Die Erfindung betrifft einen Überspannungsschutzstecker gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Insbesondere in der Telekommunikations- und Datentechnik werden Überspannungsschutzstecker
verwendet, um die verschalteten Doppeladern vor
Überspannungen und -strömen aufgrund technischer Defekte oder äußeren
Strörungen wie z.B. Blitzeinschläge zu schützen. Dazu weisen solche
Stecker ein spannungsbegrenzendes und meist auch ein strombegrenzendes
Bauelement auf, denen ein Schmelzelement, meist in Form einer Lotpille,
zugeordnet ist. Tritt in dem spannungsbegrenzenden Bauelement ein
längere Zeit andauernder Überstrom auf, so schmilzt die Lotpille aufgrund
der auftretenden Verlustwärme an dem Bauelement ab, wodurch meist ein
mechanischer Fail-Safe die Leitungen gegen Erde kurzschließt. Die ist nötig,
da durch die auftretenden Überspannungen oder -ströme die Bauelemente
möglicherweise in ihrer Funktionalität beeinträchtigt wurden. Zur einfacheren
Identifizierung, welche Fail-Safes ausgelöst wurden, sind bereits verschiedenste
optische Fail-Safe-Signalisierungen bekannt, wobei überwiegend
Leuchtdioden verwendet werden.
Für die Signalisierung der Auslösung eines Fail-Safes sind verschiedene
Lösungen bekannt. Bei Überhitzung des spannungsbegrenzenden Bauelementes
kann neben dem Kurzschluß von a und b gegen Erde das Auslösen
eines parallel ablaufenden Prozesses veranlaßt werden (indirekte Signalisierung).
Der sicherheitsrelevante Vorgang der Fail-Safe-Auslösung bleibt dabei
gänzlich unbeeinflußt vom Signalisierungsvorgang, nachteilig ist aber der
nur annäherungsweise Zusammenhang. Auch bei optimaler Abstimmung
beider Vorgänge sind immer thermische Konstellationen möglich, bei denen
der Fail-Safe ausgelöst hat, aber die Signalisierung nicht erfolgt oder umgekehrt.
Lösungen für direkte Signalisierungen sind bekannt, bei denen nach Abschmelzen
einer Lotpille der bewegliche Teil des Fail-Safes durch Federkraft
bei Erreichen seiner Endlage neben den Kontaktstellen für die Leitungen a
und b zusätzlich noch eine weitere Kontaktstelle für die Signalisierung kontaktiert.
Die konstruktive Ausgestaltung muß dabei so erfolgen, daß die Kontaktstelle
für die Signalisierung schwach federnd ausgeführt wird, um eine
Behinderung der Fail-Safe-Bewegung zu vermeiden. In jedem Fall muß vermieden
werden, daß durch die dritte Kontaktstelle an den beiden Kontaktstellen
a-Erde und b-Erde eine zu geringe Andruckkraft zustande kommt
oder sogar gar keine Kontaktierung stattfindet.
Es ist bekannt, die Bauelemente des Überspannungsschutzsteckers auf
einer Leiterplatte anzuordnen. Da die optische Fail-Safe-Signalisierung nicht
immer gewünscht bzw. benötigt wird, werden daher zwei Typen von Leiterplatten
gefertigt, nämlich eine mit und eine ohne optische Fail-Safe-Signalisierung.
Aufgrund der zusätzlichen Bauelemente für die optische Fail-Safe-Signalisierung
nehmen auch die geometrischen Abmessungen der Leiterplatte
zu. Um jedoch für beide Leiterplattenvarianten das gleiche Gehäuse
verwenden zu können, wird dies entsprechend der größeren Leiterplatte
ausgelegt. Des weiteren muß bei Anordnung des Steckers in einem Gehäuse
dieses derart ausgestaltet werden, daß die optische Fail-Safe-Signalisierung
wahrnehmbar ist. Dazu weist das Gehäuse eine Öffnung auf, aus
der die am Steckerende angeordnete Leuchtdiode herausragen kann, um
optisch wahrgenommen zu werden. Bei der Steckervariante ohne optische
Fail-Safe-Signalisierung muß dann diese Öffnung verschlossen werden.
Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, einen Überspannungsschutzstecker
zu schaffen, der kompakt aufgebaut, leicht nachrüstbar ist und
nur geringe konstruktive Änderungen an einem Gehäuse erforderlich macht.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Merkmale des
Patentanspruchs 1. Durch die Ausbildung des Überspannungsschutzsteckers
als geschlossene Einheit auf einer Leiterplatte und Anordnung der
optischen Fail-Safe-Signalisierung auf einer separaten Leiterplatte, die bei
Bedarf der ersten Leiterplatte zuordenbar ist, ergibt sich ein einfaches
Nachrüsten für die optische Fail-Safe-Signalisierung ohne nachträgliche
Montage von Bauelementen. Da somit die geometrischen Abmessungen der
ersten Leiterplatte stets gleich sind, sind bei Einsatz in einem Gehäuse keine
räumlichen Vorhaltungen für die optische Fail-Safe-Signalisierung nötig, was
eine kompaktere Bauweise erlaubt. Insbesondere bei Anordnung der
zweiten Leiterplatte oberhalb der ersten Leiterplatte können dabei die
Bauelemente der zweiten Leiterplatte in den Lücken zwischen den Bauelementen
der ersten Leiterplatte angeordnet werden. Ein weiterer Vorteil
liegt darin, daß die erste Leiterplatte vielseitiger anwendbar und somit in
größeren Stückzahlen herstellbar ist, was deren Stückkosten reduziert. Des
weiteren ergibt sich dadurch auch eine einfache Nachrüstung bei Einsatz in
Gehäusen, ohne daß das Gehäuse konstruktiv nachträglich verändert
werden muß. In dem Gehäuse müssen dazu nur Führungen für beide Leiterplatten
vorgesehen werden, so daß die Leiterplatten je nach Bedarf einfach
herein- oder herausgenommen werden. Zur optischen Wahrnehmung wird
dann das zugeordnete Gehäuseteil transparent ausgebildet. Dabei ist es
möglich, das zugeordnete Gehäuseteil stets transparent auszubilden, unabhängig
davon, ob die optische Fail-Safe-Signalisierung benötigt wird oder
nicht oder aber bei einer Nachrüstung die entsprechenden Gehäuseteile
auszutauschen. Des weiteren erlaubt die Ausbildung auf separaten
Leiterplatten, daß mittig in der ersten Leiterplatte ein Durchbruch angeordnet
ist, so daß die erste Leiterplatte mittels eines passenden Ziehhakens
bewegbar ist. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Die Fig. zeigen:
- Fig.1
- eine Seitenansicht des Überspannungsschutzsteckers mit
optischer Fail-Safe-Signalisierung in einem Gehäuse,
- Fig.2
- eine perspektivische Draufsicht auf die erste Leiterplatte mit
zugehörigem Gehäuseteil und
- Fig.3
- eine perspektivische Draufsicht auf die zweite Leiterplatte mit
zugehörigem Gehäuseteil.
In der Fig. 1 ist die Seitenansicht eines mit einem Überspannungsschutzstecker
zu bestückenden Gehäuses dargestellt, das ein Gehäuse-Unterteil 1
und ein Gehäuse-Oberteil 2 umfaßt. Auf einer ersten Leiterplatte 3 sind ein
Dreipol-Überspannungsleiter 4 als spannungsbegrenzendes und zwei PTC-Widerstände
5 als strombegrenzende Bauelemente angeordnet. Der Überspannungsleiter
4 und die PTC-Widerstände 5 sind zylinderförmig ausgebildet
und in Nuten und/oder Schlitzen in der Leiterplatte 3 angeordnet, wo
diese dann z.B. mittels Reflow-Löten elektrisch leitend verbunden werden.
Nach der Verlötung des Überspannungsableiters 4 und der PTC-Widerstände
5 wird ein Fail-Safe-Kontakt 6 auf den Überspannungsableiter 4 aufgeschnappt,
wobei eine zusätzliche Fixierung des Fail-Safes 6 über einen
Schlitz in der Leiterplatte 3 erfolgt. Der Fail-Safe-Kontakt 6 ist dabei über die
Mittelelektrode des Überspannungsleiters 4 permanent mit dem Erdpotential
verbunden. Zwischen dem Überspannungsableiter 4 und dem Fail-Safe-Kontakt
6 ist ein als Lotpille 7 ausgebildetes Schmelzelement angeordnet,
das mit dem Fail-Safe-Kontakt 6 fest verbunden ist. Bei Überhitzung des
Überspannungsableiters 4 schmilzt die Lotpille 7, und der im Normalzustand
vorgespannte Kurzschlußbügel des Fail-Safe-Kontakts 6 bewegt sich nach
links zum Überspannungsableiter 4 hin, wobei der Kurzschlußbügel im entspannten
Zustand die beiden Außenelektroden des Überspannungsableiters
4 kontaktiert. Dadurch liegen aber auch die beiden Außenelektroden auf
Erdpotential sowie eine mit den Außenelektroden verbundene Doppelader.
Des weiteren ist auf der Leiterplatte 3 ein federnder Erdkontakt 8 angeordnet,
über den das Erdpotential der Leiterplatte 3 zugeführt wird. Der federnde
Erdkontakt 8 ist dabei außerhalb des Gehäuses angeordnet, so daß
dieser relativ frei zugänglich ist. Daher kann das eine Erdschiene 19 bildende
kontaktierende Gegenstück z.B. als Lasche aus der Montagewanne
eines Verteilers fertigungsfreundlich herausgebogen werden. Im Endbereich
der Leiterplatte 3 befindet sich mittig ein Durchbruch 9, der das Ziehen der
Leiterplatte 3 mittels eines zugehörigen Werkzeuges ermöglicht wobei das
Werkzeug durch einen Durchbruch 18 in dem Gehäuse-Unterteil 1 in das
Innere des Gehäuses geführt werden kann. Die Leiterplatte 3 wird zur
Installation in das Gehäuse-Unterteil 2 hineingedrückt und ist mit diesem
rastend verbunden. Im eingesteckten Zustand ist die Leiterplatte 3 auf der
Unterseite vollständig durch das Gehäuse-Unterteil 1 abgedeckt, so daß
eine zusätzliche Passivierung zum Schutz der Leiterbahnen vor Berührung
und Beschädigung entfallen kann.
Die wahlweise gewünschte optische Fail-Safe-Signalisierung wird durch eine
zweite Leiterplatte 10 realisiert. Auf der Leiterplatte 10 sind eine Leuchtdiode
11, ein Strombegrenzungswiderstand 12, ein Betriebsspannungskontakt 13
und ein Verbindungskontakt 14 angeordnet. Die Leuchtdiode 11 und der
Strombegrenzungswiderstand 12, die beide vorzugsweise in SMD-Technik
ausgebildet sind, bilden die eigentliche Fail-Safe-Signalisierung. Der Betriebsspannungskontakt
13 ist ebenso wie der Erdkontakt 8 federnd ausgebildet
und erstreckt sich aus dem Gehäuse-Oberteil 2 heraus, so daß sein zu
kontaktierendes Gegenstück ebenfalls durch Herausbiegung einer Lasche in
einem die Betriebsspannung führenden Signalblech 20 hergestellt werden
kann. Die Ausbildung der Erdkontakte 8 bzw. der Betriebsspannungskontakte
13 erlaubt die gleichzeitige Kontaktierung von bis zu 200 Doppeladern
mittels eines Bleches ohne zusätzliche Zwischenstücke. Der Verbindungskontakt
14 stellt im Falle der Auslösung des Fail-Safe-Kontaktes 6 die
Verbindung zwischen der ersten Leiterplatte 3 und der zweiten Leiterplatte
10 her. Dazu ist der Verbindungskontakt 14 gegen die Lotpille 7 vorgespannt,
wobei zwischen Lotpille 7 und Verbindungskontakt 14 eine Isolationsschicht
15 angeordnet ist. Solange der Fail-Safe-Kontakt 6 nicht ausgelöst
wird, ist der Stromkreis der Leuchtdiode 11 offen. Schmilzt nun die Lotpille
7, so bewegt sich der vorgespannte Verbindungskontakt 14 in Richtung
Fail-Safe-Kontakt 6 und kontaktiert diesen unterhalb der Lotpille 7 und der
Isolationsschicht 15 durch einen gebogenen Vorsprung. Dadurch, daß Fail-Safe-Kontakt
6 und Verbindungskontakt 14 sich in gleiche Richtung bewegen,
kommt es aufgrund der optischen Fail-Safe-Signalisierung zu keiner
Abschwächung des eigentlichen Fail-Safe-Vorganges. Anstelle der Lotpille 7
mit der Isolationsschicht 15 könnte auch ein elektrischer Isolator verwendet
werden, der ein ähnliches temperaturabhängiges Abschmelzverhalten aufweist.
Die Leiterplatte 10 wird wie die Leiterplatte 3 rastend in das Gehäuse-Oberteil
2 hineingedrückt. Dazu wird die Leiterplatte 10 hinter einen Vorsprung
16 geschoben und nach oben gedrückt, wo diese durch eine herumgreifende
Rastnase 17 gehalten wird. Das Gehäuse-Oberteil 2 ist zumindest
teilweise transparent ausgebildet, so daß die optische Fail-Safe-Signalisierung
außerhalb des Gehäuses wahrnehmbar ist. Aufgrund des mechanischen
Schutzes der Leuchtdiode 11 durch das Gehäuse kann diese als
seitlich abstrahlende SMD-Diode ausgebildet sein.
Zur Montage des Überspannungsschutzstecker werden die Leiterplatten 3,
10 mit dem zugehörigen Gehäuse-Unterteil 1 bzw. Gehäuse-Oberteil 2
rastend verbunden, wie in Fig.2 bzw. Fig.3 dargestellt. Anschließend werden
das Gehäuse-Unterteil 1 und das Gehäuse-Oberteil aufeinander gerastet,
wobei Rastelemente 21 des Gehäuse-Unterteiles 1 in korrespondierende
Rastöffnungen 22 des Gehäuse-Oberteiles 2 einschnappen und eine feste
Verbindung herstellen.
Bezugszeichenliste
- 1)
- Gehäuse-Unterteil
- 2)
- Gehäuse-Oberteil
- 3)
- Leiterplatte
- 4)
- Überspannungsableiter
- 5)
- PTC-Widerstand
- 6)
- Fail-Safe-Kontakt
- 7)
- Lotpille
- 8)
- Erdkontakt
- 9)
- Durchbruch
- 10)
- Leiterplatte
- 11)
- Leuchtdiode
- 12)
- Strombegrenzungswiderstand
- 13)
- Betriebsspannungskontakt
- 14)
- Verbindungskontakt
- 15)
- Isolationsschicht
- 16)
- Vorsprung
- 17)
- Rastnase
- 18)
- Durchbruch
- 19)
- Erdschiene
- 20)
- Signalblech
- 21)
- Rastelemente
- 22)
- Rastöffnungen