Die Erfindung betrifft ein Überspannungsschutzgerät mit im thermischen Überlastfall aktivierter mechanischer Abtrennvorrichtung, diese umfassend Anschlusselemente, welche mittels federkraftbelastetem oder vorgespanntem Schieber von einer geschlossenen in eine stromunterbrechende oder potentialtrennende Lage bewegbar sind und wobei die geschlossene Position der Anschlusselemente von einem Lot oder thermisch lösbaren Kleber gesichert ist.

Überspannungsschutzgeräte mit thermischer Abtrennvorrichtung gehören seit längerer Zeit zum bekannten Stand der Technik. Aufgabe der Abtrennvorrichtung ist es, im Fall einer unzulässigen Erwärmung der Überspannungsschutzeinheit, z.B. eines Varistors, diesen vom Netz zu trennen, bevor eine Zerstörung des Ableiters eintritt.

Aus der EP 0 987 803 B1 oder der EP 0 905 839 B1 sind Abtrennvorrichtungen bekannt, die als massiver Schieber ausgebildet sind. Der entsprechende Schieber steht unter Federvorspannung und schützt je einen Varistor vor einer unzulässigen thermischen Aufheizung. Die Geschlossenposition der entsprechenden Anschlusselemente wird von einem Lot gesichert. Dieses Lot ist der ständigen Federvorspannkraft, die über den Schieber übertragen wird, ausgesetzt, was einen wesentlichen Nachteil darstellt. Je nach der Leistungsfähigkeit, d.h. der gewünschten Stoßstromtragfähigkeit, sind mehrere Abtrennvorrichtungen erforderlich, was einen kostenseitigen Nachteil darstellt. Es hat sich darüber hinaus gezeigt, dass bei den zitierten Lösungen des Standes der Technik beim Abtrennvorgang unter Bewegungsverlagerung des Schiebers Lotteilchen unter Bildung von Lotfäden mitgerissen werden mit der Folge einer nicht ausreichenden elektrischen Trennung.

Aus dem Gebrauchsmuster DE 295 19 313 U1 ist ein Überspannungsschutzgerät mit einer Abtrennvorrichtung der thermischen Art bekannt geworden, wobei über eine Trennwand die Abtrennvorrichtung vom eigentlichen Varistor separat positioniert ist. Die dortige Abtrennvorrichtung verfügt nur über eine geringe Stoßstromtragfähigkeit. Auch ist bei diesem Stand der Technik die Lotstelle einer ständigen Federvorspannkraft ausgesetzt.

Bei der Zusammenschaltung mehrerer Abtrennvorrichtungen gemäß EP 0 716 493 ist für jeden dort vorgesehenen Varistor eine separate Abtrennvorrichtung notwendig, wobei sich sogar mehrere Abtrennvorrichtungen je Schutzpfad als erforderlich erweisen.

Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein weiterentwickeltes Überspannungsschutzgerät mit im thermischen Überlastfall aktivierter mechanischer Abtrennvorrichtung anzugeben, wobei die insbesondere Lotverbindungsstelle der Anschlusselemente, die im Abtrennfall geöffnet wird, nicht ständig der Einwirkung einer mechanischen kraftseitigen Belastung unterliegen soll. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, dass die Anschlusselemente der Abtrennvorrichtung so ausgeführt werden, dass sich eine hohe Stoßstromtragfähigkeit ergibt und das Ziel besteht, den quasi Kontaktdruck für den Ableitvorgang durch den Stoßstrom selbst zu produzieren.

Um die Kosten von Überspannungsschutzgeräten in Grenzen zu halten, soll gemäß der vorliegenden Erfindung ein Einsatz von Materialien, an die besondere elektrische, thermische oder mechanische Anforderungen gestellt werden, nur an ausgewählten Stellen erfolgen.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt gemäß der Merkmalskombination nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.

Demnach ist die erfindungsgemäße Abtrennvorrichtung konstruktiv so ausgeführt, dass die Zuführung zu den spannungsbegrenzenden Überspannungsschutzeinheiten, insbesondere Varistoren, durch zwei vom Stoßstrom in gleicher Richtung durchflossene Leiterabschnitte gebildet wird, die im Endbereich parallel verlaufen und in eine gemeinsame Verbindungsstelle, die von einem Lot gesichert ist, übergehen.

Durch den parallelen Stromfluss und die damit verbundenen Kraftwirkungen im Stoßstromfall ziehen sich die entsprechenden Abschnitte der Leiter bzw. Bügel an und bewirken zu diesem Zeitpunkt die gewünschte Erhöhung der Kontaktkraft an der Lotverbindungsstelle.

Damit ist es möglich, die Lotstelle lediglich zur Fixierung der jeweiligen Abschnitte der Bügel auszulegen. Dies gestattet es, die mechanische Dimensionierung der Lotstelle auf ein absolutes Minimum zu beschränken und diese damit besonders thermisch sensibel auszuführen. Die Lotstelle besitzt also nur eine sehr kleine Wärmekapazität. Der notwendige Kontaktdruck für den Ableitvorgang wird gemäß der Erfindungslehre durch den Stoßstrom selber produziert.

Die Anschlusselemente, welche aus einem Paar stromteilender metallischer Bügel bestehen, können aus einem mechanisch weniger festen Material ausgeführt werden. Durch die Aufteilung in die beiden parallelen Strombahnen kann die Dimensionierung der Leiterabschnitte kostengünstiger erfolgen, da die Stromdichte halbiert wird.

Die Feder der Abtrennvorrichtung, deren Aufgabe darin besteht, im Fall des Aufschmelzens der Lotstelle den Schieber zwischen die Strombahnen zu verlagern und damit den Stromkreis zu unterbrechen, kann mit geringerer Federkraft ausgeführt werden, so dass eine niedrige Dauerbelastung der Lotstelle die Folge ist.

Eine besonders positive symmetrische Gestaltung der Bügelabschnitte respektive der gesamten Bügel gestattet eine zentrische und damit kraftneutrale Positionierung und Führung des Schiebers durch diese. Eine z.B. keilförmige Ausführung des Schiebers unterstützt den Abtrennvorgang direkt. Da der Schieber im Abtrennfall direkt in die Lotstelle hinein fährt, werden negative Wirkungen beim Abtrennvorgang, z.B. die beim Stand der Technik vorhandenen Lötfäden wirksam unterbunden und eine sichere, spannungsfreie Trennung erreicht.

Gemäß dem Stand der Technik werden bei Überspannungsschutzgeräten mit Varistoren letztere in ein Außengehäuse positioniert. Dabei werden die Varistoreinheiten mittels Verguss oder Pulverbeschichtung elektrisch von anderen Komponenten isoliert. Die Varistoren werden mit den jeweiligen Anschlusselementen als vorgefertigte Baugruppe in das Außengehäuse eingesetzt. Bei dieser Variante des Standes der Technik wird ein Teil der elektrischen und mechanischen Eigenschaften der Varistoreinheit, z.B. das Überlastverhalten im Fehlerfall durch den besonders auszulegenden Werkstoff des Außengehäuses übernommen. Es ist gemäß dem Stand der Technik also nicht ohne weiteres möglich, den kostengünstigsten Werkstoff für das Außengehäuse zu nutzen, sondern es ist ein Werkstoff auszuwählen, der z.B. hochtemperaturbeständig und nicht brennbar sein muss.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Überspannungsschutzeinheiten, insbesondere Varistoren, separat zu kapseln, d.h. diese in eine Gehäusekapselung einzubringen. Dabei ist nur das Material dieser Gehäusekapselung an die besonderen Anforderungen entsprechend auszuwählen.

Gemäß der Erfindung bestehen die Anschlusselemente aus einem Paar stromteilender metallischer Bügel, deren zur Überspannungsschutzeinheit, z.B. einem Varistor, gerichtete Enden parallel verlaufen und in ihrer Mitte die jeweilige Kontaktfahne der Überspannungsschutzeinheit aufnehmen.

Die der Überspannungsschutzeinheit abgewandten Enden der Bügel schließen einen Freiraum ein und sind miteinander verbunden. Diese Enden der Bügel besitzen darüber hinaus einen Abschnitt für äußere Anschlussteile oder Anschlussklemmen.

Im Freiraum ist der bereits erwähnte Schieber mit Vorspannfeder eingesetzt, wobei die Federvorspannung in Richtung Kontaktfahne der Überspannungsschutzeinheit orientiert ist. Weiterhin ist entweder der Schieber eine Keilform besitzend ausgeführt und/oder es besitzen Abschnitte der Bügel eine Schrägfläche, um bei Schieberbewegung eine Kraftkomponente auf die parallel verlaufenden Enden der Bügel zu erzeugen derart, dass diese von der Kontaktfahne weg bewegbar sind. Im Bereich der parallel verlaufenden Enden der Bügel und der Kontaktfahne ist die mindestens eine Löt- oder Kleberverbindung ausgebildet.

Der Schieber besitzt bei einer Ausführungsform der Erfindung einen im Wesentlichen ebenen Oberflächenabschnitt zur optischen Signalisierung der jeweiligen Schieberposition, und zwar bezogen auf ein entsprechendes Fenster, das im Außengehäuse angeordnet ist.

Unterhalb dieses Oberflächenabschnitts des beweglichen Schiebers ist eine vom Schieber freigebbare weitere Fläche zur optischen Signalisierung des Abtrennzustands vorgesehen. Der Oberflächenabschnitt des Schiebers und diese weitere Fläche ist bevorzugt verschiedenfarbig gestaltet.

Im beweglichen Schieber ist in Längsrichtung ein Hohlraum zur Aufnahme eines Endes oder eines Abschnitts der Vorspannfeder befindlich. Darüber hinaus kann im Fuß des Schiebers eine Führungsnut eingebracht sein, um ein Verkanten bei der auszuführenden Bewegung zu verhindern.

Die parallel verlaufenden Enden der Bügel werden durch das Lot oder den Kleber lagefixiert. Beim Abtrennvorgang jedoch streben diese Enden durch eine vorsehbare mechanische Eigenspannung auseinander, was den Abtrennvorgang unterstützt.

Im Abtrennfall fährt der Schieber in den Lot- oder Kleberverbindungsbereich hinein und durchdringt diesen Bereich zur Vermeidung von insbesondere Lötfäden, so dass eine vollständige und sichere Abtrennung erreicht wird.

Der Schieber selbst besteht aus einem elektrisch isolierenden, insbesondere Kunststoffmaterial.

Wie bereits erläutert, ist die mindestens eine Überspannungsschutzeinheit in einer Gehäusekapselung angeordnet, welche Öffnungen zur elektrischen Kontaktierung besitzt und wobei der Schieber auf dieser Gehäusekapselung angeordnet wird. Die Gehäusekapselung kann hierbei eine Schiene besitzen, die in die Führungsnut am Fuß des Schiebers eingreift.

Der Abschnitt der Bügel für den Anschluss von äußeren Klemmen oder weiteren Anschlussteilen ist an der Gehäusekapselung befestigt oder stützt sich dort ab.

Mehrere Überspannungsschutzeinheiten, insbesondere Varistorscheiben, können in Parallelschaltung innerhalb der Gehäusekapselung angeordnet werden.

Mehrere derartige Gehäusekapselungen mit darin befindlichen Überspannungsschutzeinheiten und jeweils vorgesehenen Bügeln und Schiebern können in paralleler Lage zueinander befindlich mit einem Sammelanzeigeelement in Verbindung stehen, um in einer logischen ODER-Verknüpfung den möglichen Abtrennfall anzuzeigen.

Die Abschnitte für die äußeren Anschlussteile oder äußeren Anschlussklemmen sind insbesondere zur kostengünstig realisierbaren Schraubkontaktierung ausgebildet und weisen eine dementsprechende Abwinklung und gegebenenfalls eine oder mehrere Bohrungen auf.

Die in der Gehäusekapselung jeweils befindlichen Überspannungsschutzeinheiten sind in einem Reihenanschluss-Außengehäuse eingesetzt, das aus einem kostengünstigen Kunststoffmaterial gefertigt werden kann.

Ergänzend besteht die Möglichkeit, innerhalb des Reihenanschlussgehäuses mindestens einen Gasentladungsableiter in entsprechender elektrischer Verschaltung zu den weiteren Überspannungsschutzeinheiten anzuordnen.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.

Hierbei zeigen:

Fig. 1

eine Explosivdarstellung einer in einer Gehäusekapselung befindli- chen Varistorscheibe, wobei diese Baugruppe in einem Reihenan- schluss-Außengehäuse eingesetzt wird und wobei zusätzlich ein Gasentladungsableiter in 1+1-Schaltung vorgesehen ist;

Fig. 2

eine Explosivdarstellung ähnlich derjenigen nach Fig. 1, jedoch mit insgesamt drei Varistorscheiben, die jeweils in einer Gehäusekapse- lung befindlich sind, und mit weiterhin vorgesehenem Gasentla- dungsableiter, alles wiederum eingesetzt in ein Reihenanschluss- Außengehäuse;

Fig. 3

eine Detaildarstellung einer gekapselten Varistoreinheit mit erkenn- barer Abtrennvorrichtung;

Fig. 4

eine weitere Detaildarstellung der in der Gehäusekapselung befindli- chen Varistoreinheit, wobei die Abtrennvorrichtung sich im nicht ausgelösten Zustand befindet;

Fig. 5

eine Darstellung ähnlich derjenigen nach Fig. 4, jedoch im ausge- lösten Zustand;

Fig. 6

eine Ansicht von unten auf die Gehäusekapselung mit erkennbarer Anschlussfahne der Varistorscheibe und Anschlussteil, welches eine schlitzförmige Öffnung zur Aufnahme der Anschlussfahne zum Zweck der Verlötung besitzt;

Fig. 7

eine Darstellung ähnlich derjenigen nach Fig. 6, jedoch mit zwei Varistorscheiben innerhalb einer Gehäusekapselung;

Fig. 8

eine Darstellung ähnlich derjenigen nach Fig. 7, jedoch bereits mit Anschlusseinheit und Anschlussklemmen sowie montiertem Gasent- ladungsableiter;

Fig. 9

eine mehrpolige Anordnung von mehreren in Gehäusekapselungen befindlichen Überspannungsableitern mit Sammelschiene als Status- anzeige (siehe auch Fig. 2);

Fig. 10

eine mehrpolige Anordnung von mehreren in Gehäusekapselungen befindlichen Überspannungsableitern mit Sammelschiene als Status- anzeige und erkennbarem Gehäuseabschnitt mit Sichtfenster, das einen Blick auf das Sammelanzeigeelement ermöglicht;

Fig. 11a und 11b

eine Darstellung ähnlich derjenigen nach Fig. 10, jedoch mit einem im Bild linksseitig abgetrennten Ableiter und entspre- chend verschobener Position des Sammelanzeigeelements;

Fig. 12a und 12b

eine Darstellung ähnlich derjenigen nach den Fig. 11a und 11b, jedoch mit dem mittig angeordneten, im abgetrennten Zustand befindlichen Überspannungsableiter;

Fig. 13a und 13b

eine Darstellung ähnlich derjenigen nach den Fig. 11a bis 12b, wobei der im Bild rechts oben angeordnete Ableiter sich in einem abgetrennten Zustand befindet, und

Fig. 14a und 14b

Darstellungen ähnlich derjenigen nach den Fig. 11a bis 13b, wobei alle Ableiter sich im abgetrennten Zustand befinden.

Bei den Darstellungen gemäß den Fig. 1 und 2 nimmt ein Reihenanschluss-Außengehäuse 11 die Gehäusekapselung 6 mit darin befindlichen Varistorscheiben 7, 7' auf. An der Oberseite der Gehäusekapselung 6 befindet sich die erfindungsgemäße Abtrennvorrichtung, die als Abtrennelement einen Schieber 4 aufweist. Ein Paar von Bügeln 1, 1' ist als metallisches Stanzbiegeteil ausgeführt, wobei die im Bild rechtsseitigen Enden der Bügel einen im Wesentlichen parallelen Verlauf aufweisen. Darüber hinaus umschließen die Bügel einen Freiraum zur Aufnahme des Schiebers 4 im montierten Zustand.

Die Bügel 1, 1' gehen in einen Abschnitt 12 zur Kontaktierung mit weiteren Elementen 13 über, wobei die Verbindung zwischen den Teilen 12 und 13 z.B. durch Verschrauben realisiert werden kann.

Für die 1+1-Schaltung nach Fig. 1 ist noch ein Gasableiter 8 über entsprechende elektrische Mittel kontaktiert und im Reihenanschluss-Außengehäuse 11 eingesetzt.

Gemäß der Fig. 2, die eine 3+1-Schaltung von insgesamt drei, jeweils in einer Gehäusekapselung 6 befindlichen Varistorgruppen 7, 7' umfasst, ist ein Sammelanzeigeelement 5 vorhanden, das mit den Schiebern 4 in ODER-Verknüpfung wechselwirkt, d.h. entsprechend betätigbar ist, so dass Ausfälle der Varistorgruppen 7, 7' entsprechend erkennbar sind.

Fig. 3 zeigt den Zustand des bereits mit der Abtrennvorrichtung vorkonfektionierten Teils der Gehäusekapselung 6 einschließlich durch Schraubverbindung 10 angeschlossenen Kontaktierungselement 13.

Der Varistor 7 wird in die unten offene Gehäusekapselung 6 eingeschoben, wobei die Kontaktfahne 14 des Varistors 7 ihren Raum zwischen den beiden Bügelenden einnimmt. Die Lotstelle 3 fixiert dann die Kontaktfahne 14 mit den parallelen Enden der Bügel 1, 1'.

Die Draufsicht nach Fig. 4 lässt wiederum den Schieber 4 erkennen, welcher einen Oberflächenabschnitt 15 aufweist, der sich farblich von einem darunter befindlichen weiteren Flächenabschnitt 16 unterscheidet. Bei der nicht ausgelösten Situation gemäß der Darstellung nach Fig. 4 deckt der Oberflächenabschnitt 15 den darunter befindlichen Flächenabschnitt 16 nahezu vollständig ab.

In der ausgelösten Position nach Fig. 5 hat sich der Schieber 4 im Bild nach rechts oben bewegt, so dass der weitere Flächenabschnitt 16, der z.B. in roter Farbe gehalten ist, frei liegt und den Fehlerzustand repräsentiert.

Der Schieber 4 wird durch die Feder 2 und die frei werdende Federkraft bei Öffnung der Lötverbindung in die gewünschte Schiebebewegung versetzt und durchdringt den Abschnitt der Lotverbindung 3 (siehe Fig. 3). Im Inneren des Schiebers 4 ist ein Hohlraum 17 eingebracht, der einen Federabschnitt aufnimmt.

Die Fig. 6 und 7 zeigen die Unterseite der Gehäusekapselung 6 mit einem eingesetzten Varistor (Fig. 6) bzw. in einer kompletten Befüllung mit zwei parallel geschalteten Varistoren 7, 7', die im Bereich 9 durch Lötung mit einer Anschlussbrücke 18 in Verbindung stehen.

Die Anschlussbrücke 18 dient gemäß der Darstellung nach Fig. 8 auch der Kontaktierung und mechanischen Befestigung eines Gasentladungsableiters 8 und der Aufnahme von Schraubklemmteilen 19 für entsprechende Anschlussdrähte.

Gemäß Fig. 9, die eine mehrpolige Anordnung gekapselter Varistoreinheiten mit Statusanzeige darstellt, ist ein Sammelanzeigeelement 5 so ausgeführt, dass dieses von jedem Schieber einzeln angesteuert werden kann, und zwar im Sinne einer logischen ODER-Verknüpfung.

Mit Hilfe der Fig. 10 bis 14 sei die Wirkung des Sammelanzeigeelements mit Statusanzeige näher erläutert.

In den Fig. 10, 11a, 12a, 13a und 14a ist jeweils ein Gehäuseabschnitt 20 gezeigt, der ein Sichtfenster 21 aufweist.

Über das Sichtfenster 21 ist die Position des Sammelanzeigeelements 5, das sich unterhalb des Sichtfensters 21 befindet, erkennbar. In einer Position gemäß der Darstellung nach Fig. 10 ist im Sichtfenster 21 beispielsweise eine grüne Farbe erkennbar, die der entsprechenden farblichen Kennzeichnung auf dem Sammelanzeigeelement 5 entspricht.

Wird z.B. ein Abtrennvorgang beim unteren, linksseitigen Überspannungsableiter gemäß Fig. 11a vollzogen, findet eine Bewegung des Sammelanzeigeelements 5 in Pfeilrichtung statt, d.h. der grün eingefärbte oder mit einer grünen Farbe versehene Teil des Sammelanzeigeelements 5 tritt aus dem Sichtfenster 21 heraus und es wird eine darunter liegende Farbe freigegeben, bevorzugt die Farbe Rot, um einen Fehlerfall zu signalisieren.

Die Position des diesbezüglich verschobenen Sammelanzeigeelements 5 ist unter Weglassung der Darstellung des Gehäuseabschnitts 20 jeweils in den Fig. 11b, 12b, 13b und 14b dargestellt.

Die Beweglichkeit des Sammelanzeigeelements gewährleistet die gewünschte Verschiebeposition im Abtrennfall auch bei einem vollzogenen Abtrennvorgang des mittleren Überspannungsableiters (Fig. 12b) bzw. des in der Figur rechts oben dargestellten Überspannungsableiters gemäß Fig. 13b oder beim Abtrennen sämtlicher Überspannungsableiter gemäß den Fig. 14a und 14b.

1, 1'

Leiterabschnitt / Bügel

2

Feder

3

Lotstelle

4

Schieber

5

Sammelanzeigeelement

6

Gehäusekapselung

7, 7'

Varistoren

8

Gasentladungsableiter

9

Verbindungselemente

10

Schraubverbindung

11

Reihenanschluss-Außengehäuse

12

Abschnitt

13

Kontaktierungselement

14

Kontaktfahne

15

Oberflächenabschnitt

16

Flächenabschnitt

17

Hohlraum

18

Anschlussbrücke

19

Schraubklemmteil

20

Gehäuseabschnitt

21

Sichtfenster