EP3152771B1 - Vorrichtung zum thermischen auslösen oder abtrennen eines überspannungsschutzgerätes - Google Patents

Vorrichtung zum thermischen auslösen oder abtrennen eines überspannungsschutzgerätes Download PDF

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EP3152771B1
EP3152771B1 EP15727926.6A EP15727926A EP3152771B1 EP 3152771 B1 EP3152771 B1 EP 3152771B1 EP 15727926 A EP15727926 A EP 15727926A EP 3152771 B1 EP3152771 B1 EP 3152771B1
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EP
European Patent Office
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force
locking element
state
jaws
blocking element
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP15727926.6A
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English (en)
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EP3152771A1 (de
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Uwe Strangfeld
Stephan Hierl
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Dehn SE and Co KG
Original Assignee
Dehn and Soehne GmbH and Co KG
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Publication date
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H01H37/74—Switches in which only the opening movement or only the closing movement of a contact is effected by heating or cooling
    • H01H37/76—Contact member actuated by melting of fusible material, actuated due to burning of combustible material or due to explosion of explosive material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01C7/10—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
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    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
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    • H01T1/14—Means structurally associated with spark gap for protecting it against overload or for disconnecting it in case of failure
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    • H01H2037/768—Contact member actuated by melting of fusible material, actuated due to burning of combustible material or due to explosion of explosive material characterised by the composition of the fusible material

Definitions

  • the invention relates to a device for thermally triggering or separating an overvoltage protection device with a blocking element, on which a first force acts and which is fixed so that it dissolves when a limit temperature is exceeded; a slider which is locked in a first state by the fixed locking element and on which a second force acts to convert it to a second state when the locking element is released, according to the preamble of claim 1.
  • the DE 10 2006 037 551 B4 shows a locked separating device, wherein a movable solder preform is set by a prestressed spring under force, but this can not escape as long as a bolt blocks the path of movement. If the soldering bolt melts due to a thermal overload caused, for example, by a high current, the solder preform moves, and thus a slide, so that a circuit is closed which, for example, emits a warning signal.
  • the DE 10 2010 061 110 A1 also discloses a thermal severing device, wherein a first conductor portion is galvanically coupled to a second conductor portion via a thermally releasable contact. If the temperature is too high, the contact point is released and the first conductor section is conveyed by an always acting on him force in an insulating, so that between the two conductor sections no electrical connection is possible.
  • the DE 10 2005 045 778 A1 concerns a temperature fuse.
  • Two conductor sections are connected via a third conductor section. If too high a temperature, this conductor section is moved by an actuated bolt so that it no longer acts as a connecting element between the other two conductor sections and interrupts a closed circuit over the conductor sections.
  • a controller compares a sensor detected temperature with a predetermined limit temperature and triggers a movement of the bolt when the limit temperature is exceeded.
  • an active solution with a controller and a sensor can also be a passive solution realized by a biased spring or flexure, in which a relaxation movement is blocked by a mechanical fuse.
  • the mechanical fuse dissolves when a limit temperature is exceeded, whereby the relaxation movement of the spring or bending element conveys the connecting element from the conductor section and thus interrupts the circuit.
  • WO 2013/066538 A1 DE 20 2014 002496 U1 and EP 2355 274 A1 relevant surge protection devices with thermally triggered and / or biased switching devices.
  • Disadvantages of the prior art are, in particular, high costs, susceptibility to maintenance and the lack of robustness of active solutions. Passive solutions, however, are affected by unnecessarily high forces acting on the locking elements, because at the same time the interruption by the forces and a further effect, such as a movement of a slide, a switching contact or the like to be performed. This can lead to a "creeping release" of the separator before any relevant thermal overload has occurred.
  • the object of the present invention is to provide a further developed device for the thermal release or disconnection of an overvoltage protection device, which provides sufficient mechanical forces for actuating a display, a switching contact or the like.
  • the blocking element is fixed to the device.
  • the fixation has a sufficient function up to a limit temperature, whereby the blocking element remains firmly in its position up to this limit temperature. If this limit temperature is exceeded, the fixation loses its function, so that the blocking element can detach from its previously assumed position.
  • the device according to the invention comprises a slide which is indirectly blocked in a first state by the fixed blocking element.
  • On the slider acts a second force.
  • the second force translates the slider to a second condition when the locking member is released.
  • the device according to the invention has a holding device. This is connected to the slider, in particular releasably or firmly. By means of the holding device, the blocking element indirectly blocks the slide.
  • the holding device is designed such that the second force, which acts on the slider, essentially acts only frictionally and not in the direction of movement of the first force on the blocking element.
  • the blocking element z. B be closed an electrical circuit. This can be done in particular by the fact that the blocking element is designed electrically conductive. Additionally or alternatively, a circuit may be closed by the slider when it is in the first state. This circuit is preferably interrupted when the slider moves to the second state. In particular, this circuit may be interrupted in the second state.
  • the blocking element can also be an electrical component, for. B. a varistor or a gas arrester, which is fixed by soldering on a circuit board.
  • the basic idea of the invention is to decouple the locking element from the second, larger force required to move the slider and initiate an action. This is done by essentially no form-locking forces, which have their origin in the second force, act on the blocking element. Only the first force acts form-fitting, that is directly on the blocking element. The second force acts essentially alone frictionally, ie indirectly to the blocking element. Thereby, a negative effect of the second force on the fastener, for. B. Lot reduced for the blocking element. In particular, as a second force, which is necessary for the movement of the slide, a high force can be realized without thereby the blocking element is pressed long-term from its fixation and thereby the device is subject to a "creeping release".
  • the first force is generated by a preloaded spring.
  • This can in particular be a compression spring which only provides the force necessary for displacing the blocking element and there is no unnecessary excess of force.
  • the first force can be effected analogously to a tension spring. Additionally or alternatively, the first force can also be generated by a mass, whereby a gravitational force acts on the blocking element.
  • the second force may also be provided by a preloaded spring comprising a tension spring or a compression spring can be generated. Additionally or alternatively, this force can also be effected by a mass, in particular by the mass of the slider.
  • the holding device comprises at least two forceps-like, resilient jaws, which are supported in the first state against the fixed locking element and against an environment of the slider.
  • An environment in the sense of the invention may be in particular a housing or a housing intermediate wall of the device, or a device which is connected to the device according to the invention.
  • the jaws are elastically yielding, so that they return to their original state after a forced deformation. As a result, the retaining element can in particular be reused.
  • the jaws are preferably arranged such that normal forces acting on the blocking element are substantially compensated. This can be realized in particular by two opposing jaws. Also conceivable is a variant with three jaws which are each offset by 60 degrees, so that here also essentially no resultant force acts on the blocking element. According to the same principle, more jaws can preferably be arranged, which are even closer together. Preferably, one or more jaws may have a chamfered step which bears against the environment, in particular a housing or housing partition wall, such that the second force causes yielding of one or more jaws when they are no longer blocked by the released blocking element.
  • a yielding of one or more jaws is blocked in the first state, in that they are pressed by the stepping against the blocking element and there is essentially no room for yielding.
  • Effect gradation and blocking element that the larger, second force is dissipated to the environment and does not affect the fixation of the blocking element.
  • a gradation may be part of a groove which is supported against a corresponding cam of the environment.
  • a grading may be part of a cam which bears against a corresponding groove of the environment.
  • the holding device and / or the slider can be easily and accurately positioned during installation, in particular, without a subsequent shift takes place.
  • the temperature-dependent fixing of the blocking element is realized by a solder joint.
  • an electrical component can be connected directly via the fixing of the blocking element.
  • this circuit can be interrupted when the fixation dissolves due to thermal overload.
  • this circuit can not be interrupted by solving the fixation, but preferably only after the blocking element is moved by the first force.
  • the fixation can be realized by a temperature-dependent adhesive.
  • the fixation in particular in addition, be realized by a wax compound.
  • the device has a wedge surface which raises the blocking element relative to its surroundings to which it is fixed in the first state when it is pressed against the wedge during the transition to the second state.
  • the wedge is collinear with the first force which displaces the blocking element.
  • the locking element can be released faster and / or more effectively from the fixation, if a thermal overload has been preceded.
  • an electrical connection is separated more securely, when an electrical circuit is closed in the first state via the blocking element, in particular by a soldering fixation.
  • the wedge can counteract arcing when the blocking element is quickly removed from the existing electrical potential.
  • the element which generates the first force that is to say in particular a spring used for this purpose, is supported on the slide.
  • the force-generating elements can be arranged so that the first force and the second force are parallel, in particular collinear, to each other.
  • the device has a display surface which signals the respective state (first state, second state) of the slider.
  • the display surface may in particular be arranged fixedly or detachably on the slide.
  • the device has a telecommunication device which signals the respective state (first state, further state) of the device.
  • the telecommunications device is directly connected to the slide and / or is triggered by this.
  • the telecommunication device is configured to close or interrupt a circuit, so that according to a variant of the circuit is interrupted in the first state and is closed in the second state. As a result, active switching to a second state can be realized. Additionally or alternatively, it is also possible that a circuit is closed by the telecommunication device in a first state and interrupted in a second state.
  • the blocking element and / or the holding device is friction-reduced coated.
  • the holding device are reduced via the blocking element generated by the second force frictional forces.
  • an even more extensive decoupling of the second force from the blocking element is possible, so that essentially only the first force acts on the blocking element and rapid removal of the blocking element from the jaws is provided.
  • the contact area between the blocking element and holding device is small.
  • one or more jaws of the holding device can be designed such that it essentially rests on the blocking element only at one point.
  • the blocking element may be designed so that the holding device can essentially rest only at one point.
  • the blocking element may be wedge-shaped or cone-shaped, so that the transition to the second state, after a first displacement, the blocking element snaps out of its fixation.
  • the holding device, in particular one or more jaws be chamfered so that after a first displacement in the transition to the second state, the power decoupling is canceled and the blocking element is additionally accelerated by the second force.
  • Fig. 1 shows a device for thermally triggering or disconnecting an overvoltage protection device with a display surface and slide (S1) in the first state (Z1). On this a force (F2) is applied by a spiral spring.
  • the coil spring is supported on a housing (G), in which the slide (S1) is mounted.
  • the coil spring serves as a force storage, wherein the force (F2) is correspondingly high to move the slider (S1).
  • the slider (S1) has a holding device, which is realized by two opposing jaws (B).
  • a blocking element (A1), z. B. in the form of a varistor fixed On a circuit board (L) is further a blocking element (A1), z. B. in the form of a varistor fixed.
  • the fixing takes place via soldering connections, not shown, on two metallic conductor tracks (R) which hold and contact the blocking element (A1) at the front and at the back.
  • the jaws (B) of the holding device (H1) are designed yielding, in particular consisting of a flexible plastic material. Furthermore, the jaws (B) each have an outwardly oriented groove. These are there to take in each case a cam (H2), which are realized as part of the housing (G).
  • the second force (F2) pushes the slider (S1) in the direction of the locking element (A1).
  • This force is redirected to the jaws (B) so that they are pressed inwards.
  • the opposing jaws (B) compensate for the normal forces which are applied to the holding device (H1) via the jaws (B) by the second force (F2).
  • the resulting normal force on the blocking element (A1) disappears.
  • the second force (F2) is thus decoupled from a direct effect on the blocking element (A1) in the first state.
  • Fig. 2 shows the device for thermally triggering a surge protection device Fig. 1 ,
  • the fixation of the blocking element (A1) has been achieved by exceeding a threshold temperature and the device is in the second state (Z2) on.
  • a spring Between the jaws (B) is a spring, which is supported on the slide (S1) and in a prestressed state directly exerts a first force (F1) on the blocking element (A1). This force leads to an acceleration of the locking element (A1), when this is released from the fixation.
  • the spring is dimensioned and the first force (F1) on the locking element (A1) just to be dimensioned so that the intended effect, namely the acceleration of the locking element (A1) after release of the fixation, occurs.
  • Fig. 3 shows the device after Fig.1 and 2 , wherein the state transition is in a second phase.
  • the first force (F1) the locking element (A1) was pushed out of the jaws (B).
  • the jaws (B) of the holding devices can move inwards.
  • the second force (F2) the jaws (B) on the locking means, in particular pressed by the cams of the housing inward, so that the right side of the groove of the jaws (B) no longer blocks movement of the slider (S1).
  • the latching connection (H1) is thus overcome.
  • the second force (F2) accelerates the slider (S1) and thus also moves the display surface (A) to the left. This signals z. B. triggering the overvoltage protection device.
  • Figürlich left next to the fixation of the locking element (A1) is a web (S), which serves to lift the locking element (A1) of its fixation and in particular completely separate. This takes place in that the blocking element (A1) is pushed onto the web (S) by the first force (F1). This complete separation ensures that the electrical connection that takes place through the fixation is also completely interrupted and thus the closed circuit is also interrupted. In particular, this also excludes arcing.
  • Fig. 4 shows the device after Fig.1 . 2 and 3 in the second state (Z2).
  • the slider (S1) is fully moved to the left.
  • the flexible jaws (B) of the holding device (H1) are back in their original form.
  • the blocking element (A1) is accelerated away via the web (S) away from the fixing and the wiring carrier, in particular the live printed conductors (R).
  • the force (F2) has a supporting effect.
  • Fig. 5 shows a view of a practically realized embodiment of the invention with partially broken housing (G).
  • it is a device for overvoltage protection, wherein at least one varistor (V) is used as the overvoltage protection element.
  • This varistor (V) is located inside the housing (G).
  • the actual device for thermally triggering and separating the varistor (V) is also integrated in the housing (G).
  • the blocking element (A1) is also located in this embodiment on a printed circuit board (L) and is contacted there existing (not shown in the figure) conductor tracks or pads, in particular by soldering.
  • the slider (S1) is under the biasing force (F2).
  • a biasing force (F1) er Straendes means, in particular also a spring. This spring pushes with its left-hand end on a front side of the locking element (A1).
  • the force (F1) is less than the force (F2).
  • the elastic jaws (B) are prevented from moving towards each other by clamping on the blocking element (A1), at least as long as the blocking element (A1) is firmly connected to the printed circuit board (L). Upon reaching a limit temperature, this particular solder joint dissolves, and the blocking element is moved by means of the force (F1) from its original position in the direction of the wedge-like web (S) and lifted. As a result, the jaws (B) can now change to such a position that the snap-in connection (H1; H2) is released and the greater force (F2) on the slider (S1) enables it to move rapidly.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum thermischen Auslösen oder Abtrennen eines Überspannungsschutzgerätes mit einem Sperrelement, auf welches eine erste Kraft wirkt und welches so fixiert ist, dass es sich bei Überschreiten einer Grenztemperatur löst; einem Schieber, der in einem ersten Zustand durch das fixierte Sperrelement blockiert ist und auf den eine zweite Kraft wirkt, um diesen in einen zweiten Zustand zu überführen, wenn das Sperrelement gelöst ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Die DE 10 2006 037 551 B4 zeigt eine arretierte Abtrenneinrichtung, wobei ein bewegliches Lotformteil durch eine vorgespannte Feder unter Kraft gesetzt wird, dieser aber nicht ausweichen kann, solange ein Lotbolzen den Bewegungsweg blockiert. Schmilzt der Lotbolzen durch eine thermische Überlastung, die beispielsweise von einem hohen Strom verursacht wird, bewegt sich das Lotformteil und damit ein Schieber, so dass ein Stromkreis geschlossen wird, der beispielsweise ein Warnsignal ausgibt.
  • Die DE 10 2010 061 110 A1 offenbart ebenfalls eine thermische Abtrennvorrichtung, wobei ein erster Leiterabschnitt mit einem zweiten Leiterabschnitt über einen thermisch lösbaren Kontakt galvanisch gekoppelt ist. Bei zu hoher Temperatur löst sich die Kontaktstelle und der erste Leiterabschnitt wird durch eine ständig auf ihn wirkende Kraft in einen Isolierabschnitt befördert, so dass zwischen den beiden Leiterabschnitten keine elektrische Verbindung mehr möglich ist.
  • Die DE 10 2005 045 778 A1 betrifft eine Temperatursicherung. Zwei Leiterabschnitte werden über einen dritten Leiterabschnitt verbunden. Wenn eine zu hohe Temperatur vorliegt, wird dieser Leiterabschnitt durch einen aktuierten Bolzen so bewegt, dass er nicht mehr als Verbindungselement zwischen den beiden anderen Leiterabschnitten wirkt und einen über die Leiterabschnitte geschlossenen Stromkreis unterbricht. Eine Steuerung vergleicht eine sensorisch erfasste Temperatur mit einer vorgegebenen Grenztemperatur und löst eine Bewegung des Bolzens aus, wenn die Grenztemperatur überschritten ist. Anstelle einer aktiven Lösung mit einer Steuerung und einem Sensor kann auch eine passive Lösung durch ein vorgespanntes Feder- oder Biegeelement realisiert sein, bei dem eine Entspannungsbewegung durch eine mechanische Sicherung blockiert ist. Die mechanische Sicherung löst sich bei Überschreiten einer Grenztemperatur, wodurch die Entspannungsbewegung des Feder- oder Biegeelementes das Verbindungselement aus dem Leiterabschnitt befördert und somit den Stromkreis unterbricht. Des Weiteren, offenbaren WO 2013/066538 A1 , DE 20 2014 002496 U1 und EP 2355 274 A1 relevante Überspannungsschutzgeräte mit thermisch auslösbaren und/oder vorgespannten Schalteinrichtungen. Nachteilig im Stand der Technik sind dabei insbesondere hohe Kosten, Wartungsanfälligkeit sowie mangelnde Robustheit aktiver Lösungen. Passive Lösungen dagegen sind dadurch beeinträchtigt, dass auf die Sperrelemente unnötig hohe Kräfte wirken, weil gleichzeitig zur Unterbrechung durch die Kräfte auch eine weitere Wirkung, z.B. eine Bewegung eines Schiebers, eines Schaltkontaktes oder dergleichen, durchgeführt werden soll. Dadurch kann es zu einer "schleichenden Auslösung" der Trennvorrichtung kommen bevor überhaupt eine relevante thermische Überlastung aufgetreten ist.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine weiterentwickelte Vorrichtung zum thermischen Auslösen oder Abtrennen eines Überspannungsschutzgerätes anzugeben, welche ausreichende mechanische Kräfte zur Betätigung einer Anzeige, eines Schaltkontaktes oder dergleichen bereitstellt.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum thermischen Auslösen eines Schiebers eines Überspannungsschutzgerätes gemäß Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen mindestens bevorzugte Weiterbildungen.
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum thermischen Auslösen eines Überspannungsschutzgerätes umfasst ein Sperrelement. Das Sperrelement ist an der Vorrichtung fixiert. Die Fixierung weist bis zu einer Grenztemperatur eine hinreichende Funktion auf, wodurch das Sperrelement bis zu dieser Grenztemperatur fest an seiner Position verbleibt. Bei Überschreiten dieser Grenztemperatur verliert die Fixierung ihre Funktion, so dass sich das Sperrelement von seiner zuvor eingenommenen Position lösen kann. Auf das Sperrelement wirkt im fixierten Zustand eine erste Kraft. Diese Kraft bewirkt lediglich, dass das Sperrelement sich aus seiner ursprünglichen Position bewegt, nachdem die Fixierung wegen einer zu hohen Temperatur funktionslos geworden ist.
  • Des Weiteren umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Schieber, der in einem ersten Zustand durch das fixierte Sperrelement mittelbar blockiert ist. Auf den Schieber wirkt eine zweite Kraft. Die zweite Kraft überführt den Schieber in einen zweiten Zustand, wenn das Sperrelement gelöst ist.
  • Außerdem weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Halteeinrichtung auf. Diese ist mit dem Schieber, insbesondere lösbar oder fest, verbunden. Durch die Halteeinrichtung blockiert das Sperrelement mittelbar den Schieber. Die Halteeinrichtung ist so gestaltet, dass die zweite Kraft, die auf den Schieber wirkt, im Wesentlichen nur reibschlüssig und nicht in Bewegungsrichtung der ersten Kraft auf das Sperrelement wirkt.
  • Durch das Sperrelement kann z. B. ein elektrischer Stromkreis geschlossen sein. Dies kann insbesondere dadurch erfolgen, dass das Sperrelement elektrisch leitend ausgestaltet ist. Zusätzlich oder alternativ kann durch den Schieber ein Stromkreis geschlossen sein, wenn dieser sich im ersten Zustand befindet. Dieser Stromkreis wird vorzugsweise unterbrochen, wenn der Schieber sich in den zweiten Zustand bewegt. Insbesondere kann dieser Stromkreis im zweiten Zustand unterbrochen sein. Das Sperrelement kann auch ein elektrisches Bauteil, z. B. ein Varistor oder ein Gasableiter sein, das durch Löten auf einer Leiterplatte fixiert ist.
  • Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, das Sperrelement von der zweiten, größeren Kraft, die erforderlich ist, um den Schieber zu bewegen und eine Aktion auszulösen, zu entkoppeln. Dies erfolgt dadurch, dass im Wesentlichen keine formschlüssigen Kräfte, die ihren Ursprung in der zweiten Kraft haben, auf das Sperrelement wirken. Nur die erste Kraft, wirkt formschlüssig, also direkt auf das Sperrelement. Die zweite Kraft wirkt im Wesentlichen allein reibschlüssig, also indirekt auf das Sperrelement. Dadurch wird eine negative Auswirkung der zweiten Kraft auf das Befestigungsmittel, z. B. Lot für das Sperrelement vermindert. Insbesondere kann als zweite Kraft, die zur Bewegung des Schiebers notwendig ist, eine hohe Kraft realisiert werden, ohne dass dadurch das Sperrelement langfristig aus seiner Fixierung gedrückt wird und dadurch die Vorrichtung einer "schleichenden Auslösung" unterliegt.
  • In einer Ausführungsform wird nach einem ersten Aspekt die erste Kraft durch eine vorgespannte Feder erzeugt. Diese kann insbesondere eine Druckfeder sein, welche nur die zur Verschiebung des Sperrelements notwendige Kraft bereitstellt und kein unnötiger Kraftüberschuss vorliegt. Die erste Kraft kann analog dazu auch durch eine Zugfeder bewirkt werden. Zusätzlich oder alternativ kann die erste Kraft auch durch eine Masse erzeugt werden, wodurch eine Gravitationskraft auf das Sperrelement wirkt. Nach einem zweiten Aspekt dieser Ausführungsform kann auch die zweite Kraft durch eine vorgespannte Feder, die eine Zugfeder oder eine Druckfeder sein kann, erzeugt werden. Zusätzlich oder alternativ kann diese Kraft auch durch eine Masse bewirkt werden, insbesondere durch die Masse des Schiebers.
  • In einer Ausführungsform umfasst die Halteeinrichtung wenigstens zwei zangenartige, nachgiebige Backen, die sich im ersten Zustand gegen das fixierte Sperrelement und gegen eine Umgebung des Schiebers abstützen. Eine Umgebung im Sinn der Erfindung kann dabei insbesondere ein Gehäuse oder eine Gehäusezwischenwand der Vorrichtung sein, oder einer Einrichtung, die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verbunden ist. Insbesondere sind die Backen elastisch nachgiebig ausgebildet, so dass diese nach einer erzwungen Verformung wieder in ihren ursprünglichen Zustand gelangen. Dadurch kann das Halteelement insbesondere wiederverwendet werden.
  • Vorzugsweise sind die Backen so angeordnet sind, dass sich auf das Sperrelement wirkende Normalkräfte im Wesentlichen kompensieren. Dies kann insbesondere durch zwei gegenüberliegende Backen realisiert werden. Denkbar ist auch eine Variante mit drei Backen die jeweils um 60 Grad versetzt sind, so dass auch hier im Wesentlichen keine resultierende Kraft auf das Sperrelement wirkt. Nach dem gleichen Prinzip können vorzugsweise auch mehr Backen angeordnet sein, die noch enger zusammenliegen. Vorzugsweise können eine oder mehrere Backen eine abgeschrägte Stufung aufweisen, die sich gegen die Umgebung, insbesondere ein Gehäuse oder eine Gehäusetrennwand, so abstützen, dass die zweite Kraft ein Nachgeben einer oder mehrerer Backen bewirkt, wenn diese nicht mehr durch das gelöste Sperrelement blockiert sind. Insbesondere ist im ersten Zustand ein Nachgeben einer oder mehrerer Backen blockiert, dadurch dass diese durch die Stufung gegen das Sperrelement gedrückt werden und im Wesentlichen kein Raum zum Nachgeben besteht. Stufung und Sperrelement bewirken, dass die größere, zweite Kraft zur Umgebung abgeleitet wird und nicht die Fixierung des Sperrelementes beeinträchtigt.
  • Vorzugsweise kann eine Stufung Teil einer Nut sein, die sich gegen eine entsprechende Nocke der Umgebung abstützt. Alternativ kann eine Stufung Teil einer Nocke sein, die sich gegen eine entsprechende Nut der Umgebung abstützt. Insbesondere kann durch eine Nut-Nocken-Verbindung die Halteeinrichtung und/oder der Schieber beim Einbau einfach und genau positioniert werden, insbesondere, ohne dass eine nachträgliche Verschiebung stattfindet.
  • In einer Ausführungsform ist die temperaturabhängige Fixierung des Sperrelements durch eine Lötverbindung realisiert. Dadurch kann direkt über die Fixierung des Sperrelements ein elektrisches Bauelement angeschlossen werden. Insbesondere kann dieser Stromkreis unterbrochen werden, wenn die Fixierung sich wegen einer thermischen Überlastung löst. Alternativ kann dieser Stromkreis durch Lösung der Fixierung nicht unterbrochen sein, sondern vorzugsweise erst, nachdem das Sperrelement durch die erste Kraft bewegt wird. Zusätzlich oder alternativ kann die Fixierung durch ein temperaturabhängiges Klebemittel realisiert werden. In einer Variante kann die Fixierung, insbesondere zusätzlich, durch eine Wachsverbindung realisiert sein.
  • In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Keilfläche auf, welche das Sperrelement relativ zu seiner Umgebung, an der dieses im ersten Zustand fixiert ist, anhebt, wenn es beim Übergang in den zweiten Zustand gegen den Keil gedrückt wird. Insbesondere befindet sich der Keil kollinear zur ersten Kraft, welche das Sperrelement verschiebt. Dadurch kann insbesondere das Sperrelement schneller und/oder effektiver von der Fixierung gelöst werden, wenn eine thermische Überlastung vorausgegangen ist. Außerdem wird vorzugsweise eine elektrische Verbindung sicherer getrennt, wenn über das Sperrelement, insbesondere durch eine Lötfixierung, im ersten Zustand ein elektrischer Stromkreis geschlossen ist. Insbesondere kann der Keil einer Lichtbogenbildung entgegen wirken, wenn das Sperrelement schnell vom vorhandenen elektrischen Potential entfernt wird.
  • In einer Ausführungsform stützt sich das Element, welches die erste Kraft erzeugt, also insbesondere eine dafür verwendete Feder, am Schieber ab. Zusätzlich oder alternativ können die krafterzeugenden Elemente so angeordnet sein, das die erste Kraft und die zweite Kraft parallel, insbesondere kollinear, zu einander sind. Dadurch kann eine kompakte und/oder modulare Bauweise der Vorrichtung realisiert werden.
  • In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Anzeigefläche auf, die den jeweiligen Zustand (erster Zustand, zweiter Zustand) des Schiebers signalisiert. Die Anzeigefläche kann insbesondere fest oder lösbar am Schieber angeordnet sein.
  • In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Fernmeldeeinrichtung auf, die den jeweiligen Zustand (erster Zustand, weiter Zustand) der Vorrichtung signalisiert. Insbesondere ist die Fernmeldeeinrichtung direkt mit dem Schieber verbunden und/oder wird durch diesen ausgelöst. Vorzugsweise ist die Fernmeldeeinrichtung zum Schließen oder Unterbrechen eines Stromkreises eingerichtet, so dass nach einer Variante der Stromkreis im ersten Zustand unterbrochen ist und im zweiten Zustand geschlossen ist. Dadurch kann aktiv ein Umschalten in einen zweiten Zustand realisiert werden. Zusätzlich oder alternativ ist es auch möglich, dass durch die Fernmeldeeinrichtung in einem ersten Zustand ein Stromkreis geschlossen ist und in einem zweiten Zustand unterbrochen.
  • In einer Ausführungsform ist das Sperrelement und/oder die Halteeinrichtung reibungsmindernd beschichtet. Dadurch können insbesondere die durch die Halteeinrichtung, über das Sperrelement durch die zweite Kraft erzeugten Reibungskräfte gemindert werden. Insbesondere ist damit eine noch umfassendere Entkopplung der zweiten Kraft vom Sperrelement möglich, so dass im Wesentlichen nur die erste Kraft auf das Sperrelement wirkt und ein schnelles Herausbewegen des Sperrelementes aus den Backen gegeben ist.
  • Nach einer Ausführungsform ist die Kontaktfläche zwischen Sperrelement und Halteeinrichtung klein. Insbesondere kann eine oder mehrere Backen der Halteeinrichtung so gestaltet sein, dass sie im Wesentlichen nur in einem Punkt auf dem Sperrelement aufliegt. Zusätzlich oder alternativ kann auch das Sperrelement so gestaltet sein, dass die Halteeinrichtung im Wesentlichen nur an einem Punkt aufliegen kann. Bevorzugt kann das Sperrelement keil- oder kegelförmig geformt sein, so dass beim Übergang in den zweiten Zustand, nach einer ersten Verrückung, das Sperrelement aus seiner Fixierung herausschnellt. Insbesondere kann auch die Halteeinrichtung, insbesondere eine oder mehrere Backen, so angefast sein, dass nach einer ersten Verrückung beim Übergang in den zweiten Zustand, die Kraftentkopplung aufgehoben wird und das Sperrelement durch die zweite Kraft zusätzlich beschleunigt wird.
  • Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele können in weiteren, nicht dargestellten Ausführungsformen vorteilhaft miteinander kombiniert werden. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
    • Fig. 1:
    eine erfindungsgemäße Ausführungsform in einem ersten Zustand;
    Fig. 2:
    eine erfindungsgemäße Ausführungsform mit einem gelösten Sperrelement;
    Fig. 3:
    eine erfindungsgemäße Ausführungsform beim Übergang in den zweiten Zustand;
    Fig. 4:
    eine erfindungsgemäße Ausführungsform in einem zweiten Zustand und
    Fig. 5:
    eine praktisch realisierte Ausführungsform der Erfindung.
  • Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zum thermischen Auslösen oder Abtrennen eines Überspannungsschutzgerätes mit einer Anzeigefläche und Schieber (S1) im ersten Zustand (Z1). Auf diesen wird durch eine Spiralfeder eine Kraft (F2) aufgebracht. Die Spiralfeder stützt sich dazu an einem Gehäuse (G) ab, in dem der Schieber (S1) gelagert ist. Die Spiralfeder dient dabei als Kraftspeicher, wobei die Kraft (F2) entsprechend hoch ist, um den Schieber (S1) zu bewegen. Der Schieber (S1) weist eine Halteeinrichtung auf, welche durch zwei gegenüberliegende Backen (B) realisiert ist.
  • An einer Leiterplatte (L) ist des Weiteren ein Sperrelement (A1), z. B. in Form eines Varistors, fixiert. Die Fixierung erfolgt über nicht dargestellte Lötverbindungen an zwei metallischen Leiterzügen (R), die das Sperrelement (A1) vorne und hinten halten und kontaktieren.
  • Die Backen (B) der Halteeinrichtung (H1) sind nachgiebig ausgestaltet, insbesondere aus einem flexiblen Kunststoffmaterial bestehend. Weiterhin weisen die Backen (B) jeweils eine nach außen orientierte Nut auf. Diese sind dazu da, jeweils einen Nocken (H2) aufzunehmen, die als Teil des Gehäuses (G) realisiert sind. Durch die zweite Kraft (F2) wird der Schieber (S1) in Richtung des Sperrelements (A1) gedrückt. Durch die Nocken (H2), welche in die Nut der Backen (B) eingreifen, wird diese Kraft auf die Backen (B) so umgeleitet, dass diese nach innen gedrückt werden.
  • Ein Ausweichen der Backen (B) nach innen wird allerdings durch das Sperrelement (A1) verhindert, welches zwischen den Enden der Backen (B) angeordnet ist. Dadurch wird eine Bewegung der Backen (B) zueinander verhindert und damit auch eine Bewegung des Schiebers (S1). In diesem ersten Zustand, in dem das Sperrelement (A1) fest am Verdrahtungsträger fixiert ist, verhindert das Sperrelement (A1) eine Bewegung der Backen (B) des Schiebers zueinander. Die Zangen der Backen können also nicht zusammengedrückt werden. Eine Bewegung des Schiebers ist durch die Rastverbindung (H1;H2) ausgeschlossen.
  • Durch die gegenüber angeordneten Backen (B) kompensieren sich die Normalkräfte, die über die Backen (B) durch die zweite Kraft (F2) auf die Halteeinrichtung (H1) aufgebracht werden. Dadurch ergibt sich, dass die resultierende Normalkraft auf das Sperrelement (A1) verschwindet. Die zweite Kraft (F2) ist somit von einer direkten Wirkung auf das Sperrelement (A1) im ersten Zustand entkoppelt.
  • Fig. 2 zeigt die Vorrichtung zum thermischen Auslösen eines Überspannungsschutzgerätes aus Fig. 1. Dabei hat sich die Fixierung des Sperrelements (A1) durch Überschreiten einer Grenztemperatur gelöst und die Vorrichtung geht in den zweiten Zustand (Z2) über.
  • Zwischen den Backen (B) befindet sich eine Feder, die sich am Schieber (S1) abstützt und in einem vorgespannten Zustand direkt eine erste Kraft (F1) auf das Sperrelement (A1) ausübt. Diese Kraft führt zu einer Beschleunigung des Sperrelements (A1), wenn dieses von der Fixierung gelöst ist. Die Feder ist so dimensioniert und die erste Kraft (F1) auf das Sperrelement (A1) gerade so zu bemessen, dass die beabsichtigte Wirkung, nämlich die Beschleunigung des Sperrelements (A1) nach dem Lösen der Fixierung, eintritt.
  • Fig. 3 zeigt die Vorrichtung nach Fig.1 und 2, wobei der Zustandsübergang in einer zweiten Phase ist. Durch die erste Kraft (F1) wurde das Sperrelement (A1) aus den Backen (B) herausgedrückt. Dadurch können sich die Backen (B) der Halteeinrichtungen nach innen bewegen. Durch die zweite Kraft (F2) werden die Backen (B) über die Rastmittel, insbesondere durch die Nocken des Gehäuses nach Innen gedrückt, so dass die rechte Seite der Nut der Backen (B) eine Bewegung des Schiebers (S1) nicht mehr blockiert. Die Rastverbindung (H1) ist somit überwunden. Die zweite Kraft (F2) beschleunigt den Schieber (S1) und bewegt somit auch die Anzeigefläche (A) nach links. Dies signalisiert z. B. ein Auslösen des Überspannungsschutzgerätes.
  • Figürlich links neben der Fixierung des Sperrelements (A1) befindet sich ein Steg (S), der dazu dient das Sperrelement (A1) von seiner Fixierung abzuheben und insbesondere vollständig zu trennen. Dies erfolgt dadurch, dass das Sperrelement (A1) durch die erste Kraft (F1) auf den Steg (S) geschoben wird. Durch diese vollständige Trennung wird sichergestellt, dass die elektrische Verbindung, die durch die Fixierung erfolgt, auch vollständig unterbrochen ist und somit der dadurch geschlossene Stromkreis ebenfalls unterbrochen ist. Insbesondere ist damit auch eine Lichtbogenbildung ausgeschlossen.
  • Fig. 4 zeigt die Vorrichtung nach Fig.1, 2 und 3 im zweiten Zustand (Z2). Der Schieber (S1) ist vollständig nach links bewegt. Die flexiblen Backen (B) der Halteeinrichtung (H1) sind wieder in ihrer Ausgangsform. Das Sperrelement (A1) wird über den Steg (S) von der Fixierung und dem Verdrahtungsträger, insbesondere den unter Spannung stehenden Leiterbahnen (R), wegbeschleunigt. Die Kraft (F2) wirkt hierbei unterstützend.
  • Fig. 5 zeigt eine Ansicht einer praktisch realisierten Ausführungsform der Erfindung mit teilweggebrochenem Gehäuse (G). Bei dieser Ausführungsform handelt es sich um eine Vorrichtung zum Überspannungsschutz, wobei als Überspannungsschutzelement mindestens ein Varistor (V) eingesetzt ist. Dieser Varistor (V) befindet sich innerhalb des Gehäuses (G). Die eigentliche Vorrichtung zum thermischen Auslösen und Abtrennen des Varistors (V) ist ebenfalls im Gehäuse (G) integriert.
  • Das Sperrelement (A1) befindet sich auch bei dieser Ausführungsform auf einer Leiterplatte (L) und ist mit dort vorhandenen (in der Figur nicht gezeigten) Leiterzügen bzw. Anschlussflächen, insbesondere durch Löten kontaktiert. Der Schieber (S1) steht unter der Vorspannungskraft (F2). Innerhalb des Schiebers (S1) befindet sich ein weiteres, eine Vorspannkraft (F1) erzeigendes Mittel, insbesondere ebenfalls eine Feder. Diese Feder drückt mit ihrem linksseitigen Ende auf eine Stirnseite des Sperrelementes (A1). Die Kraft (F1) ist kleiner als die Kraft (F2).
  • Die elastischen Backen (B) sind an einer zueinander gerichteten Bewegung durch Klemmung am Sperrelement (A1) gehindert, zumindest solange, wie das Sperrelement (A1) fest mit der Leiterplatte (L) verbunden ist. Beim Erreichen einer Grenztemperatur löst sich diese insbesondere Lötverbindung, und das Sperrelement wird mit Hilfe der Kraft (F1) aus seiner ursprünglichen Lage in Richtung des keilartigen Steges (S) bewegt und abgehoben. Infolgedessen können sich die Backen (B) nun in eine solche Position verändern, dass die Rastverbindung (H1;H2) aufgehoben wird und die größere Kraft (F2) auf den Schieber (S1) ein zügiges Bewegen dieses ermöglicht.
    • Bezugszeichen:
    • S1
    - Schieber
    A1
    - Sperrelement
    H1;H2
    - Rastverbindung
    F1
    - erste Kraft
    F2
    - zweite Kraft
    A
    - Anzeigefläche
    R
    - Leiterbahn; Anschlussfläche
    G
    - Gehäuse
    B
    - Backen
    S
    - Steg
    Z1
    - erster Zustand
    Z2
    - zweiter Zustand
    V
    - Varistor

Claims (4)

  1. Vorrichtung zum thermischen Auslösen oder Abtrennen eines Überspannungsschutzgerätes mit:
    - einem Sperrelement (A1), auf welches eine erste Kraft (F1) wirkt und welches an der Vorrichtung so fixiert ist, dass es sich bei Überschreiten einer Grenztemperatur löst, wobei die temperaturabhängige Fixierung des Sperrelements (A1) durch eine Lötverbindung, ein Klebemittel und/oder durch eine Wachsverbindung realisiert ist;
    - einem Schieber (S1), der in einem ersten Zustand (Z1) durch das fixierte Sperrelement (A1) blockiert ist und auf den eine zweite Kraft wirkt (F2), um diesen in einen zweiten Zustand (Z2) zu überführen, wenn das Sperrelement (A1) gelöst ist;
    gekennzeichnet durch,
    eine mit dem Schieber (S1) verbundene Rast-Halteeinrichtung (H1), durch die das als elektrisches Bauteil ausgebildete, auf einer Leiterplatte fixierte Sperrelement (A1) den Schieber mittelbar blockiert und durch welche die zweite Kraft (F2) nur als Teilkraftkomponente, reibschlüssig klemmend auf das Sperrelement (A1) wirkt, wobei die Rast-Halteeinrichtung (H1) wenigstens zwei elastische, nachgiebige Backen (B) aufweist, die sich im ersten Zustand (Z1) gegen das fixierte Sperrelement (A1) und gegen eine Umgebung (G) des Schiebers (S1) abstützen, weiterhin die Backen (B) jeweils eine nach außen orientierte Nut aufweisen, um jeweils einen Nocken (H2) aufzunehmen, wobei durch die Nocken (H2) die zweite Kraft (F2) auf die Backen (B) umgeleitet wird, um die Backen (B) noch innen zu drücken.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die erste Kraft (F1) und/oder die zweite Kraft (F2) durch eine vorgespannte Feder und/oder durch eine Masse bewirkt ist.
  3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Keilsteg (S), welcher das Sperrelement (A1) relativ zu seiner Umgebung (G), an der dieses im ersten Zustand (Z1) fixiert ist, anhebt, wenn es beim Übergang in den zweiten Zustand (Z2) gegen den Keilsteg (S) gedrückt wird.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die krafterzeugenden Elemente so angeordnet sind, das die erste Kraft (F1) und die zweite Kraft (F2) parallel zu einander gerichtet sind und F1 ≤ F2 ist.
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