DE112012007049T5

DE112012007049T5 - Überspannungsschutzvorrichtung

Info

Publication number: DE112012007049T5
Application number: DE112012007049.6T
Authority: DE
Inventors: Wen Yang; Hailang Tang; Huawei Yin; Stephen J. Whitney; G. Todd Dietsch
Original assignee: Littelfuse Inc
Current assignee: Dongguan Littelfuse Electronics Co Ltd Don Cn
Priority date: 2012-10-26
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2015-09-10
Anticipated expiration: 2032-10-27
Also published as: US20180130624A1; JP2016502831A; JP6073488B2; TWI533347B; CN105917541A; WO2014063362A1; TW201428806A; US20150228429A1; US10062530B2; DE112012007049B4; CN105917541B; US10325739B2

Abstract

Eine Stromkreisschutzvorrichtung, umfassend ein Gehäuse (15), das eine Kammer (19) und einen innerhalb der Kammer (19) angeordneten Metalloxid-Varistor-Stapel (MOV-Stapel) (310) definiert. Eine erste Feder (330a) ist mittels einer Lötverbindung (30) elektrisch an einem ersten Ende mit einem ersten Eingangspol (311a) des MOV-Stapels (310) und an einem zweiten Ende mit einer ersten Eingangsleitung (20a) befestigt. Die erste Feder (330a) ist von dem ersten Eingangspol (311a) weg vorgespannt. Eine zweite Feder (330b) ist mittels einer Lötverbindung (40) elektrisch an einem zweiten Eingangspol (311b) des MOV-Stapels (310) und an einem zweiten Ende mit einer zweiten Eingangsleitung (20b) befestigt. Die zweite leitfähige Feder (330b) ist von dem zweiten Eingangspol (311b) weg vorgespannt. Wenn ein Überspannungszustand stattfindet, schmelzt durch den MOV-Stapel (310) generierte Hitze mindestens eine von der ersten oder zweiten Lötverbindung (30, 40), um zu ermöglichen, dass die entsprechenden Federn von den jeweiligen-Eingangspolen (311a, 311b) des MOV-Stapels (310) weg verschoben werden, wodurch ein offener Stromkreis erzeugt wird.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Ausführungsformen der Erfindung beziehen sich auf das Gebiet von Stromkreisschutzvorrichtungen. Genauer bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Überspannungsschutzvorrichtung, umfassend einen Metalloxid-Varistor-Stapel mit einer integralen thermischen Trennung, die konfiguriert ist, um eine zweckdienliche thermische Reaktion im Falle einer Überhitzung aufgrund eines abnormalen Überspannungszustandes bereitzustellen.
Beschreibung verwandter Techniken
Überspannungsschutzvorrichtungen werden verwendet, um elektronische Schaltkreise und Komponenten vor Beschädigung aufgrund von Überspannungsfehlerzuständen zu schützen. Diese Überspannungsschutzvorrichtungen können Metalloxid-Varistoren (MOV) umfassen, die zwischen den zu schützenden Schaltkreisen und einer Erdleitung angeschlossen sind. MOV weisen eine einzigartige Strom-Spannungs-Kurve auf, die es ihnen ermöglicht, verwendet zu werden, um derartige Schaltkreise gegenüber katastrophalen Spannungsstößen zu schützen. Diese Vorrichtungen können eine Temperatursicherung benutzen, die während eines Überspannungszustandes schmilzt, um einen offenen Stromkreis zu bilden. Namentlich strömt Strom durch den MOV, der Hitze generiert, die das Schmelzen der Temperatursicherung verursacht, wenn eine Spannung, die größer als die nominale oder Schwellenspannung eines MOV ist, an die Vorrichtung angelegt wird. Sobald die Sicherung geschmolzen ist, wird ein offener Stromkreis erzeugt, der verhindert, dass der Überspannungszustand den zu schützenden Stromkreis beschädigt. Diese bestehenden Stromkreisschutzvorrichtungen stellen allerdings keine effiziente Wärmeübertragung von dem MOV auf die Temperatursicherung bereit, wodurch sich die Reaktionszeiten verzögern. Außerdem weisen die MOV-Vorrichtungen relativ hohe Induktivitätscharakteristiken auf, die in Gegenwart von schnellen Überspannungstransienten das Leistungsverhalten herabsetzen. Überdies sind der Zusammenbau und der Anschluss von bestehenden Stromkreisschutzvorrichtungen bei gewissen Anwendungen, wie beispielsweise beim LED-Schutz, kompliziert, was die Herstellungskosten erhöht. Dementsprechend versteht es sich, dass Verbesserungen an modernen Stromkreisschutzvorrichtungen, die Metalloxid-Varistoren einsetzen, wünschenswert sind.
Übersicht der Erfindung
Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung richten sich auf eine Stromkreisschutzvorrichtung. In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst die Stromkreisschutzvorrichtung ein Gehäuse, das eine Kammer, einen Metalloxid-Varistor-Stapel und eine erste und zweite leitfähige Feder definiert. Der Metalloxid-Varistor-Stapel ist innerhalb der Kammer des Gehäuses angeordnet. Die erste leitfähige Feder ist mittels eines ersten Lötanschlusses elektrisch an einem ersten Ende an einem ersten Eingangspol des Metalloxid-Varistor-Stapels und an einem zweiten Ende an einer ersten Eingangsleitung befestigt. Die erste leitfähige Feder ist von dem ersten Eingangspol des Metalloxid-Varistor-Stapels weg vorgespannt. Die zweite leitfähige Feder ist mittels eines zweiten Lötanschlusses elektrisch an einem ersten Ende an einem zweiten Eingangspol des Metalloxid-Varistor-Stapels und an einem zweiten Ende an einer zweiten Eingangsleitung befestigt. Die zweite leitfähige Feder ist von dem zweiten Eingangspol des Metalloxid-Varistor-Stapels weg vorgespannt, wobei, wenn ein Überspannungszustand eintritt, von dem Metalloxid-Varistor-Stapel erzeugte Hitze mindestens eine von der ersten oder zweiten thermischen Trennung schmilzt, um zu ermöglichen, dass sich die entsprechende erste oder zweite leitfähige Feder von dem ersten oder zweiten Eingangspol des Metalloxid-Varistor-Stapels weg verschieben kann, um einen offenen Stromkreis zu definieren.
Kurzbeschreibung der Figuren
1a ist eine perspektivische Ansicht einer Stromkreisschutzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
1b ist eine schematische Darstellung einer Stromkreisschutzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
2a ist eine perspektivische Ansicht einer Stromkreisschutzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
2b ist eine schematische Darstellung einer Stromkreisschutzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
3 ist ein perspektivisches Schnittbild einer Stromkreisschutzvorrichtung, gezeigt in einem offenen Zustand, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
4 ist eine explodierte perspektivische Ansicht eines Abschnitts der in 3 gezeigten MOV-Stapel- und Federanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
5a ist eine untere perspektivische Ansicht der in 1a gezeigten Stromkreisschutzvorrichtung, wobei der Hohlraum des unteren Abschnitts des Gehäuses nicht gefüllt ist.
5b ist eine untere perspektivische Ansicht der in 1a gezeigten Stromkreisschutzvorrichtung, wobei der Hohlraum des unteren Abschnitts des Gehäuses mit einem Einbettungsmaterial gefüllt ist.
6a ist eine perspektivische Seitenansicht einer ersten alternativen Ausführungsform der Stromkreisschutzvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung.
6b ist eine perspektivische Rückansicht der ersten alternativen Ausführungsform der in 6a gezeigten Stromkreisschutzvorrichtung.
7a ist eine perspektivische Seitenansicht einer zweiten alternativen Ausführungsform der Stromkreisschutzvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung.
7b ist eine perspektivische Rückansicht der zweiten alternativen Ausführungsform der in 7a gezeigten Stromkreisschutzvorrichtung.
Beschreibung der Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung wird nun hiernach ausführlicher mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen, in denen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind, beschrieben. Diese Erfindung kann jedoch in vielen unterschiedlichen Formen ausgeführt werden und sollte nicht als auf die hier dargelegten Ausführungsformen beschränkt ausgelegt werden. Diese Ausführungsformen sind vielmehr bereitgestellt, um eine detaillierte und vollständige Offenbarung zu bieten, die dem Fachmann den Bereich der Erfindung vermittelt. In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugszeichen durchwegs auf gleiche Elemente.
In der nachfolgenden Beschreibung und/oder den nachfolgenden Ansprüchen können die Begriffe „auf“, „darüberliegend“, „angeordnet auf“ und „über“ in der nachfolgenden Beschreibung und den nachfolgenden Ansprüchen verwendet werden. „Auf“, „darüberliegend“, „angeordnet auf“ und „über“ können verwendet werden, um anzugeben, dass zwei oder mehr Elemente in direktem physikalischen Kontakt miteinander sind. „Auf“, „darüberliegend“, „angeordnet auf“ und über können jedoch auch bedeuten, dass zwei oder mehr Elemente nicht in direktem Kontakt miteinander sind. „Über“ kann zum Beispiel bedeuten, dass sich ein Element über einem anderen Element befindet, diese aber nicht in Kontakt sind und sich womöglich ein anderes Element/andere Elemente zwischen den zwei Elementen befindet/befinden. Des Weiteren kann der Begriff „und/oder“ „und“ bedeuten, er kann „oder“ bedeuten, er kann „ausschließlich oder“ bedeuten, er kann „einer/eine/eines“ bedeuten, er kann „manche aber nicht alle“ bedeuten, er kann „keiner/keine/keines“ bedeuten oder er kann „beide/beides“ bedeuten, wobei der Bereich des beanspruchten Gegenstands in dieser Hinsicht nicht beschränkt ist.
1A und 1B sind eine perspektivische Ansicht bzw. eine schematische Darstellung einer Stromkreisschutzvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung. Die Schutzvorrichtung 10 kann ein Gehäuse 15, Eingangsleitungen 20a, 20b und 20c und Ausgangsleitungen 25a und 25b umfassen. Die Eingangsleitung 20a kann ein Leitungsdraht sein, die Eingangsleitung 20b kann ein Null-Leiter sein, und die Eingangsleitung 20c kann eine Erdung sein. Gleichermaßen kann die Ausgangsleitung 25b ein entsprechender Leitungsdraht sein und die Ausgangsleitung 25b kann ein entsprechender Null-Leiter sein. Die Eingangs- und Ausgangsleitungen 20a–c, 25a und 25b werden verwendet, um die Schutzvorrichtung 10 zwischen einer Stromquelle (nicht gezeigt) und einer Vorrichtung oder einem Stromkreis, die/der geschützt werden soll (nicht gezeigt) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung anzuschließen.
Das Gehäuse 15 der Schutzvorrichtung 10 kann durch einen internen unteren Abschnitt 15a (siehe 3) und eine Abdeckung 15b definiert sein, wobei der untere Abschnitt 15a eine Vielzahl von Flanschen 17 umfassen kann, welche sich davon erstrecken und welche verwendet werden können, um die Vorrichtung 10 in einer Betriebsposition anzubringen (der untere Abschnitt 15a wird als „intern“ bezeichnet, weil er von der Abdeckung 15b abgedeckt ist und paarend in diese passt, wie etwa durch einen Schnappverschluss oder durch Reibpassung). Der interne untere Abschnitt 15a und die Abdeckung 15b definieren eine eingeschlossene Kammer 19, innerhalb der ein Stapel Metalloxid-Varistoren (MOV) 35, 45 und 48 in elektrischer Verbindung mit Eingangsleitungen 20a, 20b und 20c und Ausgangsleitungen 25a und 25b, wie unten weiter beschrieben, angeordnet ist. Als Alternative wird in Betracht gezogen, dass der untere Abschnitt 15a des Gehäuses 15 eine integrale Komponente oder ein integraler Abschnitt einer Leiterplatte (LP) einer zu schützenden Vorrichtung sein kann, und dass die MOV 35, 45 und 48 sowie die anderen internen Komponenten der Schutzvorrichtung 10 (nachstehend weiter beschrieben) direkt an einer derartigen Komponente oder einem derartigen Abschnitt der LP montiert werden können, wobei der Abdeckabschnitt 15b des Gehäuses 15 darauf passt.
Unter kurzer Bezugnahme auf 5a ist eine untere perspektivische Ansicht des Gehäuses 15 dargestellt, wobei eine Vielzahl von Öffnungen 21 in den Seitenwänden des unteren Abschnitts 15a des Gehäuses 15 gebildet sein kann, um zu ermöglichen, dass die Eingangsleitungen 20a–c und die Ausgangsleitungen 25a und 25b dort hindurch verlaufen können. Die Eingangs- und Ausgangsleitungen 20a–c, 25a und 25b können sich so in einen Hohlraum 27 erstrecken, der durch die Boden- und Seitenwände des unteren Abschnitts 15a definiert sein kann. Die Eingangs- und Ausgangsleitungen 20a–c, 25a und 25b können sich nach oben von dem Hohlraum 27 durch den Boden des unteren Abschnitts 15a hindurch und in die Kammer 19 erstrecken (oben beschrieben), um mit den internen Komponenten der Schutzvorrichtung 10, wie unten beschrieben, verbunden zu werden. Unter Bezugnahme auf 5b kann der Hohlraum 15a mit einem Einbettungs-Epoxidharz 29 oder einer anderen festen oder Gelatineverbindung gefüllt werden, wie etwa einem Duroplast oder einem Silikonkautschukgel, unter Verwendung eines herkömmlichen Einbettungsprozesses. Die Eingangs- und Ausgangsleitungen 20a–c, 25a und 25b können dadurch in dem Einbettungsmaterial 29 eingekapselt werden, was gegen Schlag und Schwingung Schutz bereitstellt und das Eindringen von Feuchtigkeit und korrodierenden Mitteln verhindert, welche die elektrischen Verbindungen zwischen den Leitungen und der Schutzvorrichtung 10 anderweitig beschädigen oder verschlechtern können. Es versteht sich für den durchschnittlichen Fachmann, dass das Gehäuse 15 durch eine Vielzahl von alternativen Strukturen und Konfigurationen verkörpert werden kann, welche die hierin beschriebenen elektrischen Verbindungen erleichtern und welche dem MOV-Stapel der vorliegenden Offenbarung (nachstehend beschrieben) angemessenen Schutz gegenüber dem äußeren Umfeld bereitstellen.
Unter Bezugnahme auf 1B ist eine erste thermische Trennung 30, wie eine, die aus einer wie weiter unten beschriebenen Niedrigtemperatur-Lötleiste gebildet sein kann, auf der Eingangsleitung 20a angeordnet und ist an einem Ende des ersten MOV 35 über die Ausgangsleitung 25a verbunden. Eine zweite thermische Trennung 40, wie eine, die aus einer Lötleiste gebildet sein kann, ist auf der Eingangsleitung 20b angeordnet und ist an einem/dem zweiten Ende des MOV 35 und an einem ersten Ende des MOV 45 über die Ausgangsleitung 25b verbunden. Ein erstes Ende des MOV 48 ist mit der thermischen Trennung 30 über die Ausgangsleitung 25a verbunden. Ein zweites Ende des MOV 45 und ein zweites Ende des MOV 48 sind mit der Erdungsleitung 20c verbunden. Der MOV 48 ist daher an einem ersten Ende mit einem ersten Ende des MOV 35 und an einem zweiten Ende mit der Erdung und mit dem zweiten Ende des MOV 45 verbunden.
Während des normalen Betriebs der Stromkreisschutzvorrichtung 10 (d. h. wenn kein Überspannungszustand vorliegt) produziert der Stapel an MOV 35, 45 und 48 nicht ausreichend Hitze, um eine oder beide der thermischen Trennungen 30 und 40 zu schmelzen. Da jedoch jeder der MOV 35, 45 und 48 eine spannungsempfindliche Vorrichtung ist, die sich erhitzt, wenn über den MOV angelegte Spannung die für den MOV bewertete Spannung übersteigt, verursacht das Auftreten eines Überspannungszustands eine Erhitzung der MOV 35, 45 und 48. Die von dem Stapel der MOV 35, 45 und 48 nach dem Auftreten eines Überspannungszustands ausgestrahlte Hitze reicht aus, um einen oder beide der thermischen Trennungen 30 und 40 zu schmelzen, wodurch ein offener Stromkreis erzeugt wird, der verhindert, dass der Überspannungszustand eine Vorrichtung oder einen Stromkreis beschädigt, die/der mit den Ausgangsleitungen 25a und 25b verbunden ist.
Zur Hintergrundinformation kann jeder der MOV 35, 45 und 48 hauptsächlich aus Zinkoxidkörnchen zusammengesetzt sein, die zusammengesintert sind, um eine kreisförmige oder quadratische Scheibe zu bilden, wobei das Zinkoxidkörnchen als Festkörper ein hochleitfähiges Material ist, während die Grenze zwischen den Körnchen, die aus anderen Oxiden gebildet sind, hochohmig ist. Nur an jenen Punkten, an denen die Zinkoxidkörnchen aufeinandertreffen, produziert das Sintern einen ‚Mikrovaristor‘, der mit symmetrischen Zener-Dioden vergleichbar ist. Das elektrische Verhalten eines Metalloxid-Varistors resultiert aus der Anzahl an Mikrovaristoren, die in Reihe oder parallel geschaltet sind. Der gesinterte Körper eines MOV erklärt auch seine hohe elektrische Ladekapazität, welche die hohe Absorption von Energie und somit außerordentlich hoher Stoßstrom-Umschlagskapazität erlaubt.
2A und 2B stellen eine perspektivische Ansicht bzw. eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform einer Stromkreisschutzvorrichtung 200 gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Die Schutzvorrichtung 200 kann ein Gehäuse 105 und Eingangsverbindungsleitungen 210a, 210b und 210c umfassen. Zum Beispiel kann die Eingangsleitung 210a ein Leitungsdraht sein, kann die Eingangsleitung 210b ein Null-Leiter sein und kann die Eingangsleitung 210c eine Erdung sein. Die Verbindungsleitungen 210a–c werden verwendet, um die Schutzvorrichtung 200 zwischen einer Stromquelle (nicht gezeigt) und einer Vorrichtung oder einem Stromkreis, die/der geschützt werden soll (nicht gezeigt) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung anzuschließen.
Ähnlich wie das Gehäuse 15 der Schutzvorrichtung 10, die oben beschrieben wurde und in 1a und 1b gezeigt ist, kann das Gehäuse 215 der Vorrichtung 200 durch einen internen unteren Abschnitt 215a und eine Abdeckung 215b definiert sein, wobei der untere Abschnitt 215a eine Vielzahl von Flanschen 217 umfassen kann, welche sich davon erstrecken und welche verwendet werden können, um die Vorrichtung 200 in einer Betriebsposition anzubringen (der untere Abschnitt 215a wird als „intern“ bezeichnet, weil er von der Abdeckung 215b abgedeckt ist und paarend in diese passt, wie etwa durch einen Schnappverschluss oder durch Reibpassung). Der untere Abschnitt 215a und die Abdeckung 215b definieren eine eingeschlossene Kammer 219, innerhalb der ein Stapel Metalloxid-Varistoren (MOV) 235, 245 und 248 in elektrischer Verbindung mit den Eingangsleitungen 210–c, wie unten weiter beschrieben, angeordnet ist.
Der untere Abschnitt 215a des Gehäuses 215 kann mit Öffnungen 221 und einem Hohlraum (nicht in der Ansicht) versehen sein, die jenen des Gehäuses 15 ähnlich sind, das in 5a abgebildet ist, zum Aufnehmen der Eingangsleitungen 210a–c. Der Hohlraum des unteren Abschnitts 215a kann mit einem Einbettungsmaterial auf ähnliche Weise wie der Hohlraum 27 des unteren Abschnitts 15a des Gehäuses 15, das oben beschrieben und wie in 5b gezeigt ist, gefüllt werden, wobei ein derartiges Einbettungsmaterial Epoxidharz oder andere feste oder Gelatineverbindungen wie etwa Duroplast oder Silikonkautschukgel umfassen kann. Die Eingangsleitungen 210a–c können daher vor Schlag, Schwingung und Feuchtigkeit geschützt werden.
Unter Bezugnahme auf 2B kann eine erste thermische Trennung 230, wie etwa eine, die aus einer Niedrigtemperatur-Lötleiste, wie unten beschrieben, gebildet sein kann, auf der Verbindungsleitung 210a angeordnet sein und kann dadurch mit ersten Enden der MOV 235 und 248 verbunden sein. Eine zweite thermische Trennung 240, wie etwa eine, die ebenfalls aus einer Niedrigtemperatur-Lötleiste gebildet sein kann, kann auf der Verbindungsleitung 210b angeordnet sein und kann dadurch mit einem zweiten Ende des MOV 235 und einem ersten Ende des MOV 245 verbunden sein. Ein zweites Ende des MOV 245 und ein zweites Ende des MOV 248 können mit der Erdungsverbindungsleitung 210c verbunden sein. Der MOV 248 ist daher an einem ersten Ende mit einem ersten Ende des MOV 235 und an einem zweiten Ende mit der Erdung verbunden.
Während des normalen Betriebs der Vorrichtung 200 (d. h. wenn kein Überspannungszustand vorliegt) produziert der Stapel an MOV 235, 245 und 248 nicht ausreichend Hitze, um eine oder beide der thermischen Trennungen 230 und 240 zu schmelzen. Da jedoch jeder der MOV 235, 245 und 248 eine spannungsempfindliche Vorrichtung ist, die sich erhitzt, wenn über den MOV angelegte Spannung die für den MOV bewertete Spannung übersteigt, verursacht das Auftreten eines Überspannungszustands eine Erhitzung der MOV 235, 245 und 248. Die von dem Stapel der MOV 235, 245 und 248 nach dem Auftreten eines Überspannungszustands ausgestrahlte Hitze verursacht das Schmelzen einer oder beider der thermischen Trennungen 230 und 240, wodurch ein offener Stromkreis erzeugt wird, der verhindert, dass der Überspannungszustand eine Vorrichtung oder einen Stromkreis beschädigt, die/der von der Vorrichtung 200 geschützt ist.
3 ist ein perspektivisches Schnittbild der beispielhaften Stromkreisschutzvorrichtung 10, die in 1 gezeigt ist, wobei die Abdeckung 15b von dem Gehäuse 15 entfernt wurde. Ein MOV-Stapel 310 ist innerhalb eines Abschnitts der Kammer 19 angeordnet, die durch den unteren Abschnitt 15a definiert ist. Wie oben beschrieben, kann der MOV-Stapel 310 aus einer Vielzahl von MOV zusammengesetzt sein, die assoziierte Überspannungsfähigkeiten und Betriebstemperaturstufen aufweisen. Zum Beispiel kann der MOV-Stapel 310 drei MOV 35, 45 und 48, wie oben beschrieben, mit verschiedenen Stiftkonfigurationen beinhalten, um Verbindungen zu den Eingangsleitungen 20a–20c und den Ausgangsleitungen 25a und 25b unterzubringen. Der MOV-Stapel 310 kann mit Epoxidharz beschichtet und innerhalb der Kammer 19 des unteren Abschnitts 15a angeordnet sein.
Die Eingangsleitungen 20a und 20b können mit leitfähigen Federn 330a und 330b verbunden sein, die auf dem unteren Abschnitt 15a des Gehäuses 15 in einer einseitig eingespannten Konfiguration montiert sind. Das nicht einseitig eingespannte Ende der ersten leitfähigen Feder 330a kann mit der Eingangsleitung 20a verbunden sein und das nicht einseitig eingespannte Ende der zweiten leitfähigen Feder 330b kann mit der Eingangsleitung 20b verbunden sein. Die leitfähigen Federn 330a und 330b können mit den Eingangsleitungen 20a und 20b mittels Schweißung oder anderen elektrisch leitfähigen Verbindungsmitteln verbunden werden. Die leitfähigen Federn 330a und 330b können sich nach oben von ihren Befestigungspunkten mit den Eingangsleitungen 20a und 20b erstrecken und können sich zu im Wesentlichen rechten Winkeln über entsprechende Vorsprünge 305a und 305b weiter erstrecken, welche sich von einer oberen Fläche des unteren Abschnitts 15a nach oben erstrecken. Die Vorsprünge 305a und 305b dienen dazu, die einseitig eingespannten Enden jeweils jeder leitfähigen Feder 330a und 330b nach oben vorzuspannen, weg von einer ersten MOV-Anschlussklemme 311a (in 3 nicht in der Ansicht, aber in 4 gezeigt) und einer zweiten MOV-Anschlussklemme 311b. Die leitfähigen Vorsprünge 340a und 340b, die integral mit dem MOV-Stapel 310 sein können, können sich von dem MOV-Stapel 310 erstrecken und können mit dem Eingangsdraht 20c verbunden sein, um dem MOV-Stapel 310 einen Erdanschluss bereitzustellen. Die Ausgangsleitungen 25a und 25b können mit dem ersten und zweiten Ausgangspol 312a und 312b des MOV-Stapels 310 verbunden sein.
Wie in 3 gezeigt, befinden sich die leitfähigen Federn 330a und 330b der Schutzvorrichtung 10 in einer offenen Position, wobei die einseitig eingespannten Enden der leitfähigen Federn 330a und 330b nicht mit den MOV-Anschlussklemmen 311a und 311b in Kontakt sind, wie es etwa nach dem Auftreten eines Überspannungszustands der Fall sein kann. Unter einer normalen Betriebsbedingung können sich die leitfähigen Federn 330a und 330b jeweils in einer geschlossenen Position befinden, wobei die einseitig eingespannten Enden der leitfähigen Federn 330a und 330b elektrisch mit ihren entsprechenden MOV-Anschlussklemmen mittels Niedertemperatur-Lötverbindungen verbunden sind, welche die thermischen Trennungen 30 und 40 der Schutzvorrichtung 10, wie oben beschrieben, definieren.
4 stellt eine explodierte perspektivische Ansicht eines Abschnitts des MOV-Stapels 310 und der Federanordnung, gezeigt in 3, dar. Wie oben mit Bezugnahme auf 3 beschrieben, kann der MOV-Stapel 310 einen ersten und zweiten Eingangspol 311a und 311b umfassen. Wie oben beschrieben, sind die Eingangspole 311a und 311b elektrisch mit den einseitig eingespannten Enden der ersten und zweiten leitfähigen Feder 330a und 330b mittels Niedertemperatur-Lötleisten (d. h. thermischen Trennungen 30 und 40) verbunden, wenn sich die Stromkreisschutzvorrichtung 10 in einem normalen Betriebszustand befindet. Die Eingangsleitung 20a kann elektrisch mit dem nicht einseitig eingespannten Ende der ersten Feder 330a verbunden sein. Die Eingangsleitung 20b kann elektrisch mit dem nicht einseitig eingespannten Ende der zweiten Feder 330b verbunden sein. Die Eingangsleitung 20c kann elektrisch mit den Vorsprüngen 340a und 340b des MOV-Stapels 310 verbunden sein. Die Ausgangsleitungen 25a und 25b können elektrisch mit den Ausgangspolen 312a bzw. 312b des MOV-Stapels 310 verbunden sein.
Obgleich beide leitfähigen Federn 330a und 330b mit einer bestimmten Form und Konfiguration dargestellt sind, werden viele alternative Formen und Konfigurationen in Betracht gezogen und können anstelle der oben gezeigten und beschriebenen implementiert werden, ohne die vorliegende Offenbarung zu verlassen. Beispielsweise wird eine alternative Ausführungsform der Stromkreisschutzvorrichtung 10 in Betracht gezogen, bei der die leitfähigen Federn 330a und 330b in der Kammer 19 angeordnet sind, um Verbindungen zwischen den Eingangsleitungen 20a–c und den Ausgangsleitungen 25a bzw. 25b herzustellen.
In einer anderen in Betracht gezogenen Ausführungsform der Stromkreisschutzvorrichtung 10, die in 6a und 6b gezeigt ist, können die leitfähigen Federn 330a und 330b über ein unbiegsames, elektrisch isolierendes Element 600 miteinander verbunden sein. Das isolierende Element 600 verhindert im Wesentlichen die relative Bewegung der leitfähigen Federn 330a und 330b. Wenn somit die Niedrigtemperatur-Lötleisten (d. h. die thermischen Trennungen 30 und 40, gezeigt in 1b), welche die einseitig eingespannten Enden der leitfähigen Federn 330a und 330b mit den Eingangspolen 311a und 311b verbinden, schmelzen, wie etwa beim Auftreten eines Überspannungszustands, trennen sich die nach oben vorgespannten einseitig eingespannten Enden gemeinsam von den Eingangspolen 311a und 311b, wodurch sich gleichzeitig die elektrischen Verbindungen zwischen den leitfähigen Federn 330a und 330b und den Eingangspolen 311a und 311b lösen.
In noch einer anderen in Betracht gezogenen Ausführungsform der Stromkreisschutzvorrichtung 10, gezeigt in 7a und 7b, kann ein elektrisch isolierendes Element 700 mit hoher thermischen Leitfähigkeit und mit elektrisch leitfähigen, metallisierten Endabschnitten 700a und 700b zwischen die einseitig eingespannten Enden der leitfähigen Federn 330a und 330b und die Eingangspole 311a und 311b gesetzt werden. Das isolierende Element 700 kann aus einem beliebigen elektrisch isolierenden Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit gebildet sein, umfassend, aber nicht beschränkt auf, Aluminiumnitrid (AIN), Berylliumoxid (BeO), Siliziumcarbid (SiC), verschiedene Metallkeramik-Verbundstoffe oder Metall mit einer oder mehreren Schichten mit isolierender Oberfläche.
Der metallisierte Endabschnitt 700a des isolierenden Elements 700 kann an der leitfähigen Feder 330a mittels einer Hochtemperaturbindung, wie etwa einer Schweißnaht, befestigt sein und kann an dem Eingangspol 311a mittels einer Niedertemperaturbindung (d. h. einer thermischen Trennung 30, gezeigt in 1b), wie etwa einer Niedertemperatur-Lötleiste, befestigt sein. Der Begriff „Hochtemperaturbindung“ ist hierin so definiert, dass er eine Bindung bedeutet, die eine relativ höhere Schmelztemperatur aufweist als diejenige der Niedertemperaturbindung. Auf ähnliche Weise kann der metallisierte Endabschnitt 700b des isolierenden Elements 700 an der leitfähigen Feder 330b mittels einer Hochtemperaturbindung, wie etwa einer Schweißnaht, befestigt sein und kann an dem Eingangspol 311b mittels einer Niedertemperaturbindung (d. h. einer thermischen Trennung 40, gezeigt in 1b), wie etwa einer Niedertemperatur-Lötleiste, befestigt sein. Eine elektrische Verbindung wird somit zwischen jeder der leitfähigen Federn 330a und 330b und den entsprechenden Eingangspolen 311a und 311b bereitgestellt. Nach dem Auftreten eines Überspannungszustands ermöglicht die thermische Leitfähigkeit des elektrisch isolierenden Elements 700, dass Hitze zwischen den Niedertemperaturbindungen übertragen werden kann, welche die leitfähigen Federn 330a und 330b mit den Eingangspolen 311a und 311b verbinden, was in einem gleichzeitigen Schmelzen der Bindungen und dem darauffolgenden Bewegen des isolierenden Elements 700 von den Eingangspolen 311a und 311b weg resultiert. Die elektrischen Verbindungen zwischen den leitfähigen Federn 330a und 330b und den entsprechenden Eingangspolen 311a und 311b werden somit gleichzeitig gelöst.
Angesichts des Vorangehenden versteht es sich, dass eine Stromkreisschutzvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung eine zweckdienliche thermische Reaktion im Falle der Überhitzung aufgrund eines abnormalen Überspannungszustands bereitstellt und dadurch Vorrichtungen oder Stromkreise, die mit der Stromkreisschutzvorrichtung verbunden sind, vor Schaden schützt, der ansonsten aus derartigen Überspannungszuständen resultieren könnte. Des Weiteren versteht es sich, dass die Stromkreisschutzvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung im Vergleich mit traditionellen Stromkreisschutzvorrichtungen, die MOV einsetzen, schnell, leicht und mit relativ wenig Kostenaufwand implementiert werden kann.
Während die vorliegende Erfindung mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen offenbart wurde, sind zahlreiche Modifikationen, Abwandlungen und Änderungen an den beschriebenen Ausführungsformen möglich, ohne den wie in den in der Anlage befindlichen Ansprüchen festgelegten Bereich und Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Demzufolge ist die vorliegende Erfindung als nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt zu verstehen, sondern sie umfasst den gesamten Bereich, wie durch die Sprache der folgenden Ansprüche und Äquivalente davon definiert.

Claims

Eine Stromkreisschutzvorrichtung, die Folgendes beinhaltet: ein Gehäuse, das eine Kammer definiert; einen Metalloxid-Varistor-Stapel, der innerhalb der Kammer angeordnet ist; eine erste leitfähige Feder, die mittels einer ersten thermischen Trennung an einem ersten Ende mit einem ersten Eingangspol des Metalloxid-Varistor-Stapels und an einem zweiten Ende mit einer ersten Eingangsleitung elektrisch verbunden ist, wobei die erste leitfähige Feder von dem ersten Eingangspol des Metalloxid-Varistor-Stapels weg vorgespannt ist; und eine zweite leitfähige Feder, die mittels einer zweiten thermischen Verbindung an einem ersten Ende mit einem zweiten Eingangspol des Metalloxid-Varistor-Stapels und an einem zweiten Ende mit einer zweiten Eingangsleitung elektrisch verbunden ist, wobei die zweite leitfähige Feder von dem zweiten Eingangspol des Metalloxid-Varistor-Stapels weg vorgespannt ist, wobei, wenn ein Überspannungszustand eintritt, von dem Metalloxid-Varistor-Stapel generierte Hitze mindestens eine von der ersten oder zweiten thermischen Trennung schmilzt, um zu ermöglichen, dass sich die entsprechende erste oder zweite leitfähige Feder von dem ersten oder zweiten Eingangspol des Metalloxid-Varistor-Stapels weg verschieben kann, um einen offenen Stromkreis zu definieren.
Stromkreisschutzvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Metalloxid-Varistor-Stapel eine Vielzahl von Metalloxid-Varistoren in einer elektrischen Parallelschaltung beinhaltet.
Stromkreisschutzvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Metalloxid-Varistor-Stapel eine Vielzahl von Metalloxid-Varistoren in einer elektrischen Serienschaltung beinhaltet.
Stromkreisschutzvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die mindestens eine von der ersten und zweiten thermischen Trennung eine Niedertemperatur-Lötleiste beinhaltet.
Stromkreisschutzvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Gehäuse einen ersten Vorsprung umfasst, der sich von einem unteren Abschnitt des Gehäuses erstreckt und konfiguriert ist, um die erste leitfähige Feder von dem ersten Eingangspol des Metalloxid-Varistor-Stapels weg vorzuspannen.
Stromkreisschutzvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei das Gehäuse einen zweiten Vorsprung umfasst, der sich von einem unteren Abschnitt des Gehäuses erstreckt und konfiguriert ist, um die zweite leitfähige Feder von dem zweiten Eingangspol des Metalloxid-Varistor-Stapels weg vorzuspannen.
Stromkreisschutzvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Gehäuse einen unteren Abschnitt und eine Abdeckung beinhaltet.
Stromkreisschutzvorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei der untere Abschnitt von der Abdeckung abgedeckt ist und paarend in diese passt.
Stromkreisschutzvorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei der untere Abschnitt des Gehäuses einen Hohlraum auf einer Unterseite davon definiert, um die Eingangsleitungen aufzunehmen.
Stromkreisschutzvorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei sich die Eingangsleitungen von dem Hohlraum durch einen Boden des unteren Abschnitts des Gehäuses und in die Kammer erstrecken.
Stromkreisschutzvorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei der Hohlraum in dem unteren Abschnitt des Gehäuses mit Einbettungsmaterial gefüllt ist.
Stromkreisschutzvorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei das Einbettungsmaterial ein Epoxidharz beinhaltet.
Stromkreisschutzvorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei das Einbettungsmaterial ein Duroplast beinhaltet.
Stromkreisschutzvorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei das Einbettungsmaterial ein Silikonkautschukgel beinhaltet.
Stromkreisschutzvorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner beinhaltend eine erste Ausgangsleitung, die elektrisch mit einem ersten Ausgangspol des Metalloxid-Varistor-Stapels verbunden ist, und eine zweite Ausgangsleitung, die elektrisch mit einem zweiten Ausgangspol des Metalloxid-Varistor-Stapels verbunden ist.
Stromkreisschutzvorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner beinhaltend mindestens einen leitfähigen Vorsprung, der sich von dem Metalloxid-Varistor-Stapel erstreckt und elektrisch mit Erdung verbunden ist.
Stromkreisschutzvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Metalloxid-Varistor-Stapel mit Epoxidharz beschichtet ist.
Stromkreisschutzvorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner beinhaltend ein unbiegsames, elektrisch isolierendes Element, das die erste leitfähige Feder mit der zweiten leitfähigen Feder verbindet und die relative Bewegung dazwischen einschränkt.
Stromkreisschutzvorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner beinhaltend ein thermisch leitfähiges, elektrisch isolierendes Element, das zwischen die erste und zweite leitfähige Feder und den ersten und zweiten Eingangspol eingeschoben ist, wobei das isolierende Element ein erstes metallisiertes Ende aufweist, das elektrisch mit der ersten leitfähigen Feder mittels einer Hochtemperaturbindung verbunden ist und elektrisch mit dem ersten Eingangspol mittels einer Niedrigtemperaturbindung verbunden ist, und ein zweites metallisiertes Ende aufweist, das elektrisch mit der zweiten leitfähigen Feder mittels einer Hochtemperaturbindung verbunden ist und elektrisch mit dem zweiten Eingangspol mittels einer Niedrigtemperaturbindung verbunden ist.