WO2023237488A1 - Baugruppe für ein überspannungsschutzgerät, überspannungsschutzgerät sowie verfahren zur herstellung einer baugruppe - Google Patents

Baugruppe für ein überspannungsschutzgerät, überspannungsschutzgerät sowie verfahren zur herstellung einer baugruppe Download PDF

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WO2023237488A1
WO2023237488A1 PCT/EP2023/064982 EP2023064982W WO2023237488A1 WO 2023237488 A1 WO2023237488 A1 WO 2023237488A1 EP 2023064982 W EP2023064982 W EP 2023064982W WO 2023237488 A1 WO2023237488 A1 WO 2023237488A1
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WO
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contact
lever
holding element
spring arm
assembly
Prior art date
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PCT/EP2023/064982
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French (fr)
Inventor
Michael BERSCHNEIDER
Patrick EICHENSEER
Bernd Leibig
Florian GÄCK
Sascha Ludewig
Edmund ZÄUNER
Herbert Krämer
Peter Fritz
Michael MOHREN
Christian HIMMELSTOSS
Bernhard LOMMER
Bernhard WUTZ
Daniel BABL
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Dehn Se
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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
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • 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
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    • H01C7/126—Means for protecting against excessive pressure or for disconnecting in case of failure
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    • H01H37/76—Contact member actuated by melting of fusible material, actuated due to burning of combustible material or due to explosion of explosive material
    • H01H37/761—Contact member actuated by melting of fusible material, actuated due to burning of combustible material or due to explosion of explosive material with a fusible element forming part of the switched circuit
    • H01H2037/762—Contact member actuated by melting of fusible material, actuated due to burning of combustible material or due to explosion of explosive material with a fusible element forming part of the switched circuit using a spring for opening the circuit when the fusible element melts
    • H01H2037/763—Contact member actuated by melting of fusible material, actuated due to burning of combustible material or due to explosion of explosive material with a fusible element forming part of the switched circuit using a spring for opening the circuit when the fusible element melts the spring being a blade spring
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/16—Indicators for switching condition, e.g. "on" or "off"
    • H01H9/167—Circuits for remote indication

Definitions

  • the invention relates to an assembly for a surge protection device and a surge protection device.
  • the invention also relates to a method for producing an assembly.
  • a thermal separation point is provided, which is triggered when contacts of the thermal separation point heat up due to overstress, for example due to a corresponding current. Due to the thermal stress that occurs, a thermally softenable material, which is part of the thermal separation point, softens, whereby an electrical connection is interrupted.
  • a thermally softenable material which is part of the thermal separation point, softens, whereby an electrical connection is interrupted.
  • the thermal separation point ensures that a component to be protected is separated in a correspondingly short time in the event of thermal overload.
  • the object of the invention is to enable a cost-effective surge protection device with a corresponding disconnection device.
  • an assembly for a surge protection device with a disconnecting device which has a spring arm with an end contact point and a holding element.
  • the holding element and the contact point lie opposite one another in a starting point of the assembly, with a thermally softenable material being provided between the holding element and the contact point, which connects the spring arm both mechanically and electrically to the holding element.
  • the module has a remote signaling contact with a mechanical separation point.
  • the spring arm, the holding element and the remote signaling contact are made from a common stamped sheet metal.
  • the punched sheet is at least partially encapsulated with a plastic material that forms a frame.
  • the basic idea of the invention is to provide a simply constructed disconnection device that can be integrated into a surge protection device.
  • the remote signaling contact is formed with the mechanical separation point. This is possible because the holding element, the spring arm and the remote signaling contact have been made from one material part, namely the common stamped sheet metal, so that at least these three components are formed from one part, i.e. the spring arm, the holding element and the remote signaling contact.
  • the punched sheet i.e. the components formed from the punched sheet
  • the frame is formed, on which corresponding functional components can be provided that are necessary for the functioning of the separating device.
  • the frame made of plastic material directly provides the required functional features Components can have, so that these components do not have to be manufactured separately and then assembled. The number of components required can therefore be reduced, which means that manufacturing and assembly costs can be reduced accordingly.
  • a lead frame is provided.
  • the stamped grid corresponds to a system of electrical conductors that have been made from a metal strip, for example the stamped sheet metal.
  • the lead frame resembles a circuit board.
  • the punched sheet has therefore been pre-processed into a punched grid, in particular before the plastic material has been overmolded.
  • the punched sheet can have been previously shaped and/or punched in order to obtain a three-dimensional punched grid.
  • two contacts for the electrical connection of the disconnecting device and electrodes for an electrical component can also be formed by the punched sheet metal.
  • the stamping sheet provides numerous components of the assembly, in particular up to seven different components.
  • the numerous components are formed by components that are formed separately and have been obtained from the punched sheet.
  • a component can also include more than one component.
  • a flow flows via the first plug contact and the spring arm formed in one piece with it to the holding element, since the connection between the contact point and the holding element is closed, i.e. the thermal separation point.
  • the holding element is formed in one piece with the first electrode for the electrical component, so that the current then flows from the first electrode through the electrical component to the second electrode, which can be formed by a contact plate, the second electrode being electrically conductive with the second plug contact is coupled so that the current can flow via the second plug contact.
  • the remote signaling contact can be present in a telecommunications circuit through which a current flows. As soon as the module is triggered, both the current flow via the thermal isolation point is interrupted and the mechanical isolation point of the telecommunications contact is mechanically separated, whereby the current flow of the telecommunications circuit is interrupted.
  • the thermally softenable material can ensure a cohesive connection between the holding element and the contact point of the spring arm in the starting position of the assembly.
  • the thermally softenable material is first applied to the holding element, so that the spring arm is later shaped, in particular bent, so that the contact point at the end of the spring arm with the thermally softenable material comes into contact.
  • the mechanical and electrical connection can then have been established using, for example, inductive soldering.
  • the thermally softenable material is applied in particular after the components formed from the punched sheet have been embedded in the plastic material, i.e. embedded in the frame.
  • the thermally softenable material is a solder. Accordingly, a solder connection is provided between the holding element and the contact point.
  • an electrically conductive adhesive may be provided which is temperature sensitive and softens when the adhesive is heated.
  • the spring arm can have a projection which dips into an opening provided in the holding element, in particular in the area of the contact point.
  • the projection can also be referred to as a tab.
  • the projection can have a height that is greater than the material strength of the holding element. The projection thus penetrates the holding element. Greater surface contact can be realized, for example on at least two surfaces that are perpendicular to one another, namely the surface of the spring arm from which the projection protrudes, as well as sides of the projection that are assigned to the edge of the opening in the holding element.
  • the assembly has a lever which is used to mechanically separate the mechanical separation point of the telecommunications contact and/or to open the connection between the holding element and the contact point in a defined manner.
  • the lever is therefore provided, among other things, to separate the electrical and mechanical connection between the holding element and the contact point in a defined manner.
  • the lever arm Due to its shape, ensures that the spring arm moves so far when opening the connection between the holding element and the contact point that no arc can occur between the contact point and the holding element. This is to be understood as the defined opening of the thermal separation point.
  • both occur (essentially) simultaneously, i.e. the mechanical interruption of the mechanical separation point and the (defined) opening of the thermal separation point.
  • the lever acts on both the thermal separation point (indirectly via the spring arm) and on the mechanical separation point (directly).
  • the biasing element and the design of the lever ensure that there is a defined lever force that acts on the spring arm.
  • the spring arm is in turn designed in such a way that a defined separating force acts on thermally softenable material.
  • the separating force can be adjusted via the design of the biasing element, the lever and the spring arm.
  • the design is such that the holding force generated by the thermally softenable material in the initial state is not initially exceeded by the separating force.
  • the elastically prestressed prestressing element therefore presses on the first lever arm of the lever, whereby the prestressing force acts on the first lever arm, which is transmitted, among other things, to the thermally softenable material via the lever.
  • the lever may have a second lever arm that is opposite to the first lever arm.
  • a distance can be provided between the end of the second lever arm and the spring arm, which ensures that the thermal isolation point and the remote signaling contact are initially separated.
  • the second lever arm can act on the spring arm over at least a section in order to support opening or to hold the spring arm in an open position.
  • the lever force that the biasing element generates by means of the lever could therefore be adjusted via the design of the lever, in particular the two lever arms.
  • the separating force acting on the thermally softenable material can be adjusted by the design of the spring arm on which the second lever arm acts.
  • the lever may have reinforcing ribs or a truss structure, which ensures that the lever does not twist. Thanks to the reinforcing ribs or the truss structure, the lever can have a low weight for the rigidity achieved, especially in comparison to a lever made of a solid material with the same rigidity.
  • a pin is provided on the lever, which interacts with the mechanical separation point of the telecommunications contact.
  • the pin can protrude laterally from a base body of the lever. In this respect, the pin extends in a direction that is (essentially) perpendicular to the extension directions of the two lever arms of the lever. If the lever moves from its starting position into the triggered position, which can also be referred to as the end position or end position, the pin arranged on the lever moves with the lever, whereby it cuts or interrupts the mechanical separation point of the telecommunications contact.
  • the pin can therefore be referred to as a pivot pin because the pin performs a pivoting movement when the lever moves from the initial position to the triggered position. In its end position assigned to the triggered position, the pin ensures, among other things, that the separated section of the telecommunications contact cannot move back to its starting position. This ensures air and creepage distances.
  • the lever itself can also be an injection molded part.
  • the frame formed from the plastic material may have a bearing for the lever.
  • the bearing defines the pivot axis of the lever around which the lever can rotate provided the assembly trips and enters the tripped state. Since the bearing for the lever is formed by the plastic material itself, it is not necessary to provide a separate bearing that would first have to be attached to a support. This makes assembly and manufacturing easier. In particular, during assembly, the lever is simply placed on the bearing formed by the plastic material.
  • the frame formed from the plastic material can have a stop for the first lever arm, against which the first lever arm abuts in a triggered position, i.e. the end position.
  • a stop for the first lever arm against which the first lever arm abuts in a triggered position, i.e. the end position.
  • the frame forms a base plate which is essentially parallel to a main section of the punched sheet.
  • the main section of the punching sheet is in particular a section of the punching sheet that is mechanically unprocessed, that is to say has not been formed, in particular has been bent. For example, this corresponds to Main section of the stamping sheet of the first electrode for the electrical component.
  • the base plate has a recess in which the pin of the lever is movably received.
  • the recess can therefore define the maximum possible range of movement of the lever, since the lever can only move in the way in which the pin can be moved within the recess.
  • At least one edge of the recess forms a stop point for the pin, against which the pin can strike in a triggered position.
  • the electrical component can be in thermal contact with the punched sheet, for example via the holding element or generally the main section of the punched sheet, which forms the first electrode for the electrical component.
  • Heating of the electrical component leads to heating of the punched sheet, in particular the first electrode, which in turn leads to the holding element, which can be made in one piece with the first electrode from the common punched sheet and contacts the thermally softenable material, being heated accordingly, whereby the thermally softenable material softens.
  • the disconnection device consequently reacts to heating of the electrical component, which triggers it and the thermal separation point opens. Due to the preload force of the preload element, the lever pushes the spring arm into the technical end position, i.e. the triggered position.
  • a further aspect provides that a contact plate is arranged on the electrical component, from which a contacting section extends through an opening in the frame formed by the plastic material.
  • the contact plate represents the second electrode for the electrical component.
  • the electrical component can be electrically contacted via the contact plate and the contacting section, so that a current flow via the electrical component is possible.
  • the contacting section projects in particular perpendicularly from the contact plate.
  • the opening which is provided in the frame formed by the plastic material, also ensures that a defined arrangement of the contact plate in relation to the assembly is possible.
  • the second plug contact is partially arranged in the opening so that it can be contacted.
  • the contacting section is in the area of Opening in the frame makes electrical contact with a second plug contact of the assembly, which is also formed from the stamped sheet metal.
  • the electrical component is, for example, a varistor, in particular a metal oxide varistor.
  • the frame can form a receptacle for the electrical component.
  • the recording ensures that the electrical component is securely accommodated in the frame, whereby it has a defined position on the frame.
  • the recording can also ensure a mechanical positive connection for the electrical component.
  • the receptacle can have a snap connection for mechanically fastening the electrical component to the frame. This ensures that the electrical component is mechanically secured, so that additional connecting elements can be dispensed with, which further simplifies the installation of the surge protection device.
  • the spring arm merges at its end opposite the contact point via a material-tapered pivot point into a connection section which is made from the common stamped sheet metal, the spring arm being pivotable about the material-tapered pivot point.
  • the material-tapered pivot point ensures that the force applied by the lever does not have to be too great in order to pivot the spring arm around the pivot point.
  • the prestressing element can be designed to be reduced in terms of its prestressing force, whereby the electrical and mechanical connection, which is made via the thermally softenable material, is less stressed.
  • the material-tapered pivot point has an opening, which results in the material tapering.
  • connection section can have been created by reshaping the stamped sheet metal in certain areas.
  • the spring arm may have a first and a second portion extending at an angle to each other other than 0° and 180°, respectively, the second portion having the contact point.
  • the appropriately designed spring arm ensures a compact design, in which the largest possible contact surface is still provided for the lever, so that the spring arm can be easily pivoted.
  • the two sections of the spring arm can be aligned with one another in such a way that a kink is formed in the spring arm.
  • the corresponding kink is created due to the two sections.
  • the contact point of the spring arm can have a window into which an angled web is inserted, which is soldered to the edge of the window.
  • an outer housing can be provided which at least accommodates the frame.
  • the outer housing in particular surrounds all components of the separating device so that they are protected from the outside.
  • the outer casing ensures that clearance and creepage distances are maintained.
  • the outer housing is designed like a hood.
  • the outer housing is placed on the frame, which has two (essentially) parallel contact surfaces for the outer housing and a support surface perpendicular to the two (essentially) parallel contact surfaces. This ensures that the outer housing is guided when it is put on, resulting in a defined position. This makes installing the surge protection device easier.
  • the snap connection is formed on the edge section of the frame, which at the same time provides the support surface.
  • the corresponding one Edge section can be designed to be resilient in order to ensure the snap connection.
  • a surge protection device which has an assembly of the type mentioned above.
  • the telecommunications contact, the spring arm and the holding element are therefore made from a common stamped sheet metal, which means that the manufacturing costs can be reduced accordingly. It is therefore provided that the remote signaling contact is made from the same material as the spring arm and the holding element.
  • the telecommunications contact, the spring arm and/or the holding element are produced by forming the punched sheet, for example by bending the punched sheet.
  • FIG. 3 shows the surge protection device from FIG. 1 in another perspective view
  • FIG. 4 shows the surge protection device from FIG. 1 in a front view
  • Figure 6 shows the exploded view from Figure 5 in a different perspective
  • Figure 8 is a detailed view of Figure 7,
  • Figure 9 shows the remote signaling contact of Figure 7 in the triggered position
  • Figure 10 is a detailed view of Figure 9,
  • FIG. 11 shows a front view of the telecommunications contact according to a second embodiment in the starting position
  • Figure 12 is a detailed view of Figure 11,
  • Figure 13 shows the remote signaling contact of Figure 11 in the triggered position
  • Figure 14 is a detailed view of Figure 13,
  • Figure 16 is a detailed view of Figure 15,
  • Figure 17 shows the remote signaling contact of Figure 15 in the triggered position
  • Figure 25 is a partial view of Figure 24,
  • Figure 26 is a partially sectioned view of the surge protection device from Figure 1,
  • FIG. 1 to 10 show a surge protection device 10, which is intended to protect electronic components and has an assembly 11.
  • the outer housing 12 is designed like a hood, as can be seen from Figures 5 and 6, since the outer housing 12 only has one open side 13.
  • the assembly 11 includes a separation device 18, which is composed of several components.
  • the separating device 18 has, among other things, a spring arm 20 which has a first section 20a and a second section 20b, which extend at an angle to one another, whereby a bend 21 is formed between the two sections 20a, 20b.
  • the separating device 18 includes a holding element 22 which cooperates with the spring arm 20, as will be explained below.
  • the spring arm 20 and the holding element 22 have both been produced from the common punched sheet 14 by punching out and/or forming corresponding areas of the punching sheet 14 so that the components were formed.
  • the spring arm 20 and the holding element 22 have therefore been produced by punching and/or forming the punching sheet 14.
  • the stamped sheet 14 in particular the stamped grid, which serve for the electrical connection of the disconnecting device 18, namely a first contact 23a and a second contact 23b, the two contacts 23a, 23b being used, for example, as contact pins, contact plugs or are designed in the same way.
  • the contacts 23a, 23b can also have been produced by punching out and/or forming the punched sheet 14.
  • the first contact 23a is formed in one piece with the spring arm 20, so that the two components are punched out together and formed accordingly by forming.
  • the second contact 23b can have been punched out of the punched sheet 14 as a separate component.
  • the spring arm 20 merges into the first contact 23a via a material-tapered pivot point 28.
  • the material-tapered pivot point 28 is provided at an end of the spring arm 20 opposite the contact point 24, the spring arm 20 being pivotable about the corresponding material-tapered pivot point 28, provided that the assembly 11 goes into a triggered state, as will be explained below.
  • the material-tapered pivot point 28 it is provided that it has an opening 29, whereby the pivoting behavior of the spring arm 20 about the pivot point 28 is correspondingly improved.
  • the spring arm 20 has an embossing 30.
  • At least one embossing 30, in particular two embossings 30, can (also) be provided in the area of the contact point 24 in order to form spacers. In this way, a defined distance between the contact point 24 and the holding element 22 can be ensured in order to adjust the thickness of the thermally softenable material 26, which is provided between the contact point 24 and the holding element 22.
  • the thermally softenable material 26 In the event of thermal heating of the thermally softenable material 26, which occurs, for example, with an increased current flow via the electrically conductive connection that the thermally softenable material 26 produces and/or due to a thermal coupling of a warm component, the thermally softenable material 26 become softer, whereby the mechanical connection generates a lower holding force, so that the biasing element 38 adjusts the lever 32.
  • the lever 32 is rotated about the axis of rotation D, which runs through a bearing 40 for the lever 32, which is provided by the plastic material of the frame 16.
  • the lever 32 When assembling the assembly 11, the lever 32 can be placed on the bearing 40, whereby the lever 32 can be mounted on the frame 16 in a simple manner.
  • a recess 44 is also provided in the base plate 42, into which a pin 46 of the lever 32 extends, the pin 46 being movably received in the recess 44.
  • An edge of the recess 44 can form a stop point for the pin 46, whereby the freedom of movement of the lever 32 is again limited.
  • the mechanical separation point 48 is formed by a web 54, which has two narrow points 56 in the first embodiment (FIGS. 4 and 7 to 10).
  • the two bottlenecks 56 are each formed in that from both sides of the web 54 is cut, so the material thickness of the web 54 is tapered from both sides.
  • the bottleneck 56 shown in the figures below has at least one embossing, which ensures that the first bottleneck 56 functions as an axis of rotation while the second bottleneck 56 is separated.
  • the embossing reduces the cross section and is therefore the weakened point. This ensures that there is enough air and creepage distances and that a safe end position is achieved.
  • Figures 7 and 9 show the back of the punched sheet 14, in particular the main section 43, which forms a first electrode 58 for an electrical component 60.
  • Further components that are made from the stamped sheet 14 can also be at least partially embedded in the frame 16, in particular the section that includes the first contact 23a, the second contact 23b and / or the telecommunications contact 50.
  • the electrical component 60 is electrically contacted with the holding element 22 via the first electrode 58.
  • the electrical component 60 is also thermally coupled to the first electrode 58 and thus to the holding element 22.
  • heating of the electrical component 60 causes the holding element 22, which has been produced from the stamped sheet metal 14, to heat up.
  • the heat is introduced into the thermal separation point 27, whereby the thermally softenable material 26 heats up. Heating of the electrical component 60 during operation of the surge protection device 10 thus causes the thermally softenable material 26 to heat up, which can trigger the thermal isolation point 27.
  • the frame 16 basically has a receptacle 66 for the electrical component 60, so that the electrical component 60 can be inserted into the frame 16 formed by the plastic material and coupled to it.
  • the frame 16 therefore serves as an insertion aid to ensure the clearance and creepage distances.
  • the receptacle 66 can have a snap connection via which the electrical component 60 can be mechanically fastened to the frame 16.
  • the electrical component 60 is inserted into the receptacle 66 of the frame 16 used, the snap connection producing a corresponding positive connection in order to fasten the electrical component 60 to the frame 16.
  • constriction 56 which acts as an axis of rotation, whereas the other constriction 56 is weakened in such a way, for example by at least one embossing, that it is separated.
  • the notches 72 are provided on two opposite sides of the web 54, which are perpendicular to the side from which the at least one incision per narrow point 56 in the web 54 is formed.
  • the notches 72 can be provided in addition to the at least one incision.
  • the surge protection device 10 or the assembly 11, in particular the disconnecting device 18 has fewer individual parts that have to be assembled in a complex manner in order to form the disconnecting device 18, since the thermal separation point 27 is formed by the thermal softenable material 26 as well as the holding element 22 and the contact point 24 of the spring arm 20 is formed.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Baugruppe für ein Überspannungsschutzgerät (10), mit einer Abtrennvorrichtung (18), die einen Federarm (20) mit einer endseitigen Kontaktstelle (24) und ein Halteelement (22) aufweist. Das Halteelement (22) und die Kontaktstelle (24) liegen sich in einer Ausgangsstellung der Baugruppe (11) gegenüber. Ein thermisch erweichbares Material (26) ist zwischen dem Halteelement (22) und der Kontaktstelle (24) vorgesehen, das den Federarm (20) sowohl mechanisch als auch elektrisch mit dem Halteelement (22) verbindet. Die Baugruppe (11) weist einen Fernmeldekontakt (50) mit einer mechanischen Trennstelle (48) auf. Der Federarm (20), das Halteelement (22) und der Fernmeldekontakt (50) sind aus einem gemeinsamen Stanzblech (14) hergestellt. Das Stanzblech (14) ist mit einem Kunststoffmaterial zumindest teilweise umspritzt, das einen Rahmen (16) ausbildet. Ferner betrifft die Erfindung ein Überspannungsschutzgerät.

Description

Baugruppe für ein Überspannungsschutzgerät, Überspannungsschutzgerät sowie Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe
Die Erfindung betrifft eine Baugruppe für ein Überspannungsschutzgerät sowie ein Überspannungsschutzgerät. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass ein Überspannungsschutzgerät verwendet wird, um elektrische Bauelemente vor einer Überbeanspruchung zu schützen, sofern diese außerhalb ihres Nennbetriebsbereichs arbeiten müssten.
Hierzu ist es beispielsweise bekannt, dass eine thermische Trennstelle vorgesehen ist, die auslöst, wenn sich Kontakte der thermischen Trennstelle aufgrund einer Überbeanspruchung erwärmen, beispielsweise aufgrund eines entsprechenden Stroms. Aufgrund der dabei auftretenden thermischen Belastung weicht beispielsweise ein thermisch erweichbares Material auf, welches Teil der thermischen Trennstelle ist, wodurch eine elektrische Verbindung unterbrochen wird. Eine derartige Anordnung ist beispielsweise aus der DE 102011 100437 B4 bekannt, bei der jedoch zahlreiche Bauteile benötigt werden, die miteinander gekoppelt werden müssen, um die entsprechende Funktionalität bereitzustellen. Hierdurch sind die Herstellung und die Montage entsprechend komplizierter, was wiederum höhere Kosten verursacht.
In jedem Fall ist aufgrund der thermischen Trennstelle sichergestellt, dass bei thermischer Überlastung eine Abtrennung eines zu schützenden Bauteils in entsprechend kurzer Zeit erfolgt.
Zudem ist es aus dem Stand der Technik bekannt, dass eine separat ausgeführte Trennstelle eines Fernmeldekreises mittels zweier Goldkontakte ausgebildet ist, was jedoch aufgrund des verwendeten Materials zu entsprechend hohen Kosten führt. Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein kostengünstig herstellbares Überspannungsschutzgerät mit einer entsprechenden Abtrennvorrichtung zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Baugruppe für ein Überspannungsschutzgerät mit einer Abtrennvorrichtung, die einen Federarm mit einer endseitigen Kontaktstelle und ein Halteelement aufweist. Das Halteelement und die Kontaktstelle liegen sich in einer Ausgangsstelle der Baugruppe gegenüber, wobei ein thermisch erweichbares Material zwischen dem Halteelement und der Kontaktstelle vorgesehen ist, das den Federarm sowohl mechanisch als auch elektrisch mit dem Halteelement verbindet. Die Baugruppe weist einen Fernmeldekontakt mit einer mechanischen Trennstelle auf. Der Federarm, das Halteelement und der Fernmeldekontakt sind aus einem gemeinsamen Stanzblech hergestellt. Das Stanzblech ist mit einem Kunststoffmaterial zumindest teilweise umspritzt, das einen Rahmen ausbildet.
Der Grundgedanke der Erfindung ist es, eine einfach aufgebaute Abtrennvorrichtung vorzusehen, die in einem Überspannungsschutzgerät integriert werden kann. Gleichzeitig wird der Fernmeldekontakt mit der mechanischen Trennstelle ausgebildet. Dies ist möglich, da das Halteelement, der Federarm und der Fernmeldekontakt aus einem Materialteil hergestellt worden sind, nämlich dem gemeinsamen Stanzblech, sodass zumindest diese drei Komponenten aus einem Teil gebildet sind, also der Federarm, das Halteelement und der Fernmeldekontakt.
Es ist demnach nicht mehr notwendig, mehrere, separat hergestellte Bauteile vorzusehen, die einzeln montiert werden müssen, wodurch sich entsprechend hohe Montage- bzw. Fertigungskosten ergeben. Folglich lässt sich die erfindungsgemäße Baugruppe einfacher, schneller und damit kostengünstiger herstellen.
Zudem kann das Stanzblech, also die aus dem Stanzblech gebildeten Komponenten, direkt vom Kunststoffmaterial umspritzt worden sein, sodass der Rahmen ausgebildet wird, an dem entsprechende funktionale Komponenten vorgesehen sein können, die für die Funktionsweise der Abtrennvorrichtung notwendig sind. Auch hierdurch ergeben sich Kostenvorteile, da der aus dem Kunststoffmaterial bestehende Rahmen direkt die benötigten funktionalen Komponenten aufweisen kann, sodass diese Komponenten nicht separat hergestellt und anschließend montiert werden müssen. Die Anzahl der benötigten Bauteile kann also reduziert werden, wodurch sich die Herstellungs- und Montagekosten entsprechend reduzieren lassen.
Das Kunststoffmaterial dient insbesondere zum Halten der verschiedenen Komponenten, die aus dem Stanzblech gefertigt sind, also dem Fernmeldekontakt mit der mechanischen Trennstelle, dem Halteelement und dem Federarm mit der Kontaktstelle. Dies wird dadurch erreicht, dass die aus dem gemeinsamen Stanzblech hergestellten Komponenten zumindest teilweise im Rahmen eingebettet sind, also vom Kunststoffmaterial umspritzt worden sind, aus dem der Rahmen gebildet ist.
Insofern lässt sich gerade bei großen Stückzahlen eine kosteneffiziente Fertigung realisieren.
Insbesondere ist ein Stanzgitter vorgesehen. Das Stanzgitter entspricht einem System elektrischer Leiter, die aus einem Metallstreifen hergestellt worden sind, beispielsweise dem Stanzblech. Insofern ähnelt das Stanzgitter einer Leiterplatte.
Das Stanzblech ist also zu einem Stanzgitter vorverarbeitet worden, insbesondere bevor das Kunststoffmaterial umspritzt worden ist. Hierzu kann das Stanzblech zuvor geformt und/oder gestanzt worden sein, um so ein dreidimensionales Stanzgitter zu erhalten.
Zusätzlich kann das Stanzblech, insbesondere die elektrischen Leiter, zumindest teilweise galvanisiert worden sein, beispielsweise entsprechende Oberflächen.
Neben den drei oben genannten Komponenten der Baugruppe, die aus dem Stanzblech realisiert worden sind, also dem Federarm, dem Halteelement und dem Fernmeldekontakt, können auch noch zwei Kontakte zum elektrischen Anschluss der Abtrennvorrichtung sowie Elektroden für ein elektrisches Bauelement durch das Stanzblech ausgebildet sein.
Folglich stellt das Stanzblech zahlreiche Komponenten der Baugruppe bereit, insbesondere bis zu sieben unterschiedliche Komponenten. Beispielsweise sind die zahlreichen Komponenten durch Bauteile ausgebildet, die separat ausgebildet und aus dem Stanzblech erhalten worden sind. Hierbei kann ein Bauteil auch mehr als eine Komponente umfassen.
Ein erster Steckkontakt kann einstückig mit dem Federarm ausgebildet sein. Das Halteelement kann einstückig mit einer der Elektroden für das elektrische Bauelement ausgebildet sein. Ferner kann die zweite Elektrode für das elektrische Bauelement im montierten Zustand mit einem zweiten Steckkontakt elektrisch leitend gekoppelt sein.
Der Fernmeldekontakt kann separat zu den anderen Komponenten ausgebildet, aber dennoch durch den aus dem Kunststoff mate rial gebildeten Rahmen gehalten sein.
Im Ausgangszustand fließt ein über den ersten Steckkontakt und den hiermit einstückig ausgebildeten Federarm zum Halteelement, da die Verbindung zwischen der Kontaktstelle und dem Halteelement geschlossen ist, also die thermische Trennstelle. Das Halteelement ist mit der ersten Elektrode für das elektrische Bauelement einstückig ausgebildet, sodass der Strom dann ausgehend von der ersten Elektrode durch das elektrische Bauelement zur zweiten Elektrode fließt, die durch eine Kontaktplatte ausgebildet sein kann, wobei die zweite Elektrode elektrisch leitend mit dem zweiten Steckkontakt gekoppelt ist, sodass der Strom über den zweiten Steckkontakt fließen kann.
Der Fernmeldekontakt kann in einem Fernmeldekreis vorhanden sein, über den ein Strom fließt. Sobald die Baugruppe auslöst, wird sowohl der Stromfluss über die thermische Trennstelle unterbrochen als auch die mechanische Trennstelle des Fernmeldekontakts mechanisch getrennt, wodurch der Stromfluss des Fernmeldekreises unterbrochen ist.
Grundsätzlich kann das thermisch erweichbare Material eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Halteelement und der Kontaktstelle des Federarms in der Ausgangsstellung der Baugruppe sicherstellen.
Bei der Montage der Baugruppe kann vorgesehen sein, dass auf das Haltelement zunächst das thermisch erweichbare Material aufgebracht worden ist, sodass der Federarm später geformt, insbesondere gebogen, worden ist, sodass die Kontaktstelle am Ende des Federarms mit dem thermisch erweichbaren Material in Kontakt kommt. Die mechanische und elektrische Verbindung kann dann mittels eines z.B. induktiven Lötvorgangs hergestellt worden sein.
Das thermisch erweichbare Material wird insbesondere aufgebracht, nachdem die aus dem Stanzblech gebildeten Komponenten in das Kunststoffmaterial eingebettet worden sind, also im Rahmen eingebettet wurden.
Ein Aspekt sieht vor, dass mittels des thermisch erweichbaren Materials eine thermische Trennstelle zwischen dem Halteelement und der Kontaktstelle ausgebildet ist. Die mechanische und elektrische Verbindung zwischen der Kontaktstelle des Federarms und dem Halteelement kann demnach thermisch aufgetrennt werden, sofern das thermisch erweichbare Material erwärmt wird. Folglich verändert sich der Zustand des thermisch erweichbaren Materials, wenn dieses erwärmt wird, insbesondere über eine definierte Temperatur hinaus.
Beispielsweise handelt es sich bei dem thermisch erweichbaren Material um ein Lot. Demnach ist eine Lotverbindung zwischen dem Halteelement und der Kontaktstelle vorgesehen.
Alternativ kann ein elektrisch leitfähiger Klebstoff vorgesehen sein, welcher temperatursensitiv ist und aufweicht, wenn der Klebstoff erwärmt wird.
Der Federarm kann einen Vorsprung aufweisen, der in eine im Halteelement vorgesehene Öffnung eintaucht, insbesondere im Bereich der Kontaktstelle. Der Vorsprung kann auch als Lasche bezeichnet werden. Der Vorsprung kann eine Höhe aufweisen, die größer als die Mate rial stärke des Halteelements ist. Der Vorsprung durchdringt somit das Halteelement. Es kann ein größerer Flächenkontakt realisiert werden, beispielsweise an wenigstens zwei Flächen, die zueinander senkrecht stehen, nämlich der Fläche des Federarms, von dem der Vorsprung absteht, sowie Seiten des Vorsprungs, die dem Rand der Öffnung im Halteelement zugeordnet sind.
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass die Baugruppe einen Hebel aufweist, der zur mechanischen Trennung der mechanischen Trennstelle des Fernmeldekontakts und/oder zum definierten Öffnen der Verbindung zwischen dem Halteelement und der Kontaktstelle dient. Der Hebel ist demnach unter anderem vorgesehen, um die elektrische und mechanische Verbindung zwischen dem Halteelement und der Kontaktstelle in definierter Weise zu trennen. Der Hebelarm stellt aufgrund seiner Form sicher, dass sich der Federarm beim Öffnen der Verbindung zwischen dem Halteelement und der Kontaktstelle so weit bewegt, dass es zu keinem Lichtbogen zwischen der Kontaktstelle und dem Halteelement kommen kann. Dies ist unter dem definierten Öffnen der thermischen Trennstelle zu verstehen.
Darüber hinaus kann der Hebel vorgesehen sein, um die mechanische Trennstelle des Fernmeldekontakts mechanisch aufzutrennen, also mechanisch zu unterbrechen.
Insbesondere erfolgt beides (im Wesentlichen) gleichzeitig, also das mechanische Unterbrechen der mechanischen Trennstelle und das (definierte) Öffnen der thermischen Trennstelle. Der Hebel wirkt dabei sowohl auf die thermische T rennstelle (indirekt über den Federarm) als auch auf die mechanische Trennstelle (direkt) ein.
Der Hebel kann einen ersten Hebelarm haben, der mit einem Vorspannelement zusammenwirkt. Bei dem Vorspannelement kann es sich um ein elastisch vorgespanntes Vorspannelement handeln, bspw. ein Federelement. Die vom Vorspannelement auf den ersten Hebelarm aufgebrachte Vorspannkraft wird aufgrund der Form des Hebels in eine Hebelkraft umgesetzt, die auf den Federarm wirkt, wodurch eine Trennkraft auf die Verbindung zwischen dem Halteelement und der Kontaktstelle wirkt. Wenn die Trennkraft größer ist als die Haltekraft, die durch das thermisch erweichbare Material erzeugt wird, dann wird die Verbindung entsprechend aufgetrennt. Dies ist aber nur dann möglich, wenn die Haltekraft des thermisch erweichbaren Materials, das zwischen dem Halteelement und der Kontaktstelle vorgesehen ist, aufgrund einer thermischen Einwirkung (Erwärmung) nachlässt. Das Vorspannelement und die Ausgestaltung des Hebels stellen sicher, dass eine definierte Hebelkraft vorliegt, die auf den Federarm wirkt. Der Federarm ist wiederum derart gestaltet, dass eine definierte Trennkraft auf thermisch erweichbare Material wirkt. Mit anderen Worten kann die Trennkraft über die Ausgestaltung des Vorspannelements, des Hebels und des Federarms eingestellt werden. Die Ausgestaltung erfolgt derart, dass die vom thermisch erweichbaren Material im Ausgangszustand erzeugte Haltekraft zunächst nicht durch die Trennkraft überschritten wird. Das elastisch vorgespannte Vorspannelement drückt demnach auf den ersten Hebelarm des Hebels, wodurch die Vorspannkraft auf den ersten Hebelarm wirkt, welche unter anderem über den Hebel auf das thermisch erweichbare Material übertragen wird.
Der Hebel kann einen zweiten Hebelarm aufweisen, der zu dem ersten Hebelarm entgegengesetzt ist. Grundsätzlich kann ein Abstand zwischen dem Ende des zweiten Hebelarms und dem Federarm vorgesehen sein, wodurch sichergestellt ist, dass zunächst die thermische Trennstelle und der Fernmeldekontakt getrennt werden.
Der zweite Hebelarm kann über zumindest einen Abschnitt auf den Federarm wirken, um das Öffnen zu unterstützen bzw. den Federarm in einer geöffneten Stellung zu halten. Über die Ausgestaltung des Hebels, insbesondere der beiden Hebelarme, könnte demnach die Hebelkraft eingestellt werden, die das Vorspannelement mittels des Hebels erzeugt.
Zudem kann durch die Ausgestaltung des Federarms, auf den der zweite Hebelarm wirkt, die auf das thermisch erweichbare Material wirkende Trennkraft eingestellt werden.
Der Hebel kann Verstärkungsrippen oder eine Fachwerkstruktur aufweisen, wodurch sichergestellt ist, dass sich der Hebel nicht verwindet. Dank der Verstärkungsrippen bzw. der Fachwerkstruktur kann der Hebel ein für die erreichte Steifigkeit geringes Gewicht aufweisen, insbesondere im Vergleich zu einem Hebel aus einem Vollmaterial mit gleicher Steifigkeit.
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass am Hebel ein Zapfen vorgesehen ist, der mit der mechanischen Trennstelle des Fernmeldekontakts interagiert. Der Zapfen kann von einem Grundkörper des Hebels seitlich abstehen. Insofern erstreckt sich der Zapfen in eine Richtung die (im Wesentlichen) senkrecht zu den Erstreckungsrichtungen der beiden Hebelarme des Hebels ist. Sofern der Hebel von seiner Ausgangsstellung in die ausgelöste Stellung übergeht, die auch als Endstellung oder Endlage bezeichnet werden kann, bewegt sich der am Hebel angeordnete Zapfen mit dem Hebel mit, wodurch dieser die mechanische Trennstelle des Fernmeldekontakts durchtrennt bzw. unterbricht. Der Zapfen kann daher als Schwenkzapfen bezeichnet werden, da der Zapfen eine Schwenkbewegung vollzieht, wenn der Hebel von der Ausgangsstellung in die ausgelöste Stellung übergeht. Der Zapfen stellt in seiner der ausgelösten Stellung zugeordneten Endlage unter anderem sicher, dass der getrennte Abschnitt des Fernmeldekontakts nicht wieder in seine Ausgangslage zurückwandern kann. Dadurch sind die Luft und Kriechstrecken sichergestellt.
Der Hebel selbst kann ebenfalls ein Spritzgussteil sein.
Der aus dem Kunststoffmaterial gebildete Rahmen kann ein Lager für den Hebel aufweisen. Das Lager definiert die Drehachse des Hebels, um die sich der Hebel drehen kann, sofern die Baugruppe auslöst und in den ausgelösten Zustand übergeht. Da das Lager für den Hebel durch das Kunststoffmaterial selbst gebildet ist, ist es nicht notwendig, ein separates Lager vorzusehen, das zunächst an einem Träger befestigt werden müsste. Die Montage und die Herstellung erleichtern sich hierdurch. Insbesondere wird der Hebel bei der Montage einfach auf das durch das Kunststoffmaterial gebildete Lager aufgesetzt.
Darüber hinaus kann der aus dem Kunststoffmaterial gebildete Rahmen einen Anschlag für den ersten Hebelarm aufweisen, an dem der erste Hebelarm in einer ausgelösten Stellung anschlägt, also der Endlage. Hierdurch ist sichergestellt, dass der Hebel eine definierte Bewegung vollführt, wenn das thermisch erweichbare Material seine mechanische Festigkeit verliert, also die Haltekraft nachlässt, wodurch der Hebel aufgrund der Vorspannkraft des Vorspannelements in Drehung versetzt wird. Der Anschlag stellt dann sicher, dass der Hebel nur eine definierte Drehung vollführt, bspw. um einen Winkel von 40°. Da der Anschlag durch das Kunststoff mate rial selbst ausgebildet ist, lässt sich die Baugruppe entsprechend einfach ausbilden, da ein separat ausgebildeter Anschlag nicht notwendig ist. Es ist somit sichergestellt, dass der Federarm eine definierte Endlage einnimmt, wenn sich die Abtrennvorrichtung in der ausgelösten Stellung bzw. der Endstellung befindet.
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass der Rahmen eine Basisplatte ausbildet, die im Wesentlichen parallel zu einem Hauptabschnitt des Stanzblechs ist. Bei dem Hauptabschnitt des Stanzblechs handelt es sich insbesondere um einen Abschnitt des Stanzblechs, der mechanisch unbearbeitet ist, also nicht umgeformt wurde, insbesondere umgebogen worden ist. Beispielsweise entspricht der Hauptabschnitt des Stanzblechs der ersten Elektrode für das elektrische Bauelement.
Die Basisplatte stellt somit die Basis des aus dem Kunststoffmaterial gebildeten Rahmens dar, von dem Strukturen abstehen, um funktionale Komponenten der Abtrennvorrichtung auszubilden, bspw. das Lager für den Hebel, den Anschlag für den ersten Hebelarm oder weitere funktionale Komponenten.
Insbesondere hat die Basisplatte eine Aussparung, in der der Zapfen des Hebels bewegbar aufgenommen ist. Die Aussparung kann demnach den maximal möglichen Bewegungsbereich des Hebels definieren, da sich der Hebel nur in der Weise bewegen kann, wie der Zapfen innerhalb der Aussparung bewegbar ist.
Insbesondere bildet zumindest ein Rand der Aussparung eine Anschlagsstelle für den Zapfen aus, an der der Zapfen in einer ausgelösten Stellung anschlagen kann. Insofern ergibt sich eine weitere Anschlagsstelle für den Hebel, insbesondere dessen Zapfen, wodurch die Bewegung des Hebels im ausgelösten Zustand begrenzt ist, bspw. auf einen Drehwinkel von 40°. Diese Stellung entspricht der technischen Endlage des Hebels.
Ferner kann die Baugruppe ein elektrisches Bauelement aufweisen. Das elektrische Bauelement kann mit dem Halteelement elektrisch gekoppelt sein, sodass eine elektrische Verbindung über das Halteelement zu dem elektrischen Bauelement besteht. Hierzu kann eine Lötverbindung, beispielsweise in Form einer Lotpaste, zwischen dem Stanzblech, insbesondere der durch das Stanzblech gebildeten ersten Elektrode, und dem elektrischen Bauelement vorgesehen sein. Die Lötverbindung ist vorteilhaft hinsichtlich der thermischen Funktion der A btre n n vo rri chtu n g .
Grundsätzlich kann das elektrische Bauelement mit dem Stanzblech in thermischen Kontakt stehen, beispielsweise über das Haltelement oder allgemein den Hauptabschnitt des Stanzblechs, welcher die erste Elektrode für das elektrische Bauelement bildet. Eine Erwärmung des elektrischen Bauelements führt zur Erwärmung des Stanzblechs, insbesondere der ersten Elektrode, was wiederum dazu führt, dass das Halteelement, das einstückig mit der ersten Elektrode aus dem gemeinsamen Stanzblech hergestellt sein kann und das thermisch erweichbare Material kontaktiert, entsprechend erwärmt wird, wodurch das thermisch erweichbare Material aufweicht. Die Abtrennvorrichtung reagiert folglich auf eine Erwärmung des elektrischen Bauelements, wodurch diese auslöst und die thermische Trennstelle sich auftrennt. Hierbei drückt der Hebel aufgrund der Vorspannkraft des Vorspannelements den Federarm in die technische Endlage, also die ausgelöste Stellung.
Gleichzeitig oder (direkt) aufeinanderfolgend unterbricht der am Hebel vorgesehene Zapfen die mechanische Trennstelle des Fernmeldekontakts, sodass das Auslösen der Baugruppe signalisiert wird. Vorzugsweise unterbricht der Zapfen die mechanische Trennstelle des Fernmeldekontakts kurz nachdem die thermische T rennstelle geöffnet wurde. Dies bedeutet, dass der Hebel bzw. der Zapfen eine gewisse Strecke zurückgelegt hat bzw. haben, bis der Zapfen die mechanische Trennstelle des Fernmeldekontakts unterbricht.
Das elektrische Bauelement kann an einer Seite des Stanzblechs, insbesondere der hieraus gebildeten ersten Elektrode für das elektrische Bauelement, angeordnet sein, die vom Federarm wegweist. Hierdurch ergibt sich eine kompakte Bauweise, da die mechanisch bewegten Teile auf einer Seite des Stanzblechs, insbesondere auf einer Seite der ersten Elektrode, angeordnet sind, wohingegen das elektrische Bauelement auf einer hierzu entgegengesetzten Seite des Stanzblechs bzw. der ersten Elektrode angeordnet ist. Insbesondere sind die bewegten Komponenten vom elektrischen Bauelement durch die Basisplatte des Rahmens entsprechend voneinander getrennt.
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass am elektrischen Bauelement eine Kontaktplatte angeordnet ist, von der ein Kontaktierungsabschnitt abgeht, der sich durch eine Öffnung im durch das Kunststoffmaterial gebildeten Rahmen erstreckt. Die Kontaktplatte stellt die zweite Elektrode für das elektrische Bauelement dar. Über die Kontaktplatte und den Kontaktierungsabschnitt kann das elektrische Bauelement elektrisch kontaktiert werden, sodass ein Stromfluss über das elektrische Bauelement möglich ist. Der Kontaktierungsabschnitt steht insbesondere senkrecht von der Kontaktplatte ab. Die Öffnung, die in dem durch das Kunststoff mate rial gebildeten Rahmen vorgesehen ist, stellt zudem sicher, dass eine definierte Anordnung der Kontaktplatte in Bezug auf die Baugruppe möglich ist. In der Öffnung ist der zweite Steckkontakt teilweise angeordnet, sodass dieser kontaktierbar ist. Der Kontaktierungsabschnitt stellt im Bereich der Öffnung im Rahmen einen elektrischen Kontakt mit einem zweiten Steckkontakt der Baugruppe her, der ebenfalls aus dem Stanzblech gebildet ist.
Die Kontaktplatte kann mittels einer Lötverbindung, insbesondere einer Lotpaste, am elektrischen Bauelement elektrisch und mechanisch befestigt worden sein. Grundsätzlich kann die Lötverbindung auch durch Lotplatten realisiert sein. Alternativ zur Lötverbindung kann auch eine Schweißverbindung oder eine mechanische Verbindung vorgesehen sein, beispielsweise eine Nietverbindung.
Bei dem elektrischen Bauelement handelt es sich beispielsweise um einen Varistor, insbesondere einen Metalloxid-Varistor.
Es kann auch eine Gasentladungsröhre („Gas Discharge Tube“ - GDT) vorgesehen sein.
Darüber hinaus kann der Rahmen eine Aufnahme für das elektrische Bauelement ausbilden. Die Aufnahme gewährleistet, dass das elektrische Bauelement sicher im Rahmen aufgenommen ist, wodurch dieses eine definierte Position am Rahmen aufweist. Die Aufnahme kann zudem einen mechanischen Formschluss für das elektrische Bauelement sicherstellen.
Insbesondere kann die Aufnahme eine Schnappverbindung zur mechanischen Befestigung des elektrischen Bauelements am Rahmen aufweisen. Hierdurch ist eine mechanische Sicherung des elektrischen Bauelements gegeben, sodass auf weitere Verbindungselemente verzichtet werden kann, wodurch sich die Montage des Überspannungsschutzgeräts weiter vereinfacht.
Die entsprechende Schnappverbindung kann beim Umspritzen des Stanzblechs mit dem Kunststoff mate rial ausgebildet worden sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt geht der Federarm an seinem zur Kontaktstelle entgegengesetzten Ende über eine materialverjüngte Schwenkstelle in einen Anschlussabschnitt über, der aus dem gemeinsamen Stanzblech hergestellt ist, wobei der Federarm um die materialverjüngte Schwenkstelle schwenkbar ist. Die materialverjüngte Schwenkstelle stellt sicher, dass die von dem Hebel aufgebrachte Kraft nicht zu groß sein muss, um den Federarm um die Schwenkstelle zu verschwenken. Gleichzeitig kann hierdurch das Vorspannelement hinsichtlich seiner Vorspannkraft reduziert ausgebildet sein, wodurch die elektrische und mechanische Verbindung, welche über das thermisch erweichbare Material hergestellt ist, weniger belastet wird. Beispielsweise weist die materialverjüngte Schwenkstelle eine Öffnung auf, wodurch sich die Materialverjüngung ergibt.
Der Anschlussabschnitt kann durch ein bereichsweises Umformen des Stanzblechs erzeugt worden sein.
Der Federarm kann einen ersten und einen zweiten Abschnitt aufweisen, die sich in einem Winkel zueinander erstrecken, der von 0° bzw. 180° verschieden ist, wobei der zweite Abschnitt die Kontaktstelle aufweist. Der entsprechend ausgebildete Federarm stellt eine kompakte Ausgestaltung sicher, bei der dennoch eine möglichst große Angriffsfläche für den Hebel vorgesehen ist, sodass der Federarm leicht verschwenkt werden kann.
Die beiden Abschnitte des Federarms können derart zueinander ausgerichtet sein, dass ein Knick im Federarm ausgebildet ist. Der entsprechende Knick wird aufgrund der beiden Abschnitte erzeugt.
Die Kontaktstelle des Federarms kann ein Fenster aufweisen, in das ein abgewinkelter Steg eingesteckt ist, der mit dem Rand des Fensters verlötet ist.
Darüber hinaus kann ein Außengehäuse vorgesehen sein, das zumindest den Rahmen aufnimmt. Das Außengehäuse umgibt insbesondere sämtliche Komponenten der Abtrennvorrichtung, sodass diese nach außen hin geschützt sind. Darüber hinaus stellt das Außengehäuse sicher, dass die Luft- und Kriechstrecken eingehalten werden.
Insbesondere ist das Außengehäuse haubenartig ausgebildet. Das Außengehäuse ist auf den Rahmen aufgesetzt, der für das Außengehäuse zwei (im Wesentlichen) parallele Anlageflächen sowie eine zu den beiden (im Wesentlichen) parallelen Anlageflächen senkrechte Auflagefläche hat. Hierdurch ist gewährleistet, dass das Außengehäuse beim Aufsetzen geführt wird, wodurch sich eine definierte Lage ergibt. Die Montage des Überspannungsschutzgeräts erleichtert sich somit.
Insbesondere ist die Schnappverbindung an dem Randabschnitt des Rahmens ausgebildet, der gleichzeitig die Auflagefläche bereitstellt. Der entsprechende Randabschnitt kann federnd ausgebildet sein, um die Schnappverbindung zu gewährleisten.
Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass federnd ausgebildete Randabschnitte an Seiten ausgebildet sind, die senkrecht zur Auflagefläche sind.
Grundsätzlich kann das Stanzblech, insbesondere das Stanzgitter, Kontakte zum elektrischen Anschluss aufweisen, beispielsweise Kontaktstifte, Kontaktstecker oder dergleichen. Hierüber kann die Baugruppe mit einer weiteren Baugruppe gekoppelt werden, insbesondere verlötet oder eingesteckt werden.
Zudem ist erfindungsgemäß ein Überspannungsschutzgerät vorgesehen, das eine Baugruppe der oben genannten Art aufweist.
Bei dem Überspannungsschutzgerät kann es sich um einen Überspannungsableiter handeln, also ein Gerät oder Bauteil zum Begrenzen gefährlicher Überspannungen in elektrischen Leitungen und Geräten.
Ferner betrifft die Erfindung Verfahren zum Herstellen einer Baugruppe für ein Überspannungsschutzgerät. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
Bereitstellen eines Stanzblechs,
- Ausbilden eines Fernmeldekontakts aus dem Stanzblech, wobei der Fernmeldekontakt eine mechanische Trennstelle hat,
- Ausbilden eines Federarms mit einer endseitigen Kontaktstelle aus dem Stanzblech,
- Ausbilden eines Halteelements aus dem Stanzblech, sodass das das Halteelement und die Kontaktstelle in einer Ausgangsstellung der Baugruppe gegenüberliegen,
- Anbringen eines thermisch erweichbaren Materials zwischen dem Halteelement und der Kontaktstelle, das den Federarm sowohl mechanisch als auch elektrisch mit dem Halteelement verbindet, und
Umspritzen des Stanzblechs mit einem Kunststoffmaterial zumindest teilweise, sodass ein Rahmen ausgebildet wird. Der Fernmeldekontakt, der Federarm und das Halteelement sind also aus einem gemeinsamen Stanzblech hergestellt, wodurch sich die Herstellungskosten entsprechend reduzieren lassen. Es ist also vorgesehen, dass der Fernmeldekontakt aus demselben Material wie der Federarm und das Halteelement hergestellt wird.
Insbesondere werden der Fernmeldekontakt, der Federarm und/oder das Halteelement durch Umformen des Stanzblechs hergestellt, beispielsweise durch Biegen des Stanzblechs.
Beim Ausbilden des Fernmeldekontakts kann dessen mechanische Trennstelle durch eine Materialverjüngung hergestellt werden, beispielsweise durch einen Steg, der wenigstens eine Engstelle aufweist. Auch kann vorgesehen sein, dass die mechanische Trennstelle eine Einkerbung beim Ausbilden des Fernmeldekontakts erhält.
Ferner kann der Federarm in der gewünschten Weise beim Ausbilden des Federarms, also dem Umformen des Stanzblechs, entsprechend hergestellt werden, sodass der Federarm beispielsweise eine materialverjüngte Schwenkstelle hat.
Es kann zudem noch ein Hebel, insbesondere mit einem ersten Hebelarm und einem zweiten Hebelarm, vorgesehen werden, der an einem Lager angeordnet wird, insbesondere einem durch den Rahmen gebildetes Lager.
Es lässt sich also eine Baugruppe der zuvor genannten Art mit dem Verfahren herstellen.
Die zuvor genannten Vorteile und Eigenschaften in Bezug auf die Baugruppe ergeben sich in analoger Weise für das Verfahren.
Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Überspannungsschutzgeräts mit einer erfindungsgemäßen Baugruppe in der Ausgangsstellung, Figur 2 das Überspannungsschutzgerät aus Figur 1 in der ausgelösten Stellung,
Figur 3 das Überspannungsschutzgerät aus Figur 1 in einer anderen Perspektivansicht,
Figur 4 das Überspannungsschutzgerät aus Figur 1 in einer Frontansicht,
Figur 5 das Überspannungsschutzgerät aus Figur 1 in einer Explosionsdarstellung in einer Perspektivansicht,
Figur 6 die Explosionsansicht aus Figur 5 in einer anderen Perspektive,
Figur 7 eine Frontansicht auf den Fernmeldekontakt gemäß einer ersten Ausführungsform in der Ausgangsstellung,
Figur 8 eine Detailansicht der Figur 7,
Figur 9 den Fernmeldekontakt der Figur 7 in der ausgelösten Stellung,
Figur 10 eine Detailansicht der Figur 9,
Figur 11 eine Frontansicht auf den Fernmeldekontakt gemäß einer zweiten Ausführungsform in der Ausgangsstellung,
Figur 12 eine Detailansicht der Figur 11 ,
Figur 13 den Fernmeldekontakt der Figur 11 in der ausgelösten Stellung,
Figur 14 eine Detailansicht der Figur 13,
Figur 15 eine Frontansicht auf den Fernmeldekontakt gemäß einer dritten Ausführungsform in der Ausgangsstellung,
Figur 16 eine Detailansicht der Figur 15,
Figur 17 den Fernmeldekontakt der Figur 15 in der ausgelösten Stellung,
Figur 18 eine Frontansicht auf den Fernmeldekontakt gemäß einer vierten Ausführungsform in der Ausgangsstellung,
Figur 19 eine Detailansicht der Figur 18,
Figur 20 den Fernmeldekontakt der Figur 18 in der ausgelösten Stellung, Figur 21 eine Detailansicht der Figur 20,
Figur 22 eine seitliche Perspektivansicht auf den Fernmeldekontakt gemäß einer Ausführungsvariante,
Figur 23 eine Teilansicht der Figur 22,
Figur 24 eine seitliche Perspektivansicht auf den Fernmeldekontakt gemäß einer weiteren Ausführungsvariante,
Figur 25 eine Teilansicht der Figur 24,
Figur 26 eine teilgeschnittene Darstellung des Überspannungsschutzgeräts aus Figur 1 ,
Figur 27 eine Detailansicht der Figur 26,
Figur 28 eine Seitenansicht der Darstellung der Figur 26,
Figur 29 eine Detailansicht der Figur 28, und
Figur 30 eine Perspektivansicht der Darstellung der Figur 26.
In den Figuren 1 bis 10 ist ein Überspannungsschutzgerät 10 gezeigt, das zur Absicherung von elektronischen Bauteilen vorgesehen ist und eine Baugruppe 11 aufweist.
Die Baugruppe 11 hat ein Außengehäuse 12, das interne Komponenten des Überspannungsschutzgeräts 10 bzw. der Baugruppe 11 (vollständig) umgibt.
Insbesondere ist das Außengehäuse 12 haubenartig ausgebildet, wie aus den Figuren 5 und 6 hervorgeht, da das Außengehäuse 12 lediglich eine offene Seite 13 hat.
Zudem weist die Baugruppe 11 ein Stanzblech 14 auf, aus dem mehrere Komponenten des Überspannungsschutzgeräts 10 bzw. der Baugruppe 11 gebildet sind, wie nachfolgend noch erläutert wird.
Das Stanzblech 14 ist bzw. die daraus gebildeten Komponenten sind von einem Kunststoffmaterial zumindest teilweise umspritzt worden, das einen Rahmen 16 bildet. Das Stanzblech 14 ist mechanisch bearbeitet worden, indem Abschnitte und Kontakte bspw. umgeformt worden sind, insbesondere gebogen worden sind. Folglich handelt es sich um ein Stanzgitter, das eine dreidimensionale Form hat, wie aus den Figuren ersichtlich ist.
Darüber hinaus umfasst die Baugruppe 11 eine Abtrennvorrichtung 18, die aus mehreren Komponenten zusammengesetzt ist. Die Abtrennvorrichtung 18 weist unter anderem einen Federarm 20 auf, der einen ersten Abschnitt 20a sowie einen zweiten Abschnitt 20b hat, die sich unter einem Winkel zueinander erstrecken, wodurch ein Knick 21 zwischen den beiden Abschnitten 20a, 20b gebildet ist.
Darüber hinaus umfasst die Abtrennvorrichtung 18 ein Halteelement 22, das mit dem Federarm 20 zusammenwirkt, wie nachfolgend noch erläutert wird.
Der Federarm 20 und das Halteelement 22 sind beide aus dem gemeinsamen Stanzblech 14 hergestellt worden, indem entsprechende Bereiche des Stanzblechs 14 ausgestanzt und/oder umgeformt worden sind, sodass die Komponenten ausgebildet wurden. Der Federarm 20 sowie das Halteelement 22 sind also durch Stanzen und/oder Umformen des Stanzblechs 14 erzeugt worden.
Darüber hinaus sind aus dem Stanzblech 14, insbesondere dem Stanzgitter, weitere Komponenten gebildet worden, die zum elektrischen Anschluss der Abtrennvorrichtung 18 dienen, nämlich ein erster Kontakt 23a und ein zweiter Kontakt 23b, wobei die beiden Kontakte 23a, 23b beispielsweise als Kontaktstifte, Kontaktstecker oder dergleichen ausgebildet sind. Die Kontakte 23a, 23b können ebenfalls durch Ausstanzen und/oder Umformen des Stanzblechs 14 erzeugt worden sein.
Beispielsweise ist der erste Kontakt 23a einstückig mit dem Federarm 20 ausgebildet, sodass die beiden Komponenten gemeinsam ausgestanzt und durch Umformen entsprechend ausgebildet worden sind.
Der zweite Kontakt 23b kann dagegen als separate Komponente aus dem Stanzblech 14 ausgestanzt worden sein.
Der Federarm 20 weist eine Kontaktstelle 24 auf, die an einem freien Ende des Federarms 20 ausgebildet ist. Die Kontaktstelle 24 liegt in der Ausgangsstellung der Baugruppe 11 , welche in den Figuren 1 , 3 und 4 gezeigt ist, dem Halteelement 22 gegenüber, wobei ein thermisch erweichbares Material 26, bspw. ein Lot, zwischen dem Halteelement 22 und der Kontaktstelle 24 vorgesehen ist.
Das thermisch erweichbare Material 26 stellt dabei sowohl eine mechanische als auch eine elektrische Verbindung zwischen der Kontaktstelle 24 und dem Halteelement 22 sicher, die jedoch trennbar ist. Insofern bildet das thermisch erweichbare Material 26 eine thermische Trennstelle 27 aus.
Der Federarm 20 geht über eine materialverjüngte Schwenkstelle 28 in den ersten Kontakt 23a über.
Die materialverjüngte Schwenkstelle 28 ist dabei an einem zur Kontaktstelle 24 entgegengesetzten Ende des Federarms 20 vorgesehen, wobei der Federarm 20 um die entsprechende materialverjüngte Schwenkstelle 28 schwenkbar ist, sofern die Baugruppe 11 in einen ausgelösten Zustand übergeht, wie nachfolgend noch erläutert wird. Beispielsweise ist bei der materialverjüngten Schwenkstelle 28 vorgesehen, dass diese eine Öffnung 29 aufweist, wodurch sich das Schwenkverhalten des Federarms 20 um die Schwenkstelle 28 entsprechend verbessert.
Des Weiteren weist der Federarm 20 eine Prägung 30 auf.
Die Prägung 30 kann am ersten Abschnitt 20a vorgesehen sein, um den Federarm 20 zu versteifen. Insofern bildet die Prägung 30 eine Versteifungsrippe im ersten Abschnitt 20a aus.
Im zweiten Abschnitt 20b kann (ebenfalls) wenigstens eine Prägung 30, insbesondere zwei Prägungen 30, im Bereich der Kontaktstelle 24 vorgesehen sein, um Distanzhalter auszubilden. Hierdurch kann ein definierter Abstand zwischen der Kontaktstelle 24 und dem Halteelement 22 sichergestellt werden, um die Dicke des thermisch erweichbaren Materials 26 einzustellen, welches zwischen der Kontaktstelle 24 und dem Halteelement 22 vorgesehen ist.
Grundsätzlich weist die Baugruppe 11 zudem einen Hebel 32 auf, der in der gezeigten Ausführungsform einen ersten Hebelarm 34 sowie einen zweiten Hebelarm 36 umfasst, über die der Hebel 32 mit einem Vorspannelement 38, insbesondere einem elastischen Vorspannelement wie einer Feder, bzw. dem Federarm 20 zusammenwirkt. Das Vorspannelement 38 erzeugt eine Vorspannkraft, die auf den ersten Hebelarm 34 wirkt, wodurch sich der Hebel 32 um eine Drehachse D drehen sollte. Aufgrund der Vorspannkraft drückt der zweite Hebelarm 36 gegen den Federarm 20, welcher mittels des thermisch erweichbaren Materials 26 über die Kontaktstelle 24 am Halteelement 22 mechanisch befestigt ist.
Der Hebel 32, insbesondere die beiden Hebelarme 34, 36, der Federarm 20, das thermisch erweichbare Material 26 sowie das Vorspannelement 38 sind dabei derart aufeinander abgestimmt, dass die mechanische Verbindung des thermisch erweichbaren Materials 26 eine ausreichend hohe Haltekraft erzeugt, sodass der Hebel 32 zunächst in der in den Figuren 1 , 3 und 4 gezeigten Ausgangsstellung bleibt.
Im Falle einer thermischen Erwärmung des thermisch erweichbaren Materials 26, was bspw. bei einem erhöhten Stromfluss über die elektrisch leitende Verbindung, die das thermisch erweichbare Material 26 herstellt, und/oder aufgrund einer thermischen Koppelung eines warmen Bauteils erfolgt, kann das thermisch erweichbare Material 26 weicher werden, wodurch die mechanische Verbindung eine geringere Haltekraft erzeugt, sodass das Vorspannelement 38 den Hebel 32 verstellt. Der Hebel 32 wird dabei um die Drehachse D gedreht, die durch ein Lager 40 für den Hebel 32 verläuft, welches durch das Kunststoffmaterial des Rahmens 16 bereitgestellt ist.
Bei der Montage der Baugruppe 11 kann der Hebel 32 auf das Lager 40 aufgesetzt worden sein, wodurch der Hebel 32 in einfacher Weise an dem Rahmen 16 montiert werden kann.
Bei der Drehung des Hebels 32 greift der zweite Hebelarm 36 am Federarm 20 an, wodurch dieser um die materialverjüngte Schwenkstelle 28 verschwenkt wird, sodass keine mechanische und keine elektrische Verbindung zwischen der Kontaktstelle 24 und dem Halteelement 22 mehr vorliegt, wie dies in Figur 2 gezeigt ist.
Der Federarm 20 wird demnach aufgrund der Vorspannkraft des Vorspannelements 38 verschwenkt, sofern das thermisch erweichbare Material 26, welches die thermische Trennstelle 27 ausbildet, eine nicht mehr ausreichend hohe Haltekraft erzeugt. Das Vorspannelement 38 ist dabei derart ausgebildet, dass der Federarm 20 im Auslösefall sicher seine Endlage erreicht, wodurch sichergestellt ist, dass sich kein Lichtbogen zwischen der Kontaktstelle 24 und dem Halteelement 22 bildet. Hierzu kann auch vorgesehen sein, dass der Hebel 32 das Halteelement 22 teilweise abdeckt, wenn sich in der Endlage befindet.
Der aus dem Kunststoffmaterial gebildete Rahmen 16 bildet zudem einen Anschlag 41 für den ersten Hebelarm 34 des Hebels 32 aus, wie aus Figur 2 hervorgeht, sodass die maximale Bewegung bzw. Drehung des Hebels 32 durch den Rahmen 16 begrenzt ist.
Der entsprechende Anschlag 41 ist somit einstückig mit einer Basisplatte 42 des Rahmens 16 ausgebildet, die im Wesentlichen parallel zu einem Hauptabschnitt 43 des Stanzblechs 14 ist, welches mechanisch nicht verformt worden ist.
In der Basisplatte 42 ist zudem eine Aussparung 44 vorgesehen, in die sich ein Zapfen 46 des Hebels 32 erstreckt, wobei der Zapfen 46 in der Aussparung 44 bewegbar aufgenommen ist. Ein Rand der Aussparung 44 kann eine Anschlagsstelle für den Zapfen 46 ausbilden, wodurch die Bewegungsfreiheit des Hebels 32 erneut begrenzt ist.
Der Zapfen 46 dient grundsätzlich dazu, eine mechanische Trennstelle 48 eines Fernmeldekontakts 50 aufzutrennen, wenn die Baugruppe 11 von der Ausgangsstellung in die ausgelöste Stellung übergeht, also in die Endlage. Der Fernmeldekontakt 50 ist Teil eines Fernmeldekreises 52, über den der Zustand der Baugruppe 11 bzw. des Überspannungsschutzgeräts 10 gemeldet wird.
Der Hebel 32 bewegt sich, wie vorstehend bereits beschrieben, aufgrund des Erweichens des thermisch erweichbaren Materials 26 und der vom Vorspannelement 38 ausgehenden Vorspannkraft, sodass der Zapfen 46 eine Schwenkbewegung durchführt und dabei die mechanische Trennstelle 48 des Fernmeldekontakts 50 unterbricht, wodurch der Fernmeldekreis 52 unterbrochen wird.
Die mechanische Trennstelle 48 ist durch einen Steg 54 ausgebildet, der in der ersten Ausführungsform (Figuren 4 und 7 bis 10) zwei Engstellen 56 aufweist. Die beiden Engstellen 56 sind jeweils dadurch ausgebildet, dass von beiden Seiten des Stegs 54 eingeschnitten ist, also die Materialstärke des Stegs 54 von beiden Seiten ausgehend verjüngt ist.
Zudem kann vorgesehen sein, dass nur eine der beiden Engstellen 56, vorliegend die in den Figuren unten dargestellte Engstelle 56, wenigstens eine Prägung aufweist, wodurch sichergestellt ist, dass die erste Engstelle 56 als Drehachse fungiert, während die zweite Engstelle 56 getrennt wird. Die Prägung reduziert den Querschnitt und ist somit die geschwächte Stelle. Somit ist sichergestellt, dass die Luft und Kriechstrecken reichen und auch eine sichere Endlage erreicht wird.
Die Figuren 7 bis 10 zeigen, dass der Zapfen 46 beim Verschwenken des Hebels 32 gegen den Steg 54 bewegt wird, wodurch die mechanische Trennstelle 48 im Bereich zumindest einer der beiden Engstellen 56 aufgetrennt wird. Der verbleibende Teil des Stegs 54 kann dann um die andere der beiden Engstellen 56 verschwenkt werden, wenn sich der Hebel 32 mit dem Zapfen 46 weiter in Richtung der Endlage bewegt, wie die Figuren 9 und 10 verdeutlichen. Beim Trennen der mechanischen Trennstelle 48 kann jedoch auch ein Trennen an beiden Engstellen 56 geschehen. In jedem Fall wird der Steg 54 durch den Zapfen 46 zerstört.
Die Figuren 7 und 9 zeigen die Rückseite des Stanzblechs 14, insbesondere des Hauptabschnitts 43, der eine erste Elektrode 58 für ein elektrisches Bauelement 60 ausbildet.
Das Stanzblech 14, insbesondere der Hauptabschnitt 43, ist in dem Rahmen 16 eingebettet, wie aus den Figuren 26 bis 30 hervorgeht, in denen der Rahmen 16 teilweise geschnitten dargestellt ist.
Weitere Komponenten, die aus dem Stanzblech 14 hergestellt sind, können ebenfalls im Rahmen 16 zumindest teilweise eingebettet sein, insbesondere der Abschnitt, der den ersten Kontakt 23a umfasst, der zweite Kontakt 23b und/oder der Fernmeldekontakt 50.
Die Figuren 5 und 6 zeigen das elektrische Bauelement 60, welches bspw. als ein Varistor ausgebildet ist. Das elektrische Bauelement 60 ist an einer Seite des Stanzblechs 14 angeordnet, die vom Hebel 32 wegweist, wie die Figuren 5 und 6 verdeutlichen.
Hierdurch ist sichergestellt, dass die mechanisch bewegten Komponenten der Abtrennvorrichtung 18 auf einer Seite des Stanzblechs 14, insbesondere des Hauptabschnitts 43, angeordnet sind, wohingegen das elektrische Bauelement 60 auf einer entgegengesetzten Seite des Stanzblechs 14 liegt.
Das elektrische Bauelement 60 ist über die erste Elektrode 58 mit dem Halteelement 22 elektrisch kontaktiert. Das elektrische Bauelement 60 ist zudem thermisch mit der ersten Elektrode 58 und somit dem Halteelement 22 gekoppelt.
Die thermische und elektrische Koppelung des elektrischen Bauelements 60 an die erste Elektrode 58, die aus dem Stanzblech 14 gebildet ist, ist beispielsweise über eine Lotverbindung sichergestellt, insbesondere mittels einer Lotpaste oder einem Lotformteil wie einer Lotplatte. Alternativ kann ein elektrisch leitfähiger Klebstoff vorgesehen sein. Auch kann eine Schweißverbindung oder eine mechanische Verbindung vorgesehen sein, beispielsweise eine Nietverbindung.
Dies stellt unter anderem sicher, dass eine Erwärmung des elektrischen Bauelements 60 dazu führt, dass sich das Haltelement 22 erwärmt, das aus dem Stanzblech 14 hergestellt worden ist. Insofern wird die Wärme in die thermische Trennstelle 27 eingebracht, wodurch sich das thermisch erweichbare Material 26 erwärmt. Eine Erwärmung des elektrischen Bauelements 60 während des Betriebs des Überspannungsschutzgeräts 10 führt somit dazu, dass sich das thermisch erweichbare Material 26 erwärmt, wodurch die thermische Trennstelle 27 auslösen kann.
Zudem ist am elektrischen Bauelement 60 eine durch eine Kontaktplatte ausgebildete zweite Elektrode 62 vorgesehen. Von der Kontaktplatte bzw. der zweiten Elektrode 62 steht ein Kontaktierungsabschnitt 64 ab, der sich durch eine Öffnung im durch das Kunststoffmaterial gebildeten Rahmen 16 erstreckt. Die Kontaktplatte bzw. die zweite Elektrode 62 kann ebenfalls mittels einer Lötverbindung, beispielsweise einer Lotpaste oder einem Lotformteil wie einer Lotplatte, am elektrischen Bauelement 60 befestigt worden sein, um eine elektrische Anbindung sicherzustellen. Alternativ kann ein elektrisch leitfähiger Klebstoff vorgesehen sein. Auch kann eine Schweißverbindung oder eine mechanische Verbindung vorgesehen sein, beispielsweise eine Nietverbindung.
Die zweite Elektrode 62 ist mittels des Kontaktierungsabschnitts 64 mit dem zweiten Kontakt 23b elektrisch leitend verbunden.
Insofern ergibt sich im Ausgangszustand, der in den Figuren 1 , 3 und 4 gezeigt ist, eine durchgehende elektrische Leitung vom ersten Kontakt 23a zum zweiten Kontakt 23b, wobei ein Strom von dem ersten Kontakt 23a und dem hiermit einstückig ausgebildeten Federarm 20 über die elektrisch leitende und thermische Trennstelle 27 zum Halteelement 22 fließt, welches einstückig mit der ersten Elektrode 58 verbunden ist. Über die erste Elektrode 58 fließt der Strom über das elektrische Bauelement 60 zur zweiten Elektrode 62, insbesondere zum Kontaktierungsabschnitt 64, welcher elektrisch leitend mit dem zweiten Kontakt 23b verbunden ist.
Zusätzlich kann ein Strom über den Fernmeldekontakt 50 fließen, wodurch der Fernmeldekreis 52 geschlossen ist.
Sofern die Baugruppe 11 bzw. das Überspannungsschutzgerät 10 von der Ausgangsstellung in die ausgelöste Stellung übergeht, also von der Startlage in die Endlage, wird die thermische Trennstelle 27 aufgrund der Erwärmung aufgetrennt, wobei der Hebel 32 den Federarm 20 in die Endlage bewegt. Gleichzeitig trennt der am Hebel 32 vorgesehene Zapfen 46 die mechanische Trennstelle 48 des Fernmeldekontakts 50 auf, indem der Steg 54 zerstört wird. Somit ist ein Stromfluss über die Abtrennvorrichtung 18 unterbrochen und gleichzeitig erfolgt eine Meldung über den Fernmeldekreis 52.
Der Rahmen 16 weist grundsätzlich eine Aufnahme 66 für das elektrische Bauelement 60 auf, sodass das elektrische Bauelement 60 in dem durch das Kunststoffmaterial gebildeten Rahmen 16 eingesetzt und mit diesem gekoppelt werden kann. Der Rahmen 16 dient demnach als Einlegehilfe, um die Luft- und Kriechstrecken sicherzustellen.
Zudem kann die Aufnahme 66 eine Schnappverbindung aufweisen, über die das elektrische Bauelement 60 mechanisch am Rahmen 16 befestigt werden kann. Hierzu wird das elektrische Bauelement 60 in die Aufnahme 66 des Rahmens 16 eingesetzt, wobei die Schnappverbindung einen entsprechenden Formschluss herstellt, um das elektrische Bauelement 60 am Rahmen 16 zu befestigen.
Des Weiteren stellt das Kunststoffmaterial, welches den Rahmen 16 ausbildet, sicher, dass der Rahmen 16 zwei (im Wesentlichen) parallele Anlageflächen 68 sowie eine hierzu senkrechte Auflagefläche 70 aufweist, welche zur Führung und Anlage des Außengehäuses 12 dienen.
Das haubenartige Außengehäuse 12 kann somit auf den Rahmen 16 aufgesetzt werden, wobei Innenseiten des Außengehäuses 12 entlang der Anlageflächen 68 gleiten und so geführt werden, bis eine der offenen Seite 13 des Außengehäuses 12 entgegengesetzte Innenseite des Außengehäuses 12 an der Auflagefläche 70 anliegt.
In den Figuren 11 bis 14 ist eine zweite Ausführungsform des Fernmeldekontakts 50 gezeigt, bei dem der Steg 54 zwei Engstellen 56 aufweist, die ausgebildet sind, indem der Steg 54 im Bereich der Engstellen 56 jeweils nur einseitig eingeschnitten ist, aber ausgehend von entgegengesetzten Seiten.
Auch in dieser Ausführungsform gibt es wieder eine definierte Engstelle 56, die als Drehachse fungiert, wohingegen die andere Engstelle 56 derart geschwächt ist, beispielsweise durch zumindest eine Prägung, dass diese aufgetrennt wird.
In den Figuren 15 bis 17 ist eine dritte Ausführungsform des Fernmeldekontakts 50 gezeigt, bei dem der Steg 54 zwei Engstellen 56 aufweist, die ausgebildet sind, indem der Steg 54 im Bereich der Engstellen 56 jeweils nur einseitig eingeschnitten ist, aber ausgehend von der gleichen Seite, insbesondere der Seite des Stegs 54, die in der Ausgangsstellung vom Zapfen 46 wegweist.
Auch in dieser Ausführungsform gibt es wieder eine definierte Engstelle 56, die als Drehachse fungiert, wohingegen die andere Engstelle 56 derart geschwächt ist, beispielsweise durch zumindest eine Prägung, dass diese aufgetrennt wird.
In den Figuren 18 bis 21 ist eine dritte Ausführungsform des Fernmeldekontakts 50 gezeigt, bei dem der Steg 54 gegenüber den Anlagepunkten materialverjüngt ist, sodass der Steg 54 beim Verschwenken des Zapfens 46 durchtrennt werden kann. Beispielsweise kann der Steg 54 durch einen aufgebrachten Draht mit einer Engstelle ausgebildet sein, welcher aufgebondet, angelötet oder angeschweißt worden ist.
Die Figuren 22 und 23 zeigen eine weitere Ausführungsvariante, bei der der Steg 54 zusätzlich Einkerbungen 72 aufweist.
Insbesondere sind die Einkerbungen 72 an zwei entgegengesetzten Seiten des Stegs 54 vorgesehen, die senkrecht zu der Seite sind, von der ausgehend der zumindest eine Einschnitt pro Engstelle 56 im Steg 54 ausgebildet ist. Insofern können die Einkerbungen 72 zusätzlich zu dem wenigstens einen Einschnitt vorgesehen sein.
In den Figuren 24 und 25 ist eine weitere Ausführungsvariante gezeigt, bei der der Steg 54 zusätzlich eine Einkerbung 72 hat, die größer als eine einzelne der zwei Einkerbungen 72 gemäß der Ausführungsvariante der Figuren 22 und 23 ist.
Aufgrund des mit dem Kunststoffmaterial umspritzten Stanzblechs 14 ist sichergestellt, dass das Überspannungsschutzgerät 10 bzw. die Baugruppe 11 , insbesondere die Abtrennvorrichtung 18, weniger Einzelteile aufweist, die aufwendig montiert werden müssen, um die Abtrennvorrichtung 18 auszubilden, da die thermische Trennstelle 27 durch das thermisch erweichbare Material 26 sowie das Halteelement 22 und die Kontaktstelle 24 des Federarms 20 ausgebildet ist.
Da der Federarm 20, das Halteelement 22, der Fernmeldekontakt 50, die Kontakte 23a, 23b und die Elektroden 58, 62 aus dem Stanzblech 14 hergestellt worden sind, indem entsprechende Bereiche des Stanzblechs 14 ausgestanzt und/oder umgeformt wurden, ergibt sich der einfache Aufbau. Es ist nicht notwendig, dass separate Bauteile vorgesehen und miteinander gekoppelt werden müssen, um die thermische Trennstelle 27 auszubilden.
Das Kunststoffmaterial, welches um das Stanzblech 14 gespritzt worden ist, stellt zudem weitere für die Funktionsweise der Abtrennvorrichtung 18 benötigte Komponenten bereit, bspw. das Lager 40 für den Hebel 32, die Aufnahme 66 für das elektrische Bauelement 60 sowie den Anschlag 41 für den Hebelarm 34 des Hebels 32. Des Weiteren ist der Fernmeldekontakt 50 mit der mechanischen Trennstelle 48 vorgesehen, die über den Hebel 32, insbesondere den am Hebel 32 vorgesehenen Zapfen 46, zerstört wird. Die mechanische Trennstelle 48 weist einen Steg 54 auf, der durch den Zapfen 46 durchtrennt wird. Hierzu kann der Steg 54 eine Verjüngung aufweisen, beispielsweise eine Engstelle 56 und/oder eine Einkerbung 72.
Über den Hebel 32, insbesondere dessen Bewegung, ist sichergestellt, dass die thermische Trennstelle 27 und die mechanische Trennstelle 48 in definierter zeitlicher Reihenfolge geöffnet bzw. getrennt werden. Vorzugweise geschieht dies kurz nacheinander, also zeitlich aufeinanderfolgend.
Hierdurch erleichtert sich die Montage der einzelnen Komponenten wesentlich, sodass die Herstellungs- und Montagekosten reduziert werden können.
Grundsätzlich kann die gezeigte Baugruppe 11 ausgebildet werden, indem ein Verfahren zur Herstellung der Baugruppe ausgeführt wird.
Dieses Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
Bereitstellen eines Stanzblechs 14,
- Ausbilden eines Fernmeldekontakts 50 aus dem Stanzblech 14, wobei der Fernmeldekontakt 50 eine mechanische Trennstelle 48 hat,
- Ausbilden eines Federarms 20 mit einer endseitigen Kontaktstelle 24 aus dem Stanzblech 14,
- Ausbilden eines Halteelements 22 aus dem Stanzblech 14, sodass das das Halteelement 22 und die Kontaktstelle 24 in einer Ausgangsstellung der Baugruppe 11 gegenüberliegen,
- Anbringen eines thermisch erweichbaren Materials 26 zwischen dem Halteelement 22 und der Kontaktstelle 24, das den Federarm 20 sowohl mechanisch als auch elektrisch mit dem Halteelement 22 verbindet, und
Umspritzen des Stanzblechs 14 mit einem Kunststoffmaterial zumindest teilweise, sodass ein Rahmen 16 ausgebildet wird. Der Fernmeldekontakt 50, der Federarm 20 und das Halteelement 22 werden also aus einem gemeinsamen Stanzblech 14 hergestellt. Insbesondere werden der Fernmeldekontakt 50, der Federarm 20 und/oder das Halteelement 22 durch Umformen des einzelnen Stanzblechs 14 hergestellt, beispielsweise durch Biegen des Stanzblechs 14.
Beim Ausbilden des Fernmeldekontakts 50 kann dessen mechanische Trennstelle 48 durch eine Materialverjüngung hergestellt werden, beispielsweise durch den Steg 54, der wenigstens eine Engstelle 56 und/oder Einkerbung 72 aufweist, wie vorstehend bereits erläutert wurde. Zudem wird der Hebel 54 an dem Lager 40 angeordnet, das insbesondere durch den Rahmen 16 gebildet ist.
Es kann also insbesondere eine Baugruppe 11 gemäß einer der zuvor diskutierten Ausgestaltungen mit dem Verfahren hergestellt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Baugruppe für ein Überspannungsschutzgerät (10), mit einer Abtrennvorrichtung (18), die einen Federarm (20) mit einer endseitigen Kontaktstelle (24) und ein Halteelement (22) aufweist, wobei sich das Halteelement (22) und die Kontaktstelle (24) in einer Ausgangsstellung der Baugruppe (11) gegenüberliegen und ein thermisch erweichbares Material (26) zwischen dem Halteelement (22) und der Kontaktstelle (24) vorgesehen ist, das den Federarm (20) sowohl mechanisch als auch elektrisch mit dem Halteelement (22) verbindet, wobei die Baugruppe (11) einen Fernmeldekontakt (50) mit einer mechanischen Trennstelle (48) aufweist, wobei der Federarm (20), das Halteelement (22) und der Fernmeldekontakt (50) aus einem gemeinsamen Stanzblech (14) hergestellt sind, und wobei das Stanzblech (14) mit einem Kunststoffmaterial zumindest teilweise umspritzt ist, das einen Rahmen (16) ausbildet.
2. Baugruppe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mittels des thermisch erweichbaren Materials (26) eine thermische Trennstelle (27) zwischen dem Halteelement (22) und der Kontaktstelle (24) ausgebildet ist.
3. Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch erweichbare Material (26) ein Lot ist.
4. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe (11) einen Hebel (32) aufweist, der zur mechanischen Trennung der mechanischen Trennstelle (48) des Fernmeldekontakts (50) und/oder zum definierten Öffnen der Verbindung zwischen dem Halteelement (22) und der Kontaktstelle (24) dient.
5. Baugruppe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (32) einen ersten Hebelarm (34) hat, der mit einem Vorspannelement (38) zusammenwirkt, insbesondere wobei das Vorspannelement (38) ein elastisch vorgespanntes Vorspannelement ist, insbesondere wobei der Hebel (32) einen zweiten Hebelarm (36) aufweist, der zu dem ersten Hebelarm (34) entgegengesetzt ist, wobei der zweite Hebelarm (36) auf den Federarm (20) wirkt.
6. Baugruppe nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass am Hebel (32) ein Zapfen (46) vorgesehen ist, der mit der mechanischen Trennstelle (48) des Fernmeldekontakts (50) interagiert.
7. Baugruppe nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der aus dem Kunststoff mate rial gebildete Rahmen (16) ein Lager (40) für den Hebel (32) aufweist und/oder dass der aus dem Kunststoffmaterial gebildete Rahmen (16) einen Anschlag (41) für den ersten Hebelarm (34) des Hebels (32) aufweist, an dem der erste Hebelarm (34) in einer ausgelösten Stellung anschlagen kann.
8. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (16) eine Basisplatte (42) ausbildet, die im Wesentlichen parallel zu einem Hauptabschnitt des Stanzblechs (14) ist.
9. Baugruppe nach Anspruch 8 soweit rückbezogen auf Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisplatte (42) eine Aussparung (44) hat, in der der Zapfen (46) des Hebels (32) bewegbar aufgenommen ist, insbesondere wobei zumindest ein Rand der Aussparung (44) eine Anschlagsstelle für den Zapfen (46) ausbildet, an der der Zapfen (46) in einer ausgelösten Stellung anschlagen kann.
10. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe (11) ein elektrisches Bauelement (60) aufweist, insbesondere wobei das elektrische Bauelement (60) an einer Seite des Stanzblechs (14) angeordnet ist, die vom Federarm (20) wegweist.
11. Baugruppe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass am elektrischen Bauelement (60) eine Kontaktplatte angeordnet ist, von der ein Kontaktierungsabschnitt (64) abgeht, der sich durch eine Öffnung im durch das Kunststoffmaterial gebildeten Rahmen (16) erstreckt.
12. Baugruppe nach einem der Ansprüche 10 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Bauelement (60) ein Varistor ist.
13. Baugruppe nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (16) eine Aufnahme (66) für das elektrische Bauelement (60) ausbildet, insbesondere wobei die Aufnahme (66) eine Schnappverbindung zur mechanischen Befestigung des elektrischen Bauelements (60) am Rahmen (16) aufweist.
14. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Federarm (20) an seinem zur Kontaktstelle (24) entgegengesetzten Ende über eine materialverjüngte Schwenkstelle (28) in einen Anschlussabschnitt übergeht, der aus dem gemeinsamen Stanzblech (14) hergestellt ist, wobei der Federarm (20) um die materialverjüngte Schwenkstelle (28) schwenkbar ist.
15. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Federarm (20) einen ersten Abschnitt (20a) und einen zweiten Abschnitt (20b) aufweist, die sich unter einem Winkel zueinander erstrecken, der von 0° bzw. 180° verschieden ist, wobei der zweite Abschnitt (20b) die Kontaktstelle (24) aufweist, insbesondere wobei die beiden Abschnitte (20a, 20b) des Federarms (20) derart zueinander ausgerichtet sind, dass ein Knick (21) im Federarm (20) ausgebildet ist.
16. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Außengehäuse (12) vorgesehen ist, das zumindest den Rahmen (16) aufnimmt.
17. Baugruppe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Außengehäuse (12) haubenartig ausgebildet und auf den Rahmen (16) aufgesetzt ist, der für das Außengehäuse (12) zwei im Wesentlichen parallele Anlageflächen (68) sowie eine zu den beiden im Wesentlichen parallelen Anlageflächen (68) senkrechte Auflagefläche (70) hat.
18. Überspannungsschutzgerät mit einer Baugruppe (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
19. Überspannungsschutzgerät nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Überspannungsschutzgerät (10) ein Überspannungsableiter ist.
20. Verfahren zum Herstellen einer Baugruppe (11) für ein Überspannungsschutzgerät (10), mit den folgenden Schritten:
Bereitstellen eines Stanzblechs (14), - Ausbilden eines Fernmeldekontakts (50) aus dem Stanzblech (14), wobei der Fernmeldekontakt (50) eine mechanische Trennstelle (48) hat,
- Ausbilden eines Federarms (20) mit einer endseitigen Kontaktstelle (24) aus dem Stanzblech (14), - Ausbilden eines Halteelements (22) aus dem Stanzblech (14), sodass das das Halteelement (22) und die Kontaktstelle (24) in einer Ausgangsstellung der Baugruppe (11) gegenüberliegen,
- Anbringen eines thermisch erweichbaren Materials (26) zwischen dem Halteelement (22) und der Kontaktstelle (24), das den Federarm (20) sowohl mechanisch als auch elektrisch mit dem Halteelement (22) verbindet, und
Umspritzen des Stanzblechs (14) mit einem Kunststoffmaterial zumindest teilweise, sodass ein Rahmen (16) ausgebildet wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE19717634A1 (de) * 1997-04-25 1998-10-29 Siemens Matsushita Components Elektrisches Bauelement mit Sicherheitstrennvorrichtung
DE102008031917A1 (de) * 2008-07-08 2010-01-14 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Überspannungschutzelement
DE102011100437B4 (de) 2010-10-29 2016-04-07 Dehn + Söhne Gmbh + Co. Kg Anordnung zur Ausbildung einer thermischen Trennstelle

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