EP2545622A1 - Überspannungsschutzelement - Google Patents

Überspannungsschutzelement

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Publication number
EP2545622A1
EP2545622A1 EP11715395A EP11715395A EP2545622A1 EP 2545622 A1 EP2545622 A1 EP 2545622A1 EP 11715395 A EP11715395 A EP 11715395A EP 11715395 A EP11715395 A EP 11715395A EP 2545622 A1 EP2545622 A1 EP 2545622A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
contact
overvoltage protection
connecting element
tongue
contact tongue
Prior art date
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Granted
Application number
EP11715395A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2545622B1 (de
Inventor
Christian Depping
Ralf Lange
Viktor Horvat
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Phoenix Contact GmbH and Co KG
Original Assignee
Phoenix Contact GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Phoenix Contact GmbH and Co KG filed Critical Phoenix Contact GmbH and Co KG
Publication of EP2545622A1 publication Critical patent/EP2545622A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2545622B1 publication Critical patent/EP2545622B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T1/00—Details of spark gaps
    • H01T1/14—Means structurally associated with spark gap for protecting it against overload or for disconnecting it in case of failure

Definitions

  • the invention relates to an overvoltage protection element.
  • Overvoltage protection elements are often used to protect electrical and electronic equipment against overvoltages that can be transmitted through the electrical supply network. Such overvoltages can be caused in particular by lightning discharges, which, for example, via grounding system in the infrastructure of the
  • connecting means comprising at least two connectors
  • the device further comprising a lightning protection cell, the first pole of which is directly connected to a first one of the connectors.
  • a second pole of the cell is connected to a first conductor section.
  • the device has a second
  • Fuses on to maintain a stable slide in a working position of the device in electrical contact with the conductor portions, wherein the means serve to permanently push the slider in an open position of the device in which the slider no longer contact with the two conductor portions Has.
  • the invention is therefore based on the object, a
  • Overvoltage protection element to provide, by means of which both surge currents with high amplitudes
  • the overvoltage protection element according to the invention has a contact tongue and a contact element spaced from the contact element, wherein a
  • Connecting element is provided, which is convertible into a first position and in a second position, wherein in the first position, the connecting element to the
  • the connecting element serves to be able to establish a contact between the contact tongue and the contact element arranged at a distance from the contact tongue, wherein in the contacting state, in the first position of the connecting element, the connecting element bears against a surface of the contact tongue and against a surface of the contact element the connecting element preferably at least partially to the contour of
  • the surface of the contact tongue and the surface of the contact element against which the connecting element abuts can lie in a plane relative to one another, so that the connecting element, like a kind of bridge, covers the surface of the contact tongue and the surface of the contact element
  • the thermally separable connection is preferably a large area between the connecting element and the
  • the thermally dissociable compound reaches a temperature which is equal to the melting temperature, then melts the thermally separable connection, so that the
  • Connecting element is released and moves from the first position to a second position in which the
  • the connecting element can be U-shaped, for example, so that the connecting element at least partially surrounds one or more edge regions of the contact tongue and / or the contact element.
  • a clearing element is provided, wherein the clearing element between the contact tongue and the contact tongue spaced apart contact element is arranged to be movable.
  • the clearing element is used in a separation of the
  • the reaming element is preferably moved or moved during a movement of the connecting element from the first position to the second position within the gap between the contact tongue and the contact element in order to clean the gap, preferably from the thermally separable connection.
  • this is the
  • Reaming element moves from the contact element towards the contact tongue within the gap, in order to achieve the most complete removal of the remainders of the thermally dissociable compound in the gap.
  • the clearing element can be designed, for example, as a clearing finger or as a clearing blade. If the clearing element is designed as a clearing finger, then the clearing element is at a separation of the contact by a transfer of the
  • the reaming element is preferably arranged on the connecting element.
  • the reaming element can be integrally connected to the connecting element or else arranged and attached as a separate component to the connecting element. Is the clearing element on the
  • the clearing element is movable independently of the connecting element.
  • the connecting element for example, the
  • Reaming element after the connecting element has been moved from the first position to the second position, are moved into the gap between the contact tongue and the contact element. This is a decoupling of
  • Clearing element possible.
  • a second spring element or a lever may be provided which is connected to the broaching element.
  • the clearing element is formed from a non-conductive material.
  • the clearing element is made of a
  • the connecting element is trough-shaped
  • the connecting element is preferably trough-shaped when the contact element and the contact tongue are arranged parallel to one another and the surface of the contact tongue and the surface of the contact element, to which the connecting element
  • Connecting element is arranged at least partially between the contact tongue and the contact element. If the connecting element is trough-shaped, the connecting element itself can remove the thermally separable connection from the gap between the contact tongue and the contact element during the process from the first position to the second position, without this being necessary
  • Such a trained connecting element can thus fulfill two functions simultaneously, on the one hand in the first position the production of an electrical contact between the contact element and the contact tongue and on the other the function as a clearing element for cleaning the gap between the contact element and the contact tongue at a separation of electrical contact and a
  • the thermally separable compound is preferably formed from a material which can be converted into a viscous state when a melting temperature is exceeded. This can prevent the thermal separable compound when melting during the
  • the thermally separable compound is preferably formed from a non-eutectic material, so that the material of the thermally separable compound at
  • Fig. 1 is a schematic representation of a
  • Overvoltage protection element according to a first embodiment in a contacting state
  • Fig. 2 is a schematic sectional view
  • Fig. 3 is a schematic representation of the
  • Fig. 4 is a schematic sectional view
  • Fig. 5 is a schematic representation of a
  • FIG. 6 is a schematic sectional view of a
  • FIG. 7 is a schematic representation of the
  • FIG. 8 is a schematic sectional view of a
  • FIG. 10 is a schematic plan view of the overvoltage protection element shown in FIG. 9; FIG.
  • FIG. 11 is a sectional view of that shown in FIG.
  • Fig. 12 is a schematic representation of the overvoltage protection element
  • FIG. 13 is a schematic representation of a
  • Overvoltage protection element according to a fourth embodiment in a contacting state; a schematic plan view of the overvoltage protection element shown in Figure 13 / a sectional view of the representation of the overvoltage protection element according to the fourth embodiment shown in Figure 14 ..; and a schematic representation of the
  • Overvoltage protection element according to the fourth embodiment in a non-contacting state.
  • FIGS. 1-4 show an overvoltage protection element according to a first embodiment.
  • Overvoltage protection element is usually arranged in a housing, not shown here.
  • Overvoltage protection element has a contact tongue 10 and a spaced apart from the contact tongue 10 arranged
  • a connecting element 14 is provided, which in a contacting state, such as
  • the connecting element 14 lies in the first position with one of its side surfaces 22 on a surface of the contact tongue 10 and a arranged in a plane to the surface of the contact tongue 10 surface of the
  • a thermally separable connection preferably in the form of a solder, which the connecting element 14 in the first position on the contact element 12 and fixed the contact tongue 10 and which melts in the overload case of the overvoltage protection element when a temperature equal to the melting temperature of the material of the thermally dissociable compound, so that the fixation is released and the connecting element 14 of the
  • the connecting element 14 is in this embodiment designed such that it surrounds the edge regions of the
  • Contact element 12 can be achieved in the contacting state, whereby the overvoltage protection element for
  • a clearing element 24 is arranged in the form of a Räumfingers, by means of which after separation of the contact between the contact tongue 10 and the contact element 12, the gap 42 between the contact tongue 10 and the contact element 12 of Remains of the thermally dissociable compound can be released.
  • the clearing element 24 in the first position, in the contacting state, is arranged in the gap 42 between the contact tongue 10 and the contact element 12.
  • FIGS. 5-8 show a second possible embodiment of the overvoltage protection element according to the invention.
  • the overvoltage protection element shown here essentially corresponds to that shown in FIGS. 1-4
  • Overvoltage protection element wherein in this case the clearing element 24 is formed as a rake shield, which also in the second position of the connecting element 14, as shown in Fig. 7 and Fig. 8, in the gap 42 between the
  • the clearing element 24 serves as a protective element to prevent the formation of arcs in the separation between the contact tongue 10 and the contact element 12.
  • the clearing element 24 is connected via a hinge element 26 as a
  • Contact element 12 partially surrounds.
  • a thermally separable connection is respectively provided at the interfaces 34, 36, as shown in FIG. 11, between the connector 14 and the contact blade 10 and the contact member 12.
  • the connecting element 14 is in this case trough-shaped
  • the connecting element 14 is in this case preferably
  • the thermally separable connection is formed, in particular in this embodiment, preferably from a material which can be converted into a viscous state when a melting temperature is reached. This can prevent the thermally separable
  • Separable connection is preferably formed of a non-eutectic material, so that the
  • FIGS. 13-16 show a fourth possible embodiment of the overvoltage protection element according to the invention, wherein the overvoltage protection element shown in FIG.
  • Overvoltage protection element corresponds, wherein in the fourth embodiment shown here, the contact element 12 has a firstmaschineSchenkel 30 and a parallel thereto guided secondmaschineSchenkel 32.
  • Trough-shaped connecting element 14 can be arranged between the first contact leg 30 and the second contact leg 32 of the contact element 12 in the first position, as can be seen in FIGS. 13-15, wherein the
  • the thermally separable connection is arranged substantially at four boundary surfaces 34, 36, 38, 40 between the contact tongue 10, the contact legs 30, 32 and the connecting element 14, so that solely by the increased number of interfaces 34, 36, 38, 40 at which a thermally separable connection is provided, a higher
  • Overvoltage protection element particularly high-energy surge currents can be transmitted. Be the parallel

Landscapes

  • Thermistors And Varistors (AREA)
  • Fuses (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Überspannungsschutzelement mit einer Kontaktzunge (10) und einem zu der Kontaktzunge (10) beabstandet angeordneten Kontaktelement (12), wobei ein Verbindungselement (14) vorgesehen ist, welches in eine erste Position und in eine zweite Position überführbar ist, wobei in der ersten Position das Verbindungselement (14) zum elektrischen Verbinden der Kontaktzunge (10) mit dem Kontaktelement (12) an der Kontaktzunge (10) und dem Kontaktelement (12) anliegt und in der zweiten Position das Verbindungselement (14) von der Kontaktzunge (10) und dem Kontaktelement (12) beabstandet angeordnet ist, wobei in der ersten Position zwischen dem Verbindungselement (14) und der Kontaktzunge (10) und zwischen dem Verbindungselement (14) und dem Kontaktelement (12) eine thermisch auftrennbare Verbindung vorgesehen ist, wobei in der ersten Position das Verbindungselement (14) die Kontaktzunge (10) und/oder das Kontaktelement (12) zumindest teilweise umgreift.

Description

Überspannungsschutzelement
Die Erfindung betrifft ein Überspannungsschutzelement. Überspannungsschutzelemente werden häufig verwendet, um elektrische und elektronische Anlagen gegen Überspannungen zu schützen, die über das elektrische Versorgungsnetz übertragen werden können. Derartige Überspannungen können insbesondere durch Blitzentladungen entstehen, die zum Beispiel über Erdungssystem in die Infrastruktur der
Versorgungsnetze einkoppeln.
Ein derartiges Überspannungsschutzelement ist
beispielsweise aus der EP 0 987 803 Bl in Form einer
Vorrichtung zum Schutz gegen Überspannungen von
elektrischen Anlagen bekannt, mit denen die Vorrichtung über Verbindungsmittel verbunden ist, die wenigstens zwei Verbinder umfassen, wobei die Vorrichtung außerdem eine Blitzschutzsicherungszelle aufweist, deren erster Pol direkt mit einem ersten der Verbinder verbunden ist. Ein zweiter Pol der Zelle ist mit einem ersten Leiterabschnitt verbunden. Ferner weist die Vorrichtung einen zweiten
Leiterabschnitt auf, der direkt mit einem zweiten der
Verbinder verbunden ist. Zudem weist die Vorrichtung
Schmelzsicherungen auf, um einen stabilen Schieber in einer Arbeitsstellung der Vorrichtung in elektrischem Kontakt mit den Leiterabschnitten zu halten, wobei die Mittel dazu dienen, den Schieber permanent in eine offene Position der Vorrichtung zu drücken, in welcher der Schieber keinen Kontakt mit den zwei Leiterabschnitten mehr hat.
Ein derartiges Überspannungsschutzelement ist jedoch lediglich für relativ energiearme Impulsbelastungen und daraus resultierende geringere dynamische Stromkräfte
BESTÄTIGUNGSKOPIE geeignet. Dabei werden die dynamischen Stromkräfte
maßgeblich von der Impulsform und teilweise auch von der Amplitudenhöhe des Stoßstroms bestimmt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein
Überspannungsschutzelement zur Verfügung zu stellen, mittels welchem sowohl Stoßströme mit hohen Amplituden
(typisch 8/20 wie sie bei Schalthandlungen entstehen können als auch energiereiche Blitzteilströme
(typisch 10/350 us-Impuls) sicher abgeleitet werden können.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Überspannungsschutzelement weist eine Kontaktzunge und ein zu der Kontaktzunge beabstandet angeordnetes Kontaktelement auf, wobei ein
Verbindungselement vorgesehen ist, welches in eine erste Position und in eine zweite Position überführbar ist, wobei in der ersten Position das Verbindungselement zum
elektrischen Verbinden der Kontaktzunge mit dem
Kontaktelement an der Kontaktzunge und an dem
Kontakteklement anliegt und in der zweiten Position das Verbindungselement von der Kontaktzunge und dem
Kontaktelement beabstandet angeordnet ist, wobei in der ersten Position zwischen dem Verbindungselement und der Kontaktzunge und zwischen dem Verbindungselement und dem Kontaktelement eine thermisch auftrennbare Verbindung vorgesehen ist, wobei in der ersten Position das
Verbindungselement die Kontaktzunge und/oder das
Kontaktelement zumindest teilweise umgreift. Das Verbindungselement dient dazu, eine Kontaktierung zwischen der Kontaktzunge und dem zu der Kontaktzunge beabstandet angeordneten Kontaktelement herstellen zu können, wobei im kontaktierenden Zustand, in der ersten Position des Verbindungselements, das Verbindungselement an einer Oberfläche der Kontaktzunge und an einer Oberfläche des Kontaktelements anliegt, wobei das Verbindungselement vorzugsweise zumindest teilweise an die Kontur der
Kontaktzunge und die Kontur des Kontaktelements angepasst ist. Die Oberfläche der Kontaktzunge und die Oberfläche des Kontaktelements, an welchen das Verbindungselement anliegt, können dabei in einer Ebene zueinander liegen, so dass das Verbindungselement wie eine Art Brücke die Oberfläche der Kontaktzunge und die Oberfläche des Kontaktelements
überlappt, oder die Oberflächen können sich
gegenüberliegen, so dass das Verbindungselement zwischen der Kontaktzunge und dem Kontaktelement angeordnet ist. An den sich angrenzenden Oberflächen des Verbindungselements mit der Kontaktzunge und an den sich angrenzenden
Oberflächen des Verbindungselements mit dem Kontaktelement ist jeweils eine thermisch auftrennbare Verbindung,
beispielsweise in Form eines Lotmittels, zum Verbinden des Verbindungselements mit der Kontaktzunge und des
Verbindungselements mit dem Kontaktelement vorgesehen. Die thermisch auftrennbare Verbindung ist dabei vorzugsweise großflächig zwischen dem Verbindungselement und der
Kontaktzunge und dem Verbindungselement und dem
Kontaktelement aufgebracht. Dabei kann über einen
großflächigen Kontakt aufgrund des größeren Querschnitts eine höhere Stromamplitude übertragen werden. Zusätzlich sorgt eine große Kontaktfläche für eine hohe Stabilität der Verbindung . Erreicht in einem Überlastfall des Überspannschutzelements die thermisch auftrennbare Verbindung eine Temperatur, welche gleich der Schmelztemperatur ist, so schmilzt die thermisch auftrennbare Verbindung auf, so dass das
Verbindungselement freigegeben wird und sich von der ersten Position in eine zweite Position, in welcher das
Verbindungselement von der Kontaktzunge und dem
Kontaktelement beabstandet angeordnet ist, bewegt. Die Bewegung des Verbindungselernents wird vorzugsweise dadurch realisiert, dass das Verbindungselement mit einem
vorgespannten Federelement verbunden ist, welches bei
Aufschmelzen der thermisch auftrennbaren Verbindung
aktiviert wird und das Verbindungselement von der
Kontaktzunge und dem Kontaktelement wegbewegt.
Das erfindungsgemäße Überspannungsschutzelement zeichnet sich dadurch aus, dass in der ersten Position das
Verbindungselement die Kontaktzunge und/oder das
Kontaktelement zumindest teilweise umgreift. Dadurch ist es möglich, eine besonders hohe mechanische Stabilität der Verbindung zwischen dem Verbindungselement und der
Kontaktzunge und/oder dem Verbindungselement und dem
Kontaktelement in der ersten Position zu erreichen, so dass es möglich ist, über das Überspannungsschutzelement
Stoßströme mit dynamischen energiereicheren Impulsformen abzuleiten, als dies bei den aus dem Stand der Technik bekannten Überspannungsspannungsschutzelementen möglich ist. Das Verbindungselement kann dabei beispielsweise U- förmig geformt sein, so dass das Verbindungselement ein oder mehrere Randbereiche der Kontaktzunge und/oder des Kontaktelements zumindest teilweise umgreift.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Räumelement vorgesehen, wobei das Räumelement zwischen der Kontaktzunge und dem zu der Kontaktzunge beabstandet angeordneten Kontaktelement bewegbar angeordnet ist. Das Räumelement dient dazu bei einer Abtrennung der
Kontaktierung zwischen dem Kontaktelement und der
Kontaktzunge im Überlastfall des
Überspannungsschutzelements die in dem Spalt zwischen dem Kontaktelement und der Kontaktzunge verbleibenden Reste der thermisch abtrennbaren Verbindung zu entfernen, um
sicherzustellen, dass zwischen der Kontaktzunge und dem Kontaktelement keine elektrische Verbindung mehr bestehen kann. Dafür wird das Räumelement vorzugweise bei einer Bewegung des Verbindungselements von der ersten Position in die zweite Position innerhalb des Spaltes zwischen der Kontaktzunge und dem Kontaktelement verfahren bzw. bewegt, um den Spalt, vorzugsweise von der thermisch auftrennbaren Verbindung, zu reinigen. Vorzugweise wird dabei das
Räumelement von dem Kontaktelement hin zu der Kontaktzunge innerhalb des Spalts bewegt, um eine möglichst vollständige Entfernung der Reste der thermisch abtrennbaren Verbindung in dem Spalt zu erreichen. Das Räumelement kann dabei beispielsweise als ein Räumfinger oder als ein Räumschild ausgebildet sein. Ist das Räumelement als Räumfinger ausgebildet, so wird das Räumelement bei einer Abtrennung der Kontaktierung durch ein Überführen des
Verbindungselements von der ersten Position in die zweite Position innerhalb des Spaltes bewegt, wobei bei Erreichen der zweiten Position das Räumelement aus dem Spalt zwischen der Kontaktzunge und dem Kontaktelement herausbewegt ist. Ist das Räumelement als Räumschild ausgebildet, so
verbleibt vorzugweise das Räumelement in der zweiten
Position des Verbindungselements innerhalb des Spalts zwischen dem Kontaktelement und der Kontaktzunge und dient damit als Abschirmung, um bei der Trennung der Kontaktierung eventuell entstehende Lichtbögen unterbrechen zu können.
Das Räumelement ist vorzugsweise an dem Verbindungelement angeordnet. Das Räumelement kann dabei einstückig mit dem Verbindungselement verbunden sein oder aber auch als ein separates Bauteil an dem Verbindungselement angeordnet und befestigt sein. Ist das Räumelement an dem
Verbindungselernent angeordnet, so führt das Räumelement vorzugsweise die gleiche Bewegung aus wie das
Verbindungselement, so dass für das Räumelement kein separater Bewegungsmechanismus vorgesehen sein muss, sondern das Räumelement beispielsweise ebenfalls mittels des Federelements, welches mit dem Verbindungselement verbunden ist, bewegt werden kann.
Alternativ hierzu ist es vorzugweise vorgesehen, dass das Räumelement unabhängig von dem Verbindungselement bewegbar ist. Bei dieser Ausgestaltung kann beispielsweise das
Räumelement, nachdem das Verbindungselement von der ersten Position in die zweite Position bewegt worden ist, in den Spalt zwischen der Kontaktzunge und dem Kontaktelement bewegt werden. Dadurch ist eine Entkopplung der
Bewegungsabläufe des Verbindungselements und des
Räumelements möglich. Zur Realisierung der Bewegung des Räumelements kann beispielsweise ein zweites Federelement oder ein Hebel vorgesehen sein, welches mit dem Räumelement verbunden ist. Weiter ist es bevorzugt vorgesehen, dass das Räumelement aus einem nicht -leitenden Material ausgebildet ist.
Vorzugsweise ist das Räumelement aus einem
Kunststoffmaterial ausgebildet. Durch die Ausbildung des Räumelements aus einem nicht -leitenden Material können eventuell bei der Abtrennung der Kontaktierung zwischen der Kontaktzunge und dem Kontaktelement im Überlastfall
entstehende Lichtbögen unterbrochen werden.
Gemäß einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der
Erfindung ist das Verbindungselement wannenförmig
ausgebildet. Das Verbindungselement ist vorzugsweise dann wannenförmig ausgebildet, wenn das Kontaktelement und die Kontaktzunge parallel zueinander angeordnet sind und sich die Oberfläche der Kontaktzunge und die Oberfläche des Kontaktelements, an welchen das Verbindungselement
kontaktiert, gegenüberliegen, so dass das
Verbindungselement zumindest bereichsweise zwischen der Kontaktzunge und dem Kontaktelement angeordnet ist. Ist das Verbindungselement wannenförmig ausgebildet, so kann das Verbindungselement selber beim Verfahren von der ersten Position in die zweite Position die thermisch abtrennbare Verbindung aus dem Spalt zwischen der Kontaktzunge und dem Kontaktelement entfernen, ohne dass hierfür ein
zusätzliches Räumelement notwendig wäre. Ein derartig ausgebildetes Verbindungselement kann somit zwei Funktionen gleichzeitig erfüllen, zum einen in der ersten Position die Herstellung einer elektrischen Kontaktierung zwischen dem Kontaktelement und der Kontaktzunge und zum anderen die Funktion als ein Räumelement zum Säubern des Spaltes zwischen dem Kontaktelement und der Kontaktzunge bei einer Abtrennung der elektrischen Kontaktierung und einer
Bewegung des Verbindungselements von der ersten Position in die zweite Position.
Die thermisch auftrennbare Verbindung ist vorzugsweise aus einem Material ausgebildet, welches bei Überschreiten einer Schmelztemperatur in einen zähflüssigen Zustand überführbar ist. Dadurch kann verhindert werden, dass die thermisch auftrennbare Verbindung beim Schmelzen während der
Abtrennung der Kontaktierung unkontrolliert tropft. Die thermisch auftrennbare Verbindung ist dabei vorzugweise aus einem nicht -eutektischen Material ausgebildet, so dass das Material der thermisch auftrennbaren Verbindung beim
Aufschmelzen zunächst eine zähe bzw. breiige Phase annimmt.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter
Ausführungsformen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines
Überspannungsschutzelements gemäß einer ersten Ausführungsform in einem kontaktierenden Zustand;
Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung
Ausschnitts des in Fig. 1 gezeigten
Überspannungsschutzelements ;
Fig. 3 eine schematische Darstellung des
Überspannungsschutzelements gemäß der ersten
Ausführungsform in einem nicht-kontaktierenden
Zustand;
Fig. 4 eine schematische Schnittdarstellung
Ausschnitts des in Fig. 3 gezeigten
Überspannungsschutzelements ;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines
Überspannungsschutzelements gemäß einer zweiten Ausführungsform in einem kontaktierenden Zustand; Fig. 6 eine schematische Schnittdarstellung eines
Ausschnitts des in Fig. 5 gezeigten
Überspannungsschutzelements ; Fig. 7 eine schematische Darstellung des
Überspannungsschutzelements gemäß der zweiten Ausführungsform in einem nicht-kontaktierenden Zustand; Fig. 8 eine schematische Schnittdarstellung eines
Ausschnitts des in Fig. 7 gezeigten
Überspannungsschutzelements ;
Fig. 9 eine schematische Darstellung eines
Überspannungsschutzelements gemäß einer dritten
Ausführungsform in einem kontaktierenden Zustand;
Fig. 10 eine schematische Draufsicht auf das in Fig. 9 gezeigte Überspannungsschutzelement ;
Fig. 11 eine Schnittdarstellung der in Fig. 10 gezeigten
Darstellung des Überspannungsschutzelements gemäß der dritten Ausführungsform; Fig. 12 eine schematische Darstellung des
Überspannungsschutzelements gemäß der dritten Ausführungsform in einem nicht-kontaktierenden Zustand; Fig. 13 eine schematische Darstellung eines
Überspannungsschutzelements gemäß einer vierten Ausführungsform in einem kontaktierenden Zustand; eine schematische Draufsicht auf das in Fig. 13 gezeigte Überspannungsschutzelement / eine Schnittdarstellung der in Fig. 14 gezeigten Darstellung des Überspannungsschutzelements gemäß der vierten Ausführungsform; und eine schematische Darstellung des
Überspannungsschutzelements gemäß der vierten Ausführungsform in einem nicht-kontaktierenden Zustand.
Fig. 1 - 4 zeigen ein Überspannungsschutzelement gemäß einer ersten Ausführungsform. Das
Überspannungsschutzelement ist üblicherweise in einem hier nicht gezeigten Gehäuse angeordnet. Das
Überspannungsschutzelement weist eine Kontaktzunge 10 und ein beabstandet zu der Kontaktzunge 10 angeordnetes
Kontaktelement 12 auf. Zur Herstellung einer elektrischen Kontaktierung zwischen der Kontaktzunge 10 und dem
Kontaktelement 12 ist ein Verbindungselement 14 vorgesehen, welches in einem kontaktierenden Zustand, wie
beispielsweise in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigt, an dem
Kontaktelement 12 und der Kontaktzunge 10 anliegt. Das Verbindungselement 14 liegt dabei in der ersten Position mit einer seiner Seitenflächen 22 an einer Oberfläche der Kontaktzunge 10 und einer in einer Ebene zu der Oberfläche der Kontaktzunge 10 angeordneten Oberfläche des
Kontaktelements 12 an. Die Kontaktzunge 10 und das
Kontaktelement 12 liegen somit in der ersten Position an der gleichen Seitenfläche 22 des Verbindungselements 14 an. Dabei bestimmt die Kontaktfläche maßgeblich die maximale Amplitude der Stoßströme, die abgeleitet werden können.
Zwischen der Seitenfläche 22 des Verbindungselements 14 und der in Richtung der Seitenfläche 22 zeigenden Oberfläche der Kontaktzunge 10 und der in Richtung der Seitenfläche 22 zeigenden Oberfläche des Kontaktelements 12 ist eine thermisch auftrennbare Verbindung, vorzugsweise in Form eines Lotmittels, vorgesehen, welche das Verbindungselement 14 in der ersten Position an dem Kontaktelement 12 und der Kontaktzunge 10 fixiert und welche im Überlastfall des Überspannungsschutzelements bei Erreichen einer Temperatur gleich der Schmelztemperatur des Materials der thermisch auftrennbaren Verbindung aufschmilzt, so dass die Fixierung gelöst wird und das Verbindungselement 14 von der
Kontaktzunge 10 und dem Kontaktelement 12 in Richtung der zweiten Position wegbewegt werden kann, wie dies in Fig. 3 und Fig. 4 zu erkennen ist. Die Bewegung des
Verbindungselements 14 erfolgt über ein vorgespanntes
Federelement 18, welches über einen verfahrbaren Schlitten 20 mit dem Verbindungselement 14 verbunden ist.
Das Verbindungselement 14 ist bei dieser Ausführungsform derart ausgebildet, dass es die Randbereiche des
Kontaktelements 12 und der Kontaktzunge 10 umschließt, indem an dem Verbindungselement 14 abgewinkelte Seitenteile 16 vorgesehen sind. Dadurch kann eine besonders hohe mechanische Stabilität in der Verbindung zwischen dem
Verbindungselement 14 und der Kontaktzunge 10 und dem
Kontaktelement 12 in dem kontaktierenden Zustand erreicht werden, wodurch das Überspannungsschutzelement für
besonders energiereiche Stoßströme eingesetzt werden kann. An der Seitenfläche 22 des Verbindungselements 14 ist ein Räumelement 24 in Form eines Räumfingers angeordnet, mittels welchem nach Abtrennung der Kontaktierung zwischen der Kontaktzunge 10 und dem Kontaktelement 12 der Spalt 42 zwischen der Kontaktzunge 10 und dem Kontaktelement 12 von Resten der thermisch auftrennbaren Verbindung befreit werden kann. In der ersten Position, im kontaktierenden Zustand ist das Räumelement 24, wie in Fig. 1 und Fig. 2 zu erkennen ist, in dem Spalt 42 zwischen der Kontaktzunge 10 und dem Kontaktelement 12 angeordnet. Bei einer Bewegung des Verbindungselements 14 von der ersten Position zu der in Fig. 3 und Fig. 4 gezeigten zweiten Position wird das Räumelement 24 innerhalb des Spalts 42 ausgehend von dem Kontaktelement 12 in Richtung der Kontaktzunge 10 bewegt und anschließend aus dem Spalt 42 entfernt bzw.
herausbewegt .
In Fig. 5 - 8 ist eine zweite mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelements gezeigt. Das hier gezeigte Überspannungsschutzelement entspricht im Wesentlichen dem in Fig. 1 - 4 gezeigten
Überspannungsschutzelement, wobei hierbei das Räumelement 24 als Räumschild ausgebildet ist, welches auch in der zweiten Position des Verbindungselements 14, wie in Fig. 7 und Fig. 8 gezeigt, in dem Spalt 42 zwischen der
Kontaktzunge 10 und dem Kontaktelement 12 verbleibt, so dass das Räumelement 24 als Schutzelement dient, um die Entstehung von Lichtbögen bei der Abtrennung zwischen der Kontaktzunge 10 und dem Kontaktelement 12 zu verhindern. Bei dieser zweiten hier gezeigten Ausführungsform ist das Räumelement 24 über ein Scharnierelement 26 als ein
separates Bauteil an dem Verbindungselement 14 angeordnet.
Fig. 9 - 12 zeigen eine dritte mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelements, wobei hierbei die Kontaktzunge 10 und das Kontaktelement 12 sich gegenüberliegend, parallel zueinander angeordnet sind, so dass in der ersten Position zumindest ein Teilbereich des Verbindungselements 14 zwischen der Kontaktzunge 10 und dem Kontaktelement 12 angeordnet ist, wobei das
Verbindungselement 14 die Kontaktzunge 10 U- förmig
umgreift, wie dies in Fig. 10 und Fig. 11 zu sehen ist, und mit einer abgewinkelten Wandung 28 zusätzlich das
Kontaktelement 12 teilweise umgreift. Eine thermisch auftrennbare Verbindung ist jeweils an den Grenzflächen 34, 36, wie in Fig. 11 gezeigt, zwischen dem Verbindungselement 14 und der Kontaktzunge 10 und dem Kontaktelement 12 vorgesehen.
Das Verbindungselement 14 ist hierbei wannenförmig
ausgebildet, so dass das Verbindungselement 14 selber beim Verfahren von der ersten Position, in Fig. 9 - 11 gezeigt, in die zweite Position, in Fig. 12 gezeigt, die thermisch abtrennbare Verbindung aus dem Spalt 42, wie in Fig. 12 zu erkennen ist, zwischen der Kontaktzunge 10 und dem
Kontaktelement 12 entfernen kann, ohne dass hierfür ein zusätzliches Räumelement notwendig wäre. In der zweiten Position ist das Verbindungselement 14 aus dem Spalt 42 zwischen der Kontaktzunge 10 und dem Kontaktelement 12 vollständig entfernt.
Das Verbindungselement 14 ist hierbei vorzugsweise
ebenfalls mit einem hier nicht gezeigten vorgespannten Federelement verbunden, um die Bewegung des
Verbindungselements 14 von der ersten Position in die zweite Position zu realisieren.
Die thermisch auftrennbare Verbindung ist insbesondere bei dieser Ausführungsform vorzugsweise aus einem Material ausgebildet, welches bei Erreichen einer Schmelztemperatur in einen zähflüssigen Zustand überführbar ist. Dadurch kann verhindert werden, dass die thermisch auftrennbare
Verbindung beim Schmelzen während der Abtrennung der Kontaktierung unkontrolliert tropft. Die thermisch
auftrennbare Verbindung ist dabei vorzugweise aus einem nicht -eutektischen Material ausgebildet, so dass das
Material der thermisch auftrennbaren Verbindung beim
Aufschmelzen zunächst eine zähe, breiige Phase annimmt.
In Fig. 13 - 16 ist eine vierte mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelements gezeigt, wobei das hier gezeigte Überspannungsschutzelement im
Wesentlichen dem in Fig. 9 - 12 gezeigten
Überspannungsschutzelement entspricht, wobei bei der hier gezeigten vierten Ausführungsform das Kontaktelement 12 einen ersten KontaktSchenkel 30 und einen parallel dazu geführten zweiten KontaktSchenkel 32 aufweist. Das
wannenförmige Verbindungselement 14 ist dabei zwischen dem ersten Kontaktschenkel 30 und dem zweiten Kontaktschenkel 32 des Kontaktelements 12 in der ersten Position anordbar, wie in Fig. 13 - 15 zu erkennen ist, wobei das
Verbindungselement 14 die zwischen dem ersten
KontaktSchenkel 30 und dem zweiten KontaktSchenkel 32 angeordnete Kontaktzunge U-förmig umgreift. Die thermisch auftrennbare Verbindung ist dabei im Wesentlichen an vier Grenzflächen 34, 36, 38, 40 zwischen der Kontaktzunge 10, den Kontaktschenkeln 30, 32 und dem Verbindungselement 14 angeordnet, so dass alleine durch die erhöhte Anzahl der Grenzflächen 34, 36, 38, 40, an welchen eine thermisch auftrennbare Verbindung vorgesehen ist, eine höhere
mechanische Stabilität des Kontakts erreichbar ist und dadurch energiereichere Stoßströme ableitbar sind. Zudem wird die Kontaktfläche vergrößert, so dass Stoßströme mit höheren Amplituden abgeleitet werden können. Dieser Vorteil wird noch durch die Aufteilung des Stroms auf die zwei parallel zueinander angeordneten Schenkel 30, 32 verstärkt. Mit dem in Fig. 13 - 16 gezeigten
Überspannungsschutzelement können besonders energiereiche Stoßströme übertragen werden. Werden die parallel
zueinander angeordneten KontaktSchenkel 30, 32
gleichzeitig, in gleicher Richtung von Strom durchflössen, so ziehen sich die KontaktSchenkel 30, 32 durch das den Stromfluss begleitende Magnetfeld gegenseitig an. Dadurch wirkt auf die an den Grenzflächen 34, 36, 38, 40
vorgesehenen thermisch auftrennbare Verbindungen eine geringere mechanische Belastung wenn ein Stoßstrom fließt, da die sich anziehenden KontaktSchenkel 30, 32 das
Verbindungselement 14 an die Kontaktzunge 10 drücken, so dass dadurch eine mechanische Unterstützung der thermisch auftrennbaren Verbindung in den Grenzflächen 34, 36, 38, 40 realisierbar ist und dadurch die Grenzflächen 34, 36, 38, 40 selber kleiner dimensioniert werden können oder die Menge der auf die Grenzflächen 34, 36, 38, 40
aufzubringenden thermisch auftrennbaren Verbindung
reduziert werden kann.
Bezugszeichenliste
Kontaktzunge 10
Kontaktelement 12 Verbindungselement 4
Seitenteil 6
Federelement 18
Schlitten 20
Seitenfläche 22 Räumelement 24
Scharnierelement 26
Wandung 28
Erste Kontaktschenkel 30
Zweiter Kontaktschenkel 32 Grenzfläche 34
Grenzfläche 36
Grenzfläche 38
Grenzfläche 40
Spalt 42

Claims

Patentansprüche
1. Überspannungsschutzelement, mit
einer Kontaktzunge (10)
und einem zu der Kontaktzunge (10) beabstandet
angeordneten Kontaktelement (12) ,
wobei ein Verbindungselement (14) vorgesehen ist, welches in eine erste Position und in eine zweite
Position überführbar ist,
wobei in der ersten Position das Verbindungselement (14) zum elektrischen Verbinden der Kontaktzunge (10) mit dem Kontaktelement (12) an der Kontaktzunge (10) und dem Kontaktelement (12) anliegt und
in der zweiten Position das Verbindungselement (14) von der Kontaktzunge (10) und dem Kontaktelement (12) beabstandet angeordnet ist,
wobei in der ersten Position zwischen dem
Verbindungselement (14) und der Kontaktzunge (10) und zwischen dem Verbindungselement (14) und dem
Kontaktelement (12) eine thermisch auftrennbare
Verbindung vorgesehen ist,
wobei in der ersten Position das Verbindungselement (14) die Kontaktzunge (10) und/oder das Kontaktelement (12) zumindest teilweise umgreift.
2. Überspannungsschutzelement nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Räumelement (24) vorgesehen ist, wobei das Räumelement (24) zwischen der
Kontaktzunge (10) und dem zu der Kontaktzunge (10) beabstandet angeordneten Kontaktelement (12) bewegbar angeordnet ist.
3. Überspannungsschutzelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Räumelement (24) an dem
Verbindungselement (14) angeordnet ist.
4. Uberspannungsschutzelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Räumelement (24) unabhängig von dem Verbindungselement (14) bewegbar ist.
5. Überspannungsschutzelement nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Räumelement (24) aus einem nicht -leitenden Material ausgebildet ist .
6. Überspannungsschutzelement nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Räumelement (24) insbesondere in der zweiten Position des
Verbindungselements (14) in einem Spalt (42) zwischen der Kontaktzunge (10) und dem Kontaktelement (12) verbleibt .
7. Überspannungsschutzelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (14) wannenförmig ausgebildet ist.
8. Überspannungsschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch auftrennbare Verbindung aus einem Material gebildet ist, welches bei Erreichen einer Schmelztemperatur in einen zähflüssigen Zustand überführbar ist.
9. Überspannungsschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (12) einen ersten Kontaktschenke! (30) und einen parallel dazu geführten zweiten Kontaktschenkel (32) aufweist .
10. Überspannungsschutzelement nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, dass die Kontaktzunge (10) zwischen dem ersten Kontaktschenkel (30) und dem zweiten
Kontaktschenkel (32) des Kontaktelements (12) angeordnet ist .
11. Überspannungsschutzelement nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das
Verbindungselement (14) in der ersten Position zwischen dem ersten KontaktSchenkel (30) und dem zweiten
KontaktSchenkel (32) des Kontaktelements (12)
angeordnet ist.
12. Überspannungsschutzelement nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das
Verbindungselement (14) die Kontaktzunge (10) U- förmig umgreift .
13. Überspannungsschutzelement nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das
Verbindungselement (14) in der ersten Position mit dem ersten KontaktSchenkel (30) mindestens eine
Kontaktfläche (34) und mit dem zweiten KontaktSchenkel (32) mindestens eine Kontaktfläche (40) und mit der Kontaktzunge (10) mindestens eine Kontaktfläche (36) und eine zweite Kontaktfläche (38) bildet.
14. Überspannungsschutzelement nach Anspruch 13, dadurch
gekennzeichnet, dass eine thermisch auftrennbare
Verbindung an den mindestens vier Kontaktflächen (34) , (36), (38) und (40) angeordnet ist.
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