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Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum thermischen Auslösen oder Abtrennen eines Überspannungsschutzgerätes mit einem Sperrelement, auf welches eine erste Kraft wirkt und welches so fixiert ist, dass es sich bei Überschreiten einer Grenztemperatur löst; einem Schieber, der in einem ersten Zustand durch das fixierte Sperrelement blockiert ist und auf den eine zweite Kraft wirkt, um diesen in einen zweiten Zustand zu überführen, wenn das Sperrelement gelöst ist.
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Die
DE 10 2006 037 551 B4 zeigt eine arretierte Abtrenneinrichtung, wobei ein bewegliches Lotformteil durch eine vorgespannte Feder unter Kraft gesetzt wird, dieser aber nicht ausweichen kann, solange ein Lotbolzen den Bewegungsweg blockiert. Schmilzt der Lotbolzen durch eine thermische Überlastung, die beispielsweise von einem hohen Strom verursacht wird, bewegt sich das Lotformteil und damit ein Schieber, so dass ein Stromkreis geschlossen wird, der beispielsweise ein Warnsignal ausgibt.
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Die
DE 10 2010 061 110 A1 offenbart ebenfalls eine thermische Abtrennvorrichtung, wobei ein erster Leiterabschnitt mit einem zweiten Leiterabschnitt über einen thermisch lösbaren Kontakt galvanisch gekoppelt ist. Bei zu hoher Temperatur löst sich die Kontaktstelle und der erste Leiterabschnitt wird durch eine ständig auf ihn wirkende Kraft in einen Isolierabschnitt befördert, so dass zwischen den beiden Leiterabschnitten keine elektrische Verbindung mehr möglich ist.
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Die
DE 10 2005 045 778 A1 betrifft eine Temperatursicherung. Zwei Leiterabschnitte werden über einen dritten Leiterabschnitt verbunden. Wenn eine zu hohe Temperatur vorliegt, wird dieser Leiterabschnitt durch einen aktuierten Bolzen so bewegt, dass er nicht mehr als Verbindungselement zwischen den beiden anderen Leiterabschnitten wirkt und einen über die Leiterabschnitte geschlossenen Stromkreis unterbricht. Eine Steuerung vergleicht eine sensorisch erfasste Temperatur mit einer vorgegebenen Grenztemperatur und löst eine Bewegung des Bolzens aus, wenn die Grenztemperatur überschritten ist. Anstelle einer aktiven Lösung mit einer Steuerung und einem Sensor kann auch eine passive Lösung durch ein vorgespanntes Feder- oder Biegeelement realisiert sein, bei dem eine Entspannungsbewegung durch eine mechanische Sicherung blockiert ist. Die mechanische Sicherung löst sich bei Überschreiten einer Grenztemperatur, wodurch die Entspannungsbewegung des Feder- oder Biegeelementes das Verbindungselement aus dem Leiterabschnitt befördert und somit den Stromkreis unterbricht.
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Die
DE 10 2009 022 069 A1 zeigt eine gattungsbildende Vorrichtung zum thermischen Auslösen oder Abtrennen eines Überspannungsschutzgerätes mit einem diesbezüglichen Sperrelement, welches unter Einwirkung einer Kraft steht und einen Schieber, der durch das fixierte Sperrelement blockiert ist und auf den eine zweite Kraft wirkt.
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Bei dem Überspannungsschutzgerät nach
DE 10 2013 006 052 A1 werden die zur Kontaktfahne weisenden Enden der Überspannungsschutzeinheit so ausgebildet, dass diese eine Bügelform besitzen, wobei mindestens ein Bügel einen Anschlag für eine, um eine Achse schwenkbare Sichtanzeige darstellt, wobei die Schwenkbewegung dann freigegeben ist, wenn mit Hilfe eines Schiebers die parallel verlaufenden Enden der Bügel der Kontaktfahnen sich von der Kontaktfahne seitlich entfernen. Bei der Defektanzeige für Überspannungsableiter nach
DE 10 2012 011 072 A1 sind mechanische Betätigungseinrichtungen als Bolzen oder Stift ausgebildet. Mindestens zwei Überstromschutzeinrichtungen sind derart relativ zueinander angeordnet, dass sich die Richtungsvektoren der Bolzen oder Stifte in einer gedachten Verlängerung ihres Bewegungsweges schneiden, wobei der jeweilige Bolzen oder Stift auf eine jeweils vorgesehene Flächenseite eines verschieblichen Ankers einwirkt und der Anker eine veränderbare Position im Bewegungsweg inne hat, sich jedoch auch im Schnittpunkt der gedachten Verlängerung der Bewegungswege der Bolzen befindet. Weiterhin besitzt der Anker eine weitere Flächenseite, die ihrerseits bei einer Ankerbewegung auf das Fehlersignalisierungselement einwirkt und hierfür diese weitere Fläche mindestens eine Keilschräge umfasst, um eine Änderung der Kraftrichtung aufgrund der Bewegung eines der Bolzen zu bezwecken.
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Nachteilig im Stand der Technik sind dabei insbesondere hohe Kosten, Wartungsanfälligkeit sowie mangelnde Robustheit aktiver Lösungen. Passive Lösungen dagegen sind dadurch beeinträchtigt, dass auf die Sperrelemente unnötig hohe Kräfte wirken, weil gleichzeitig zur Unterbrechung durch die Kräfte auch eine weitere Wirkung, z. B. eine Bewegung eines Schiebers, eines Schaltkontaktes oder dergleichen, durchgeführt werden soll. Dadurch kann es zu einer „schleichenden Auslösung” der Trennvorrichtung kommen bevor überhaupt eine relevante thermische Überlastung aufgetreten ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine weiterentwickelte Vorrichtung zum thermischen Auslösen oder Abtrennen eines Überspannungsschutzgerätes anzugeben, welche ausreichende mechanische Kräfte zur Betätigung einer Anzeige, eines Schaltkontaktes oder dergleichen bereitstellt.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum thermischen Auslösen eines Schiebers eines Überspannungsschutzgerätes gemäß Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen mindestens bevorzugte Weiterbildungen.
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Die Vorrichtung zum thermischen Auslösen eines Überspannungsschutzgerätes umfasst ein Sperrelement. Das Sperrelement ist an der Vorrichtung fixiert. Die Fixierung weist bis zu einer Grenztemperatur eine hinreichende Funktion auf, wodurch das Sperrelement bis zu dieser Grenztemperatur fest an seiner Position verbleibt. Bei Überschreiten dieser Grenztemperatur verliert die Fixierung ihre Funktion, so dass sich das Sperrelement von seiner zuvor eingenommenen Position lösen kann. Auf das Sperrelement wirkt im fixierten Zustand eine erste Kraft. Diese Kraft bewirkt lediglich, dass das Sperrelement sich aus seiner ursprünglichen Position bewegt, nachdem die Fixierung wegen einer zu hohen Temperatur funktionslos geworden ist.
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Des Weiteren umfasst die Vorrichtung einen Schieber, der in einem ersten Zustand durch das fixierte Sperrelement mittelbar blockiert ist. Auf den Schieber wirkt eine zweite Kraft. Die zweite Kraft überführt den Schieber in einen zweiten Zustand, wenn das Sperrelement gelöst ist.
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Außerdem weist die Vorrichtung eine Halteeinrichtung auf. Diese ist mit dem Schieber, insbesondere lösbar oder fest, verbunden. Durch die Halteeinrichtung blockiert das Sperrelement mittelbar den Schieber. Die Halteeinrichtung ist so gestaltet, dass die zweite Kraft, die auf den Schieber wirkt, im Wesentlichen nur reibschlüssig und nicht in Bewegungsrichtung der ersten Kraft auf das Sperrelement wirkt.
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Durch das Sperrelement kann z. B. ein elektrischer Stromkreis geschlossen sein. Dies kann insbesondere dadurch erfolgen, dass das Sperrelement elektrisch leitend ausgestaltet ist. Zusätzlich oder alternativ kann durch den Schieber ein Stromkreis geschlossen sein, wenn dieser sich im ersten Zustand befindet. Dieser Stromkreis wird vorzugsweise unterbrochen, wenn der Schieber sich in den zweiten Zustand bewegt. Insbesondere kann dieser Stromkreis im zweiten Zustand unterbrochen sein. Das Sperrelement kann auch ein elektrisches Bauteil, z. B. ein Varistor oder ein Gasableiter sein, das durch Löten auf einer Leiterplatte fixiert ist.
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Erfindungsgemäß umfasst die Halteeinrichtung wenigstens zwei zangenartige, nachgiebige Backen, die sich im ersten Zustand gegen das fixierte Sperrelement und gegen eine Umgebung des Schiebers abstützen. Eine Umgebung im Sinn der Erfindung kann dabei insbesondere ein Gehäuse oder eine Gehäusezwischenwand der Vorrichtung sein, oder einer Einrichtung, die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verbunden ist. Insbesondere sind die Backen elastisch nachgiebig ausgebildet, so dass diese nach einer erzwungen Verformung wieder in ihren ursprünglichen Zustand gelangen. Dadurch kann das Halteelement insbesondere wiederverwendet werden.
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Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, das Sperrelement von der zweiten, größeren Kraft, die erforderlich ist, um den Schieber zu bewegen und eine Aktion auszulösen, zu entkoppeln. Dies erfolgt dadurch, dass im Wesentlichen keine formschlüssigen Kräfte, die ihren Ursprung in der zweiten Kraft haben, auf das Sperrelement wirken. Nur die erste Kraft, wirkt formschlüssig, also direkt auf das Sperrelement. Die zweite Kraft wirkt im Wesentlichen allein reibschlüssig, also indirekt auf das Sperrelement. Dadurch wird eine negative Auswirkung der zweiten Kraft auf das Befestigungsmittel, z. B. Lot für das Sperrelement vermindert. Insbesondere kann als zweite Kraft, die zur Bewegung des Schiebers notwendig ist, eine hohe Kraft realisiert werden, ohne dass dadurch das Sperrelement langfristig aus seiner Fixierung gedrückt wird und dadurch die Vorrichtung einer „schleichenden Auslösung” unterliegt.
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In einer Ausführungsform wird nach einem ersten Aspekt die erste Kraft durch eine vorgespannte Feder erzeugt. Diese kann insbesondere eine Druckfeder sein, welche nur die zur Verschiebung des Sperrelements notwendige Kraft bereitstellt und kein unnötiger Kraftüberschuss vorliegt. Die erste Kraft kann analog dazu auch durch eine Zugfeder bewirkt werden. Zusätzlich oder alternativ kann die erste Kraft auch durch eine Masse erzeugt werden, wodurch eine Gravitationskraft auf das Sperrelement wirkt. Nach einem zweiten Aspekt dieser Ausführungsform kann auch die zweite Kraft durch eine vorgespannte Feder, die eine Zugfeder oder eine Druckfeder sein kann, erzeugt werden. Zusätzlich oder alternativ kann diese Kraft auch durch eine Masse bewirkt werden, insbesondere durch die Masse des Schiebers.
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Vorzugsweise sind die Backen so angeordnet sind, dass sich auf das Sperrelement wirkende Normalkräfte im Wesentlichen kompensieren. Dies kann insbesondere durch zwei gegenüberliegende Backen realisiert werden. Denkbar ist auch eine Variante mit drei Backen die jeweils um 60 Grad versetzt sind, so dass auch hier im Wesentlichen keine resultierende Kraft auf das Sperrelement wirkt. Nach dem gleichen Prinzip können vorzugsweise auch mehr Backen angeordnet sein, die noch enger zusammenliegen. Vorzugsweise können eine oder mehrere Backen eine abgeschrägte Stufung aufweisen, die sich gegen die Umgebung, insbesondere ein Gehäuse oder eine Gehäusetrennwand, so abstützen, dass die zweite Kraft ein Nachgeben einer oder mehrerer Backen bewirkt, wenn diese nicht mehr durch das gelöste Sperrelement blockiert sind. Insbesondere ist im ersten Zustand ein Nachgeben einer oder mehrerer Backen blockiert, dadurch dass diese durch die Stufung gegen das Sperrelement gedrückt werden und im Wesentlichen kein Raum zum Nachgeben besteht. Stufung und Sperrelement bewirken, dass die größere, zweite Kraft zur Umgebung abgeleitet wird und nicht die Fixierung des Sperrelementes beeinträchtigt.
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Vorzugsweise kann eine Stufung Teil einer Nut sein, die sich gegen eine entsprechende Nocke der Umgebung abstützt. Alternativ kann eine Stufung Teil einer Nocke sein, die sich gegen eine entsprechende Nut der Umgebung abstützt. Insbesondere kann durch eine Nut-Nocken-Verbindung die Halteeinrichtung und/oder der Schieber beim Einbau einfach und genau positioniert werden, insbesondere, ohne dass eine nachträgliche Verschiebung stattfindet.
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In einer Ausführungsform ist die temperaturabhängige Fixierung des Sperrelements durch eine Lötverbindung realisiert. Dadurch kann direkt über die Fixierung des Sperrelements ein elektrisches Bauelement angeschlossen werden. Insbesondere kann dieser Stromkreis unterbrochen werden, wenn die Fixierung sich wegen einer thermischen Überlastung löst. Alternativ kann dieser Stromkreis durch Lösung der Fixierung nicht unterbrochen sein, sondern vorzugsweise erst, nachdem das Sperrelement durch die erste Kraft bewegt wird. Zusätzlich oder alternativ kann die Fixierung durch ein temperaturabhängiges Klebemittel realisiert werden. In einer Variante kann die Fixierung, insbesondere zusätzlich, durch eine Wachsverbindung realisiert sein.
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In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Keilfläche auf, welche das Sperrelement relativ zu seiner Umgebung, an der dieses im ersten Zustand fixiert ist, anhebt, wenn es beim Übergang in den zweiten Zustand gegen den Keil gedrückt wird. Insbesondere befindet sich der Keil kollinear zur ersten Kraft, welche das Sperrelement verschiebt. Dadurch kann insbesondere das Sperrelement schneller und/oder effektiver von der Fixierung gelöst werden, wenn eine thermische Überlastung vorausgegangen ist. Außerdem wird vorzugsweise eine elektrische Verbindung sicherer getrennt, wenn über das Sperrelement, insbesondere durch eine Lötfixierung, im ersten Zustand ein elektrischer Stromkreis geschlossen ist. Insbesondere kann der Keil einer Lichtbogenbildung entgegen wirken, wenn das Sperrelement schnell vom vorhandenen elektrischen Potential entfernt wird. In einer Ausführungsform stützt sich das Element, welches die erste Kraft erzeugt, also insbesondere eine dafür verwendete Feder, am Schieber ab. Zusätzlich oder alternativ können die krafterzeugenden Elemente so angeordnet sein, das die erste Kraft und die zweite Kraft parallel, insbesondere kollinear, zu einander sind. Dadurch kann eine kompakte und/oder modulare Bauweise der Vorrichtung realisiert werden.
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In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Anzeigefläche auf, die den jeweiligen Zustand (erster Zustand, zweiter Zustand) des Schiebers signalisiert. Die Anzeigefläche kann insbesondere fest oder lösbar am Schieber angeordnet sein.
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In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Fernmeldeeinrichtung auf, die den jeweiligen Zustand (erster Zustand, weiter Zustand) der Vorrichtung signalisiert. Insbesondere ist die Fernmeldeeinrichtung direkt mit dem Schieber verbunden und/oder wird durch diesen ausgelöst. Vorzugsweise ist die Fernmeldeeinrichtung zum Schließen oder Unterbrechen eines Stromkreises eingerichtet, so dass nach einer Variante der Stromkreis im ersten Zustand unterbrochen ist und im zweiten Zustand geschlossen ist. Dadurch kann aktiv ein Umschalten in einen zweiten Zustand realisiert werden. Zusätzlich oder alternativ ist es auch möglich, dass durch die Fernmeldeeinrichtung in einem ersten Zustand ein Stromkreis geschlossen ist und in einem zweiten Zustand unterbrochen.
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In einer Ausführungsform ist das Sperrelement und/oder die Halteeinrichtung reibungsmindernd beschichtet. Dadurch können insbesondere die durch die Halteeinrichtung, über das Sperrelement durch die zweite Kraft erzeugten Reibungskräfte gemindert werden. Insbesondere ist damit eine noch umfassendere Entkopplung der zweiten Kraft vom Sperrelement möglich, so dass im Wesentlichen nur die erste Kraft auf das Sperrelement wirkt und ein schnelles Herausbewegen des Sperrelementes aus den Backen gegeben ist.
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Nach einer Ausführungsform ist die Kontaktfläche zwischen Sperrelement und Halteeinrichtung klein. Insbesondere kann eine oder mehrere Backen der Halteeinrichtung so gestaltet sein, dass sie im Wesentlichen nur in einem Punkt auf dem Sperrelement aufliegt. Zusätzlich oder alternativ kann auch das Sperrelement so gestaltet sein, dass die Halteeinrichtung im Wesentlichen nur an einem Punkt aufliegen kann. Bevorzugt kann das Sperrelement keil- oder kegelförmig geformt sein, so dass beim Übergang in den zweiten Zustand, nach einer ersten Verrückung, das Sperrelement aus seiner Fixierung herausschnellt. Insbesondere kann auch die Halteeinrichtung, insbesondere eine oder mehrere Backen, so angefast sein, dass nach einer ersten Verrückung beim Übergang in den zweiten Zustand, die Kraftentkopplung aufgehoben wird und das Sperrelement durch die zweite Kraft zusätzlich beschleunigt wird.
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Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele können in weiteren, nicht dargestellten Ausführungsformen vorteilhaft miteinander kombiniert werden. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
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1: eine erfindungsgemäße Ausführungsform in einem ersten Zustand;
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2: eine erfindungsgemäße Ausführungsform mit einem gelösten Sperrelement;
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3: eine erfindungsgemäße Ausführungsform beim Übergang in den zweiten Zustand;
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4: eine erfindungsgemäße Ausführungsform in einem zweiten Zustand.
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1 zeigt eine Vorrichtung zum thermischen Auslösen oder Abtrennen eines Überspannungsschutzgerätes mit einer Anzeigefläche und Schieber (S1) im ersten Zustand (Z1). Auf diesen wird durch eine Spiralfeder eine Kraft (F2) aufgebracht. Die Spiralfeder stützt sich dazu einem Gehäuse (G) ab, in dem der Schieber (S1) gelagert ist. Die Spiralfeder dient dabei als Kraftspeicher, wobei die Kraft (F2) entsprechend hoch ist, um den Schieber (S1) zu bewegen. Der Schieber (S1) weist eine Halteeinrichtung auf, welche durch zwei gegenüberliegende Backen (B) realisiert ist.
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An dem Gehäuse (G) ist des Weiteren ein Sperrelement (A1), z. B. in Form eines Varistors, fixiert. Die Fixierung erfolgt über nicht dargestellte Lötverbindungen an zwei metallischen Leiterzügen (R), die das Sperrelement (A1) vorne und hinten halten und kontaktieren.
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Die Backen (B) der Halteeinrichtung (H1) sind nachgiebig ausgestaltet, insbesondere aus einem flexiblen Kunststoffmaterial bestehend. Weiterhin weisen die Backen (B) jeweils eine nach außen orientierte Nut auf. Diese sind dazu da, jeweils einen Nocken (H1) aufzunehmen, die als Teil des Gehäuses (G) realisiert sind. Durch die zweite Kraft (F2) wird der Schieber (S1) in Richtung des Sperrelements (A1) gedrückt. Durch die Nocken (H1), welche in die Nut der Backen (B) eingreifen, wird diese Kraft auf die Backen (B) so umgeleitet, dass diese nach innen gedrückt werden.
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Ein Ausweichen der Backen (B) nach innen wird allerdings durch das Sperrelement (A1) vermieden, welches zwischen den Enden der Backen (B) angeordnet ist. Dadurch wird eine Bewegung der Backen (B) zueinander verhindert und damit auch eine Bewegung des Schiebers (S1). In diesem ersten Zustand, in dem das Sperrelement (A1) fest am Verdrahtungsträger fixiert ist, verhindert das Sperrelement (A1) eine Bewegung der Backen (B) des Schiebers zueinander. Die Zangen der Backen können also nicht zusammengedrückt werden. Eine Bewegung des Schiebers ist durch die Rastverbindung (H1) ausgeschlossen.
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Durch die gegenüber angeordneten Backen (B) kompensieren sich die Normalkräfte, die über die Backen (B) durch die zweite Kraft (F2) auf die Halteeinrichtung (H1) aufgebracht werden. Dadurch ergibt sich, dass die resultierende Normalkraft auf das Sperrelement (A1) verschwindet. Die zweite Kraft (F2) ist somit von einer direkten Wirkung auf das Sperrelement (A1) im ersten Zustand entkoppelt.
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2 zeigt die Vorrichtung zum thermischen Auslösen eines Überspannungsschutzgerätes aus 1. Dabei hat sich die Fixierung des Sperrelements (A1) durch Überschreiten einer Grenztemperatur gelöst und die Vorrichtung geht in den zweiten Zustand (Z2) über.
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Zwischen den Backen (B) befindet sich eine Feder, die sich am Schieber (S1) abstützt und in einem vorgespannten Zustand direkt eine erste Kraft (F1) auf das Sperrelement (A1) ausübt. Diese Kraft führt zu einer Beschleunigung des Sperrelements (A1), wenn dieses von der Fixierung gelöst ist. Die Feder ist so dimensioniert und die erste Kraft (F1) auf das Sperrelement (A1) gerade so zu bemessen, dass die beabsichtigte Wirkung, nämlich die Beschleunigung des Sperrelements (A1) nach dem Lösen der Fixierung, eintritt.
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3 zeigt die Vorrichtung nach 1 und 2, wobei der Zustandsübergang in einer zweiten Phase ist. Durch die erste Kraft (F1) wurde das Sperrelement (A1) aus den Backen (B) herausgedrückt. Dadurch können sich die Backen (B) der Halteeinrichtungen nach innen bewegen. Durch die zweite Kraft (F2) werden die Backen (B) über die Rastmittel, insbesondere durch die Nocken des Gehäuses nach Innen gedrückt, so dass die rechte Seite der Nut der Backen (B) eine Bewegung des Schiebers (51) nicht mehr blockiert. Die Rastverbindung (H1) ist somit überwunden. Die zweite Kraft (F2) beschleunigt den Schieber (S1) und bewegt somit auch die Anzeigefläche (A) nach rechts. Dies signalisiert z. B. ein Auslösen des Überspannungsschutzgerätes.
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Figürlich links neben der Fixierung des Sperrelements (A1) befindet sich ein Steg (S), der dazu dient das Sperrelement (A1) von seiner Fixierung abzuheben und insbesondere vollständig zu trennen. Dies erfolgt dadurch, dass das Sperrelement (A1) durch die erste Kraft (F1) auf den Steg (S) geschoben wird. Durch diese vollständige Trennung wird sichergestellt, dass die elektrische Verbindung, die durch die Fixierung erfolgt, auch vollständig unterbrochen ist und somit der dadurch geschlossene Stromkreis ebenfalls unterbrochen ist. Insbesondere ist damit auch eine Lichtbogenbildung ausgeschlossen.
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4 zeigt die Vorrichtung nach 1, 2 und 3 im zweiten Zustand (Z2). Der Schieber (S1) ist vollständig nach links bewegt. Die flexiblen Backen (B) der Halteeinrichtung (H1) sind wieder in ihrer Ausgangsform. Das Sperrelement (A1) wird über den Steg (S) von der Fixierung und dem Verdrahtungsträger, insbesondere den unter Spannung stehenden Leiterbahnen (R), wegbeschleunigt. Die Kraft (F2) wirkt hierbei unterstützend.
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Bezugszeichen:
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- S1
- – Schieber
- A1
- – Sperrelement
- H1
- – Rastverbindung
- F1
- – erste Kraft
- F2
- – zweite Kraft
- A
- – Anzeigefläche
- R
- – Leiterbahn; Anschlussfläche
- G
- – Gehäuse
- B
- – Backen
- S
- – Steg
- Z1
- – erster Zustand
- Z2
- – zweiter Zustand