DE2633160A1 - Leitungsschutzvorrichtung fuer eine fernmeldeeinrichtung - Google Patents
Leitungsschutzvorrichtung fuer eine fernmeldeeinrichtungInfo
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Description
datum: 22. Juli 1976 ■■■■
Reliable Electric Company, eine Gesellschaft nach den
Gesetzen des Staates Delaware, 11333 Addison Street, Franklin Park, Illinois 60131 (V. St. A.)
Leitungsschutzvorrichtung für eine Fernmeldeeinrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Leitungsschutzvorrichtung für eine Fernmeldeschaltung, mit einer Schutzeinheit,
zu der ein erster und ein zweiter Endanschluß zur Verbindung mit einem Fernmeldeleitungspaar, ein dritter Mittelanschluß
zur Verbindung mit einem Erdanschluß, und ferner an die Anschlüsse geführte Elektroden mit einer in den
Stromkreis zwischen dem ersten v;nd dritten sowie zwischen dem zweiten und dritten Anschluß gelegten Spannungszusammenbrucheinrichtung
gehören.
Derartige Schutzvorrichtungen finden Verwendung in Telefon-Amts
einrichtungen und schützen die internen Anlagen vor Schäden
durch überspannungs- und überstromzustände, die auf den äußeren Leitungen auftreten können. Beispiele solcher Schutzvorrichtungen
können den US-Patentschriften 3 743 888, 3 573 695, 3 587 021 und 3 849 750 entnommen werden.
KG/ig
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Bekannte Leitungsschutzvorrichtungen besitzen teilweise einen Leitungskreis mit einer Heizspule, die bei Auftreten
eines Überstromes in der Leitung ein Schmelzelement in relativ kurzer Zeit zum Schmelzen bringt, wenn ein
äußerer Überstromzustand besteht. Hierbei ist es erforderlich, daß der Schutzvorrichtung ein zusätzlicher Heizstrom
zugeführt wird, und dies kompliziert in manchen Fällen die Verdrahtung der Amtseinrichtungen. Eine in
der Schutzvorrichtung angeordnete Feder bringt ein Kontaktpaar zusammen und bildet somit eine direkte metallische
Brücke von der Leitung zur Erde. Unter solchen Bedingungen ist man darauf angewiesen, daß eine Feder langzeitig große
Überströme aufnimmt. Dabei können Störungen auftreten, da die Feder nicht immer die auftretenden Ströme verträgt.
Außerdem kann die Feder duröh überhitzung vom überstrom
weich worden, und dann bleibt das Kontaktpaar getrennt
oder findet nur losen Kontakt.
Außerdem ist es erwünscht, daß der Leitungspfad innerhalb der Schutzvorrichtung so kurz wie möglich ausfällt und so
wenig wie möglich Oberfläche-zu-Oberfläche-Kontakte besitzt.
Solche Maßnahmen tragen zur Reduzierung des Leitungsrauschens im normalen Betriebszustand bei. Bekannte
Leitungsschutzvorrichtungen mit Heizspulen haben sich in der Vergangenheit mitunter als Rauschquellen erwiesen, weil
sie unnötig lange Schaltungspfade und vielfache Oberflächezu-Oberfläche-Kontakte
an Bauelementen im Leitungskreis innerhalb der Schutzvorrichtung aufwiesen.
Ein weiteres Problem für Leitungsschutzvorrichtungen der genannten
Art bildet die Notwendigkeit der Vereinfachung des Einsetzens von Unterbaugruppen in ein genormtes Schutzvor-
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r'ichtungsgehäuse, um die Herstellkosten zu senken. Unterschiedliche
Forderungen von Anwendern sind häufig mit Änderungen im internen Aufbau der Schutzvorrichtung verbunden. Es ist daher wichtig, eine Schutzvorrichtung so zu
konstruieren, daß sie vielseitig ist, aber auf eine genormte Fünf-Stift-Basis mit entsprechendem Gehäuse aufgesetzt
werden kann. Einige Schutzvorrxchtungstypen benötigen Kohleelektroden, andere wieder gasgefüllte Röhren.
Manchmal braucht man Heizspulen, manchmal nicht. In jedem Falle ist es erwünscht,für derartige Schutzvorrichtungen
eine bestimmte Anzahl von standardisierten bzw. gemeinsamen Teilen bereitzuhalten, damit die zahlreichen Varianten der Schutzvorrichtung leicht hergestellt werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue und
verbesserte Leitungssöhutzvorrichtung des Spannungszusammenbruchstyps
zu schaffen, welche unter Verzicht auf eine Heizspule relativ schnell auf Überspannungs- oder Überstromzustände
auf der Leitung anspricht, relativ klein und kompakt aufgebaut ist, so daß sich mehrere Schutzvorrichtungen auf
einer einzigen Schutzvorrichtungsplatte anbringen lassen, einfach und billig in der Herstellung sowie zuverlässig
im Betrieb ist, für den Aufbau auf einer genormten Basis mit Gehäuse geeignet ist und sich aus wenigen Bauteilen
in relativ kurzer Zeit montieren läßt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
über den Endanschlüssen und in einem Abstand vom Mittelanschluß mit je einem sich in Richtung auf den Mittelanschluß
erstreckenden Abschnitt versehene leitfähige Kappen positioniert und durch ihnen gleichzeitig einen elektrischen
Kontakt vermittelnde Federelemente mit einer Longitudinalkraft
in Richtung auf den Mittelanschluß vorgespannt sind;
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und daß innerhalb jeder Kappe eine sich der Federvorspannkraft entgegenstellende Einrichtung angeordnet
ist, welche den Abstand der jeweiligen Kappe vom Mittelanschluß aufrechterhält, solange der zwischen den Endanschlüssen
und dem Mittelanschluß fließende Strom unter
einem vorbestimmten Minimalwert liegt, jedoch mindestens eine der Kappen unter Bildung eines direkten metallischen
Erdschlusses in Kontakt fliit dem Mittelanschluß bewegt, wenn der zwischen den Endanschlüssen und dem Mittelanschluß
fließende Strom den vorbestimmten Minimalwert überschreitet.
Kurz zusammengefaßt gehört zu der die Aufgabe lösenden Leitungsschutzvorrichtung ein Gehäuse aus Isoliermaterial
mit einer Basis, durch die sich Leitungsanschlußstifte und ein Erdanschlußstift erstrecken, wobei eine Überspannungsschutzeinrichtung
zwischen jedem Leitungsanschlußstift und dem Erdanschlußstift elektrisch verbunden ist.
An Endanschlüssen der Schutzvorrichtung sind bewegliche Kappen festgehalten und mit einer Vorspannkraft durch eine
Blattfeder innerhalb des Gehäuses in Richtung auf den zentralen Mittelanschluß vorgespannt. Normalerweise werden
diese Kappen in gleichen Abständen von entgegengesetzten Seiten eines Halteclip festgehalten, welcher den Mittelanschluß
berührt. Es besteht also eine große Impedanz (d.h. ein großer·Luftspalt) zwischen den Kappen und dem Clip.
Bei Auftreten eines Überstromzustandes fließt der Strom durch die Endkappe und durch eine darin positionierte
Schmelzpille. Sobald die Schmelzpille flüssig ist, gelangen die Endkappen in Kontakt mit dem Halteclip, welcher
mit dem Mittelanschluß elektrisch verbunden ist. Dadurch werden die Fernmeldeleitungen geerdet. In vorteilhafter
Weiterbildung der Erfindung kann der Clip mit einer Zen-
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triereinrichtung versehen sein, vorzugsweise in Form eines Schlitzes oder einer Ausnehmung, um einen den
Mittelanschluß der Schutzvorrichtung bildenden Ring zu berühren. Diese Zentriereinrichtung gewährleistet
richtige Abstände zwischen den Endkappen und dem Halteclip .
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Schaltbild eines TeIefonleitüngspaares
in Verbindung mit einer Schutzvorrichtung, welche bei einem überspannungs- und/oder überstromzustand
jede Leitung erdet,
Ficjf. 2 eine perspektivische Ansicht eines Gehäuses
mit Basis zur Unterbringung der erfindungsgemäßen Leitungsschutzvorrichtung,
Fig. 3 einen maßstäblich vergrößerten Längsschnitt durch die in Fig. 2 dargestellte Leitungsschutzvorrichtung im Verlauf einer Linie
3-3,
Fig. 4 . je einen Schnitt im Verlauf einer Linie 4-4
und 5 bzw. 5-5 von Fig. 3,
Fig. 6 einen maßstäblich vergrößerten Teilschnitt der Schutzvorrichtung von Fig. 3, 4 und 5,
im Kurzschlußzustond nach Auftreten einer überstrombedingung,
Fig. 7 eine auseinandergezogene perspektivische
Darstellung mit den Einzelteilen der erfindungsgemäßen
Schutzvorrichtung, und
Fig. 8 einen Querschnitt durch eine in der Schutzvorrichtung benutzte gasgefüllte Röhre.
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Fig. 1 zeigt in Form eines vereinfachten Schaltbildes, wie die vorliegende Leitungsschutzvorrichtung an ein
Telefonleitungspaar angeschlossen ist. Das Telefonleitungspaar besteht aus einer ersten Leitung 11 und einer
zweiten Leitung 12 zur Verbindung je einer äußeren Klemmstelle 13 bzw. 14 mit einer amtsseitigen Klemme
16 bzw. 17. Die als Element oder Einheit ausgebildete Leitungsschutzvorrichtung 20 besitzt einen zentralen
Zylinder 23 mit beiderseitigen Endanschlüssen 21 und 22, welche über je eine Abzweigleitung 24 bzw. 26 an
die erste Leitung 11 bzw. die zweite Leitung 12 angeschlossen
sind. Ferner gibt es einen über eine Leitung 28 an Erdpotential gelegten Mittelanschluß 27.
Vorzugsweise ist das eigentliche Element der Leitungsschutzvorrichtung 20 als Kaltkathoden-Gasröhre ausgebildet,
mit zwei Abschnitten 23a und 23b innerhalb des zentralen Zylinders 23. Tritt ein Überspannungszustand auf,
dann ionisiert das Gas innerhalb der Abschnitte 23a und 23b und schließt die Abzweigleitungen 24 und 26 mit dem
anLeitung 28 anliegenden Erdpotential kurz. Im Verlauf eines länger anhaltenden Überstromzustands werden die Endanschlüsse
21 und 22 gegenüber dem Mittelanschluß 27 in weiter unten beschriebener Weise kurzgeschlossen. Dieser
Überstrom-Kurζschlußzustand ist ein Dauerzustand und erfordert
ein Reparieren bzw. Ersetzen der Leitungsschutzvorrichtung 20.
Gemäß Fig. 2 ist die erfindungsgemäße Leitungsschutzvorrichtung in einem genormten Kunststoffgehäuse 30 untergebracht,
welches sich mittels eines oberseitigen Griffteils 31 leicht in einen üblichen Installationsträger
einsetzen bzw. aus diesem herausziehen läßt. Solch In-
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stallationsträger hat gewöhnlich für jede Schutzvorrichtungseinheit
sechs Steckbuchsen in rechteckiger Verteilung sowie eine zusätzliche Buchse für einen
Orientierungsstift. An einem unteren Endabschnitt 32 des Kunststoffgehäuses 30 befinden sich Durchbrüche
33 und 34 zur Aufnahme von Vorsprüngen 36 und 37 einer Basis 38 aus isolierendem Kunststoff. Auf diese Weise
ist das Gehäuse 30 fest mit der den Gehäuseboden bildenden Basis 38 verbunden. Aus dieser Basis 38 stehen mehrere
Stifte in genormter Anordnung hervor, entsprechend der. Buchsenverteilung auf dem Installationsträger. Zwei
Stifte 39 und 40 sind durch Vernieten oder in anderer Weise elektrisch verbunden mit einem gemeinsamen abgewinkelten
Schenkel 41 eines als Blattfeder ausgebildeten Halters 42. In ähnlicher Weise trägt ein gemeinsamer
Schenkel 46 zwei mit diesem elektrisch verbundene Stifte 43 und 44; dieser Schenkel 46 ist von einem als Blattfeder
ausgebildeten Halter 47 abgewinkelt. Ferner ist noch ein fünfter Stift 48 durch die Basis hindurchgeführt
und mit einem Clip 50 verbunden, welcher seinerseits die Aufgabe hat, den Mittelanschluß 27 der Leitungsschutzvorrichtung
20 fest und elektrisch leitend zu umfassen.
Die Anschlußstifte 40 und 44 sind vorzugsweise mit den ankommenden
Leitungen und die Anschlußstifte 39 und 43 mit den amtsseitigen Klemmen verbunden. Somit bilden die Anschlußklemmen
40 und 39 einen ersten ankommenden und einen ersten entgegengesetzt ausgehenden Leitungsanschluß, während
die Anschlußklemmen 44 und 43 einen zweiten ankommenden und einen zweiten entgegengesetzt ausgehenden Leitungsanschluß bilden. Die an den vier Ecken eines Rechtecks gesetzten
Anschlußklemmen 39, 40, 43 und 44 haben in der Durchtrittsebene durch die Basis 38 zueinander parallel
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verlaufende Achsen, und der mit seinem unteren oder vorstehenden Abschnitt den Erdanschluß bildende Stift
48 verläuft ebenfalls parallel zu den zuvor erwähnten anderen Anschlußstiften.
Ferner verläuft der vorstehende Teil des Erdanschlußstiftes 48 in eine die Anschlußstifte 43 und 39 verbindende
Linie, welche die lange Seite des durch die vier Anschlußstifte 39, 40, 43 und 44 dargestellten Rechtecks
bildet.
Der Clip 50 besitzt in jedem seiner Schenkel einen länglichen Zentrierausschnitt 51, in den der ringförmige
Mittelanschluß 27 eingreift. Durch diese Maßnahme werden die beiden Seitenkanten 52 und 53 des Clip 50 in gleichmäßigen,
in Pig. 3 mit b bezeichneten Abständen von je einer gegenüberliegenden Endkappe 56 bzw. 57 gehalten.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispxel liegt der Abstand b in der Größenordnung von etwa 0,75 bis etwa 1,0 mir.
Gemäß Fig. 3 und 4 werden die beiden Endkappen 56 und 57 in dieser Distanzlage relativ zum Clip 50 durch Schmelzelemente
60,60 gehalten. Vorzugsweise besteht jedes Schmelzelement 60 aus einem niedrig schmelzenden Lötmetall. Wenn
ein hoher Strom von dem federnden Halter 42 über die Endkappe 57 und das Schmelzelement 60 zum Abschnitt 23a des
Zylinders 23, und von dort über den Clip 50 zum Erdanschlußstift 48 fließt, dann wird Wärme erzeugt. Das bringt
das Schmelzelement 60 zum Schmelzen und Fließen, so daß der nach innen vorgespannte, als Blattfeder ausgebildete
Halter 42 die Endkappe 57 in direkten Kontakt mit dem Clip 50 bringt, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist. Ein Überstromzustand
im Bereich der gegenüberliegenden Endkappe
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56 läßt auch dort das Schmelzelement 60 fließen und die
Endkappe 56 in Kontakt mit Clip 50 gelangen.
Wie Fig. 4 zeigt, befindet sich innerhalb der Endkappe
57 ein freier Raum 62, welcher das Volumen des flüssigen
Schmelzelementes 60 aufnimmt und es ermöglicht, daß die Endkappe 57 an den Clip angelegt wird und diesen
berührt. Die Endkappe 56 ist in gleicher Weise ausgebildet, so daß sich eine gesonderte Beschreibung erübrigt.
Gemäß Fig. 5 ist der Clip 50 an einem gebogenen Abschnitt 74 des Erdanschlußstiftes 48 befestigt; dadurch läßt sich
die gesamte Schutzvorrichtung in dem gleichen genormten Gehäuse mit Basis unterbringen wie die bisher üblichen Konstruktionen.
Dadurch paßt die erfindungsgemäße Leitungsschutz vorrichtung in die genormten Installationsträger
für Schutzvorrichtungen in Fernmeldeämtern. Die beiden mit je einem Zentrierausschnitt 51 versehenen Schenkel des
Clip 50 sind im wesentlichen in dem gleichen Radius gekrümmt wie die äußere Oberfläche des Zylinders 23. Die
den Mittelanschluß des Zylinders 23 elektrisch kontaktgebend aufnehmenden Zentrierausschnitte 51 sind so bemessen,
daß das Isoliermaterial der Gasröhre den positiven elektrischen Kontakt nicht stören kann. Zur Lagebegrenzung der
zwischen die als Blattfedern ausgebildeten Halter 42 und 47 eingesetzten Schutzeinheit dient eine über dem gebogenen
Abschnitt 74 des Erdanschlußstiftes 48 aufgeschobene Begrenzungshülse 73, die sich nach unten bewegt, bis sie
die Innenoberfläche der Basis 38 berührt und damit die Lage der Schutzeinheit zwischen den federnden Haltern festlegt.
Fig. 7 macht mit einer auseinandergezogenen Darstellung die Einfachheit der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung
in Konstruktion und Aufbau deutlich.
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In Fig. 8 ist eine im Rahmen der Erfindung verwendbare Gasröhre geschnitten dargestellt. Der zentrale
Zylinder 23 aus Isoliermaterial enthält zwei Gaskammern 80 und 81. Eine innere Elektrodenfläche 84
des Endanschlusses 21 befindet sich in einem Abstand von einer Elektrodenfläche 84 des Mittelanschlusses
27. Die Elektrodenfläche 84 ist ringförmig um eine öffnung 86 ausgebildet, welche die beiden Gaskammern
80 und 81 miteinander verbindet. In Gaskammer 81 ist in ähnlicher Weise eine Elektrodenfläche 87 des Endanschlusses
22 in einem Abstand von einer Elektrodenfläche 88 des Mittelanschlusses 27 angeordnet. Der Gesamtabstand
zwischen den Elektrodenflächen 83 und 84 sowie 87 und 88 bestimmt u.a· die Spannung, bei der die
Gasröhre zusammenbricht und leitend wird. Solche Gasröhre
bezeichnet man allgemein als Kaltkathoden-Endladungsröhre.
Beschrieben wurde eine einfache und leistungsfähige Fernmeldeleitungs-Schutzvorrichtung,
die eine Fernmeldeleitung sowohl vor überspannung als vor Überstrom schützt. Als
Überspannungsschutz dient eine Gasröhre. Selbstverständlich
kann auch ein Kohlelichtbogen-Schutzeinsatz bekannter Bauart benutzt werden. Als Überstromschutz dienen Schmelzeinsätze,
die beispielsweise aus einer Lötlegierung bestehen und innerhalbTOn Endkappen untergebracht sind, welche
in Richtung auf einen Mittelanschluß bewegt werden, wenn ein überstrom auftritt, der oberhalb eines vorbestimmten
Minimalwertes liegt.
Die Erfindung, die sich selbstverständlich nicht auf das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, betrifft
zusammengefaßt eine Leitungsschutzvorrichtung mit einem
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einen ersten und einen zweiten Endanschluß sowie einen mit Erde verbundenen Mittelanschluß aufweisenden
Schutzelement. An den Endanschlüssen angebrachte Endkappen besitzen Umfangsränder, welche
mittels verschiebbarer Elemente, welche auf überstromzustände
in der zu schützenden Leitung ansprechen, in einem Abstand von dem Mittelanschluß
gehalten werden. Bei Auftreten von Überströmen Werden die Endkappen zum Mittelanschluß bewegt und
bilden so einen Kurzschlußpfad zur Erde, um die angeschlossenen Fernmeldeeinrichtungen zu schützen. Der
Mittelanschluß ist in einem Clip gehalten, welcher eine angeformte Zentriereinrichtung besitzt, die
für eine Aufrechterhaltung eines gleichmäßigen mechanischen und elektrischen Abstands des Mittelanschlusses
gegenüber den beiden Endkappen verantwortlich ist. Die Leitungsschutzvorrichtung ist in einem genormten Gehäuse
mit Basis untergebracht, welches austauschbar ist mit herkömmlichen Einsteck-Schutzvorrichtungen in Amtseinrichtungen.
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Claims (4)
1.7 Leitungsschutzvorrichtung für eine Fernmeldeschaltung mit einer Schutzeinheit, zu der ein erster und ein zweiter
Endanschluß zur Verbindung mit einem Fernmeldeleitungspaar, ein dritter Mittelanschluß zur Verbindung mit einem Erdanschluß,
und ferner an die Anschlüsse geführte Elektroden mit einer in den Stromkreis zwischen dem ersten und dritten
sowie zwischen dem zweiten und dritten Anschluß gelegten Spannungszusammenbrucheinrichtung gehören, dadurch gekennzeichnet,
daß über den Endanschlüssen (21, 22) und in einem Abstand vom Mittelanschluß (27) mit je einem sich in Richtung
auf den Mittelanschluß erstreckenden Abschnitt versehene leitfähige Endkappen (56, 57) positioniert und durch
ihnen gleichzeitig einen elektrischen Kontakt vermittelnde Federelemente (42, 47) mit einer Longitudinalkraft in Richtung
auf den Mittelanschluß (27) vorgespannt sind; und daß innerhalb jeder Endkappe eine sich der Federvorspannkraft
entgegenstellende Einrichtung (60) angeordnet ist, welche den Abstand der jeweiligen Endkappe vom Mittelanschluß aufrechterhält,
solange der zwischen den Endanschlüssen und dem Mittelanschluß fließende Strom unter einem vorbestimmten
Minimalwert liegt, jedoch mindestens eine der Endkappen unter Bildung eines direkten metallischen Erdschlusses in
Kontakt mit dem Mittelanschluß bewegt, wenn der zwischen den Endanschlüssen und dem Mittelanschluß fließende Strom
den vorbestimmten Minimalwert überschreitet.
2. Leitungsschutzvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet
durch eine an dem Erdanschluß (48) angebrachte und mit
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dem Mittelanschluß (27) verbindbare Clipeinrichtung (50) mit die Abstände zu den Endkappen (56, 57) bildenden
entgegengesetzten ümfangskanten (52, 53), und mit einer Zentriereinrichtung (51) zur Einwirkung
auf den Mittelanschluß (27) und zur gleichförmigen Aufrechterhaltung der Abstände (d) zwischen den entgegengesetzten
ümfangskanten der Clipeinrichtung und den Endkappen, wobei die Endkappen die Clipeinrichtung
berühren, wenn die sich entgegenstellenden Einrichtungen (60) innerhalb der Endkappen durch Erhitzung aufgrund
eines bei Überschreitung des vorbestimmten Minimalwertes fließenden Stromes schmelzen.
3. Leitungsschutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Basis (38), welche mit den
Endanschlüssen (21, 22) und dem Erdanschluß (74) verbundene Anschlußstifte (39, 40, 43, 44, 48) enthält und
in welcher der Erdanschluß (74) zwischen seinen Enden so gebogen ist, daß er senkrecht zur Basis an einer
Basisstelle eintritt, die vom Basiszentrum unterhalb des Mittelanschlusses (27) der Schutzeinheit versetzt
ist.
4. Leitungsschutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine dielektrische Basis (38) mit
je einem Anschlußstift (40, 39) für eine erste ankommende und eine erste ausgehende Leitung (11), je einem Anschlußstift
(44, 43) für eine zweite ankommende und eine zweite ausgehende Leitung (12), wobei diese vier Stifte
mit parallelen Achsen und an den Eckpunkten eines Rechtecks verteilt aus der Basis hervorstehen; einen mit dem
Erdanschluß (74) verbundenen, parallel zu den vorgenannten vier Stiften und zwischen zweien davon (39,'43) an der einen
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langen Rechteckseite aus der Basis (38) hervorstehenden Erdanschlußstift (48); und durch je eine Verbindung
zwischen den Anschlußstxften (40, 39) fürdie erste ankommende sowie ausgehende Leitung und dem einen Endanschluß
(21), und zwischen den Anschlußstxften (44, 43) für die zweite ankommende sowie ausgehende Leitung und
dem anderen Endanschluß (22).
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AS
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