LU508460B1 - Überlastschutzanordnung zum Schutz von elektrischen Bauelementen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Überlastschutzanordnung (1) zum Schutz von elektrischen Bauelementen (2), mit mindestens zwei elektrischen Bauelementen (2), mit einem Träger (3), der mehrere Anschlusselemente (31) zum Anschluss der elektrischen Bauelemente (2) aufweist, und mit mindestens einen Aktor (4), wobei die Überlastschutzanordnung (1) sich dadurch auszeichnet, dass mindestens ein Abtrennelement (6) verschiebbar am Träger (3) angeordnet ist, dass das Abtrennelement (6) durch einen Aktor (4) mit einer Kraft (F) beaufschlagt ist, sodass das Abtrennelement (6) durch den Aktor (4) aus einer ersten Position in eine zweite Position verbringbar ist, und dass das Abtrennelement (6) derart mit zwei elektrischen Bauelementen (2) zusammenwirkt, dass die zwei elektrischen Bauelemente (2) bei einer thermischen Überbelastung durch das Abtrennelement (6) in ihre zweite Position verbringbar sind.

Description

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Überlastschutzanordnung zum Schutz von elektrischen Bauelementen

Die Erfindung betrifft eine Überlastungsschutzanordnung zum Schutz von elektrischen Bauelementen, mit mindestens zwei elektrischen Bauelementen, mit einem Träger, der mehrere Anschlusselemente zum Anschluss der elektri- schen Bauelemente aufweist, und mit mindestens einen Aktor gemäß dem

Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei der Uberlastschutzanordnung sind die elektrischen Bauelemente jeweils in einer ersten Position über eine thermisch erweichbare Fixierung so an dem

Träger fixiert, dass die Anschlüsse der elektrischen Bauelemente die zugeord- neten Anschlusselemente des Trägers kontaktieren. Bei einer thermischen

Überlastung der elektrischen Bauelemente erweicht die thermisch erweich- bare Fixierung und die elektrischen Bauelemente werden durch die Kraft des

Aktors in eine zweite Position verbracht, in der der elektrische Kontakt der elektrischen Bauelemente mit den zugeordneten Anschlusselementen des Trä- gers unterbrochen ist. Die elektrischen Bauelemente sind in ihrer zweiten Po- sition somit elektrisch abgetrennt.

Elektrische Bauelemente dürfen in der Regel nur innerhalb eines bestimmten

Spannungsbereichs und mit einem bestimmten (maximalen) Strom, d. h. in- nerhalb eines Nennbetriebsbereichs betrieben werden. Die Überbeanspru- chung von elektrischen Bauelementen kann dazu führen, dass sie außerhalb ihres Nennbetriebsbereiches arbeiten. Der beispielsweise durch eine redu- zierte Bauteilisolationsfestigkeit hervorgerufene Leistungsumsatz an einem geschädigten Bauelement kann zu einer unzulässigen Erwärmung des Bauele- ments führen. Wird die unzulässige Erwärmung des Bauelementes nicht un- terbunden und eine weitere Erwärmung verhindert, so kann es zur vollständi- gen Zerstörung des Bauelements kommen. Dies kann zu einer Schädigung von das Bauelement umgebenden Materialien und Geräten, Entstehung von

Rauchgasen oder einer Brandgefahr führen. Daher ist es üblich, elektrischen

Bauelementen eine Temperatursicherungen zuzuordnen, um eine Abschaltung eines elektrischen Bauelements bei einer zu starken Erwärmung zu ermögli- chen.

Das Abschalten von überlasteten elektrischen Bauelementen wird insbeson- dere bei Überspannungsschutzanordnungen seit Jahren realisiert. Überspan- nungsschutzanordnungen werden seit Jahrzehnten in unterschiedlichen Aus- führungsvarianten zum Schutz von elektrischen Stromkreisen, Anlagen, Ma-

-2- LU508460 schinen und Geräten eingesetzt. Je nach Anwendungsfall und Schutzstufe wei- sen die Uberspannungsschutzanordnungen dabei unterschiedliche Überspan- nungsschutzelemente und unterschiedliche Bauformen auf. Als Überspan- nungsschutzelemente können sowohl überspannungsbegrenzende Bauele- mente wie Varistoren oder transiente Absorberdioden (TVS-Dioden) als auch überspannungsschaltende Bauelemente wie Funkenstrecken oder Gasableiter (GDT) sowie Kombinationen dieser Bauelemente eingesetzt werden. Bei Va- ristoren als Überspannungsschutzelementen ist es üblich, thermisch aktivier- bare Abschalteinrichtungen vorzusehen. Bei Gasableitern sind Lösungen be- kannt, die das Bauelement nach thermischer Überlastung kurzschlieBen und somit den Leistungsumsatz im überlasteten Gasableiter reduzieren.

Aus der DE 20 2011 110 007 U1 ist es bekannt, ein Überspannungsschutzbau- element, bei dem es sich insbesondere um einen Varistor handeln kann, auf einem Träger anzuordnen, wobei die beiden Anschlüsse des Varistors über je- weils eine thermosensitive Lotverbindung mit einem Anschlusselement auf dem Träger und darüber mit dem zu schützenden Stromkreis verbunden sind.

Durch eine thermische Überlastung des Varistors schmelzen die Lotverbin- dungen auf und der Varistor wird durch einen Aktor, bei dem es sich insbeson- dere um ein Federelement handelt, in eine zweite Position verbracht. In der zweiten Position sind die Anschlüsse des Varistors von den Anschlusselemen- ten auf dem Träger getrennt, sodass im Ergebnis der Varistor von dem Strom- kreis abgetrennt 1st.

Die DE 10 2016 209 365 B4 offenbart eine Abtrennvorrichtung für zwei elekt- ronische Bauelemente, die jeweils mit einer thermisch erweichbaren Fixie- rung, insbesondere einem Lot oder einem Kleber, auf einem Träger befestigt sind, wobei beiden elektronischen Bauelement jeweils eine Feder als Aktor zugeordnet ist. Wenn eine thermisch erreichbare Fixierung aufgrund einer un- zulässigen Erwärmung eines Bauelements erweicht, verschiebt die Feder das zugehörige elektronische Bauelement parallel zum Träger, sodass das Bauele- ment, bei dem es sich um einen Varistor, eine Diode oder einen gasgefüllten

Überspannungsableiter handeln kann, elektrisch abgetrennt wird.

Die DE 10 2019 114 424 A2 offenbart in einem Ausführungsbeispiel eine ein- gangs beschriebene Überlastschutzanordnung mit zwei Überspannungsschutz- elementen, die jeweils durch ein Federelement entlang eines Trägers verscho- ben werden, wenn eine thermisch erweichbare Fixierung aufgrund einer Er- wärmung des Überspannungsschutzelementes aufgetrennt hat. Dabei wird nur ein elektrischer Kontakt zwischen dem Überspannungsschutzelement und

-3- LU508460 dem zugeordneten Anschlusselement des Trägers getrennt, während der an- dere Kontakt über ein zweites Anschlusselement erhalten bleibt. Dazu ist das zweite Anschlusselement derart ausgebildet, dass es die Bewegung des Über- spannungsschutzelementes von der ersten Position in die zweite Position er- möglicht, indem es beispielsweise seine Form verändert. Dies hat den Vorteil, dass das Überspannungsschutzelement auch in der zweiten Position über das zweite Anschlusselement mit dem Träger mechanisch verbunden ist, sodass sich das Überspannungsschutzelement nach dem einseitigen Abtrennen nicht unkontrolliert in der Umgebung, beispielsweise in einem Gehäuse bewegt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Überlastschutzanordnung anzugeben, die besonders einfach ausgebildet ist. Dabei soll insbesondere eine temperaturabhängige Abtrennung von mehreren elektrischen Bauelementen möglichst einfach erfolgen.

Diese Aufgabe ist bei der Überlastschutzanordnung mit den Merkmalen des

Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Überlastschutzanordnung mindes- tens ein Abtrennelement aufweist, das verschiebbar am Träger angeordnet ist.

Das Abtrennelement ist durch einen Aktor mit einer Kraft beaufschlagt, sodass das Abtrennelement durch den Aktor aus einer ersten Position in eine zweite

Position verbringbar ist. Außerdem wirkt das Abtrennelement derart mit zwei elektrischen Bauelementen zusammen, dass die zwei elektrischen Bauele- mente bei einer thermischen Überbelastung durch das Abtrennelement in ihre zweite Position verbringbar sind, wenn die thermische Fixierung erweicht ist, sodass die elektrischen Bauelementen nicht mehr entgegen der Kraft des Ak- tors in ihrer ersten Position gehalten werden.

Durch die Verwendung des Abtrennelements kann die Kraft eines Aktors auf zwei elektrische Bauelemente übertragen werden, sodass zum Abtrennen von zwei elektrischen Bauelementen nicht zwei Aktoren, sondern nur ein Aktor benötigt wird. Bei dem Aktor kann es sich dabei insbesondere um ein Feder- element, vorzugsweise eine Druckfeder handeln, die das Abtrennelement zu- mindest in seiner ersten Position mit einer Kraft beaufschlagt. Ist als Aktor eine Druckfeder vorgesehen, so ist diese somit in der ersten Position des Ab- trennelements entgegen ihrer Federkraft ausgelenkt, d. h. zusammengedrückt, während die Druckfeder in der zweiten Position des Abtrennelements zumin- dest teilweise entspannt ist. Vorzugsweise sind das Abtrennelement und der

Aktor bzw. das Federelement so zueinander angeordnet, dass auch in der zwei- ten Position des Abtrennelements noch eine — zumindest geringe — Kraft auf das Abtrennelement wirkt, sodass das Abtrennelement sicher in seiner zweiten

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Position gehalten wird.

Eingangs ist ausgeführt, dass die Uberlastschutzanordnung neben einem Trä- ger mindestens zwei elektrische Bauelemente, mindestens einen Aktor und mindestens ein Abtrennelement aufweist. Grundsätzlich kann die Überlast- schutzanordnung dabei nur zwei elektrische Bauelemente, einen Aktor und ein

Abtrennelement aufweisen. Vorzugsweise ist jedoch vorgesehen, dass die

Überlastschutzanordnung n Aktoren, n Abtrennelemente und (2 x n) elektri- sche Bauelemente aufweist, wobei n > 2 ist. Die Überlastschutzanordnung weist somit bevorzugt zwei Aktoren, zwei Abtrennelemente und vier elektri- sche Bauelemente auf, wobei jeweils ein Aktor mit einem Abtrennelement und ein Abtrennelement mit zwei elektrischen Bauelementen zusammenwirkt.

Durch ein Abtrennelement wird somit gleichzeitig ein Paar elektrischer Bauele- mente abgetrennt, wenn die thermische Fixierung aufgrund einer unzulässigen

Erwärmung der beiden Bauelemente erweicht ist.

Bei den elektrischen Bauelementen, die bei einer unzulässigen Erwärmung durch das mindestens eine Abtrennelement abgetrennt werden, handelt es sich insbesondere um Überspannungsschutzelemente, wobei als Überspannungs- schutzelemente sowohl überspannungsbegrenzende Bauelemente wie Varisto- ren oder transiente Absorberdioden (TVS-Dioden) als auch überspannungs- schaltende Bauelemente wie Funkenstrecken oder Gasableiter (GDT) sowie

Kombinationen dieser Bauelemente eingesetzt werden können.

Als thermisch erweichbare Fixierung ist vorzugsweise ein Niedertemperatur- lot vorgesehen, das bei einer thermischen Überlastung des mit dem Lot in Be- rührung stehenden Bauelements ab einer bestimmten Temperatur schmilzt oder erweicht. Dabei sind vorzugsweise die Anschlüsse der einzelnen Bauele- mente in der ersten Position der Bauelemente, wenn die Bauelemente nicht überlastet sind, jeweils über eine solche Lotverbindung mit eine Anschlussele- ment auf dem Träger sowohl elektrisch als auch mechanisch verbunden. Al- ternativ dazu kann auch ein elektrisch leitfähiger Kleber zur Verbindung der

Anschlüsse der einzelnen Bauelemente mit den zugeordneten Anschlussele- ment auf dem Träger verwendet werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden elektrischen Bauelemente, die mit einem Abtrennelement zusammenwirken, auf die also die Kraft eines Aktors wirkt, thermisch gekoppelt. Dies führt dazu, dass bei einer thermischen Überlastung mindestens eines der beiden elektri- schen Bauelementes die thermisch erweichbare Fixierung beider elektrischer

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Bauelemente erweicht, sodass beide elektrischen Bauelemente in ihre zweite

Position verbracht werden können. Durch die thermische Kopplung der beiden elektrischen Bauelemente ist sichergestellt, dass ein thermisch überlastetes

Bauelement elektrisch abgetrennt wird, auch wenn das andere elektrische

Bauelement, das zusammen mit dem thermisch überlastetes Bauelement mit einem Abtrennelement zusammenwirkt, noch nicht überlastet ist.

Grundsätzlich ist es darüber hinaus auch möglich, dass die thermisch erweich- bare Fixierung nur der mechanischen Fixierung der Bauelemente auf dem Trä- ger und nicht gleichzeitig auch der elektrischen Verbindung der Bauelemente dient. In diesem Fall kann für ein Bauelement oder für ein Paar Bauelemente eine thermisch erweichbare Fixierung vorgesehen sein.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist der Träger insbesondere als Lei- terplatte ausgebildet, bei der die Anschlusselemente für die elektrischen Bau- elemente mit Leiterbahnen der Leiterplatte verbunden sind. Über die Leiter- bahnen der Leiterplatte können dann die elektrischen Bauelemente, insbeson- dere Überspannungsschutzelemente, mit dem zu schützenden Strom- oder

Signalpfad verbunden werden.

Damit die beiden elektrischen Bauelemente, die mit einem Abtrennelement zu- sammenwirken bzw. von dem Abtrennelement aus ihrer ersten Position in ihre zweite Position verschoben werden, nicht über das Abtrennelement miteinander elektrisch verbunden werden, besteht das Abtrennelement vorzugsweise aus ei- nem isolierenden Material oder weist isolierendes Material auf. Grundsätzlich ist es dabei ausreichend, wenn nur die Bereiche des Abtrennelements, die mit den elektrischen Bauelementen in Kontakt sind, aus isolierendem Material be- stehen. Alternativ kann das Abtrennelement auch aus zwei elektrisch leitenden

Bereichen bestehen, die jeweils mit einem elektrischen Bauelement in Kontakt sind, wobei die beiden elektrisch leitenden Bereiche durch einen Bereich aus

Kunststoff voneinander isoliert sind. Vorzugsweise besteht das Abtrennelement jedoch insgesamt aus einem isolierenden Material, sodass das Abtrennelement einfach herstellbar ist, beispielsweise durch Spritzgießen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Abtrennele- ment eine Aufnahme zumindest für das dem Abtrennelement zugewandte

Ende des Aktors auf. Die Aufnahme, die beispielsweise als Dom ausgebildet sein kann, dient dazu, den Aktor nach seiner Montage auf der Leiterplatte in der gewünschten Position zu halten. Durch die Aufnahme kann darüber hinaus

-6- LU508460 dafür gesorgt werden, dass der Aktor, insbesondere ein entsprechendes Fe- derelement, auch dann das Abtrennelement sicher kontaktiert, wenn das Ab- trennelement durch die Kraft des Aktors aus seiner ersten Position in seine zweite Position verschoben wird.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Abtrennelement einen Auflageabschnitt für zumindest einen Abschnitt des Aktors auf, sodass der Aktor zumindest teilweise auf dem Auflageabschnitt aufliegt. Dadurch kann sichergestellt werden, dass der Aktor die dem Aktor zugewandte Ober- fläche des Trägers auch dann nicht berührt, wenn das Abtrennelement durch die Kraft des Aktors aus seiner ersten Position in seine zweite Position ver- schoben wird. Durch diese Ausgestaltung des Abtrennelements kann insbe- sondere sichergestellt werden, dass ein Aktor nicht mit spannungsführenden

Abschnitten auf dem Träger, beispielsweise mit Leiterbahnen einer Leiter- platte, in Berührung kommt. Dadurch besteht die Möglichkeit, für den Aktor ein einfaches metallisches Federelement zu verwenden, ohne dass das Feder- element eine isolierende Umhüllung aufweisen muss.

Vorteilhafterweise ist das mindestens eine Abtrennelement derart ausgestaltet und angeordnet, dass durch das Abtrennelement eine Führung der zwei elektri- schen Bauelemente entlang der Oberfläche des Trägers aus ihrer ersten Posi- tion in ihre zweite Position erfolgt. Dazu bewegt sich vorzugsweise auch das

Abtrennelement selber im Wesentlichen parallel zur Oberfläche des Trägers, was aufgrund der Ausgestaltung des Abtrennelements zu einer entsprechenden

Bewegung der elektrischen Bauelemente parallel zur Oberfläche des Trägers führt. Hierzu kann an dem Abtrennelement mindestens ein Führungselement ausgebildet sein, dass mit einem korrespondierenden Führungselement am

Träger zusammenwirkt.

Das Abtrennelement ist dabei vorteilhafterweise zusätzlich so ausgestaltet und angeordnet, dass die beiden elektrischen Bauelemente nicht nur entlang einer vorbestimmten Strecke entlang der Oberfläche des Trägers aus ihrer ersten

Position in ihre zweite Position verschoben werden, sondern das Abtrennele- ment sorgt auch dafür, dass die beiden abgetrennten elektrischen Bauelemente in ihrer zweiten Position verbleiben. Dies kann beispielsweise dadurch er- reicht werden, dass die beiden abgetrennten elektrischen Bauelemente in ihrer zweiten Position von dem Abtrennelement gegen einen Anschlag oder ein an- deres Bauteil gedrückt werden, sodass sich die elektrischen Bauelemente nicht unkontrolliert in der Umgebung, beispielsweise in einem Gehäuse bewegen können.

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Um die zuvor beschriebene geführte Bewegung zweier elektrischer Bauele- mente zu realisieren, weist das Abtrennelement gemäß einer bevorzugten Aus- gestaltung auf der den beiden elektrischen Bauelementen zugewandten Seite zwei Anlageflächen für die beiden elektrischen Bauelemente auf. Die Anlage- flächen sind dabei mit ihren Abmessungen an die korrespondierende Stirn- oder Seitenfläche eines elektrischen Bauelements angepasst, sodass eine si- chere Anlage der elektrischen Bauelemente an den Anlageflächen des Trenn- elements gewährleistet ist. Die beiden Anlageflächen sind dabei vorzugsweise unter einem Winkel a > 180° zueinander angeordnet, sodass die beiden elektri- schen Bauelemente davon abgehalten werden, sich aufeinander zuzubewegen, wenn die Bauelemente aus ihrer ersten in ihre zweite Position verschoben wer- den. Außerdem können an den Anlageflächen Vertiefungen oder Stege ausge- bildet sein, durch die eine Bewegung der elektrischen Bauelemente senkrecht zur Bewegungsrichtung des Abtrennelements zusätzlich verhindert werden kann.

Alternativ oder zusätzlich kann auf der den beiden elektrischen Bauelementen zugewandten Seite des Abtrennelements ein Trennelement durch das die bei- den elektrischen Bauelemente auf Abstand gehalten werden, wenn sie aus ih- rer ersten Position in ihre zweite Position verbracht werden. Das Trennelement ist insbesondere zwischen den beiden Anlageflächen angeordnet und kann stegförmig oder stiftförmig ausgebildet sein. Durch die beiden zuvor beschrie- benen Ausgestaltungen des Abtrennelements, die jeweils einzeln oder auch zusammen realisiert sein können, wird sichergestellt, dass es nicht zu einer ungewollten Berührung der beiden elektrischen Bauelemente, insbesondere beim Verschieben von der ersten Position in die zweite Position kommt.

Bei einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung weist das Abtrennelement insgesamt eine im Wesentlichen U-förmige Grundform auf. Der U-Rücken ei- nes derartigen Abtrennelements ist dabei den beiden elektrischen Bauelemen- ten zugewandt, sodass an dem U-Rücken die Anlageflächen für die beiden

Bauelemente ausgebildet sind. Auf der den elektrischen Bauelementen abge- wandten Seite des U-Rückens erstrecken sich die beiden U-Schenkel von den elektrischen Bauelementen weg. Die U-Schenkel können als Führungsarme ausgebildet sein, die der Führung des Abtrennelements beim Verschieben aus seiner ersten Position in seine zweite Position dienen. Weist das Abtrennele- ment ein Trennelement auf, so ist dieses auf der den U-Schenkeln gegenüber- liegenden Seite des U-Rückens angeordnet und erstreckt sich zwischen die beiden elektrischen Bauelemente.

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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des zuvor beschriebenen

Abtrennelements sind die Abmessungen des Abtrennelements, insbesondere der Abstand zwischen den beiden Führungsarmen bzw. U-Schenkeln derart gewählt, dass der Aktor zumindest in der ersten Position des Abtrennelements zwischen den beiden Führungsarmen angeordnet ist. Eine derartige Ausgestal- tung des Abtrennelements und Anordnung des Aktors zwischen den beiden

Führungsarmen ermöglicht eine sehr kompakte Anordnung des Aktors und des

Trennelements auf dem Träger. Darüber ist es dadurch auch möglich, dass das

Abtrennelement mit seinen beiden Führungsarmen am Aktor bzw. an einer den

Aktor aufnehmende Halterung geführt wird, wodurch die Anzahl der benöti- gen Bauteile reduziert werden kann.

Wie zuvor ausgeführt worden ist, weist die erfindungsgemäße Überlastschutz- anordnung vorzugsweise nicht nur zwei elektrische Bauelemente, sondern mindestens vier elektrische Bauelemente auf, die paarweise angeordnet sind, sodass jeweils ein Paar von Bauelementen einem Abtrennelement zugeordnet ist. Außerdem weist die Überlastschutzanordnung, unabhängig von der Anzahl der elektrischen Bauelemente, vorzugsweise ein Gehäuse auf, in dem der Trä- ger mit den elektrischen Bauelementen, den Abtrennelementen und den Akto- ren zumindest teilweise angeordnet ist.

Insbesondere bei einer Überlastschutzanordnung mit zwei Aktoren, zwei Ab- trennelementen und vier elektrischen Bauelementen weist die Überlastschutz- anordnung gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung zusätzlich noch ein Anzeigeelement auf, durch dessen Position erkennbar ist, ob zumindest ein

Abtrennelement bzw. ein Paar von elektrischen Bauelementen in der ersten oder der zweiten Position angeordnet ist. Das Gehäuse weist dazu ein Sicht- fenster auf, durch das erkennbar ist, ob sich das Anzeigeelement in seiner ers- ten Position oder in seiner zweiten Position befindet.

Das zuvor genannte Anzeigeelement ist vorzugsweise als Schieber ausgebil- det, wobei das Anzeigeelement derart auf der den Abtrennelementen abge- wandten Seite der elektrischen Bauelemente angeordnet ist, dass das Anzei- geelement bzw. der Schieber aus einer ersten Position in eine zweite Position bewegt wird, wenn zumindest einer der zwei Abtrennelemente aufgrund einer thermischen Überlastung der zugeordneten beiden elektrischen Bauelemente in seine zweite Position verbracht wird.

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Bei dieser bevorzugten Ausgestaltung wird das Anzeigeelement somit durch die Kraft der Aktoren bewegt, die auch die Abtrennelemente mit der Kraft be- aufschlagen. Vorzugsweise erfolgt die Kraftübertragung dabei von einem Ak- tor über das zugeordnete Abtrennelement und die mit dem Abtrennelement zusammenwirkenden elektrischen Bauelemente. Grundsätzlich kann die

Kraftübertragung jedoch auch von einem Aktor über das zugeordnete Ab- trennelement direkt auch das Anzeigeelement erfolgen. Das Abtrennelement ist dann so ausgebildet, dass es sowohl mit den beiden zugeordneten elektri- schen Bauelementen als auch (direkt) mit dem Anzeigeelement in Berührung steht.

Im Einzelnen gibt es mehrere Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Überlast- schutzanordnung auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen auf die nachgeordneten Patentansprüche und die nachfolgende Beschreibung be- vorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung. In der

Zeichnung zeigen

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Überlastschutzanordnung mit zwei Ab- trennelementen in der ersten Position,

Fig. 2 die Uberlastschutzanordnung gemäß Fig. 1, mit dem ersten Abtrenn- element in der zweiten Position,

Fig. 3 die Überlastschutzanordnung gemäß Fig. 1, mit dem zweiten Abtrenn- element in der zweiten Position,

Fig. 4 die Überlastschutzanordnung gemäß Fig. 1, mit beiden Abtrennele- ment in der zweiten Position,

Fig. 5 ein vergrôBerter Ausschnitt der Uberlastschutzanordnung gemäß Fig. 1 mit zwei elektrischen Bauelementen und einem Abtrennelement in ihrer ersten Position,

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung und eine Draufsicht eines ersten

Ausführungsbeispiels eines Abtrennelements, und

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung und eine Draufsicht eines zweiten

Ausführungsbeispiels eines Abtrennelements.

Die Figuren 1 bis 4 zeigen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Über- lastschutzanordnung 1 mit insgesamt vier elektrischen Bauelementen 2, die auf einem als Leiterplatte ausgebildeten Träger 3 angeordnet sind. Fig. 5 zeigt

- 10 - LU508460 dazu einen vergrößerten Ausschnitt der Überlastschutzanordnung 1 gemäß

Fig. 1 mit zwei elektrischen Bauelementen 2. Bei den elektrischen Bauele- menten 2 handelt es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils um

Gasableiter, ohne dass die Erfindung jedoch darauf beschränkt ist. Die beiden

Anschlüsse 21 der Bauelemente 2 sind jeweils über eine Lotverbindung als thermisch erweichbare Fixierung mit korrespondierenden Anschlusselemen- ten 31 auf dem Träger 3 elektrisch und mechanisch verbunden. Bei der Dar- stellung gemäß den Fig. 1 bis 4 befinden sich die Anschlusselementen 31 un- terhalb der Anschlüsse 21 der Bauelemente 2, sodass die Anschlusselementen 31 in den Figuren nicht sichtbar sind.

Fig. 1 zeigt den Zustand der Überlastschutzanordnung 1, bei dem alle elektri- schen Bauelemente 2 sich im Normalzustand befinden, d. h. nicht unzulässig erwärmt sind, sodass sich die Bauelemente 2 in 1hrer ersten Position befinden, in der die Anschlüsse 21 über die einzelnen Lotverbindungen mit den einzel- nen Anschlusselementen 31 auf dem Träger 3 elektrisch und mechanisch ver- bunden sind. Die einzelnen Bauelemente 2 sind somit elektrisch an dem Trä- ger 3 bzw. dessen Leiterbahnen angeschlossen.

Neben den vier elektrischen Bauelementen 2 sind noch zwei als Federele- mente ausgebildete Aktoren 4, die jeweils in einer Halterung 5 angeordnet sind, und zwei Abtrennelemente 6 auf dem Träger 3 angeordnet. Während die

Halterungen 5 der Aktoren 4 fest auf dem Träger 3 angeordnet sind, sind die beiden Abtrennelemente 6 jeweils verschiebbar am Träger 3 angeordnet. Die

Abtrennelemente 6 werden dabei jeweils durch einen Aktor 4 mit einer Kraft

F beaufschlagt. Außerdem wirken die beiden Abtrennelement 6 jeweils mit zwei elektrischen Bauelementen 2 derart zusammen, dass zwei elektrische

Bauelemente 2 bei einer thermischen Überbelastung durch das zugeordnete

Abtrennelement 6 in ihre zweite Position verbracht werden, wenn die thermi- sche Fixierung erweicht ist, sodass die elektrischen Bauelementen 2 nicht mehr entgegen der auf die Abtrennelemente 6 wirkenden Kraft F des Aktors 4 in ihrer ersten Position gehalten werden. Durch die jeweils zwischen zwei elektrischen Bauelementen 2 und einem Aktor 4 angeordneten Abtrennelemente 6 wird somit die Kraft F eines Aktors 4 auf zwei elektrische Bauelemente 2 übertragen.

Die Fig. 2 und 3 zeigen jeweils den Zustand der Überlastschutzanordnung 1, bei dem zwei elektrische Bauelemente 2 sich im Normalzustand befinden, d. h. nicht unzulässig erwärmt sind, sodass sich die Bauelemente 2 in ihrer ersten

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Position befinden, während bei den beiden anderen elektrischen Bauelemen- ten 2 die Lotverbindung aufgetrennt hat, sodass diese Bauelemente 2 durch das Abtrennelemente 6 in ihre zweite Position verschoben worden sind. Ent- sprechend befindet sich auch jeweils ein Abtrennelement 6 in seiner ersten

Position, während das andere Abtrennelement 6 durch die Kraft F des Aktors 4 in die zweite Position verschoben ist.

Fig. 4 zeigt den Zustand der Überlastschutzanordnung 1, bei dem alle elektri- schen Bauelemente 2 unzulässig erwärmt sind, sodass alle Lotverbindung auf- getrennt haben und sich alle vier elektrischen Bauelemente 2 in ihrer zweiten

Position befinden, in der die Bauelemente 2 elektrisch abgetrennt sind, da die

Anschlüsse 21 der Bauelemente 2 nicht mehr mit den Anschlusselemente 31 auf dem Träger 3 verbunden sind. Da die elektrischen Bauelemente 2 paar- weise durch die Abtrennelemente 6 in ihre zweite Position verschoben worden sind, befinden sich auch die beiden Abtrennelemente 6 in ihrer zweiten Posi- tion.

Figur 6 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines einzelnes Abtrennelement 6 in perspektivischer Darstellung (Fig. 6a) bzw. in Draufsicht (Fig. 6b). Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist das aus einem isolierenden Ma- terial bestehende Abtrennelements 6 eine Aufnahme 61 für das dem Abtrenn- element 6 zugewandte Ende des Aktors 4 auf. Dadurch wird der Aktor 4 nach seiner Montage in der Halterung 5 in seiner Position am Abtrennelemente 6 ge- halten, auch wenn sich das Abtrennelement 6 in seiner zweiten Position befin- det. Somit kann auch in der zweiten Position des Abtrennelements 6 noch eine, zumindest geringe Kraft auf das Abtrennelement 6 aufgebracht werden, wodurch das Abtrennelement 6 in seiner zweiten Position gehalten wird.

Außerdem weist das Abtrennelement 6 einen Auflageabschnitt 62 für einen

Abschnitt des Aktors 4 auf, sodass der Aktor 4 die Oberfläche des Trägers 3 nicht berührt, auch wenn das Abtrennelement 6 durch die Kraft F des Aktors 4 aus seiner ersten Position in seine zweite Position verschoben wird. Hier- durch kann sichergestellt werden, dass der als metallisches Federelement aus- gebildete Aktor 4 keine spannungsführenden Abschnitte auf dem Träger 4 be-

Um durch ein Abtrennelement 6 eine sichere Führung von zwei elektrischen

Bauelemente 2 aus ihrer ersten Position in ihre zweite Position zu gewährleis- ten, weist das Abtrennelemente 6 auf seiner den beiden elektrischen Bauele-

-12- LU508460 menten 2 zugewandten Seite zwei Anlageflächen 63 für die beiden elektri- schen Bauelemente 2 auf. Aus der Draufsicht gemäß Fig. 6b ist dabei ersicht- lich, dass die beiden Anlageflächen 63 unter einem Winkel a zueinander an- geordnet sind, der etwas mehr als 180° beträgt. Die beiden Anlageflächen 63 sind somit von der Mitte des Abtrennelements 6 etwas nach hinten geneigt, be- trachtet in Bewegungsrichtung des Abtrennelements 6 aus seiner ersten Position in seine zweite Position. Außerdem ist zwischen den beiden Anlageflächen 63 ein stegfôrmiges Trennelement 64 am Abtrennelement 6 ausgebildet, dass sich zwischen die beiden am Abtrennelement 6 anliegenden elektrischen Bauele- mente 2 erstreckt. Hierdurch wird sichergestellt, dass es nicht zu einer unge- wollten Berührung der beiden elektrischen Bauelemente 2 kommt, wenn sie aus ihrer ersten Position in ihre zweite Position verschoben werden.

Das in Fig. 6 dargestellte Abtrennelement 6 weist insgesamt eine im Wesent- lichen U-fôrmige Grundform auf. Der U-Rücken 65 des Abtrennelements 6 1st dabei den beiden elektrischen Bauelementen 2 zugewandt, sodass an dem U-

Rücken 65 die beiden Anlageflächen 63 für die beiden Bauelemente 2 ausge- bildet sind. Auf der den elektrischen Bauelementen 2 abgewandten, gegen- überliegenden Seite des U-Rückens 65 erstrecken sich die zwei U-Schenkel von den elektrischen Bauelementen 2 weg. Das Trennelement 64 1st auf der den U-Schenkeln gegenüberliegenden Seite des U-Rückens 65 angeordnet und erstreckt sich zwischen die beiden elektrischen Bauelemente 2.

Die U-Schenkel sind als Führungsarme 66, 67 ausgebildet, die der Führung des Abtrennelements 6 beim Verschieben aus seiner ersten Position in seine zweite Position dienen. Hierzu gleiten die Führungsarme 66, 67 eines Ab- trennelements 6 mit ihren Innenseiten an den AuBenseiten der Halterung 5 des

Aktors 4 entlang, wie aus den Fig. 1 bis 4 ersichtlich ist. Die Halterung 5 und der Aktor 4 sind somit zwischen den Führungsarme 66, 67 eines Abtrennele- ments 6 angeordnet, was eine sehr platzsparende Anordnung der beiden Akto- ren 4 mit ihrer jeweiligen Halterung 5 und der beiden Abtrennelemente 6 auf dem Träger 3 ermôglicht.

Wie aus Fig. 6a und 6b ersichtlich ist, ist der eine Führungsarm 66 länger als der andere Führungsarm 67. Die unterschiedliche Länge der Führungsarme 66, 67 kann dabei als Positionierungshilfe für das Abtrennelement 6 genutzt werden, sodass das Abtrennelement 6 in einer vorgegebenen Orientierung am

Träger 3 montiert wird. Darüber hinaus kann die grôBere Länge des einen Füh- rungsarms 66 zur Betätigung eines auf dem Träger 3 angeordneten Mik- roschalters (in den Figuren nicht dargestellte) genutzt werden, sodass über den

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Mikroschalter eine elektrische Anzeige erfolgen kann, ob sich ein Trennele- ment 6 in seiner ersten Position oder in seiner zweiten Position befindet. Über einen solchen Mikroschalter ist somit eine Fernanzeige môglich, ob ein Paar elektrischer Bauelemente 2 abgetrennt worden ist oder nicht.

Fig. 7 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines einzelnes Abtrennelement 6 in perspektivischer Darstellung (Fig. 7a) bzw. in Draufsicht (Fig. 7b). Im

Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 ist bei diese Abtrenn- element 6 zwischen den beiden Anlageflächen 63 kein Trennelement angeord- net. Dafür weist das in Fig. 7 dargestellte Abtrennelement 6 einen deutlich verlängerten Auflageabschnitt 62 für einen Abschnitt des Aktors 4 auf, im Ver- gleich zu dem Auflageabschnitt 62 bei dem Abtrennelement 6 gemäß Fig. 6.

Darüber hinaus weisen die beiden Führungsarme 66, 67 des Abtrennelements 6 gemäß Fig. 7 die gleiche Länge auf.

Die in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Überlastschutzanordnung 1 weist noch ein

Gehäuse 7 auf, in dem der Träger 3 mit den elektrischen Bauelementen 2, den

Aktoren 4 und den Abtrennelementen 6 sowie ein Anzeigeelement 8 zumin- dest teilweise angeordnet sind. In dem Gehäuse 7 ist ein Sichtfenster 71 aus- gebildet, durch das von außerhalb des Gehäuses 7 erkennbar ist, ob sich das

Anzeigeelement 8 in seiner ersten Position (Fig. 1) oder in seiner zweiten Po- sition (Fig. 2 bis 4) befindet. Das Anzeigeelement 8 ist dabei als Schieber aus- gebildet, der einen Anzeigeabschnitt 81 aufweist, der vor das Sichtfenster 71 geschoben wird, wenn wenigstens eines der beiden Paare von Bauelementen 2 bzw. einer der beiden Abtrennelemente 6 von der ersten in die zweite Posi- tion bewegt wird. Das Anzeigeelement 8 zeigt somit an, ob alle elektrischen

Bauelemente 2 elektrische angeschlossen sind (Fig. 1) oder mindestens ein

Paar von Bauelementen 2 aufgrund einer unzulässigen Erwärmung abgetrennt worden ist (Fig. 2 bis 4).

Das Anzeigeelement 8 ist dazu derart auf der den Abtrennelementen 6 abge- wandten Seite der elektrischen Bauelemente 2 angeordnet ist, dass das Anzei- geelement 8 aus einer ersten Position in eine zweite Position bewegt wird, wenn zumindest einer der zwei Abtrennelemente 6 aufgrund einer thermischen

Überlastung der zugeordneten beiden elektrischen Bauelemente 2 in seine zweite Position verbracht wird. Außerdem ist das Anzeigeelement 8 so zu den elektrischen Bauelementen 2 im Gehäuse 7 angeordnet, dass die Bauelemente 2 in ihrer zweiten Position durch das zugeordnete Abtrennelement 6 gegen das

Anzeigeelement 8 gedrückt werden, sodass die Bauelemente 2 in ihrer zweiten

Position gehalten werden.

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Das Anzeigeelement 8 weist außerdem ein flexibles Halteelement 82 auf, das mit den Abtrennelementen 6 derart zusammenwirkt, dass das Anzeigeelement 8 in seiner ersten Position gehalten wird, wenn sich beide Abtrennelemente 6 in ihrer ersten Position befinden. Hierzu weisen die Abtrennelemente 6 Halte- abschnitte 68 auf, an denen das Halteelement 82 anliegt, wie aus Fig. 1 er- sichtlich ist. Dadurch, dass das Halteelement 82 flexibel ist, kann das Anzei- geelement 8 beim Verschieben eines Abtrennelements 6 aus seiner ersten Po- sition in seine zweite Position am zweiten Abtrennelement 6 vorbeigleiten, auch wenn das zweite Abtrennelement 6 in seiner ersten Position verbleibt (Fig. 2 und 3). Hierzu weisen die entsprechenden Halteabschnitte 68 an den

Abtrennelementen 6 abgerundete Ecken auf, sodass das Halteelement 82 ein- facher an den Halteabschnitten 68 vorbeigleiten kann.

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Bezugszeichen 1. Uberlastschutzanordnung 2. elektrisches Bauelement 21. Anschlüsse 3. Trager 31. Anschlusselement 4. Aktor 5. Halterung 6. Abtrennelement 61. Aufnahme 62. Auflageabschnitt 63. Anlagefläche 64. Trennelement 65. U-Riicken 66. U-Schenkel (Führungsarm) 67. U-Schenkel (Führungsarm) 68. Halteabschnitte Halteelement 82 7. Gehäuse 71. Sichtfenster 8. Anzeigeelement 81. Anzeigeabschnitt 82. Halteelement a Winkel zwischen den Anlageflächen 61

Claims (14)

- 16 - LU508460 Patentansprüche

1. Überlastschutzanordnung (1) zum Schutz von elektrischen Bauelemen- ten (2), mit mindestens zwei elektrischen Bauelementen (2), mit einem Träger (3), der mehrere Anschlusselemente (31) zum Anschluss der elektrischen Bau- elemente (2) aufweist, und mit mindestens einen Aktor (4), wobei die elektrischen Bauelemente (2) jeweils in einer ersten Position über mindestens eine thermisch erweichbare Fixierung so am Träger (3) fixiert sind, dass die Anschlüsse (21) der elektrischen Bauelemente (2) die zugeord- neten Anschlusselemente (31) des Trägers (3) kontaktieren, und wobei bei einer thermischen Überlastung der elektrischen Bauelemente (2) die thermisch erweichbare Fixierung erweicht und die elektrischen Bauelemente (2) in eine zweite Position verbringbar sind, in der der elektrische Kontakt zwischen den Anschlüssen (21) der elektrischen Bauelemente (2) und den zu- geordneten Anschlusselementen (31) des Trägers (3) unterbrochen ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Abtrennelement (6) verschiebbar am Träger (3) angeord- net ist, dass das Abtrennelement (6) durch einen Aktor (4) mit einer Kraft (F) beauf- schlagt ist, sodass das Abtrennelement (6) durch den Aktor (4) aus einer ersten Position in eine zweite Position verbringbar ist, und dass das Abtrennelement (6) derart mit zwei elektrischen Bauelementen (2) zusammenwirkt, dass die zwei elektrischen Bauelemente (2) bei einer thermi- schen Überbelastung durch das Abtrennelement (6) in ihre zweite Position verbringbar sind

2. Überlastschutzanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- net, dass zwei elektrische Bauelemente (2), die mit einem Abtrennelement (6) zusammenwirken, thermisch gekoppelt sind, sodass bei einer thermischen Überlastung mindestens eines elektrischen Bauelementes (2) die thermisch er- weichbare Fixierung beider elektrischer Bauelemente (2) erweicht, sodass beide elektrischen Bauelemente (2) in ihre zweite Position verbringbar sind.

3. Uberlastschutzanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Abtrennelement (6) aus einem isolierenden Material besteht oder isolierendes Material aufweist.

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4. Uberlastschutzanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtrennelement (6) eine Aufnahme (61) für das dem Abtrennelement (6) zugewandte Ende des Aktors (4) aufweist.

5. Uberlastschutzanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtrennelement (6) einen Auflageabschnitt (62) für zumindest einen Abschnitt des Aktors (4) aufweist, sodass der Aktor (4) die dem Aktor (4) zugewandte Oberfläche des Trägers (3) nicht berührt, wenn das Abtrennelement (6) durch die Kraft (F) des Aktors (4) aus seiner ersten Posi- tion in seine zweite Position verschoben wird.

6. Uberlastschutzanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtrennelement (6) derart ausgestaltet und angeord- net ist, dass durch das Abtrennelement (6) eine Führung der zwei elektrischen Bauelemente (2) entlang der Oberfläche des Trägers (3) aus ihrer ersten Posi- tion in ihre zweite Position erfolgt.

7. Uberlastschutzanordnung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf der den beiden elektrischen Bauelementen (2) zugewandten Seite des Abtrennelements (6) zwei Anlageflächen (63) für die beiden elektrischen Bau- elemente (2) ausgebildet sind, und dass die beiden Anlageflächen (63) vor- zugsweise unter einem Winkel (a) größer 180° zueinander angeordnet sind.

8. Uberlastschutzanordnung (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn- zeichnet, dass auf der den beiden elektrischen Bauelementen (2) zugewandten Seite des Abtrennelements (6) ein Trennelement (64) ausgebildet ist, durch das die beiden elektrischen Bauelementen (2) auf Abstand gehalten werden, wenn sie aus ihrer ersten Position in ihre zweite Position verbracht werden.

9. Überlastschutzanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf der den beiden elektrischen Bauelementen (2) abge- wandten Seite des Abtrennelements (6) zwei Führungsarme (66, 67) ausgebil- det sind, wobei der Aktor (4) zumindest in der ersten Position des Abtrennele- ments (6) zwischen den beiden Führungsarmen (66, 67) angeordnet ist.

10. Uberlastschutzanordnung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Führungsarm (66) eine größere Länge als der andere Führungsarm (67) aufweist.

11. Uberlastschutzanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass n Aktoren (4), n Abtrennelemente (6) und (2 x

- 18 - LU508460 n) elektrische Bauelemente (2) vorgesehen sind, wobei Jeweils ein Aktor (4) mit einem Abtrennelement (6) und ein Abtrennelement (6) mit zwei elektri- schen Bauelementen (2) zusammenwirkt.

12. Überlastschutzanordnung (1) nach Anspruch 11, mit zwei Aktoren (4), zwei Abtrennelemente (6) und vier elektrischen Bauelementen (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (3) mit den elektrischen Bauelementen (2), den Abtrennelementen (6) und den Aktoren (4) zumindest teilweise in einem Gehäuse (7) angeordnet ist, und dass ein Anzeigeelement (8) vorhanden ist, durch dessen Position von außerhalb des Gehäuses (7) erkennbar ist, ob zu- mindest ein Abtrennelement (6) in der ersten oder der zweiten Position ange- ordnet ist.

13. Uberlastschutzanordnung (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich- net, dass das Anzeigeelement (8) als Schieber ausgebildet ist, und dass das Anzeigeelement (8) derart auf der den Abtrennelementen (6) abgewandten Seite der elektrischen Bauelemente (2) angeordnet ist, dass das Anzeigeele- ment (8) aus einer ersten Position in eine zweite Position bewegt wird, wenn zumindest einer der beiden Abtrennelemente (6) aufgrund einer thermischen Überlastung der zugeordneten beiden elektrischen Bauelemente (2) in seiner zweiten Position verbracht wird.

14. Überlastschutzanordnung (1) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Anzeigeelement (8) ein flexibles Halteelement (82) aufweist, das mit den Abtrennelementen (6) derart zusammenwirkt, dass das Anzeigeelement (8) in seiner ersten Position gehalten wird, wenn sich beide Abtrennelemente (6) in ihrer ersten Position befinden.