DE202010014430U1 - Overvoltage protection element and electrical device - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zum Überspannungsschutz mit einem Gehäuse (2), mit mindestens einem in dem Gehäuse (2) angeordneten überspannungsbegrenzenden Bauelement (3), insbesondere einem Varistor oder einem gasgefüllten Überspannungsableiter, und mit zwei Anschlusselementen (4, 5) zum elektrischen Anschluss des Überspannungsschutzelements (1) an den zu schützenden Strom- oder Signalpfad, wobei im Normalzustand des Überspannungsschutzelements (1) die Anschlusselemente (4, 5) jeweils mit einem Pol des überspannungsbegrenzenden Bauelements (3) in elektrisch leitendem Kontakt stehen, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Gehäuses (2) ein wärmeausdehnbares Material (6) derart angeordnet ist, dass bei thermischer Überlastung des überspannungsbegrenzenden Bauelements (3, 3') die Position des überspannungsbegrenzenden Bauelements (3, 3') aufgrund einer Ausdehnung des wärmeausdehnbaren Materials (6) relativ zur Position der Anschlusselemente (4, 5) so veränderbar ist, dass mindestens ein Pol des überspannungsbegrenzenden Bauelements (3, 3') nicht mehr mit dem korrespondierenden Anschlusselement (4, 5) in elektrisch leitendem Kontakt steht.Device for overvoltage protection with a housing (2), with at least one overvoltage limiting component (3) arranged in the housing (2), in particular a varistor or a gas-filled surge arrester, and with two connection elements (4, 5) for electrical connection of the overvoltage protection element (1 ) to the protected power or signal path, wherein in the normal state of the overvoltage protection element (1), the connection elements (4, 5) each with a pole of the overvoltage limiting component (3) are in electrically conductive contact, characterized in that within the housing (2 ) a thermally expandable material (6) is arranged such that upon thermal overloading of the overvoltage limiting component (3, 3 ') the position of the overvoltage limiting component (3, 3') due to expansion of the heat expandable material (6) relative to the position of the terminal elements ( 4, 5) is variable so that at least ei n pole of the overvoltage limiting component (3, 3 ') is no longer in electrical contact with the corresponding connection element (4, 5).
Description
Die Erfindung betrifft ein Überspannungsschutzelement und ein elektrisches Gerät, in dem eine elektrische Verbindung mittels eines wärmeausdehnbaren Materials von einer ersten in eine zweite Position verbringbar ist.The invention relates to an overvoltage protection element and an electrical device in which an electrical connection by means of a heat-expandable material from a first to a second position can be brought.
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Die bekannten Überspannungsschutzelemente sind in der Regel als ”Schutzstecker” ausgebildet, die zusammen mit einem Geräteunterteil ein Überspannungsschutzgerät bilden. Zur Installation eines derartigen Überspannungsschutzgeräts, welches beispielsweise die phasenführenden Leiter L1, L2, L3 sowie den Neutralleiter N und gegebenenfalls auch den Erdleiter PE schützen soll, sind bei den bekannten Überspannungsschutzgeräten am Geräteunterteil entsprechende Anschlussklemmen für die einzelnen Leiter vorgesehen. Zur einfachen mechanischen und elektrischen Kontaktierung des Geräteunterteils mit dem jeweiligen Überspannungsschutzelement sind bei dem Überspannungsschutzelement die Anschlusselemente als Steckerstifte ausgebildet, zu denen im Geräteunterteil korrespondierende, mit den Anschlussklemmen verbundene Steckerbuchsen angeordnet sind, so dass das Überspannungsschutzelement einfach auf das Geräteunterteil aufsteckbar ist.The known overvoltage protection elements are generally designed as a "protective plug", which together with a device lower part form an overvoltage protection device. To install such a surge protection device, which is intended to protect, for example, the phase-leading conductors L1, L2, L3 and the neutral conductor N and possibly also the earth conductor PE, corresponding terminals for the individual conductors are provided in the known surge protection devices on the device base. For simple mechanical and electrical contacting of the device base with the respective overvoltage protection element, the connection elements are designed as plug pins in the overvoltage protection element, which are arranged in the lower device part corresponding, connected to the terminals sockets, so that the overvoltage protection element can be easily plugged onto the device base.
Bei derartigen Überspannungsschutzgeräten ist die Installation und Montage durch die Steckbarkeit der Überspannungsschutzelemente sehr einfach und zeitsparend durchführbar. Zusätzlich weisen derartige Überspannungsschutzgeräte teilweise noch einen Wechselkontakt als Signalgeber zur Fernmeldung des Zustands mindestens eines Überspannungsschutzelements sowie eine optische Zustandsanzeige in den einzelnen Überspannungsschutzelementen auf. Über die Zustandsanzeige wird angezeigt, ob das in dem Überspannungsschutzelement angeordnete überspannungsbegrenzende Bauelement noch funktionstüchtig ist oder nicht. Als überspannungsbegrenzendes Bauelement werden dabei insbesondere Varistoren verwendet, wobei jedoch je nach Einsatzzweck des Überspannungsschutzelements auch gasgefüllte Überspannungsableiter, Funkenstrecken oder Dioden eingesetzt werden können.In such overvoltage protection devices installation and assembly is through the Plugability of the surge protection elements very simple and time-saving feasible. In addition, such overvoltage protection devices partly still have a changeover contact as a signal transmitter for remote signaling of the state of at least one overvoltage protection element as well as an optical status indication in the individual overvoltage protection elements. The status display indicates whether the overvoltage-limiting component arranged in the overvoltage protection element is still functional or not. In particular, varistors are used as overvoltage limiting component, although it is also possible to use gas-filled surge arresters, spark gaps or diodes depending on the intended use of the overvoltage protection element.
Die zuvor beschriebenen, bei den bekannten Überspannungsschutzelementen verwendeten, thermischen Abtrennvorrichtungen, die auf dem Aufschmelzen einer Lötverbindung beruhen, haben mehrere Aufgaben zu erfüllen. Im Normalzustand des Überspannungsschutzelements, d. h. im nicht getrennten Zustand, muss eine sichere und gute elektrische Verbindung zwischen dem ersten Anschlusselement und dem überspannungsbegrenzenden Bauelement gewährleistet sein. Beim Überschreiten einer bestimmten Grenztemperatur muss die Trennstelle eine sichere Abtrennung des überspannungsbegrenzenden Bauelements sowie eine dauerhafte Isolationsfestigkeit und Kriechstromfestigkeit gewährleisten. Problematisch ist dabei jedoch, dass die Lötverbindung aufgrund der Federkraft des Federelements oder der aus ihrer Ruhelage ausgelenkten Trennzunge im Normalzustand des Überspannungsschutzelements dauerhaft mit einer Scherspannung belastet wird.The above-described, used in the known overvoltage protection elements, thermal separation devices, which are based on the melting of a solder joint, have to fulfill several tasks. In the normal state of the overvoltage protection element, d. H. in the non-separated state, a secure and good electrical connection between the first connection element and the overvoltage limiting component must be ensured. When a certain limit temperature is exceeded, the separation point must ensure a safe separation of the overvoltage limiting component as well as a permanent insulation resistance and tracking resistance. The problem is, however, that the solder joint is permanently loaded with a shear stress due to the spring force of the spring element or deflected from its rest position separating tongue in the normal state of the overvoltage protection element.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher zum Einen die Aufgabe zugrunde, ein eingangs beschriebenes Überspannungsschutzelement zur Verfügung zu stellen, bei welchem die zuvor genannten Nachteile vermieden werden. Dabei soll sowohl eine sichere und gute elektrische Verbindung im Normalzustand als auch eine sichere Abtrennung eines defekten oder erhitzten überspannungsbegrenzenden Bauelements gewährleistet sein.The object of the present invention is therefore to provide an overvoltage protection element as described above in which the abovementioned disadvantages are avoided. In this case, both a safe and good electrical connection in the normal state and a safe separation of a defective or heated overvoltage limiting component should be ensured.
Diese Aufgabe ist bei dem eingangs beschriebenen Überspannungsschutzelement dadurch gelöst, dass innerhalb des Gehäuses ein wärmeausdehnbares Material derart angeordnet ist, dass bei thermischer Überlastung des überspannungsbegrenzenden Bauelements die Position des überspannungsbegrenzenden Bauelements aufgrund einer Ausdehnung des wärmeausdehnbaren Materials relativ zur Position der Anschlusselemente so veränderbar ist, dass mindestens ein Pol des überspannungsbegrenzenden Bauelements nicht mehr mit dem korrespondierenden Anschlusselement in elektrisch leitendem Kontakt steht.This object is achieved in the above-described overvoltage protection element in that within the housing, a thermally expandable material is arranged such that upon thermal overload of the overvoltage limiting component, the position of the overvoltage limiting component due to an expansion of the heat-expandable material relative to the position of the connecting elements is variable so that at least one pole of the overvoltage limiting component is no longer in electrically conductive contact with the corresponding connection element.
Das wärmeausdehnbare Material, welches sich vorzugsweise aus einem niedrig schmelzenden Kunststoff, beispielsweise Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP), und einem Treibmittel zusammensetzt, befindet sich im Normalzustand des Überspannungsschutzelements in einem festen Zustand. Erhöht sich die Temperatur des wärmeausdehnbaren Materials aufgrund einer erhöhten Erwärmung des überspannungsbegrenzenden Bauelements, so ändert das wärmeausdehnbare Material seinen Aggregatzustand und wird flüssig. Nach Überschreiten einer bestimmten Grenztemperatur reagiert das wärmeausdehnbare Material mit einer starken Volumenzunahme; das wärmeausdehnbare Material schäumt auf. Diese durch den Temperaturanstieg hervorgerufene starke Volumenzunahme des wärmeausdehnbaren Materials wird bei dem erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelement dazu genutzt, das überspannungsbegrenzende Bauelement von den Anschlusselementen wegzubewegen, so dass das überspannungsbegrenzende Bauelement elektrisch abgetrennt oder aber kurzgeschlossen wird.The heat-expandable material, which is preferably composed of a low-melting plastic, for example polyethylene (PE) or polypropylene (PP), and a propellant is in the normal state of the overvoltage protection element in a solid state. As the temperature of the heat-expandable material increases due to increased heating of the over-voltage limiting device, the heat-expandable material changes state of aggregation and becomes liquid. After exceeding a certain threshold temperature, the heat-expandable material reacts with a large volume increase; the heat-expandable material foams up. This caused by the increase in temperature large increase in volume of the heat-expandable material is used in the overvoltage protection element according to the invention to move the overvoltage limiting component away from the connection elements, so that the overvoltage limiting component is electrically separated or short-circuited.
Da das wärmeausdehnbare Material erst bei einer entsprechenden Erwärmung, d. h. bei thermischer Überlastung des überspannungsbegrenzenden Bauelements, aktiviert wird und sich ausdehnt, wird der elektrische Kontakt zwischen den Anschlusselementen und den Polen des überspannungsbegrenzenden Bauelements im Normalzustand durch das wärmeausdehnbare Material mechanisch nicht beansprucht.Since the heat-expandable material only with a corresponding heating, d. H. upon thermal overloading of the overvoltage limiting device, is activated and expands, the electrical contact between the terminal elements and the poles of the overvoltage limiting device in the normal state is not mechanically stressed by the heat-expandable material.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelements wird der elektrische Kontakt zwischen den Anschlusselementen und den Polen des überspannungsbegrenzenden Bauelements – wie grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt – über eine Lötverbindung realisiert. Hierzu sind im Normalzustand des Überspannungsschutzelements die Pole des überspannungsbegrenzenden Bauelements jeweils über eine Lötstelle mit den Anschlusselementen verbunden. Dabei trennt die Lötverbindung dann auf, wenn die Temperatur des überspannungsbegrenzenden Bauelements eine vorgegebene Grenztemperatur überschreitet, bei der die durch das sich ausdehnende wärmeausdehnbare Material auf das überspannungsbegrenzende Bauelement wirkende Kraft größer ist als die noch verbleibende Haltekraft der Lötstellen.According to one embodiment of the overvoltage protection element according to the invention, the electrical contact between the connection elements and the poles of the overvoltage limiting component - as basically known from the prior art - realized via a solder joint. For this purpose, in the normal state of the overvoltage protection element, the poles of the overvoltage limiting component are each connected to the connection elements via a solder joint. In this case, the solder joint then disconnects when the temperature of the overvoltage limiting component exceeds a predetermined limit temperature at which the force acting on the overvoltage limiting component by the expanding heat-expandable material is greater than the remaining holding force of the solder joints.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelements ist jedoch anstelle einer Lötverbindung eine stoßstromtragfähige Steckverbindung vorgesehen. Hierzu sind im Normalzustand des Überspannungsschutzelements beide Pole des überspannungsbegrenzenden Bauelements über jeweils eine Steckverbindung mit einem Anschlusselement verbunden. Hierbei übernimmt das innerhalb des Gehäuses angeordnete wärmeausdehnbare Material sowohl die Funktion eines Sensors, der eine unzulässige Erwärmung des überspannungsbegrenzenden Bauelements detektiert, als auch die Funktion eines Aktors, der das überspannungsbegrenzende Bauelement bei thermischer Überlastung von den Anschlusselementen wegbewegt. Im Unterschied dazu wird bei den bekannten Überspannungsschutzelementen, die auf dem Aufschmelzen einer Lötverbindung beruhen, die Funktion des Sensors von der Lötstelle und die Funktion des Aktors von der Feder oder dem aus seiner Ruhrlage ausgelenkten Trennmittel übernommen.According to a preferred embodiment of the overvoltage protection element according to the invention, however, a shock current carrying plug connection is provided instead of a solder joint. For this purpose, in the normal state of the overvoltage protection element both poles of overvoltage limiting component connected via a respective plug connection with a connection element. In this case, the heat-expandable material arranged inside the housing assumes both the function of a sensor, which detects an inadmissible heating of the overvoltage-limiting component, and the function of an actuator, which moves the overvoltage-limiting component away from the connection elements under thermal overload. In contrast, in the known overvoltage protection elements, which are based on the melting of a solder joint, the function of the sensor of the solder joint and the function of the actuator of the spring or the deflected from his Ruhrlage release agent is taken.
Grundsätzlich ist es auch möglich, dass ein Pol des überspannungsbegrenzungen Bauelements über eine Lötstelle mit einem Anschlusselement verbunden ist, während der andere Pol beipielsweise über eine Steckverbindung oder einen flexiblen Leiter mit dem zweiten Anschlusselement verbunden ist. Ebenso ist es auch möglich, dass im Normalzustand des Überspannungsschutzelements ein Pol des überspannungsbegrenzenden Bauelements über ein Steckverbindung mit einem Anschlusselement verbunden ist, während der andere Pol über einen flexiblen Leiter mit dem anderen Anschlusselement verbunden ist. Ist ein Pol des überspannungsbegrenzenden Bauelements über einen flexiblen Leiter mit einem Anschlusselement verbunden, so führt dies dazu, dass bei der Positionsveränderung des überspannungsbegrenzenden Bauelements aufgrund der Ausdehnung des wärmeausdehnbares Materials nur ein Pol nicht mehr mit dem korrespondierenden Anschlusselement in elektrisch leitendem Kontakt steht, was jedoch gleichwohl dazu führt, dass das überspannngsbegrenzende Bauelement elektrisch abgetrennt wird.In principle, it is also possible for one pole of the overvoltage limiting component to be connected to a connection element via a soldering point, while the other pole is connected to the second connection element for example via a plug connection or a flexible conductor. Likewise, it is also possible that in the normal state of the overvoltage protection element, one pole of the overvoltage limiting component is connected via a plug connection with a connection element, while the other pole is connected via a flexible conductor to the other connection element. If one pole of the overvoltage-limiting component is connected to a connection element via a flexible conductor, this will result in only one pole no longer being in electrically conductive contact with the corresponding connection element during the change in position of the overvoltage-limiting component due to the expansion of the heat-expandable component nevertheless causes the overvoltage limiting device to be electrically disconnected.
Vorteilhafterweise ist das erfindungsgemäße Überspannungsschutzelement jedoch so ausgebildet, dass bei thermischer Überlastung des überspannungsbegrenzenden Bauelements beide Pole von den Anschlusselementen getrennt werden, so dass nach erfolgter Abtrennung beide Pole des überspannungsbegrenzenden Bauelements mit den Anschlusselementen nicht mehr in elektrischem Kontakt stehen. Durch die Ausbildung von zwei Trennstellen wird das Verlöschen eines evtl. auftretenden Lichtbogens begünstigt, da die beiden Trennstellen eine Reihenschaltung bilden, so dass sich durch die Reihenschaltung der beiden Trennstellen die gesamte Lichtbogenlänge und damit auch die Lichtbogenbrennspannung vergrößert. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn – wie zuvor bereits ausgeführt – beide Pole des überspannungsbgerenzenden Bauelements über jeweils eine Steckverbindung mit einem Anschlusselement verbunden sind, da dann das Auftrennen der elektrischen Verbindung in erster Linie von dem Temperaturverhalten des wärmeausdehnbares Materials und nicht (auch) von dem Auftrennverhalten einer Lötstelle abhängt.Advantageously, the overvoltage protection element according to the invention, however, is designed so that when thermal overload of the overvoltage limiting component both poles are separated from the connection elements, so that after the separation of both poles of overvoltage limiting device with the connection elements are no longer in electrical contact. The formation of two separation points the extinction of a possibly occurring arc is favored because the two separation points form a series connection, so that increases the total arc length and thus the arc voltage by the series connection of the two separation points. It is advantageous if - as previously stated - both poles of Überspannungsbgerenzenden device via a respective plug connection with a connection element are connected, since then the separation of the electrical connection primarily of the temperature behavior of the heat-expandable material and not (also) of the Separation behavior of a solder joint depends.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelements sind die beiden Pole des überspannungsbegrenzenden Bauelements jeweils mit einer Anschlusslasche oder einem Anschlussstift elektrisch leitend verbunden. Durch die Ausbildung der Anschlusslaschen bzw. Anschlussstifte lassen sich sowohl die Lötverbindungen als auch die Steckverbindungen zwischen den Polen des überspannungsbegrenzenden Bauelements und den Anschlusselementen einfach realisieren. Im ersten Fall sind die Lötstellen jeweils zwischen einer Anschlusslasche bzw. einem Anschlussstift und einem Anschlusselement vorgesehen während bei einer Steckverbindung die Anschlusselemente auf der den Anschlusslaschen oder den Anschlussstiften zugewandten Seite Steckerbuchsen aufweisen.According to a further advantageous embodiment of the overvoltage protection element according to the invention, the two poles of the overvoltage limiting component are each electrically connected to a terminal lug or a pin. Due to the design of the terminal lugs or pins, both the solder joints and the connections between the poles of the overvoltage limiting component and the connection elements can be realized easily. In the first case, the solder joints are each provided between a connecting lug or a connecting pin and a connecting element while, in the case of a plug connection, the connecting elements have plug sockets on the side facing the connecting lugs or the connecting pins.
Gemäß einer vorteilhaften konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung weist das Gehäuse ein Außengehäuse und ein im Außengehäuse angeordnetes, einseitig offenes Innengehäuse auf, wobei das Innengehäuse relativ zum Außengehäuse verschiebbar ist. Die Anschlusselemente sind dabei ortsfest mit dem Außengehäuse verbunden, während das überspannungsbegrenzende Bauelement innerhalb des Innengehäuses angeordnet ist. Im Normalzustand des Überspannungsschutzelements umschließt dabei das haubenförmige Innengehäuse das wärmeausdehnbare Material derart, dass das Innengehäuse mit dem überspannungsbegrenzenden Bauelement bei einer Ausdehnung des wärmeausdehnbaren Materials relativ zum Außengehäuse – und damit auch zu den beiden Anschlusselementen – verschoben wird. Durch eine Erwärmung des überspannungsbegrenzenden Bauelements wird das wärmeausdehnbare Material aktiviert und somit das Innengehäuse zusammen mit dem darin angeordneten überspannungsbegrenzenden Bauelement von den Anschlusselementen weggedrückt, so dass die Pole des überspannungsbegrenzenden Bauelements nicht mehr mit den Anschlusselementen in elektrisch leitendem Kontakt stehen.According to an advantageous structural embodiment of the invention, the housing has an outer housing and a housing disposed in the outer housing, on one side open inner housing, wherein the inner housing is displaceable relative to the outer housing. The connection elements are fixedly connected to the outer housing, while the surge-limiting device is disposed within the inner housing. In the normal state of the overvoltage protection element, the hood-shaped inner housing encloses the heat-expandable material in such a way that the inner housing with the overvoltage-limiting component is displaced relative to the outer housing, and thus also to the two connection elements, upon expansion of the heat-expandable material. Heating of the overvoltage-limiting component activates the heat-expandable material and thus forces the inner housing together with the overvoltage-limiting component arranged therein away from the connection elements so that the poles of the overvoltage-limiting component are no longer in electrically conductive contact with the connection elements.
Um sicherzustellen, dass bei einer Verschiebung des Innengehäuses auch das überspannungsbegrenzende Bauelement mit verschoben wird, ist dieses vorzugsweise über ein Halteelement mit dem Innengehäuse verbunden. Das Halteelement kann dabei beispielsweise stegartig ausgebildet und mit seinen beiden Enden an der Innenwand des Gehäuses befestigt sein, so dass es sich in Querrichtung des überspannungsbegrenzenden Bauelements erstreckt.To ensure that with a displacement of the inner housing and the overvoltage limiting component is moved, this is preferably connected via a holding element with the inner housing. In this case, the retaining element can be configured, for example, in the manner of a web and fastened by its two ends to the inner wall of the housing so that it extends in the transverse direction of the overvoltage-limiting component.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelements mit einem Außengehäuse und einem in dem Außengehäuse verschiebbar angeordneten Innengehäuse, wird die Positionveränderung des Innengehäuses zur optischen Anzeige des Zustandes des überspannungsbegrenzenden Bauelements genutzt. Hierzu ist das Innengehäuse im Normalzustand des Überspannungsschutzelements in seiner ersten Position innerhalb des Außengehäuses so angeordnet, dass die Oberseite des Innengehäuses nicht über die Oberseite des Außengehäuses hinausragt. Bei thermischer Überlastung des Überspannungsschutzelements wird das Innengehäuse dagegen aufgrund des sich ausdehnenden wärmeausdehnbaren Materials in eine zweite Position verschoben, in der die Oberseite des Innengehäuses über die Oberseite des Außengehäuses hinausragt. Die Verschiebungen des Innengehäuses bei thermischer Überlastung des Überspannungsschutzelements wird somit zur Anzeige des Funktionsstatus des Überspannungsschutzelements genutzt. According to a preferred embodiment of an overvoltage protection element according to the invention with an outer housing and an inner housing displaceably arranged in the outer housing, the change in position of the inner housing is used for optical indication of the state of the overvoltage limiting component. For this purpose, the inner housing is arranged in the normal state of the overvoltage protection element in its first position within the outer housing so that the upper side of the inner housing does not protrude beyond the upper side of the outer housing. On thermal overloading of the overvoltage protection element, on the other hand, due to the expanding thermally expandable material, the inner housing is displaced to a second position, in which the upper side of the inner housing projects beyond the upper side of the outer housing. The displacements of the inner housing in case of thermal overload of the overvoltage protection element is thus used to display the functional status of the overvoltage protection element.
Gemäß einer alternativen konstruktiven Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelements weist das Gehäuse zwei voneinander isolierte, elektrisch leitende Halteelemente auf, wobei im Normalzustand des Überspannungsschutzelements die Halteelemente jeweils mit einem Pol bzw. einem Anschlussstift oder einer Anschlusslasche des überspannungsbegrenzenden Bauelements in elektrisch leitendem Kontakt stehen. Dabei umschließen die Halteelemente das wärmeausdehnbare Material, so dass das überspannungsbegrenzende Bauelement bei einer unzulässigen Erwärmung durch das aktivierte wärmeausdehnbare Material relativ zu den Halteelementen verschoben wird. Das überspannungsbegrenzende Bauelement steht dann nicht mehr mit den Halteelementen in elektrisch leitendem Kontakt und ist elektrisch abgetrennt. Bei dieser Ausführungsvariante dienen die elektrisch leitenden Halteelemente sowohl als Gehäuse zur Aufnahme des überspannungsbegrenzenden Bauelements und des wärmeausdehnbaren Materials als auch als Anschlusselemente zum elektrischen Anschluss der Pole des überspannungsbegrenzenden Bauelements.According to an alternative constructive embodiment of the overvoltage protection element according to the invention, the housing has two electrically insulated holding elements, wherein in the normal state of the overvoltage protection element, the holding elements are each in electrical contact with a pole or a connecting pin or a connecting lug of the overvoltage limiting component. In this case, the holding elements enclose the heat-expandable material, so that the overvoltage-limiting component is displaced relative to the holding elements in the event of unacceptable heating by the activated heat-expandable material. The overvoltage limiting component is then no longer in electrically conductive contact with the holding elements and is electrically disconnected. In this embodiment variant, the electrically conductive holding elements serve both as a housing for receiving the overvoltage limiting component and the heat-expandable material and as connecting elements for the electrical connection of the poles of the overvoltage-limiting component.
Der elektrisch leitende Kontakt zwischen den Polen bzw. den mit den Polen verbundenen Anschlusslaschen oder Anschlussstiften des Überspannungsableiters und den als Anschlusselemente dienenden Halteelementen kann dabei sowohl über eine Lötverbindung als auch über eine Steckverbindung realisiert sein, wobei bei der Realisierung einer Steckverbindung im Anschlussbereich der Halteelemente zu den Anschlusslaschen oder den Anschlussstiften korrespondierende Steckerbuchsen angeordnet sein können. Ein derartiges Überspannungsschutzelement eignet sich insbesondere bei der Verwendung eines gasgefüllten Überspannungsableiters als überspannungsbegrenzendes Bauelement, wobei der Überspannungsableiter über die beiden Halteelemente beispielsweise mit einer Leiterplatte verbunden werden kann.The electrically conductive contact between the poles or connected to the poles connecting tabs or pins of the surge arrester and serving as connecting elements holding elements can be realized both via a solder connection and via a plug connection, wherein in the realization of a connector in the connection region of the holding elements the connector tabs or the connector pins corresponding sockets can be arranged. Such an overvoltage protection element is particularly suitable when using a gas-filled surge arrester as overvoltage limiting component, wherein the surge arrester can be connected via the two holding elements, for example with a printed circuit board.
Je nach Ausgestaltung der Halteelemente und je nach Anordnung des überspannungsbegrenzenden Bauelements sowie des wärmeausdehnbaren Materials zwischen den Halteelementen wird das überspannungsbegrenzende Bauelement bei thermischer Überlastung durch das sich ausdehnende wärmeausdehnbare Material entweder nach oben – senkrecht zu seiner Längserstreckung – oder horizontal zur Seite gedrückt. Selbstverständlich ist auch eine Ausgestaltung möglich, bei der das überspannungsbegrenzende Bauelement durch das sich ausdehnende wärmeausdehnbare Material sowohl nach oben als auch zur Seite gedrückt wird. In allen Fällen wird durch die Ausdehnung des wärmeausdehnbaren Materials und die sich daraus ergebende Positionsveränderung des überspannungsbegrenzenden Bauelements dafür gesorgt, dass die Pole des überspannungsbegrenzenden Bauelements nicht mehr mit den Haltelementen in elektrisch leitendem Kontakt stehen.Depending on the configuration of the holding elements and depending on the arrangement of the overvoltage limiting component and the heat-expandable material between the holding elements, the overvoltage limiting component is pressed by thermal expansion of the expanding heat-expandable material either upwards - perpendicular to its longitudinal extent - or horizontally to the side. Of course, a configuration is possible in which the overvoltage limiting component is pressed by the expanding heat-expandable material both upwards and to the side. In all cases, the expansion of the heat-expandable material and the consequent change in position of the overvoltage-limiting device ensure that the poles of the overvoltage-limiting device are no longer in electrically conductive contact with the holding elements.
Um eine hohe Isolations- und Kriechstromfestigkeit zu gewährleisten und einen beim Öffnen der Kontakte zwischen den Polen des überspannungsbegrenzenden Bauelements und den Anschlusselementen entstehenden Lichtbogen zu löschen, muss im Stande der Technik ein möglichst großer Abstand zwischen den Polen bzw. den Anschlusslaschen des überspannungsbegrenzenden Bauelements und den Anschlusselementen erzielt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelement ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen, dass das wärmeausdehnbare Material bei thermischer Überlastung des überspannungsbegrenzenden Bauelements in den sich bildenden Zwischenraum zwischen dem mindestens einen Pol bzw. der einen Anschlusslasche oder dem einen Anschlussstift des überspannungsbegrenzenden Bauelements und dem mindestens einen Anschlusselement eindringt, so dass ein beim Auftrennen des elektrischen Kontakts entstehender Lichtbogen durch das isolierende wärmeausdehnbare Material unterbunden bzw. gelöscht wird. Alternativ oder zusätzlich dazu kann im Bereich der Anschlusselemente mindestens ein Kunststoffteil, beispielsweise aus POM, angeordnet sein, das bei Erwärmung gasend ist. Tritt in der Nähe des Kunststoffteils ein Lichtbogen auf, so wird dieser durch Geblasen mit einem Löschgas gelöscht, welches über die Dissoziation des Kunststoffteils erzeugt wird.In order to ensure a high insulation and tracking resistance and to erase a resulting when opening the contacts between the poles of the overvoltage limiting component and the connecting elements arc, the largest possible distance between the poles or the terminal straps of the overvoltage limiting component and the Connection elements can be achieved. In the case of the overvoltage protection element according to the invention, according to an advantageous embodiment, the heat-expandable material penetrates into the interstice between the at least one pole or the one terminal lug or the one connection pin of the overvoltage-limiting component and the at least one connection element in the event of thermal overloading of the overvoltage-limiting component, so that an electric arc resulting from the separation of the electrical contact is cut off by the insulating heat-expandable material. Alternatively or additionally, at least one plastic part, for example made of POM, may be arranged in the region of the connection elements, which is gassing when heated. If an arc occurs in the vicinity of the plastic part, it is extinguished by blowing with an extinguishing gas, which is generated by the dissociation of the plastic part.
Gemäß einer letzten vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelements, die hier noch kurz erwähnt werden soll, ist alternativ oder zusätzlich zu der zuvor beschriebenen optischen Zustandsanzeige eine fernübertragbare Zustandsanzeige vorgesehen, wozu innerhalb des Gehäuses ein Fernmeldekontakt angeordnet ist, der betätigt wird, wenn sich die Position des überspannungsbegrenzenden Bauelements durch das sich ausdehnende wärmeausdehnbare Material verändert.According to a last advantageous embodiment of the overvoltage protection element according to the invention, which will be briefly mentioned here, Alternatively, or in addition to the above-described optical status indication, there is provided a remotely transferable status indication, within which a telecommunications contact is located within the housing, which is actuated when the position of the overvoltage limiting component changes due to the expanding heat expansible material.
Elektrische oder elektronische Geräte weisen häufig Bauelemente auf, die einer potenziellen Überlastungsgefahr ausgesetzt sind. Eine das Bauelement bzw. das elektrische oder elektronische Gerät beschädigende oder zerstörende Überlast kann durch verschiedene unvorhersehbare Ereignisse hervorgerufen werden. Beispielsweise kann ein Defekt eines vor- oder nachgeschalteten Bauelements oder eines mit dem betroffenen Gerät elektrisch verbundenen anderen Geräts zu einem unzulässig hohen Leistungsumsatz in dem betroffenen Bauelement führen, verursacht durch eine zu hohe anliegende Spannung oder einen zu großen, durch das Bauelement fließenden Strom. Ebenso kann durch unsachgemäßen Gebrauch oder durch fehlerhafte Installation eines elektrischen oder elektronischen Geräts eine Überlastung des Geräts bzw. eines in dem Gerät angeordneten Bauelements verursacht werden. Der daraus resultierende hohe Leistungsumsatz führt zu einer ansteigenden Eigenerwärmung des Bauelements, die schließlich zu einem Entzünden des Bauelements und damit des gesamten Geräts führen kann, so dass ein unzulässig hoher Leistungsumsatz in einem überlasteten Bauelement eine akute Brandgefahr darstellt.Electrical or electronic equipment often has components that are subject to potential overloading. An overload that damages or destroys the component or the electrical or electronic device can be caused by various unforeseeable events. For example, a defect of a upstream or downstream device or another device electrically connected to the device concerned lead to an inadmissibly high power consumption in the affected device, caused by an excessive voltage applied or too large current flowing through the device current. Likewise, by improper use or by incorrect installation of an electrical or electronic device, an overload of the device or a device arranged in the device can be caused. The resulting high power conversion leads to an increasing self-heating of the device, which can eventually lead to ignition of the device and thus the entire device, so that an unacceptably high power conversion in an overloaded device represents an acute fire hazard.
Die Gefahr eines Brandes eines elektrischen oder elektronischen Geräts kann darüber hinaus auch durch den Alterungsprozess bestimmter elektronischer Bauelemente hervorgerufen werden. Gegen Ende des Lebenszyklus kann bei bestimmten elektronischen Bauelementen, beispielsweise bei Halbleitern, eine fortschreitende Impedanzabnahme stattfinden, so dass in zunehmendem Maße Leckströme auftreten können, die zu einer Eigenerwärmung des betroffenen Bauelements führen können. Dabei können die Eigenerwärmung und der erhöhte Leckstrom den Alterungsprozess des Bauelements zusätzlich beschleunigen.The danger of a fire of an electrical or electronic device can also be caused by the aging process of certain electronic components. Towards the end of the life cycle, with certain electronic components, for example semiconductors, a progressive decrease in impedance can take place, so that increasingly leakage currents can occur which can lead to self-heating of the component concerned. The self-heating and the increased leakage current can additionally accelerate the aging process of the component.
Aus diesem Grunde werden in elektrischen und elektronischen Geräten, bei denen eine derartige Brandgefahr besteht, sogenannte Temperatursicherungen bzw. Thermosicherungen eingesetzt, deren Aufgabe es ist, bei einer zu hohen Temperatur eines überwachten Bauelements die Stromversorgung des Bauelements abzuschalten, so dass eine weitere Eigenerwärmung des Bauelements und die sich daraus ergebende Brandgefahr verhindert wird.For this reason, so-called temperature fuses or thermal fuses are used in electrical and electronic equipment in which there is a fire risk, the object is to switch off the power supply of the device at too high a monitored component temperature, so that a further self-heating of the device and the resulting fire hazard is prevented.
Derartige Temperatursicherungen bestehen in der Regel aus einem Gehäuse, in dem zwei Drähte angeordnet sind, die auf einer Seite des Gehäuses als Anschlussdrähte aus dem Gehäuse herausragen. Im Inneren des Gehäuses sind die beiden Drähte über einen in der Regel horizontal angeordneten leitfähigen Verbindungssteg elektrisch miteinander verbunden, wozu der Verbindungssteg an seinen beiden Endbereichen jeweils mit einem Draht verlötet ist. Unterhalb des Verbindungsstegs ist ein Federelement angeordnet, das im Normalzustand der Temperatursicherung gegen den Verbindungssteg drückt. Das Federelement bewirkt dabei ein Abheben des Verbindungsstegs von den beiden Anschlussdrähten und damit eine Unterbrechung der leitfähigen Verbindung, wenn die Lötstellen zwischen dem Verbindungssteg und den beiden Drähten aufgrund einer Erwärmung nicht mehr die erforderliche Gegenkraft zur Federkraft des Federelements aufbringen können.Such thermal fuses usually consist of a housing in which two wires are arranged, which protrude on one side of the housing as connecting wires from the housing. Inside the housing, the two wires are electrically connected to each other via a generally horizontally arranged conductive connecting web, for which purpose the connecting web is soldered at its two end regions in each case with a wire. Below the connecting web, a spring element is arranged, which presses in the normal state of the thermal fuse against the connecting web. The spring element causes a lifting of the connecting web of the two connecting wires and thus an interruption of the conductive connection when the solder joints between the connecting web and the two wires due to heating no longer can muster the required counterforce to the spring force of the spring element.
Eine derartige Temperatursicherung ist auch aus der
Gemäß eines anderen Ausführungsbeispiels der bekannten Temperatursicherung wird als Öffnungselement ein Zylinder mit einem Kolben verwendet. Im thermischen Fehlerfall erfolgt eine elektrische Ansteuerung des Kolbens derart, dass durch ein Hervorschnellen des Kolbens der Leiterstieg von den beiden Leiterabschnitten abgehoben und somit die über die Lötverbindungen realisierte elektrische Brücke aufgetrennt wird.According to another embodiment of the known thermal fuse is used as the opening element, a cylinder with a piston. In the event of a thermal fault, an electrical activation of the piston takes place in such a manner that the conductor step is lifted off the two conductor sections by a protrusion of the piston and thus the electrical bridge realized via the soldering connections is separated.
Der Nachteil einer herkömmlichen Temperatursicherung, bei der im Normalzustand ein Federelement permanent gegen den Verbindungsstieg drückt, besteht darin, dass dadurch die Lötverbindungen zwischen dem Verbindungsstieg und den Anschlussdrähten dauerhaft mechanisch beansprucht werden. Dieser Nachteil wird bei der aus der
Der vorliegenden Erfindung liegt daher auch die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Gerät anzugeben, welches bei möglichst einfachem Aufbau zuverlässig auf die Überlastung und Alterung von elektronischen Bauelementen in elektrischen oder elektronischen Geräten reagiert, so dass ein unzulässig hoher Leistungsumsatz in dem überwachten Bauelement detektiert und entsprechende Sicherungsmaßnahmen ausgelöst werden können.The present invention is therefore also an object of the invention to provide an electrical device that responds reliably with the simplest possible structure to the overloading and aging of electronic components in electrical or electronic devices, so that an unacceptably high power conversion detected in the monitored component and appropriate security measures can be triggered.
Diese Aufgabe ist bei dem eingangs beschriebenen elektrischen Gerät dadurch gelöst, dass innerhalb des Gehäuses ein wärmeausdehnbares Material derart angeordnet ist, dass das Verbindungsbauteil durch das wärmeausdehnbare Material aus einer ersten Position in eine zweite Position verbringbar ist, wenn sich das wärmeausdehnbare Material aufgrund einer Aktivierung oberhalb einer bestimmten Aktivierungstemperatur ausdehnt. Dabei stehen entweder in der ersten Position oder in der zweiten Position des Verbindungsbauteils die zweiten Enden zweier Leiterabschnitte mit dem Verbindungsbauteil in elektrischen Kontakt, so dass diese beiden Leiterabschnitte über das Verbindungsbauteil elektrisch miteinander verbunden sind. Bei dem erfindungsgemäßen elektrischen Gerät übernimmt das innerhalb des Gehäuses angeordnete wärmeausdehnbare Material sowohl die Funktion eines Sensors, der eine unzulässige Eigenerwärmung eines zu überwachenden Bauelements detektiert, als auch die Funktion eines Aktors, der das Verbindungsbauteil aus seiner ersten Position in eine zweite Position verbringt.This object is achieved in the electrical device described above in that within the housing, a heat-expandable material is arranged such that the connecting member by the heat-expandable material from a first position can be brought into a second position when the heat-expandable material due to activation above a certain activation temperature expands. In this case, either in the first position or in the second position of the connection component, the second ends of two conductor sections are in electrical contact with the connection component, so that these two conductor sections are electrically connected to one another via the connection component. In the electrical device according to the invention, the heat-expandable material arranged inside the housing assumes both the function of a sensor, which detects an inadmissible self-heating of a component to be monitored, and the function of an actuator, which spends the connection component from its first position to a second position.
Das wärmeausdehnbare Material, welches sich beispielsweise aus einem niedrig schmelzenden Material, beispielsweise einem Kunststoff, z. B. Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP), und einem Treibmittel zusammensetzt, befindet sich im Normalzustand, d. h. im normalen Betriebszustand des zu überwachenden Bauelements, in dem dieses keine erhöhte Temperatur aufweist, in einem festen Zustand. Erhöht sich die Temperatur des wärmeausdehnbaren Materials, z. B. aufgrund einer erhöhten Eigenerwärmung des zu überwachenden Bauelements, so wechselt das wärmeausdehnbare Material seinen Aggregatzustand und wird flüssig. Nach Überschreiten einer bestimmten Temperatur, reagiert das wärmeausdehnbare Material mit einer starken Volumenzunahme; z. B. schäumt das wärmeausdehnbare Material auf. Diese durch den Temperaturanstieg hervorgerufene starke Volumenzunahme des wärmeausdehnbaren Materials wird bei dem erfindungsgemäßen elektrisch Gerät dazu genutzt, das Verbindungsbauteil aus einer ersten Position in eine zweite Position zu verbringen.The heat-expandable material, which is made of, for example, a low-melting material, such as a plastic, e.g. As polyethylene (PE) or polypropylene (PP), and a propellant is in the normal state, d. H. in the normal operating state of the component to be monitored, in which this has no elevated temperature, in a solid state. As the temperature of the heat-expandable material, e.g. B. due to increased self-heating of the monitored component, the heat-expandable material changes its state of aggregation and becomes liquid. After exceeding a certain temperature, the heat-expandable material reacts with a large volume increase; z. B. Foams the heat-expandable material. This large increase in volume of the heat-expandable material caused by the rise in temperature is used in the electric device according to the invention to transfer the connecting component from a first position to a second position.
In einer Ausführungsform liegt die bestimmte Aktivierungstemperatur des wärmeausdehnbaren Materials über 80°C, insbesondere über 120°C.In one embodiment, the particular activation temperature of the heat-expandable material is above 80 ° C, especially above 120 ° C.
In einer weiteren Ausführungsform weist das wärmeausdehnbare Material eine Volumenzunahme von mindestens dem zweifachen Ausgangsvolumen vor der Aktivierung auf.In another embodiment, the heat-expandable material has a volume increase of at least twice the initial volume before activation.
In noch einer weiteren Ausführungsform weist das wärmeausdehnbare Material eine Reaktionszeit von weniger als 1 Sekunde für die Aktivierung auf.In yet another embodiment, the heat-expandable material has a response time of less than 1 second for activation.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das wärmeausdehnbare Material ein thermoplastisches Trägermittel auf.According to another embodiment of the invention, the heat-expandable material comprises a thermoplastic carrier.
Das wärmeausdehnbare Material kann beispielsweise ein thermoplastisches polymerbasiertes Trägermittel aufweisen, welches ausgewählt ist aus der Gruppe aufweisend: Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyamide (PA), Polylacetat (PLA), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Polyolefine, wie z. B. Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyisobutylen (PIB), Polybutylen (PB), Polystyrol (PS), Polyetheretherketon (PEEK), Polyvinylchlorid (PVC), Polybutylenterephtalat (PBT) und Celluloid, oder aber das irreversible wärmeausdehnbare Material ein Elastomer mit einer Shore-A Härte von weniger als 20 als Trägermittel aufweist.The heat-expandable material may comprise, for example, a thermoplastic polymer-based carrier selected from the group consisting of: acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS), polyamides (PA), polylacetate (PLA), polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), polyethylene terephthalate (PC). PET), polyolefins, such as. Polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyisobutylene (PIB), polybutylene (PB), polystyrene (PS), polyetheretherketone (PEEK), polyvinyl chloride (PVC), polybutylene terephthalate (PBT) and celluloid, or the irreversible thermally expandable material an elastomer having a Shore A hardness of less than 20 as a carrier.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform wird die Aktivierung durch äußeren Energieeintrag, z. B. im Fehlerfall, bewirkt. Äußerer Energieeintrag kann auch mittels einer Heatpipe oder durch einen entsprechenden Wärmeleiter eingebracht werden.According to yet another embodiment, the activation by external energy input, z. B. in case of error, causes. External energy input can also be introduced by means of a heat pipe or by a corresponding heat conductor.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Aktivierung durch ein Widerstandsheizelement bewirkt, wobei das Widerstandsheizelement an den Stromkreis angeschlossen ist.In a further embodiment of the invention, the activation is effected by a resistance heating element, wherein the resistance heating element is connected to the circuit.
In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das wärmeausdehnbare Material Microsphären auf.In yet another embodiment of the invention, the heat-expandable material comprises microspheres.
Weiterhin ist in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass das wärmeausdehnbare Material ein Treibmittel und Trägermittel aufweist, wobei die Aktivierungstemperatur des Treibmittels geringer ist als die Erweichungstemperatur des Trägermaterials.Furthermore, in a further embodiment it is provided that the heat-expandable material comprises a blowing agent and carrier, wherein the activation temperature of the blowing agent is lower than the softening temperature of the carrier material.
Weiterhin ist in noch einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass das wärmeausdehnbare Material ein Treibmittel und Trägermittel aufweist, wobei die Aktivierungstemperatur des Treibmittels höher ist als die Erweichungstemperatur des Trägermaterials.Furthermore, in yet another embodiment, the heat-expandable material comprises a propellant and carrier, wherein the activation temperature of the propellant is higher than the softening temperature of the carrier material.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das wärmeausdehnbare Material ein irreversibel wärmeausdehnbares Material auf.In another embodiment, the heat-expandable material comprises an irreversibly heat-expandable material.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform ist das Gerät eine Baueinheit.According to yet another embodiment, the device is a structural unit.
Die Wärmeausdehnung des Treibmaterials ist im Allgemeinen irreversibel.The thermal expansion of the propellant is generally irreversible.
Durch geeignete Auswahl und Anordnung von Treibmaterial und Trägermaterial kann jedoch erreicht werden, dass das Trägermaterial bei einer Abkühlung das Treibmittel wieder in seinen Ausgangszustand, d. h. in den Normalzustand, überführt.By suitable selection and arrangement of propellant material and carrier material, however, it can be achieved that the carrier material, upon cooling, returns the propellant to its initial state, ie. H. into the normal state, transferred.
Solche wärmeausdehnbaren Materialien werden im Allgemeinen als intumeszente Materialien bezeichnet. Diese Wärmeausdehnung ist von der normalen Wärmeausdehnung eines Materials zu unterscheiden.Such thermally expandable materials are generally referred to as intumescent materials. This thermal expansion is to be distinguished from the normal thermal expansion of a material.
Da sich das wärmeausdehnbare Material erst bei einer entsprechenden Erwärmung, d. h. im thermischen Fehlerfall ausdehnt, wird der elektrische Kontakt zwischen dem Verbindungsbauteil und den zweiten Enden der Leiterabschnitte im Normalzustand durch das wärmeausdehnbare Material mechanisch nicht beansprucht. Darüber hinaus ist auch die Verwendung eines Rückhalteelements oder einer Schaltung zur Aktivierung des wärmeausdehnbaren Materials nicht erforderlich.Because the heat-expandable material does not expand until it heats up, i. H. extends in the thermal fault, the electrical contact between the connecting member and the second ends of the conductor sections in the normal state is not mechanically stressed by the heat-expandable material. In addition, the use of a retaining element or a circuit for activating the heat-expandable material is not required.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen elektrischen Geräts mit zwei Leiterabschnitten sind die beiden Leiterabschnitte in der ersten Position des Verbindungsbauteils über das Verbindungsbauteil elektrisch miteinander verbunden, während die beiden Leiterabschnitte in der zweiten Position des Verbindungsbauteils durch das wärmeausdehnbare Material gegeneinander isoliert sind. Handelt es sich bei dem Verbindungsbauteil um eine leitfähige Kontaktplatte oder einen leitfähigen Verbindungssteg, so stellt das Gerät einen Schalter in Form eines Öffners dar.According to a first embodiment of an electrical device according to the invention with two conductor sections, the two conductor sections in the first position of the connection component are electrically connected to one another via the connection component, while the two conductor sections are insulated from one another in the second position of the connection component by the heat-expandable material. If the connecting component is a conductive contact plate or a conductive connecting web, the device represents a switch in the form of an opener.
Ein derartiges elektrisches Gerät kann beispielsweise als Temperatursicherung verwendet werden, wozu das Gerät in der Nähe des zu überwachenden Bauelements angeordnet sein muss, damit eine Eigenerwärmung des zu überwachenden Bauelements von dem wärmeausdehnbare Material detektiert, d. h. zu einer entsprechenden Erwärmung des wärmeausdehnbare Materials führen kann. Durch die Unterbrechung der leitfähigen Verbindung der beiden Leiterabschnitte über das Verbindungsbauteil kann die elektrische Energiezufuhr des überwachten Bauelements ab Erreichung einer kritischen Temperatur unterbrochen werden, so dass ein Entzünden des Bauelements und damit auch ein Entzünden eines elektrischen oder elektronischen Geräts, in dem das zu überwachende Bauelement angeordnet ist, verhindert werden kann.Such an electrical device can be used, for example, as a temperature fuse, for which purpose the device must be arranged in the vicinity of the component to be monitored so that self-heating of the component to be monitored from the heat-expandable material is detected, ie. H. can lead to a corresponding heating of the heat-expandable material. By interrupting the conductive connection of the two conductor sections via the connection component, the electrical energy supply of the monitored component can be interrupted from reaching a critical temperature, so that ignition of the device and thus also ignition of an electrical or electronic device, in which the device to be monitored is arranged, can be prevented.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung kann das Gerät auch die Funktion eines Schließers aufweisen, wobei dann die beiden Leiterabschnitte in der ersten Position des Verbindungsbauteils elektrisch nicht miteinander verbunden sind, während die Leiterabschnitte in der zweiten Position des Verbindungsbauteils über das Verbindungsbauteil elektrisch miteinander verbunden werden. Mit einem derartigen als Schließer ausgebildeten Schalter bzw. elektrischen Gerät kann beispielsweise ein überlastetes Bauelement kurzgeschlossen werden, wenn die Eigenerwärmung des Bauelements dazu führt, dass die Aktivierungstemperatur des wärmeausdehnbaren Materials erreicht wird, so dass sich das wärmeausdehnbare Material ausdehnt und dadurch das Verbindungsbauteil in die zweite Position verschiebt.According to an alternative embodiment, the device may also have the function of a closer, in which case the two conductor sections are not electrically connected to each other in the first position of the connecting member, while the conductor sections are electrically connected to each other in the second position of the connecting member via the connecting member. For example, with such a normally-open switch or electrical device, when the self-heating of the device causes the activation temperature of the heat-expandable material to reach such that the heat-expandable material expands, thereby expanding the connection component into the second Position moves.
Gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen elektrischen Geräts, welches ein erstes Paar von einander zugeordneten Leiterabschnitten und ein zweites Paar von einander zugeordneten Leiterabschnitten aufweist, sind in der ersten Position des Verbindungsbauteils die beiden Leiterabschnitte des ersten Paares über das Verbindungsbauteil elektrisch miteinander verbunden, während die beiden Leiterabschnitte des zweiten Paares elektrisch nicht miteinander verbunden sind. In der zweiten Position des Verbindungsbauteils sind dagegen die beiden Leiterabschnitte des zweiten Paares über das Verbindungsbauteil elektrisch miteinander verbunden, während die beiden Leiterabschnitte des ersten Paares elektrisch nicht miteinander verbunden sind. Wenn das Verbindungsbauteil durch die Ausdehnung des wärmeausdehnbaren Materials aus seiner ersten Position in seine zweite Position verbracht wird, führt dies somit zu einem Umschalten zweier Kontakte, wobei in der ersten Position des Verbindungsbauteils die beiden Leiterabschnitte des ersten Paares und in der zweiten Position des Verbindungsbauteils die beiden Leiterabschnitte des zweiten Paares über das Verbindungsbauteil elektrisch miteinander verbunden sind. Anstelle der Ausbildung von vier einzelnen Leiterabschnitten können lediglich drei einzelne Leiterabschnitte vorgesehen sein, wobei dann ein Leiterabschnitt sowohl dem ersten Paar als auch dem zweiten Paar zugeordnet ist.According to a further alternative embodiment of the electrical device according to the invention, which has a first pair of conductor sections assigned to one another and a second pair of conductor sections assigned to one another, in the first position of the connection component, the two conductor sections of the first pair are electrically connected to one another via the connection component, while the two conductor sections of the second pair are not electrically connected to each other. In the second position of the connecting member, however, the two conductor portions of the second pair are electrically connected to each other via the connecting member, while the two conductor portions of the first pair are not electrically connected to each other. When the connecting component is brought from its first position to its second position by the expansion of the heat-expandable material, this thus leads to a switching over of two contacts, wherein in the first position of the connecting component the two conductor sections of the first pair and in the second position of the connecting component two conductor portions of the second pair are electrically connected to each other via the connecting member. Instead of the formation of four individual conductor sections, only three individual conductor sections may be provided, in which case a conductor section is assigned to both the first pair and the second pair.
Wird als Verbindungsbauteil eine leitfähige Kontaktplatte oder ein leitfähiger Verbindungssteg verwendet, so stellt das erfindungsgemäße elektrische Gerät einen Schalter dar, dessen Schalterstellung in Abhängigkeit von der Temperatur eines zu überwachenden Bauelements verändert wird. Ein derart ausgebildetes elektrisches Gerät kann dabei – wie zuvor im Einzelnen beschrieben – je nach Anordnung des Verbindungsbauteils und je nach Anzahl der vorhandenen Leiterabschnitte die Funktion eines Öffners, eines Schließers oder eines Umschalters aufweisen.If a conductive contact plate or a conductive connecting web is used as the connecting component, then the electrical device according to the invention represents a switch whose switch position as a function of the temperature of a to be monitored component is changed. Depending on the arrangement of the connection component and depending on the number of conductor sections present, an electrical device formed in this way may, as described in detail above, have the function of an opener, a make contact or a changeover switch.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen elektrischen Geräts kann es sich bei dem Verbindungsbauteil auch um ein elektrisches oder elektronisches Bauelement, beispielsweise einen Widerstand oder ein Halbleiterbauelement oder um ein Überspannungsschutzelement, beispielsweise einen Gasableiter, handeln. In diesem Fall ist dann vorzugsweise vorgesehen, dass das Verbindungsbauteil in seiner ersten Position mit den zweiten Enden zweier Leiterabschnitte in elektrischem Kontakt steht. Eine aufgrund einer Erwärmung des wärmeausdehnbaren Materials erfolgende Ausdehnung des Materials führt dann dazu, dass der elektrische Kontakt zwischen dem Verbindungsbauteil und den Leiterabschnitten getrennt wird, d. h. das Verbindungsbauteil wird elektrisch abgetrennt.According to an alternative embodiment of the electrical device according to the invention, the connection component can also be an electrical or electronic component, for example a resistor or a semiconductor component, or an overvoltage protection element, for example a gas discharge tube. In this case, it is then preferably provided that the connecting component is in electrical contact with the second ends of two conductor sections in its first position. Expansion of the material due to heating of the heat-expandable material then causes the electrical contact between the connection member and the conductor portions to be disconnected, i. H. the connection component is electrically disconnected.
Ein derartiges elektrisches Gerät kann dann auch dazu verwendet werden, ein in dem Gehäuse angeordnetes Verbindungsbauteil, beispielsweise ein Halbleiterbauelement oder ein Überspannungsschutzelement, das im Normalzustand mit den zweiten Enden der beiden Leiterabschnitte in elektrischem Kontakt steht, selber vor einer zu starken Eigenerwärmung aufgrund einer Überlastung oder eines zu großen Leckstromes zu schützen. Das in dem Gehäuse angeordnete überlastete Verbindungsbauteil wird dann durch das sich ausdehnende wärmeausdehnbare Material von den Leiterabschnitten abgetrennt, d. h. der Stromfluss durch das Verbindungsbauteil wird unterbrochen. In diesem Fall dient das elektrische Gerät nicht zur Detektion der unzulässigen Erwärmung eines anderen Bauelements, sondern zur Detektion der unzulässigen Erwärmung des in dem Gehäuse des elektrischen Geräts angeordneten Bauelements und zu dessen Abschaltung, um ein Entzünden des Bauelements – und damit auch des elektrischen Geräts – zu verhindern.Such an electrical device can then also be used to arrange a connection component arranged in the housing, for example a semiconductor component or an overvoltage protection element, which is in electrical contact with the second ends of the two conductor sections in the normal state, itself from excessive self-heating due to overloading or To protect a too large leakage current. The overloaded connection member disposed in the housing is then separated from the conductor sections by the expanding thermally expandable material, i. H. the flow of current through the connection component is interrupted. In this case, the electrical device is not used to detect the inadmissible heating of another component, but to detect the inadmissible heating of the arranged in the housing of the electrical device device and its shutdown to ignite the device - and thus the electrical device - to prevent.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des elektrischen Geräts, welche unabhängig davon vorgesehen sein kann, wie das Verbindungsbauteil ausgebildet ist, weist das elektrische Gerät eine optische Zustandsanzeige auf, wozu in einer Seite des Gehäuses ein Sichtfenster ausgebildet ist. Gemäß einer ersten Ausgestaltung ist dabei das Gehäuse derart dimensioniert und das Sichtfenster so angeordnet, dass sich das Verbindungsbauteil in seiner zweiten Position unterhalb des Sichtfensters befindet, während das Verbindungsbauteil in seiner ersten Position beabstandet vom Sichtfenster angeordnet ist. Die Verschiebung des Verbindungsbauteils kann somit zur Anzeige des Funktionsstatus des elektrischen Geräts bzw. eines überwachten Bauelements genutzt werden.According to a preferred embodiment of the electrical device, which may be provided independently of how the connection component is formed, the electrical device has an optical status display, for which purpose a viewing window is formed in one side of the housing. According to a first embodiment, the housing is dimensioned such that the viewing window is arranged so that the connecting member is located in its second position below the viewing window, while the connecting member is arranged in its first position spaced from the viewing window. The displacement of the connecting component can thus be used to display the functional status of the electrical device or a monitored component.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist das Sichtfenster derart im Gehäuse angeordnet, dass das wärmeausdehnbare Material im ausgedehnten Zustand unterhalb des Sichtfensters angeordnet ist, so dass es durch das Sichtfenster erkennbar ist. In diesem Fall ist das wärmeausdehnbare Material vorzugsweise eingefärbt, beispielsweise rötlich eingefärbt, so dass durch einen Blick auf das Sichtfenster für den Benutzer leicht erkennbar ist, wenn sich das wärmeausdehnbare Material ausgedehnt hat. In dieser Ausführungsvariante wird die Ausdehnung des wärmeausdehnbare Materials selber zur Anzeige des Funktionsstatus des elektrischen Geräts bzw. eines überwachten Bauelements genutzt.According to an alternative embodiment, the viewing window is arranged in the housing such that the heat-expandable material is arranged in the expanded state below the viewing window, so that it can be seen through the viewing window. In this case, the heat-expandable material is preferably colored, for example colored reddish, so that by looking at the viewing window for the user is easily recognizable when the heat-expandable material has expanded. In this embodiment, the expansion of the heat-expandable material itself is used to indicate the functional status of the electrical device or a monitored device.
Alternativ oder zusätzlich zu der zuvor beschriebenen optischen Zustandsanzeige kann das elektrische Gerät auch eine fernübertragbare Zustandsanzeige aufweisen, wozu innerhalb des Gehäuses ein Fernmeldekontakt angeordnet ist, der dann aktiviert wird, wenn sich das Verbindungsbauteil durch das sich ausdehnende wärmeausdehnbare Material aus der ersten Position in die zweite Position bewegt oder bewegt hat. Je nach Anordnung des Fernmeldekontakts innerhalb des Gehäuses wird dieser somit entweder erst dann betätigt, wenn sich das Verbindungsbauteil in der zweiten Position befindet, oder bereits zu einem etwas früheren Zeitpunkt, wenn es aus der ersten Position in die zweite Position verschoben wird.As an alternative or in addition to the above-described optical status display, the electrical device may also have a remotely transferable status indication, within which a telecommunications contact is arranged within the housing, which is activated when the connecting member is moved from the first position to the second by the expanding heat expansive material Position has moved or moved. Depending on the arrangement of the telecommunications contact within the housing, this is thus actuated either only when the connecting member is in the second position, or already at a slightly earlier time when it is moved from the first position to the second position.
Neben dem zuvor beschriebenen elektrischen Gerät betrifft die Erfindung auch die Verwendung eines wärmeausdehnbaren Materials als Funktionswerkstoff zur Detektion einer unzulässigen Erwärmung eines elektrischen oder elektronischen Bauelements aufgrund einer Überlastung oder einer Alterung des Bauelements, wobei sich das wärmeausdehnbare Material bei einer Erwärmung oberhalb einer bestimmten Aktivierungstemperatur ausdehnt und durch die Ausdehnung des wärmeausdehnbaren Materials die elektrische Energiezufuhr des Bauteils unterbrochen oder kurzgeschlossen wird.In addition to the electrical device described above, the invention also relates to the use of a heat-expandable material as a functional material for detecting an improper heating of an electrical or electronic device due to overloading or aging of the device, wherein the heat-expandable material expands when heated above a certain activation temperature and the expansion of the heat-expandable material causes the component's electrical energy supply to be interrupted or short-circuited.
Wärmeausdehnbare Materialien werden bisher in erster Linie im Bereich des Brandschutzes in Gebäuden verwendet. So ist aus der
Bei der erfindungsgemäßen Verwendung des wärmeausdehnbaren Materials wird dagegen die elektrische Energiezufuhr eines überwachten elektrischen oder elektronischen Bauelements unterbrochen, wenn sich das Bauelement unzulässig stark erwärmt hat. Das wärmeausdehnbare Material übernimmt dabei als Funktionswerkstoff sowohl eine sensorische als auch eine aktorische Funktion, indem es einerseits den kritischen Bauelementezustand anhand einer unzulässigen Erwärmung erkennt und andererseits die elektrische Energiezufuhr des Bauelements direkt oder indirekt unterbricht. In the use of the heat-expandable material according to the invention, however, the electrical power supply of a monitored electrical or electronic component is interrupted when the component has heated excessively. The heat-expandable material takes over as a functional material both a sensory and an actoric function by recognizing the one hand, the critical component state based on an impermissible heating and on the other hand, the electrical energy supply of the device directly or indirectly interrupts.
Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung kann es sich bei dem zu überwachenden Bauelement um ein in einem Gehäuse eines Überspannungsschutzelements angeordnetes überspannungsbegrenzendes Bauelement, insbesondere einen Varistor oder einen gasgefüllten Überspannungsableiter, handeln, wobei das Überspannungsschutzelement zwei Anschlusselemente zum elektrischen Anschluss an einen zu schützenden Strom- oder Signalpfad aufweist.According to a first advantageous embodiment, the component to be monitored may be a surge-limiting component arranged in a housing of an overvoltage protection element, in particular a varistor or a gas-filled surge arrester, wherein the overvoltage protection element comprises two connection elements for electrical connection to a current or signal path to be protected having.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Verwendung eines wärmeausdehnbaren Materials als Funktionswerkstoff zur Detektion einer unzulässigen Erwärmung eines überspannungsbegrenzenden Bauelements befindet sich das überspannungsbegrenzende Bauelement im Normalzustand des Überspannungsschutzelements in einer ersten Position, in der jeweils ein Pol des überspannungsbegrenzenden Bauelements in elektrisch leitendem Kontakt mit einem Anschlusselement steht, während das überspannungsbegrenzende Bauelement bei thermischer Überlastung durch das sich aufgrund der Erwärmung ausdehnende wärmeausdehnbare Material in eine zweite Position verbracht wird, in der die beiden Pole des überspannungsbegrenzenden Bauelements nicht mehr mit den Anschlusselementen in elektrisch leitendem Kontakt stehen. Durch die Ausdehnung des wärmeausdehnbaren Materials wird das überspannungsbegrenzende Bauelement somit von den Anschlusselementen weg bewegt, wodurch der elektrische Anschluss des überspannungsbegrenzenden Bauelements unterbrochen wird. Dabei besteht das wärmeausdehnbare Material aus einem isolierenden Material, so dass ein beim Trennen des elektrischen Kontaktes zwischen den Polen des überspannungsbegrenzenden Bauelements und den Anschlusselementen eventuell auftretender Lichtbogen durch das aufschäumende, wärmeausdehnbare Material gelöscht wird.According to a preferred embodiment of the use of a heat-expandable material as a functional material for detecting an impermissible heating of an overvoltage limiting component, the overvoltage limiting component is in the normal state of the overvoltage protection element in a first position, in which in each case one pole of the overvoltage limiting component is in electrically conductive contact with a connection element, while the overvoltage limiting device is placed in thermal overload by the heat expansive expandable material in a second position in which the two poles of the overvoltage limiting device are no longer in electrical contact with the terminal elements. As a result of the expansion of the heat-expandable material, the overvoltage-limiting component is thus moved away from the connection elements, whereby the electrical connection of the overvoltage-limiting component is interrupted. In this case, the heat-expandable material consists of an insulating material, so that a possibly occurring during separation of the electrical contact between the poles of the overvoltage limiting component and the connecting elements arc is extinguished by the foaming, heat-expandable material.
Um das überspannungsbegrenzende Bauelement bei thermischer Überlastung aus der ersten Position in die zweite Position zu verbringen, ist es erforderlich, dass auf das Bauelement eine entsprechende Kraft wirkt, die das Bauelement von den Anschlusselementen wegbewegt. Diese Kraft wird – wie zuvor ausgeführt – vorzugsweise von dem wärmeausdehnbaren Material selber aufgebracht, dass derart im Gehäuse angeordnet ist, dass es bei einer unzulässigen Erwärmung des überspannungsbegrenzenden Bauelements das Bauelement von den Anschlusselementen weg drückt, wenn sich das wärmeausdehnbare Material ausdehnt. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, dass die Kraft zum Verschieben des überspannungsbegrenzenden Bauelements von einem separaten Federelement aufgebracht wird, dass zwischen dem Gehäuse und dem überspannungsbegrenzenden Bauelement angeordnet ist.In order to transfer the overvoltage-limiting component from the first position to the second position under thermal overload, it is necessary for a corresponding force to act on the component, which moves the component away from the connection elements. This force is preferably applied, as stated above, by the heat-expandable material itself, which is disposed in the housing such that, in the event of undue heating of the over-voltage limiting device, it pushes the device away from the terminals as the heat-expandable material expands. In principle, however, it is also possible that the force for displacing the overvoltage limiting component is applied by a separate spring element which is arranged between the housing and the overvoltage limiting component.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Verwendung eines wärmeausdehnbaren Materials als Funktionswerkstoff zur Detektion einer unzulässigen Erwärmung eines überspannungsbegrenzenden Bauelements, bei der im Normalzustand des Überspannungsschutzelements ebenfalls jeweils ein Pol des überspannungsbegrenzenden Bauelements in elektrisch leitendem Kontakt mit einem Anschlusselement steht, ist vorgesehen, dass mindestens ein Pol des überspannungsbegrenzenden Bauelements über eine bewegliches Verbindungselement mit einem Anschlusselement in elektrisch leitendem Kontakt steht. Bei thermischer Überlastung wird dabei das dem einen Pol des überspannungsbegrenzenden Bauelements zugewandte Ende des Verbindungselements so ausgelenkt, dass der Pol nicht mehr mit dem korrespondierenden Anschlusselement in elektrisch leitendem Kontakt steht.According to an alternative embodiment of the use of a heat-expandable material as a functional material for detecting an inadmissible heating of a surge-limiting device, in the normal state of the overvoltage protection element is also one pole of the overvoltage limiting component in electrically conductive contact with a connection element, it is provided that at least one pole of overvoltage limiting component via a movable connecting element with a connection element is in electrically conductive contact. In the case of thermal overload, the end of the connecting element facing the one pole of the overvoltage limiting component is deflected in such a way that the pole is no longer in electrically conductive contact with the corresponding connecting element.
Als Verbindungselement kann dabei ein leitender Schieber oder eine Metallzunge eingesetzt werden, dessen erstes Ende mit einem Anschlusselement und dessen zweites Ende im Normalzustand des Überspannungsschutzelements über eine Lötstelle mit einem Pol des überspannungsbegrenzenden Bauelements verbunden ist. Kommt es zu einer unzulässigen Erwärmung des überspannungsbegrenzenden Bauelements, so führt dies zu einem Aufschmelzen der Lötverbindung und der Schieber oder zumindest das eine Ende der Metallzunge wird von dem Pol, vorzugsweise durch das sich aufgrund der Erwärmung ausdehnende wärmeausdehnbare Material, weggedrückt bzw. ausgelenkt, so dass der Pol nicht mehr mit dem korrespondierenden Anschlusselement in elektrisch leitendem Kontakt steht.In this case, a conductive slide or a metal tongue can be used as a connecting element, the first end of which is connected to a connection element and the second end in the normal state of the overvoltage protection element via a solder joint to a pole of the overvoltage limiting component. If there is an inadmissible heating of the overvoltage-limiting component, this leads to a melting of the solder joint and the slider or at least one end of the metal tongue is pushed away or deflected by the pole, preferably by the expands due to the heating heat-expandable material, so that the pole is no longer in electrically conductive contact with the corresponding connection element.
Anstelle eines Schiebers oder einer Metallzunge kann auch eine federnde Trennzunge als Verbindungselement verwendet werden, die im angelöteten Zustand aus ihrer Ruhelage ausgelenkt ist und beim Aufschmelzen der Lötverbindung zurückfedert, so dass sich das freie Ende der Trennzunge vom Pol wegbewegt, wodurch das überspannungsbegrenzende Bauelement ebenfalls elektrisch abgetrennt wird.Instead of a slider or a metal tongue and a resilient separating tongue can be used as a connecting element which is deflected in the soldered state from its rest position and springs back during melting of the solder joint, so that the free end of the separation tongue moves away from the pole, whereby the overvoltage limiting component also electrically is separated.
Wie zuvor ausgeführt worden ist, wird vorzugsweise die Kraft zum Verschieben des überspannungsbegrenzenden Bauelements oder die Kraft zum Wegdrücken des Schiebers bzw. zum Auslenkens des Endes der Metallzunge von dem wärmeausdehnbare Material selber aufgebracht. Grundsätzlich kann diese Kraft jedoch auch von einem separaten Federelement bzw. von der Federkraft der federnden Trennzunge aufgebracht werden. In diesem Fall kann das wärmeausdehnbare Material auch lediglich dazu verwendet werden, beim Wegbewegen des überspannungsbegrenzenden Bauelements bzw. beim Auslenken des Verbindungselements in den entstehenden Zwischenraum zwischen mindestens einem Pol des überspannungsbegrenzenden Bauelements und mindestens einem Anschlusselement bzw. dem Ende des Verbindungselements einzubringen, so dass ein beim Auftrennen des elektrischen Kontakts zwischen einem Pol und einem Anschlusselement entstehender Lichtbogen durch das sich ausdehnende wärmeausdehnbare Material gelöscht wird. As previously stated, it is preferable to apply the force for displacing the overvoltage limiting component or the force for pushing away the slider or for deflecting the end of the metal tongue from the heat-expandable material itself. In principle, however, this force can also be applied by a separate spring element or by the spring force of the resilient separating tongue. In this case, the heat-expandable material can also be used only to bring when moving the surge-limiting component or when deflecting the connecting element in the resulting gap between at least one pole of the surge-limiting component and at least one connection element or the end of the connecting element, so that a when the electrical contact between a pole and a terminal is broken, the arc resulting from the expansion of the heat-expandable material is extinguished.
Alternativ dazu kann das wärmeausdehnbare Material auch dazu verwendet werden, eine im Gehäuse des Überspannungsschutzelements verschiebbar angeordnete lichtbogenlöschende Barriere bei thermischer Überlastung durch die Ausdehnung des wärmeausdehnbare Materials zwischen mindestens einen Pol des überspannungsbegrenzenden Bauelements und mindestens ein Anschlusselement bzw. das Ende des Verbindungselements zu verschieben oder zu verschwenken, so dass ein beim Auftrennen des elektrischen Kontakts entstehender Lichtbogen durch die Barriere unterbrochen und damit gelöscht wird. Auch diese Variante der Verwendung eines wärmeausdehnbare Materials kann unabhängig davon verwirklicht werden, ob das überspannungsbegrenzende Bauelement bzw. das bewegliche Verbindungselement im Überlastfall durch das wärmeausdehnbare Material selber oder durch eine Feder von den Anschlusselementen bzw. von dem Pol des überspannungsbegrenzenden Bauelements weg bewegt wird.Alternatively, the heat-expandable material may also be used to displace or displace an arc-extinguishing barrier slidably disposed in the housing of the overvoltage protection element by the expansion of the heat-expandable material between at least one pole of the overvoltage-limiting device and at least one connection element or the end of the connection element pivot, so that an emerging when disconnecting the electrical contact arc is interrupted by the barrier and thus deleted. This variant of the use of a heat-expandable material can be realized regardless of whether the overvoltage-limiting component or the movable connecting element is moved in the event of an overload by the heat-expandable material itself or by a spring away from the connecting elements or from the pole of the surge-limiting component.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das wärmeausdehnbare Material zusätzlich dazu verwendet werden, bei thermischer Überlastung durch die Ausdehnung des wärmeausdehnbaren Materials eine Änderung einer optischen Zustandsanzeige zu bewirken und/oder einen Fernmeldekontakt einer fernübertragbaren Zustandsanzeige zu betätigen. Auch bei diesen Ausführungsformen wird von dem wärmeausdehnbaren Material als Funktionswerkstoff sowohl eine sensorische Funktion als auch eine aktorische Funktion ausgeübt.According to a further advantageous embodiment, the heat-expandable material may additionally be used to cause a change in an optical status indication upon thermal overload by the expansion of the heat-expandable material and / or to actuate a remote-communicable status indication telecommunications contact. Also in these embodiments, the heat-expandable material as the functional material exerts both a sensory function and an actuator function.
Im Einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Überspannungsschutzelement oder elektrische Gerät auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen sowohl auf die den unabhängigen Patentansprüchen nachgeordneten Patentansprüche als auch auf die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigenIn particular, there are now a variety of ways to design and develop the overvoltage protection element or electrical device according to the invention. Reference is made to both the claims subordinate to the independent claims and to the following description of preferred embodiments in conjunction with the drawings. In the drawing show
Die Figuren zeigen ein Überspannungsschutzelement
Das Überspannungsschutzelement
Wie aus den
Das Überspannungsschutzelement
Während bei den beiden Ausführungsbeispielen gemäß den
Bei dem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelements
Damit sich mit dem Innengehäuse
Wie aus
Zuvor ist ausgeführt worden, dass das wärmeausdehnbare Material
Inder in
Bei dem in
Kommt es bei diesem Übergangsschutzelement
Anstelle der in den Figuren dargestellten Lötverbindung zwischen den Anschlussstiften
Während bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den
Grundsätzlich kann es beim Öffnen eines elektrischen Kontakts, über den ein Strom fließt, zu einem Lichtbogen kommen, was bei einem Überspannungsschutzelement
Um darüber hinaus auch bei der in
In einer Ausführungsform liegt die bestimmte Aktivierungstemperatur des wärmeausdehnbaren Materials
In einer weiteren Ausführungsform weist das wärmeausdehnbare Material
In noch einer weiteren Ausführungsform weist das wärmeausdehnbare Material
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das wärmeausdehnbare Material
Das wärmeausdehnbare Material
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform wird die Aktivierung durch äußeren Energieeintrag, z. B. im Fehlerfall, bewirkt.According to yet another embodiment, the activation by external energy input, z. B. in case of error, causes.
Diese Aktivierung kann unterschiedlicher Natur sein. Beispielsweise kann die Aktivierungsenergie dadurch eingebracht werden, dass das wärmeausdehnende Material
Weiterhin kann der Energieeintrag mittels eines Energie-Eintrag-Elements
Weiterhin kann der Energieeintrag mittels eines Energie-Eintrag-Elements
In
In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das wärmeausdehnbare Material
Weiterhin ist in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass das wärmeausdehnbare Material
Weiterhin ist in noch einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass das wärmeausdehnbare Material
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das wärmeausdehnbare Material
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform ist das Gerät
In noch einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das wärmeausdehnbare Material
Die Wärmeausdehnung des Treibmaterials ist im Allgemeinen irreversibel.The thermal expansion of the propellant is generally irreversible.
Durch geeignete Auswahl und Anordnung von Treibmaterial und Trägermaterial kann jedoch erreicht werden, dass das Trägermaterial bei einer Abkühlung das Treibmittel wieder in seinen Ausgangszustand, d. h. in den Normalzustand, überführt.By suitable selection and arrangement of propellant material and carrier material, however, it can be achieved that the carrier material, upon cooling, returns the propellant to its initial state, ie. H. into the normal state, transferred.
Dies ist beispielsweise dadurch zu erreichen, dass z. B. Microsphären in eine geeignete Kunststoffmatrix eingebettet werden.This is achieved for example by the fact that z. B. microspheres embedded in a suitable plastic matrix.
Diese wärmeausdehnbaren Materialien
Die in den
Die
Im Normalzustand (
Bei dem in
Da das verwendete wärmeausdehnbare Material
Im Unterschied zu dem in
In der ersten Position des Verbindungsbauteils
Die in den
Durch die Verschiebung des Verbindungsbauteils
Zusätzlich oder alternativ zu einer optischen Zustandsanzeige kann bei dem elektrischen Gerät
In einer Ausführungsform liegt die bestimmte Aktivierungstemperatur des wärmeausdehnbaren Materials
In einer weiteren Ausführungsform weist das wärmeausdehnbare Material
In noch einer weiteren Ausführungsform weist das wärmeausdehnbare Material
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das wärmeausdehnbare Material
Das wärmeausdehnbare Material
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform wird die Aktivierung durch äußeren Energieeintrag, z. B. im Fehlerfall, bewirkt.According to yet another embodiment, the activation by external energy input, z. B. in case of error, causes.
Diese Aktivierung kann unterschiedlicher Natur sein. Beispielsweise kann die Aktivierungsenergie dadurch eingebracht werden, dass das wärmeausdehnbare Material
Weiterhin kann der Energieeintrag mittels eines Energie-Eintrag-Elements
Weiterhin kann der Energieeintrag mittels eines Energie-Eintrag-Elements
In
In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das wärmeausdehnbare Material
Weiterhin ist in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass das wärmeausdehnbare Material
Weiterhin ist in noch einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass das wärmeausdehnbare Material
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das wärmeausdehnbare Material
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform ist das Gerät
In noch einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das wärmeausdehnbare Material
Die Wärmeausdehnung des Treibmaterials ist im Allgemeinen irreversibel.The thermal expansion of the propellant is generally irreversible.
Durch geeignete Auswahl und Anordnung von Treibmaterial und Trägermaterial kann jedoch erreicht werden, dass das Trägermaterial bei einer Abkühlung das Treibmittel wieder in seinen Ausgangszustand, d. h. in den Normalzustand, überführt.By suitable selection and arrangement of propellant material and carrier material, however, it can be achieved that the carrier material, upon cooling, returns the propellant to its initial state, ie. H. into the normal state, transferred.
Dies ist beispielsweise dadurch zu erreichen, dass z. B. Microsphären in eine geeignete Kunststoffmatrix eingebettet werden.This is achieved for example by the fact that z. B. microspheres embedded in a suitable plastic matrix.
Diese wärmeausdehnbaren Materialien werden im Allgemeinen als intumeszente Materialien bezeichnet.These heat-expandable materials are generally referred to as intumescent materials.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Überspannungsschutzelement, elektrisches Gerät, VorrichtungOvervoltage protection element, electrical device, device
- 22
- Gehäusecasing
- 33
- überspannungsbegrenzendes Bauelement, VaristorOvervoltage limiting component, varistor
- 3'3 '
- Überspannungsableiter, gasgefülltSurge arrester, gas filled
- 3''3 ''
- Verbindungsbauteilconnecting member
- 4, 54, 5
- Anschlusselementeconnection elements
- 66
- wärmeausdehnbares Materialheat-expandable material
- 7, 87, 8
- Lötstellesoldered point
- 9, 109, 10
- Steckverbindungconnector
- 11, 1211, 12
- Anschlusslaschenconnection lugs
- 13, 1413, 14
- Steckerbuchsesocket
- 15, 1615, 16
- Anschlussstiftpin
- 1717
- Außengehäuseouter casing
- 1818
- Innengehäuseinner housing
- 1919
- Halteelementretaining element
- 2020
- Oberseite des InnengehäusesTop of the inner housing
- 2121
- Oberseite des AußengehäusesTop of the outer housing
- 2222
- Dichtfoliesealing film
- 2323
- Öffnungopening
- 2424
- Raumroom
- 2525
- Öffnungopening
- 26, 2726, 27
- Halteelementeretaining elements
- 2828
- Leiterplattecircuit board
- 2929
- KunststoffteilPlastic part
- 3030
- Energie-Eintrag-ElementEnergy input element
- 3131
- Oberseite des GehäusesTop of the housing
- 3232
- Sichtfensterwindow
- 33a, 33b33a, 33b
- Leiterabschnittconductor section
- 34a, 34b34a, 34b
- Leiterabschnittconductor section
- 36a, 36b36a, 36b
- erste Enden eines Leiterabschnittsfirst ends of a conductor section
- 3737
- Gehäuseseitecase side
- 39a, 39b39a, 39b
- zweite Enden eines Leiterabschnittssecond ends of a conductor section
- 4040
- Gehäusewandunghousing
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- DE 69503743 T2 [0005] DE 69503743 T2 [0005]
- DE 102005045778 A1 [0030, 0032] DE 102005045778 A1 [0030, 0032]
- DE 29617849 U1 [0063] DE 29617849 U1 [0063]
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Legal Events
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R207 | Utility model specification |
Effective date: 20110428 |
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R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20131108 |
|
R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years | ||
R158 | Lapse of ip right after 8 years |