DE3738260A1 - Schutzgeraet gegen den einfluss von ueberspannungen und/oder stoerspannungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schutzgerät gemäß dem Ober­ begriff des Anspruches 1. Dabei wird unter dem Anwendungs­ bereich der Signaltechnik insbesondere die Fernmelde­ technik und die Datentechnik verstanden, d. h. Techniken, bei denen mit hohen Frequenzen gearbeitet wird. Die hierzu bereits bekannten Überspannungsschutzgeräte sind durch ihre Abmessungen, Befestigungsmöglichkeiten und Klemmtechniken für bestimmte Schnittstellen ausgelegt, die im Bereich der externen Installation zum zu schützen­ den Gerät liegen. Ein bekanntes Gerät dieser Art ist unter dem Warenzeichen "BLITZDUCTOR" der Anmelderin bekannt und in deren Katalog "BLITZSCHUTZ ERDUNG ÜBERSPANNUNGS- SCHUTZ", EB′87 P1, Seite 75, beschrieben. Durch die hier­ durch bedingte Entfernung zwischen Schutzgerät und Betriebs­ mittel, einschl. der Entfernung zur jeweiligen Erde er­ gaben sich Induktivitäten und aufgrund der hohen Frequenzen im Überspannungsfall an diesen Induktivitäten Spannungsabfälle, die sich am Eingang des zu schützenden Betriebsmittels zur Begrenzungsspannung der Ausgangsseite des Schutz­ gerätes addierten. Der angestrebte Schutz konnte in solchen Fällen nicht optimal erreicht werden. Dabei mußte auch der schädliche Einfluß von Induktionsschlei­ fen, nämlich hierdurch hervorgerufene Überspannungen, be­ rücksichtigt werden, der sich aufgrund der vorstehend erläuterten Umstände ergab.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, bei einem Schutzgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 die Bildung von Induktionsschleifen und/oder die Bil­ dung schädlicher, bzw. störender Spannungsabfälle an In­ duktivitäten soweit zu eliminieren, daß am Betriebsmittel keine dieses gefährdende Überspannungen oder Störspan­ nungen mehr auftreten, und zwar auch nicht beim Arbeiten mit hohen Frequenzen.

Die Lösung dieser Aufgabe wird, ausgehend vom Oberbegriff des Anspruches 1, zunächst in den Merkmalen des Kenn­ zeichens des Anspruches 1 gesehen. Durch die Kürze der angegebenen Verbindungen und Leitungen bestehen im Schutz­ gerät praktisch keine Induktivitäten und Induktionsschlei­ fen mehr, die, wie beim Stand der Technik erläutert, zu störenden Überspannungen und Spannungsabfällen führen können. Durch die Ausgestaltung der Außenanschlüße in Stiftform und deren direkten Verbindung mit der jeweiligen Platine und deren Massekontakt werden auch in diesem Be­ reich und insbesondere zur Erdung (Masse) störende Induk­ tivitäten und Induktionsschleifen vermieden. Der über die aktivierte Schutzschaltung auszukoppelnde Störstrom kann somit auf kürzestem Wege gegen Erde abgeleitet werden. Potentialunterschiede zwischen der Ableiter­ erde des Schutzgerätes und dem Erdanschluß des zu schützenden Gerätes treten praktisch nicht mehr auf.

Die Merkmale des Anspruches 2 geben die Möglichkeit, daß der Hersteller des Schutzgerätes auch diese Basis­ platine herstellt und Schutzgerät und Basisplatine werkseitig miteinander verbindet. Diese Anordnung em­ pfiehlt sich insbesondere zur Nachrüstung schon vor­ handener Betriebsmittel. Sie kann erforderlichenfalls auf spezielle Anwendungsfälle bereits zugeschnitten sein. Als Beispiele seien hier genannt: Verschiedene Spannungen, verschiedene Signale/Frequenzen, zusätzliche Bauelemente (Anzeigen, Sicherungen, Entkopplungswiderstände usw.), verschiedene Anschlußtechniken (schrauben, löten, Schneid­ klemmen, grimpen, wrapen usw.), verschiedene Schnittstellen, d. h. Geometrie und Ausführung der Basisplatine ist an bestimmten Schnittstellen angepaßt (Europakarte, Montage auf Ab­ deck- und Trennblechen des zu schützenden Gerätes).

Die Merkmale des Anspruches 3 betreffen den Fall, daß das Schutzgerät direkt mit einer Platine des zu schützenden Betriebsmittels verbunden, d.h. mit seinen Anschlußstiften darauf gesteckt wird. In diesem Fall ist das Schutzgerät unmittelbar, d. h. direkt am zu schützenden Betriebs­ mittel und zwar an dessen Eingangsschaltung angebracht. Aber auch im Fall der Variante gemäß o.g. Anspruch 2 kann und wird die Basisplatine direkt an der Eingangsseite des Betriebsmittels angebracht werden. In beiden Fällen ent­ spricht der Schutzpegel der Spannung am Betriebsmittel prak­ tisch dem Schutzspannungspegel der Ausgangsseite des Schutzgerätes. Die sogenannten Schnittstellen sind al­ so stets unmittelbar an den zu schützenden Bauteilen des Betriebsmittels.

Mit dem Schutzgerät nach der Erfindung können nicht nur Überspannungen sondern auch Störspannungen vom zu schützenden Betriebsmittel ferngehalten werden, wobei für die Eliminierung von Störspannungen Filterschaltun­ gen vorgesehen sind, welche entsprechende Störfrequenzen abhalten.

Die Merkmale des Anspruches 4 sind im Sinne der Aufgaben­ stellung der Erfindung eine bevorzugte Ausführung der Erdung.

Mit den Merkmalen des Anspruches 5 wird erreicht, daß beim Zusammenbau des Schutzgerätes (in Art eines Modules) mit der Platine und insbesondere bei einem solchen Zu­ sammenbau seitens des Anwenders mit der Platine seines Betriebsmittels die richtige Lage der Anschlußstifte der Eingangsseite und der Anschlußstifte der Ausgangsseite des Schutzgerätes zu den entsprechenden Öffnungen der Platine des Betriebsmittels zwangsläufig erreicht wird, d. h. eine Vertauschung unmöglich ist. Es versteht sich, daß Form und Anordnung, sowie Abstand voneinander der Anschlußstifte des Schutzgerätes auf die zugehörigen Ein­ stecköffnungen oder dergleichen der jeweiligen Platine abgestimmt sein muß.

Mit den Merkmalen des Anspruches 6 wird eine induktive Ver­ koppelung zwischen Eingangsseite und Ausgangsseite des Schutz­ gerätes vermieden, zumindest relativ klein gehalten.

Da nicht nur die auf galvanischem Wege ankommenden Überspannungen und Störungen beseitigt werden müssen, sondern auch Überspannungen und Störungen aufgrund von Strahlungen, empfehlen sich die Merkmale des Anspruches 7. Dies ist ein Faraday-Käfig, z. B. aus einem Kunst­ stoff mit Metallauflage.

Die Merkmale des Anspruches 8 ergeben einen kompakten in sich geschlossenen Aufbau, bzw. abgekapseltes Schutz­ system, das hierdurch auch nach außen isoliert ist.

Die Merkmale des Anspruches 9 dienen der Befestigung an der jeweiligen Platine.

Weitere Vorteile und Merkmale sind der nachstehenden Be­ schreibung und der zugehörigen Zeichnung von erfindungs­ gemäßen Ausführungsmöglichkeiten zu entnehmen. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 perspektivisch ein Schutzgerät nach der Erfindung oberhalb einer dazugehörigen Platine,

Fig. 2 perspektivisch das Schutzgerät nach Fig. 1 von unten gesehen,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel des Zusammenbaus des Schutzgerätes nach der Erfindung mit einer Platine,

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel des Zusammenbaus von Schutzgeräten nach der Erfindung mit Platinen.

Das Schutzgerät 1 ist mit Schutzelementen 2 für den Grob­ schutz und Schutzelementen 3 für den Feinschutz versehen, die so angeordnet sind, daß die Verbindungen bzw. Anordnung von weiteren Schaltungskomponenten 4 zwischen ihnen möglichst kurz sind. Das gleiche gilt für die Verbindungen 5 der vorge­ nannten Grob- und Feinschutzelemente zu den nach außen ge­ führten Anschlußstiften 6 bis 9 (siehe hierzu auch Fig. 2). Fig. 1 zeigt ferner, daß die Anschlußstifte 6 bis 9 in ent­ sprechende Gegenöffnungen 10 der jeweiligen Platine einsteck­ bar sind. Dies gilt auch für den oder die mit der Masse des Schutzgerätes verbundenen Kontaktstifte 7 und 8, die auf direktem und kürzestem Wege mit der Masse der zugehörigen Platine 12 verbunden sind. Bevorzugt geschieht dies in der Weise, daß die zugehörige Stecköffnung 10′ direkten Kontakt mit der Masseschiene 11 der Platine 12 hat, wie es im Zusam­ menhang mit dem Erdungs-Kontaktstift 7 gezeichnet ist.

Das als Modul ausgeführte Schutzgerät ist von relativ klei­ nen Abmessungen. Bevorzugt sind die in seinem Innern befind­ lichen Schutzelemente mit einer Isoliermasse vergossen, so daß - wie insbesondere Fig. 2 zeigt - ein in sich kompakter, nach außen isolierter Block entsteht, aus dem nur die An­ schlußstifte 6 bis 9 herausragen.

An der Platine 12 können Anschlußleisten 13 mit Anschlüssen 14 für Zu- oder Ableitungen 15 vorgesehen sein. Hierzu führen von den Einlötbuchsen der Einstecköffnungen 10 Leiterbahnen 16 zu den Anschlußleisten 13.

Fig 3 zeigt den Anbau eines Schutzgerätes (Moduls) 1 nach der Erfindung auf eine Platine 12′, welche die Platine des zu schützenden Betriebsmittels ist und zwar in dem mit den Pfeilen 18 angegebenen Bereich dieser Platine, der deren Eingangsschaltung mit den dazugehörigen Bauteilen aufweist, während der Bereich der Ausgangsschaltung mit den dazuge­ hörigen Bauteilen mit 19 beziffert ist. Hier ist also das Modul 1 unmittelbar an der geschützten Eingangsschaltung eines elektronischen Verbrauchers vorgesehen. Der insge­ samt in Fig. 3 rechts vom Schutzgerät 1 gelegene Bereich der Platine 12′ mit den darauf befindlichen Bauteilen ist vom Schutzgerät geschützt.

Die Ausführung nach Fig. 4 zeigt eine Basisplatine 12′′, welche mehrere, hier drei Schutzgeräte 1 trägt. Mit 20 sind die Verbindungen von der Platine 12′′ zu einer Platine 21 des zu schützenden elektronischen Gerätes vorgesehen, wobei hier ebenfalls Eingang und Ausgang mit 18 und 19 be­ ziffert sind. Die Platine 12′′ ist ebenfalls mit einer Masse­ schiene entsprechend o.g. Ziff. 11 versehen (nicht darge­ stellt). Im übrigen gelten zur Erläuterung der Bauteile der Platine 21 sinngemäß die Erläuterung zur Platine 12′. Die Platine 12′′ mit den Schutzgeräten 1 wird vom gleichen Hersteller angefertigt und kann dann vom Anwender mit der Platine 21 und den dortigen Bauteilen, sowie Leiterbahnen seines Betriebsmittels im Sinn der Erfindung verbunden werden.

Es versteht sich, daß auf der Platine 12′′ der Fig. 4 auch nur ein Schutzgerät oder Schutzgeräte in einer anderen An­ zahl vorgesehen sein können. Dies gilt auch für das Ausfüh­ rungsbeispiel der Fig. 3.

Generell gilt, daß bei einem der Ausführungsbeispiele vorgesehene und erläuterte Merkmale sinngemäß auch bei einem anderen Ausführungsbeispiel eingesetzt werden können und umgekehrt.

Fig. 2 zeigt die asymmetrische Anordnung der Anschlußstifte 6, 7 der Eingangsseite einerseits zu den Anschlußstiften 8, 9 der Ausgangsseite des Schutzgerätes andererseits. Dies zwingt beim Einstecken des Schutzgerätes in die zugehörige Stecköffnungen der jeweiligen Platine dazu, zwangsläufig die jeweiligen Anschlußstifte in die zu­ treffenden Einstecköffnungen einzuführen.

Ferner ergibt sich schon aus Fig. 2, aber auch aus der Darstellung in Fig. 1, daß die Eingangsseite E mit den Stiften 6, 7 und die Ausgangsseite A mit den Stiften 8, 9 des Schutzgerätes 1 räumlich voneinander getrennt sind. Damit ist die ungeschützte Eingangsseite von der ge­ schützten Ausgangsseite soweit entkoppelt, daß eine induktive Verkoppelung dieser beiden Seiten miteinander vermieden wird, zumindest sehr stark reduziert ist.

Sofern entsprechend unterschiedliche Anforderungen, ins­ besondere unterschiedliche Frequenzen verschiedener Schutzgeräte 1 vorgesehen werden, soll zwischen diesen unterschiedlichen Typen PIN Kompatibilität herrschen, d.h. von Typ zu Typ besitzt der Anschluß eines bestimmten Steckerplatzes immer die gleiche Funktion. Entfällt diese, so ist dieser Steckerplatz nicht mit einem Stift anderer Funktion belegt. Somit können sämtliche Typen untereinan­ der ausgetauscht werden, ohne die äußere Anschlußbelegung (z.B. Leiterbahnen auf der Platine) zu ändern.

Im Fall des Zusammenbaus des Schutzgerätes nach der Erfindung mit einer Basisplatine 12′′ gemäß Fig. 4 können die Schutzgeräte einige Standard-Typen sein, während auf der jeweiligen Basisplatine die für den jeweiligen Fall noch notwendigen Bauteile oder Er­ gänzungen, wie Widerstände, Varistoren usw. vorgesehen werden.

Zur mechanischen Befestigung kann das Gehäuse des Schutzgerätes 1 mit Ösen 22 versehen sein, welche an der jeweiligen Platine anschraubbar sind und eine leicht zu montierende Arretierungshilfe darstellen.

Alle dargestellten und beschriebenen Merkmale, sowie ihre Kombinationen untereinander, sind erfindungswesent­ lich.

Claims (9)

1. Schutzgerät gegen den Einfluß von Überspannungen und/ oder Störspannungen auf Betriebsmittel (insbesondere elektronische Geräte und zugehörige Platinen) der Si­ gnaltechnik (insbesondere Fernmeldetechnik, Datentech­ nik), wobei das Schutzgerät Schutzelemente sowohl für den Grobschutz, als auch für den Feinschutz aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzelemente (2) für den Grobschutz und die Schutzelemente (3) für den Feinschutz so im Schutzgerät (1) angeordnet und miteinander verbunden sind, daß diese Verbindungen (4) und ferner die Leitungen (5) oder andere Kontaktmittel von den Schutzelementen (2, 3) zu den Außenanschlüssen des Schutzgerätes so kurz als möglich sind, daß die Außenanschlüsse als Anschlußstifte ausgebildet und zum Einstecken in entsprechende Öffnungen oder der­ gleichen einer Platine bestimmt, entsprechend zuei­ nander angeordnet und dimensioniert sind, und daß der jeweilige Massekontakt der Schutzelemente (2, 3) auf direktem und kürzestem Wege mit der Masse der Platine (12, 12′, 12′′) verbindbar, bzw. verbunden ist.

2. Schutzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platine eine gesonderte, zum Schutzgerät (1) gehörende Basisplatine (12′′) ist, die eingangs­ seitig des Betriebsmittels anbringbar und damit verschaltbar ist.

3. Schutzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platine eine Platine (12′) des zu schützenden Betriebsmittels ist, wobei sich das Schutzgerät (1) eingangsseitig (18) dieser Platine befindet.

4. Schutzgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Massekontakte (7, 8) des Schutzgerätes mit zumindest einer Masseschiene (11) der Platine des zu schützenden Betriebsmittels verbunden ist, bzw. sind.

5. Schutzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dessen eingangsseitigen (E) vorge­ sehenen Anschlußstiften (6, 7) zu dessen ausgangssei­ tigen (A) vorgesehenen Anschlußstiften (8, 9) asymmetrisch angeordnet sind und daß die zugehörigen Stecköffnungen oder dergleichen der jeweiligen Platine hierauf abge­ stimmt sind.

6. Schutzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die eingangsseitigen (E) Bauelemente von den ausgangsseitigen (A) Bauelementen des Schutzge­ rätes räumlich getrennt und distanziert sind.

7. Schutzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekenn­ zeichnet durch eine metallische Abschirmung des Schutz­ gerätes.

8. Schutzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die in ihm befindlichen Schutzele­ mente mit einer Isoliermasse vergossen sind.

9. Schutzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekenn­ zeichnet durch mechanische Befestigungs- und Arretierungs­ mittel, z. B. Ösen (22), die am Gehäuse des Schutzgerätes angebracht sind.