DE19708802C2 - Elektrische Schaltungsanordnung mit spannungs- und strombegrenzenden Bauelementen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Es ist oftmals zum Schutz von elektrischen Schaltungen notwendig, Maß­ nahmen gegen auftretende Überspannungen oder zu große Ströme zu treffen. Dazu werden z. B. Überspannungsschutzgeräte verwendet, die häufig als Staffelschutzschaltungen ausgebildet sind. Den meisten Schutzschaltungen ist gemeinsam, daß diese über ein spannungsbegrenzendes Bauelement und ein strombegrenzendes Bauelement verfügen. Als spannungsbegrenzende Bauelemente werden dabei z. B. Dioden oder Varistoren verwendet, wohin­ gegen als strombegrenzendes Bauelement vorwiegend PTC-Widerstände Anwendung finden. Diese PTC-Widerstände wirken in bekannten Staffelschutzschaltungen als Entkopplung zwischen dem Feinschutz und dem Grobschutz, wobei der Grobschutz häufig als Überspannungsableiter und der Feinschutz als Diode oder Varistor ausgebildet ist. Die verwendeten Bauelemente werden als diskrete Bauelemente auf einer Leiterplatte oder Platine angeordnet und verlötet oder miteinander verklemmt. Insbesondere bei der Verlötung der Varistoren, die gegenüber Dioden erheblich kostengünstiger sind, tritt das Problem auf, daß diese durch die notwendige Löttemperatur einem großen Streß ausgesetzt sind und sich daher schwer montieren lassen.

Aus der DE 32 31 066 A1 ist eine Bauelementekombination für eine Schaltungsanordnung zum kombinierten Schutz eines Verbrauchers vor Überspannung und Überstrom mit einem zum Verbraucher parallelgeschaltetem Varistor bekannt, die scheibenförmige keramische elektrische Widerstandselemente enthält, die miteinander elektrisch und thermisch gekoppelt sind, indem die Bauelemente durch Druckkontakt zwischen an den äußeren Belegungen der Bauelemente anliegenden Stromzuführungen klemmend gehalten sind, wobei die Stromzuführungen zwischen den Bauelementen großflächig, praktisch die gesamte Fläche der Gegenbelegungen berührend, nicht fest verbunden eingefügt sind. Die gesamte Anordnung ist in einem Gehäuse untergebracht und die Stromzuführungen sind mit Zuleitungen versehen, die durch Öffnungen in dem Gehäuse hindurchreichen und Anschlußfahnen darstellen. Beiderseits eines scheibenförmigen keramischen Varistors ist je ein scheibenförmiger Kaltleiter angeordnet und vier Anschlußfahnen vorhanden, die mit den vier Stromzuführungen verbunden sind, von denen die äußeren Stromzuführungen mit den Kaltleitern und die zwischen dem Varistor und den Kaltleitern befindlichen Stromzuführungen jeweils sowohl deren elektrische als auch thermische Kopplung bewirken. Nachteilig an der bekannten Anordnung ist, daß die zu verklemmenden Bauteile niemals vollständig plan sind, so daß zwischen den Bauteilen Lücken verbleiben. Aufgrund von korrosiven Luftbestandteilen kann es zu Oxidationen kommen, die den thermischen und elektrischen Kontakt zwischen den Bauteilen verschlechtern. Des weiteren ist die Einstellung des richtigen Kontaktdruckes schwierig, weil unterschiedliche Materialien miteinander verbunden werden müssen.

Aus der DE 34 39 047 A1 ist ein Verfahren zur Bestückung einer im wesentlichen flächenhaften Schaltungsanordnung mit elektronischen Bauteilen wie integrierten Schaltungen, Transistoren, Kondensatoren, Dioden oder Widerständen bekannt, deren Anschlußbeinchen auf Anschlußbereiche der Bestückungsseite der Schaltungsanordnung aufgelegt und mit diesen unverlierbar sowie elektrisch leitend verbunden werden, wobei auf die Anschlußbereiche der bis auf die Bauteilbestückung fertigen Schaltungsanordnung mittels Siebdruck ein leitfähiger Klebstoff aufgedruckt wird, die Anschlußbeinchen in den noch klebrige Substanz gesetzt werden, die anschließend ausgehärtet wird.

Aus der DE 41 09 363 A1 ist eine Klebverbindung zwischen einem elektrischen/elektronischen Bauteil und einem mit Leiterbahnstrukturversehenen Substrat bekannt, mit einem elektrisch leitenden ersten Kleber, der mit Anschlüssen des Bauteils verbunden ist und mit einem elektrisch isolierenden zweiten Kleber, der zwischen einer Befestigungsfläche des Bauteils und einer Montagefläche des Substrats angeordnet ist, wobei die Kleber als Schmelzkleber ausgebildet sind und sich der erste Kleber von den Anschlüssen bis zu den Anschlußpunkten der Leiterbahnstruktur erstreckt.

Aus der DE 691 18 377 T2 ist eine varistorgesteuerte Flüssigkristallanzeige bekannt, bei der der elektrische Kontakt zwischen jedem Varistorelement und der diesem zugeordneten zweiten Bildelektrode durch elekrtisch leitfähigen Klebstoff hergestellt wird.

Ausgehend von der DE 32 31 066 A1 liegt der Erfindung daher das technische Problem zugrunde, eine elektrische Schaltungsanordnung mit spannungs- und strombegrenzenden Bauelementen zu schaffen, die kompakt ist, leicht handbar zu montieren ist und verbesserte Eigenschaften hinsichtlich Korrosionsbeständigkeit und thermischen Streß aufweist.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Merkmale des Patentanspruches 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Hierzu sind jeweils ein spannungsbegrenzendes Bauelement und ein strombegrenzendes Bauelement mittels eines elektrisch leitenden Klebers zu einer Einheit miteinander verbunden, wobei jeweils eine Einheit über eine zwischen den spannungsbegrenzenden Bauelementen angeordnete Elektrode mittels des Klebers verbunden ist und die strombegrenzenden Bauelemente und die Elektrode mit Lötanschlüssen ausgebildet, die vorzugsweise in einer Ebene angeordnet sind. Durch die Verbindung des spannungsbegrenzenden Bauelementes und des strombegrenzenden Bauelementes mittels eines leitfähigen Klebers entsteht ein kompaktes Bauelement ohne thermischen Streß, daß sich entsprechend einfacher und schneller auf einer Leiterplatte montieren läßt. Des weiteren entfallen die sonst unvermeidlichen Zuleitungs­ induktivitäten, so daß die Übertragungseigenschaften der Schaltungsan­ ordnung verbessert werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Figur zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer Staffelschutzschaltung gemäß dem Stand der Technik und

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Teiles der Staffelschutzschaltung.

In Fig. 1 ist ein Schaltbild einer Staffelschutzschaltung 1 für eine zweiadrige Leitung a, b dargestellt. Die Staffelschutzschaltung 1 umfaßt zwei PTC- Widerstände 2, 3, zwei Varistoren 4, 5 und einen Überspannungsableiter 6. Der Überspannungsableiter 6 ist zwischen den beiden Adern a, b angeordnet und bildet den Eingang der Staffelschutzschaltung 1. In der Fig. 2 sind die PTC- Widerstände 2, 3 und die Varistoren 4, 5 als diskrete Bauelemente in einer Seitenansicht dargestellt. Zur elektrischen Kontaktierung mit der zweiadrigen Leitung a, b und dem Überspannungsableiter 6 sind diese auf einer Leiterplatte 7 angeordnet. Zur Fixierung der Bauelemente ist die Leiterplatte 7 am Ort der PTC-Widerstände 2, 3 mit Schlitzen oder Nuten ausgebildet. Ein Schlitz ist dabei vorzugsweise so dimensioniert, daß im fixierten Zustand die Oberfläche des PTC-Widerstandes 2 bzw. 3 mit der Unterseite der Leiterplatte 7 bündig abschließt. Jeder PTC-Widerstand 2 bzw. 3 ist mit seinem zugehörigen Varistor 4 bzw. 5 mittels eines leitfähigen Klebers elektrisch leitend verbunden. Zwischen den beiden Varistoren 4, 5 ist eine Elektrode 8 angeordnet, die ebenfalls mittels eines leitfähigen Klebers mit den Varistoren 4, 5 verbunden ist. Zur Kontaktierung des PTC-Widerstandes 2 mit der Leitung a bzw. dem Überspannungsableiter 6 ist der PTC-Widerstand 2 mit einem Lötanschluß 9 ausgebildet, über den der elektrische Kontakt zu einer Leiterbahn auf der Leiterplatte 7 hergestellt wird. Auf seiner gegenüberliegenden Seite ist der PTC-Widerstand 2 mit einem Lötanschluß 10 ausgebildet, über den analog zu Lötanschluß 9 ein elektrischer Kontakt zu einer weiteren Leiterbahn auf der Leiterplatte 7 hergestellt wird, um den PTC-Widerstand mit der Leitung a' zu verbinden. Entsprechend ist der PTC-Widerstand 3 mit Lötanschlüßen 13, 14 ausgebildet, um einen elektrischen Kontakt zur Leitung b' bzw. zum Über­ spannungsableiter 6 und der Leitung b über entsprechende Leiterbahnen auf der Leiterplatte 7 herzustellen. Zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen den Varistoren 4, 5 mit dem Überspannungsableiter 6 bzw. zum Erdpotential ist die Elektrode 8 mit Lötanschlüßen 11, 12 ausgebildet. Da die Elektrode 8 elektrisch leitend ist, liegen beide Lötanschlüße 11, 12 auf gleichem Potential, so daß theoretisch einer der beiden Lötanschlüße 11, 12 ausreichend wäre. So kann aber die Verbindung zum Überspannungsableiter oder zum Erdpotential über voneinander unabhängige Leiterbahnen erfolgen. Alle Lötanschlüße 9-14 liegen dabei vorzugsweise in einer Ebene. Durch die Verklebung der PTC-Widersände 2, 3 mit den zugehörigen Varistoren 4, 5 entfällt jeglicher Lötvorgang für die Varistoren 4, 5, so daß diese mit Ausnahme ein gewissen Wärmeleitung über die Elektrode 8 keinem thermischen Streß ausgesetzt sind. Dieser Wärmetransfer kann minimiert werden, wenn die Varistoren 4, 5 bis zur Unterkante 15 bzw. 16 der PTC-Widerstände 2 bzw. 3 verschoben werden. Neben der Vermeidung von thermischem Streß bei den Varistoren 4, 5 entfallen auch die Zuleitungsinduktivitäten zwischen den PTC- Widerständen 2, 3 und ihren zugehörigen Varistoren 4, 5, so daß das Übertragungsverhalten zusätzlich verbessert wird. Weiter vereinfacht sich auch die Montage auf der Leiterplatte, da die beiden PTC-Widerstände 2, 3 mit den Varistoren 4, 5 und der Elektrode 8 als ein kompaktes Bauelement auf der Leiterplatte montiert werden können, was sowohl die Montagezeit reduziert als auch die Packungsdichte erhöht.

Claims (5)

1. Elektrische Schaltungsanordnung mit mindestens einem spannungsbegrenzenden Bauelement und mindestens einem strombegrenzenden Bauelement, die baulich zu einer kompakten Einheit verbunden sind, wobei zwischen diesen eine elektrisch leitfähige Verbindung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein spannungsbegrenzendes Bauelement (4, 5) und ein strombegrenzendes Bauelement (2, 3) mittels eines elektrisch leitfähigen Klebers zu einer Einheit (2, 4; 3, 5) miteinander verbunden sind, daß jeweils eine Einheit (2, 4; 3, 5) über eine zwischen den spannungsbegrenzenden Bauelementen (4, 5) angeordnete Elektrode (8) mittels des elektrisch leitfähigen Klebers verbunden ist und daß die strombegrenzenden Bauelemente (2, 3) und die Elektrode (8) mit Lötanschlüßen (9-14) ausgebildet, die vorzugsweise in einer Ebene angeordnet sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die spannungsbegrenzenden Bauelemente (4, 5) als Varistoren ausgebildet sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die strombegrenzenden Bauelemente als PTC- Widerstände (2, 3) ausgebildet sind.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die spannungs- und strombegrenzenden Bauelemente und/oder die Elektrode (8) zylinderförmig ausgebildet sind.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung als Staffelschutzschaltung (1) oder als Teil einer Staffelschutzschaltung (1) verwendet wird.