DE3734214C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Varistor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine solche Anordnung ist für sich aus US-PS 42 88 833 und ferner im Zusammenhang mit einem Überspannungsschutzgerät aus DE-PS 32 28 471 bekannt. In beiden Fällen wird bei einer übermäßigen Erhitzung des Varistors aufgrund eines Leckstromes (Fehlerstromes) durch die Varistorwärme eine Lotstelle zum Schmelzen gebracht. Eine mit der Lotstelle bisher verbundene federnde Kontaktzunge wird dadurch freigegeben und bewegt sich aufgrund ihrer Federkraft in eine Position, in der die Zuleitung geöffnet ist. Beim Gegenstand der US-PS 42 88 833 liegt die eine Anschlußfläche des Varistors frei. Das gleiche gilt für eine Gegenkontaktfläche, an welche die federnde Schaltzunge nach Auftreten der Lotstelle anliegt. Varistor, Schaltzunge und Gegenkontaktfläche liegen übereinander, wodurch die Dicke der Anordnung relativ groß wird. An diesen beiden Kontaktflächen sind nach Einbringen der Anordnung in ein Gerät oder dergleichen dessen jeweilige Zu- und Ableitungen anzulöten, wobei noch dafür zu sorgen ist, daß die spannungführenden Anschluß- und Kontaktflächen gegen eine ungewollte Berührung isoliert sind. Die Lotstelle und der Varistor sind nicht gegen schädliche Beeinflussungen ge­ schützt, die sowohl vom Varistor auf die Lotstelle und die dort vorgesehenen Schaltmittel als auch umgekehrt einwirken können. Die Montage dieser Anordnung muß jeweils individuell von Hand erfolgen. Gleiche bzw. ähnliche Nachteile sind beim Gegenstand von DE-PS 32 28 471 gegeben. Dort muß die federnde Zunge an einer Schiene der Gesamtanordnung angebracht werden. In beiden Fällen ist also der Varistor mit seiner Lotstelle ein unselbständiger Bauteil, der jeweils durch Verlöten mit anderen Bauteilen zusammen mit diesen Bauteilen zu einem in sich komplexen Gerät vereinigt wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 so auszubilden, daß eine für sich selbständige und vielseitig bei verschiedenen Geräten einsetzbare Geräteeinheit geschaffen wird.

Die Lösung dieser Aufgabe wird, ausgehend vom Oberbegriff des Anspruches 1, zunächst in den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruches 1 gesehen. Hiermit ist der Varistor eingehaust, wobei sein Gehäuse einerseits und die aus der Isoliermasse herausragenden Anschlüsse andererseits die für den Anschluß an die Spannungsquelle erforderlichen Kontakt- oder Anschlußstellen bilden.

Zum Stand der Technik wird darauf hingewiesen, daß DE-GM 19 98 151 einen stromabhängigen Widerstand innerhalb eines metallischen, mit einer Abdeckplatte versehenen Gehäuses zeigt und daß aus Technische Rundschau Nr. 16, 18. April 1978, Seite 37 Bild 5 ein Varistor oder sonstiger Überspannungsschutz in einem topfförmigen Metallgehäuse offenbart ist.

Jedoch sind den vorgenannten Literaturstellen keine zugehörigen Überwachungsvorrichtungen und auch keine Mittel zum Abtrennen des Varistors zu entnehmen. Diese beiden Veröffentlichungen zeigen also nur die Merkmalskombination Varistor mit Gehäuse, nicht aber die übrigen Merkmale des Anspruches 1. Beim Gegenstand der Erfindung ist das Gehäuse mit seinen Anschlußstellen von den aus der Isoliermasse herausragenden Anschlüssen durch die Isoliermasse einwandfrei getrennt und isoliert. Zugleich sorgt die Isoliermasse dafür, daß - abgesehen von den herausragenden Anschlüssen - der Varistor elektrisch und mechanisch isoliert bzw. abgedeckt ist. Zugleich wird hierdurch auch dafür gesorgt, daß eine am Varistor auftretende Funkenbildung nicht die Lotstelle und die zugehörigen Anschlüsse beeinflußt und umgekehrt. Trotzdem wird aber die Instabilität des Varistors, d.h. seine unzulässige Erwärmung (siehe oben) über den zur Lotstelle führenden Anschluß durch die Isoliermasse hindurch an diese Lotstelle weitergegeben und bewirkt deren Auftrennung. Eine solche Anordnung ist eine Einheit, die in andere Geräte, z.B. in Bohrungen von Platinen oder Leiterplatten dieser Geräte, problemlos einsetzbar ist und mit den zugehörigen Anschlüssen elektrisch verbunden werden kann. Die Herstellung dieser Verbindungen kann automatisiert werden. Individuelle Verlötungen oder dergleichen von Hand, welche hohe Montagekosten verursachen, entfallen. Am Varistor selber sind keine Änderungen erforderlich. Die mit der Erfindung geschaffene Geräteeinheit kann sehr raum­ sparend, insbesondere mit geringer Dicke, ausgeführt werden, da bei Verwendung der Isoliermasse die von ihr gebildete Schicht zwischen dem Varistor und den aus der Isoliermasse herausragenden Anschlüssen relativ dünn sein kann. Das Gehäuse hat nicht nur die Funktion der Schaffung entsprechender Anschlüsse, sondern auch die einer mechanisch festen Halterung des Varistors und der zugehörigen Teile.

Die Merkmale des Anspruches 3 bilden vorteilhafterweise die Isoliermasse zugleich als Zentrierung für den Varistor aus, so daß also die Isoliermasse zwei Funktionen erfüllt.

Die Merkmale des Anspruches 7 sind zwar für sich aus DE-OS 32 28 471 bekannt, im Zusammenhang mit dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung ergeben sie aber eine vorteilhafte Raumersparnis. Auch sind für sich aus der letztgenannten Literaturstelle die Merkmale des Anspruches 8 für sich bekannt. Sie vereinfachen die bereits erwähnte Einsteckung der Anordnung nach der Erfindung mit diesen vorragenden Anschlüssen nach der Erfindung mit diesen vorragenden Anschlüssen in eine Platine, eine Leiterplatte oder dergleichen.

Die Merkmale der Ansprüche 9 und 10 stellen zwei alternative Ausführungsmöglichkeiten der Ausbildung der federnden Kontaktzunge und des zugehörigen Gegenkontaktes nach Aufschmelzen der Lotstelle dar. Dabei sind die Merkmale des Anspruches 10 eine bevorzugte Ausführung, da sie eine sehr großflächige Kontaktgabe zwischen der federnden Kontaktzunge und der Innenseite des gewölbten Kontaktstreifens bildet, wodurch ein besonders "satter" Kurzschluß zwecks Überbrückung des Varistors, d.h. ein sogenanntes "fail-safe-Verhalten" gegeben ist (siehe auch Anspruch 15).

Die Merkmale des Anspruches 11 geben der federnden Kontaktzunge eine besonders große Eigenfederspannung. Dies hat nach dem Aufschmelzen der Lotstelle eine sehr schnelle und damit innige Kontaktgabe mit dem weiteren Anschluß zur Folge. Dabei ist insbesondere die Kombination der Merkmale 10 und 11 für eine schnelle und großflächige Kontaktgabe von Vorteil.

Die Merkmale der Ansprüche 13 und 14 sind für sich aus DE-GM 19 98 151 bekannt. Sie stellen aber vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung dar. Auch sind die Merkmale des Anspruches 15 für sich aus DE-OS 26 34 479 bekannt, jedoch nicht in dem hier gegebenen, vorteilhaften Zusammenhang mit der Erfindung.

Aus Siemens-Zeitschrift 42, 1968, Heft 10, Seite 864-868 ist zwar eine Abschaltung des Überspannungsschutzes für sich bekannt, aber nicht die Anordnung und insbesondere auch nicht die gleichzeitige Abschaltung von Varistor und Verbraucher gemäß den Merkmalen des Anspruches 16.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen, sowie der nachstehenden Beschreibung und der zugehörigen Zeichnung von erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen zu entnehmen. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, unter Weglassung einer Abdeckplatte,

Fig. 1a in einer Draufsicht gemäß Fig. 1 ein weiteres Ausführungs­ beispiel der Erfindung,

Fig. 1b in einer Draufsicht gemäß Fig. 1 eine andere Ausführungs­ möglichkeit der Erfindung,

Fig. 2 eine Seitenansicht bzw. teil­ weisen Schnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1, wobei die Ab­ deckplatte mitgezeichnet ist,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Anordnung nach Fig. 1, 2,

Fig. 4 ein Montagebeispiel einer solchen Anordnung,

Fig. 5, 6 zwei Ausführungsmöglichkeiten der Schaltung einer solchen Anordnung.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1, 2 ist ein etwa napf­ förmiges Gehäuse 1 aus einem Metallblech vorgesehen, wo­ bei die Innenseite 2 der Bodenfläche dieses Gehäuses an der entsprechenden ersten Kontaktfläche 3 des Varistors 4 anliegt. Die andere Stirnseite des Varistors ist mit einer zweiten Kontaktfläche 5 versehen, auf der ein Kon­ taktblech 6 aufliegt. Das Kontaktblech 6 ist mit einem Anschlußbolzen oder ähnlichem Anschluß 7 elektrisch leitend und auch mechanisch fest verbunden, der durch eine Isoliermasse 8 hindurchgeführt ist und über diese und auch über die Stirnkanten 9 der Seitenränder des Gehäuses 1 nach oben (bezogen auf die Darstellung in Fig. 2) vorragt.

Das Gehäuse 1 bildet damit die eine Anschlußstelle, z. B. mittels seiner mit Bohrungen 10 versehenen seitlichen Flansche 11. Stattdessen könnte das Gehäuse auch An­ schluß-Kontaktstifte aufweisen (nicht dargestellt). Am Anschluß 7 ist eine Lotstelle 12 (Schmelzpunkt z.B. 140°C) vorgesehen, die über eine federnde Kontaktzunge 13 mit einem bolzenartigen Anschluß 14 verbunden ist, der ebenso wie der Anschluß 7 über den Rand 9 des Gehäuses nach oben vorragt. Die Teile 11 und 14 bilden hier also die Anschlußpunkte für die Zu- und Ableitungen, wobei z.B. der spannungführende Leiter einer Anlage bei 14 und die Erdung bei 11 angeschlossen wird (siehe auch die späte­ ren Ausführungs- und Schaltungsbeispiele). Fließt von 14 über 13, 12, 7 und den Varistor 4 sowie das Gehäuse 1 ein unzulässig hoher Leckstrom, so bewirkt die Erwär­ mung des Varistors eine entsprechende Erwärmung des Anschlusses 7 und damit ein Aufschmelzen der Lotstelle 12. Die Kontaktzunge 13 wird aufgrund ihrer Eigenfeder­ kraft in Pfeilrichtung 15 verschwenkt. Dies ist raum­ sparend, d.h. verringert die Dicke d der Anordnung. Damit ist der vorgenannte Stromweg unterbrochen und die schädliche Erhitzung des Varistors gestoppt. Die Kontaktzunge 13 kann dabei zur Anlage an einen weiteren Anschluß in Form eines Kontaktstiftes 16 kommen (siehe auch hierzu die späteren Erläuterungen zu den Schaltungs­ beispielen). Dabei empfiehlt es sich, daß die federnde Kontaktzunge eine Ausbuchtung 34 aufweist, welche nach dem Aufschmelzen der Lotstelle am Kontaktstift 16 anliegt und diesen teilweise an seinem Umfang umgibt. Das Material der federnden Kontaktzunge ist bevorzugt eine Kupfer-Berillium-Legierung.

Die Isoliermasse besitzt einen äußeren kreisförmigen Rand 17, der eine zylindrische Ausnehmung 18 umgibt, inner­ halb derer sich die Kontaktzunge 13 befindet. Diese Aus­ nehmung und die Isoliermasse selber sind durch eine Ab­ deckplatte 18 abgedeckt, aus der die Anschlüsse 7, 14, 16 vorragen. Damit sind die Zunge 13 und die Lotstelle 12 gegen Beschädigungen und auch gegen ein versehentli­ ches Berühren geschützt, d.h. mechanisch und elektrisch nach außen isoliert. Außerdem besteht die erwähnte Iso­ lierung gegenüber dem Varistor aufgrund der Isoliermasse 8. Unterhalb der kreisförmigen Umrandung 17 vorgesehene Füße 20 der Isoliermasse dienen der Zentrierung des Vari­ stors. Varistor 4 mit Isoliermasse 8 sind im Gehäuse 1 durch eine Vergußmasse 21 gehalten und dort zugleich ther­ misch und elektrisch isoliert. Vorstehendes gilt sinn­ gemäß auch für die nachstehend erläuterten Ausführungs­ beispiele der Fig. 1a und 1b, ausgenommen jedoch die nach­ stehend erläuterten Abweichungen der Ausführungen nach Fig. 1a und 1b von der Ausführungsform gemäß Fig. 1:

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1a dient als weiterer Anschluß ein Kontaktstreifen 16′, der entsprechend der Innenfläche 17′ des Randes 17 der Isoliermasse 8 gewölbt und an dieser Innenfläche befestigt ist. Die Kontakt­ zunge 13′ ist so gewölbt, daß sie nach einem Auf­ schmelzen der Lotstelle 12 ganz oder teilweise vollflächig zur Anlage an die ihr zugewandte Innen­ seite des Kontaktstreifens 16′ kommt. Diese großflä­ chige Stromübergangsstelle trägt mit zu einem soge­ nannten "satten Kurzschluß" bei, der anhand der Fig. 5 näher erläutert ist.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1b ist die Kontaktzunge 13′′ spiralförmig ausgebildet, wobei ihr innen gelegenes Spiralende mit der Anschlußstelle 14 verbunden ist, die sich in diesem Ausführungsbeispiel in der Mitte der vom Rand 17 umgebenden Fläche befindet, oder zu­ mindest in der Nähe dieser Mitte liegt. Das außen gele­ gene Ende dieser Federspirale ist mit der Lotstelle 12 verbunden. Im übrigen ist die bevorzugte Ausführungsform die, daß hier auch der gewölbte Kontaktstreifen 16′ vorgesehen ist, an welchen nach Aufschmelzen der Lot­ stelle 12 die entsprechend gewölbte Kontaktfederzunge 13′′ möglichst vollflächig anliegt (siehe hierzu die entsprechenden Erläuterungen der Fig. 1a).

In beiden Fällen ist also die Kontaktgabe nicht auf das äußere Ende der federnden Kontaktzunge beschränkt.

Fig. 3 zeigt diese in sich geschlossene Geräteeinheit, bei der nur noch das Gehäuse 1 mit den Flanschen 11, die Abdeckplatte 19 und die Anschlüsse 7, 14 und 16 (bzw. im Fall der Ausführungen nach Fig. 1a, b der Anschluß 16′) von außen zugängig sind. Fig. 4 zeigt den Zusammenbau dieser Einheit mit einer Platine oder Leiterplatte 22. Die Flansche 11 haben dabei Kontakt mit den Leitern 23 und die Anschlüsse 7, 14 und 16 (bzw. im Fall der Ausführungen nach Fig. 1a, b der Anschluß 16′) mit entsprechenden Leitern 24, 25 und 26 der Oberfläche 27 der Platine bzw. Leiterplatte 22. Die vorgenannten Verbindungen können Steck-, Löt- oder Schraubverbindungen je nach der ver­ wendeten Anschlußtechnik sein. Wie erwähnt, sind die Flansche 11 bevorzugt einstückig mit dem Gehäuse 1. Stattdessen könnten aber mit dem Gehäuse 1 auch ge­ sonderte Anschlußteile verbunden sein, welche die Funktion der Flansche 11 übernehmen.

Fig. 5 zeigt eine Schaltung, bei der im Normalbetrieb, d.h. nicht geöffneter Lotstelle 12, dies über die Anzei­ ge 28 angezeigt wird. Mit dem Öffnen der Lotstelle 12 gelangt die jeweilige Zunge (13, bzw. 13′, bzw. 13′′) in die gestrichelt dargestellte Lage 13′′′. Dies kann durch eine weitere Anzeige 29 signalisiert werden. Fer­ ner kann anstelle der Anzeige 29 ein Kurzschlußpfad 30 eingeschaltet werden, so daß (falls erwünscht) dann eine direkte Kurzschlußverbindung zwischen dem spannungsfüh­ renden Leiter 31 und Erde 32 besteht. Ein solcher siche­ rer oder "satter" Kurzschluß wird in manchen Fällen im Gegensatz zu dem über einen schadhaften Varistor führen­ den Leckstrom gewünscht ("fail-safe-Verhalten").

Die Schaltung gemäß Fig. 6 ist so gewählt, daß sich die Anschlüsse 7, 14 und die Lotstelle 12, sowie die federn­ de Zunge 13 (bzw. 13′, bzw. 13′′) in einer Zuleitung 31 befinden (die Erd- bzw. Rückleitung trägt die Ziff. 32). Mit dem Öffnen der Lotstelle und Stellung 13′′′ der Kontakt­ zunge werden nicht nur der schadhafte Varistor 4, sondern auch ein danach angeordneter Verbraucher 33 abgeschaltet. Zugleich kann hier, falls erwünscht, der o.g. "satte Kurz­ schluß" 30 oder eine Anzeige 29 nach Auftrennen der Lot­ stelle erreicht werden.

Claims (16)

1. Anordnung mit einem Varistor, wobei zur Abschaltung des Varistors von einer Spannungsquelle bei dessen Überhitzung die auf beiden Stirnseiten des Varistors vorgesehenen Kontaktflächen mit Zu- und Ableitungen der Spannungs­ quelle verbunden sind und wobei in einer dieser Leitungen in Varistornähe eine Lotstelle vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Varistor (4) sich in einem etwa napfförmigen metallischen Gehäuse (1) befindet, wobei die erste seiner Kontaktflächen (3) an der Innenseite (2) der Gehäusebodenfläche anliegt und das Gehäuse (1) einen Anschluß bildet bzw. aufweist, daß die zweite Kontaktfläche (5) des Varistors mit einer Isoliermasse (8) abgedeckt ist, wobei eine elektrisch und thermisch leitende Verbindung (7) durch die Isoliermasse hindurch zu der Lotstelle (12) besteht und daß die Lotstelle und die einen Anschluß bildende Verbindung (7) sich an der dem Varistor abgewandten Oberfläche der Isoliermasse befindet.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der zweiten Kontaktfläche (5) des Varistors (4) ein Kontaktblech (6) anliegt, das mit der Verbindung bzw. Anschluß (7) in elektrisch und thermisch leitender Verbindung steht.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Isoliermasse (8) an ihrem Um­ fang varistorseitig mit den Varistor (4) zwischen sich haltenden und zentrierenden Vorsprüngen oder Füßen (20) versehen ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ge­ kennzeichnet durch eine isolierende Vergußmasse (21) zwischen der Seitenwand des Gehäuses einerseits und dem Varistor (4) und der Isoliermasse (8) andererseits.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Isoliermasse einen äußeren kreisförmigen Rand (17) aufweist, der eine zylin­ drische Ausnehmung (18) umgibt, innerhalb derer sich eine federnde Kontaktzunge (13, 13′, 13′′) sowie deren Anschlüsse bzw. Kontakte (7, 14, 16, 16′) befinden.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekenn­ zeichnet durch eine Abdeckplatte (19), welche die Isoliermasse an ihrer dem Varistor abgewandten Seite abdeckt und Durchtrittsöffnungen für die Anschlüsse (7, 14, 16, 16′) aufweist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschwenkrichtung (15) der Kontaktzunge (13, 13′, 13′′) in raumsparender Weise parallel zu den Stirnseiten bzw. Kontaktflächen (3, 5) des Varistors (4) verläuft.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum Anschluß (7) ein Anschluß (14) für die Zuleitung vorgesehen ist, an dem das andere Ende der Kontaktzunge (13, 13′, 13′′) angebracht ist und daß ein weiterer Anschluß (16, 16′) vorgesehen ist, an den die federnde Kontaktzunge nach Aufschmelzen der Lotstelle (12) aufgrund ihrer Feder­ kraft anliegt.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Anschluß als Kontaktstift (16) aus­ gebildet ist und daß die federnde Kontaktzunge (13) eine Ausbuchtung (34) aufweist, die nach dem Aufschmelzen der Lotstelle (12) am Kontaktstift (16), diesen auf einem Teil seines Umfanges umgebend, anliegt.

10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als weiterer Anschluß ein Kontaktstreifen (16′) vorgesehen ist, der entsprechend der Innenfläche (17′) des Randes (17) der Isoliermasse (8) gewölbt und an dieser Innenfläche befestigt ist und daß die federnde Kontaktzunge (13′) eine Wölbung derart aufweist, daß sie nach Aufschmelzen der Lotstelle (12) mit dieser Wölbung ganz oder teilweise vollflächig an der Innen­ seite des Kontaktstreifens anliegt.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die federnde Kontaktzunge als Spiralfeder (13′′) ausgebildet ist, wobei das äußere Ende dieser Spirale über die Lotstelle (12) mit dem zugehörigen Anschluß (7) und das innere dieser Spirale mit dem zugehörigen Gegenanschluß (14) verbunden ist.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) mit Anschluß­ flanschen (11) versehen ist, die bevorzugt mit ihm einstückig sind.

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse mit Kontaktstiften versehen ist.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse (7, 14, 16 und 16′) über die Stirnkante (9) der Seitenränder vorragen.

15. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß nach Aufschmelzen der Lotstelle und Anlage der Kontaktzunge (13, 13′, 13′′) am An­ schluß (16, 16′) eine "satte" Kurzschlußüberbrückung (30) des Varistors (4) zugeschaltet ist.

16. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte (14, 7) und die Kon­ taktzunge (13, 13′, 13′′) sich in einer Zuleitung zum Varistor (4) und zu einem Verbraucher (33) befinden, so daß mit dem Auftrennen der Lotstelle sowohl Varistor als auch Verbraucher abgeschaltet sind.