EP3149816B1

EP3149816B1 - Adapter zur montage von als steckmodule ausgeführten ein- oder mehrpoligen überspannungsschutzgeräten sowie verwendung eines derartigen adapters

Info

Publication number: EP3149816B1
Application number: EP15723965.8A
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: 2014-05-26
Filing date: 2015-05-21
Publication date: 2018-04-18
Anticipated expiration: 2035-05-21
Also published as: DE202014004396U1; WO2015181044A1; US20170201054A1; JP2017517851A; JP6337154B2; CN106471678A; DE102014112722A1; EP3149816A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Adapter zur Montage von als Steckmodule ausgeführten, ein- oder mehrpoligen Überspannungsschutzgeräten auf einem Verdrahtungsträger, wobei der Adapter einen Sockel und mindestens eine, nach oben offene und durch Seitenwände begrenzte Kammer aufweist, von deren Unterseite sich mehrere Montagefortsätze erstrecken, welche jeweils eine Kontur aufweisen, die im Wesentlichen entsprechenden Öffnungen im Verdrahtungsträger komplementär ist, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung eines derartigen Adapters zur lötfreien Montage und stoßstromfesten Verbindung von Steckmodulen auf bzw. mit Verdrahtungsträgern, insbesondere Leiterplatten, hier wiederum insbesondere mehrlagige, durchkontaktierte Leiterplatten.
Die DE 10 2011 118 908 A1 offenbart alle Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Aus der CH 439 462 ist ein Adapter für knopfförmige Überspannungsableiter zum Einsetzen in Fassungen mit federnden Kontaktelementen bekannt. Die dortigen Adapter sind als Fassungen zu verstehen, in die Überspannungsableiter eingesetzt werden sollen. Konkret weist der vorbekannte Adapter zwei den elektrisch leitenden Fassungsteilen zugewandte, U-förmig ausgebildete, gleichartige Schienen auf, zwischen denen der Ableiter durch Anheben einer zwischen den Schienen befindlichen Blattfeder einsetzbar ist.
Darüber hinaus sind zwei gleiche, aus Isolierstoff bestehende Gehäusehälften vorhanden. Durch Zapfen und Durchbruch an der jeweiligen Gehäusehälfte können die beiden Hälften, um 180° versetzt, zusammengefügt werden. Ein solcher Adapter kann dann mit einem Verdrahtungsträger verbunden werden. Die DE 41 11 025 A1 zeigt eine Vorrichtung zum Befestigen von Reiheneinbaugeräten in Schalttafeln. Dabei soll die Befestigung auch ohne bekannte Mittel zur Hutschienenmontage realisierbar sein. Die Vorrichtung besteht hierfür aus einer Bodenplatte, zwei Trägerelementen und einer Blende. Die in eine Frontplatte eingepassten Geräte werden mit den Trägerelementen mittels einer Rastvorrichtung verrastet. Die beiden Trägerelemente sind dann mittels endseitig angeordneter Auflage- und Rastvorrichtungen kippsicher in die Bodenplatte in Rastaufnahmen fixierbar. Durch die vorgesehenen Rastmittel kann die Vorrichtung ohne Nutzung von Schraubelementen oder dergleichen zusammengebaut werden.
Bekannt ist weiterhin ein Adapter mit Mitteln zur Befestigung auf einer Tragschiene nach DE 202 16 516 U1 . Dieser Adapter ermöglicht eine Anpassung von z.B. Schützen oder Leistungsschaltern für eine Montage auf Hutschienen. Dort vorgesehene Rastmittel wirken mit einem Schieber zusammen, wobei ein federnder Rastarm als bevorzugte Ausführungsform dargestellt ist.
Die gattungsbildende DE 10 2009 004 346 B4 betriff einen Adapter zur Montage von ein- und mehrpoligen Überspannungsschutzgeräten, selbige ausgeführt als herstellerspezifische Standard-Steckmodule, in Endgeräte, umfassend einen Sockel mit Mitteln zum elektrischen Verbinden der im jeweiligen Sockel aufgenommenen, austauschbaren Standard-Steckmodule mit der Endgeräte-Applikationsschaltung. Die Vorrichtung nach DE 10 2009 004 346 B4 soll es ermöglichen, Standard-Steckmodule ohne irgendwelche Veränderungen in verschiedene Applikationen einsetzen zu können oder aber auch ohne besondere Anforderungen an den Aufbau oder die Konstruktion des betreffenden Endgeräts zu stellen. Diesbezüglich weist der Adapter einen Sockel mit mindestens zwei, nach oben offene, durch Seitenwände begrenzte Kammern auf, von deren Unterseite sich mindestens ein Montage- und Justagefortsatz erstreckt. Der entsprechende Montage- und Justagefortsatz weist eine Querschnittsform auf, die zu einer Öffnung im Verdrahtungsträger des Endgeräts im Wesentlichen komplementär ist.
Ergänzend sind außerhalb des vom jeweiligen Steckmodul besetzbaren Kammerbereichs Anschlussbereiche herausgeführt, welche eine unmittelbare oder mittelbare elektrische Verbindung zum Verdrahtungsträger der Endgeräte-Applikationsschaltung gestatten.
Die DE 10 2009 004 346 B4 schafft also eine Möglichkeit, die kostengünstige Technik von Reiheneinbaugeräten auch für speziellere Endgeräte-Applikationen zu nutzen.
Nach der DE 10 2009 004 346 B4 ist es jedoch grundsätzlich erforderlich, Anschlussteile im Bereich des Sockels herauszuführen, die einerseits eine Verbindung zum Steckmodul herstellen und die andererseits den entsprechenden elektrischen Anschluss bzw. die Verbindung hin zur Endgeräte-Applikation sicherstellen. Dabei ist die Verbindung über eine Lötfahne, aber auch über Schrauben oder Stifte ausführbar.
Üblicherweise werden Überspannungsschutzgeräte oder Gerätekombinationen durch eine Lötverbindung mit Verdrahtungsträgern, insbesondere Leiterplatten verbunden. Dies ist erforderlich, um bei hohen Stoßströmen den Kontaktwiderstand gering zu halten und bei auftretenden elektromechanischen Kräften eine Zerstörung der Verbindungen zu verhindern.
Diese bekannten Lötprozesse zum Verbinden der Überspannungsschutzgeräte mit dem Trägersystem haben den Nachteil, dass die Schutzkombination bereits montageseitig thermisch belastet wird. Darüber hinaus ist der Fertigungsaufwand hoch.
Obwohl lötfreie Steck- oder Rastverbindungen von Leiterplatten mit Kabeln oder Leiterplatten mit sonstigen elektronischen Bauteilen vorbekannt sind, sind derartige Verbindungstechnologien im Überspannungsschutzbereich problematisch, und zwar bedingt durch die nur sehr geringe Stoßstromtragfähigkeit.
Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, einen weiterentwickelten Adapter zur Montage von als Steckmodule ausgeführten, ein- oder mehrpoligen Überspannungsschutzgeräten auf einem Verdrahtungsträger anzugeben, wobei mit Hilfe des Adapters eine lötfreie Montage ohne elektrische Kontaktierung realisierbar sein soll, sowie weiterhin die geschaffene mechanische und elektrische Verbindung stoßstromfest ist und daher allen im jeweiligen Belastungsfall auftretenden Kräften widersteht.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, den Adapter so auszubilden, dass sich eine Selbstarretierung der gesamten Baueinheit aus Verdrahtungsträger, Adapter und Steckmodul ergibt und Manipulationen an dieser Anordnung weitgehend ausgeschlossen werden können.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Adapter zur Montage von als Steckmodule ausgeführten, ein- oder mehrpoligen Überspannungsschutzgeräten auf einem Verdrahtungsträger gemäß der Merkmalskombination nach Anspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind.
Erfindungsgemäß ist darüber hinaus die Verwendung des vorgestellten Adapters zur lötfreien Montage und stoßstromfesten Verbindung von Steckmodulen auf bzw. mit Verdrahtungsträgern, hier insbesondere Leiterplatten.
Es wird demnach von einem Adapter zur Montage von als Steckmodule ausgeführten, ein- oder mehrpoligen Überspannungsschutzgeräten auf einem Verdrahtungsträger ausgegangen. Die Steckmodule können hier Standard-Steckmodule des entsprechenden Herstellers sein, die auch in diesbezüglich übliche Basisteile einsetzbar und entsprechend verwendbar sind.
Der erfindungsgemäße Adapter weist einen Sockel und mindestens eine, nach oben offene und durch Seitenwände begrenzte Kammer auf. Die Kammer dient der Aufnahme des jeweiligen Steckmoduls. Von der Unterseite der Kammer erstrecken sich mehrere Montagefortsätze, welche jeweils eine Kontur aufweisen, die im Wesentlichen entsprechenden Öffnungen im Verdrahtungsträger komplementär ist. Auf diese Weise kann der Adapter mit seinen Montagefortsätzen in die Öffnungen im Verdrahtungsträger eingesteckt werden.
Erfindungsgemäß besitzen die Montagefortsätze eine Hakenform oder eine hakenähnliche Form, um nach Einsetzen des Adapters mit seinen Montagefortsätzen in die Öffnungen im Verdrahtungsträger durch Verschiebung desselben in der Ebene des Verdrahtungsträgers diesen zu untergreifen und zu fixieren.
Weiter sind erfindungsgemäß im Sockel Durchbrüche ausgebildet, deren Abmessungen das Hindurchführen von Steckanschlüssen des Steckmoduls hin zum Verdrahtungsträger ermöglichen.
Darüber hinaus sind im Verdrahtungsträger metallisierte Ausnehmungen entsprechend der Abmessungen der Steckanschlüsse des Steckmoduls ausgebildet, und zwar derart, dass die Ausnehmungen nach Einsetzen des Adapters und dessen Verschiebung kongruent zu den Durchbrüchen im Sockel befindlich sind. Auf diese Weise kann nach Einsetzen des Steckmoduls eine selbstsichernde Arretierung des Verbunds Adapter, Steckmodul und Verdrahtungsträger nebst elektrischer Kontaktierung realisiert werden.
In Weiterbildung der Erfindung sind die Steckanschlüsse des Steckmoduls U-förmig gebogen ausgebildet, wobei sich zwischen den U-Schenkeln ein Stützelement befindet. Das Stützelement kann ein am Gehäuse des Steckmoduls angeformter Kunststofffortsatz sein und das Stützelement dient der Stabilisierung der U-förmigen Steckanschlüsse beim Hineindrücken in die entsprechenden Durchkontaktierungsausnehmungen des Verdrahtungsträgers.
Der Querschnitt der Steckanschlüsse weist bevorzugt eine Rechteckform auf. Die Ausnehmungen im Verdrahtungsträger besitzen eine komplementäre Gestalt. Die Abstufung der Abmessungen bezüglich Steckanschlüsse und Ausnehmungen im Verdrahtungsträger ist so gewählt, dass ein kraftschlüssiger Sitz mit guter elektrischer Kontaktierung gegeben ist.
Die Ausnehmungen im Verdrahtungsträger sind bevorzugt als elektrische Durchkontaktierungen ausgebildet und stehen mit entsprechenden Leiterbahnen der Endgeräteschaltung in Verbindung.
Zwischen den Seitenwänden der Kammer und dem Steckmodul sind an sich bekannte Rastmittel vorhanden.
Auf dem Verdrahtungsträger unterhalb des Sockels ist mindestens eine Verdrahtungsträger-Befestigungsbohrung vorhanden, deren Zugang durch den Adapter nach dessen Montage auf dem Verdrahtungsträger verdeckt ist. Ein Entfernen des Verdrahtungsträgers durch Abschrauben ist durch diese Maßnahme nicht möglich, zumindest aber erschwert.
Die Rastmittel in den Seitenwänden der Kammer umfassen dort vorgesehene Öffnungen, in welche jeweils eine Rastnase, die seitlich am Steckmodul befindlich ist, eingreift. Die jeweilige Rastnase befindet sich am Ende einer beweglichen Betätigungsfläche und weist eine Einführschräge zum leichteren Hineingleiten in die jeweilige Öffnung der jeweiligen Seitenwand auf.
Die Betätigungsflächen entsprechen denjenigen üblicher Steckmodule, bei denen der Austausch im Fehlerfall durch Betätigung, d.h. Druck auf die Betätigungsfläche möglich ist. Wenn insofern bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform solche Manipulationen ausgeschlossen werden sollen, greift die erfindungsgemäße Lösung, wonach die Seitenwände im gesteckten Zustand und nach erfolgter Verrastung des Steckmoduls die Betätigungsflächen überwiegend oder vollständig bedecken. Damit ist es nicht mehr möglich, durch Druck auf die Betätigungsflächen das Steckmodul zu entfernen.
Selbstverständlich kann - wenn dies gewünscht ist - auch die Höhe der Seitenwände begrenzt werden, um eine freie Zugänglichkeit zu den Betätigungsflächen des Steckmoduls zu gewährleisten.
Eine erfindungsgemäße Verwendung des Adapters besteht in der lötfreien Montage und stoßstromfesten Verbindung von Steckmodulen auf bzw. mit Verdrahtungsträgern, hier insbesondere Leiterplatten und wiederum insbesondere mehrlagigen, durchkontaktierten Leiterplatten.
Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
Hierbei zeigen:

Fig. 1: eine perspektivische Darstellung der Elemente Verdrahtungsträger, Adapter und Steckmodul vor der Montage;
Fig. 2: eine perspektivische Darstellung von Adapter und Verdrahtungsträger einschließlich Montagefortsätzen in dem eingesetzten, jedoch noch nicht verriegelten Zustand zwischen Adapter und Verdrahtungsträger;
Fig. 3: eine Darstellung ähnlich derjenigen nach Fig. 2, jedoch mit Verriegelung zwischen Adapter und Verdrahtungsträger durch entsprechende Verschiebung, wobei die hakenförmigen Montagefortsätze die Verdrahtungsträgerunterseite untergreifen mit dem Ziel der Befestigung des Adapters auf dem Verdrahtungsträger, und
Fig. 4: eine Anordnung ähnlich derjenigen nach den Fig. 2 und 3, jedoch mit eingerastetem Steckmodul, wobei die Steckanschlüsse des Steckmoduls kraftschlüssig in Durchkontaktierungsausnehmungen des Verdrahtungsträgers sitzen und im Ergebnis in Verbindung mit der Verriegelung zwischen den Baugruppen die gewünschte Stoßstromfestigkeit entsteht.

Der in den Figuren dargestellte Adapter 1 besteht aus einem Sockel 2, welcher eine nach oben offene, durch Seitenwände 3 begrenzte Kammer 4 bildet.
Von der Unterseite 5 des Sockels 2 erstrecken sich mehrere Montagefortsätze 6, die eine Kontur aufweisen, die im Wesentlichen entsprechenden Öffnungen 7 im Verdrahtungsträger 8 komplementär sind.
Die Montagefortsätze 6 besitzen eine Hakenform, wie dies aus den Fig. 2 bis 4 ersichtlich ist. Diesbezüglich schließt sich an eine sich in Längsrichtung des Adapters 1 orientierte Anformung 61 eine Abwinklung 62 an.
Die Abwinklung 62 weist solche Abmessungen auf, dass durch Verschieben des Adapters in Pfeilrichtung (siehe Fig. 2) der entsprechende Montagefortsatz 6 mit Adapter gegenüber dem Verdrahtungsträger 8 fixiert ist.
Es untergreift also das Teil 62 des Montagefortsatzes 6 die Unterseite des Verdrahtungsträgers 8, um die gewünschte Arretierung zu bewirken.
Im Sockel 2, d.h. im Boden des Sockels 2, befinden sich in den Figuren nicht gezeigte Durchbrüche. Diese sind so ausgebildet, dass deren Abmessungen das Hindurchführen von Steckanschlüssen 9 des Steckmoduls 10 ermöglichen.
Im Verdrahtungsträger 8 sind metallisierte Ausnehmungen 11 entsprechend der Abmessungen der Steckanschlüsse 9 des Steckmoduls 10 ausgebildet derart, dass die Ausnehmungen 11 nach Einsetzen des Adapters 1 und dessen Verschiebung (siehe Pfeilrichtung nach Fig. 2) kongruent zu den Durchbrüchen im Sockel befindlich sind, so dass nach Einsetzen des Steckmoduls 10 eine selbstsichernde Arretierung des Verbunds Adapter 1, Steckmodul 10 und Verdrahtungsträger 8 nebst elektrischer Kontaktierung gegeben ist.
Wie aus der Fig. 4 ersichtlich ist, sind die Steckanschlüsse 9 des Steckmoduls 10 U-förmig ausgebildet, wobei sich zwischen den U-Schenkeln ein Stützelement 12 befindet.
Der Querschnitt der Steckanschlüsse 9 besitzt bevorzugt eine Rechteckform, wobei die Ausnehmungen 11 im Verdrahtungsträger 8 ebenfalls eine komplementäre rechteckförmige Gestalt besitzen.
Die Ausnehmungen 11 im Verdrahtungsträger 8 sind als elektrische Durchkontaktierungen ausgebildet und stehen mit entsprechenden (nicht gezeigten) Leiterbahnen in Verbindung.
Zwischen den Seitenwänden 3 der Kammer 4 und dem Steckmodul 10 sind Rastmittel vorhanden.
Die Rastmittel in den Seitenwänden 3 der Kammer 4 umfassen Öffnungen 13, in welche jeweils eine Rastnase 14 des Steckmoduls 10 eingreift.
Die jeweiligen Rastnasen 14 befinden sich am Ende einer beweglichen Betätigungsfläche 15.
Wie aus der Fig. 4 ersichtlich ist, bedecken die Seitenwände 3 des Adapters 1 im gesteckten Zustand des Steckmoduls 10 und nach erfolgter Verrastung desselben die Betätigungsfläche 15 nahezu vollständig. Damit ist es ohne Aufwand bzw. ohne Werkzeugeinsatz nicht mehr möglich, die Betätigungsflächen 15 derart in Richtung Zentrum des Steckmoduls 10 zu bewegen, dass die Rastnasen 14 die Öffnungen 13 freigeben. Es ist also hierdurch das Steckmodul 10 im Sockel 1 und bezüglich des Verdrahtungsträgers gesichert.
Bei den vorstehenden Erläuterungen wurde davon ausgegangen, dass in den Seitenwänden 3 eine jeweilige Öffnung 13 vorhanden ist, die mit einer Rastnase 14 des Steckmoduls 10 in Wirkverbindung tritt. Selbstverständlich ist hier auch eine kinematische Umkehr der Ausbildung oder Anordnung Öffnungen / Rastnase möglich, ohne den Kern der Erfindung zu verlassen.
Die Steckanschlüsse 9 können aus Kupfermaterial bestehen, welches galvanisch mit Nickel überzogen ist. Beispielsweise können hier Blechstreifen in einer Breite von 6 mm und mit einer Dicke von 0,5 mm zur Anwendung kommen. Die im Verdrahtungsträger 8 realisierte metallisierte Ausnehmung ist beispielsweise jeweils eine Kontaktöffnung im Maß 9,2 mm x 2,9 mm entsprechend der vorstehend erläuterten Ausführungsform der Blechstreifen-Steckanschlüsse. Die beschriebene Verriegelung mit Hilfe der speziellen Montagefortsätze verhindert ein Lösen der Verbindung bei mechanischer Belastung, so dass insgesamt die erforderlichen Festigkeiten auch unter Stoßstrombedingungen gegeben sind.

Claims

Adapter zur Montage von als Steckmodule (10) ausgeführten, ein- oder mehrpoligen Überspannungsschutzgeräten auf einem Verdrahtungsträger (8), wobei der Adapter (1) einen Sockel (2) und mindestens eine, nach oben offene und durch Seitenwände (3) begrenzte Kammer (4) aufweist, von deren Unterseite (5) sich mehrere Montagefortsätze (6) erstrecken, welche jeweils eine Kontur aufweisen, die im Wesentlichen entsprechenden Öffnungen (7) im Verdrahtungsträger (8) komplementär ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Montagefortsätze (6) eine Hakenform (61; 62) besitzen, um nach Einsetzen des Adapters (1) mit den Montagefortsätzen (6) in die Öffnungen (7) durch Verschiebung desselben in der Ebene des Verdrahtungsträgers (8) diesen zu untergreifen, wobei im Sockel (2) Durchbrüche ausgebildet sind, deren Abmessungen das Hindurchführen von Steckanschlüssen (9) des Steckmoduls (10) zum Verdrahtungsträger ermöglichen, weiterhin besagter Adapter (1) dazu geeignet ist nach Einsetzen des Steckmoduls (10) eine selbstsichernde Arretierung des Verbunds Adapter (1), Steckmodul (10) und Verdrahtungsträger (8) nebst elektrischer Kontaktierung zu ermöglichen, indem metallisierte Ausnehmungen (11) des Verdrahtungsträgers (8) entsprechend den Abmessungen der Steckanschlüsse (9) nach Einsetzen des Adapters (1) und dessen Verschiebung kongruent zu den Durchbrüchen im Sockel (2) befindlich anordenbar sind.
Adapter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen den Seitenwänden (3) der Kammer (4) und dem Steckmodul (10) Rastmittel vorhanden sind.
Adapter nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Rastmittel in den Seitenwänden (3) der Kammer (4) vorgesehene Öffnungen (13) umfassen, in welche jeweils eine Rastnase (14) des Steckmoduls (10) eingreift, wobei die jeweilige Rastnase (14) am Ende einer beweglichen Betätigungsfläche (15) befindlich ist und eine Einführschräge aufweist.
Adapter nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Seitenwände (3) im gesteckten Zustand des Steckmoduls (10) und nach erfolgter Verrastung desselben die Betätigungsfläche (15) überwiegend oder vollständig bedecken, um nichtlegitimierte Manipulationen oder ein Entfernen des Steckmoduls (10) auszuschließen.
Verwendung eines Adapters gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche zur lötfreien Montage und stoßstromfesten Verbindung von Steckmodulen auf bzw. mit Verdrahtungsträgern, insbesondere Leiterplatten.