WO2014016156A1 - Vorrichtung zum schutz vor thermischer überlastung eines zu schützenden bauteils - Google Patents

Vorrichtung zum schutz vor thermischer überlastung eines zu schützenden bauteils Download PDF

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WO2014016156A1
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Steffen PFÖRTNER
Thomas Meyer
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Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H5/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection
    • H02H5/04—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection responsive to abnormal temperature
    • H02H5/047—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection responsive to abnormal temperature using a temperature responsive switch
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—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
    • 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
    • H01C7/12—Overvoltage protection resistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H37/00—Thermally-actuated switches
    • 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
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T1/00—Details of spark gaps
    • H01T1/14—Means structurally associated with spark gap for protecting it against overload or for disconnecting it in case of failure

Definitions

  • the invention relates to a device for protection against thermal overload of a component to be protected.
  • an electrical component can be overstressed due to a wide variety of causes.
  • Such causes can be as well aging process as well
  • components such as e.g.
  • separation devices such as e.g. known from DE 42 41 311 AI, DE 699 04 274 or US 6,430,019,
  • a solder joint holds a switching device in a force-loaded Status.
  • the solder joint is attached m thermal connection with the device to be protected. If the temperature at the soldering point exceeds the softening temperature, the switch is actuated under the action of the applied force, thus protecting the component.
  • the invention is therefore based on the object to offer a universal solution, either as a separator or as a short-circuit switch for a to be protected
  • Component can be used.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a device for protection against thermal overload of a component to be protected according to an embodiment of the invention in a first selection position
  • Fig. 2 is a schematic representation of a device for protection against thermal overload of a too protective component according to an embodiment of the invention in a second selection position
  • Fig. 3 is a schematic representation in side elevation of a
  • Fig. 4 is a schematic representation in side elevation of a
  • Fig. 5 is a schematic representation in side elevation of a
  • Fig. 6 is a schematic representation in elevation of a
  • Fig. 7 is a schematic representation in elevation of a
  • Fig. 8 is a schematic representation in elevation of a
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a
  • Device 1 for protection against thermal overload of a component to be protected EB according to an embodiment of the invention in a first selection position.
  • the device 1 for protection against thermal overload of a component to be protected EB has a
  • the actuator is designed as a thermally detachable connection of the component to be protected EB with a biased element, such as the switch S.
  • a biased element such as the switch S.
  • this can be realized by a suitable solder or a suitable adhesive. If the solder or the adhesive softens, the force of a prestressed element becomes free and the switch S switches to another state.
  • the switch S is both as a disconnector and as a short-circuit switch with respect to the protected
  • Component EB can be used, wherein the switch S further comprises a selection device A, with which it can be selected whether the switch S as a disconnector or as a short-circuit switch with respect to the protected
  • FIG. 2 again shows a schematic representation of a device 1 for protection against thermal overloading of a component EB to be protected in a second embodiment
  • Component EB is connected.
  • the device 1 is shown on a board P equippable.
  • a bow-shaped construct B that is electrically connected to the first supply line L2.
  • the construct B is thermally connected to the component EB to be protected by means of a solder or an adhesive.
  • the construct is under tension, which is directed so that the construct on at least one side on reaching the
  • the actuator B is spring-like or has a spring. As a result, a favorable energy storage can be realized.
  • the selection device A preferably has an insulation element which can prevent the switch S from short-circuiting the component BE to be protected.
  • the insulating element may be made of commercially available materials, in particular of printed circuit board material. In individual designs can be provided that the
  • earmarked devices are switched incorrectly, but the exact selection is made possible only to the manufacturer, i. the selection by means of the selection device A can only be selected during assembly of the device 1 with a component EB to be protected.
  • this can be freely chosen, e.g. after assembly according to the purpose.
  • the selection device can be designed differently, with the following illustrations being exemplary and not exhaustive.
  • the selection device A can select by means of a sliding movement of an insulation element ISO, whether the switch S as Abtrennschalter or as
  • Component EB is to be used.
  • Embodiment is in Figures 6 and 7 in schematic elevational view of an apparatus for protection against thermal overload of a component to be protected according to an embodiment of the invention in a first
  • the selection device A can select by means of a rotational movement of an insulation element ISO whether the switch S should be used as a disconnecting switch or as a short-circuiting switch with respect to the component EB to be protected.
  • an insulation element ISO such an embodiment is in Figures 8 and 9 in schematic elevational view of a device for protection against thermal overload of a too protective component according to another embodiment of the invention in a first selection position and a second selection position shown. Both forms of movement can also be combined or supplemented with other forms of movement.
  • EB protective device a semiconductor device, in particular a varistor or a transient voltage suppressor diode.

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung (1) zum Schutz vor thermischer Überlastung eines zu schützenden Bauteils (EB). Die Vorrichtung (1) weist eine Betätigungseinrichtung (B) auf, welche im Einsatz in thermischen Kontakt mit dem zu schützenden Bauteil (EB) gebracht wird, und welche bei Erreichen einer bestimmten Temperatur (Tschait) in der Lage ist einen Schalter (S) zu betätigen. Der Schalter (S) ist sowohl als Abtrennschalter als auch als Kurzschlussschalter in Bezug auf das zu schützende Bauelement (EB) einsetzbar, wobei der Schalter (S) weiterhin eine Auswahleinrichtung (A) aufweist, mit der ausgewählt werden kann, ob der Schalter (S) als Abtrennschalter oder als Kurzschlussschalter in Bezug auf das zu schützende Bauelement (EB) eingesetzt werden soll.

Description

Vorrichtung zum Schutz vor thermischer Überlastung eines zu schützenden Bauteils
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schutz vor thermischer Überlastung eines zu schützenden Bauteils.
In vielen Bereichen kann durch unterschiedlichste Ursachen ein elektrisches Bauteil überbeansprucht werden. Solche Ursachen können Alterungsprozess aber auch
Fremdeinwirkungen wie eine fehlerhafte Beschaltung oder Überspannungen sein. In aller Regel führt diese
Überspannung dazu, dass ein Bauteil außerhalb des
eigentlichen Nennarbeitsbereiches betrieben wird. Dies geht häufig mit einer starken Erwärmung einher, die zum einen das Bauteil selbst nachhaltig beschädigen oder aber die Umgebung durch Rauchgase oder Brand gefährdet.
Beispielsweise weisen Bauelemente, wie z.B.
Überspannungsableitende Elemente, eine gewisse
Isolationsfestigkeit auf. Sind die Bauteile jedoch durch
Überspannung beschädigt, sinkt die Isolationsfähigkeit und es kommt zu einem andauernden Leistungsumsatz am
geschädigten Element, welcher als Wärme abgeführt werden muss .
Um einen solchen Leistungsumsatz beherrschen zu können, werden Abtrennvorrichtungen, wie z.B. aus der DE 42 41 311 AI, DE 699 04 274 oder der US 6,430,019 bekannt,
vorgesehen. Alternative werden die Bauteile durch
kurzschließen derselben geschützt.
Dabei kommt im Wesentlichen bei beiden Schutzvorrichtungen das gleiche Grundprinzip zum Tragen. Eine Lötverbindung hält eine Schaltvorrichtung in einem kraftbeaufschlagten Zustand. Die Lötstelle ist m thermischer Verbindung mit dem zu schützenden Bauelement angebracht. Überschreitet nu die Temperatur an der Lötstelle die Erweichungstemperatur so wird der Schalter unter Einwirkung der beaufschlagten Kraft betätigt und das Bauelement so geschützt.
Auch wenn diese aus dem Stand der Technik bekannten
Einrichtungen funktionsfähige Lösungen bereitstellen, so ist auf Grund der Verschiedenartigkeit der Lösungen der Produktionsaufwand als auch der ingenieurtechnische Aufwand bei der technischen Realsierung der jeweiligen Lösung hoch.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine universelle Lösung anzubieten, die wahlweise als Abtrenn oder als Kurzschlussschalter für ein zu schützendes
Bauelement eingesetzt werden kann.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben .
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Schutz vor thermischer Überlastung eines zu schützenden Bauteils gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer ersten Auswahlstellung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Schutz vor thermischer Überlastung eines zu schützenden Bauteils gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer zweiten Auswahlstellung,
Fig. 3 eine schematische Darstellung im Seitenriss einer
Vorrichtung zum Schutz vor thermischer
Überlastung eines zu schützenden Bauteils gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer ersten Auswahlstellung im nicht geschaltetem
Zustand,
Fig. 4 eine schematische Darstellung im Seitenriss einer
Vorrichtung zum Schutz vor thermischer
Überlastung eines zu schützenden Bauteils gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer ersten Auswahlstellung im geschaltetem Zustand,
Fig. 5 eine schematische Darstellung im Seitenriss einer
Vorrichtung zum Schutz vor thermischer
Überlastung eines zu schützenden Bauteils gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer zweiten Auswahlstellung im geschaltetem Zustand,
Fig. 6 eine schematische Darstellung im Aufriss einer
Vorrichtung zum Schutz vor thermischer
Überlastung eines zu schützenden Bauteils gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer ersten Auswahlstellung,
Fig. 7 eine schematische Darstellung im Aufriss einer
Vorrichtung zum Schutz vor thermischer
Überlastung eines zu schützenden Bauteils gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer zweiten Auswahlstellung,
Fig. 8 eine schematische Darstellung im Aufriss einer
Vorrichtung zum Schutz vor thermischer
Überlastung eines zu schützenden Bauteils gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in einer ersten Auswahlstellung, und Fig. 9 eine schematische Darstellung im Aufriss einer Vorrichtung zum Schutz vor thermischer Überlastung eines zu schützenden Bauteils gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in einer zweiten Auswahlstellung.
Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer
Vorrichtung 1 zum Schutz vor thermischer Überlastung eines zu schützenden Bauteils EB gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer ersten Auswahlstellung.
Die Vorrichtung 1 zum Schutz vor thermischer Überlastung eines zu schützenden Bauteils EB weist eine
Betätigungseinrichtung B auf, welche im Einsatz in
thermischen Kontakt mit dem zu schützenden Bauteil EB gebracht wird, und welche bei Erreichen einer bestimmten Temperatur Ts chait in der Lage ist einen Schalter S zu betätigen . Beispielsweise ist die Betätigungseinrichtung als thermisch lösbare Verbindung des zu schützenden Bauteils EB mit einem vorgespannten Element, z.B. dem Schalter S, ausgeführt. Beispielsweise kann diese durch ein geeignetes Lot oder einen geeigneten Kleber realisiert werden. Erweicht das Lot oder der Kleber, so wird Kraft eines vorgespannten Elements frei und der Schalter S schaltet in einen weiteren Zustand.
Der Schalter S ist sowohl als Abtrennschalter als auch als Kurzschlussschalter in Bezug auf das zu schützende
Bauelement EB einsetzbar, wobei der Schalter S weiterhin eine Auswahleinrichtung A aufweist, mit der ausgewählt werden kann, ob der Schalter S als Abtrennschalter oder als Kurzschlussschalter in Bezug auf das zu schützende
Bauelement EB eingesetzt werden soll. Diese Funktion des Auswahlelements A wird nun eingehender an Hand der Figur 1 und Figur 2 erläutert werden. Dabei zeigt Figur 2 wiederum eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 1 zum Schutz vor thermischer Überlastung eines zu schützenden Bauteils EB in einer zweiten
AuswahlStellung .
In der ersten Auswahlstellung gemäß Figur 1 ist das
Auswahlelement A so gestellt, dass der Schalter S als
Kurzschlussschalter in Bezug auf das zu schützende
Bauelement EB wirkt, d.h. Zuleitung Li wird direkt mit der Zuleitung L2 verbunden und somit das zu schützenden
Bauelement umgangen. Im nicht geschalteten Zustand, wie in Figur 1 dargestellt, ist der Schalter so gestellt, dass die Zuleitung Li mit der Zuleitung L3 vom zu schützenden
Bauelement EB verbunden ist.
Obwohl vorstehend und nachfolgend auf bestimmte Zuleitungen und bestimmte Funktionen hingewiesen wird, ist für den
Fachmann verständlich, dass diese Beschreibung lediglich beispielhaft für eine Vielzahl von Variationen bezüglich der tatsächlichen Beschaltung ist. Wird das Auswahlelement A nun wie in Figur 2 dargestellt in den Schaltweg hinein bewegt, so wird bei einem Schalten des Schalters S nun kein Kurzschluss mehr bewirkt, sondern der Leiter Li und der Leiter L2 sind nicht mehr verbunden, d.h. das zu schützende Bauelement EB ist abgetrennt.
In Figuren 3 bis 5 ist dieses nochmals in schematischen Darstellungen im Seitenriss einer Vorrichtung zum Schutz vor thermischer Überlastung eines zu schützenden Bauteils gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer ersten Auswahlstellung im nicht geschaltetem Zustand, in einer ersten Auswahlstellung im geschaltetem Zustand, und
in einer zweiten Auswahlstellung im geschaltetem Zustand. Dort ist die Vorrichtung 1 auf einer Platine P bestückbar gezeigt. Über dem zu schützenden Bauelement EB befindet sich ein bügelartiges Konstrukt B, dass mit der ersten Zuleitung L2 elektrisch verbunden ist. Das Konstrukt B ist mit dem zu schützenden Bauteil EB mittels eines Lotes oder eines Klebers thermisch verbunden. Das Konstrukt steht unter Spannung, die so gerichtet ist, dass das Konstrukt sich auf zumindest einer Seite bei Erreichen der
Schalttemperatur ablöst. In Figur 3 ist die nicht
ausgelöste Stellung gezeigt. Hier wird das Konstrukt B durch das Lot / den Kleber gehalten. Abhängig von der
Stellung des Auswahlelementes A kann es nun im geschalteten Zustand entweder wie Figur 4 gezeigt zu einem Kurzschluss mit Zuleitung Li kommen, oder aber wie in Figur 5 gezeigt, löst sich zwar das Konstrukt B vom Kontakt L3 ab, jedoch wird ein Schalten bis zur Zuleitung Li und somit ein
Kurzschluss verhindert und lediglich ein Abtrennen
bereitgestellt .
Bevorzugt ist die Betätigungseinrichtung B federartig aufgebaut bzw. weist eine Feder auf. Hierdurch kann ein günstiger Kraftspeicher realisiert werden.
Weiterhin weist die Auswahleinrichtung A bevorzugt ein Isolationselement auf, welches verhindern kann, dass der Schalter S das zu schützende Bauelement BE kurzschließt.
Das Isolationselement kann aus handelsüblichen Materialien, insbesondere auch aus Platinen-Material, hergestellt sein. In einzelnen Bauformen kann vorgesehen sein, dass die
Auswahl nur bei der tatsächlichen Montage des zu
schützenden Bauelements EB möglich ist. So wird vermieden, dass für bestimme zu schützenden Bauelemente bzw.
zweckgebundene Vorrichtungen fehlerhaft geschaltet werden, sondern die exakte Auswahl nur dem Hersteller ermöglicht ist, d.h. die Auswahl mittels der Auswahleinrichtung A kann lediglich während der Montage der Vorrichtung 1 mit einem zu schützenden Bauelement EB wählbar sein.
In anderen Ausführungsformen kann dies frei gewählt werden, z.B. nach Montage gemäß dem jeweiligen Zweck.
Die Auswahleinrichtung kann unterschiedlich ausgeformt sein, wobei die nachfolgenden Darstellungen beispielhaft und nicht abschließend sind.
Beispielsweise kann die Auswahleinrichtung A mittels einer Schiebebewegung eines Isolationselements ISO auswählen, ob der Schalter S als Abtrennschalter oder als
Kurzschlussschalter in Bezug auf das zu schützende
Bauelement EB eingesetzt werden soll. Eine solche
Ausführungsform ist in den Figuren 6 und 7 in schematischen Darstellungen im Aufriss einer Vorrichtung zum Schutz vor thermischer Überlastung eines zu schützenden Bauteils gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer ersten
Auswahlstellung und einer zweiten Auswahlstellung gezeigt.
Beispielsweise kann die Auswahleinrichtung A mittels einer Drehbewegung eines Isolationselements ISO auswählen, ob der Schalter S als Abtrennschalter oder als Kurzschlussschalter in Bezug auf das zu schützende Bauelement EB eingesetzt werden soll. Eine solche Ausführungsform ist in den Figuren 8 und 9 in schematischen Darstellungen im Aufriss einer Vorrichtung zum Schutz vor thermischer Überlastung eines zu schützenden Bauteils gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in einer ersten Auswahlstellung und einer zweiten Auswahlstellung gezeigt. Beide Bewegungsformen können auch kombiniert oder um weitere Bewegungsformen ergänzt sein.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist das zu
schützende Bauelement (EB) ein Halbleiterbauelement, insbesondere ein Varistor oder eine Transient-Voltage- Suppressordiode .
Mit Hilfe der Erfindung ist es nun mehr möglich mit einer einzigen Vorrichtung beide Sicherungszwecke, nämlich das Abschalten als auch das Kurzschließen, in einer
kostengünstigen Konstruktion zu vereinen.
Bezugs zeichenliste
Vorrichtung zum Schutz vor thermischer Überlastung zu schützenden Bauteils
Betätigungseinrichtung
Schalttemperatur
Schalter
Auswahleinrichtung
Platine
Zuleitung L

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1) zum Schutz vor thermischer Überlastung eines zu schützenden Bauteils (EB) , aufweisend eine Betätigungseinrichtung (B) , welche im Einsatz in thermischen Kontakt mit dem zu schützenden Bauteil (EB) gebracht wird, und welche bei Erreichen einer
bestimmten Temperatur (Ts chait ) in der Lage ist einen Schalter (S) zu betätigen, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (S) sowohl als Abtrennschalter als auch als Kurzschlussschalter in Bezug auf das zu schützende Bauelement (EB) einsetzbar ist, wobei der Schalter (S) weiterhin eine Auswahleinrichtung (A) aufweist, mit der ausgewählt werden kann, ob der Schalter (S) als
Abtrennschalter oder als Kurzschlussschalter in Bezug auf das zu schützende Bauelement (EB) eingesetzt werden soll .
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) auf einer Platine (P) bestückbar ist.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (B) eine Feder aufweist.
4. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Auswahleinrichtung (A) ein Isolationselement aufweist, welches verhindert, dass der Schalter (S) das zu schützende Bauelement (BE) kurzschließt.
5. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahleinrichtung (A) mittels einer Schiebe- und/oder Drehbewegung eines Isolationselements auswählt, ob der Schalter (S) als Abtrennschalter oder als
Kurzschlussschalter in Bezug auf das zu schützende Bauelement (EB) eingesetzt werden soll.
6. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl mittels der Auswahleinrichtung (A) lediglich während der Montage der Vorrichtung (1) mit einem zu
schützenden Bauelement (EB) wählbar ist.
7. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zu
schützende Bauelement (EB) ein Halbleiterbauelement, insbesondere ein Varistor oder eine Transient-Voltage- Suppressordiode ist.
PCT/EP2013/064915 2012-07-24 2013-07-15 Vorrichtung zum schutz vor thermischer überlastung eines zu schützenden bauteils WO2014016156A1 (de)

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