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Die
Erfindung betrifft einen Überspannungsableiter mit einem
Varistorelement, gegen welches an entgegengesetzten Enden ein erster
und ein zweiter Armaturkörper über eine Verspanneinrichtung
gepresst sind.
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Ein
derartiger Überspannungsableiter ist beispielsweise aus
dem US-Patent
US 4,812,944 bekannt.
Der dortige Überspannungsableiter ist an entgegengesetzten
Enden seines Varistorelementes von Armaturkörpern begrenzt.
Zur Verspannung der Armaturkörper gegen das Varistorelement
ist eine Verspanneinrichtung vorgesehen. Es ist beispielsweise vorgeschlagen,
an den Armaturkörpern Haken anzuformen, in welche Fasern
oder Bänder einhängbar sind. Um eine Verspannung
zwischen den Armaturkörpern zu erzielen ist weiter vorgeschlagen,
die Fasern oder Bänder beispielsweise durch Einwirkung von
Wärmestrahlung zu schrumpfen.
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Während
eines Fertigungsprozesses erfordert ein Einhängen der Fasern/Bänder
in die Haken eine Vielzahl von Arbeitsschritten. Weiterhin ist bis
zu einem Verspannen des Überspannungsableiters die Lage
der Fasern/Bänder in den Haken sowie der Armaturkörper
an dem Varistorelement in geeigneter Weise zu sichern. Aufgrund
der komplexen Konstruktion des Überspannungsableiters ist
ein Zusammenfügen desselben aufwendig.
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Daher
ist es Aufgabe der Erfindung, einen Überspannungsableiter
anzugeben, welcher vereinfacht konstruiert und damit kostengünstiger
herzustellen ist.
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Erfindungsgemäß wird
dies bei einem Überspannungsableiter der eingangs genannten
Art dadurch gelöst, dass zumindest einer der Armaturkörper
eine Schulter aufweist, an welcher eine Traverse der Verspanneinrichtung
abgestützt ist und zumindest ein Zugstrang an der Traverse
angeschlagen ist.
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Durch
den Einsatz einer Traverse an der Verspanneinrichtung und ein Abstützen
der Traverse an einer Schulter des Armaturkörpers sind
in sich winkelstarre Elemente zur Übertragung von Anpresskräften
zwischen der Verspanneinrichtung und den Armaturkörpern
genutzt. So ist es beispielsweise möglich, die Traverse
unter Vorspannung auf die Schulter aufzusetzen. So ist eine selbstsichernde Konstruktion
gegeben, welche bereits unmittelbar nach einem Aufsetzen der Traverse
auf die Schulter eine Verspannung bewirkt. Damit ist eine Möglichkeit gegeben,
während der Fertigung eines Überspannungsableiters
diesen beispielsweise nach einem Anbringen der Verspanneinrichtung
an dem Armaturkörper frei von Stabilisierungsrahmen o. ä.
zu transportieren und weiter zu bearbeiten.
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Dabei
kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass einander zugewandte Abstützflächen
an Traverse und Schulter formkomplementär ausgeformt sind.
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Die
Traverse liegt mit einer Abstützfläche auf einer
Abstützfläche der Schulter auf. Dabei sollten die
Abstützflächen zumindest abschnittsweise formkomplementär
ausgebildet sein, so dass ein unbeabsichtigtes Abrutschen bzw. Auslenken
der Traverse von der Schulter verhindert ist. Dazu kann beispielsweise
vorgesehen sein, dass die formkomplementären Abstützflächen
Abschnitte aufweisen, die zumindest teilweise in Richtung der durch
die Verspanneinrichtung zu erzeugenden Anpresskraft verlaufende Flächenabschnitte
aufweisen.
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Derartige
Flächenabschnitte können z. B. senkrecht aus den
Abstützflächen herausragen bzw. in diese hineinragen.
In den Abstützflächen können Zapfen,
Bohrungen, Rastnasen, Ausnehmungen und ähnliches angeordnet
sein. Es können jedoch auch beispielsweise Profilierungen
in Abstützflächen eingebracht sein. So können
beispielsweise Wellenprofile, asymmetrische Verzahnungen, symmetrische Verzahnungen
o. ä. eingesetzt werden.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass eine paarige Anzahl
von Zugsträngen an einer Traverse angeschlagen ist.
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Um
eine Abstützung der Armaturkörper über die
Verspanneinrichtung zu gewährleisten, ist es nötig,
dass zumindest ein Zugstrang zwischen Armaturkörpern bzw.
einer oder mehreren Traversen Zugkräfte überträgt.
Bei Nutzung eines Zugstranges kann dieser beispielsweise mittig
an der Traverse angeschlagen sein. Der Zugstrang kann dabei selbst winkelsteif
ausgeführt sein. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass
der Zugstrang in sich selbst instabil, beispielsweise flexibel verformbar
bzw. elastisch dehnbar ist. Um eine möglichst gleichmäßig
verteilte Anpresskraft zwischen den Armaturkörpern zu erzeugen,
kann die Anordnung einer geraden Anzahl von Zugsträngen
an einer Traverse vorteilhaft sein. So kann beispielsweise vorgesehen
sein, dass beiderseits einer Abstützfläche jeweils
ein oder mehrere Zugstränge positioniert sind, so dass
nach einem erfolgten Aufsetzen einer Traverse auf eine Schulter, quer
zu einer Aufschubrichtung der Traverse, sich beiderseits der Schulter
an der Traverse angeschlagene Zugstränge erstrecken. Eine
Traverse ist ein winkelsteifer Körper, an welchen beispielsweise mehrere
Zugstränge angeschlagen sind. Die Zugstränge sind
beabstandet zueinander angeordnet. Über die Traverse können
Kräfte zwischen den Zug strängen übertragen
werden bzw. Kräfte auf weitere Bauteile übertragen
werden. Eine Traverse ist vorzugsweise als Querträger ausgeformt,
welcher einer mechanischen Stabilisierung, Verbindung und Befestigung
dient.
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Weiterhin
kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass zumindest einer der Armaturkörper
bezogen auf die Verspannrichtung der Armaturkörper an dem
Varistorelement mehrere symmetrisch am Umfang verteilt angeordnete
Schultern aufweist.
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Mittels
einer Verspanneinrichtung wird in eine Verspannrichtung eine Haltekraft
zwischen den Armaturkörpern erzeugt. Die Verspannrichtung durchsetzt
dabei vorzugsweise das Varistorelement. Vorzugsweise sollten die
einzelnen Zugstränge am äußeren Umfang
des Varistorelementes verteilt angeordnet sein, so dass ein aus
den einzelnen Zugsträngen gebildeter Käfig das
Varistorelement mantelseitig umgibt. Somit kann nach erfolgter Verspannung
der Verspanneinrichtung ein zusätzlicher mechanischer Schutz
des Varistorelementes gewährleistet sein. Ordnet man nunmehr
mehrere Schultern symmetrisch am Umfang der Armaturkörper
verteilt an, so ist beispielsweise bei einer gleichartigen Ausgestaltung
von mehreren Traversen und mehreren Zugsträngen eine annähernd
gleichmäßige Verteilung von Zugsträngen
möglich. Durch die Lage der Schultern wird eine Position
der Traversen eindeutig festgelegt. Folglich ist durch die an die
Traversen angeschlagenen Zugstränge eine Käfigstruktur
um das Varistorelement gebildet. Eine Verspanneinrichtung kann mehrere
unabhängig voneinander an Schultern eines Armaturkörpers
angeordnete Traversen aufweisen.
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Weiterhin
kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Verspanneinrichtung zwei
entgegengesetzt zueinander ausgerichtete gleichförmige
Traversen aufweist.
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Rüstet
man die Verspanneinrichtung mit entgegengesetzt zueinander ausgerichteten
gleichartig geformten Traversen aus, so ist es möglich,
die Traversen mittels zumindest eines, vorzugsweise mittels mehrerer,
vorzugsweise in einer paarigen Anzahl von Zugsträngen miteinander
zu verbinden. So ist es beispielsweise möglich, an entgegengesetzten
Enden des Varistorelementes liegende Armaturkörper mit daran
angeordneten Schultern unter Zwischenlage des Varistorelementes
gegeneinander zu pressen. Über die Wahl der Länge
der Zugstränge ist eine Möglichkeit gegeben, die
durch die Verspanneinrichtung aufzubringende Verspannkraft zu regulieren.
Je nach Bedarf können dadurch die Armaturkörper
mit einer mehr oder weniger starken Kraft gegen das Varistorelement
gepresst werden. Neben einer Ausbildung eines mechanisch steifen
winkelstarren Überspannungsableiters kann durch das Aufbringen
einer erhöhten Spannkraft auch eine elektrische Kontaktierung
der Armaturkörper mit dem Varistorelement erfolgen. Dadurch
ist eine Möglichkeit gegeben, das Varistorelement über
die Armaturkörper elektrisch zu kontaktieren und das Varistorelement
beispielsweise zum Schutz vor Überspannungen in Elektroenergieübertragungseinrichtungen
einzusetzen.
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Vorteilhafterweise
kann dabei vorgesehen sein, dass der erste und der zweite Armaturkörper gleichartig
geformt sind.
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Eine
Verwendung von gleichartigen Armaturkörpern gestattet es,
eine Einbaulage des Überspannungsableiters vergleichsweise
frei zu wählen. Weiterhin wird durch die Verwendung von
Gleichteilen zusätzlich die Anzahl auszulegender Bauteile
reduziert. Dadurch kann die Lagerhaltung kostengünstiger
gestaltet werden, wodurch sich die Gesamtherstellungskosten für
einen Überspannungsableiter reduzieren.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zur Herstellung
eines Überspannungsableiters mit einem ersten und einen
zweiten Armaturkörper, die über eine Verspanneinrichtung
gegen entgegengesetzte Enden eines Varistorelementes gepresst werden,
anzugeben.
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Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe bei einem Verfahren der vorstehenden Art dadurch gelöst, dass
an entgegengesetzten Enden des Varistorelementes jeweils der erste
und der zweite Armaturkörper aufgesetzt und von äußeren
Kräften gegen das Varistorelement gepresst werden, dass
eine erste und eine zweite Traverse an entgegengesetzten Enden zumindest
eines Zugstranges angeschlagen werden, dass die erste Traverse auf
eine Schulter des ersten Armaturkörpers und die zweite
Traverse auf eine Schulter des zweiten Armaturkörpers aufgesetzt
werden und die äußeren Kräfte reduziert
werden und ein Anpressen der Armaturkörper gegen das Varistorelement über
den unter Spannung gesetzten Zugstrang und die Traversen der Verspanneinrichtung
erfolgt.
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Durch
ein Aufsetzen der Armaturkörper auf das Varistorelement
und ein Verpressen derselben gegen das Varistorelement durch eine äußere
Kraft kommt es zu einer Kompression der miteinander zu verbindenden
Baugruppen. Diese Kompression kann sich im Bereich von wenigen Millimetern
bewegen, wobei die Kompression vorzugsweise reversibel sein sollte.
Durch ein Verbinden der zwei Traversen ist eine Verspanneinrichtung
geschaffen, welche auf Schultern der beiden Armaturkörper
aufgesetzt werden kann. Dabei sollte die Dimension des oder der Zugstränge
derart gewählt sein, dass ein leichtgängiges Aufsetzen
der Traversen auf die Schultern ermöglicht ist, der oder
die Zugstränge jedoch bereits während des Aufsetzens
einer Vorspannung ausgesetzt werden. Diese Vorspannung ver hindert
ein unbeabsichtigtes Lösen der aufgesetzten Traversen entgegen
ihrer Aufschubrichtung auf die Schultern.
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Nach
einem Aufsetzen der Traversen, welche über den zumindest
einen Zugstrang miteinander verbunden sind, werden die äußeren
Kräfte reduziert. Aufgrund der Reduktion der äußeren
Kräfte kommt es zu einer Umkehrung der während
des Aufbringens der äußeren Kräfte erfolgten
Kompression des Varistorelementes bzw. der Armaturkörper. Durch
die Rücknahme der äußeren Kräfte
erfolgt eine Längung des Stapels aus Armaturkörpern
und dem Varistorelement. Dadurch werden die Zugstränge
unter erhöhte Spannung gesetzt. Über die an den Armaturkörpern
angeschlagenen Traversen wird eine Längung der Armaturkörper
und des Varistorelementes begrenzt und der Stapel gegeneinander
verpresst.
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Nunmehr
ist ein winkelstarrer Stapel gebildet, welcher beispielsweise auch
nach einem erfolgten Verspannen der Zugstränge demontierbar
ist, indem man wiederum äußere Kräfte
aus entgegengesetzten Richtungen auf die Armaturkörper
einwirken lässt und den Stapel aus Armaturkörpern
und Varistorelement komprimiert, so dass die Zugstränge
entspannt werden und die Traversen von den Schultern herabgenommen
werden können. Damit ist eine Möglichkeit gegeben,
beispielsweise Reparaturen an derartig hergestellten Überspannungsableitern durchzuführen.
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Im
Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
in einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend näher beschrieben.
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Dabei
zeigt die
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1 ein
Anschlagen von Zugsträngen an zwei Traversen, die
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2 einen
Stapel von Armaturkörpern und einem Varistorelement während
des Aufbringens von Traversen auf Schultern der Armaturkörper,
und die
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3 einen
verspannten Überspannungsableiter.
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In
der 1 ist exemplarisch eine Ausgestaltungsvariante
eines Verspannelementes dargestellt. Eine Verspanneinrichtung kann
ein oder mehrere Verspannelemente aufweisen. Dabei weist das Verspannelement
eine erste Traverse 1 sowie eine zweite Traverse 2 auf.
Die erste und die zweite Traverse 1, 2 sind als
gleichartige Formkörper ausgestaltet. Dabei weisen die
Traversen 1, 2 jeweils eine quaderförmige
Grundstruktur auf, wobei zwei gegenüberliegenden Enden
der Traversen 1, 2 jeweils gebrochene Ecken aufweisen
und zwar derart, dass ein Abschnitt einer Mantelfläche
eines Kreiszylinders entsteht. Im Bereich der gerundeten Enden weisen
die Traversen 1, 2 jeweils Ausnehmungen 3a, 3b auf. Diese
Ausnehmungen 3a, 3b sind beispielsweise sacklochartig
geformt. Die Ausnehmungen 3a, 3b liegen in einer
Abstützfläche. Die Abstützfläche
ist von zwei parallel zueinander liegenden Körperkanten
der Traverse 1, 2 begrenzt. Die beiden parallelen
Körperkanten gehen in gebogene Körperkanten der
gerundeten Enden über und verbinden die beiden parallel zueinander
liegenden Körperkanten jeweils endseitig. In die Abstützfläche
ist eine Vertiefung 4 eingeformt. Die Vertiefung 4 ist
im vorliegenden Beispiel als Nut ausgeformt. Die Abstützfläche
der Traverse 1, 2 mit der entsprechenden Vertiefung 4 dient
dazu, auf eine formkomplementäre Abstützfläche
einer Schulter 9a, 9b, 9c, 9d aufgelegt
zu werden. Insbesondere durch die Vertiefung 4 wird ein
quer zur Verspannrichtung der Verspanneinrichtung gerichtetes Abglei ten
einer Traverse 1, 2 von einer Schulter 9a, 9b, 9c, 9d verhindert.
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In
die Ausnehmungen 3a, 3b werden Zugstränge 5a, 5b eingesetzt.
Im Ausführungsbeispiel sind die Zugstränge 5a, 5b als
formstabile Stäbe ausgeführt. Vorzugsweise sollten
die Zugstränge elektrisch isolierend wirken, so dass eine
Ausbildung eines Strompfades zwischen den an den Zugsträngen
endseitig angeordneten und entgegengesetzt zueinander ausgerichteten
Traversen 1, 2 verhindert ist. Es haben sich Glasfaserstäbe
zur Ausbildung der Zugstränge 5a, 5b bewährt.
Darüber hinaus können auch andere geeignete Materialien
zum Einsatz gelangen. Die Zugstränge 5a, 5b werden
in die Ausnehmungen 3a, 3b der Traversen 1, 2 eingeführt
und dort angeschlagen. Ein Anschlagen der Zugstränge 5a, 5b an
den Traversen 1, 2 kann durch verschiedenartige
Verfahren bzw. Vorrichtungen erfolgen. So ist es beispielsweise
möglich, die Zugstränge 5a, 5b stoffschlüssig,
kraftschlüssig oder formschlüssig an den Traversen 1, 2 anzuschlagen.
Als günstig hat sich dabei erwiesen, die Zugstränge 5a, 5b in
den Ausnehmungen 3a, 3b zu verklemmen oder zu
verpressen.
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Nach
einem erfolgten Anschlagen der Zugstränge 5a, 5b an
der ersten und der zweiten Traverse 1, 2 ist eine
Verspannelement gebildet, welches zwischen den Traversen 1, 2 Kräfte über
die Zugstränge 5a, 5b übertragen
kann.
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In
der 2 ist ein Stadium während der Herstellung
eines Überspannungsableiters gezeigt. Der Überspannungsableiter
weist ein Varistorelement 6 auf. Das Varistorelement 6 ist
beispielsweise ein gesinterter Metalloxidkörper, welcher
gegebenenfalls einer Vielzahl übereinander aufgestapelter
Teilabschnitte aufweist. Endseitig sind an dem Varistorelement 6 ein
erster Armaturkörper 7 sowie ein zweiter Armaturkörper 8 angeordnet.
Die Armaturkörper 7, 8 sind elektrisch
leitend ausgestaltet, so dass über die Armaturkörper 7, 8 eine
elektrische Kontaktierung des Varistorelementes 6 erfolgen
kann. Somit ist es beispielsweise möglich, das Varistorelement 6 zum Schutz
eines elektrischen Gerätes zwischen einem spannungsführenden
Phasenleiter und Erdpotential einzuschleifen. Je nach Bedarf können
verschiedenartige Formgebungen für die Armaturkörper 7, 8 vorgesehen
sein. Im vorliegenden Beispiel sind die beiden Armaturkörper 7, 8 gleichartig
ausgeformt, wobei sie entgegengesetzt zueinander ausgerichtet an
entgegengesetzten Enden des Varistorelementes 6 auf das
Varistorelement 6 aufgesetzt sind. Das Varistorelement 6 weist
dazu vorzugsweise kreisrunde Stirnflächen auf. Auf die
kreisrunden Stirnflächen sind Kontaktierungsflächen
der Armaturkörper 7, 8 aufgesetzt. An
den von den Kontaktierungsflächen der Armaturkörper 7, 8 abgewandten
Seiten sind Kontaktierungsblöcke vorgesehen. An den Kontaktierungsblöcken
sind beispielsweise Kabelschuhe anschraubbar, um eine elektrische
Kontaktierung des Überspannungsableiters zu bewirken. Es
kann auch vorgesehen sein, dass an den Kontaktierungsblöcken entsprechende
Gewindestangen oder andere geeignete Elemente eingeschraubt oder
angeformt sind.
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Die
beiden Armaturkörper 7, 8 weisen bezüglich
ihrer Anpressrichtung gegen das Varistorelement 6 an ihrem
Umfang radial herausragende Schultern 9a, 9b, 9c, 9d auf.
Diese Schultern 9a, 9b, 9c, 9d sind
mit einer Abstützfläche ausgestattet. In den Abstützflächen
sind in den Abstützflächen der Traversen 1, 2 zu
den Vertiefungen 4 gegengleich ausgeformte Erhebungen 10 angeordnet.
Somit sind die Abstützflächen der Traversen 1, 2 zumindest
abschnittsweise gegengleich zu den Abstützflächen
der Schultern 9a, 9b, 9c, 9d ausgeformt.
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Der
Stapel aus erstem Armaturkörper 7, Varistorelement 6 und
zweitem Armaturkörper 8 wird durch äußere
Kräfte F zusammengepresst und komprimiert. Nunmehr kann
zumindest ein Verspannelement vorteilhaft jedoch mehrere Verspannelemente auf
die Schultern 9a, 9b, 9c, 9d aufgesetzt
werden. Dabei ist der Abstand zwischen zueinander fluchtende angeordnete
Schultern 9a, 9b, 9c, 9d an
dem ersten Armaturkörper 7 und dem zweiten Armaturkörper 8 derart
gewählt, dass die Verspanneinrichtung mit erster Traverse 1 und
zweiter Traverse 2, die über die angeschlagenen
Zugstränge 5a, 5b miteinander verbunden
sind, rastend auf die Erhebungen 10 an den Schultern 9a, 9b, 9c, 9d in
einer Aufschubrichtung aufschiebbar sind. Aufgrund der gegengleich
ausgeführten Vertiefung 4 in den Abstützflächen
der Traversen 1, 2 ist eine Lagesicherung der
Traversen 1, 2 an den Schultern 9a, 9b, 9c, 9d gegeben.
Im vorliegenden Beispiel sind zwei, eine Verspanneinrichtung bildende
Verspannelemente vorgesehen, welche gleichartige Traversen 1, 2 und
Zugelemente 5a, 5b aufweisen. Bedarfsweise kann
die Anzahl der Verspannelemente erhöht werden. So ist es
beispielsweise möglich, drei oder vier Verspannelemente
um das Varistorelement 6 herum symmetrisch verteilt anzuordnen.
Dazu ist eine entsprechende Anzahl von Schultern an den beiden Armaturkörpern 7, 8 vorzusehen.
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Nachdem
die Verspannelemente auf die Schultern 9a, 9b, 9c, 9d aufgerastet
wurden, erfolgt eine Reduzierung der äußeren Kräfte
F. Dadurch kehrt sich die an den Armaturkörpern 7, 8 und
dem Varistorelement 6 hervorgerufene Kompression um, so
dass eine Expansion der Armaturkörper 7, 8 und des
Varistorelementes 6 in Verspannrichtung der Verspanneinrichtung
erfolgt. Damit werden die Verspannelemente der Verspanneinrichtung
unter erhöhte Spannung gesetzt. Die Verspanneinrichtung
ist jedoch derart dimensioniert, dass der sich ausdehnende Stapel
aus Armaturkörpern 7, 8 und Varistorelement 6 sich nicht
vollständig in seine ursprüngliche Dimension ausdehnen
kann.
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Damit
ist eine ausreichende Verspannung der Armaturkörper 7, 8 an
dem Varistorelement 6 gegeben. Während des Entlastens
der Armaturkörper 7, 8 und des Varistorelementes 6 von
den äußeren Kräften F kann auch vorgesehen
sein, dass die Zugstränge 5a, 5b gelängt
werden, so dass auch von den Zugsträngen 5a, 5b eine
zusätzliche Anpresskraft ausgehen kann.
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Über
die Traversen 1, 2 und die Schultern 9a, 9b, 9c, 9d an
dem ersten und dem zweiten Armaturkörper 7, 8 erfolgt
eine stabile Verspannung des Überspannungsableiters.
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Wie
in der 3 gezeigt, ist dabei vorgesehen, dass die abgerundeten
Enden der Traversen 1, 2 eine dielektrisch schirmende
Wirkung auf die Kontaktierungsblöcke des ersten und des
zweiten Armaturkörpers 7, 8 haben.
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Der
so gebildete Überspannungsableiter kann zu seinem Schutz
mit einem Gehäuse umgeben werden. Dabei ist es beispielsweise
möglich, elektrisch isolierende Überwürfe
einzusetzen oder einen Kunststoffumguss an dem Überspannungsableiter vorzusehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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