DE102015203184B4

DE102015203184B4 - Platinen-bestückbares modulares Überspannungsschutzgerät

Info

Publication number: DE102015203184B4
Application number: DE102015203184.5A
Authority: DE
Inventors: Martin Wetter; Gernot FINIS
Original assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Current assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date: 2015-02-23
Filing date: 2015-02-23
Publication date: 2021-09-02
Anticipated expiration: 2035-02-24
Also published as: CN105914726A; DE102015203184A1; CN105914726B

Abstract

Platinen-bestückbares modulares Überspannungsschutzgerät (1) aufweisend• zwei Überspannungsschutzmodule (ÜSM1, ÜSM2, ÜSM3) mit jeweils zumindest einem Überspannungsschutzelement,• ein Monitoringmodul (MM1),• wobei die Überspannungsschutzmodule (ÜSM1, ÜSM2, ÜSM3) und das Monitoringmodul (MM1) so gestaltet sind, dass die Überspannungsschutzmodule (ÜSM1, ÜSM2, ÜSM3) mit dem Monitoringmodul (MM1) interagieren können, sodass ein Monitoring von jeweils mehreren Funktionen der Überspannungsschutzmodule (ÜSM1, ÜSM2, ÜSM3) ermöglicht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Platinen-bestückbares elektrisches Überspannungsschutzgerät.
Hintergrund der Erfindung
In vielen Bereichen der Technik werden heute Überspannungsschutzgeräte verwendet. Dabei weisen Überspannungsschutzgeräte in aller Regel auch ein Schutzelement auf, dass im Falle einer Überlastung des eigentlichen Überspannungsschutzelements das Überspannungsschutzelement entweder kurzschließen (und so z.B. eine Vorsicherung zum Auslösen veranlassen) oder aber das Überspannungsschutzelement abtrennen.
Die Überlast wird dabei als thermische Größe wahrgenommen, die z.B. zum Auftrennen einer thermisch lösbaren Verbindung führen kann, die wiederum zum Abtrennen oder Kurzschließen führt. Solche Mechanismen basieren in aller Regel darauf, dass mittels eines thermisch erweichbaren/zersetzbaren Haftmittels (Kleber/Lot) ein vorgespanntes (Schalt-)Element gehalten wird. Steigt die Temperatur über eine gewisse Temperatur hinaus an, so zersetzt sich und/oder erweicht das Haftmittel und die gespeicherte Energie wird für einen Schaltvorgang frei.
Aus dem Stand der Technik ist die DE 10 2012 011 072 A1 bekannt. Diese zeigt eine mechanische Defektanzeige für eine elektronische Einrichtung, welche mindestens zwei thermische Überspannungsschutzeinrichtungen überwacht. Die deutsche Patentanmeldung DE 10 2010 038 208 A1 zeigt eine Anordnung zur elektrischen Sammelüberwachung einer Vielzahl von Überspannungsschutzvorrichtungen. DE 10 2008 031 919 A1 zeigt ein Überspannungsschutzelement mit einer integrierten Fehleranzeige.
Dabei entwickelt sich ein zunehmender Bedarf solche Überspannungsschutzgeräte auch auf Platinen einsetzen zu können.
Allerdings ist wegen der Vielzahl von unterschiedlichen geforderten Parameter ein breites Spektrum an Überspannungsschutzgeräten, beispielsweise für verschiedene Spannungsbereiche 12V, 24V, 48V, 220V, als auch für unterschiedliche Spannungssystem (Gleichstrom, Einphasen-Wechselstrom, Mehrphasen-Wechselstrom), etc. bereitzustellen.
Zugleich wird aber auch eine Vielfalt von unterschiedlichen Überwachungsfunktionen gefordert, die wiederum zu einer noch größeren Vielzahl von Überspannungsschutzgeräten führt.
Mit der Vielfalt von Geräten steigen jedoch die Herstellungs- und Lagerhaltungskosten an.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde ein einfaches kostengünstiges Überspannungsschutzgerät zur Verfügung zu stellen, dass einen Nachteil oder mehrere Nachteile aus dem Stand der Technik löst.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert.
Es zeigen

1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines alternativen Überspannungsschutzgeräts,
2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines alternativen Überspannungsschutzgeräts,
3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Überspannungsschutzgeräts,
4 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Überspannungsschutzgeräts, und
5 eine schematische Darstellung der dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Überspannungsschutzgeräts in Zusammenhang mit einer Platine.

Die 1, 2, zeigen beispielhafte Ausführungsformen eines alternativen Überspannungsschutzgeräts 1 und die 3 und 4 zeigen unterschiedliche beispielhafte Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Überspannungsschutzgeräts 1.
Die erfindungsgemäßen Überspannungsschutzgeräte 1 weisen mindestens zwei Überspannungsschutzmodule ÜSM₁ , ÜSM₂ , ÜSM₃ mit je einem Überspannungsschutzelement auf. Weiterhin weisen die erfindungsgemäßen Überspannungsschutzgeräte 1 zumindest ein Monitoringmodul MM₁ , MM₂ auf.
Dabei sind die Überspannungsschutzmodule ÜSM₁ , ÜSM₂ , ÜSM₃ und das Monitoringmodul / die Monitoringmodule MM₁ , MM₂ so gestaltet, dass das Überspannungsschutzmodul ÜSM₁ , ÜSM₂ , ÜSM₃ mit dem Monitoringmodul MM₁ , MM₂ interagieren kann, sodass ein Monitoring von einer oder mehreren Funktionen des Überspannungsschutzmoduls ÜSM₁ , ÜSM₂ , ÜSM₃ ermöglicht wird.
Monitoring ist dabei weit zu verstehen und kann insbesondere die Überwachung eines Überspannungsschutzelements und/oder eines Schutzelementes, z.B. eines thermisch gesteuerten Abtrenners oder eines thermisch gesteuerten Kurzschließer, innerhalb des Überspannungsschutzmodul ÜSM₁ , ÜSM₂ , ÜSM₃ , eine Überwachung der bereits erfolgten Nutzung und/oder Belastung des Überspannungsschutzmodul ÜSM₁ , ÜSM₂ , ÜSM₃ , eine Messung von Stoßspanungen und/oder Stoßströmen, etc. betreffen.
Durch den modularen Aufbau und die funktionale Trennung in ein Monitoringmodul MM₁ , MM₂ bzw. ein Überspannungsschutzmodul ÜSM₁ , ÜSM₂ , ÜSM₃ kann die bisherige Vielzahl von unterschiedlichen Geräten auf eine geringere Anzahl vermindert werden, die nunmehr kostengünstig und flexibel zusammenstellbar ist.
Beispielsweise ist in 1 eine erste Ausführungsform eines alternativen Überspannungsschutzgeräts 1 gezeigt, bei dem wie durch den Pfeil angedeutet eine Interaktion mit einem an einer Stirnseite des Überspannungsschutzmodul ÜSM₁ angeordnetem Monitoringmodul MM₁ ermöglicht wird. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit kann auch vorgesehen sein, dass ein an der Längsseite des Überspannungsschutzmodul ÜSM₃ angeordnetem Monitoringmodul MM↓1↓ wie beispielsweise in 4 gezeigt mit dem Überspannungsschutzmodul ÜSM₃ interagiert.
Insbesondere kann es auch sein, dass ein Überspannungsschutzmodul mit zwei oder mehreren Monitoringmodulen interagiert.
Beispielsweise kann in 2 das Überspannungsschutzmodul ÜSM₁ sowohl mit dem Monitoringmodul MM₁ als auch mit dem Monitoringmodul MM₂ interagieren. Bevorzugt werden dabei unterschiedliche Funktionen seitens der Monitoringmodul MM₁ und MM₂ zur Verfügung gestellt. Beispielsweise kann durch das MM₁ ein Alterungsalarm bereitgestellt werden, während das Monitoringmodul MM₃ einen Überlast zur Verfügung stellt.
Beispielsweise kann in 4 das Überspannungsschutzmodul ÜSM₃ sowohl mit dem Monitoringmodul MM₁ als auch mit dem Monitoringmodul MM₂ interagieren. Bevorzugt werden dabei unterschiedliche Funktionen seitens der Monitoringmodul MM₁ und MM₂ zur Verfügung gestellt. Beispielsweise kann durch das MM₁ ein Summenalarm bereitgestellt werden, während das Monitoringmodul MM₂ einen Einzelalarm zur Verfügung stellt.
Wie aus 3 und 4 ersichtlich interagieren in den erfindungsgemäßen Ausführungsformen ein Monitoringmodul MM₁ mit mehr als einem Überspannungsschutzmodul ÜSM₁ , ÜSM₂ , ÜSM₃ .
Die Art der Interaktion kann dabei unterschiedlich gestaltet sein. So ist es möglich eine mechanische Kopplung bereitzustellen, sodass z.B. das Auslösen eines Sicherungselementes im Überspannungsschutzmodul mittels eines Hebels oder eines Druckknopf auf Funktionseinheiten des Monitoringmoduls übertragen werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine elektrische Verbindung bereitgestellt werden, um z.B. den Strom durch ein Überspannungsschutzmodul oder die Spannung an einem Überspannungsschutzmodul, z.B. für eine Erfassung der Nutzung / Alterung, zu erfassen. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine optische Verbindung bereitgestellt werden, sodass z.B. durch eine Aussparung oder lichtdurchlässige Öffnung in den jeweiligen Modulgehäusen z.B. das Aufleuchten einer Entladung im Überspannungsschutzmodul mittels eines lichtempfindlichen Elements innerhalb des Monitoringmoduls erkannt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine magnetische Verbindung bereitgestellt werden. Beispielsweise kann an einzelnen Elementen innerhalb des Überspannungsschutzmoduls ein Magnet angebracht sein, dessen Positionsänderung z.B. das Auslösen eines Sicherungselementes innerhalb des Überspannungsschutzmoduls anzeigt. Diese Änderung kann dann z.B. mittels eines Magnetfelddetektors, beispielsweise einer Spule oder eines Reed-Relais, innerhalb des Monitoringmoduls erkannt werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine thermische Kopplung bereitgestellt werden. Beispielsweise kann ein thermischer Leiter zur Verbindung genutzt werden, um so mittels thermischer Wärmeleitung aus dem Überspannungsschutzmodul in das Monitoringmodul eine unzulässige Erwärmung eines Überspannungsschutzelements zu signalisieren. Obwohl bisher nur Interaktion von dem Überspannungsmodul zum Monitoringmodul gezeigt ist, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise kann die Erfindung alternative oder zusätzlich auch zu einem ferngesteuerten Schalten von Funktionalitäten im Überspannungsschutzmoduls verwendet werden, um z.B. gezielt ein Schaltelement auszulösen.
Besonders vorteilhaft kann die Erfindung auch in Zusammenhang mit Überspannungsschutzmodulen ÜSM₁ , ÜSM₂ , ÜSM₃ verwendet werden, die neben einem Überspannungsschutzelement auch noch ein Schaltelement und eine thermische Aktivierungsstelle in thermischem Kontakt mit dem Überspannungsschutzelement aufweisen, wobei die thermische Aktivierungsstelle bei einer unzulässigen Erwärmung das Schaltelement zum Schalten veranlasst, wobei das Schaltelement eine Abtrennung oder einen Kurzschluss des Überspannungsschutzmoduls ÜSM₁ , ÜSM₂ , ÜSM₃ herbeiführt.
Weiterhin vorteilhaft können auch die Monitoringmodule MM₁ , MM₂ eine optische Statusanzeige aufweisen, sodass z.B. eine Änderung des zugeordneten Überspannungsschutzmoduls unmittelbar am Überspannungsschutzgerät 1 (aktiv optisch (LED) / passiv optisch (Sichtfenster mit Farbwechsel)) angezeigt werden können. Beispielsweise kann eine erfolgten Abtrennung oder Kurzschließung so angezeigt werden.
Alternativ oder zusätzlich können die Monitoringmodule MM₁ , MM₂ weiterhin eine Fernmeldeschnittstelle zur Statusmeldung in Bezug auf das Überspannungsschutzmodul ÜSM₁ , ÜSM₂ , ÜSM₃ aufweisen. Beispielsweise kann so eine erfolgten Abtrennung oder Kurzschließung ferngemeldet werden.
Insbesondere erlaubt das modulare Konzept es unterschiedliche Überspannungsschutzelemente zu verwenden. So kann ein Überspannungsschutzmodul ÜSM₁ , ÜSM₂ , ÜSM₃ zumindest ein Element ausgewählt aus einer Gruppe aufweisend Transient Voltage Suppressor-Diode, einen Varistor, Positive Temperatur Coefficient-Widerstand, Funkenstrecke oder Gasentladungsableiter aufweisen.
Besonders vorteilhaft kann das modulare Konzept auch mit SMD-Bestückung (Surface Mounted Device) umgesetzt werden. Dabei können die Überspannungsschutzmodul ÜSM₁ , ÜSM₂ , ÜSM₃ als auch die Monitoringmodule MM₁ , MM₂ sowohl einzeln als auch als bereits zusammengesetztes Überspannungsschutzgerät 1 auf einer Platine PCB wie in 5 gezeigt bestückbar sein. Somit ist ein maximaler Grad an Flexibilität gegeben.
Somit wird durch die Erfindung ein aus verschiedenen, zusammen passenden Modulen bestehendes Überspannungsschutzgerät 1 für den Einbau auf einer Platine PCB bereitgestellt, dass eine schnelle und flexible Anpassung an Kundenwünsche z.B. mittels Vorkonfektionierung ermöglicht oder es dem Verwender selbst ermöglicht, Platine PCB mit den einzelnen Modulen so zu bestücken, dass die gewünschte Schutzschaltung verwirklicht wird.
Insbesondere erlaubt es die Erfindung die einzelnen Module sowohl mit Bestückungsstiften als auch mit Pad-Elektroden zu versehen, sodass neben einer SMD-Bestückung auch eine klassische Verarbeitung möglich ist. Dabei können zur Montage der Überspannungsschutzgerät 1 auf eine Platine PCB herkömmliche Verfahren, wie z. B. Wellenlöten oder Reflow verwendet werden.
Bezugszeichenliste

1: Überspannungsschutzgerät
ÜSM1, ÜSM2, ÜSM3: Überspannungsschutzmodul
MM1, MM2: Monitoringmodul
PCB: Platine

Claims

Platinen-bestückbares modulares Überspannungsschutzgerät (1) aufweisend • zwei Überspannungsschutzmodule (ÜSM₁, ÜSM₂, ÜSM₃) mit jeweils zumindest einem Überspannungsschutzelement, • ein Monitoringmodul (MM₁), • wobei die Überspannungsschutzmodule (ÜSM₁, ÜSM₂, ÜSM₃) und das Monitoringmodul (MM₁) so gestaltet sind, dass die Überspannungsschutzmodule (ÜSM₁, ÜSM₂, ÜSM₃) mit dem Monitoringmodul (MM₁) interagieren können, sodass ein Monitoring von jeweils mehreren Funktionen der Überspannungsschutzmodule (ÜSM₁, ÜSM₂, ÜSM₃) ermöglicht wird.
Überspannungsschutzgerät (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Monitoringmodul (MM₁) und die Überspannungsschutzmodule (ÜSM₁, ÜSM₂, ÜSM₃) mechanisch und/oder elektrisch und/oder optisch und/oder magnetisch und/oder thermisch miteinander interagieren.
Überspannungsschutzgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überspannungsschutzmodule (ÜSM₁, ÜSM₂, ÜSM₃) jeweils weiterhin aufweisen: • ein Schaltelement, • eine thermische Aktivierungsstelle in thermischem Kontakt mit dem Überspannungsschutzelement, wobei die thermische Aktivierungsstelle bei einer unzulässigen Erwärmung das Schaltelement zum Schalten veranlasst, wobei das Schaltelement eine Abtrennung oder einen Kurzschluss des Überspannungsschutzmoduls (ÜSM₁, ÜSM₂, ÜSM₃) herbeiführt.
Überspannungsschutzgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Monitoringmodul (MM₁) eine optische Statusanzeige aufweist.
Überspannungsschutzgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Monitoringmodul (MM₁) weiterhin eine Fernmeldeschnittstelle zur Statusmeldung in Bezug auf die Überspannungsschutzmodule (ÜSM₁, ÜSM₂, ÜSM₃) aufweist.
Überspannungsschutzgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Überspannungsschutzelement zumindest ein Element ausgewählt aus einer Gruppe aufweisend Transient-Voltage-Suppressor-Diode, einen Varistor, Positive Temperatur Coefficient-Widerstand, Funkenstrecke oder Gasentladungsableiter aufweisen.
Überspannungsschutzgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überspannungsschutzmodule (ÜSM₁, ÜSM₂, ÜSM₃) und das Monitoringmodul (MM₁) zur SMD-Bestückung geeignet sind.