DE10040603A1 - Überspannungsschutzeinrichtung - Google Patents
ÜberspannungsschutzeinrichtungInfo
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Abstract
Beschrieben und dargestellt ist eine Überspannungsschutzeinrichtung, mit einer ersten Elektrode (1), mit einer zweiten Elektrode (2), mit einer zwischen den Elektroden (1, 2) existenten bzw. wirksamen Luft-Durchschlag-Funkenstrecke (3) und mit einem die Elektroden (1, 2) aufnehmenden Gehäuse, wobei beim Zünden der Luft-Durchschlag-Funkenstrecke (3) ein Lichtbogen (4) zwischen der ersten Elektrode (1) und der zweiten Elektrode (2) entsteht. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist eine Überspannungsschutzeinrichtung geschaffen, die sich durch ein hohes Netzfolgestromlöschvermögen auszeichnet, trotzdem jedoch konstruktiv einfach realisiert werden kann, und zwar dadurch, daß der ersten Elektrode (1) und der zweiten Elektrode (2) eine dritte Elektrode (5) zugeordnet ist und zwischen der ersten Elektrode (1) und der dritten Elektrode (5) eine zweite Luft-Durchschlag-Funkenstrecke (6) existent bzw. wirksam ist, daß die dritte Elektrode (5) über mindestens eine Impedanz, insbesondere einen Varistor (7), direkt oder indirekt mit der zweiten Elektrode (2) verbunden ist und daß nach dem Ableiten des Stoßstroms über die erste Elektrode (1), die erste Luft-Durchschlag-Funkenstrecke (3) und die zweite Elektrode (2) der verbliebende Lichtbogen (4) von der ersten Luft-Durchschlag-Funkenstrecke (3) zur zweiten Luft-Durchschlag-Funkenstrecke (6) verbringbar ist, insbesondere durch pneumatische oder magnetische Beblasung.
Description
Die Erfindung betrifft eine Überspannungsschutzeinrichtung, mit einer ersten
Elektrode, mit einer zweiten Elektrode, mit einer zwischen den Elektroden
existenten bzw. wirksamen Luft-Durchschlag-Funkenstrecke und mit einem
die Elektroden aufnehmenden Gehäuse, wobei beim Zünden der Luft-Durch
schlag-Funkenstrecke ein Lichtbogen zwischen der ersten Elektrode und der
zweiten Elektrode entsteht.
Elektrische, insbesondere aber elektronische Meß-, Steuer-, Regel- und
Schaltkreise, vor allem auch Telekommunikationseinrichtungen und -anlagen,
sind empfindlich gegen transiente Überspannungen, wie sie insbesondere
durch atmosphärische Entladungen, aber auch durch Schalthandlungen oder
Kurzschlüsse in Energieversorgungsnetzen auftreten können. Diese Emp
findlichkeit hat in dem Maße zugenommen, in dem elektronische Bauelemen
te, insbesondere Transistoren und Thyristoren, verwendet werden; vor allem
sind zunehmend eingesetzte integrierte Schaltkreise in starkem Maße durch
transiente Überspannungen gefährdet.
Elektrische Stromkreise arbeiten mit der für sie spezifizierten Spannung, der
Nennspannung, normalerweise störungsfrei. Das gilt dann nicht, wenn Über
spannungen auftreten. Als Überspannungen gelten alle Spannungen, die
oberhalb der oberen Toleranzgrenze der Nennspannung liegen. Hierzu zäh
len vor allem auch die transienten Überspannungen, die aufgrund von at
mosphärischen Entladungen, aber auch durch Schalthandlungen oder Kurz
schlüsse in Energieversorgungsnetzen auftreten können und galvanisch, in
duktiv oder kapazitiv in elektrische Stromkreise eingekoppelt werden kön
nen. Um nun elektrische oder elektronische Stromkreise, insbesondere elek
tronische Meß-, Steuer-, Regel- und Schaltkreise, vor allem auch Telekommu
nikationseinrichtungen und -anlagen, wo auch immer sie eingesetzt sind, ge
gen transiente Überspannungen zu schützen, sind Überspannungsschutzein
richtungen entwickelt worden und seit mehr als zwanzig Jahren bekannt.
Wesentlicher Bestandteil von Überspannungsschutzeinrichtung der hier in
Rede stehenden Art ist mindestens eine Funkenstrecke, die bei einer bestimm
ten Überspannung, der Ansprechspannung, ansprechen und damit verhin
dert, daß in dem durch eine Überspannungsschutzeinrichtung geschützten
Stromkreis Überspannungen auftreten, die größer als die Ansprechspannung
der Funkenstrecke sind.
Eingangs ist ausgeführt worden, daß die erfindungsgemäße Überspannungs
schutzeinrichtung zwei Elektroden und eine zwischen den Elektroden exis
tente bzw. wirksame Luft-Durchschlag-Funkenstrecke aufweist. Mit
Luft-Durchschlag-Funkenstrecke ist ganz allgemein eine Durchschlag-Funken
strecke gemeint; umfaßt sein soll damit also auch eine Durchschlag-Funken
strecke, bei der nicht Luft, sondern ein anderes Gas zwischen den Elektroden
vorhanden ist. Neben Überspannungsschutzeinrichtungen mit einer
Luft-Durchschlag-Funkenstrecke gibt es Überspannungsschutzeinrichtungen mit
einer Luft-Überschlag-Funkenstrecke, bei denen beim Ansprechen eine
Gleitentladung auftritt. Überspannungsschutzeinrichtungen mit einer
Luft-Durchschlag-Funkenstrecke haben gegenüber Überspannungsschutzein
richtungen mit einer Luft-Überschlag-Funkenstrecke den Vorteil einer höhe
ren Stoßstromtragfähigkeit, jedoch den Nachteil einer höheren - und auch
nicht sonderlich konstanten - Ansprechspannung. Deshalb sind bereits ver
schiedene Überspannungsschutzeinrichtungen mit einer Luft-Durchschlag-Funkenstrecke
vorgeschlagen worden, die in bezug auf die Ansprechspan
nung verbessert worden sind. Dabei sind im Bereich der Elektroden bzw. der
zwischen den Elektroden wirksamen Luft-Durchschlag-Funkenstrecke in
verschiedener Weise Zündhilfen realisiert worden, z. B. dergestalt, daß zwi
schen den Elektroden mindestens eine Gleitentladung auslösende Zündhilfe
vorgesehen worden ist, die zumindest teilweise in die Luft-Durchschlag-Fun
kenstrecke hineinragt, stegartig ausgeführt ist und aus Kunststoff besteht.
Eine Überspannungsschutzeinrichtung der eingangs und zuvor beschriebenen
Art ist aus der DE 44 02 615 C2 bekannt. Die bekannte Überspannungs
schutzeinrichtung weist zwei schmale Elektroden auf, die jeweils winkelför
mig ausgebildet sind und jeweils ein Funkenhorn und einen davon abgewin
kelten Anschlußschenkel aufweisen. Darüber hinaus sind die Funkenhörner
der Elektroden in ihren an die Anschlußschenkel angrenzenden Bereichen
mit einer Bohrung versehen. Die in den Funkenhörnern der Elektroden vor
gesehenen Bohrungen sorgen dafür, daß im Augenblick des Ansprechens des
Überspannungsschutzelements, also des Zündens, der entstandene Lichtbo
gen durch eine thermische Druckwirkung "in Fahrt gesetzt wird", also von
seiner Entstehungsstelle wegwandert. Da die Funkenhörner der Elektroden
V-förmig zueinander angeordnet sind, wird somit die von dem Lichtbogen zu
überbrückende Strecke beim Herauswandern des Lichtbogens vergrößert,
wodurch auch die Lichtbogenspannung ansteigt.
Beim Zünden der Luft-Durchschlag-Funkenstrecke entsteht durch den sich
bildenden Lichtbogen eine niederimpedante Verbindung zwischen den bei
den Elektroden. Hierdurch folgt bei anliegender Netzspannung ein uner
wünschter Netzfolgestrom über die Überspannungsschutzeinrichtung, so daß
man bestrebt ist, den Lichtbogen möglichst schnell nach abgeschlossenem
Ableitvorgang zu löschen. Eine Möglichkeit zur Erreichung dieses Ziels be
steht darin, die Lichtbogenlänge und damit die Lichtbogenspannung zu ver
größern. Diese Möglichkeit ist bei der Überspannungsschutzeinrichtung, wie
sie aus der DE 44 02 615 C2 bekannt ist, realisiert. Nachteilig ist dabei, daß
die geometrischen Abmessungen der Elektroden entsprechend groß werden
und damit diese Beeinflussung an bestimmte Geometrievorgaben gebunden
ist.
Eine weitere Möglichkeit, den Lichtbogen zu löschen, besteht in der Küh
lung des Lichtbogens durch die Kühlwirkung von Isolierstoffwänden sowie
die Verwendung von Gas abgebenden Isolierstoffen. Dabei ist eine starke
Strömung des Löschgases notwendig, was einen hohen konstruktiven Auf
wand erfordert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine Überspannungsschutz
einrichtung der in Rede stehenden Art anzugeben, die sich durch ein hohes
Netzfolgestromlöschvermögen auszeichnet, trotzdem jedoch konstruktiv ein
fach realisiert werden kann.
Die erfindungsgemäße Überspannungsschutzeinrichtung, bei der die zuvor
hergeleitet und aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, ist nun zunächst und im we
sentlichen dadurch gekennzeichnet, daß der ersten Elektrode und der zwei
ten Elektrode eine dritte Elektrode zugeordnet ist und zwischen der ersten
Elektrode und der dritten Elektrode eine zweite Luft-Durchschlag-Funken
strecke existent bzw. wirksam ist, daß die dritte Elektrode über mindestens
eine Impedanz, insbesondere einen Varistor, direkt oder indirekt mit der zwei
ten Elektrode verbunden ist und daß nach dem Ableiten des Stoßstromes
über die erste Elektrode, die erste Luft-Durchschlag-Funkenstrecke und die
zweite Elektrode der verbliebenen Lichtbogen von der ersten Luft-Durch
schlag-Funkenstrecke zur zweiten Luft-Durchschlag-Funkenstrecke ver
bringbar ist, insbesondere durch pneumatische oder magnetische Beblasung.
Wie im Stand der Technik, so liegt auch die erfindungsgemäße Überspan
nungsschutzeinrichtung in der Regel parallel zum Eingang des zu schützen
den Stromkreises bzw. der zu schützenden Anlage bzw. des zu schützenden
Gerätes. Die - zweipolige - Überspannungsschutzeinrichtung ist also elek
trisch, und zwar galvanisch, mit den Leitungen bzw. Anschlüssen verbunden,
zwischen denen betriebsmäßig die Betriebsspannung ansteht. Nachfolgend
werden, wie nicht unüblich, die erste Leitung bzw. der erste Anschluß auch
mit spannungsführend beschrieben, während die zweite Leitung bzw. der
zweite Anschluß auch mit Masse bezeichnet wird. Unter Verwendung dieser
Therminologie wird dann als Regelfall davon ausgegangen, daß die erste
Elektrode der Überspannungseinrichtung mit der spannungsführenden Lei
tung bzw. dem spannungsführenden Anschluß und die zweite Elektrode der
Überspannungseinrichtung mit Masse zu verbinden sind bzw. verbunden
sind. Selbstverständlich kann auch der Anschluss der erfindungsgemäßen
Überspannungsschutzeinrichtung umgekehrt erfolgen und selbstverständlich
kann die erfindungsgemäße Überspannungsschutzeinrichtung nicht nur zum
Schutz von Stromkreisen verwendet werden, bei denen als Betriebsspan
nung eine Wechselspannung vorliegt, vielmehr ist die erfindungsgemäße
Überspannungsschutzeinrichtung ohne weiteres auch dann einsetzbar, wenn
die Betriebsspannung des zu schützenden Stromkreises eine Gleichspannung
ist.
Im Bezug auf die Überspannungsschutzeinrichtung hat es zuvor geheißen,
daß die dritte Elektrode über mindestens eine Impedanz direkt oder indirekt
mit der zweiten Elektrode verbunden ist. Mit einer direkten Verbindung ist
gemeint, daß die dritte Elektrode innerhalb der erfindungsgemäßen Über
spannungsschutzeinrichtung mit der zweiten Elektrode verbunden ist. Unter
einer indirekten Verbindung der dritten Elektrode mit der zweiten Elektrode
ist zu verstehen, daß diese Verbindung außerhalb der erfindungsgemäßen
Überspannungsschutzeinrichtung zu realisieren ist bzw. realisiert ist, z. B. da
durch, daß die Überspannungsschutzeinrichtung dreipolig ist und sowohl die
zweite Elektrode als auch die dritte Elektrode auf Masse zu legen sind bzw.
auf Masse liegen.
Bei der erfindungsgemäßen Überspannungsschutzeinrichtung zündet die
Luft-Durchschlag-Funkenstrecke bei Anliegen der Ansprechspannung, so
wie im Stand der Technik üblich, zwischen der ersten und der zweiten Elek
trode. Dabei kann zur Verbesserung der Ansprechcharakteristik der Über
spannungsschutzeinrichtung - wie im Stand der Technik bekannt - im Be
reich der Elektroden bzw. der zwischen den Elektroden wirksamen Luft-Durchschlag-Funkenstrecke
eine bekannte Zündhilfe realisiert sein. Über die
gezündete Funkenstrecke wird nun - ebenfalls wie bekannt - der Stoßstrom
abgeleitet. Zur Unterdrückung eines möglichen Netzfolgestroms bzw. zum
Löschen eines aufgetretenen Netzfolgestroms wird nun erfindungsgemäß der
verbliebene Lichtbogen von der ersten Luft-Durchschlag-Funkenstrecke zur
zweiten Luft-Durchschlag-Funkenstrecke verbracht. Dadurch, daß die dritte
Elektrode nicht wie die zweite Elektrode direkt, sondern über mindestens
eine Impedanz, insbesondere einen Varistor, mit Masse verbunden ist, wird
jetzt für die Überspannungsschutzeinrichtung eine schlagartig erhöhte Impe
danz wirksam, so daß ein Netzfolgestrom verhindert bzw. ein existenter Netz
folgestrom zum Erlöschen gebracht wird. Durch die der dritten Elektrode
nachgeschaltete Impedanz liegt zwischen der ersten Elektrode bzw. der
spannungsführenden Leitung bzw. dem spannungsführenden Anschluß und
Masse ein Spannungsteiler, der dafür sorgt, daß bei anliegender Netzspan
nung die zwischen der ersten Elektrode und der dritten Elektrode anstehen
de Teilspannung geringer ist als die Brennspannung des Lichtbogens, diese
Teilspannung somit nicht mehr ausreicht, um den Lichtbogen aufrechtzuer
halten.
Die Art und Weise, wie der nach dem Ableiten des Stoßstroms verbliebene
Lichtbogen von der ersten Luft-Durchschlag-Funkenstrecke zur zweiten
Luft-Durchschlag-Funkenstrecke bzw. von der ersten Elektrode und der
zweiten Elektrode zur ersten Elektrode und der dritten Elektrode verbracht
wird, kann durch unterschiedliche Maßnahmen realisiert werden, insbeson
dere, wie bereits ausgeführt, durch pneumatische oder magnetische Bebla
sung. Eine pneumatische Beblasung kann dadurch realisiert werden, daß der
aus der Thermik des Lichtbogens resultierende Gas- bzw. Plasmastrom gezielt
geführt wird. Eine diese Maßnahme realisierende bevorzugte Ausführungs
form der erfindungsgemäßen Überspannungsschutzeinrichtung ist dadurch
gekennzeichnet, daß das Gehäuse und/oder die dritte Elektrode mindestens
eine Öffnung aufweisen bzw. aufweist, durch die Öffnung ein Druckaus
gleich entsteht und der Druckausgleich eine gezielte Ausbreitung des Gas- bzw.
Plasmastroms von der zweiten Elektrode zur dritten Elektrode bewirkt.
Mit der Ausbreitung des Gas- bzw. Plasmastroms von der zweiten Elektrode
in Richtung auf die dritte Elektrode wird der Fußpunkt des Lichtbogens von
der zweiten Elektrode zur Dritten Elektrode verbracht.
Die bereits angesprochene magnetische Beblasung kann dadurch realisiert
sein, daß in bekannter Weise die elektrischen Anschlüsse der Überspan
nungsschutzeinrichtung derart zueinander angeordnet sind, daß der Stoß
strom ein solches Magnetfeld erzeugt, daß den Lichtbogen von der ersten
Luft-Durchschlag-Funkenstrecke zur zweiten Luft-Durchschlag-Funken
strecke bzw. von der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode zur ersten
Elektrode und der dritten Elektrode verbringt.
Es ist selbstverständlich, daß bei erfindungsgemäßen Überspannungsschutz
einrichtungen auch sowohl eine pneumatische als auch eine magnetische Be
blasung des verbliebenen Lichtbogens realisiert sein können.
Die Lehre der vorliegenden Erfindung ist grundsätzlich unabhängig von der
konkreten Ausgestaltung der Überspannungsschutzeinrichtung, insbesondere
von der Art und der Form der Elektroden, der Ausgestaltung der Luft-Durch
schlag-Funkenstrecke oder der Verwendung von Zündhilfen. Den
noch sollen nachfolgend zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfin
dungsgemäßen Überspannungsschutzeinrichtung kurz angegeben werden.
Ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Über
spannungsschutzeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse
eine im wesentlichen zylindrische Form aufweist, daß die erste Elektrode als
stabförmige Mittelelektrode ausgeführt ist, daß die zweite Elektrode und die
dritte Elektrode als zylindrische Außenelektroden ausgebildet und konzen
trisch um die erste Elektrode angeordnet sind und das die zweite Elektrode
und die dritte Elektrode mit axialem Abstand zueinander angeordnet sind, - so
daß ein Teil der ersten Elektrode von der zweiten Elektrode und ein anderer
Teil der ersten Elektrode von der dritten Elektrode umgeben ist. Bei einer
derartigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Überspannungsschutzein
richtung wird der Lichtbogen dann parallel zur Längserstreckung der ersten
Elektrode von der zweiten Elektrode zur dritten Elektrode geblasen, z. B.
dadurch, daß in der dritten Elektrode oder am Übergang der dritten Elektrode
zum Gehäuse mindestens eine radiale Öffnungen vorgesehen ist.
Ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Über
spannungsschutzeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elek
trode als flache Kreisscheibe ausgebildet ist, daß die zweite Elektrode und die
dritte Elektrode der ersten Elektrode gegenüberliegend angeordnet sind und
daß die zweite Elektrode mittig zur ersten Elektrode und die dritte Elektrode
konzentrisch um die zweite Elektrode angeordnet ist. Durch eine derartige
Ausgestaltung und Anordnung der Elektroden ist eine Überspannungs
schutzeinrichtung mit einer sehr geringen Bauhöhe realisierbar. Vorzugs
weise ist im übrigen die dritte Elektrode nicht kreisringförmig, sondern kreis
ringsegmentförmig, insbesondere halbkreisförmig, ausgebildet, so daß die
dritte Elektrode die zweite Elektrode nur teilweise konzentrisch umschließt.
Weiter vorteilhaft ist es bei einer derartigen Ausführung einer erfindungsge
mäßen Überspannungsschutzeinrichtung, wenn der axiale Abstand zwischen
der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode geringer ist als der axiale Ab
stand zwischen der ersten Elektrode und der dritten Elektrode. Dies kann
durch unterschiedliche Bauhöhen oder Anordnungen der zweiten Elektrode
bzw. der dritten Elektrode realisiert werden. Dadurch, daß der Abstand zwi
schen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode geringer ist als der Ab
stand zwischen der ersten Elektrode und der dritten Elektrode, wird sicher
gestellt, daß zunächst die Luft-Durchschlag-Funkenstrecke zwischen der er
sten Elektrode und der zweiten Elektrode zündet und der Stoßstrom über
diese Luft-Durchschlag-Funkenstrecke, also über die erste Elektrode und die
zweite Elektrode, ableitet wird.
Im einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsge
mäße Überspannungsschutzeinrichtung auszugestalten und weiterzubilden.
Dazu wird verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordne
ten Patentansprüche, andererseits auf die nachfolgende Beschreibung bevor
zugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeich
nung zeigen
Fig. 1 eine Darstellung des Funktionsprinzips der Anordnung der
Elektroden bei einer erfindungsgemäßen Überspannungsschutz
einrichtung,
Fig. 2 eine Prinzipsskizze eines ersten Ausführungsbeispiels einer er
findungsgemäßen Überspannungsschutzeinrichtung,
Fig. 3 eine Darstellung der Elektrodenanordnung bei der Ausführung
der erfindungsgemäßen Überspannungsschutzeinrichtung ge
mäß Fig. 2, teilweise im Schnitt,
Fig. 4 eine Prinzipsskizze eines zweiten Ausführungsbeispiels einer er
findungsgemäßen Überspannungsschutzeinrichtung,
Fig. 5 eine Überspannungsschutzeinrichtung gemäß dem zweiten Aus
führungsbeispiel im Schnitt und
Fig. 6 eine Draufsicht auf eine Überspannungsschutzeinrichtung ge
mäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
Fig. 1 zeigt das Funktionsprinzip der erfindungsgemäßen Überspannungs
schutzeinrichtung, welche zunächst aus einer ersten Elektrode 1 und einer
zweiten Elektrode 2 und einer zwischen den Elektroden 1, 2 wirksamen
Luft-Durchschlag-Funkenstrecke 3 besteht. Eine derartige Überspannungsschutz
einrichtung wird zum Schutz elektrischer Stromkreise bzw. von Anlagen
oder Geräten verwendet. Tritt eine transiente Überspannung auf, die größer
als die Ansprechspannung der Überspannungsschutzeinrichtung ist, spricht
diese an, d. h., die Luft-Durchschlag-Funkenstrecke 3 wird gezündet, es ent
steht zwischen der ersten Elektrode 1 und der zweiten Elektrode 2 ein Licht
bogen 4.
Durch den Lichtbogen 4 entsteht eine relativ niederohmige Verbindung zwi
schen der ersten Elektrode 1 und der zweiten Elektrode 2, so daß bei anliegender
Betriebsspannung ein unerwünschter Netzfolgestrom über die
Überspannungsschutzeinrichtung fließen kann.
Bei der erfindungsgemäßen Überspannungsschutzeinrichtung wird nun ein
Netzfolgestrom dadurch verhindert bzw. ein aufgetretener Netzfolgestrom
dadurch zum Erlöschen gebracht, daß der ersten Elektrode 1 und der zweiten
Elektrode 2 eine dritte Elektrode 5 zugeordnet ist und zwischen der ersten
Elektrode 1 und der dritten Elektrode 5 eine zweite Luft-Durchschlag-Fun
kenstrecke 6 existent bzw. wirksam ist, daß die dritte Elektrode 5 über min
destens eine Impedanz, vorliegend über einen Varistor 7, direkt oder indirekt
mit der zweiten Elektrode 2 verbunden ist und daß nach dem Ableitendes
Stoßstroms über die erste Elektrode 1, die erste Luft-Durchschlag-Funken
strecke 3 und die zweite Elektrode 2 der verbliebene Lichtbogen 4 von der
ersten Luft-Durchschlag-Funkenstrecke 3 zur zweiten Luft-Durchschlag-Funkenstrecke
6 bzw. von der ersten Elektrode 1 und der zweiten Elektrode
2 zur ersten Elektrode 1 und der dritten Elektrode 5 verbringbar ist, insbeson
dere durch pneumatische oder magnetische Beblasung. Ist der Lichtbogen
von der ersten Elektrode 1 und der zweiten Elektrode 2 zur ersten Elektrode
1 und der dritten Elektrode 5 verbracht, so fällt ein Teil der anliegenden Be
triebsspannung über dem Varistor 7 ab bzw. wird ein zum Ausbilden eines
Lichtbogens erforderlicher Stromfluß unterdrückt und durch eine geeignete
Dimensionierung des Varistors 7 kann dafür gesorgt werden, daß die Span
nung zwischen der ersten Elektrode 1 und der dritten Elektrode 5 bzw. der
Stromfluß 1 nicht mehr ausreicht, den Lichtbogen 4 aufrechtzuerhalten.
Die Fig. 2 und 3 zeigen Teile einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der
Überspannungsschutzeinrichtung, bei der die erste Elektrode 1 als stabförmige
Mittelelektrode ausgeführt ist und die zweite Elektrode 2 und die dritte
Elektrode 5 als zylindrische Außenelektroden ausgebildet und konzentrisch
um die erste Elektrode 1 angeordnet sind. Die zweite Elektrode 2 und die
dritte Elektrode 5 sind dabei mit axialem Abstand zueinander angeordnet.
Die dritte Elektrode 5 weist eine radiale Öffnung 9 auf, durch die ein Druck
ausgleich entsteht, wobei der Druckausgleich eine Ausbreitung des Plasma
stroms aus dem Bereich zwischen der ersten Elektrode 1 und der zweiten
Elektrode 2 in den Bereich zwischen der ersten Elektrode 1 und der dritten
Elektrode 5 bewirkt. Die Richtung dieses Plasmastromes ist in Fig. 2 mit P ge
kennzeichnet. Durch diesen durch den Druckausgleich hervorgerufenen
Plasmastrom wird ein zwischen der ersten Elektrode 1 und der zweiten Elek
trode 2 anstehender Lichtbogen 4 bzw. der Fußpunkt 8 des Lichtbogens 4
von der zweiten Elektrode 2 zur dritten Elektrode 5 getrieben.
Der Fig. 2 und insbesondere der Fig. 3 ist darüber hinaus zu entnehmen, daß
die zweite Elektrode 2 und die dritte Elektrode 5 durch ein ringförmiges Ab
standselement 10 voneinander getrennt sind. Der radiale Abstand zwischen
der ersten Elektrode 1 und der zweiten Elektrode 2 bzw. der dritten Elektrode
5 wird durch zwei ringförmige Trägerelemente 11, 12 sichergestellt, wobei
die Trägerelemente 11, 12 einen radialen Abschnitt 13 und einen axialen Ab
schnitt 14 aufweisen. Der axiale Abschnitt 14 der Trägerelemente 11, 12 dient
dabei zusammen mit dem ringförmigen Abstandselement 10 als Auflager für
die zweite Elektrode 2 bzw. die dritte Elektrode 5. Sowohl das ringförmige
Abstandselement 10 als auch die Trägerelemente 11, 12 sind bevorzugt aus
Kunststoff hergestellt, wobei der Kunststoff auch eine bestimmte Leitfähig
keit haben kann. Nicht dargestellt ist in den Fig. 2 und 3 ein die Elektroden 1,
2, 5 insgesamt aufnehmendes Gehäuse. Ein solches Gehäuse ist dann ebenso
wie die Anordnung der Elektroden 1, 2, 5 im wesentlichen zylindrisch aus
gebildet.
Die Fig. 4 bis 6 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Überspannungsschutzeinrichtung, wobei in der Fig. 4 entsprechend zu
der Fig. 2 zur Verdeutlichung der Funktion der Überspannungsschutzeinrich
tung die Beschaltung der dritten Elektrode 5 mit einem Varistor 7 angedeutet
ist. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die erste Elektrode 1 als flache
Kreisscheibe ausgebildet, wobei in Fig. 6 nur ein Teil der ersten Elektrode 1
dargestellt ist. Die zweite Elektrode 2 und die dritte Elektrode 5 sind der er
sten Elektrode 1 gegenüberliegend angeordnet, wobei die zweite Elektrode 2
mittig zur ersten Elektrode 1 und die dritte Elektrode 5 konzentrisch um die
zweite Elektrode 2 angeordnet ist.
In Fig. 5 erkennt man, daß der Abstand zwischen der ersten Elektrode 1 und
der zweiten Elektrode 2 kleiner als der Abstand zwischen der ersten Elektrode
1 und der dritten Elektrode 5 ist. Dadurch wird sichergestellt, daß
zunächst die Luft-Durchschlag-Funkenstrecke 3 zwischen der ersten Elektrode
1 und der zweiten Elektrode 2 zündet und der Stoßstrom über die zweite
Elektrode 2 abgeleitet wird. In die Fig. 5 ist darüber hinaus ein aus einem
Gehäuseoberteil 15 und einem Gehäuseunterteil 16 bestehendes Gehäuse der
Überspannungsschutzeinrichtung dargestellt. An das Gehäuseunterteil 16
schließt sich ein Isolierteil 17 aus Kunststoff an. Im Inneren des Gehäuses be
findet sich ein topfförmiges Aufnahmeelement 18 für die zweite Elektrode 2
und die dritte Elektrode 5, welches ebenfalls aus Kunststoff besteht. Ein mit
den topfförmigen Aufnahmeelement 18 einstückig ausgebildetes Abstands
element 19 sorgt für die Trennung der zweiten Elektrode 2 von der dritten
Elektrode 5.
Wie aus der Fig. 6 ersichtlich ist, ist die zweite Elektrode 2 kreisförmig und
die dritte Elektrode 5 halbkreisringförmig ausgebildet. In dem Gehäuseunter
teil 16 sind in der Nähe des Gehäuseoberteils 15 mehrere Öffnungen 20 vor
gesehen, wobei sich diese Öffnungen 20 auf der der dritten Elektrode 5 zu
gewandten Seite des Gehäuseunterteils 16 befinden. Die Öffnungen 20 sind
somit in dem Bereich des Gehäuseunterteils 16 vorgesehen, der benachbart
zur Luft-Durchschlag-Funkenstrecke 6 zwischen der ersten Elektrode 1 und
der dritten Elektrode 5 ist. Korrespondierend zu den Öffnungen 20 in dem
Gehäuseunterteil 16 sind im Gehäuseoberteil 15 Ausnehmungen 21 vorgese
hen, durch welche der durch den Plasmastrom erzeugte Überdruck abgebaut
werden kann. Durch die Öffnungen 20 und die Ausnehmungen 21 entsteht
ein Druckausgleich, wobei der Druckausgleich eine Ausbreitung des Plas
mastromes aus dem Bereich zwischen der ersten Elektrode 1 und der zweiten
Elektrode 2 in den Bereich zwischen der ersten Elektrode 1 und der dritten
Elektrode 5 bewirkt.
Claims (7)
1. Überspannungsschutzeinrichtung, mit einer ersten Elektrode (1), mit einer
zweiten Elektrode (2), mit einer zwischen den Elektroden (1, 2) existenten
bzw. wirksamen Luft-Durchschlag-Funkenstrecke (3) und mit einem die
Elektroden (1, 2) aufnehmenden Gehäuse, wobei beim Zünden der Luft-Durchschlag-Funkenstrecke
(3) ein Lichtbogen (4) zwischen der ersten Elektrode
(1) und der zweiten Elektrode (2) entsteht, dadurch gekennzeichnet,
daß der ersten Elektrode (1) und der zweiten Elektrode (2) eine dritte Elektrode
(5) zugeordnet ist und zwischen der ersten Elektrode (1) und der dritten
Elektrode (5) eine zweite Luft-Durchschlag-Funkenstrecke (6) existent
bzw. wirksam ist, daß die dritte Elektrode (5) über mindestens eine Impedanz,
insbesondere einen Varistor (7), direkt oder indirekt mit der zweiten Elek
trode (2) verbunden ist und daß nach dem Ableiten des Stoßstroms über die
erste Elektrode (1), die erste Luft-Durchschlag-Funkenstrecke (3) und die
zweite Elektrode (2) der verbliebene Lichtbogen (4) von der ersten Luft-Durch
schlag-Funkenstrecke (3) zur zweiten Luft-Durchschlag-Funken
strecke (6) verbringbar ist, insbesondere durch pneumatische oder magneti
sche Beblasung.
2. Überspannungsschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Gehäuse und/oder die dritte Elektrode (5) mindestens eine
Öffnung (9) aufweisen bzw. aufweist, durch die Öffnung (9) ein Druckaus
gleich entsteht, und der Druckausgleich eine gezielte Ausbreitung des Gas-
bzw. Plasmastroms von der zweiten Elektrode (2) zur dritten Elektrode (5)
bewirkt.
3. Überspannungsschutzeinrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Gehäuse eine im wesentlichen zylindrische Form auf
weist, daß die erste Elektrode (I) als stabförmige Mittelelektrode ausgebildet
ist, daß die zweite Elektrode (2) und die dritte Elektrode (5) als zylindrische
Außenelektroden ausgebildet und konzentrisch um die erste Elektrode (1)
angeordnet sind und daß die zweite Elektrode (2) und die dritte Elektrode (5)
mit axialem Abstand zueinander angeordnet sind.
4. Überspannungsschutzeinrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die erste Elektrode (1) als flache Kreisscheibe ausgebildet
ist, daß die zweite Elektrode (2) und die dritte Elektrode (5) der ersten Elek
trode (1) gegenüberliegend angeordnet sind und daß die zweite Elektrode (2)
mittig zur ersten Elektrode (1) und die dritte Elektrode (5) konzentrisch um
die zweite Elektrode (2) angeordnet ist.
5. Überspannungsschutzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die dritte Elektrode (5) kreisringsegmentförmig ausgebildet ist.
6. Überspannungsschutzeinrichtung nach Anspruch 2 und 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Öffnungen (18) im Gehäuse nur auf der der dritten
Elektrode (5) zugeordneten Seite des Gehäuses, vorzugsweise im Bereich
zwischen der ersten Elektrode (1) und der dritten Elektrode (5), angeordnet
sind.
7. Überspannungsschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, da
durch gekennzeichnet, daß der axiale Abstand zwischen der ersten Elektrode
(1) und der zweiten Elektrode (2) kleiner ist als der axiale Abstand zwischen
der ersten Elektrode (1) und der dritten Elektrode (5).
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