perspektivische Ansicht einer Schaltungsschutzeinrichtung ohne Abdeckung 20, die die Einrichtung nach dem Beginn eines Fehlerzustand gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
5 ist eine perspektivische Ansicht des in 4 gezeigten Metalloxidvaristor-Abschnitts außerhalb des Gehäuses nach dem Beginn eines Fehlerzustands gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
6 ist eine aufgeschnittene Aufsicht auf eine alternative Ausführungsform einer Schaltungsschutzeinrichtung in einem normalen nichtleitenden Zustand gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
7 ist eine aufgeschnittene Aufsicht auf eine Schaltungsschutzeinrichtung der 6, die die Einrichtung nach dem Beginn eines Fehlerzustandes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
8 ist eine aufgeschnittene perspektivische Ansicht einer Schaltungsschutzeinrichtung, die in einem normalen Betriebszustand gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gezeigt ist.
9 ist eine perspektivische Ansicht des in 8 gezeigten Metalloxidvaristor-Abschnitts außerhalb des Gehäuses in einem normalen Betriebszustand gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
10 ist eine perspektivische Ansicht einer Schaltungsschutzeinrichtung ohne Abdeckung, die die Einrichtung nach dem Beginn eines Fehlerzustandes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
11 ist eine perspektivische Ansicht des Metalloxidvaristor-Abschnitts außerhalb des Gehäuses, die die Einrichtung nach dem Beginn eines Fehlerzustandes gemäß einer Ausführungsform der vorliegende Offenbarung zeigt.
Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung nun anhand der begleitenden Figuren näher beschrieben, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind. Diese Erfindung kann jedoch in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden und soll nicht als auf die hier dargelegten Ausführungsformen beschränkt aufgefasst werden. Diese Ausführungsformen werden vielmehr bereitgestellt, damit diese Offenbarung umfassend und vollständig ist und dem Fachmann den Erfindungsumfang ganz vermittelt. In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugszeichen durchgehend auf gleiche Elemente.
In der folgenden Beschreibung und/oder den folgenden Ansprüchen können die Begriffe „auf”, „darüberliegend”, „angeordnet auf” und „über” in der folgenden Beschreibung und den folgenden Ansprüchen benutzt werden. „Auf”, „darüberliegend”, „angeordnet auf” und „über” können benutzt werden, um anzuzeigen, dass zwei oder mehr Elemente in direktem physischen Kontakt miteinander stehen. „Auf”, „darüberliegend”, „angeordnet auf” und „über” können jedoch auch bedeuten, dass zwei oder mehr Elemente nicht in direktem Kontakt miteinander stehen. Zum Beispiel kann „über” bedeuten, dass ein Element über einem anderen Element liegt, sich die Elemente aber nicht berühren und ein anderes Element oder andere Elemente zwischen den zwei Elementen liegt bzw. liegen. Darüber hinaus kann der Begriff „und/oder” „und” bedeuten, er kann „oder” bedeuten, er kann „exklusives oder” bedeuten, er kann „ein” bedeuten, er kann „einige, aber nicht alle” bedeuten, er kann „keine” bedeuten und/oder er kann „beide” bedeuten, der Umfang des beanspruchten Gegenstandes ist jedoch in dieser Hinsicht nicht beschränkt.
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Schaltungsschutzeinrichtung 10, die ein Gehäuse 15 und einen ersten Anschluss 30, und einen zweiten Anschluss 30 ₂ umfasst. Der erste Anschluss 30 ₁ und der zweite Anschluss 30 ₂ werden benutzt, um die Schutzeinrichtung 10 zwischen eine Energiequelle und eine zu schützende Einrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zu schalten. Das Gehäuse 15 kann durch einen auf oder über einem Basisabschnitt 25 angeordneten Abdeckungsabschnitt 20 definiert werden. Das Gehäuse 15 definiert einen Hohlraum darin, um einen in 2 gezeigten Metalloxidvaristor (MOV) aufzunehmen. Das Gehäuse 15 umfasst auch einen oder mehrere Schlitze, um einen sichtbaren Abschnitt eines Mikroschalters 35 aufzunehmen, der benutzt wird, um den Zustand der Schaltungsschutzeinrichtung anzuzeigen.
2 ist eine aufgeschnittene perspektivische Ansicht der in 1 gezeigten Schaltungsschutzeinrichtung in einem normalen Betriebszustand. Die Basis 25 des Gehäuses 15 umfasst eine Bodenwand 26 und Seitenwände 25 ₁, 25 ₂ und 25 ₃, um den Hohlraum, innerhalb dessen der MOV 50 angeordnet ist, zu definieren. Wie veranschaulicht, ist der MOV 50 in seiner Form im Allgemeinen rechteckig und deshalb ist der durch die Boden- und Seitenwände der Basis 25 definierte Hohlraum in seiner Form ebenfalls im Allgemeinen rechteckig. Wie einzusehen ist, können auch alternative Formen des MOV 50 verwendet werden und der Basisabschnitt 25 sowie das Gehäuse 15 weisen ebenfalls eine alternative Form auf, um die MOV aufzunehmen. Des Weiteren kann der MOV 50 auch ein Paar parallele MOV sein. Die Seitenwand 25 ₂ umfasst einen Fachabschnitt 60, der den Mikroschalter 35 (in 3 gezeigt) mindestens teilweise und einen Abschnitt der Kontaktleitung 31 des Anschlusses 30 ₁ unterbringt. Ein erstes Ende des Leitungsabschnitts 31 erstreckt sich über den Lichtbogenschutz 65 und ist an einer Seite des MOV 50 via Lötmittel 55 angebracht. Ein erstes Ende des Anschlusses 30 ₂ ist an der gegenüberliegenden Seite des MOV 50 angebracht (wie in 3 gezeigt). Das Lötmittel ist typischerweise ein Lötmittel mit niedriger Erweichungs- oder Schmelztemperatur, wie zum Beispiel eine Metalllegierung oder ein Polymer. Diese Verschaltung zwischen der Kontaktleitung 31 und dem MOV 50 via Lötmittel 55 stellt die Thermosicherungskonfiguration (d. h. TMOV) der Schaltungsschutzeinrichtung 10 dar, wie sie nachfolgend noch näher beschrieben wird.
Der Lichtbogenschutz 65 wird durch eine Kombination aus der Feder 70 und der zwischen Kontaktleitung 31 und Lötmittel 55 geformten Verschaltung in Position gehalten. Insbesondere ist die Feder 70 als eine „L”-förmige Feder gezeigt, die einen ersten Abschnitt, der mit der Wand 25 ₃ verschaltet ist, und einen zweiten Abschnitt, der mit dem Lichtbogenschutz 65 mit einem zentral zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt der Feder angeordneten Drehzapfen 75 verschaltet ist, aufweist. Der Drehzapfen 75 erstreckt sich im Allgemeinen senkrecht von der Bodenwand 26 der Basis 25. Die Feder 70 spannt den Lichtbogenschutz 65 weg von dem Fachabschnitt 60 vor, wird aber durch die Kontaktleitung 31 in Position gehalten, wenn die Kontaktleitung mit dem Lötmittel 55 verschaltet ist.
Wie oben erwähnt, ist der Anschluss 30 ₁ an einer Seite des MOV 50 via Lötmittel 55 angebracht und der Anschluss 30 ₂ ist an der gegenüberliegenden Seite des MOV 50 via ähnlicher Lötmittelinsel angebracht. Der MOV ist eine spannungsempfindliche Einrichtung, die sich erwärmt, wenn die Spannung, die in der Einrichtung durchwegs angelegt ist, dessen Nennspannung übersteigt. Hier sei zur weiteren Information angemerkt, dass MOV in erster Linie aus Zinkoxidkörnern bestehen, die zusammengesintert werden, um eine Scheibe zu bilden, wobei das Zinkoxidkorn als Festkörper ein hochleitfähiges Material ist, während die von anderen Oxiden gebildete Korngrenze hochohmig ist. Nur an den Punkten, wo sich die Zinkoxidkörner treffen, wird durch das Sintern ein ,Mikrovaristor' erzeugt, der vergleichbar ist mit symmetrischen Zenerdioden. Das elektrische Verhalten eines Metalloxidvaristors resultiert aus der Anzahl von in Reihe oder parallel geschalteter Mikrovaristoren. Der gesinterte Körper eines MOV erklärt auch seine hohe elektrische Belastbarkeit, die eine hohe Energieaufnahme und somit eine außergewöhnlich hohe Stoßstromtragfähigkeit ermöglicht.
3 ist eine perspektivische Seitenansicht des Metalloxidvaristor-Abschnitts außerhalb des Gehäuses 15 ohne den in den 1 und 2 gezeigten Fachabschnitt 60, um die Konfiguration von Lichtbogenschutz 65 und Mikroschalter 35 besser zu veranschaulichen. Insbesondere liegt eine Rückwand des Lichtbogenschutzes 65 an einem aktivierenden Auslöserabschnitt 35a des Mikroschalters 35 an. Ein Anzeigeabschnitt 35b steht aus dem Mikroschalter 35 heraus und ist wie in 1 gezeigt an den Schlitzen der Basis 25 ausgerichtet. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst der Anzeigeabschnitt 35b eine Vielzahl von Zapfen, die sich aus einer Basis des Mikroschalters 35 erstrecken, und der Auslöserabschnitt 35a befindet sich normalerweise in einem heruntergedrückten Status. Wie einzusehen ist, können auch alternative Konfigurationen des Mikroschalters 35 einschließlich Auslöserabschnitt 35a und Anzeigeabschnitt 35b verwendet werden. Zum Beispiel kann der Auslöseranzeigeabschnitt 35a normalerweise verlängert sein und Anzeigeabschnitt 35b kann normalerweise nicht verlängert sein.
Wie aus dieser perspektivischen Seitenansicht ersichtlich ist, hält die Kontaktleitung 31 den Lichtbogenschutz 65 gegen den Auslöserabschnitt 35a via Verschaltung mit dem Lötmittel 55 in Position, während die Feder 70 den Lichtbogenschutz 65 gegen den Abschnitt 31a der Kontaktleitung 31 vorspannt. Bei normalen Betriebszuständen bleibt der MOV 50 nichtleitend, wenn die in dem MOV durchwegs herrschende Spannung unter V_N bleibt. Während dieser Zustände ist das Lötmittel 55 an dem Abschnitt 31a der Kontaktleitung 31 elektrisch angebracht, um den Lichtbogenschutz 65 gegen den Auslöserabschnitt 35a des Mikroschalters 35 in Position zu halten, und die Zapfen des Anzeigeabschnitts 35b sind verlängert.
4 ist eine perspektivische Ansicht der Schaltungsschutzeinrichtung 10 ohne die Abdeckung 20 (zum Zwecke der Veranschaulichung), die die Einrichtung nach dem Beginn eines Fehlerzustands zeigt. Wenn ein Spannungsstoßzustand auftritt, wechselt der MOV 50 von einem nichtleitenden Status in den leitenden Status und Strom fließt zwischen den Anschlüssen 30 ₁ und 30 ₂. Während der Spannungsstoß anhält, sind die Lücken und Grenzen zwischen den Zinkoxidkörnern innerhalb des MOV 50 nicht breit genug, um den Stromfluss zu blockieren, und somit wird der MOV 50 hochleitfähig. Dieses Leitvermögen erzeugt Wärme, die das Lötmittel 55 schmilzt und die Kontaktleitung 31 aus dem elektrischen Kontakt mit dem Lötmittel 55 freigibt. Wenn mehrere MOV parallel konfiguriert sind, kann ein elektrisch leitender Anschluss zwischen den parallelen MOV 50 angeordnet werden, um eine effiziente Wärmeübertragung dazwischen bereitzustellen. Die Kontaktleitung 31 agiert als Thermosicherung, die sich bei der Entwicklung von genügend Wärme seitens des MOV 50, um das Lötmittel 55 zu schmelzen, öffnet. Folglich drückt der Arm 70a der Feder 70, der am Lichtbogenschutz 65 angebracht ist, den Lichtbogenschutz von dem Auslöserabschnitt 35a des Mikroschalters 35 weg. Die Schaltungsschutzeinrichtung 10 stellt eine relativ schnelle Reaktion auf Stromfluss durch den MOV 50 bereit, der durch den Fehlerzustand verursacht wird.
5 ist eine perspektivische Seitenansicht des Metalloxidvaristor-Abschnitts 50 außerhalb des Gehäuses 15 ohne den in 4 gezeigten Fachabschnitt 60, um die Arbeitsweise des Lichtbogenschutzes 65 in Kombination mit dem Mikroschalter 35 besser zu veranschaulichen. Sobald der Lichtbogenschutz 65 durch das Schmelzen des Lötmittels 55 freigegeben ist, wird die Auslöserverlängerung 35c aus dem Auslöserabschnitt 35a des Mikroschalters 35 freigegeben. In dieser Konfiguration ist der Mikroschalter von der Schaltung, die zwischen den Anschlüssen 30 ₁, 30 ₂ und MOV 50 gebildet ist, isoliert, was eine verbesserte Schaltungsüberwachung erlaubt. Des Weiteren verhindert der Lichtbogenschutz 65, dass eine Lichtbogenbildung aus dem MOV 50 die Kontaktleitung 31 erreicht. Somit öffnet sich der elektrische Pfad von Anschluss 30 ₁ via MOV 50 zu 30 ₂ beim Auftreten einer anhaltenden Stoßspannung in Abhängigkeit von der Nennleistung der Schaltungsschutzeinrichtung 10.
6 ist eine aufgeschnittene Aufsicht auf eine alternative Ausführungsform der Schaltungsschutzeinrichtung 100 in einem normalen nichtleitenden oder ausgeschalteten Zustand. Ein Gehäuse 110 definiert einen Hohlraum, innerhalb dessen der MOV 120 angeordnet ist. Zwar ist der MOV 120 so veranschaulicht, dass er eine im Allgemeinen kreisförmige Konfiguration aufweist, aber alternative Formen, wie zum Beispiel viereckige, können ebenfalls verwendet werden. Ein erster Anschluss 130 ₁ und ein zweiter Anschluss 130 ₂ erstrecken sich aus einem Boden des Gehäuses 110. Der erste Anschluss 130 ₁ erstreckt sich in das Gehäuse 120 und bildet den Federanschluss 130. Der MOV 120 umfasst einen Vorsprung 151, der als elektrische Anschlussverschaltung von dem MOV 120 via Lötverbindung 150 zu dem Federanschluss 130 agiert. Das Lötmittel ist typischerweise ein Lötmittel mit niedriger Erweichungs- oder Schmelztemperatur, wie zum Beispiel eine Metalllegierung oder ein Polymer. Diese Verschaltung zwischen Federanschluss 130 und MOV 120 via Lötverbindung 150 stellt die Thermosicherungskonfiguration der Schaltungsschutzeinrichtung 100 bereit. Der Federanschluss 130 ist in einer Konfiguration gezeigt, die im Allgemeinen ein auf dem Kopf stehendes „V” aufweist. Diese Konfiguration stellt eine Vorspannkraft für den Federanschluss 130 von dem Vorsprung 151 aufwärts oder davon weg bereit. Ein Mikroschalter 140 ist im Allgemeinen innerhalb des Gehäuses 110 mit einem Auslöserabschnitt 140a und einem Anzeigezapfen aufweisenden Anzeigeabschnitt 140b angeordnet.
7 ist eine aufgeschnittene Aufsicht auf eine Schaltungsschutzeinrichtung 100, die die Einrichtung nach dem Beginn eines Fehlerzustands zeigt. Wenn ein Spannungsstoßzustand auftritt, wechselt der MOV 120 von einem nichtleitenden Status in den leitenden Status und Strom fließt zwischen den Anschlüssen 130 ₁ und 130 ₂. Während der Spannungsstoß anhält, sind die Lücken und Grenzen zwischen den Zinkoxidkörnern innerhalb des MOV 120 nicht breit genug, um den Stromfluss zu blockieren, und somit wird der MOV hochleitfähig. Dieses Leitvermögen erzeugt Wärme, die das Lötmittel 150 schmilzt und den Federanschluss 130 aus dem elektrischen Kontakt mit dem Vorsprung 151 freigibt. Wenn der Federanschluss 130 freigegeben ist, bewegt sich der Auslöserabschnitt 140a des Mikroschalters 140 nach oben, um die Zapfen des anzeigenden Abschnitts 140b „auszulösen”. In dieser Konfiguration ist der Mikroschalter 140 von der Schaltung, die zwischen den Anschlüssen 130 ₁, 130 ₂ und MOV 120 gebildet ist, isoliert, was eine verbesserte Schaltungsüberwachung erlaubt. Da sich die Zapfen außerhalb des Gehäuses 110 erstrecken, stellen sie eine Anzeige bereit, dass die Schaltungsschutzeinrichtung 100 geöffnet wurde. Des Weiteren kann der MOV 120 auch als eine Vielzahl von parallelen, in der Schaltungsschutzeinrichtung 100 benutzten MOV konfiguriert sein.
8 ist eine aufgeschnittene perspektivische Ansicht eines anderen Ausführungsbeispiels einer Schaltungsschutzeinrichtung 200, die in einem normalen Betriebszustand gezeigt ist. Die Basis 225 des Gehäuses 215 umfasst einen Hohlraum, innerhalb dessen ein MOV 250 mit einem ersten Anschluss 230 ₁ und einem zweiten Anschluss 230 ₂ angeordnet ist. Der erste Anschluss 230 ₁ erstreckt sich durch eine Öffnung in der Basis 225, um einen ersten Leitungsabschnitt 231 zu formen, der sich über den Lichtbogenschutz 265 erstreckt und an einer Seite des MOV 250 via Lötmittel 255 angebracht ist. Ein erstes Ende des Anschlusses 230 ₂ ist an der gegenüberliegenden Seite des MOV 50 (wie in 9 gezeigt) angebracht. Das Lötmittel 255 ist typischerweise ein Lötmittel mit niedriger Erweichungs- oder Schmelztemperatur. Die Verschaltung zwischen der Kontaktleitung 231 und dem MOV 50 via Lötmittel 255 stellt die Thermosicherungskonfiguration (d. h. TMOV) der Schaltungsschutzeinrichtung 200 bereit.
Der Lichtbogenschutz 265 wird durch eine Kombination aus der Feder 270 und der zwischen Kontaktleitung 231 und Lötmittel 255 geformten Verschaltung in Position gehalten. Insbesondere ist die Feder 270 als eine „L”-förmige Feder gezeigt, die einen ersten Abschnitt, der mit der Wand 225 ₁ verschaltet ist, und einen zweiten Abschnitt, der mit dem Lichtbogenschutz 265 mit einem im Allgemeinen zentral zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt der Feder angeordneten Drehzapfen 277 verschaltet ist, aufweist. Zwar ist die Feder 270 in „L”-Form gezeigt, aber alternative Konfigurationen können verwendet werden, um den Lichtbogenschutz 265 in Position zu halten, während er zu der Kontaktleitung 231 hin vorgespannt wird. Die Feder 270 spannt den Lichtbogenschutz 265 weg von der Wand 225 ₂ der Basis 225 vor, wird aber durch die Kontaktleitung 231 in Position gehalten, wenn die Kontaktleitung mit dem Lötmittel 55 verschaltet ist. Wie oben erwähnt, ist der Anschluss 230 ₁ an einer Seite des MOV 250 via Lötmittel 255 angebracht und Anschluss 230 ₂ ist an der gegenüberliegenden Seite des MOV 50 via ähnlicher Lötmittelinsel angebracht. Der MOV ist eine spannungsempfindliche Einrichtung, die sich erwärmt, wenn die Spannung, die in der Einrichtung durchwegs angelegt ist, dessen Nennspannung übersteigt.
9 ist eine perspektivische Seitenansicht des Abschnitts des Metalloxidvaristors 250 außerhalb der Basis 225, um die Konfiguration des Lichtbogenschutzes 265 und eines mindestens teilweise unter dem Lichtbogenschutz angeordneten Mikroschalters 235 im Normalbetrieb besser zu veranschaulichen. Insbesondere hält eine Unterseite des Lichtbogenschutzes 265 einen aktivierenden Auslöserabschnitt 235a (in 11 gezeigt) des Mikroschalters 235 in einer zurückgezogenen Position. Ein Anzeigeabschnitt 235b des Mikroschalters 235 ist an den Schlitzen in einer Wand der Basis 225 ausgerichtet, um eine sichtbare Anzeige des Status der Schutzeinrichtung 200 anzuzeigen. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst der Anzeigeabschnitt 235b eine Vielzahl von Zapfen, die sich aus einer Basis des Mikroschalters 235 erstrecken, und der Auslöserabschnitt 235a befindet sich normalerweise durch die Position des Lichtbogenschutzes 265 in einem heruntergedrückten Status. Wie einzusehen ist, können auch alternative Konfigurationen des Mikroschalters 235 einschließlich Auslöserabschnitt 235a und Anzeigeabschnitt 235b verwendet werden.
Wie aus dieser perspektivischen Seitenansicht ersichtlich ist, hält die Kontaktleitung 231 den Lichtbogenschutz 265 gegen den Auslöserabschnitt 235a des Mikroschalters 245 via Verschaltung mit dem Lötmittel 255 in Position, während die Feder 270 den Lichtbogenschutz 265 gegen einen Abschnitt der Kontaktleitung 31 vorspannt. Bei normalen Betriebszuständen bliebt der MOV 250 nichtleitend, wenn die in dem MOV durchwegs herrschende Spannung unter V_N bleibt. Während dieser Zustände ist das Lötmittel 255 an dem Abschnitt der Kontaktleitung 31 elektrisch angebracht, um den Lichtbogenschutz 265 gegen den Auslöserabschnitt 235a des Mikroschalters 35 in Position zu halten, und die Zapfen des Anzeigeabschnitts 235b sind verlängert.
10 ist eine perspektivische Ansicht der Schaltungsschutzeinrichtung 200 ohne Abdeckung (zum Zwecke der Veranschaulichung), die die Einrichtung nach dem Beginn eines Fehlerzustands zeigt. Wenn ein Spannungsstoßzustand auftritt, wechselt der MOV 250 von einem nichtleitenden Status in den leitenden Status und Strom fließt zwischen den Anschlüssen 230 ₁ und 230 ₂. Während der Spannungsstoß anhält, sind die Lücken und Grenzen zwischen den Zinkoxidkörnern innerhalb des MOV 250 nicht breit genug, um den Stromfluss zu blockieren, und somit wird der MOV 250 hochleitfähig. Dieses Leitvermögen erzeugt Wärme, die das Lötmittel 255 schmilzt und die Kontaktleitung 231 aus dem elektrischen Kontakt mit dem Lötmittel 255 freigibt. Alternativ, wenn mehrere MOV parallel konfiguriert sind, anstelle eines einzigen MOV, kann ein elektrisch leitender Anschluss zwischen die parallelen MOV 250 angeordnet werden, um eine effiziente Wärmeübertragung dazwischen bereitzustellen. Die Kontaktleitung 231 agiert als Thermosicherung, die sich bei der Entwicklung von genügend Wärme seitens des MOV 250, um das Lötmittel 255 zu schmelzen, öffnet. Folglich drückt der Arm 270a der Feder 270, die am Lichtbogenschutz 265 angebracht ist, den Lichtbogenschutz von dem Auslöserabschnitt 235a (in 11 gezeigt) des Mikroschalters 235 weg. Die Schaltungsschutzeinrichtung 200 stellt eine relativ schnelle Reaktion auf Stromfluss durch den MOV 50 bereit, der durch den Fehlerzustand verursacht wird.
11 ist eine perspektivische Seitenansicht des Metalloxidvaristor-Abschnitts 250 außerhalb der in 10 gezeigten Basis 225, um den Betrieb des Lichtbogenschutzes 265 in Kombination mit dem Mikroschalter 235 nach dem Auftreten eines Fehlerzustands besser zu veranschaulichen. Sobald der Lichtbogenschutz 265 durch das Schmelzen des Lötmittels 255 und die Freigabe der Kontaktleitung 231 daraus freigegeben ist, wird der Auslöserabschnitt 235a aus dem Mikroschalter 235 freigegeben, da der Lichtbogenschutz 265 durch den Arm 270a der Vorspannfeder 270 weg von dem Auslöserabschnitt 235a verschoben wird. Beim Auslösen des Mikroschalters 235 erstrecken sich die Zapfen des Anzeigeabschnitts 235b entweder weiter außerhalb der Basis 225 oder ziehen sich zur Basis 225 hin zurück, um eine sichtbare Anzeige des Fehlerzustands bereitzustellen, ohne dass das Gehäuse der Einrichtung geöffnet werden muss. In dieser Konfiguration ist der Mikroschalter 235 von der Schaltung, die zwischen den Anschlüssen 230 ₁, 230 ₂ und dem MOV 250 gebildet ist, isoliert, was eine verbesserte Schaltungsüberwachung erlaubt. Des Weiteren verhindert der Lichtbogenschutz 265, dass eine Lichtbogenbildung aus dem MOV 250 die Kontaktleitung 231 erreicht, da der Lichtbogenschutz nach dem Auftreten des Fehlerzustands zwischen Kontaktleitung 231 und Lötmittel 255 durch die Feder 270 verschoben wird. Somit öffnet sich der elektrische Pfad von Anschluss 230 ₁ via MOV 250 zu 230 ₂ beim Auftreten einer anhaltenden Stoßspannung in Abhängigkeit von der Nennleistung der Schaltungsschutzeinrichtung 200.
Die vorliegende Erfindung wurde zwar anhand bestimmter Ausführungsformen offenbart, aber es sind zahlreiche Modifikationen, Abwandlungen und Änderungen der beschriebenen Ausführungsformen möglich, ohne dass vom Bereich und Umfang der vorliegenden Erfindung wie in den beigefügten Ansprüchen definiert abgewichen wird. Daher soll die vorliegende Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt sein, sondern soll den vollen Umfang aufweisen, der durch die Sprache der nachfolgenden Ansprüche und deren Entsprechungen definiert ist.

Claims

Eine Schaltungsschutzeinrichtung, die Folgendes beinhaltet: ein Gehäuse, das einen Hohlraum definiert; einen Metalloxidvaristor, der innerhalb des Hohlraums angeordnet ist; einen Anschluss, der an einem ersten Ende an dem Metalloxidvaristor durch Lötmittel und einem zweiten, sich außerhalb des Gehäuses erstreckenden Ende elektrisch angebracht ist; einen Lichtbogenschutz, der innerhalb des Gehäuses zwischen der Kontaktleitung und mindestens teilweise über dem Lötmittel angeordnet ist; eine Feder, die konfiguriert ist, den Lichtbogenschutz gegen einen Mikroschalter, der einen mindestens teilweise außerhalb des Gehäuses angeordneten Anzeigeabschnitt aufweist, vorzuspannen.
Schaltungsschutzeinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Metalloxidvaristor ein Paar Metalloxidvaristoren in einer elektrisch parallelen Konfiguration ist.
Schaltungsschutzeinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei ein erstes Ende der Kontaktleitung mit dem Lötmittel elektrisch verschaltet ist.
Schaltungsschutzeinrichtung gemäß Anspruch 3, wobei beim Auftreten eines Fehlerzustands Strom durch den Metalloxidvaristor das Lötmittel ausreichend erwärmt, um das erste Ende der Kontaktleitung freizugeben, und die Feder veranlasst, den Lichtbogenschutz über dem Lötmittel und von dem Mikroschalter weg zu verschieben.
Schaltungsschutzeinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Anzeigeabschnitt des Mikroschalters mindestens einen Zapfen umfasst, der sich teilweise außerhalb des Gehäuse erstreckt.
Schaltungsschutzeinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Feder einen ersten Arm, einen zweiten Arm und einen im Allgemeinen zwischen dem ersten und dem zweiten Arm der Feder angeordneten Drehabschnitt beinhaltet.
Schaltungsschutzeinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der erste Arm der Feder mit dem Lichtbogenschutz verschaltet ist und der zweite Arm der Feder mit einer Innenoberfläche einer Wand des Gehäuses verschaltet ist.
Schaltungsschutzeinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Anschluss ein erster Anschluss ist, der mit einer ersten Seite des Metalloxidvaristors verschaltet ist, wobei die Schaltungsschutzeinrichtung ferner einen zweiten Anschluss beinhaltet, der ein erstes Ende aufweist, das mit einer der ersten Seite des Metalloxidvaristors gegenüberliegenden Seite elektrisch verschaltet ist.
Schaltungsschutzeinrichtung gemäß Anspruch 8, wobei sich ein zweites Ende des zweiten Anschlusses außerhalb des Gehäuses erstreckt.
Eine Schaltungsschutzeinrichtung, die Folgendes beinhaltet: ein Gehäuse, das einen Hohlraum definiert; einen Metalloxidvaristor, der innerhalb des Hohlraums angeordnet ist und einen Vorsprung umfasst, der sich aus einer Oberfläche des Metalloxidvaristors erstreckt; einen Anschluss, der an einem ersten Ende an dem Vorsprung durch Lötmittel und an einem zweiten Ende, das sich außerhalb des Gehäuses erstreckt, elektrisch angebracht ist, wobei der Anschluss eine Feder bildet, die von dem Vorsprung weg vorgespannt ist; einen Mikroschalter, der einen Anzeigeabschnitt aufweist, der mindestens teilweise außerhalb des Gehäuses angeordnet ist, wobei ein Abschnitt des Anschlusses einen Auslöserabschnitt des Mikroschalters in eine erste Position drückt, die einem normalen Betriebszustand der Schaltungsschutzeinrichtung entspricht.
Schaltungsschutzeinrichtung gemäß Anspruch 10, wobei beim Auftreten eines Fehlerzustands Strom durch den Metalloxidvaristor das Lötmittel ausreichend erwärmt, um das erste Ende des Anschlusses von dem Vorsprung weg freizugeben, wodurch der Abschnitt des Anschlusses von dem Auslöserabschnitt des Mikroschalters weg gelassen wird, um einen Fehlerzustand der Schaltungsschutzeinrichtung anzuzeigen.
Schaltungsschutzeinrichtung gemäß Anspruch 10, wobei der Anschluss ein erster Anschluss ist und der Vorsprung sich von einer ersten Seite des Metalloxidvaristors erstreckt, wobei die Schaltungsschutzeinrichtung ferner einen zweiten Anschluss beinhaltet, der ein erstes Ende aufweist, das mit einer der ersten Seite des Metalloxidvaristors gegenüberliegenden Seite elektrisch verschaltet ist.
Schaltungsschutzeinrichtung gemäß Anspruch 10, wobei der Anzeigeabschnitt des Mikroschalters eine Vielzahl von Zapfen beinhaltet, die sich mindestens teilweise außerhalb des Gehäuses erstrecken.