Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Überspannungsschutzanordnung mit mehreren, auf einer ersten Seite einer n-eckigen Trägerplatte angeordneten, scheibenförmigen Varistoren, mindestens einem Gasabieiter sowie mindestens einer

Thermosicherung oder thermischen Abtrenneinrichtung, welche mit mindestens einem der Varistoren in engem thermischen Kontakt steht, wobei die

vorgenannten Bauteile von einem Außengehäuse umgeben und weiterhin auf der zweiten Seite der Trägerplatte Mittel zum elektrischen Anschluss zum Verlöten auf einer Leiterplatte vorgesehen sind, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der CN000204668940U ist eine in einem Gehäuse befindliche

Überspannungsschutzanordnung vorbekannt, wobei die Anordnung drei, räumlich in Reihe angeordnete scheibenförmige Varistoren umfasst.

Zwischen mindestens zwei der räumlich in Reihe angeordneten scheibenförmigen Varistoren ist eine Thermosicherung befindlich, welche in einem engen

thermischen Kontakt zum jeweiligen Varistor steht.

Die räumliche Reihenschaltung umfasst darüber hinaus einen

Gasentlad ungsableiter.

Bedingt durch die Anordnung der Thermosicherung innerhalb der Sandwich - Konstruktion der Varistoren kann nur der jeweils benachbarte Varistor hinsichtlich seines thermischen Verhaltens überwacht werden. Eine Überprüfung des Zustands des eingesetzten Gasabieiters ist nicht möglich. Weiterhin führt die Sandwich- Anordnung der Varistoren zu Problemen beim Erreichen oder Sicherstellen notwendiger elektrischer Trennungsabstände. Ganz grundsätzlich kann die Wärmeenergie der thermisch zu überwachenden Varistoren gemäß dem geschilderten Stand der Technik nur unzureichend und nicht schnell genug zu den thermischen Sicherungen transportiert werden. Aus der DE 10 2013 005 327 AI ist eine Überspannungsschutzanordnung mit mehreren scheibenförmigen Varistoren vorbekannt.

Diese scheibenförmigen Varistoren sind innerhalb eines, einen Hohlraum einschließenden Gehäuses angeordnet und elektrisch kontaktiert.

Dieses vorbekannte Gehäuse ist als Vieleckkörper, insbesondere mehrseitiges Prisma, Würfel, Quader oder Tetraeder ausgebil det und weist eine Öffnung zum Einbringen der scheibenförmigen Varistoren auf, welche jeweils mit einem

Abschnitt oder einem Teil der Gehäuseinnenseitenwandung mechanisch in

Verbindung stehen und dort in Anlage kommen. Über das Gehäuse kann eine elektrische Kontaktierung zur gewünschten Parallelschaltung der eingesetzten Varistoren vorgenommen werden. Darüber hinaus schaffen großflächige

Verbindungen und das diesbezügliche Inkontaktkommen der Varistoren mit der Gehäuseseitenwand einen guten thermischen Übergang zum Zweck des Ableitens von Verlustwärme.

Zum Stand der Technik sei noch auf die DE 37 34 214 C2 verwiesen. Dieses Dokument zeigt eine Anordnung mit einem Varistor, wobei zur Abschaltung des Varistors von einer Spannungsquelle bei dessen Überhitzung die auf beiden Stirnseiten des Varistors vorgesehenen Kontaktflächen mit Zu- und Ableitungen der Spannungsquelle verbunden sind und wobei in einer dieser Leitungen in Varistornähe eine Lotstelle vorgesehen ist. Der Varistor selbst befindet sich in einem napfförmigen Gehäuse, wobei die erste seiner Kontaktflächen an der Innenseite der Gehäusebodenfläche anliegt und das Gehäuse einen Anschluss bildet bzw. aufweist. Die zweite Seite der Kontaktfläche des Varistors ist mit einer Isoliermasse abgedeckt, wobei eine elektrisch und thermisch leitende Verbindung durch die Isoliermasse hindurch zur Lotstelle besteht. Die Lotstelle und die einen Anschluss bildende Verbindung befinden sich an der dem Varistor abgewandten Oberfläche der Isoliermasse. Eine federnde Kontaktzunge der derart gebildeten thermischen Abtrennvorrichtung ist als Spiralfeder ausgebildet, wobei das äußere Ende dieser Spirale über die Lotstelle mit dem zugehörigen Anschluss und das innere Ende dieser Spirale mit dem zugehörigen Gegenanschluss verbunden ist. Im Rahmen einer zunehmenden Integration von Baugruppen und Bauteilen auf Leiterplattenebene entstehen Probleme bei der Anordnung und Einbindung von Überspannungsschutzgeräten in derartige elektronische Einrichtungen. Die Überspannungsschutzgeräte müssen insofern von ihrem Bauraum möglichst klei n ausgeführt werden und sollen zur unmittelbaren Leiterplattenmontage geeignet sein. Weiterhin besteht die Notwendigkeit, trotz geringer Abmessungen und einer recht hohen Packungsdichte die notwendigen elektrischen Trennungsabstände einzuhalten. Letztendlich sind bisher bekannte thermische Abtrennvorrichtungen für den Schutz von Überspannungselementen bei deren Überlastung ausreichend sensibel zu gestalten, wobei jedoch eine Beeinflussung durch umgebende

Wärmequellen anderer elektronischer Baugruppen oder elektronischer

Bauelemente möglichst ausgeschlossen werden soll.

Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte Überspannungsschutzanordnung mit mehreren, auf einer ersten Seite einer n-eckigen Trägerplatte angeordneten, scheibenförmigen Varistoren sowie mindestens einem Gasabieiter sowie mindestens einer Thermosicherung bzw. einer thermischen Abtrenneinrichtung anzugeben, welche in einfacher Weise mit wenigen Bauteilen, reduziertem Bauraum und kostengünstig herstellbar ist . Die zu schaffende Anordnung soll als kompakte Baugruppe so ausgeführt werden, dass sie zur unmittelbaren Montage auf einer Leiterplatte einsetzbar ist. Weiterhin soll die Möglichkeit bestehen, mit einfachen Mitteln erkennen zu lassen, ob die Anordnung funktionsfähig 3oder ob bereits eine Schädigung durch thermische Überlastung aufgetreten ist. Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt gemäß der Merkmalskombination nach Anspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige

Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen. Die erfindungsgemäße Lösung geht von einer an sich bekannten Überspannungsschutzanordnung aus, welche mehrere, auf einer ersten Seite einer n-eckigen Trägerplatte angeordneten, scheibenförmigen Varistor aufweist. Die Überspannungsschutzanordnung besitzt darüber hinaus noch mindestens einen Gasabieiter sowie mindestens eine Thermosicherung bzw. eine thermische Abtrenneinrichtung. Die thermische Abtrenneinrichtung steht in bekannter Weise mit mindestens einem der Varistoren in engem thermischen Kontakt.

Die vorgenannten Bauteile sind von einem Außengehäuse, das als Kappe ausgebildet sein kann, umgeben. Auf der zweiten Seite der Trägerplatte sind Mittel zum elektrischen Anschluss, z. B. ausgebildet als Kontaktstifte, vorhanden, die dem unmittelbaren Verlöten auf einer Leiterplatte dienen.

Erfindungsgemäß bilden die Varistoren eine dicht gepackte, parallele Anordnung, nachstehend als Paketanordnung bezeichnet. Diese Paketanordnung ist auf zwei gegenüberliegenden Seiten von je einer, auf der Trägerplatte aufsetzbaren oder mit dieser verbundenen, isolierenden Trennwand begrenzt.

Die Innenseite der Trennwand steht also mit der Paketanordnung in Verbindung. Jede Trennwand weist mindestens einen Durchbruch für einen Varistoranschluss auf, welcher mit je einer thermischen Abtrenneinrichtung in Verbindung steht, die wiederum einen federbelasteten Abtrennhebel umfasst. Es nimmt also die

Außenseite der Trennwand die eigentliche thermische Abtrenneinrichtung auf. Der jeweilige Abtrennhebel ist an seinem ersten Ende mit dem jeweiligen

Varistoranschluss durch ein Lot verbunden. Mit seinem zweiten Ende geht der Abtrennhebel in einen der elektrischen Anschlüsse über, welcher diesbezüglich die Trägerplatte durchdringt. Die thermische Abtrenneinrichtung besitzt darüber hinaus einen isolierenden Schieber, dessen freies Ende auf den Abtrennhebel einwirkt, wobei der Schieber in Ausformungen der jeweiligen Seitenwand geführt ist. Diese Führung ist als Längsführung ausgebildet, so dass eine Verschiebebewegung des Schiebers in Richtung Abtrennhebel erfolgen kann. Die Lageveränderung des Schiebers, der z. B. als ein farblich gestaltetes

Kunststoffbauteil ausgeführt sein kann, ist mittels einer Sichtöffnung im

Außengehäuse erkennbar, so dass auf den Zustand der im Außengehäuse befindlichen Überspannungsschutzanordnung geschlossen werden kann.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die

Paketanordnung aus drei, mit ihren Längsseiten aneinander anliegenden

Varistoren.

Der Schieber weist in einer bevorzugten Ausgestaltung zwei Zapfen zur führenden Aufnahme von jeweils einem Federelement auf, wobei die Zapfen parallel verlaufen. Die Zapfen nehmen jeweils eine Schraubenfeder auf, so dass die notwendige Vorspannung des Schiebers in Richtung Abtrenn hebel gegeben ist.

An einer trennwandfreien Seite der Anordnung befindet sich ein Gasabieiter, welcher elektrisch mit der Varistor-Paketanordnung verschalten ist.

Der Gasabieiter kann bei einer Ausführungsform der Erfindung über eine separate thermische und federkraftunterstützte Abtrenneinrichtung verfügen.

Der Außengehäuse ist in bevorzugter Weise mit Hilfe einer Snap-in- Rastanordnung mit der Trägerplatte verbindbar. Die Abtrenneinrichtung für den Gasabieiter weist mindestens eine, bevorzugt zwei auf einen Abtrennmechanismus einwirkende Torsionsfedern auf.

Der Schieber greift mit seinem freien Ende in unmittelbarer Nähe der

Lotverbindungsstelle zwischen Abtrennhebel und Varistoranschluss an.

Ein besonderer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass die vorstehend

erläuterte thermische Abtrenneinrichtung doppelt und symmetrisch ausgebildet ist, das heißt, dass quasi auf beiden Außenseiten der erläuterten Trennwände entsprechende Abtrenneinrichtungen je für den L/N- und N/L-Zweig realisiert werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung erstrecken sich von der ersten Seite der Trägerplatte in Abschnitte des umschlossenen Raumes hinein Stegflächen zum Gewährleisten ausreichender elektrischer Trennungsabstände.

Das Außengehäuse kann die Form eines n-eckigen Würfels oder Quaders aufweisen.

In einer Ausgestaltung besitzt die Innwandung des Außengehäuses eine

Wärmestrahlung-reflektierende Beschichtung oder weist Wärmestrahlung reflektierende Eigenschaften auf. Damit ist sichergestellt, dass die thermische Abtrenneinrichtung primär auf im Gehäuse befindliche Wärmequellen und nicht auf externe Wärmequellen reagiert bzw. anspricht.

Die erläuterte Überspannungsschutzanordnung findet insbesondere Verwendung als kompakte, gekapselte Leiterplatten-montierbare Baueinheit, wobei die Größe der Kapselung im Wesentlichen von den Abmessungen der eingesetzten

Varistoren, die das Paket bilden, bestimmt und vorgegeben ist.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden. Hierbei zeigen :

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der Überspannungsschutzanordnung mit drei

Varistoren und einem Gasabieiter und den jeweiligen Pfaden; Fig. 2 eine perspektivische Darstellung der ersten Ausführungsform der

Erfindung mit abgenommenem Außengehäuse;

Fig. 3 eine perspektivische Explosionsdarstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung mit paralleler Paketanordnung von Varistoren sowie einem Gasableiter, welcher wie die Varistoren über eine separate thermische Abtrenneinrichtung verfügt;

Fig,. 4 eine perspektivische Darstellung der ersten Ausführungsform mit

Niedrigtemperatur-Lotverbindung der Abtrennvorrichtung im L/N-Pfad im geschlossenen Zustand;

Fig. 5 eine Darstellung gemäß derjenigen nach Fig. 4, jedoch im abgetrennten

Zustand 19 des L/N-Pfades;

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung der ersten Ausführungsform der

Erfindung mit Niedrigtemperatur-Trennstrecke im N/L-Pfad im nicht abgetrennten Zustand 18';

Fig. 7 eine Darstellung ähnlich derjenigen nach Fig. 6, jedoch im abgetrennten

Zustand 19 ^λ des Pfades N/L;

Fig. 8 eine perspektivische Darstellung der ersten Ausführungsform der

Erfindung mit thermischer Abtrennvorrichtung für den Gasableiter im geschlossenen Zustand;

Fig. 9 eine Darstellung ähnlich derjenigen nach Fig. 8, jedoch im abgetrennten

Zustand 15' (Pfeildarstellung);

Fig. 10 ein Prinzipschaltbild einer Ausführungsform der Überspannungsschutzanordnung mit thermischer Abtrenneinrichtung nur für die Varistoren, d.h. ohne thermische Abtrennung des Gasabieiters und die Beschaltung in den Pfaden L/N, N/L und PE;

Fig. 11 eine perspektivische Darstellung der zweiten Ausführungsform der

Erfindung, d.h. derjenigen mit einem Gasableiter ohne separate thermische Abtrennvorrichtung; Fig. 12 eine perspektivische Explosionsdarstellung der Ausführungsform mit einem Gasabieiter ohne separate thermische Abtrenneinrichtung;

Fig. 13 eine Darstellung gemäß zweiter Ausführungsform mit geschlossener thermischer Abtrennvorrichtung 230 im L/N-Pfad;

Fig. 14 eine Darstellung ähnlich derjenigen nach Fig. 13, jedoch im

abgetrennten Zustand 240 (Pfeildarstellung) des L/N-Pfades;

Fig. 15 eine perspektivische Darstellung der Abtrennvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform mit geschlossener Abtrennvorrichtung 230' im N/L-Pfad und

Fig. 16 eine Darstellung ähnlich derjenigen nach Fig. 15, jedoch im

abgetrennten Zustand 240' des N/L-Pfades.

Die Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild der ersten Ausführungsform der Erfindung mit drei Varistoren und einem Gasabieiter, wobei im L/N-Pfad sowie im N/L-Pfad jeweils eine thermische Abtrennvorrichtung für die Varistoren und in Richtung PE eine thermische Abtrennvorrichtung für den Gasabieiter vorhanden ist. Die ab trennseitig energetische Einwirkung der Varistoren auf die entsprechenden Abtrennvorrichtungen im Zweig L/N bzw. N/L ist mit den symbolischen

gestrichelten Pfeildarstellungen gezeigt und in analoger Weise bezogen auf den Gasabieiter in Richtung PE symbolisiert.

Die Überspannungsschutzanordnung nach den Fig. 2 und 3 sowie 11 uns 12 geht zunächst von einer Trägerplatte 7 aus.

Diese Trägerplatte 7 besteht aus einem Kunststoff-Spritzgussmaterial. In der Trägerplatte 7 sind schlitzförmige Öffnungen 72 eingebracht, die der

Durchführung von Anschlüssen 6 und 61 dienen. Die entsprechenden durchgeführten Anschlüsse 6 und 61 können zur

unmittelbaren Kontaktierung und dem Verlöten auf einer Leiterplatte (nicht gezeigt) genutzt werden. Die Überspannungsschutzanordnung nach den Fig. 2; 3 und 11; 12 umfasst darüber hinaus eine Ausbildung mehrerer scheibenförmiger Varistoren 2; 21; 22. Diese Varistoren bilden eine parallele Paketanordnung .

Diese parallele Paketanordnung ist auf zwei gegenüberliegenden Seiten von je einer, auf der Trägerplatte 7 aufsetzbaren isolierenden Trennwand 3; 31 begrenzt.

Jede Trennwand 3; 31 besitzt mindestens einen Durchbruch für einen

Varistoranschluss 62, welcher mit je einer thermischen Abtrenneinrichtung in Verbindung steht.

Diese thermischen Abtrenneinrichtungen verfügen über einen federbelasteten Abtrennhebel 80. Der jeweilige Abtrennhebel 80 ist an seinem ersten Ende mit dem jeweiligen Varistoranschluss 62 durch Lot 18 im L/N -Pfad bzw. N/L-Pfad 20 verbunden.

An seinem zweiten Ende geht der jeweilige Abtrennhebel 80 in einen der elektrischen Anschlüsse 6 (L/N-Pfad) über, welcher die Trägerplatte 7

durchdringt.

Die thermische Abtrenneinrichtung umfasst darüber hinaus einen isolierenden Schieber 4, dessen freies Ende auf den Abtrennhebel 80 einwirkt, wobei der Schieber 4 in Ausformungen 81 der jeweiligen Trennwand 3 geführt ist.

Eine Lageveränderung des Schiebers 4 ist mittels einer Sichtöffnung in Form eines Fensters 8 im Außengehäuse 1 erkennbar. Der Schieber 4 umfasst weiterhin zwei Zapfen zur führenden Aufnahme von jeweils einer Schraubenfeder 5.

An ihrer trennwandfreien Seite weist die Anordnung einen Gasabieiter 10 auf, welcher elektrisch mit der Varistor-Paketanordnung gemäß Fig. 1 bzw. Fig . 10 nach der zweiten Ausführungsform verschalten ist.

Der Gasabieiter 10 verfügt über eine separate thermische und federkraftunterstützte Abtrenneinrichtung.

Diesbezüglich weist die Abtrenneinrichtung für den Gasabieiter 10 zwei

Torsionsfedern 9 auf.

Wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich, greift der Schieber 4 in unmittelbarer Nähe der Lotverbindungsstelle zwischen Abtrennhebel 80 und Varistoranschluss 62 an. Die Fig. 2 und 3 zeigen noch Aussparungen 13 im Außengehäuse 1. Die

Aussparungen dienen der Aufnahme von Rastha ken 14 zur Bildung einer Snap-in- Verbindung . Mit dem Bezugszeichen 10 ist die Niedrigtemperatur-Lotverbindung der Abtrennvorrichtung für den Gasentladungsableiter und mit dem

Bezugszeichen 18 die entsprechende Niedrigtemperatur-Lotverbindung für die Abtrennvorrichtung der Varistoren symbolisiert. Die Torsionsfedern 9 gemäß Fig. 3 werden von den Achsstummeln 11 und 12 vorgespan nt und geführt. Mit dem Bezugszeichen 16 wird die Trennstellenelektrode varistorseitig und mit dem Bezugszeichen 17 die Trennstellenelektrode gasentladungsableiterseitig bezeichnet.

Die Darstellung gemäß Fig . 11 und 12 umfasst eine vergleichbare

Ausführungsform wie anhand der Fig . 2 und 3 erlä utert, mit dem Unterschied, dass der Gasabieiter 10 gemäß Fig . 11 und 12 über keine separate thermische Abtrenneinrichtung mit entsprechendem Kontaktbügel und Torsionsfeder 9 verfügt. In den Fig . 4 und 6 ist die thermische Abtrenneinrichtung für die Varistoren im geschlossenen Zustand und in den Fig. 5 und 7 im geöffneten, d . h. abgetrennten Zustand dargestellt. Die Fig. 8 zeigt den Zustand der nicht abgetrennten thermischen

Abtrennvorrichtung für den Gasentladungsableiter 10 und die Fig . 9 den diesbezüglich abgetrennten Zustand 15\

Die Fig. 10 zeigt das Schaltbild der inneren Verdrahtung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung, wobei bei dieser Ausführungsform der in PE- Richtung liegende Gasabieiter keine separate Abtrennvorrichtung besitzt.

Vielmehr findet hier ein normales Verlöten 210 an der entsprechenden

Kontaktstelle statt. Der Aufbau der übrigen Baugruppen, insbesondere der thermischen Abtrennvorrichtungen für die Varistoren 2 entspricht derjenigen gemäß der ersten Ausführungsform.

Der nicht abgetrennte Zustand 230 und 230' ist in den Fig. 13 und 15 und der abgetrennte Zustand 240 und 240' in den Fig . 14 und 16 dargestellt. Die Lotverbindung des Gasabieiters 10' gemäß zweiter Ausführungsform mit der Elektrode 16' des entsprechenden Varistors 2 wird unterstützt durch eine schlitzförmige Ausnehmung im Anschlussteil 17' des Gasabieiters 10\

Die Innenwandung des Außengehäuses 1 kann noch eine Wärmestrahlungs- reflektierende Beschichtung aufweisen und ansonsten thermisch und elektrisch isolierend ausgebildet sein.