EP3055869B1

EP3055869B1 - Kompakte, vorkonfektionierbare überspannungsvorrichtung

Info

Publication number: EP3055869B1
Application number: EP14747018.1A
Authority: EP
Inventors: Georg Wittmann; Edmund ZÄUNER; Thomas Gottschalk; Manuel Scharf
Original assignee: Dehn and Soehne GmbH and Co KG
Current assignee: Dehn SE and Co KG
Priority date: 2013-10-08
Filing date: 2014-08-01
Publication date: 2019-02-20
Anticipated expiration: 2034-08-01
Also published as: CN105580092A; CN105580092B; WO2015051934A1; JP2016536783A; DE102013021936B3; EP3055869A1

Description

Die Erfindung betrifft eine kompakte, vorkonfektionierbare Überspannungsschutzvorrichtung auf Varistorbasis mit thermischer Abtrenneinheit, bestehend aus einer zweiseitig kaschierten Leiterplatte mit Durchkontaktierungsbereich, wobei der mindestens eine Varistor mit einer ersten Seite der kaschierten Leiterplatte verbunden, insbesondere verlötet ist und weiterhin auf der zweiten Seite der kaschierten Leiterplatte ein mit dem Durchkontaktierungsbereich in Wirkverbindung stehender Abtrennschieber vorgesehen ist, gemäß Patentanspruch 1.
Aus der WO 2012/027255 A2 ist ein Überspannungsschutzgerät mit Varistoreinheit und thermischer Abtrennvorrichtung vorbekannt.
Die dortige Varistoreinheit wird durch einen Abtrennkontakt entlang einer linearen Verschiebeachse mit Hilfe von parallel angeordneten Federn von der externen Schaltung bei entsprechenden Überlastzuständen getrennt. Das Herstellen der thermischen Abtrennstelle durch Verlöten ist bei dieser Lösung des Standes der Technik nur im eingebauten Modul möglich. Darüber hinaus muss die Masse des überspannungsbegrenzenden Bauteils gleichmäßig erwärmt werden, um eine sichere und verzögerungsfreie Abtrennung zu bewerkstelligen.
Aus der WO 2012/027193 A1 ist ein weiteres Überspannungsschutzgerät mit Varistoreinheit, Leiterplatte und Abtrennvorrichtung gezeigt. Dort ist die Varistoreinheit auf einer Leiterplatte durch Löten befestigt. Die Leiterplatte weist darüber hinaus eine Durchkontaktierung auf.
Auf der Rückseite der Leiterplatte ist ein spezielles Anschlussblech auf die Durchkontaktierungen mit Niedrigtemperaturlot stoffschlüssig befestigt. Das Anschlussblech verfügt über eine M-Form und kann zwei Abtrennmodi realisieren. Durch im Anschlussblech vorgesehene Verjüngungen des Querschnitts soll im Kurzschlussfall ein Aufschmelzen eintreten. Darüber hinaus ist eine reine thermische Abtrennung beim Überschreiten der Schmelztemperatur des Niedrigtemperaturlots möglich. Die M-förmige Ausbildung des Anschlussblechs führt allerdings zu sehr langen Leitungswegen mit entsprechenden Induktivitäten und einen sich hierdurch ergebenden nachteiligen Einfluss auf Stoßstromereignisse. Im Bereich der Durchkontaktierungen kommt es zur Vermischung des Lotes, welches zum Fixieren des Varistors dient, und des Lotes der Abtrennvorrichtung, was negative Folgen für die Abtrenneigenschaften hat.
Letztendlich ist aus dem oben geschilderten Stand der Technik der WO 2012/027193 A1 bzw. der zur selben Patentfamilie gehörigen US 2012/0050936 A1 die Notwendigkeit bestehend, dass der dortige separate Abtrennschieber einen Teilbereich des Kurzschlusselements herauslösen und verschieben muss. Dies setzt voraus, dass die Federvorspannungskräfte ausreichend hoch sind. Selbiges hat jedoch den Nachteil, dass im üblichen Betriebsfall bereits erhebliche Kräfte auf die Lotverbindung einwirken, die für das Langzeitverhalten einer entsprechenden Überspannungsschutzeinrichtung problematisch sind.
Weiterhin ist aus der EP 1 077 452 A2 eine Überspannungsschutzeinrichtung mit thermischer Abtrennvorrichtung bekannt, bei der ein Metalloxidvaristor auf beiden Seiten mit Kontaktblechen versehen wird. Auf einer ersten Seite befindet sich auf dem Kontaktblech ein Anschlussbügel, der dort mittels Niedrigtemperaturlot stoffschlüssig verbunden ist. Im Fall des Erreichens der Schmelztemperatur des Niedrigtemperaturlots schiebt sich eine Isolierplatte, die über Federn vorgespannt ist, zwischen Kontaktstelle und Anschlussbügel, so dass eine Abtrennung realisierbar ist. Die Ausgestaltung der dortigen Anschlussteile ist jedoch sehr aufwendig. Darüber hinaus besitzt die realisierte Überspannungsschutzeinrichtung nur eine geringe Stoßstromtragfähigkeit. Auch bei dieser Lösung ist das Ausführen der Lotverbindung der thermischen Abtrennstelle nur im eingebauten Modul möglich. Eine kostengünstige Vorfertigung mit sprechender elektrischer Funktionsprüfung ist daher nicht oder nur sehr schwer möglich.
Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte kompakte, vorkonfektionierbare Überspannungsschutzvorrichtung auf Varistorbasis mit thermischer Abtrenneinheit anzugeben, welche mit weniger Teilen auskommt, die kostengünstig fertigbar ist und wobei die Möglichkeit besteht, alle wesentlichen funktionalen Elemente einschließlich eines an sich bekannten Abtrennschiebers vorzufertigen und in einem Lötprozess mechanisch und elektrisch zu verbinden.
Die zu schaffende Überspannungsschutzvorrichtung soll darüber hinaus sicherstellen, dass auf die stoßstromfeste Verbindung, die im Überlastfall die Trennstelle bildet, während der üblichen Betriebsdauer keine dauerhaften Kräfte einwirken, die zu einem verschlechterten Langzeitverhalten führen können.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch die Merkmalskombination nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.
Die Erfindung geht demnach von einer kompakten, aufgabengemäß vorkonfektionierbaren Überspannungsschutzvorrichtung auf Varistorbasis mit thermischer Abtrenneinheit aus. Die Überspannungsschutzvorrichtung besteht aus einer zweiseitig kaschierten Leiterplatte mit Durchkontaktierungsbereich. Hier kann es sich um übliche kupferkaschierte Leiterplatten auf einem isolierenden Trägermaterial, z.B. Epoxidmaterial handeln.
Der mindestens eine Varistor ist mit einer ersten Seite der kaschierten Leiterplatte bevorzugt durch großflächige Lötung verbunden. Weiterhin ist auf der zweiten Seite der kaschierten Leiterplatte ein mit dem Durchkontaktierungsbereich in Wirkverbindung stehender Abtrennschieber vorgesehen. Die Durchkontaktierungen werden als aus dem Stand der Technik bekannte, sogenannte VIAs realisiert. Erfindungsgemäß ist auf der zweiten Seite der kaschierten Leiterplatte eine mit dem Durchkontaktierungsbereich zusammenhängende erste Kontaktfläche sowie eine hiervon über einen Trennungsabstand entfernte zweite Kontaktfläche ausgebildet.
Der Abtrennschieber überbrückt beide Kontaktflächen und gibt im Überlastfall den Trennungsabstand frei, d.h. die Überbrückung der Kontaktflächen wird durch Bewegung des Abtrennschiebers aufgehoben.
Erfindungsgemäß besteht auch der Abtrennschieber aus einem kaschierten Leiterplattenmaterial, wobei der die Kontaktfläche überbrückende leitende Bereich des Leiterplattenmaterials des Abtrennschiebers einen ersten und einen zweiten Lötabschnitt mit dazwischen befindlicher Stromengstelle aufweist.
Die Stromengstelle kann dadurch gebildet werden, dass die Fläche der Leiterplatten-Kupferkaschierung reduziert ist mit der Folge, dass bei Überlast der verbleibende Flächenbereich durch entsprechende Wärmeentwicklung zerstört wird.
Der Abtrennschieber kann bei einer bevorzugten Ausgestaltung als Schwenk- oder Drehschieber ausgebildet werden. Die Bewegung des Schwenk- oder Drehschiebers erfolgt hier in der Ebene der Leiterplatte, welche das mindestens eine Varistorelement aufnimmt.
Die zweite Kontaktfläche ist bei einer bevorzugten Ausführungsform mit einem Flächenabschnitt zum Befestigen, insbesondere Verlöten eines elektrischen Anschlusselements verbunden. Dieses Element kann z.B. ein leitfähiger Kontaktwinkel sein, der zu entsprechenden Außenanschlüssen eines Überspannungsschutz-Steckteils führt.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung weist die erste Seite der kaschierten Leiterplatte einen im Wesentlichen der Varistoroberfläche entsprechenden kaschierten Abschnitt zur gewünschten vollflächigen Verbindung sowie zum optimalen Wärmeübergang auf. Der Durchkontaktierungsbereich ist in diesen kaschierten Abschnitt integriert. Für die Befestigung des Varistors auf der ersten Seite der kaschierten Leiterplatte nebst dem Verfüllen der Durchkontaktierungen kann übliches Lot Verwendung finden.
Bei der auf der zweiten Seite der kaschierten Leiterplatte befindlichen ersten Kontaktfläche hängt der Durchkontaktierungsbereich mit dieser, wie bereits erwähnt, zusammen, jedoch überdeckt im Betriebsfall die entsprechende Kontaktfläche des Abtrennschieber vorzugsweise nur den eigentlichen Kontaktflächen-, nicht jedoch den Durchkontaktierungsbereich. Die Kontaktfläche und der Durchkontaktierungsbereich sind vorzugsweise durch Lötstopplack getrennt, der ein Vermischen unterschiedlicher Lötsorten verhindert. Es ist hier also ohne weiteres möglich, den Kontaktflächenbereich mit dem Abtrennschieber über ein Lot zu verbinden, das eine entsprechend optimierte, auf den Abtrennfall zugeschnittene Schmelztemperatur besitzt. Diese Schmelztemperatur ist üblicherweise niedriger als die Schmelztemperatur des Lotes, welches den Varistor mit der ersten Seite der Leiterplatte verbindet. Es kann also, nachdem der Varistor auf der ersten Seite der Leiterplatte durch Löten verbunden wurde, im nächsten Schritt das Verlöten des Abtrennschiebers mit den entsprechenden Kontaktflächen mit einem Lot erfolgen, das eine niedrigere Schmelztemperatur besitzt.
Das Basismaterial der Leiterplatte und des Abtrennschiebers kann aus einem Kunststoff, Hartpapier, aber auch aus einer Keramik bestehen. Bevorzugt findet ein Leiterplattenmaterial auf Epoxidharzbasis Verwendung.
Ergänzend ist vorzugsweise auf der zweiten Seite der kaschierten Leiterplatte außerhalb des Bewegungsbereichs des Abtrennschiebers eine Lötstützpunktfläche vorgesehen, welche dem Befestigen eines bei Erwärmung sich lösenden Sperrknopfs oder einer Sperrpille dient.
Der Sperrknopf oder die Sperrpille kann ebenfalls aus einem kupferkaschierten Leiterplattenmaterial bestehen und wird stoffschlüssig mit dem Lötstützpunkt verbunden.
Dabei ist in diesem Fall die Schmelztemperatur des Verbindungslots geringer gewählt als die Schmelztemperatur des Lotes, welches der Verbindung des Abtrennschiebers mit den entsprechenden Kontaktflächen auf der zweiten Seite der Leiterplatte dient.
Vorzugsweise ist die vorstehend zusammengefasste kompakte Überspannungsschutzvorrichtung in ein Gehäuse eines Steckteils des Überspannungsschutzgeräts einsetzbar und wird mit dort befindlichen Anschlusskontakten, insbesondere Anschlusssteckkontakten elektrisch verbunden.
Im Gehäuse eines derartigen Steckteils ist ein federvorgespannter Bügel angeordnet, welcher einerseits mit dem Abtrennschieber sowie andererseits mit einer Zustandsanzeige in Wirkverbindung steht.
Die Zustandsanzeige kann beispielsweise als eine Schiebefläche ausgebildet sein, die sich innerhalb eines Sichtfensters des Gehäuses bewegt und verschiedene farbliche Kennzeichnungsabschnitte freigibt. In einem ordnungsgemäßen Zustand erfolgt beispielsweise das Erkennen eines grünen Abschnitts im Sichtfenster. Bei der Vorschädigung wird z.B. ein gelber Abschnitt freigegeben. Im zum thermischen Abtrennen führenden Überlastfall wird eine rote Fläche sichtbar.
Der federvorgespannte Bügel besitzt bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung einen Anschlag, welcher am Sperrknopf anliegt. Nach thermisch bedingtem Lösen des Sperrknopfes oder der Sperrpille von der Lötstützpunktfläche wird dann der federvorgespannte Bügel kraftseitig mit dem Abtrennschieber verbunden.
Der Sperrknopf oder die Sperrpille bewegt sich bei entsprechend thermisch bedingtem Lösen in eine diesbezüglich im Inneren des Gehäuses vorgesehene Aufnahmefläche. Infolge dieser Bewegungsfreigabe führt die Zustandsanzeige eine Bewegung aus, die den vorerwähnten gelben Abschnitt freigibt, so dass bei üblicher Wartung oder Inspektion erkennbar ist, dass die Überspannungsschutzvorrichtung einer thermischen Belastung oder Vorschädigung unterlag.
Erst im Fall des Lösens des Sperrknopfes oder der Sperrpille wirkt die Federvorspannung über den Abtrennbügel auf den Abtrennschieber ein. Dies bedeutet, dass im üblichen Betriebsfall die Lötverbindung zwischen Abtrennschieber und entsprechenden Kontaktflächen auf der zweiten Seite der Leiterplatte nicht mit einer dauerhaften Kraft in Abtrennrichtung beaufschlagt sind, was die Zuverlässigkeit einer entsprechend realisierten Überspannungsschutzvorrichtung und deren Langzeitstabilität erhöht.
Im Gehäuseinneren ist bei einer Realisierungsform der Erfindung eine Aussparung zur führenden Aufnahme eines keulenartigen, von den Kontaktflächen des Abtrennschiebers weg weisenden Endes desselben ausgebildet. Durch diese Führungsaussparung ist der gewünschte Verschwenkweg des Abtrennschieber gesichert, was zusätzlich noch durch eine weitere Konturausgestaltung des Abtrennschieber selbst in Verbindung mit einer Führungsausnehmung im Gehäuseinneren unterstützt werden kann. Vorzugsweise ist der Sperrknopf oder die Sperrpille mit einem bei einer ersten Temperatur schmelzenden Lot mit der Lötstützpunktfläche und der Abtrennschieber mit einem bei einer zweiten Temperatur schmelzenden Lot mit den Kontaktflächen verbunden, wobei die erste Schmelztemperatur niedriger als die zweite Temperatur ist. Hierdurch sind in Verbindung mit der vorstehend erläuterten Anzeigeeinheit mögliche Vorschädigungen signalisierbar und es wird erst dann die Federvorspannkraft auf dem Abtrennschieber wirksam, wenn bereits der Vorschädigungsfall eingetreten ist.
Das beschriebene Gehäuse zur Aufnahme der vorkonfektionierten Überspannungsschutzvorrichtung besitzt vorzugsweise eine übliche flache Rechteck- oder quadratische Form mit einem Gehäuseboden, von dessen Unterseite sich Anschlusskontakte erstrecken, die in entsprechende Ausnehmungen eines Basisteils eingreifen. An der Gehäuseunterseite bzw. im Gehäuseboden kann noch eine Aussparung vorhanden sein, die von einem Zapfen durchdrungen wird, welcher Bestandteil des federvorgespannten Bügels ist. Dieser Zapfen steht bei einer bevorzugten Ausgestaltung mit einer Fernanzeige in Verbindung und betätigt diese.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
Hierbei zeigen:

Fig. 1 Vorder- und Rückseite der kupferkaschierten Leiterplatte mit entsprechenden Kontakt- und Anschlussflächen;
Fig. 2 Ober- und Unterseite bzw. Vorder- und Rückseite des ebenfalls aus einem Leiterplattenmaterial bestehenden Abtrennschiebers;
Fig. 3 eine Darstellung des mit der ersten Seite der kupferkaschierten Leiterplatte durch Löten verbundenen Varistors;
Fig. 4 eine Ansicht der zweiten Seite der kaschierten Leiterplatte mit dort durch Lötung angeordnetem Abtrennschieber;
Fig. 5 eine Darstellung der Positionen des Abtrennschiebers im Normalfall (linksseitig) und Abtrennfall (rechtsseitig);
Fig. 6 eine Darstellung einer Überspannungsschutzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung innerhalb eines Gehäuses eines Steckteils in teilweggebrochener Form mit erkennbarer Position des Abtrennschiebers im Betriebsfall;
Fig. 7 eine Darstellung gemäß derjenigen nach Fig. 6, jedoch mit einer Position des Abtrennschiebers im abgetrennten Zustand;
Fig. 8 bis 10 Darstellungen der Überspannungsschutzvorrichtung im Gehäuse eines Steckteils mit erkennbarem federvorgespannten Bügel, und zwar im ordnungsgemäßen Betriebszustand (Fig. 8); im Zustand einer thermischen Vorschädigung mit entsprechend freigelegtem Feld der Anzeigeeinrichtung (Fig. 9) und im vollständig abgetrennten Zustand, d.h. im Fehlerfall und diesbezüglich ersichtlichem Feld der Anzeigefläche (Fig. 10).

Wie in der Fig. 1 als Vorder- und Rückseitendarstellung ersichtlichen Ausgestaltung besitzt die erste Seite der Leiterplatte 1 (Rückseite) eine großflächige Fläche 2 zum Auflöten des aktiven Elements der Überspannungsschutzvorrichtung, z.B. eines Varistors (siehe Fig. 3).
Innerhalb dieser Fläche 2 ist ein Durchkontaktierungsbereich vorhanden. Dieser Durchkontaktierungsbereich 3 stellt eine Verbindung zur zweiten Seite der kaschierten Leiterplatte 1 dar (Vorderseite).
Darüber hinaus weist die zweite Seite der kaschierten Leiterplatte 1 eine mit dem Durchkontaktierungsbereich 3 zusammenhängende erste Kontaktfläche 4 auf. Über einen Trennungsabstand 5 ist eine zweite Kontaktfläche 6 ausgebildet.
Der in der Fig. 2 gezeigte Abtrennschieber 7 überbrückt die Kontaktflächen 4 und 6 und gibt im Überlastfall den Trennungsabstand 5, der frei ist von einer leitenden Fläche, frei.
Die zweite Kontaktfläche 6 ist sehr großflächig und damit stromtragend mit dem Bereich 8 verbunden, der zum Anlöten z.B. eines elektrischen Anschlusswinkels 9, wie z.B. in den Fig. 6 und 7 ersichtlich, dient, wobei dieser Anschlusswinkel 9 mit einem Steckkontakt 10 verbunden ist.
Wie aus der Fig. 2 nachvollziehbar ist, besteht auch der Abtrennschieber 7 aus einem kaschierten Leiterplattenmaterial. Der die Kontaktflächen überbrückende leitende Bereich des Leiterplattenmaterials des Abtrennschiebers 7 umfasst einen ersten und einen zweiten Lötabschnitt 12 mit dazwischen befindlicher Stromengstelle 13. Der Abtrennschieber weist ein keulenseitiges Ende 14 auf mit einer Form, die einer entsprechenden Ausnehmung 15 im Inneren des Gehäuses 16 des Steckteils kompatibel ist.
Die Fig. 3 zeigt die erste Seite der kupferkaschierten Leiterplatte 1 mit dort aufgelötetem Varistor 16, auf dessen erkennbarer Oberfläche ein Kontaktblech 17 mit Anschlussfahne 18 ebenfalls durch Lötung angeordnet ist.
Die Draufsicht auf die zweite Seite der kaschierten Leiterplatte 1 gemäß Fig. 4 zeigt den Zustand des Abtrennschiebers 7 im üblichen Betriebsfall. Der Durchkontaktierungsbereich 3 auf dieser Seite der Leiterplatte 1 ist frei bzw. durch Lötstopplack von der Kontaktfläche 4 getrennt, d.h. in die Lötung zwischen Abtrennschieber 7 und entsprechender Kontaktfläche auf der Leiterplatte 1 nicht eingebunden.
Mit der Pfeildarstellung ist symbolisiert, in welche Richtung ein später erläuterter Bügel (Fig. 8 bis 10) Kräfte zur Einwirkung bringt, um den Abtrennschieber 7 im Überlastfall über die Trennstelle 6 in einen entsprechenden Abtrennzustand zu bewegen.
Die Darstellung nach Fig. 5 zeigt noch einmal im Vergleich den Zustand Betriebsfall (links) und Abtrennfall (rechts). Die thermische Abtrennung kann zum einen dadurch realisiert werden, dass der Varistor sich aufgrund Überlastung oder aufgrund von Alterung so stark erwärmt, dass ein entsprechendes Niedrigtemperaturlot schmilzt und die Bewegung des Abtrennschiebers frei gibt. Auch kann im Kurzschlussfall sich die Engstelle 13 so weit erwärmen, dass ein Durchschmelzen eintritt und die Abtrennvorrichtung ausgelöst wird.
Wie bereits aus den Fig. 1, 4 und 5 ersichtlich ist, befindet sich auf der zweiten Seite der kupferkaschierten Leiterplatte 1, außerhalb des Bewegungsbereichs des Abtrennschiebers 7, eine Lötstützpunktfläche 20, welche dem Befestigen eines sich bei Erwärmung lösenden Sperrknopfes oder einer Sperrpille 21 (siehe Fig. 6) dient.
Der Sperrknopf oder die Sperrpille 21 besteht ebenfalls aus einem kupferkaschierten Leiterplattenmaterial und ist stoffschlüssig mit dem Lötstützpunkt 20 verbunden.
Die Darstellungen nach den Fig. 6 und 7 zeigen nun, wie die kompakte Überspannungsschutzvorrichtung in einem Gehäuse 16 eines entsprechenden Überspannungsschutz-Steckteils integriert ist.
Bei der teilweggebrochenen Darstellung nach den Fig. 6 und 7 ist erkennbar, wie durch einen Kurvenabschnitt 22 des Gehäuses 16 die gewünschte Bewegung des Abtrennschiebers 7 eingehalten werden kann, wenn der Abtrennfall, d.h. der thermische Überlastfall vorliegt. Auch ist die Ausnehmung 15 im Gehäuseinneren 16 erkennbar, die das diesbezügliche keulenartige Ende des Abtrennschiebers führend und verschwenkbeweglich aufnimmt.
Im Inneren des Gehäuses 16 ist darüber hinaus noch ein Aufnahmeraum 23 vorhanden, der die Möglichkeit bietet, den Sperrknopf oder die Sperrpille 21 aufzunehmen, wenn das Verbindungslot schmilzt.
Maßgeblich für die Bewegung des Abtrennschiebers 7 ist der federvorgespannte Bügel 30, der um einen Drehpunkt 31, der als Fixpunkt im Gehäuse 16 vorhanden ist, einer schwenkbeweglichen Lagerung unterliegt. Ein beinartiger Fortsatz 32 des Bügels 30 nimmt eine Feder 33 auf und stützt sich zur inneren Seite des Gehäusebodens 34 ab. Der federvorgespannte Bügel 30 steht darüber hinaus noch in Wirkverbindung mit einer Zustandsanzeige 35.
Die Zustandsanzeige 35 kann eine laterale Bewegung in den Darstellungen der F ig. 8 bis 10 von links nach rechts ausführen und verschiedene Felder, die farblich unterschiedlich gestaltet sein können, freigeben. Hierdurch ist über ein nicht dargestelltes Sichtfenster des Gehäuses jederzeit erkennbar, ob die innerhalb des Gehäuses befindliche eigentliche Überspannungsschutzvorrichtung funktionsfähig ist, ein Vorschädigungsfall eingetreten ist oder ein Ausfall vorliegt.
Weiterhin besitzt der federvorgespannte Bügel 30 einen Anschlag 36, welcher an dem Sperrknopf bzw. der Sperrpille 21 anliegt.
Nach thermisch bedingtem Lösen des Sperrknopfes 21 von der Lötstützpunktfläche tritt der federvorgespannte Bügel 30 über einen an dessen in den Figuren nicht erkennbaren Vorsprung kraftseitig mit dem Abtrennschieber 7 in Wirkverbindung.
Wie die Fig. 9 deutlich macht, gibt nach Lösen des Sperrknopfes 21 die Zustandsanzeige 35 eine erste Signalisierungsfläche 40 frei.
Nach dem thermisch bedingten Lösen und Bewegen des Abtrennschiebers 7 wird eine zweite Signalisierungsfläche 41 freigegeben und der Abtrennzustand (rotes Feld) signalisiert.
Nachdem die vorkonfektionierte Einheit aus kupferkaschierter Leiterplatte mit verlötetem Varistor und durch Löten aufgebrachten Abtrennschieber in das Gehäuse des Steckteils eingebracht wurde, ist lediglich noch montageseitig der Bügel nebst Zustandsanzeige zu montieren. Für die Wirkung der thermischen Abtrennung maßgebliche Lötprozesse sind nicht mehr erforderlich.
Der Sperrknopf oder die Sperrpille 21 wird mit bei einer ersten Temperatur schmelzendem Lot mit der entsprechenden Lötstützpunktfläche 20 und der Abtrennschieber 7 mit einem bei einer zweiten Temperatur schmelzenden Lot mit den entsprechenden Kontaktflächen verbunden, wobei die erste Temperatur niedriger als die zweite Temperatur ist. Dadurch ist sichergestellt, dass eine Vorschädigung des Varistors mit der Folge des Lösens des Sperrknopfes oder der Sperrpille erkennbar ist. Erst mit Erreichen dieses Zustands wird ein Kraftschluss zwischen dem Bügel 30 und dem Abtrennschieber 7 unter Rückgriff auf die Kraft der Feder 33 bewirkt. Die Federkraft kann entsprechend hoch gewählt werden, um vorhandene Reibungskräfte zwischen den sich gegenüberstehenden Oberflächen des Abtrennschiebers 7 und der kupferkaschierten Leiterplatte 1 zu überwinden und schnell und sicher den Abtrennzustand herbeizuführen, ohne dass diese höhere Kraft dauernd auf die funktional wesentliche Lötverbindung zur Wirkung kommt.
Wie leicht aus der Fig. 3 nachvollziehbar ist, benötigt die gesamte Überspannungsschutzvorrichtung mit den technischen Mitteln zur thermischen Abtrennung im Überlastfall nur eine solche Fläche, die im Wesentlichen der größten Flächenausdehnung des Varistors selbst als Schutzelement entspricht. Damit bilden der Varistor, die kupferkaschierte Leiterplatte, der Abtrennschieber nebst federvorgespanntem Bügel eine kleinbauende Sandwichanordnung.

Claims

Kompakte, vorkonfektionierbare Überspannungsschutzvorrichtung auf Varistorbasis mit thermischer Abtrenneinheit, bestehend aus einer zweiseitig kaschierten Leiterplatte (1) mit Durchkontaktierungsbereich (3), wobei mindestens ein Varistor (16) mit einer ersten Seite der kaschierten Leiterplatte (1) verbunden, insbesondere verlötet ist und weiterhin auf der zweiten Seite der kaschierten Leiterplatte (1) ein mit dem Durchkontaktierungsbereich (3) in Wirkverbindung stehender Abtrennschieber (7) vorgesehen ist, wobei auf der zweiten Seite der kaschierten Leiterplatte (1) eine mit dem Durchkontaktierungsbereich (3) zusammenhängende erste Kontaktfläche (4) sowie eine hiervon über einen Trennungsabstand (5) entfernte, zweite Kontaktfläche (6) ausgebildet ist, wobei der Abtrennschieber (7) beide Kontaktflächen (4; 6) überbrückt und im Überlastfall den Trennungsabstand (5) freigibt, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtrennschieber (7) aus einem kaschierten Leiterplattenmaterial besteht, wobei der die Kontaktflächen (4; 6) überbrückende leitende Bereich des Leiterplattenmaterials des Abtrennschiebers (7) einen ersten (11) und einen zweiten (12) Lotabschnitt mit dazwischen befindlicher Stromengstelle (13) aufweist.
Überspannungsschutzvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Abtrennschieber (7) als Schwenk- oder Drehschieber ausgebildet ist.
Überspannungsschutzvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zweite Kontaktfläche (6) großflächig mit einem Flächenabschnitt (8) verbunden ist, welcher zum Befestigen eines elektrischen Anschlusselements (9) durch insbesondere Löten dient, wobei zwischen der zweiten Kontaktfläche (6) und dem Flächenabschnitt (8) eine Sperrzone zum Vermeiden des Vermischens unterschiedlicher Lote ausgebildet ist.
Überspannungsschutzvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Seite der kaschierten Leiterplatte (1) einen der Varistoroberfläche entsprechenden kaschierten Abschnitt (2) zur vollflächigen Verbindung sowie zum optimalen Wärmeübergang aufweist, wobei der Durchkontaktierungsbereich (3) in diesen kaschierten Abschnitt (2) integriert ist.
Überspannungsschutzvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Basismaterial der Leiterplatte und des Abtrennschiebers aus Kunststoff, Hartpapier oder einer Keramik besteht.
Überspannungsschutzvorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Basismaterial der Leiterplatte ein Epoxidharz ist.
Überspannungsschutzvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
auf der zweiten Seite der kaschierten Leiterplatte (1) außerhalb des Bewegungsbereichs des Abtrennschiebers (7) eine Lötstützpunktfläche (20) vorgesehen ist, welche dem Befestigen eines bei Erwärmung sich lösenden Sperrknopfes oder einer Sperrpille (21) dient.
Überspannungsschutzvorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Sperrknopf oder die Sperrpille (21) aus kupferkaschiertem Leiterplattenmaterial besteht und stoffschlüssig mit der Lötstützpunktfläche (20) verbunden ist.
Überspannungsschutzvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
diese in ein Gehäuse (16) eines Steckteils eines Überspannungsschutzgeräts eingesetzt und mit dort befindlichen Anschlusskontakten elektrisch verbunden ist.
Überspannungsschutzvorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
im Gehäuse (16) ein federvorgespannter Bügel (30) angeordnet ist, welcher einerseits mit dem Abtrennschieber (7) sowie andererseits mit einer Zustandsanzeige (35) in Wirkverbindung steht.
Überspannungsschutzvorrichtung nach Anspruch 8 in Verbindung mit Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass
der federvorgespannte Bügel (30) einen Anschlag (36) besitzt, welcher an dem Sperrknopf oder der Sperrpille (21) anliegt.
Überspannungsschutzvorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
nach thermisch bedingtem Lösen des Sperrknopfes oder der Sperrpille (21) von der Lötstützpunktfläche (20) der federvorgespannte Bügel (30) kraftseitig mit dem Abtrennschieber (7) verbunden ist.
Überspannungsschutzvorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
mit dem Lösen des Sperrknopfes oder der Sperrpille (21) die Zustandsanzeige (35) eine erste Signalisierungsfläche (40) und nach thermisch bedingtem Lösen und Bewegung des Abtrennschiebers eine zweite Signalisierungsfläche (41) freigibt.
Überspannungsschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
im Gehäuseinneren eine Aussparung (15) zur führenden Aufnahme eines keulenartigen, von der Kontaktfläche des Abtrennschiebers (7) weg weisenden Endes desselben ausgebildet ist.
Überspannungsschutzvorrichtung nach Anspruch 8, oder nach Anspruch 8 in Verbindung mit einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass
der Sperrknopf oder die Sperrpille (21) mit einem bei einer ersten Temperatur schmelzenden Lot mit der Lötstützpunktfläche (20) und der Abtrennschieber (7) mit einem bei einer zweiten Temperatur schmelzenden Lot mit den Kontaktflächen (4; 6) verbunden ist, wobei die erste Temperatur niedriger als die zweite Temperatur ist.