DE4241311A1 - Überwachungs- und/oder Sicherungsbaustein - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Überwachungs- und/oder Sicherungsbaustein mit einem Bausteingehäuse, einem in dem Bausteingehäuse vorgesehenen, sich unter Umständen erwärmenden Funktionsbaustein, insbesondere einem Varistor, mindestens zwei mit dem Funktionsbaustein elektrisch verbundenen Anschluß­ elementen, mindestens einem elektromechanischen, durch Aufbringung einer Betätigungskraft betätigbaren Überwachungs- bzw. Meldeschalter und einem zwischen dem Funktionselement bzw. mindestens einem Anschlußelement einer­ seits und dem Überwachungs- bzw. Meldeschalter andererseits wirksamen Feder­ system, wobei der Überwachungs- bzw. Meldeschalter dann über das Federsystem betätigt wird, wenn die Temperatur des Funktionsbausteins einen vorgegebenen Ansprechwert überschreitet.

Überwachungs- und/oder Sicherungsbausteine der zuvor beschriebenen Art sind in unterschiedlichen Ausführungsformen und seit langem bekannt. Insbesondere sind solche Überwachungs- und/oder Sicherungsbausteine bekannt, bei denen als Funktionsbaustein ein Varistor vorgesehen ist. Der Varistor kann dabei ein Überspannungsschutzelement eines Überspannungsschutzsystems zum Schutz von elektrischen, insbesondere elektronischen Meß-, Steuer-, Regel- und Schaltkreisen gegen transiente Überspannungen sein (vgl. z. B. die DE-OS 42 09 399).

Die Lehre der Erfindung ist nicht auf Überwachungs- und/oder Sicherungsbau­ steine beschränkt, die als Funktionsbaustein einen Varistor aufweisen. Gleich­ wohl wird im folgenden die Lehre der Erfindung - ihr Ausgangspunkt, die ihr zugrundeliegende Aufgabe und die Lösung dieser Aufgabe - in Verbindung mit einem Überwachungs- und/oder Sicherungsbaustein beschrieben, der als Funk­ tionsbaustein einen Varistor aufweist. Selbstverständlich ist die Lehre der Erfindung ohne weiteres auch anwendbar auf andere Überwachungs- und/oder Siche­ rungsbausteine der eingangs beschriebenen Art, also ganz generell auf solche, die einen sich unter Umständen erwärmenden Funktionsbaustein aufweisen.

Ein Varistor ist ein sich unter Umständen erwärmender Funktionsbaustein, und zwar deshalb, weil seine Leitfähigkeit nach jedem Ansprechen zunimmt. Daraus folgt, daß ein Varistor sich nach jedem Ansprechen stärker erwärmt. Die Erwärmung eines Varistors kann folglich als Kriterium dafür herangezogen werden, daß der Varistor ausgewechselt werden muß. Hat der Varistor nämlich einen bestimmten Leitwert erreicht, so ist - aus welchen Gründen auch immer - die Funktionssicherheit eines mit einem solchen Varistor versehe­ nen Überwachungs- und/oder Sicherungsbausteins nicht mehr gewährleistet.

Im Stand der Technik, von dem die Erfindung ausgeht, weist der Varistor mindestens eine Anschlußfahne auf und sind ein Anschlußelement und die An­ schlußfahne des Varistors durch eine Lötverbindung miteinander verbunden.

Bei dem zuvor beschriebenen Überwachungs- und/oder Sicherungsbaustein muß sichergestellt werden, daß dann, wenn die Temperatur des Varistors einen vorgegebenen Ansprechwert überschreitet, einerseits die Verbindung zwischen dem Varistor und mindestens einem Anschlußelement aufgetrennt wird, anderer­ seits der vorgesehene Überwachungs- bzw. Meldeschalter anspricht. Einerseits soll über den nicht mehr hinreichend funktionsfähigen Varistor kein Strom mehr fließen. Andererseits muß natürlich überwacht werden, ob der Varistor noch als Überspannungsschutzelement wirksam ist, bzw. gemeldet werden, daß der Varistor nicht mehr als Überspannungsschutzelement wirksam ist.

Wie bereits ausgeführt, ist bei dem bekannten Überwachungs- und/oder Siche­ rungsbaustein der Varistor mit mindestens einer Anschlußfahne versehen und ist mindestens eine Anschlußfahne des Varistors mit dem zugeordneten An­ schlußelement durch eine Lötverbindung verbunden. Folglich wird bei diesem bekannten Überwachungs- und Sicherungsbaustein die Verbindung zwischen dem Varistor und mindestens einem Anschlußelement dann, wenn die Temperatur des Varistors einen vorgegebenen Ansprechwert überschreitet, durch "Auslöten" aufgetrennt. Dieses Auftrennen ist zunächst nur ein latentes; hinzukommen muß noch die räumliche Trennung zwischen der Anschlußfahne des Varistors und dem zugeordneten Anschlußelement. Diese räumliche Trennung bewirkt das Federsystem; das Federsystem ist also entsprechend ausgelegt und angeordnet.

Wie auch bereits ausgeführt, ist bei dem bekannten Überwachungs- und/oder Sicherungsbaustein mindestens ein elektromechanischer Überwachungs- bzw. Meldeschalter vorgesehen, der durch Aufbringung einer Betätigungskraft betätigbar ist. Diese Betätigungskraft wird über das Federsystem aufgebracht. Das Federsystem ist also auch so ausgelegt und angeordnet, daß bei intakter Lötverbindung zwischen mindestens einer Anschlußfahne des Varistors und dem zugeordneten Anschlußelement der Überwachungs- bzw. Meldeschalter - durch Aufbringung der notwendigen Betätigungskraft - betätigt ist. Wenn die Temperatur des Varistors den vorgegebenen Ansprechwert überschreitet, also die Verbindung zwischen der Anschlußfahne des Varistors und dem zuge­ ordneten Anschlußelement durch "Auslöten" aufgetrennt wird, wird der Über­ wachungs- bzw. Meldeschalter über das Federsystem - entgegengesetzt zu der zuvor beschriebenen Betätigung - betätigt. Bei einem als Schließer ausge­ bildeten Überwachungs- bzw. Meldeschalter, der also dann schließen soll, wenn die Temperatur des Varistors den vorgegebenen Ansprechwert überschrei­ tet, ist die Betätigung durch Aufbringung einer Betätigungskraft eine öff­ nende Betätigung, während die über das Federsystem dann, wenn die Temperatur des Varistors einen vorgegebenen Ansprechwert überschreitet, wirksam werdende Betätigung des Überwachungs- bzw. Meldeschalters eine schließende Betätigung ist. Direkt kausal für die schließende Betätigung des Überwachungs- bzw. Meldeschalters ist eine innerhalb des Überwachungs- bzw. Meldeschalters ver­ ursachte Rückstellkraft.

Für den beschriebenen Überwachungs- und/oder Sicherungsbaustein gilt also, daß die Lötverbindung zwischen der Anschlußfahne des Varistors und dem zu­ geordneten Anschlußelement durch zwei sich addierende Kräfte belastet ist, nämlich durch die vom Federsystem herrührende, funktionsnotwendige Auftrenn­ kraft und durch die vom Überwachungs- bzw. Meldeschalter herrührende, eben­ falls funktionsnotwendige Rückstellkraft.

Nun sind Lötverbindungen empfindlich gegen auf sie einwirkende äußere Kräfte. Folglich liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den bekannten Überwachungs- und/oder Sicherungsbaustein, von dem die Erfindung ausgeht, so zu gestalten, daß die Lötverbindung zwischen der Anschlußfahne des Varistors und dem zu­ geordneten Anschlußelement, allgemein: die Verbindung zwischen dem Funk­ tionsbaustein und dem zugeordneten Anschlußelement möglichst wenig belastet ist.

Der erfindungsgemäße Überwachungs- und/oder Sicherungsbaustein, bei dem die zuvor im einzelnen hergeleitete und dargelegte Aufgabe gelöst ist, ist nun zunächst und im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß über das Federsy­ stem auf das Funktionselement bzw. das Anschlußelement nur ein Teil der Rückstellkraft des Überwachungs- bzw. Meldeschalters wirksam ist. Der Erfin­ dung liegt also die wesentliche Erkenntnis zugrunde, daß die vom Federsystem herrührende, funktionsnotwendige Auftrennkraft einerseits und die vom Über­ wachungs- bzw. Meldeschalter herrührende, ebenfalls funktionsnotwendige Rückstellkraft jeweils für sich bestimmte, vor allem baugrößenbedingte Werte nicht unterschreiten können, daß jedoch dafür gesorgt werden kann, daß an der Lötverbindung zwischen der Anschlußfahne des Varistors und dem zugeord­ neten Anschlußelement, allgemein: an der Verbindung zwischen dem Funktions­ baustein und dem Anschlußelement nicht einfach die Summe der Auftrennkraft und der Rückstellkraft wirksam wird.

Im einzelnen gibt es nun verschiedene Möglichkeiten, den erfindungsgemäßen Überwachungs- und/oder Sicherungsbaustein auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die folgende Beschreibung eines bevorzug­ ten, zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 nur schematisch, eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Über­ wachungs- und/oder Sicherungsbausteins, mit geöffnetem Baustein­ gehäuse,

Fig. 2 einen Schnitt durch den Gegenstand nach Fig. 1 im Bereich des Fe­ dersystems und

Fig. 3 Skizzen, die weiter unten der Erläuterung der Lehre der Erfin­ dung dienen.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Überwachungs- und/oder Sicherungs­ baustein weist zunächst auf ein Bausteingehäuse 1, einen in dem Baustein­ gehäuse 1 vorgesehenen, sich unter Umständen erwärmenden Funktionsbaustein, im dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiel einen Varistor 2, zwei mit dem Funktionsbaustein, also mit dem Varistor 2 elektrisch verbun­ dene Anschlußelemente 3, 4, einen nicht dargestellten elektromechanischen, durch Aufbringung einer Betätigungskraft betätigbaren Überwachungs- bzw. Meldeschalter und ein zwischen einem Anschlußelement 3 einerseits und dem nicht dargestellten Überwachungs- bzw. Meldeschalter andererseits wirksames Federsystem 5. Der nicht dargestellte Überwachungs- bzw. Meldeschalter wird dann über das Federsystem 5 - im meldenden Sinne - betätigt, wenn die Tem­ peratur des Funktionsbausteins, also des Varistors 2, einen vorgegebenen Ansprechwert überschreitet.

Wie bereits ausgeführt, ist das dargestellte Ausführungsbeispiel eines er­ findungsgemäßen Überwachungs- und/oder Sicherungsbausteins ein solches, bei dem als Funktionsbaustein ein Varistor 2 vorgesehen ist. Der Varistor 2 kann ein Überspannungsschutzelement eines Überspannungsschutzsystems zum Schutz von elektrischen, insbesondere elektronischen Meß-, Steuer-, Regel- und Schaltkreisen gegen transiente Überspannungen sein (vgl. z. B. die DE-OS 42 09 399). Im einzelnen gilt nun für das dargestellte Ausführungs­ beispiel eines erfindungsgemäßen Überwachungs- und/oder Sicherungsbausteins mit einem als Varistor 2 ausgeführten Funktionsbaustein folgendes:

Der Varistor 2 weist eine Anschlußfahne 6 auf. Die Anschlußfahne 6 des Va­ ristors 2 und das zugeordnete Anschlußelement 3 sind durch eine Lötverbin­ dung 7 miteinander verbunden. Dabei ist sichergestellt, daß dann, wenn die Temperatur des Varistors 2 einen vorgegebenen Ansprechwert überschreitet, einerseits die Lötverbindung 7 zwischen der Anschlußfahne 6 des Varistors 2 und dem zugeordneten Anschlußelement 3 aufgetrennt wird, andererseits der nicht dargestellte Überwachungs- bzw. Meldeschalter anspricht. Einerseits soll ja über den nicht mehr hinreichend funktionsfähigen Varistor 2 kein Strom mehr fließen. Andererseits muß natürlich überwacht werden, ob der Varistor 2 noch als Überspannungsschutzelement wirksam ist, bzw. gemeldet werden, daß der Varistor 2 nicht mehr als Überspannungsschutzelement wirk­ sam ist.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Überwa­ chungs- und/oder Sicherungsbausteins wird die Lötverbindung 7 zwischen der Anschlußfahne 6 des Varistors 2 und dem zugeordneten Anschlußelement 3 dann, wenn die Temperatur des Varistors 2 einen vorgegebenen Ansprechwert überschreitet, durch "Auslöten" aufgetrennt. Die notwendige räumliche Tren­ nung zwischen dem Anschlußelement 3 und der Anschlußfahne 6 des Varistors 2 bewirkt das Federsystem 5.

Das Federsystem 5 ist auch so ausgelegt und angeordnet, daß bei intakter Lötverbindung 7 zwischen der Anschlußfahne 6 des Varistors 2 und dem zuge­ ordneten Anschlußelement 3 der nicht dargestellte Überwachungs- bzw. Mel­ deschalter - durch Aufbringung der notwendigen, im Ausführungsbeispiel nach unten gerichteten Betätigungskraft - betätigt ist. Wenn die Temperatur des Varistors 2 den vorgegebenen Ansprechwert überschreitet, also die Lötver­ bindung 7 zwischen der Anschlußfahne 6 des Varistors 2 und dem zugeordneten Anschlußelement 3 durch "Auslöten" - und im Anschluß daran durch das Feder­ system 5 - aufgetrennt wird, wird der nicht dargestellte Überwachungs- bzw. Meldeschalter über das Federsystem 5 - entgegengesetzt zu der zuvor beschriebenen Betätigung - betätigt.

Da nun Lötverbindungen grundsätzlich empfindlich gegen auf sie einwirkende äußere Kräfte sind, ist der erfindungsgemäße Überwachungs- und/oder Siche­ rungsbaustein so gestaltet, daß die Lötverbindung 7 zwischen der Anschluß­ fahne 6 des Varistors 2 und dem zugeordneten Anschlußelement 3 möglichst wenig belastet ist. Das ist erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß über das Federsystem 5 auf das - der Anschlußfahne 6 des Varistors 2 zugeordnete - Anschlußelement nur ein Teil der Rückstellkraft des nicht dargestellten Überwachungs- bzw. Meldeschalters wirksam ist.

Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfin­ dungsgemäßen Überwachungs- und/oder Sicherungsbausteins greift das Feder­ system 5 einerseits am Bausteingehäuse 1 und andererseits an dem der An­ schlußfahne 6 des Varistors 2 zugeordneten Anschlußelement 3 an. Wie ins­ besondere die Fig. 2 zeigt, ist zwischen dem nicht dargestellten Überwa­ chungs- bzw. Meldeschalter und dem Federsystem 5 ein Betätigungsstößel 8 vorgesehen, der mit einem Betätigungsflansch 9 versehen ist. Den nicht dar­ gestellten Überwachungs- bzw. Meldeschalter muß man sich unterhalb des Betätigungsstößels 8 vorstellen.

Den Fig. 1 und 2, insbesondere aber Fig. 3 kann man entnehmen, daß im dar­ gestellten Ausführungsbeispiel das Federsystem 5 aus zwei Federelementen 10, 11 besteht, die beide als Schraubenfeder ausgeführt sind. Das erste Federele­ ment 10 greift einerseits am Bausteingehäuse 1 und andererseits am Betäti­ gungsflansch 9 des Betätigungsstößels 8 an. Das zweite Federelement 11 greift einerseits an dem der Anschlußfahne 6 des Varistors 2 zugeordneten Anschluß­ element 3 und andererseits am Betätigungsflansch 9 des Betätigungsstößels 8 an.

Im folgenden wird nun in Verbindung mit den Skizzen in Fig. 3 erläutert, wie im dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Überwa­ chungs- und/oder Sicherungsbausteins im einzelnen realisiert ist, daß über das Federsystem 5 auf das der Anschlußfahne 6 des Varistors 2 zugeordnete Anschlußelement 3 nur ein Teil der Rückstellkraft des nicht dargestellten Überwachungs- bzw. Meldeschalters wirksam ist:

In Fig. 3 zeigt die Skizze a das Anschlußelement 3, das Federsystem 5 (mit den Federelementen 10, 11) und den Betätigungsstößel 8 mit dem Betätigungs­ flansch 9, und zwar alle Bauteile bei wirksamer Lötverbindung zwischen dem Anschlußelement 3 und der Anschlußfahne 6 des Varistors 2 und ohne Beein­ flussung des Betätigungsstößels 8 durch den nicht dargestellten Überwachungs- bzw. Meldeschalter. Die Federelemente 10, 11, ausgeführt als Schraubenfedern, sind einander gleich; sie haben also die gleiche Federlänge und die gleiche Federkonstante. Es sei angenommen, daß die auf das Anschlußelement 3 wirkende Auftrennkraft 3 N ist.

Die Skizze b in Fig. 3 zeigt einen insoweit gegenüber dem Sachverhalt nach Skizze a veränderten Sachverhalt, als nun der Betätigungsstößel 8 durch den nicht dargestellten Überwachungs- bzw. Meldeschalter beeinflußt ist; es sei angenommen, daß auf den Betätigungsstößel 8 eine Rückstellkraft des nicht dargestellten Überwachungs- bzw. Meldeschalters von 2 N wirkt. Auf das An­ schlußelement 3 wirkt nicht die Summe aus der Auftrennkraft = 3 N und der Rückstellkraft = 2 N, vielmehr wirkt auf das Anschlußelement 3 nur eine Gesamtkraft von 4 N.

Der der Skizze c in Fig. 3 zugrundeliegende Sachverhalt ist dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lötverbindung zwischen dem Anschlußelement 3 und der An­ schlußfahne 6 des Varistors 2 nicht mehr existent ist. Die Federelemente 10 und 11 haben wieder, anders als bei dem der Skizze b zugrundeliegenden Sach­ verhalt, die gleiche Länge. Die auf das Anschlußelement 3 noch einwirkende Gesamtkraft beträgt nun 1 N.

Claims (8)

1. Überwachungs- und/oder Sicherungsbaustein mit einem Bausteingehäuse, einem in dem Bausteingehäuse vorgesehenen, sich unter Umständen erwärmenden Funktionsbaustein, insbesondere einem Varistor, mindestens zwei mit dem Funktionsbaustein elektrisch verbundenen Anschlußelementen, mindestens einem elektromechanischen, durch Aufbringung einer Betätigungskraft betä­ tigbaren Überwachungs- bzw. Meldeschalter und einem zwischen dem Funktions­ element bzw. mindestens einem Anschlußelement einerseits und dem Überwa­ chungs- bzw. Meldeschalter andererseits wirksamen Federsystem, wobei der Überwachungs- bzw. Meldeschalter dann über das Federsystem betätigt wird, wenn die Temperatur des Funktionsbausteins einen vorgegebenen Ansprechwert überschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß über das Federsystem (5) auf das Funktionselement bzw. das Anschlußelement (3) nur ein Teil der Rückstell­ kraft des Überwachungs- bzw. Meldeschalters wirksam ist.

2. Überwachungs- und/oder Sicherungsbaustein nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Federsystem (5) einerseits - direkt oder indirekt - am Bausteingehäuse (1) und andererseits am Funktionselement oder am Anschluß­ element (3) angreift.

3. Überwachungs- und/oder Sicherungsbaustein nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen dem Überwachungs- bzw. Meldeschalter und dem Feder­ system (5) ein Betätigungsstößel (8) vorgesehen ist.

4. Überwachungs- und/oder Sicherungsbaustein nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Betätigungsstößel (8) mit einem Betätigungsflansch (9) versehen ist.

5. Überwachungs- und/oder Sicherungsbaustein nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Federsystem (5) aus zwei Federelemen­ ten (10, 11) besteht.

6. Überwachungs- und/oder Sicherungsbaustein nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens ein Federelement als Tellerfeder ausgeführt ist.

7. Überwachungs- und/oder Sicherungsbaustein nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Federelement (10, 11) als Schraubenfeder ausgeführt ist.

8. Überwachungs- und/oder Sicherungsbaustein nach Anspruch 3 oder 4 und nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Federele­ ment (10) einerseits - direkt oder indirekt - am Bausteingehäuse (1) und andererseits am Betätigungsstößel (8), vorzugsweise am Betätigungsflansch (9) des Betätigungsstößels (8), und das zweite Federelement (11) einerseits am Funktionselement bzw. an einem Anschlußelement (3) und andererseits am Be­ tätigungsstößel (8), vorzugsweise am Betätigungsflansch (9) des Betäti­ gungsstößels (8), angreift.