CN102024542B - 过电压保护元件 - Google Patents

Abstract

过电压保护元件，具有外壳、至少一个设在外壳内的过电压限制元件、两个使过电压保护元件与要保护的电流或信号电路电连接的连接触头、导电连接件和作用于连接件的弹簧***，第一连接触头直接与过电压限制元件的第一极导电接触，在过电压保护元件的正常状态下连接件既与第二连接触头也与过电压限制元件的第二极通过热断开的连接导电接触，该连接在过电压限制元件温度超过预先规定的极限温度时分开，在热连接断开情况下连接件通过弹簧***的力从接触部位中运动出来，使连接件不再与第二连接触头和过电压限制元件第二极导电接触。导电连接件与绝缘隔离件连接，使得在热连接断开的情况下绝缘隔离件在第二连接触头与过电压限制元件的第二极之间运动。

Description

过电压保护元件

技术领域

本发明涉及一种过电压保护元件，其具有外壳、至少一个设置在外壳内的过电压限制元件特别是压敏电阻、两个用于使得过电压保护元件与所要保护的电流电路或信号电路电连接的连接触头、导电连接件和作用于连接件上的弹簧***，其中，第一连接触头直接与过电压限制元件的第一极导电地接触，其中，在过电压保护元件的正常状态下，连接件既与第二连接触头导电地接触，也与过电压限制元件的第二极通过热断开的连接导电地接触，该连接在过电压限制元件的温度超过预先规定的极限温度情况下分开，其中在热连接断开的情况下，连接件通过弹簧***的力这样从接触部位中运动出来，使连接件不再与第二连接触头和过电压限制元件的第二极导电地接触。

背景技术

DE 4241311C2公开了一种过电压保护元件，其为了监压敏电阻的状态而具有热分离装置。在这种过电压保护元件中，第一接线件通过柔性导线与刚性隔离件连接，其背离柔性导线的末端通过焊点与压敏电阻上所设有的焊片连接。另一接线件通过柔性导线与压敏电阻或压敏电阻上的焊片固定连接。隔离件被弹簧***施加力，该力导致隔离件在钎焊连接分开时从焊片直线地离开运动，从而压敏电阻在热过载的情况下断电。通过弹簧***在钎焊连接分开时同时操纵遥控触点，从而可以遥控监测过电压保护元件的状态。通过将柔性导线用于压敏电阻的接线，来限制可以由过电压保护元件导出的最大允许的脉冲电流的大小。

DE 202004006227U1也公开一种过电压保护元件，其中压敏电阻的状态监测按照温度开关的原理进行，从而在压敏电阻过热的情况下，压敏电阻与隔离件之间所设有的钎焊连接分开，这样导致压敏电阻断电。此外，钎焊连接分开时塑料件通过弹簧的复位力从第一位置移动至第二位置，在该第二位置上，作为弹性金属簧片构造的隔离件通过塑料件与压敏电阻热分开和电分开，从而使在金属簧片与压敏电阻的接触部位之间可能出现的电弧熄灭。因为塑料件具有两个并排设置的彩色标记，所以同时也起到光学状态显示的功能，从而在现场可以直接读出过电压保护元件的状态。

DE 69503743T2公开了一种具有两个压敏电阻的过电压保护元件，它具有两个隔离件，这些隔离件各自在其使用寿命结束时可以单独断开压敏电阻。隔离件各自具有一个弹性的分离簧片，其中，分离簧片的第一端与第一接线固定连接，分离簧片的第二端在过电压保护元件的正常状态下通过连接簧片上的焊点固定在压敏电阻上。如果压敏电阻出现不允许的受热，那么这一点导致钎焊连接熔化。因为分离簧片在钎焊状态下(过电压保护元件的正常状态)从其静止位置向外偏移并因此预张紧，所以分离簧片的自由端在钎焊连接软化时从压敏电阻的连接簧片弹性外移，由此压敏电阻断电。为保证所要求的绝缘强度和爬电强度并熄灭在分离部位断开时出现的电弧，需要在分离簧片回转时使得分离簧片的第二端与过电压限制元件的连接簧片之间取得尽可能大的距离。此外，分离簧片的截面不能过大，以便使其具有足够大的弹性。但这一点同样导致限制最大允许的脉冲电流。

DE 69904274T2公开了一种开头所述的过电压保护元件。在这种过电压保护元件中，刚性弹簧加载的金属滑板的末端在过电压保护元件的正常状态下，既与第一接线件钎焊，也与连接压敏电阻的焊片钎焊。压敏电阻不允许的受热在这里也导致焊点受热，从而滑板由于弹簧作用于其上的力而从第一接线件与焊片之间的连接部位中拉出，这样使得压敏电阻断电。为了熄灭分离部位断开时出现的电弧，仅第一接线件与连接压敏电阻的焊片之间的空气隙可供使用，从而过电压保护元件必须具有相当大的尺寸，以便可以安全和快速地熄灭电弧。

所公开的过电压保护元件一般情况下构造为“保护插头”，其与设备底部共同形成过电压保护设备。为使这种过电压保护设备布线，例如需要保护的相位引导的导线L1、L2、L3以及中性线N和需要时还有地线PE，在所公开的过电压保护设备中，在设备底部上设有用于各导线的相应接线柱。为了使设备底部与各自的过电压保护元件简单地机械接触和电接触，针对过电压保护元件将连接触头构造为插头脚，在设备底部内设置有与插头脚互补的、与接线柱连接的插座，从而过电压保护元件可以简单地插接到设备底部上。

在这种过电压保护设备中，布线和安装利用过电压保护元件的可插接性可以非常简单和节省时间地进行。这种过电压保护设备部分地附加地还具有用于遥控至少一个过电压保护元件状态的作为信号发送器的转换触头以及各过电压保护元件内的光学状态显示机构。通过状态显示来表明设置在过电压保护元件内的过电压限制元件的功能是否正常。作为过电压限制元件，在此方面特别是使用压敏电阻，但其中根据过电压保护元件的使用目的，也可以使用充气的过电压放电器、火花间隙或者二极管。

此前所介绍的在已知的过电压保护元件中使用的以熔化钎焊连接为基础的隔热装置需要满足多项任务。在过电压保护元件的正常状态下，也就是在未分离的状态下，必须保证第一接线件与过电压限制元件之间安全且良好的导电连接。在超过确定的极限温度时，分离部位必须保证安全分离过电压限制元件以及持续的绝缘强度和爬电强度。如果过电压保护元件此外具有尽可能小的尺寸，以便使过电压保护设备不超过为支承轨设备预先规定的尺寸，那么这一点导致已知的过电压保护设备只能在低级和中级的功率级中使用，也就是针对≤65kA的脉冲电流使用。

发明内容

本发明的目的因此在于，提供一种开头所述的过电压保护元件，其中避免此前所称的缺点。在此方面，无论是正常状态下的安全且良好的导电连接，还是失灵的过电压限制元件的安全分离，均可以得到保证。此外，即使在过电压保护元件尽可能小的结构尺寸下，仍可以取得尽可能高的绝缘强度和爬电强度，以便可以使过电压保护元件可以导出尽可能高的脉冲电流。

该目的依据权利要求1在开头所述的过电压保护元件中采用如下措施得以实现，即导电连接件与绝缘的隔离件这样连接，即在热连接分开的情况下使绝缘的隔离件在第二连接触头与过电压限制元件的第二极之间运动。导电连接件在过电压保护元件的正常状态下设置在第二连接触头与过电压限制元件的第二极之间，并与二者导电连接、与一个绝缘隔离件连接，在热连接断开的情况下设置在第二连接触头与过电压限制元件的第二极之间，由此在分离部位断开时可能产生的电弧通过进入分离部位内的绝缘隔离件而可靠地熄灭。在过电压保护元件的故障情况下，因此在钎焊连接分离后，导电连接件通过弹簧***的力也从第二连接触头与过电压限制元件的第二极之间的间隙中运动出来，且绝缘隔离件运动到间隙内。

导电连接件和绝缘隔离件如何构成和如何相互连接，这在原则上存在各种可能性。绝缘隔离件例如可以由绝缘材料组成的印制电路板构成，其具有一种区域，在该区域中，印制电路板的表面在两面上导电，其中，导电表面借助通孔敷镀相互导电连接。但隔离件也可以由导电材料组成，该隔离件在连接件的区域内外面绝缘，例如具有绝缘镀层或者绝缘涂层。

依据本发明的一种优选设计，绝缘隔离件由刚性绝缘材料板构成，导电连接件由至少一个金属件构成，其中，金属件最好压入在绝缘材料板内构造的开口内。绝缘隔离件和导电连接件然后相互固定连接，并形成一个共同的部件，由此一方面使过电压保护元件的安装变得简单，另一方面保证导电连接件和绝缘隔离件始终共同移动。

依据本发明的另一种有利的设计，第二连接触头与刚性金属接线件固定连接，其中，然后在过电压保护元件的正常状态下，刚性金属接线件的背离第二连接触头的末端通过热断开的连接，也就是通过钎焊连接与导电连接件的一面连接。刚性金属接线件在此方面这样确定尺寸，使其也能毫无问题地传递具有非常高的幅度的脉冲电流。在过电压保护元件的正常状态下，然后过电压限制元件的第二极或与该极连接的连接片与连接件的一面钎焊，刚性金属接线件与连接件的另一面钎焊，从而第二连接触头通过金属接线件和连接件与过电压限制元件的第二极或第二极的连接片导电地连接。

导言中介绍了在热连接断开的情况下，也就是在钎焊连接分离的情况下，连接件通过弹簧***的力从接触部位运动离开。原则上这一点也可以采取如下措施来实现，即弹簧直接设置在连接件与外壳之间，从而连接件在钎焊连接分离时直接通过弹簧从接触部位中拉出或者压出。在此方面，弹簧当然也可以不作用于连接件上，而是作用于-与连接件固定连接的-绝缘隔离件上。

依据本发明一种优选设计，在外壳内部可运动地设置有脱扣滑块，弹簧***以如下方式作用在该脱扣滑块上，即在热连接断开的情况下使脱扣滑块通过弹簧***的力从第一位置运动到第二位置。脱扣滑块此外也可以按如下方式与绝缘隔离件或者连接件连接，即在脱扣滑块的第一位置上使导电连接件，并在脱扣滑块的第二位置上使绝缘隔离件，设置在第二连接触头与过电压限制元件的第二极或连接片之间。脱扣滑块因此用于使导电连接件从在第二连接触头或与第二连接触头连接的刚性金属接线件和第二极或与第二极连接的连接片之间的间隙中运动出来。因为导电连接件与绝缘隔离件固定连接，所以在此方面同时使隔离件运动到间隙内。

根据脱扣滑块的设计，并根据脱扣滑块是作用于连接件上还是作用于隔离件上，在此方面，导电连接件被从间隙中推出或者拉出。依据一种优选的实施方式，在脱扣滑块上设置有至少一个夹持(aufnimmt)绝缘隔离件的一部分的夹持钩(Mitnahmehaken)。绝缘隔离件因此最好在其底缘上被夹持钩夹持，从而绝缘隔离件-进而还有导电连接件-在脱扣滑块从第一位置向第二位置内运动时向上运动，从而将连接件从间隙中推出，并将绝缘隔离件推入到间隙内。

在依据本发明的过电压保护元件中，因此连接件是可运动地设置的唯一通电流的元件。相反，金属接线件与连接触头同样刚性地构造，从而两个元件可以相当耐用，并具有相当大的横截面，以便也可以安全地传递大的脉冲电流。由于没有可运动的输送线路，可以保证非常高的冲击承受能力和短路电流承受能力。

依据本发明的过电压保护元件有利地构造成“保护插头”，从而它与对应的设备底部共同形成过电压保护设备。在此方面具有优点的是，设备底部具有用于遥控过电压保护元件状态的遥控触头。为了操纵外壳底部内属于遥控触头的开关，在过电压保护元件内设有脱扣销，其通过外壳底面上的开口伸出。在此方面，脱扣销最好与脱扣滑块连接，从而通过脱扣滑块从第一位置向第二位置的运动，同时移动也就是抬起脱扣销。为此在脱扣滑块内构造有里面设置脱扣销的锅状孔。

依据另一种优选的设计，在此方面脱扣销同时用于固定或引导与脱扣销共同形成弹簧***的两个螺旋弹簧。两个螺旋弹簧在此方面设置在脱扣销上，该脱扣销在其中间区域内具有凸缘，从而一个螺旋弹簧一方面作用于外壳上，另一方面作用于脱扣销的凸缘上，另一螺旋弹簧一方面作用于凸缘上，另一方面作用于脱扣滑块上。有关这种具有两个螺旋弹簧的弹簧***的优点，参阅DE 4241311C2和那里所示和所介绍的弹簧***。

依据本发明的过电压保护元件的这里还需简要介绍的最后一种具有优点的设计，设有光学的状态显示机构，其显示设置在过电压保护元件内的过电压限制元件是否工作正常。为此在脱扣滑块上最好构造有彩色显示面，其中，在取决于脱扣滑块位置的情况下，显示面或者显示面的确定区域设置在构造于外壳内的视窗下面。视窗在此方面最好可以构造在外壳的顶面上，从而在过电压保护设备在支承轨上定位的情况下也可以简单地读出状态显示。

附图说明

具体来说，现在有很多种方案可用来设计和改进依据本发明的过电压保护元件。为此既参阅权利要求1之后的权利要求，也参阅下面结合附图对优选实施例的说明。图中示出：

图1为过电压保护元件实施例的剖面图；

图2为根据图1的过电压保护元件的无外壳的分解图；

图3为过电压保护元件的一部分在正常状态下连同取下的外壳的剖面图；和

图4为根据图3的过电压保护元件的该部分连同断电的压敏电阻的剖面图。

具体实施方式

附图示出具有外壳2的过电压保护元件1，其中在外壳2内设置有过电压限制元件3。在所示的实施例中，过电压限制元件为压敏电阻3；作为备选方案，例如也可以将双压敏电阻或者充气的过电压放电器作为过电压限制元件3使用。作为保护插头构造的过电压保护元件1具有两个作为刀式触头构造的连接触头4、5，它们可以***到在这里未示出的设备底部的对应插座内。

正如特别是从根据图2的分解图所看到的那样，过电压保护元件1还具有导电连接件6和弹簧***7。压敏电阻3的两个极各自与连接片8、9连接，其中，在过电压保护元件1的正常状态下，压敏电阻3通过两个连接片8、9与两个连接触头4、5连接。第一连接触头4在此方面直接-最好整体-与过电压限制元件3的第一极的连接片8连接。

依据本发明，导电连接件6与绝缘隔离件10固定连接，其中，在所示的实施例中，连接件6由金属件构成，绝缘的隔离件10由具有开口的刚性绝缘材料板构成，金属件压入开口内。从图2此外可以看出，第二连接触头5与现在构造为接线角的刚性金属接线件11固定连接。刚性金属接线件11在此方面这样确定尺寸，使其可以导出＞65kA的脉冲电流。

在过电压保护元件的正常状态下，连接件6一方面与压敏电阻3的第二极的连接片9钎焊，另一方面与刚性接线件11的背离第二连接触头5的末端钎焊，从而第二连接触头5在存在钎焊连接的情况下通过接线件11、连接件6和连接片9与压敏电阻3的第二极连接。基于对这些输送电流的机械部件的耐用设计-正如已经介绍的那样-大的脉冲电流也得到安全传递并因此导出。

如果由于压敏电阻3的故障而导致连接件6与连接片9之间以及连接件6与接线件11之间的钎焊连接熔化，那么连接件6通过弹簧***7的力从接触部位向上推移，并同时将绝缘隔离件10***到连接片9与刚性接线件11之间的间隙内。在分离部位断开时产生的电弧因此直接通过进入分离部位内的绝缘隔离件10熄灭，从而可以保证高的绝缘强度和爬电强度以及快速熄灭电弧，而无需扩大第二极的连接片9与所属连接触头5或接线件11之间的距离。过电压保护元件1因此可以具有相当小的尺寸，从而其特别适合作为在支承轨上定位的设备底部上的插头件使用。因为并非接线件11运动，而是仅连接件6运动，所以作为接线角构造的接线件11相当耐用，并具有足够大的截面。

特别是从根据图2的分解图进一步可以看出，过电压保护元件1还有一个最好由塑料制造的脱扣滑块12。脱扣滑块12在其下部区域内具有两个夹持钩13，这些夹持钩在底部夹持隔离件10的底面。此外，在脱扣滑块12内构造有一端封闭的孔14，孔内装入脱扣销15，其下端16从设置在外壳2的底面17上的开口伸出，从而通过脱扣销15可以操纵遥控触头的设置在-这里未示出的-设备底部内的开关。

脱扣销15在其中间区域内具有环形凸缘18，在凸缘端面上各自紧贴一个插接在脱扣销15上的螺旋弹簧19。在安装状态下，两个螺旋弹簧19压紧，从而下部的螺旋弹簧19一方面作用于外壳2上，另一方面作用于凸缘18的下端面上，而上部的螺旋弹簧19一方面作用于凸缘18的上端面上，另一方面作用于脱扣滑块12内的作为锅工作的一端封闭的孔14上。螺旋弹簧19的弹簧力在此方面通过脱扣滑块12及其夹持钩13作用于绝缘隔离件10上，并因此一方面作用于连接件6与连接片9之间的钎焊部位上，另一方面作用于连接件6与接线件11之间的钎焊部位上。

如果现在随着时间的流逝由于过载或者老化而使得泄漏电流持续通过压敏电阻3流动，那么这一点导致压敏电阻3受热，在达到焊料的熔点温度情况下导致钎焊连接分离，因为钎焊部位不再能够产生与两个螺旋弹簧19的弹簧力相反的所需的反作用力。这一点然后导致脱扣滑块12从其第一下部位置(图3)移动至其第二上部位置(图4)，其中，通过作用于隔离件10的夹持钩13也将绝缘材料板向上推移，从而作为连接件6使用的金属件从连接片9与接线件11之间的间隙移出，并将绝缘隔离件10移入到间隙内。进入间隙内的隔离件10在此方面断开压敏电阻3的第二极与第二连接触头5之间的导电连接，从而压敏电阻3断电。同时，所出现的开关电弧通过进入到间隙内的隔离件10而中断并因此熄灭。

为显示压敏电阻3或过电压保护元件1的状态，设有光学的状态显示机构，其通过在外壳2的顶面20上构造的视窗21可以看出。光学状态显示机构在所示的实施例中通过如下措施形成，即脱扣滑块12具有柔性的彩色显示面22，该显示面在脱扣滑块12的第二上部位置上覆盖在过电压保护元件1的内壳23上构造的不同颜色的区域24。内壳23的处于视窗21下面的区域24例如涂成绿色，从而该绿色区域24在脱扣滑块12的第一下部位置上(图3)可以通过在外壳2的顶面20上的视窗21看到。在压敏电阻3的故障情况下，即钎焊连接分离且脱扣滑块12移动至其第二上部位置，柔性显示面22覆盖内壳的彩色区域24，从而现在通过外壳2内的视窗21可以看到脱扣滑块12的显示面22。如果该显示面22例如涂成红色，那么通过视窗21可以迅速且简单地识别出压敏电阻3是仍正常工作(绿色状态显示)还是已经失灵并因此断电(红色状态显示)。

作为此前所介绍的光学状态显示设计的备选方案，显示面22也可以按两种颜色-绿色区域和红色区域-来设计，其中，根据脱扣滑块12的位置可以通过视窗21看到显示面22的区域。

Claims (13)

1.过电压保护元件，具有外壳（2）、至少一个设置在外壳（2）内的过电压限制元件（3）、两个用于使得过电压保护元件（1）与所要保护的电流电路或信号电路电连接的连接触头（4、5）、导电的连接件（6）和作用于连接件（6）上的弹簧***（7），

其中，第一连接触头（4）直接与过电压限制元件（3）的第一极导电地接触，

其中，在过电压保护元件（1）的正常状态下，连接件（6）既与第二连接触头（5）导电地接触，也与过电压限制元件（3）的第二极通过热断开的连接导电地接触，该热断开的连接在过电压限制元件（3）的温度超过预先规定的极限温度情况下分开，

其中在热连接断开的情况下，连接件（6）通过弹簧***（7）的力按如下方式从接触部位中运动出来，使连接件（6）不再与第二连接触头（5）和过电压限制元件（3）的第二极导电地接触，

其中所述连接件（6）和所述第二连接触头（5）是两个单独的部件，并且所述第二连接触头（5）构造成刚性的，

其特征在于，

导电连接件（6）与绝缘隔离件（10）固定地相连接，其中导电连接件（6）与绝缘隔离件（10）按如下方式连接，即在热连接断开的情况下使绝缘的隔离件（10）在第二连接触头（5）与过电压限制元件（3）的第二极之间运动。

2.按权利要求1所述的过电压保护元件，其特征在于，导电连接件（6）由至少一个设置在绝缘隔离件（10）内的金属件构成。

3.按权利要求1或2所述的过电压保护元件，其特征在于，绝缘隔离件（10）由刚性的绝缘材料板构成。

4.按权利要求1或2所述的过电压保护元件，其特征在于，刚性金属接线件（11）与第二连接触头（5）固定连接，其中，然后在过电压保护元件（1）的正常状态下，连接件（6）与金属的接线件（11）之间且连接件（6）与过电压限制元件（3）的第二极之间各自形成热断开的连接。

5.按权利要求1或2所述的过电压保护元件，其特征在于，在外壳（2）内部可运动地设置有脱扣滑块（12），该脱扣滑块与绝缘隔离件（10）连接，弹簧***（7）按如下方式作用在该脱扣滑块上，即在热连接断开的情况下使脱扣滑块（12）通过弹簧***（7）的力从第一位置运动到第二位置，其中，在脱扣滑块（12）的第一位置上，导电的连接件（6）设置在第二连接触头（5）与过电压限制元件（3）的第二极之间，在脱扣滑块（12）的第二位置上，绝缘隔离件（10）设置在第二连接触头（5）与过电压限制元件（3）的第二极之间。

6.按权利要求5所述的过电压保护元件，其特征在于，在脱扣滑块（12）上设置有至少一个夹持绝缘隔离件（10）的一部分的夹持钩（13）。

7.按权利要求5所述的过电压保护元件，其特征在于，在脱扣滑块（12）内构造有孔（14），孔内设置有用于操纵遥控触点的脱扣销（15），该遥控触点通过在外壳（2）的底面（17）上的开口伸出。

8.按权利要求7所述的过电压保护元件，其特征在于，脱扣销（15）具有凸缘（18），弹簧***（7）由设置在脱扣销（15）上的两个螺旋弹簧（19）组成，其中，一个螺旋弹簧（19）一方面作用于外壳（2）上，另一方面作用于脱扣销（15）的凸缘（18）上，另一螺旋弹簧（19）一方面作用于凸缘（18）上，另一方面作用于脱扣滑块（12）上。

9.按权利要求1或2所述的过电压保护元件，其特征在于，设有光学的状态显示机构，并在外壳（2）内构造有视窗（21）。

10.按权利要求9所述的过电压保护元件，其特征在于，脱扣滑块（12）具有彩色的显示面（22），其中，在取决于脱扣滑块（12）的位置的情况下，显示面（22）或者显示面（22）的确定区域设置在外壳（2）内的视窗（21）下面。

11.按权利要求10所述的过电压保护元件，其特征在于，过电压限制元件（3）被内壳（23）至少部分地环绕，其中，内壳（23）至少在设置在外壳（2）内的视窗（21）下面的区域（24）中为彩色；脱扣滑块（12）的彩色显示面（22）是柔性的，并在脱扣滑块（12）的第二位置上覆盖内壳（23）的彩色区域（24）。

12.按权利要求1所述的过电压保护元件，其特征在于，所述过电压限制元件（3）是压敏电阻。

13.按权利要求11所述的过电压保护元件，其特征在于，内壳（23）至少在设置在外壳（2）内的视窗（21）下面的区域（24）中为绿色。