DE20380358U1

DE20380358U1 - Einrichtung zum Bereitstellen von Schutz vor elektrischen Überspannungen mit Klemmen

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Publication number: DE20380358U1
Application number: DE20380358U
Authority: DE
Original assignee: Soule Protection Surtensions SA
Current assignee: Soule Protection Surtensions SA
Priority date: 2003-12-15
Filing date: 2003-12-15
Publication date: 2006-10-12
Anticipated expiration: 2013-12-16
Also published as: PL380434A1; EP1698029B1; AU2003300611A1; DE60333804D1; PL213761B1; WO2005069457A1; ATE477607T1; CN1894834A; EP1698029A1; CN1894834B

Abstract

Einrichtung (1) zum Schützen elektrischer Apparate vor elektrischen Überspannungen, wobei die Einrichtung Folgendes umfasst:
– mindestens eine Funkenstrecke (2C), die mindestens einen ersten und einen zweiten Pol (2A, 2B) aufweist, wobei die Pole (2A, 2B) über ein Verbindungsmittel (3) elektrisch mit den Apparaten verbunden sind;
– funktionelles Koppelmittel (5) zum Koppeln der Funkenstrecke (2C) mit dem Verbindungsmittel (3); und
– thermisches Trennschaltermittel (4), das mit der Funkenstrecke (2C) funktionell verbunden ist, um die elektrische Verbindung zwischen der Funkenstrecke (2C) und den Apparaten zu trennen, wenn die Temperatur der Einheit einen vorbestimmten kritischen Wert erreicht;
wobei die Einrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass das Koppelmittel (5) dafür ausgelegt ist, auf die Funkenstrecke (2A) eine Klemmkraft dergestalt auszuüben, dass eine elektrische Verbindung zwischen den Polen (2A, 2B) und dem Verbindungsmittel (3) sichergestellt wird, während die Funkenstrecke (2C) elektrischen Strom weitergibt.

Description

ERFINDUNGSGEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft das allgemeine technische Gebiet von Einrichtungen zum Schützen elektrischer Anlagen oder Apparate, wie elektrischer Geräte, Schaltkreise oder Verteilungsnetzwerke, vor Störungen, möglicherweise vorübergehenden Störungen, in ihrer Stromversorgung.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Einrichtung zum Schützen elektrischer Apparate vor Spannungsstörungen, wie beispielsweise elektrischen Überspannungen, insbesondere aufgrund von Blitzeinschlägen.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Schützen elektrischer Apparate vor elektrischen Überspannungen, wobei die Einrichtung Folgendes umfasst:

– eine Schutzeinheit, die mindestens einen ersten und einen zweiten Pol aufweist, wobei die Pole über ein Verbindungsmittel elektrisch mit den Apparaten verbunden sind;
– funktionelles Koppelmittel zum Koppeln der Schutzeinheit mit dem Verbindungsmittel; und
– thermisches Trennschaltermittel, das mit der Einheit funktionell verbunden ist, um die elektrische Verbindung zwischen der Einheit und den Apparaten zu trennen, wenn die Temperatur der Einheit einen vorbestimmten kritischen Wert erreicht.

STAND DER TECHNIK
Einrichtungen zum Schützen elektrischer Apparate vor elektrischen Überspannungen sind bekannt und finden allgemeine Anwendung.
Solche Einrichtungen, die manchmal auch „Überspannungsableiter" oder „Überspannungsunterdrücker" genannt werden, ermöglichen es blitzbedingten Strömen, in die Erde abzufließen, und begrenzen die hervorgerufenen Überspannungen auf einen Spitzenwert, so dass sie Grenzen nicht überschreiten, die mit den stromabwärts der Schutzeinrichtungen angeschlossenen Apparaten kompatibel sind.
Bekannte Überspannungsableiter können sich je nach Art des verwendeten aktiven Schutzelements auf verschiedene Technologien stützen.
Insbesondere sind Überspannungsableiter bekannt, die eine Funkenstrecke verwenden, d.h. in denen das aktive Schutzelement eine Einrichtung verwendet, die zwei gegenüberliegende Elektroden aufweist, zwischen denen ein Bogen gebildet wird und dadurch ein Kurzschluss zustande kommt, sobald eine Überspannung ein vorbestimmtes kritisches Niveau erreicht.
Solche Funkenstrecken-Überspannungsableiter unterliegen zwei Hauptarten von ihre Lebensdauer beendendem Versagen.
Bei einer ersten die Lebensdauer beendenden Situation, die im Allgemeinen dann vorliegt, wenn der Überspannungsableiter an eine der zu schützenden Phasen und an Masse angeschlossen ist, kann die Funkenstrecke Kurzschlussströmen sehr hoher Größe (mehrere Hunderte oder Tausende Ampere) ausgesetzt sein, die zu ihrer Zerstörung führen können. Um vor einem solchen Ereignis zu schützen, verfügt der Überspannungsableiter über ein in ihm integriertes oder mit ihm verbundenes Schaltglied (in der Art einer Sicherung oder eines Überlastschalters), das, wenn es in Aktion tritt, den Kurzschlussstrom unterbricht und somit die Unversehrtheit der Einrichtung aufrechterhält.
In einer zweiten die Lebensdauer beendenden Situation, die insbesondere dann angetroffen wird, wenn der Überspannungsableiter zwischen der neutralen Leitung und Masse geschaltet ist, kann der Überspannungsableiter relativ niedrigen Kurzschlussströmen unterliegen (d.h. in einem Größenbereich von einigen Ampere bis zu 200 Ampere), die zu seiner Zerstörung führen können. Eine solche Situation kann zum Beispiel auftreten, wenn ein Blitzeinschlag die Bildung eines Bogens in der Funkenstrecke verursacht, wobei dies von einer Störung im Stromversorgungsnetz (Verlust einer Phase, Netzwerkungleichgewicht) gefolgt oder begleitet wird, was dazu führt, dass ein Kurzschlussstrom auf kontinuierlicher Basis eingerichtet wird, der auch wenn er gering ist, zerstörerisch wirkt, da er schließlich zur Erhitzung der Funkenstrecke führt.
Um für die mit dieser zweiten Situation verbundenen Sicherheitsprobleme Abhilfe zu schaffen, ist es bekannt, Überspannungsableiter und insbesondere Funkenstrecken-Überspannungsableiter, die für den Schutz der neutralen Leitung bestimmt sind, mit einem thermischen Trennschaltersystem zu versehen.
Solche mit einem thermischen Trennschaltersystem versehene Funkenstrecken-Überspannungsableiter haben im Allgemeinen die Form einer aus dielektrischem Material bestehenden Baugruppe mit einer darin an einen Schaltkreis angelöteten Funkenstrecke, wobei der Schaltkreis nicht nur den Trennschalter, sondern auch ein Verbindungsmittel enthält, mit dem der Anschluss des Überspannungsableiters an die zu schützende Anlage ermöglicht wird. Der thermische Trennschalter selbst enthält ein Lötmittel, das bei Erreichen einer vorbestimmten kritischen Temperatur in der Funkenstrecke schmilzt und den Schaltkreis öffnet.
Obwohl diese bekannten Einrichtungen im Allgemeinen zufrieden stellend sind, haben sie doch eine Reihe von Nachteilen.
Der erste Nachteil entsteht durch das Erfordernis, verschiedene Lötmaterialien einerseits für die Bereitstellung von Lötmaterial in dem thermischen Trennschaltermittel und andererseits für das Bereitstellen der anderen Lötverbindungen zu verwenden. Wenn die kritische Sicherheitstemperatur erreicht ist, sollte nur das Lötmaterial in dem thermischen Trennschalter schmelzen, was bedeutet, dass der Schmelzpunkt dieses Lötmaterials niedriger sein muss als der Schmelzpunkt jedes anderen für Montagezwecke in der Einrichtung verwendeten Lötmaterials.
Diese Anforderung, bei der Herstellung zwei unterschiedliche Lötmaterialien einzusetzen, führt zu der nicht zu vernachlässigenden Gefahr, dass die Lötmaterialien verwechselt werden, was bei der Verwendung zu Sicherheitsproblemen führen kann. Zur Vermeidung solcher Probleme während der Herstellung sind die Hersteller solcher bekannter Schutzeinrichtungen im Allgemeinen zur Umsetzung von Überwachungs- und Prüfverfahren während des Herstellungsprozesses gezwungen, die den Preis von Überspannungsableitern erhöhen, aber das Risiko, dass der Trennschalter unter Verwendung von Montagelötmittel statt des Speziallötmittels für den Trennschalter gefertigt wird, nicht vollkommen ausschließen.
Des Weiteren machen es die Konstruktion und die Herstellung dieser bekannten Überspannungsableiter sehr schwierig oder sogar unmöglich, einen Überspannungsableiter, im Fall, dass seine Funkenstrecke das Ende ihrer Lebensdauer erreicht hat, zu reparieren.
Das kann dazu führen, dass Einrichtungen weggeworfen werden, in denen nur das aktive Element zerstört ist.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe ist es folglich, eine Abhilfe für die verschiedenen oben genannten Nachteile des Stands der Technik zu schaffen und eine neuartige Einrichtung zum Schützen elektrischer Apparate vor elektrischen Überspannungen, die in Aufbau und Herstellung besonders einfach und kostengünstig ist, vorzuschlagen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine neuartige Einrichtung zum Versehen elektrischer Apparate mit Schutz vor elektrischen Überspannungen vorzuschlagen, wobei die Einrichtung sehr einfach und schnell repariert werden kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine neuartige Einrichtung zum Versehen elektrischer Apparate mit Schutz vor elektrischen Überspannungen vorzuschlagen, wobei die Einrichtung besonders schnell montiert werden kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine neuartige Einrichtung zum Versehen elektrischer Apparate mit Schutz vor elektrischen Überspannungen vorzuschlagen, wobei die Einrichtung von besonders kompakten Aufbau ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine neuartige Einrichtung zum Versehen elektrischer Apparate mit Schutz vor elektrischen Überspannungen vorzuschlagen, wobei die Einrichtung im Gebrauch ein verbessertes Sicherheitsniveau darstellt.
Diese der Erfindung zugewiesenen Aufgaben werden mit Hilfe einer Einrichtung zum Schützen elektrischer Apparate vor elektrischen Überspannungen erzielt, wobei die Einrichtung Folgendes umfasst:

– eine Schutzeinheit, die mindestens einen ersten und einen zweiten Pol aufweist, wobei die Pole über ein Verbindungsmittel elektrisch mit den Apparaten verbunden sind;
– funktionelles Koppelmittel zum Koppeln der Schutzeinheit mit dem Verbindungsmittel; und
– thermisches Trennschaltermittel, das mit der Einheit funktionell verbunden ist, um die elektrische Verbindung zwischen der Einheit und den Apparaten zu trennen, wenn die Temperatur der Einheit einen vorbestimmten kritischen Wert erreicht;

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden eingehender beim Lesen der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die angefügte Zeichnung ersichtlich, die als nichteinschränkende Veranschaulichung gegeben wird und in der:
1 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung ist;
2 eine schematische Querschnittansicht ist, die eine Montageoperation an der in 1 gezeigten Einrichtung zeigt; und
3 eine schematische Teilansicht im Längsschnitt ist, die das Prinzip des an der in 1 und 2 angebrachten thermischen Trennschalters zeigt.
BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
1 zeigt eine Einrichtung 1 zum Schützen elektrischer Apparate vor elektrischen Überspannungen, insbesondere vorübergehenden Überspannungen.
Der Begriff „elektrische Apparate" soll sich hierin auf alle Arten von Geräten, Instrumenten, Anlagen, Netzwerken, elektrischen Schaltkreisen oder Telekommunikationsschaltkreisen beziehen, die hinsichtlich Spannung Unsicherheiten in der elektrischen Stromversorgung unterliegen können, insbesondere infolge Blitzeinschlags.
Die Einrichtung 1 gemäß der Erfindung zum Schützen vor Überspannungen stellt daher vorteilhafterweise einen Überspannungsableiter dar.
Gemäß der Erfindung umfasst die Einrichtung 1 eine Ableiterzelle oder eine Schutzeinheit 2.
Auf herkömmliche Weise umfasst die Schutzeinheit 2 mindestens einen ersten Pol 2A und einen zweiten Pol 2B, wobei die Pole über ein Verbindungsmittel 3 elektrisch mit den zu schützenden Apparaten verbunden sind (nicht gezeigt).
Die Schutzeinheit 2 umfasst mindestens ein nichtlineares Element, beispielsweise einen Varistor, eine Zenerdiode oder eine Funkenstrecke (beispielsweise mit Luft oder einem Gas). Die Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Komponentenart beschränkt.
Nachstehend wird besonders auf eine Schutzeinheit 2 Bezug genommen, die eine Funkenstrecke 2C umfasst und insbesondere eine Funkenstrecke 2C, die besonders zum Schützen der neutralen Leitung ausgelegt ist, d.h. zum Verbinden zwischen der neutralen Leitung und Masse.
Eine solche Funkenstrecke 2C ist vorzugsweise in Form einer einzigen zylindrischen Baugruppe ausgebildet, die zwei parallele ebene Flächen 20A, 20B aufweist, die jeweils den ersten und den zweiten Pol 2A, 2B unterstützen, wobei sich zwischen den ebenen Flächen ein seitliches Gehäuse erstreckt.
Das Verbindungsmittel 3 wird durch Verbinderelemente gebildet, die es der durch die Funkenstrecke 2C gebildeten Ableiterzelle 2 ermöglicht, elektrisch an die zu schützende Anlage angeschlossen zu werden.
Gemäß der Erfindung enthält die Schutzeinrichtung 1 auch ein thermisches Trennschaltermittel 4, das funktionell mit der Einheit 2 verbunden ist, um die elektrische Verbindung zwischen der Einheit 2 und den zu schützenden Apparaten zu unterbrechen, wenn die Temperatur der Einheit 2 einen vorbestimmten kritischen Wert erreicht, oberhalb dessen von der Schutzeinheit 2 abgegebene Wärme die Gefahr darstellt, die umgebenden Elemente zu beschädigen oder in Brand zu setzen.
Das thermische Trennschaltermittel 4 ist somit bezüglich der Schutzeinheit 2 so angeordnet, dass es gegenüber der von ihr abgegebenen Wärme empfindlich ist, so dass es im Fall einer Überhitzung in der Lage ist, auszulösen und den Stromfluss zu unterbrechen.
Die Einrichtung 1 enthält auch ein funktionelles Koppelmittel zum Koppeln der Schutzeinheit 2 mit dem Verbindungsmittel 3. Das funktionelle Koppelmittel 5 dient dem Bereitstellen einer elektrischen Verbindung zwischen jedem der Pole 2A und 2B und dem Verbindungsmittel 3, wobei das Mittel 3 zum Einstecken in die elektrische Anlage ausgelegt ist, z.B. zwischen neutraler Leitung und Masse.
Alle der oben erwähnten Elemente, d.h. die Schutzeinheit 2, das Verbindungsmittel, das thermische Trennschaltermittel 4 und das funktionelle Koppelmittel 5 werden vorzugsweise in einer Baugruppe 1A montiert (in 1 gezeigt), die aus Isoliermaterial besteht, um eine einheitliche Unterbaugruppe zu bilden.
Vorzugsweise dient das funktionelle Koppelmittel 5 nicht nur zum Bereitstellen der thermischen Verbindung zwischen der Einheit 2 und dem Verbindungsmittel 3, sondern auch dazu, die Einheit 2 in der Baugruppe 1A in Position zu halten.
Gemäß einem wichtigen Merkmal der Erfindung ist das Koppelmittel 3 dazu ausgelegt, eine Klemmkraft auf die Schutzeinheit 2 auszuüben, so dass eine elektrische Verbindung zwischen den Polen 2A und 2B und dem Verbindungsmittel 3 sichergestellt wird.
Im Gegensatz zu Einrichtungen aus dem Stand der Technik, die zum Koppeln der Schutzeinheit 2 mit dem Verbindungsmittel 3 Lötmittel einsetzen, erreicht die Einrichtung 1 gemäß der Erfindung dieses Koppeln also einzig durch das Ausüben einer geeigneten Klemmkraft auf die Schutzeinheit 2, ohne den Einsatz von Lötmitteln.
Auf diese Weise entspricht das einzige Lötmittel, das in der Einrichtung 1 vorliegen kann, dem thermischen Trennschaltermittel. Die Gegenwart von Lötmittel einer einzigen Sorte ermöglicht also, jedwedes Risiko der Verwechslung während des Herstellungsprozesses zu begrenzen, wodurch sichergestellt wird, dass die erfindungsgemäße Einrichtung von guter Qualität ist, und dies auf kostengünstigere Weise geschieht.
Das allgemeine Prinzip der Erfindung stützt sich also darauf, eine gelötete Verbindung durch eine „kalte" Montage zu ersetzen, welche durch Realisieren einer Klemmkraft, die vorzugsweise direkt auf die Einheit 2 ausgeübt wird, erzielt wird.
Das Koppelmittel 5 ist somit so ausgelegt, dass es eine Kneif- oder Klemmspannung auf die Schutzeinheit 2 selbst ausübt, wobei dieses Klemmen dazu dient, die Schutzeinheit 2 in elektrischen Kontakt mit dem Verbindungsmittel 3 zu bringen. Vorteilhafterweise ermöglicht dieses Klemmen auch, dass die Schutzeinheit 2 in Bezug auf das Verbindungsmittel 3 und die Baugruppe 1A in Position gehalten wird.
Folglich und vorteilhafterweise führt das Koppelmittel 5 durch seine Klemmwirkung gleichzeitig sowohl eine elektrische Verbindungsfunktion zwischen den Polen 2A, 2B und dem Verbindungsmittel 3, als auch eine Funktion des in Position Haltens (Immobilisation) an der Schutzeinheit in der Baugruppe 1A aus.
Das Koppelmittel 5 ist vorzugsweise auch so ausgelegt, dass es der Schutzgruppe 2 das lösbare Koppeln mit dem Verbindungsmittel 3 ermöglicht. Anders ausgedrückt ermöglicht es das Koppelmittel 5 einem Benutzer, die Schutzeinheit 2 und das Verbindungsmittel 3 nach Belieben und auf einfache und schnelle Weise miteinander zu verbinden und voneinander zu trennen.
Eine solche technische Disposition vereinfacht die Reparatur einer Einrichtung 1 im Fall des Versagens der Schutzeinheit 2 selbst, da es durch die Erfindung möglich ist, die Schutzeinheit 2 im Wesentlichen sofort und ohne dass Spezialwerkzeuge (beispielsweise Lötmetall oder Entlötgeflecht) benötigt werden, zu ersetzen.
Vorzugsweise umfasst das Koppelmittel 5 ein erstes Halteglied 5A, das so angeordnet ist, dass es an dem ersten Pol 2A anliegt, und ein zweites Halteglied 5B, das so angeordnet ist, dass es am zweiten Pol 2B anliegt, wobei die Glieder 5A, 5B zusammenwirken, um Kompression auf die Schutzeinheit 2 auszuüben, vorzugsweise entlang der Achse X-X', die durch die Pole 2A, 2B verläuft.
In der in den Figuren gezeigten Ausführungsform wirken das erste und das zweite Halteglied 5A, 5B zusammen, um Kräfte gleicher Größen, aber entgegengesetzter Richtungen auf die jeweiligen die Pole 2A, 2B tragenden Flächen 20A, 20B der Funkenstrecke 2C auszuüben, so dass die Funkenstrecke in Position und in elektrischem Kontakt mit dem Verbindungsmittel 3 gehalten wird.
Die Halteglieder 5A, 5B üben somit entlang der Achse X-X' ein Kneifen auf die Einheit 2 aus, wobei das Kneifen gleichzeitig zum Bereitstellen einer elektrischen Verbindung und eines mechanischen Haltens dient.
Vorteilhafterweise umfassen die Verbindungsmittel 3 erstens einen ersten Verbinder 3A, der elektrisch mit dem ersten Halteglied 5A, das zumindest teilweise aus einem ersten elektrisch leitenden Material besteht, verbunden ist, und zweitens einen zweiten Verbinder 3B, der elektrisch mit dem zweiten Halteglied 5B, das zumindest teilweise aus einem zweiten elektrisch leitenden Material besteht.
Vorzugsweise sind das zweite Halteglied 5B und der zweite Verbinder 3B als ein einziges Teil 50B gebildet, wie in 1 bis 3 gezeigt.
Es ist auch vorstellbar, dass das erste Halteglied 5A und der erste Verbinder 3A durch ein einziges Teil gebildet werden.
Vorteilhafterweise ist das thermische Trennschaltermittel 4 mit dem ersten Verbinder 3B und/oder mit dem zweiten Halteglied 5B thermisch, und insbesondere leitend, verbunden. Mit anderen Worten dient der zweite Verbinder 3B und/oder das zweite Halteglied 5B dazu, Temperaturinformationen von der Einheit 2 an das thermische Trennschaltermittel 4 zu leiten.
Vorteilhafterweise unterscheidet sich das erste Halteglied 5A funktionell und strukturell von dem zweiten Halteglied 5B.
Insbesondere ist das erste Halteglied 5A spezifisch dafür bestimmt, eine positive Klemmwirkung auf die Einheit 2 auszuüben, während das zweite Halteglied 5B spezifisch dafür bestimmt ist, die Übertragung etwaiger Wärme, die von der Einheit 2 erzeugt werden könnte, an den thermischen Trennschalter 4 zu optimieren.
Vorzugsweise umfasst das erste Halteglied 5A also ein klammerartiges Drückerteil 50A in Form eines elastischen Gliedes mit Deformierungsfähigkeit, das bei Spannung dazu dient, eine druckausübende Reaktionskraft zu erzeugen.
Vorzugsweise hat das Drückerteil 50A die Form eines Federblatts von U-förmigem Querschnitt, wobei einer der Schenkel 6 der U-Form an dem ersten Verbinder 3A anliegt, während der andere Schenkel 7 an dem ersten Pol 2A anliegt, wobei beide Schenkel durch einen Steg 51 verbunden sind.
Das erste zur Herstellung des Drückerteils 50A verwendete Material wird vorteilhafterweise so ausgewählt, dass es gute elastische Eigenschaften bereitstellt. Beispielsweise könnte dieses erste Material auf einer Kupferlegierung basieren.
Das zweite Halteglied 5B umfasst vorzugsweise ein Wärme übertragungsteil 50B zur Kommunikation durch Leitung der von der Schutzeinheit 2 abgegebenen Wärme an das thermische Trennschaltermittel 4.
Vorteilhafterweise bildet das Wärmeübertragungsteil 50B auch ein Anstoßteil für die Einheit 2, d.h. die Einheit wird von dem Drückerteil 50A in Längsrichtung entlang der Achse X-X' gegen das Anstoßteil 50B gedrückt, wobei das Anstoßteil vorzugsweise von starrer Beschaffenheit ist.
Vorteilhafterweise ist das Anstoßteil 50B so geformt, dass die Kontaktfläche zwischen der Schutzeinheit 2 und dem Anstoßteil 50B unter den Größenbeschränkungen für die Ausbildung der Einrichtung 1 eine möglichst große Fläche darstellt, so dass die Wärmeübertragung durch Leiten zwischen der Einheit 2 und dem Anstoßteil 50B optimiert wird.
Zu diesem Zweck kann das Anstoßteil 50B vorteilhafterweise eine ebene Anlagefläche 8 darstellen, deren Ausmaße ausreichen, um die Fläche 20B der Einheit 2, die den zweiten Pol 2B trägt, vollkommen zu bedecken und dadurch eine ebene Anlagefläche wie in 1 und 2 gezeigt bereitzustellen.
Um die oben erwähnte Wärmeübertragung zu optimieren, wird das zweite Material, das zur Bildung des Anstoßteils 50B verwendet wird, so ausgewählt, dass es hervorragende Wärmeleitfähigkeit bietet. Beispielsweise könnte dieses zweite Material im Wesentlichen reines Kupfer sein.
Vorteilhafterweise enthält das Verbindungsmittel 3 auch einen dritten Verbinder 3C, wobei der erste und dritte Verbinder 3B so ausgelegt sind, dass sie elektrisch mit den zu schützenden Apparaten verbunden werden.
Vorteilhafterweise ist das thermische Trennschaltermittel 4 so ausgelegt, dass es von einer geschlossenen Konfiguration (in den Figuren gezeigt), in der es elektrischen Kontakt zwischen dem zweiten und dritten Verbinder 3B, 3C bereitstellt, zu einer offenen Konfiguration, in der der Kontakt zwischen dem zweiten und dem dritten Verbinder 3B, 3C unterbrochen wird, übergehen kann.
Vorzugsweise enthält das thermische Trennschaltermittel 4 einen Gleiter 4A, der vorzugsweise von starrer Beschaffenheit ist und so montiert wird, dass er in einer axialen Richtung zwischen einer ersten oder Rückschlagposition, die dem Unterbrechen der elektrischen Verbindung zwischen der Einheit 2 und den zu schützenden Apparaten entspricht, und einer zweiten Position, in der der Gleiter 4A einen elektrischen Kontakt zwischen dem zweiten und dritten Verbinder 3B, 3C herstellt, elastisch gleiten kann, wobei der Gleiter durch Schmelzmittel 4B in Lötmittelart in der zweiten Position festgehalten wird.
Wie schematisch in 3 gezeigt, ist der Gleiter 4A vorzugsweise so montiert, dass er unter Antrieb durch die Feder 9, d.h. einer Kompressionsfeder, elastisch in einer Axialrichtung gleitet.
Vorzugsweise weist der Gleiter 4A auch einen Nockenrand 4C auf, um das Lötmittel 4B wegzukratzen, wenn der Gleiter von seiner zweiten Position in seine erste Position zurückkehrt, um so Reste von flüssigem Lötmittel zu entfernen, die eine unerwünschte Verbindung zwischen dem zweiten und dritten Verbinder 3B und 3C herstellen könnten.
Das thermische Trennschaltermittel 4 ermöglicht es also, dass der Kontakt gleichzeitig an zwei Stellen geöffnet wird, d.h. bezüglich des zweiten Verbinders 3B und der zweiten Verbindung 3C. Der Unterbrechungsabstand wird verstärkt, da er das Doppelte des Abstands darstellt, den der Gleiter 4A von seiner zweiten Position in seine erste Position zurücklegt. Diese technische Disposition ist besonders vorteilhaft, wenn die Größenordnung des zu unterbrechenden Stroms in einem hohen Bereich (z.B. bei einem Überspannungsleiter zum Schutz der neutralen Leitung in dem Bereich von 100 Ampere (A) bis 200 A) liegt.
Dennoch ist die Erfindung nicht auf das spezifische oben beschriebene thermische Trennschaltermittel beschränkt. Als Alternative könnte das thermische Trennschaltermittel einen starren Gleiter ersetzen, in dem ein System mit einem flexiblen leitenden Geflecht, oder indem tatsächlich nur ein Schmelzmittel verwendet wird. Es ist auch vorstellbar, thermische Trennschaltermittel zu verwenden, die exakt die in den Figuren gezeigte Form aufweisen, aber anstelle der Verwendung von Schmelzmitteln zum Halten des Gleiters 4A in der zweiten Position einen Bimetallstreifen einzusetzen, der so angeordnet ist, dass er abgelenkt wird, wenn seine Temperatur einen bestimmten kritischen Wert erreicht, und durch diese Ablenkung der Gleiter 4A freigegeben wird.
Es folgt eine kurze Beschreibung der Herstellungsweise und Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung, basierend auf der den 1 bis 3 entsprechenden Ausführungsform.
Während der Herstellung des Überspannungsableiters 1, wird die Schutzeinheit 2, die in diesem Fall durch eine Funkenstrecke 2 gebildet wird, unter Kraftanwendung zwischen der Drückerklammer 50A und das Anstoßteil 50B eingeführt. Während dieser Einführungsstufe drückt die erste ebene Fläche 20A der Funkenstrecke 2C den Schenkel 7 des Drückerteils auf den anderen Schenkel 6 zu. Als Reaktion übt der Schenkel 7 eine gegen die Fläche 20A gerichtete Kraft auf, die in im Wesentlichen linearer oder pseudolinearer Art und Weise ausgeübt wird, wobei die ausgeübte Kraft ausreicht, um eine geeignete elektrische Verbindung zwischen der Funkenstrecke 2C und dem Drückerteil 50A sicherzustellen. Während der Einführungsstufe kommt die zweite ebene Fläche auf ebene Weise an der Anlagefläche 8 des Anstoßteils 50B zu liegen. Dieses Anliegen über eine große Fläche dient dazu, dass die Wärmeübertragung zwischen der Einheit 2 und dem Anstoßteil 50B verstärkt wird. Am Ende der Einführungsstufe wird die Funkenstrecke 2C also in Position geklemmt. Diese Klemmwirkung führt gleichzeitig dazu, dass die elektrische Verbindung zu der Funkenstrecke 2C hergestellt wird, sie in Position gehalten und eine thermische Verbindung dazu hergestellt wird.
Die Baugruppe 1A wird dann geschlossen, um eine einzige Kartusche zu bilden, die mit zwei aus dem zweiten und dritten Verbinder geformten Anschlussstiften versehen ist. Diese Kartusche wird dann mit der Elektroplatte der zu schützenden Anlage verbunden, z.B. zwischen neutraler Leitung und einer Phase.
Falls sich die Funkenstrecke 2C anormal aufheizt, wird diese Wärme durch Leiten über das speziell für diesen Zweck bereitgestellte Anstoßteil 50A zu dem Lötmittel übertragen. Das Lötmittel 4B schmilzt und gibt dadurch den Gleiter 4A frei, der unter Antrieb von der Feder 9 in seine Rückschlagposition zurückkehrt. Der elektrische Kontakt zwischen der Anlage und der Funkenstrecke 2C wird somit unterbrochen, wodurch auch die Erhitzung der Funkenstrecke gestoppt und so jedes Risiko, in Brand zu geraten, verhindert wird.
Eine nicht betriebsbereite Funkenstrecke 2C kann sehr einfach durch eine neue Funkenstrecke ersetzt werden, da dies lediglich das Öffnen der Baugruppe 1A, das manuelle Entfernen der alten Funkenstrecke 2C und das Einsetzen einer neuen Funkenstrecke zwischen dem Drückerteil 50A und dem Anstoßteil 50B erfordert.
Die Erfindung ermöglicht somit, von einem modularen Überspannungsableiter zu profitieren, der ohne Lötmittel für die Montage zu verwenden exzellente elektrische und thermische Verbindungen zwischen seiner Schutzeinheit 2 und der übrigen Einrichtung 1 bereitstellt.
EIGNUNG FÜR INDUSTRIELLE ANWENDUNGEN
Die Erfindung findet industrielle Anwendung beim Aufbau, der Herstellung und der Verwendung von überspannungsableiterartigen Einrichtungen, um vor Überspannungen zu schützen.

Claims

Einrichtung (1) zum Schützen elektrischer Apparate vor elektrischen Überspannungen, wobei die Einrichtung Folgendes umfasst: – mindestens eine Funkenstrecke (2C), die mindestens einen ersten und einen zweiten Pol (2A, 2B) aufweist, wobei die Pole (2A, 2B) über ein Verbindungsmittel (3) elektrisch mit den Apparaten verbunden sind; – funktionelles Koppelmittel (5) zum Koppeln der Funkenstrecke (2C) mit dem Verbindungsmittel (3); und – thermisches Trennschaltermittel (4), das mit der Funkenstrecke (2C) funktionell verbunden ist, um die elektrische Verbindung zwischen der Funkenstrecke (2C) und den Apparaten zu trennen, wenn die Temperatur der Einheit einen vorbestimmten kritischen Wert erreicht; wobei die Einrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass das Koppelmittel (5) dafür ausgelegt ist, auf die Funkenstrecke (2A) eine Klemmkraft dergestalt auszuüben, dass eine elektrische Verbindung zwischen den Polen (2A, 2B) und dem Verbindungsmittel (3) sichergestellt wird, während die Funkenstrecke (2C) elektrischen Strom weitergibt.
Einrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelmittel (5) dafür ausgelegt ist, zwischen der Funkenstrecke (2C) und dem Verbindungsmittel (3) eine lösbare Kopplung zu gestatten.
Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelmittel (5) ein erstes Halteglied (5A), welches so angeordnet ist, dass es am ersten Pol (2A) anliegt, und ein zweites Halteglied (5B), welches so angeordnet ist, dass es am zweiten Pol (2B) anliegt, wobei das erste und das zweite Halteglied (5A, 5B) zusammenwirkend Kompression auf die Funkenstrecke (2C) ausüben, umfasst.
Einrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel (3) erstens einen ersten Verbinder (3A), der elektrisch mit dem ersten Halteglied (5A) verbunden ist, wobei das erste Halteglied aus einem ersten elektrisch leitenden Material besteht, und zweitens einen zweiten Verbinder (3B), der elektrisch mit dem zweiten Halteglied (5B) verbunden ist, wobei das zweite Halteglied aus einem zweiten elektrisch leitenden Material besteht, umfasst.
Einrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Halteglied (5B) und der zweite Verbinder (3B) aus einem einzigen Teil (50B) gebildet werden.
Einrichtung (1) nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das thermische Trennschaltermittel (4) thermisch mit dem zweiten Verbinder (3B) und/oder dem zweiten Halteglied (5B) verbunden ist.
Einrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich das erste Halteglied (5A) strukturell und funktionell von dem zweiten Halteglied (5B) unterscheidet.
Einrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Halteglied (5A) ein klammerartiges Drückerteil (50A) umfasst, während das zweite Halteglied (5B) ein Wärmeübertragungsteil (50B) umfasst.
Einrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Drückerteil (50A) ein Federblatt von U-förmigem Querschnitt ist, wobei einer der Schenkel (6) der U-Form am ersten Verbinder (3A) anliegt, während der andere Schenkel (7) an dem ersten Pol (2A) anliegt.
Einrichtung (1) nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragungsteil (50B) ein Anstoßteil ist, das so geformt ist, dass die Kontaktfläche zwischen der Funkenstrecke (2C) und dem Anstoßteil (50B) eine möglichst große Fläche darstellt.
Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material ausgewählt ist, um exzellente Wärmeübertragungsfähigkeit bereitzustellen.
Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verbinder (3A) zum Verbinden mit den Apparaten ausgelegt ist, wobei das Verbindungsmittel (3) auch einen dritten Verbinder (3C) umfasst, der zum Verbinden mit den Apparaten ausgelegt ist, und das thermische Trennschaltermittel (4) so ausgelegt sind, dass es von einer geschlossenen Konfiguration, in der es einen elektrischen Kontakt zwischen dem zweiten und dem dritten Verbinder (3B, 3C) bereitstellt, zu einer offenen Konfiguration, in der der elektrische Kontakt zwischen dem zweiten und dem dritten Verbinder (3B, 3C) unterbrochen wird, übergeht.
Einrichtung (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das thermische Trennschaltermittel (4) einen Gleiter (4A) umfasst, der so montiert ist, dass er in einer axialen Richtung zwischen einer ersten oder Rückschlagposition, welche dem Unterbrechen der elektrischen Verbindung zwischen der Funkenstrecke (2C) und den Apparaten entspricht, und einer zweiten Position, in der der Gleiter (4A) einen elektrischen Kontakt zwischen dem zweiten und dritten Verbinder (3B, 3C) herstellt, elastisch gleitet, wobei der Gleiter durch Schmelzmittel (4B) in der zweiten oder Anstoßposition gehalten wird.