DE9305796U1 - Überspannungsschutzanordnung mit einem in einem Gehäuse untergebrachten Varistor - Google Patents

Überspannungsschutzanordnung mit einem in einem Gehäuse untergebrachten Varistor

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Description

Die Erfindung geht aus von einer Uberspannungsschutzanordnung mit einem in einem Gehäuse untergebrachten Varistor, wobei eine bei Überhitzung des Varistors sich unter Federkraft öffnende Lotstelle (Sollschmelzstelle) eines Thermoschalters im Stromweg zwischen Netzanschluß und Varistor vorgesehen ist und hierzu einer der Kontakte der Lotstelle sich an einem durch die Federkraft in Öffnungsrichtung belasteten Kontaktbügel befindet (Oberbegriff des Anspruches 1). Eine derartige Überspannungsschutzanordnung ist aus DE-GM 90 12 881 bekannt. Eine ähnliche Anordnung ist Gegenstand von DE-OS 37 34 214. Dabei kann (siehe DE-GM 90 12 881) eine Fehleranzeige vorgesehen sein, die ein aufgrund der Überhitzung des Varistors erfolgendes Öffnen der Sollschmelzstelle in einem Schaufenster des Gehäuses anzeigt. Überspannungsschutzanordnungen nach DE-GM 90 12 881 haben sich in der Praxis bewährt. Dies gilt auch für eine ähnliche Ausführung eines VM-Ableiters Typ VM der Firma Dehn + Söhne GmbH + Co. KG1 Nürnberg. Allerdings erfolgt beim vorgenannten Stand der Technik das Abschalten des Varistors nur durch das Öffnen der Lotstelle im Falle des Überhitzens des Vari-
stors. Im Überspannungsfall ist aber in der Regel auch ein Stoßstrom vorhanden, der zwar nur kurzzeitig auftritt, aber trotzdem Schädigungen zur Folge haben kann sofern er über dem Nennableitstoßstrom des Varistors liegt. Ein derart kurzzeitiger Stoßstrom bringt aber die Lotstelle nicht zum Aufschmelzen .
Demgegenüber besteht die Aufgaben- bzw. Problemstellung der Erfindung darin, ausgehend von einer Überspannungsschutzan-Ordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und insbesondere unter Beibehaltung der bei Überhitzung des Varistors tätig werdenden, d.h. aufschmelzenden Lotstelle, ohne wesentlichen konstruktiven Mehraufwand dafür zu sorgen, daß auch ein erhöhter Stoßstrom, der über dem Nennableitstoßstrom liegt, zum Abschalten führt.
Die Lösung der vorgenannten Aufgaben- bzw. Problemstellung wird zunächst, ausgehend vom eingangs genannten Oberbegriff des Anspruches 1, darin gesehen, daß im Verlauf des Kontaktbügeis sich eine Sollbruchstelle befindet, deren Querschnitt und damit mechanisches Widerstandsmoment kleiner als der Querschnitt des Kontaktbügels in seinem übrigen Verlauf ist. Die durch einen entsprechend hohen Stoßstrom entstehenden elektrodynamischen Kräfte wirken quer zur Stromflußrichtung und damit quer zur Längsrichtung des Kontaktbügels. Sie bewirken daher ein Durchbrechen des Kontaktbügels an dieser Sollbruchstelle. Hiermit sind am Kontaktbügel zwei Stellen vorhanden, die zwar bei Normalbetrieb ihn gegen die Federkraft in seiner Schließlage halten, jedoch bei Überbelastung sich öffnen und somit das Bringen des Kontaktbügels in die Auslösestellung freigeben. Damit sind zwei Sicherungen hintereinander geschaltet. Dies ist zum einen die Sollschmelzstelle gemäß dem Oberbegriff, die aufgrund einer Überhitzung des Varistors sich so weit erwärmt, daß die Lotmasse aufschmilzt. Ferner ist dies die gegenüber der Sollschmelzstelle wesentlich rascher, nämlich kurzzeitig bei Auftreten eines erhöhten Stoßstromes von diesem aufgebrochene Sollbruchstelle. In beiden vorgenannten Fällen wirkt die
Kraft der Feder entweder direkt oder über ein Zwischenteil auf den Kontaktbügel und bringt ihn in die Ausschaltlage, in welcher der Stromfluß vom Netz zum Varistor unterbrochen ist. Es versteht sich, daß die auf die Kontaktbügel wirkende Federkraft so groß zu wählen ist, daß sie im Normalfall, d.h. bei intakter Sollschmelzstelle und Sollbruchstelle den Kontaktbügel nicht öffnet. Es versteht sich ferner, daß die Ausführung der Sollschmelzstelle so gewählt wird, daß sie bei einer den Varistor schädigenden Überhitzung schmilzt und daß schließlich der Querschnitt der Sollbruchstelle auf die dynamischen Kräfte aufgrund eines abzuschaltenden Stoßstromes abgestimmt ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist Gegenstand des Anspruches 2. Diese Sollbiegestelle bestimmt den Punkt, um den der Kontaktbügel nach Freigabe entweder durch die Sollschmelzstelle oder durch die Sollbruchstelle von der Federkraft in die Auslöselage geschwenkt wird, wobei sich der Kontaktbügel an der Sollbiegestelle verbiegt. Dabei ist die Angriffs- oder Anlagestelle der Feder oder des Auslöseelementes derart, daß sie sowohl im Falle eines Aufschmelzens des Lotes, als auch im Falle eines Durchbrechens der Sollbruchstelle noch am Kontaktbügel angreift und dessen Auslösen bewirkt.
Im vorstehenden Zusammenhang sind die Merkmale des Anspruches 3 von Vorteil, welche sichern, daß ein Abbiegen des Kontaktbügels nicht an einer anderen Stelle stattfindet.
OQ Die Merkmale des Anspruches 4 beinhalten eine vorteilhafte Ausgestaltung des Auslöseelementes, das aufgrund seiner schwenkbaren Lagerung am Gehäuse und der Zugkraft der Feder die Auslösekraft etwa rechtwinklig zum Verlauf des Kontaktbügels auf diesen überträgt.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung und der zugehörigen Zeichnung von erfindungsgemäßen Ausführungs-
- 4 möglichkeiten zu entnehmen. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1: eine perspektivische Ansicht einer Überspannungsanordnung nach der Erfindung, wobei eine der Gehäusehälften abgenommen ist,
Fig. 2: einen Schnitt gemäß der Linie A-A in Fig. 1, wobei weitere Teile dieser Anordnung perspektivisch dargestellt sind,
Fig. 3: einen Schnitt gemäß der Linie B-B in Fig. 1,
Fig. 4: im vergrößerten Maßstab einen Schnitt gemäß der Linie D-D in Fig. 1.
Die Überspannungsanordnung 1 besitzt zwei Gehäusehälften, von denen nur die in Fig. 1 hintere Gehäusehälfte 2 dargestellt ist. In ihr sind die beiderseitigen Anschlüsse 3 für den Netz- und Erdanschluß, ein Varistor 4 und die im Prinzip aus dem Kontaktbügel 5, dem Auslöseelement 6 und der Feder bestehende, im übrigen nachstehend näher erläuterte Auslösung untergebracht.
Der Kontaktbügel 5 ist gehäusefest angebracht, nämlich über seine Sollbiegestelle 17 und ein daran anschließendes Kontaktblech 8 an einem Gegenkontaktblech 9 dem Anschluß 3. Somit ist in dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Sollbiegestelle 17 an dem einen Ende des Kontaktbügels vorgesehen. Am anderen Ende des Kontaktbügels befindet gO sich die Sollschmelzstelle 10, deren Lot 31, 31' bei einer Überhitzung des Varistors 4 aufschmilzt. Eine bevorzugte Ausführungsform dieser Sollschmelzstelle ist anhand der Fig. 4 näher erläutert. Ferner ist eine Sollbruchstelle 11 im Verlauf des Kontaktbügels 5 vorgesehen, deren Querschnitt gc und damit deren Widerstandsmoment gegen mechanische Beanspruchungen kleiner ist als der Querschnitt der Sollbiegestelle und auch kleiner als der Querschnitt des übrigen Verlaufes des Kontaktbügels. Hierzu kann gemäß dem Ausfüh-
rungsbeispiel der Kontaktbügel im Bereich zwischen der
Sollbruchstelle 11 und der Sollbiegestelle 17 im Querschnitt etwa U-förmig sein. Die seitlichen Schenkel 12 dieses "U" dienen zum einen zu dessen Versteifung sowie Biegefestigkeit, d.h. Erhöhung des Widerstandsmomentes gegen Biegekräfte. Außerdem bilden diese Schenkel 12 mit dem sie verbindenden Steg eine zum Auslöseelement 6 hin offene Rinne, welche die Auslösestelle 13, im vorliegenden Fall den Teil eines Armes 14 des Auslöseelementes, beim Auslösen in LängsrichjQ tung des Kontaktbügels führen.
Die Zugfeder 7 ist mit ihrem einen Ende 7' am Gehäuse 2 und mit ihrem anderen Ende 7" an dem Auslöseelement 6 angeordnet, welches um die gehäusefeste Achse 15 schwenkbar ist. Es
je ist ersichtlich, daß die in Pfeilrichtung 16 auf das Auslöseelement wirkende Zugkraft somit die Auslösestelle 13 gegen die Stelle 51" des Kontaktbügels 5 drückt. Sobald entweder die Sollschmelzstelle 10 oder die Sollbruchstelle 11 geöffnet hat, bewirkt dies ein Verschwenken des Kontaktbügels 5
2Q um die Sollbiegestelle 17 in die in Fig. 1 strichpunktiert angedeutete Auslöselage 5' des Kontaktbügels.
Um zu sichern, daß das Auslöseelement 6 in beiden Auslösemöglichkeiten den Kontaktbügel um die Sollbiegestelle 17
„c verschwenken kann, muß sich die Auslösestelle 13 zwischen Sollbruchstelle 11 und Sollschmelzstelle 10 einerseits und Sollbiegestelle 17 andererseits befinden. Wenn auch die erläuterte und dargestellte Anordnung und Konstruktion des Auslöseelementes von Vorteil ist, so könnte die Federkraft
_-. auch anders auf den Kontaktbügel 5 übertragen werden, z.B. direkt (siehe die vorbekannte Ausführung nach GM 90 12 881) oder in anderer Weise.
Sofern, wie es in diesem Ausführungsbeispiel dargestellt und oc auch in der konstruktiven Ausführung am einfachsten ist, der Strom über die Sollbiegestelle 17 zum Kontaktbügel fließt, ist dafür zu sorgen, daß deren Querschnitt und damit Widerstandsmoment um so viel größer als das der Sollbruchstelle
ist, daß ein erhöhter Stoßstrom die Öffnung der Sollbruchstelle, nicht aber ein Öffnen der Sollbiegestelle bewirkt. Außerdem empfiehlt es sich, daß der Kontaktbügel in seinem übrigen Bereich ein größeres Widerstandsmoment hat als die ° Sollbiegestelle, wie es in dieser Ausführung durch die seitlichen Schenkel 12 verwirklicht ist. Erwähnt sei, daß die von der Zugkraft der Feder 7 bewirkte Druckkraft der Auslösestelle 13 des Auslöseelementes 6 auf den Kontkatbügel mit dazu beiträgt, im Falle einer Überhitzung oder eines erhöhten Stoßstromes zum Öffnen der Sollschmelzstelle 10 bzw. der Sollbruchstelle 11 beizutragen. Sobald die Auslösung, d.h. Bewegung des Kontaktbügels in die Stellung 51 erreicht ist (hierbei wird die Auslösestelle 13 in Längsrichtung des Kontaktbügels geführt und an einem etwaigen Abgleiten zur Seite gehindert), gelangt eine am Auslöseelement angebrachte Anzeige 18 aus dem Sichtbereich eines Schaufensters 18' des Gehäuses, da das Auslöseelement 6 sich hierbei in der Darstellung der Fig. 1 etwas im Uhrzeigersinn verschwenkt hat. Hiermit ist der Bedienungsperson signalisiert, daß diese Schaltanordnung ausgelöst hat. Mit dieser Verschwenkung kann von einem Ansatz 19 des Auslöseelementes ein Kontaktbügel eines Mikroschalters (in Fig. 1 nicht gezeichnet) so betätigt, z.B. freigegeben werden, daß der Mikroschalter schaltet und eine Fernanzeige des Auslösevorganges betätigt.
Die Erfindung erlaubt die Anordnung des Kontaktbügels 5, des Auslöseelementes 6 und der Feder 7 in einer Ebene, so daß der lineare Zug der Feder 7 kein Verkanten des Auslöseelementes 6 oder des Bügels 5 bewirken kann.
Fig. 3 zeigt den Varistor 4 mit einem oberen und einem unteren Kontaktblech 22 bzw. 23. Das obere Kontaktblech 22 ist mit Randabschnitten 24 auf Widerlager 25 des Gehäuses aufgelegt und damit gehalten. Die Dicke des Varistors 4 kann beliebig, maximal so groß gewählt werden, daß er einschließlich des unteren Kontaktbleches 23 den Abstand a (siehe Fig. 3) in der Dicke nicht überschreitet. Hiermit kann der beim
dargestellten Ausführungsbeispiel noch verbleibende Freiraum 26 für Varistoren größerer Dicke, d.h. größerer Nennspannung, ausgenutzt werden.
Das obere Kontaktblech 22 ist mit dem in Fig. 1 rechten Anschluß 3 und das untere Kontaktblech 23 mit dem in Fig. 1 links gelegenen Anschluß 3 elektrisch leitend verbunden. Die vorgenannte Lagerung des Varistors mittels der Randabschnitte 24 des oberen Kontaktbleches und der Widerlager 25 erleichtert die Montage. Eine weitere Montageerleichterung ist dann gegeben, wenn die umlaufende Stirnfläche 27 des Varistors isoliert ist, z.B. mittels einer Pulverbeschichtung. Dies ist in der Herstellung und insbesondere der Montage einfacher als das bisher übliche Vergießen des Varistors innerhalb des Gehäuses.
Fig. 4 zeigt im Schnitt die Lotstelle mit dem Kontakt 5" des Kontaktbügels 5 und einen am oberen Kontaktblech 22 mechanisch fest und elektrisch leitend angebrachten Gegenkontakt
28. Die Kontakte sind durch die erläuterte Lotmasse 31 in Bohrungen 29 der Kontakte 5", 28 und auch im Spalt 30 zwischen diesen Kontakten miteinander verbunden. Die Lotmasse kann gemäß Ziffer 31' auch die Kontakte 5", 28 umgeben. Wie dargestellt, kann die Lotmasse 31' ferner an den Austrittsenden der Innenbohrungen 29 verstärkt sein, so daß sie mit der Lotmasse innerhalb der Bohrung 29 einen Niet mit zwei Nietköpfen bildet. Es wird eine sehr hohe mechanische Festigkeit dieser Lotverbindung im kalten Zustand und zugleich durch die Lotmasse im Spalt 30 eine sogenannte Abstandsprägung zwischen den Kontakten 5" und 28, d.h. ein definierter Abstand erreicht. Insbesondere ist wesentlich, daß hiermit eine sehr genaue Bemessung der Lotmasse dieser Sollschmelzstelle möglich und damit eine genaue Abstimmung der zu schmelzenden Lotmasse auf die Temperatur erreichbar ist, bei der die Lotschmelzstelle öffnen soll.
Alle dargestellten und beschriebenen Merkmale, sowie ihre Kombinationen untereinander, sind erfindungswesentlich.
- Ansprüche -

Claims (12)

1. Überspannungsschutzanordnung mit einem in einem Gehäuse untergebrachten Varistor, wobei eine bei Überhitzung des Varistors unter Federkraft sich öffnende Lotstelle (Sollschmelzstelle) eines Thermoschalters im Stromweg zwischen Netzanschluß und Varistor vorgesehen ist und hierzu einer der Kontakte der Lotstelle sich an einem durch die Federkraft in Öffnungsrichtung belasteten, gehäusefest angebrachten Kontaktbügel befindet, dadurch gekennzeichnet, daß im Verlauf des Kontaktbügels (5) sich eine Sollbruchstelle (11) befindet, deren Querschnitt und damit mechanisches Widerstandsmoment kleiner als der Querschnitt des Kontaktbügels in seinem übrigen Verlauf ist.
2. Überspannungsschutzanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine durch die Federkraft biegbare Sollbiegestelle (17) des Kontaktbügels (5) vorgesehen ist, wobei die Feder (7) entweder direkt, oder über ein Auslöseelement (6) an einer Stelle (51") des Kontaktbügels (5) angreift, die sich zwischen Sollschmelzstelle (10) und Sollbruchstelle (11) einerseits und der Sollbiegestelle (17) andererseits befindet.
3. Überspannungsschutzanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt und damit das Wider-
Standsmoment der Sollbiegestelle (17) größer als der Querschnitt und damit das Widerstandsmoment der Sollbruchstelle (11), jedoch kleiner als der Querschnitt und damit das Widerstandsmoment des Kontaktbügels (5) in seinem übrigen Bereich ist.
4. Überspannungsschutzanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslöseelement (6) am Gehäuse (2) schwenkbar gelagert (15) ist, daß am
IQ Auslöseelement ein Ende (7") der Feder (7) befestigt ist, die mit ihrem anderen Ende (71) an einer weiteren Stelle des Gehäuses befestigt ist, daß das Auslöseelement eine Auslösestelle (13) aufweist und daß die vorgenannte Anordnung so getroffen ist, daß die Auslösestelle
(13) unter der Federkraft gegen eine Stelle (5IM) des Kontaktbügels (5) in dessen Auslöserichtung (32) drückt.
5. Überspannungsschutzanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktbügel (5)
2Q einen etwa U-förmigen Querschnitt aufweist, jedoch ausgenommen in den Bereichen der Sollbruchstelle (11) und der Sollbiegestelle (17).
6. Überspannungsschutzanordnung nach Anspruch 4 und 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösestelle (13) des Auslöseelementes (6) in die vom "U"-Querschnitt gebildete Öffnung des Kontaktbügels (5) eingreift, wobei die Schenkel (12) des "L)" seitlich der Auslösestelle (13), diese führend, gelegen sind.
7. Überspannungsschutzanordnung nach einem der Ansprüche 1
bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollschmelzstelle (10) zwei Kontakte (5", 28) aufweist, die jeweils mit einer Bohrung (29) versehen sind, und daß die Lotmasse (31) die Bohrungen durchsetzt.
8. Überspannungsschutzanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Kontakten (5",
-&Igr;&Ogr;&Igr; 28) der Sollschmelzstelle sich ein Spalt (30) befindet, der ebenfalls mit Lotmasse (311) ausgefüllt ist, und daß die Kontakte (5", 28) zumindest teilweise auch außenseitig von Lotmasse (311) umgeben sind. 5
9. Überspannungsschutzanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslöseelement (3) eine Anzeige (18) aufweist, die mit dem Verschwenken des Kontaktbügels (5) und des Auslöseelementes (6) in die Auslösestellung eine Veränderung einer Sichtanzeige (181) bewirkt.
10. Überspannungsschutzanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslöseelement
(6) ein Betätigungsteil (19) aufweist, das in der Nichtauslösestellung des Auslöseelementes an einem Schaltteil eines Mikroschalters anliegt und diesen Schaltteil in der Auslöselage des Auslöseelementes (6) zwecks Betätigung des Mikroschalters freigibt.
11. Überspannungsschutzanordnung nach einem der Ansprüche 1
bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das in Gebrauchslage dem Auslöseelement (6) und dem Kontaktbügel (5) zugewandte Kontaktblech (22) des Varistors (4) mit Randabschnitten (24) auf Gegenlagern (25) des Gehäuses (2) fest aufliegt, wobei zwischen dem unteren Kontaktblech (23) und der Wand des Gehäuses (2) ein freier Raum (26) bestehen kann.
12. Überspannungsschutzanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen (27) des Varistors (4) isoliert sind, z.B. mittels einer Pulverbeschichtung.
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