Beschreibung

Mehrpoliger Blitzstrom- und/oder überspannungsabieiter in

Reihenklemmausführung

[001] Die Erfindung betrifft einen mehrpoligen Blitzstrcm- und/oder

überspannungsD ableiter in Reihenklerrmausführung zum Schutz von Geräten und Anlagen der Informationstechnik, bestehend aus Basisteil als Durchgangsklemme, in das Basisteil einsetzbare Steckmodule mit Schutzelementen und Mitteln zur Hutschienenmontage, wobei im Basisteil Federkontakte für das jeweilige Steckmodul ausgebildet sind und das Steckmodul ein haubenförmiges Gehäuse aufweist, welches in seinem Inneren mindestens eine Leiterplatte aufnimmt, die die Schutzelemente trägt, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[002] Schutzgeräte für Anlagen und Geräte der Informationstechnik gehören seit längerer

Zeit zum Stand der Technik.

[003] Beispielsweise seien hier Schutzgeräte der Serie „Blitziuctor" (eingetragene

Marke) der Firma DEHN & SöHNE GmbH + Co. KG, Neumarkt, genannt. Bei derartigen Blitzstrcm- und überspannungsableitern, die als Standardgeräte in Reihenklemmtechnik zur Verfügung stehen, sind zweipolige, aber auch vierpolige Varianten am Markt erhältlich. Die überspannungsschutzgeräte können hier als Blitzstrαnableiter, Kcmbiableiter oder als überspannungsD ableiter eingesetzt werden. Die bekannten Geräte ermöglichen den koorDdinierten Einsatz im EMV-orientierten Blitzschutzzonenkonzept nach VDE 0185-103 mit einer der EMV-Störfestigkeit angepassten Schutzwirkung für Geräte der Fernmelde-, MSR- und Datentechnik.

[004] Die vorbekannten überspannungsabieiter sind durch einen zweiteiligen Aufbau mit einem Basisteil als Durchgangsklemme zur Aufnahme der Schutzmodule und mit auswählbaren überspannungsschutzmodulen ausgestattet. Durch geringe Baubreite ergibt sich eine kompakte, platzsparende Bauweise. Eine Signalunterbrechung beim Wechseln der Module tritt nicht ein und es weist das Basisteil eine integrierte Schirm- Anschlußklemme auf. Die Schirmerdung ist direkt und indirekt möglich. Die Erdung erfolgt über einen Tragfuß mit Schnappbefestigung durch bevorzugte Hutschienenmontage.

[005] Aus der DE 196 15 729 B4 ist darüber hinaus eine überspannungsschutzanordnung zum Schutz eines Endgeräts gegen überspannungen vorbekannt, wobei die notwendigen Schutzelemente und Mittel zur Entkopplung auf einer Trag- oder Leiterplatte befindlich sein. Eine derartige Leiterplatte ist in entsprechende

Schutzbausteinen kleinerer Abmessungen einbringbar, so dass keine Nachteile für den insgesamt notwendigen Bauraum resultieren.

[006] Auch die überspannungsschutzgeräte der Firma Phoenix Contact GmbH & Co.

KG, beispielsweise von Typ MCR-PLUGTRAB sind in Ausführung Reihenklemme mit mehrstufigem überspannungsschutz erhältlich, wobei im Inneren des Ableiters eine Leiterplatte befindlich ist, die die Schutzelemente trägt. Bei diesen bekannten, auch kaskadierbaren überspannungsschutzelementen erfolgt die Kontaktierung mit einem Basisteil unterbrechungsfrei und impedanzneutral, wobei hierfür separate massive stiftartige Steckkontakte am Steckteil vorgesehen sind.

[007] Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, einen weiterentwickelten mehrpoligen Blitzstrαn- und/oder überspannungsabieiter in Reihenklemmausführung zum Schutz von Geräten und Anlagen der Informationstechnik anzugeben, welcher einerseits über einen minimalen Bauraum verfügt und der andererseits im Herstellungsprozess kostengünstig fertigbar ist. Weiterhin soll der neuartige überspannungsabieiter nur eine minimierte Teileanzahl besitzen und eine hohe Impulsstrαnfestigkeit aufweisen.

[008] Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch einen mehrpoligen

Blitzstrαn- und/oder überspannungsabieiter in Reihenklemmtechnik zum Schutz von Geräten und Anlagen der Informationstechnik gemäß Merkmalskcmbination nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.

[009] Erfindungsgemäß wird zunächst im Gehäuse des Steckmoduls der

Gesamtanordnung ein Trägerrahmen angeordnet, wobei an den jeweiligen Außenseiten des Trägerrahmens je eine Leiterplatte befindlich ist, die in ihrer Endposition, d.h. im montierten Zustand parallel zueinander stehen.

[010] Zwischen diesen beiden außenseitig des Trägerrahmens befindlichen Leiterplatten ist eine dritte Leiterplatte derart angeordnet, dass durch den Trägerrahmen und den sich hierdurch ergebenden Abstand der Leiterplatten untereinander, die notwendigen Kriech- und Luftstrecken zwischen den Leiterplatten und den dort befindlichen Schutzelementen realisiert werden.

[011] Das Gehäuse umschließt die sich so ergebende Sandwichanordnung aus den

Leiterplatten und dem Trägerrahmen und fixiert die Einzelteile dieser Baugruppe.

[012] Der Trägerrahmen weist insbesondere eine Rechteckform auf und besitzt eine

Außenkontur mit Rücksprüngen oder Absätzen als Anschlag für entsprechend komplementäre Ausbildungen der jeweiligen Leiterplatten. Diese Rücksprünge dienen

auch als Kodierung, um Verwechslungen bei einzusetzenden Leiterplatten auszuschließen

[013] Der Trägerrahmen weist an seiner Oberseite mindestens eine schlitzförmige

öffnung auf, um die dritte Leiterplatte führend aufzunehmen. Montageseitig wird also die dritte Leiterplatte durch die schlitzförmige öffnung gegen Verschieben gesichert. Um der dritten Leiterplatte unterseitig Halt zu bieten, besitzt der Trägerrahmen bevorzugt einen dementsprechenden Quersteg, der als Anschlag wirkt.

[014] An den Gehäuseschmalseiten sind jeweils Mittel zum lösbar rastenden Verbinden mit komplementären Rastausnehmungen am Basisteil vorhanden. Diese Rastmittel verhindern ein unerwünschtes Herauslösen des Steckmoduls aus dem Basisteil.

[015] Die von den Außenseiten des Trägerrahmens fixierten Leiterplatten weisen aus dem

Gehäuse des Steckmoduls zapfenartig herausragende, integral geformte Abschnitte auf, welche Kontaktzungen bilden.

[016] Die herausragenden, Kontaktzungen bildenden Abschnitte der außenseitig befindlichen Leiterplatten sind mit ihrer leitend beschichteten Seite zueinander weisend gerichtet. Um hohe Impulsströme über die Kontaktierung zum Basisteil zu führen, sind die Kontaktzungen mit einer Nickelschicht überzogen.

[017] Analog der Ausbildung der Kontaktzungen sind im Basisteil parallel verlaufende

Schlitzöffnungen vorgesehen, welche die Kontaktzungen oder die jeweiligen Kontaktzungenenden des Steckmoduls aufnehmen.

[018] Im Basisteil ist im Bereich der Schlitzöffnungen jeweils in Steckrichtung orientiert eine Leiterplatte angeordnet. Der jeweiligen Leiterplatte ist jeweils mindestens ein federnder Adernbügel zugeordnet, wobei bei nicht gestecktem Steckmodul die jeweiligen Adernbügel in Kontakt mit dem jeweiligen leitfähigen Abschnitt der Basisteil-Leiterplatte stehen und dieser Kontakt beim Einsetzen des Steckmoduls durch die Kontaktzungen unterbrochen sowie eine Verbindung der Kontaktzungen des Steckmoduls mit den Adernbügeln hergestellt ist.

[019] Die Dicke der jeweiligen Trägerschicht der Leiterplatten- Kontaktzunge bildet die

Isolierung zwischen Adernbügel und Basisteil- Leiterplatte.

[020] Die Adernbügel weisen im Längsschnitt eine V- oder U-Form mit zwei gegenüberliegenden Schenkeln auf, wobei ein Schenkel mit der Kontaktzunge oder der Basisteil-Leiterplatte und der weitere Schenkel mit dem jeweiligen Außenanschluss in elektrische Verbindung gelangt oder steht.

[021] Bevorzugt sind die Kontaktflächen der Adernbügel mit Schlitzen versehen. Diese

Schlitze können parallel ausgeführt werden und sind im zur Kontaktfläche weisenden

Schenkel von Schenkelende ausgehend bis in den Schenkelverbindungsbereich geführt.

[022] Die dritte Leiterplatte weist eine Einrichtung zur drahtlosen Fehler- und

Zustandsüberwachung z.B. in Form eines RFID-Transponders auf und enthält gegebenenfalls Mittel zur Temperaturüberwachung der auf den übrigen Leiterplatten befindlichen Schutzelemente. Diese Mittel können Temperatursensoren sein, die jeweils nahe, insbesondere gegenüberliegend der Schutzelemente befindlich sind.

[023] Wenn aus elektrischen Gründen notwendig, kann zur elektrischen Verbindung zwischen den außenseitigen Leiterplatten ein Verbindungs-Federkontaktbügel vorgesehen sein. In diesem Fall ist es zweckmäßig, die dritte Leiterplatte flächenmäßig kleiner als die außenseitigen Leiterplatten auszubilden, um eine ungehinderte Kontaktgabe über den Federkontaktbügel sicherzustellen.

[024] An der Hutschienen-Befestigungsunterseite des Basisteils weist dieses eine

öffnung auf, welche einen Bügel-Erdungskontakt freigibt, der mit der Hutschiene kontaktseitig in Verbindung gelangt.

[025] Der Bügel-Erdungskontakt weist zwei sich gegenüberliegende Schenkel auf, wobei der erste Schenkel mit dem Erdanschluss im Basisteil kontaktiert ist und der zweite Schenkel mit der Hutschiene in Verbindung steht, und zwar derart, dass bei Strαnfluss die resultierende magnetische Kraft den Kontaktanpressdruck erhöht.

[026] Im Boden des Basisteils ist eine in Steckrichtung des Moduls orientierte Feder, insbesondere Schraubenfeder eingesetzt, welche beim Einstecken des Moduls durch einen an dessen Boden vorgesehenen Stift gespannt wird. Diese gespannte Feder dient als Kraftspeicher zum leichteren Entfernen des Moduls bei entsprechender Notwendigkeit.

[027] Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter

Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.

[028] Hierbei zeigen:

[029] Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines auf einer Hutschiene befestigten

Basisteils mit noch nicht in diesem fixierten Steckmodul;

[030] Fig. 2 eine Explosivdarstellung der wesentlichsten Baugruppen des Steckmoduls;

[031] Fig. 3 eine Explosivdarstellung der wesentlichsten Baugruppen des Basisteils;

[032] Fig. 4 Prinzipdarstellungen der Ausbildung der Adernbügel im Basisteil, und zwar im Zustand nicht eingesetztes Steckmodul (oberer Teil der Fig. 4) und gestecktem Modul (unterer Teil der Fig. 4);

[033] Fig. 5 eine Draufsicht auf eine der außenseitig des Trägerrahmens befindlichen

Leiterplatte mit Schutzelementen und Kontaktzungen; [034] Fig. 6 eine perspektivische Darstellung eines Adernbügels mit geschlitztem Kontakt sowie eine Darstellung der sich ergebenden Kraftwirkung bei Strαnfluss zur Erhöhung der Anpresskräfte; [035] Fig. 7 eine Prinzipdarstellung der Ausführung des Bügel-Erdungskontakts im

Basisteil und [036] Fig. 8 eine Prinzipdarstellung der Ausführungsform des Federkontaktbügels zur elektrischen Verbindung zwischen den beiden außenseitigen Leiterplatten. [037] Wie anhand der Fig. 1 ersichtlich, umfasst der erfindungsgemäße mehrpolige

Blitzstrαn- und/oder überspannungsabieiter in Reihenklemmausführung zunächst ein

Basisteil 1, das an einer Hutschiene 2 form- und kraftschlüssig befestigbar ist. [038] Das Basisteil 1 nimmt ein Steckmodul 3 auf, an dessen Unterseite Kontaktzungen 4 befindlich sind. [039] Diese Kontaktzungen 4 greifen in komplementäre Schlitzöffnungen 5 im Basisteil 1 ein. [040] Der Außenanschluss erfolgt durch übliche Schraubklerrmverbindungen 6 am

Basisteil 1. Bei im Basisteil 1 vollständig eingesetztem Steckmodul 3 rastet eine Nase

7 in einen entsprechenden Rücksprung 8 ein. über das Ausüben einer Druckkraft auf die gegenüberliegenden Betätigungsflächen 9 kann diese Rastverbindung gelöst werden.

[041] Der Aufbau des Steckmoduls soll anhand der Fig. 2 näher erläutert werden.

[042] Die Bauelemente für den überspannungsschutz eines vierpoligen Schaltkreises werden hier auf zwei Leiterplatten 10 (außenseitige Leiterplatten) aufgeteilt. [043] Bei Schaltungen für symmetrische Schnittstellen werden die jeweils zugehörigen

Adern auf einer Leiterplatte angeordnet. [044] Eine dritte Leiterplatte 11 sitzt zwischen den beiden Leiterplatten 10 und trägt insbesondere eine Schaltung für die Zustandskontrolle des überspannungsabieiters, bevorzugt mit einer RFID-Schnittstelle zur berührungslosen Zustandsabfrage. [045] Ein Trägerrahmen 12 nimmt die Leiterplatten 10 und 11 auf. Der Trägerrahmen 12 stellt auch die notwendigen Luft- und Kriechstrecken sicher und ermöglicht die

Positionierung von Temperatursensoren (nicht gezeigt) für die Zustandskontrolle nahe zu den zu überwachenden Bauteilen. [046] Das haubenartige Gehäuse 13 fixiert die Leiterplatten 10 und 11 in Verbindung mit dem Trägerrahmen. [047] Wie bereits zur Fig. 1 erläutert, sind an den schmalen Seiten des Gehäuses 13

Rastelemente ausgebildet, die eine Verriegelung des Ableitermoduls im Basisteil ermöglichen. [048] Die Oberseite des Trägerrahmens 12, der eine im wesentlichen Rechteckform aufweist und eine Außenkontur mit Rücksprüngen oder Absätzen als Anschlag und

Verwechslungsschutz für eine komplementäre Ausbildung der jeweiligen Leiterplatten besitzt, kann eine schlitzförmige öffnung 14 umfassen, um die dritte Leiterplatte 11 führend aufzunehmen. Dabei bildet ein Quersteg 15 für diese dritte Leiterplatte 11 einen unteren Anschlag. [049] Das Basisteil 1 gemäß Fig. 3 weist eine Außenkontur im wesentlichen derjenigen des Standes der Technik auf, allerdings mit den bereits erwähnten Schlitzöffnungen 5, die im Verbindungsbereich zwischen den hervorstehenden Schenkeln im wesentlichen in einer Linie und parallel zueinander orientiert sind. [050] Ein Bodenteil 16 dient als Träger für den Erdkontakt 17 und für Leiterplatten 18.

Weiterhin ist ein durch eine Feder vorgespanntes Rastelement integriert, das die

Befestigung auf der Hutschiene gewährleistet.

[051] Zwei Einsätze 19 tragen Adernbügel 20 für die äußeren Anschlussklemmen 21.

[052] Wie anhand der Prinzipdarstellung nach Fig. 4 erkennbar (oberer Teil der

Abbildung nach Fig. 4), liegen die Kontakte der Adernbügel 20 an den Kontaktflächen der im Basisteil integrierten Leiterplatten 18 auf. [053] über diese Leiterplatten 18 werden die eingangsseitigen Adernbügel 20 mit den ausgangsseitigen Adernbügeln verbunden. [054] Wird ein Steckmodul in das Basisteil eingesetzt, werden durch die Kontaktzungen 4 die Kontaktflächen von der Leiterplatte 18 im Basisteil abgehoben und gleichzeitig mit den Kontaktflächen der Kontaktzungen 4 des Steckmoduls verbunden. [055] Dadurch ist der Stromkreis über das Steckmodul mit den Adernbügeln 20 des

Basisteils geschlossen. [056] Die Adernbügel 20 erfüllen somit die Funktion Schalten und Kontaktabgabe gleichzeitig. [057] Durch die Leiterplatten 10 des Steckmoduls 3 wird gleichzeitig die notwendige

öffnungsweite des Kontakts zur Leiterplatte 18 des Basisteils erreicht. Zwischen

Eingang und Ausgang ist wie erkennbar zweifach die Leiterplattendicke als feste

Isolierung vorhanden. [058] Die Leiterplatten 10 weisen durch die ätzstruktur entsprechend elektrisch verbundene Schutzelemente 22 auf. [059] Die Kontaktzungen 4 der jeweiligen Leiterplatte 10 stellen sich als aus der

Leiterplatte herausragende Fortsätze dar. Es werden also die Kontaktzungen 4 gleichzeitig mit der Leiterplatte 10 gebildet, die die für den überspannungsschutz notwendigen Schutzelemente 22 trägt. Durch eine harte Nickelbeschichtung auf den

Kontaktzungen 4 ist die entsprechende Kontaktfläche in der Lage, die für den jeweiligen Ableiter geforderten Stoßströme zu führen, was bei einer üblichen weichen

Zinnschicht mit darunter liegendem Kupfer nicht der Fall ist. [060] Die Kontaktflächen der Adernbügel 20 sind gemäß Fig. 6 (obere Abbildung) geschlitzt ausgeführt, wodurch eine größere Auflagefläche erreicht wird. [061] Bei einem einzelnen großflächigen Kontakt entsteht im ungünstigsten Fall nur ein einziger Auflagepunkt. [062] Durch wie in der Fig. 6 dargestellte zwei Schlitze werden drei Einzelkontakte erreicht, die auch ein günstigeres Kontakt-Federungsverhalten aufweisen. ähnlich ist der Erdkontakt- Adernbügel ausgeführt, allerdings sind bei diesem sechs

Einzelkontakte realisiert. [063] Die Ausbildung der Adernbügel 20 ist so vorgenommen, dass sich zwei im wesentlichen ein U bildende Schenkel gegenüberstehen. [064] Durch die magnetische Kraft F, die beim gegensinnigen Strαnfluss

(Pfeildarstellung) durch die beiden Schenkel entsteht, wird der Kontakt an die

Kontaktfläche des Ableitermoduls gepresst, wobei die Andruckkraft F dabei direkt proportional zur Stromstärke ist. [065] Die Befestigung des Basisteils 1 auf der Hutschiene 2 hat gleichzeitig die Aufgabe, den Ableitstrαn des überspannungsschutzgeräts sicher auf die Hutschiene zu führen. [066] Auch hier ist eine vernickelte Oberfläche vorhanden, um ein Ausschmelzen im

Kontaktbereich zu verhindern. [067] Aus dem Erdkontakt 17 ist ein Federkontakt (siehe Fig. 7) ausgeprägt, wobei die

Hutschiene 2 mit dem Hutschienenende 23 gegen die Schulter 24 des Erdungskontakts gedrückt wird. [068] Auch hier ist die Ausbildung des Federkontakts so vorgenommen, dass sich zwei

Schenkel gegenüberstehen und durch die magnetische Kraft sich eine Erhöhung des

Kontaktanpressdrucks bei Strαnfluss einstellt. [069] Bei einer überspannungsschutzbeschaltung von vier Leiterkreisen ist es notwendig, zwischen allen Leitern ein Feinschutzelement anzuordnen. [070] Da bei dem Ausführungsbeispiel jeweils zwei Adern auf einer Leiterplatte beschaltet werden, ist eine Verbindung zwischen den beiden Leiterplatten 10 des

Steckmoduls notwendig.

[071] Realisiert wird dies unter Hinweis auf Fig. 8 mittels eines Federkontaktbügels 25.

[072] Ein Ende des Federkontaktbügels 25 wird auf einer Leiterplatte verlötet, wobei das freie Ende des Federkontaktbügels 25 mit der gegenüberliegenden Leiterplatte und einer dort vorhandenen leitfähigen Fläche in Kontakt steht.

[073] Aus der Darstellung nach Fig. 8 wird deutlich, dass insbesondere bei Notwendigkeit eines Federkontaktbügels 25 in zweckmäßiger Weise die Flächenausdehnung der

Leiterplatte 11 kleiner als diejenige der Außenseiten-Leiterplatten 10 ist.

[074] Bezugszeichenliste

[075] 1 Basisteil

[076] 2 Hutschiene

[077] 3 Stecknndul

[078] 4 Kontaktzunge

[079] 5 Schlitzöffnung

[080] 6 Schraub-/Klemmverbindung

[081] 7 Nase

[082] 8 Rücksprung

[083] 9 Betätigungsfläche

[084] 10 erste und zweite Leiterplatte

[085] 11 dritte Leiterplatte

[086] 12 Trägerrahmen

[087] 13 Gehäuse

[088] 14 schlitzförmige öffnung

[089] 15 Quersteg

[090] 16 Bodenteil

[091] 17 Erdkontakt

[092] 18 Leiterplatte im Basisteil

[093] 19 Einsatz

[094] 20 Adernbügel

[095] 21 äußere Anschlussklemme

[096] 22 Schutzelement

[097] 23 Hutschienenende

[098] 24 Schulter

[099] 25 Federkontaktbügel