DE3146303C2

DE3146303C2 - Anordnung zum Schutz einer spannungsbegrenzenden Schaltungsanordnung vor Überhitzung durch Überspannung

Info

Publication number: DE3146303C2
Application number: DE3146303A
Authority: DE
Inventors: Aloysius Jozef Nijman; Franciscus Adrianus Cornelis Maria Eindhoven Schoofs
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1980-11-25
Filing date: 1981-11-23
Publication date: 1985-05-02
Also published as: GB2093647B; GB2093647A; AU549528B2; SE443065B; IT1139818B; JPS57116537A; BE891220A; FR2494925B1; FR2494925A1; AU7774481A; BR8107616A; JPH0256010B2; DE3146303A1; SE8106947L; US4459632A; IT8125210A0; CA1190962A; NL8006411A

Abstract

Eine Anordnung zum Schutz vor Überhitzung durch Überspannung einer spannungsbegrenzenden Schaltungsanordnung, beispielsweise verwendbar als Überspannungsschutz bei Fernmeldeleitungen. Die üblichen Leitungssicherungsanordnungen können durch eine Überspannungsstörung mit bleibender Beschädigung und Funktionsverlust überhitzt werden. Die erfindungsgemäße Lösung dieses Problems liegt in der Begrenzung des Stromes, die die Folge der Überspannungsstörung ist mit einem oder mehreren Schaltelementen, die bei der erhöhten Temperatur der spannungsbegrenzenden Schaltungsanordnung selbst aktiviert werden. Die Erfindung weist als kennzeichnende Maßnahme auf, daß zwischen der spannungsbegrenzenden Schaltungsanordnung und dem Schaltelement eine wärmeleitende Verbindung vorgesehen wird. Die Erfindung ist besonders benutzbar an Stellen, wo Fernmeldeleitungen mit einer Fernmeldeapparatur, insbesondere bei Fernsprechzentralen verbunden werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Anordnung ist aus der US-PS 68 277 bekannt.

Um eine Apparatur, die z. B. an eine Fernmeldeleitung angeschlossen ist, vor Überspannung zu schützen, ist meistens in Reihe eine primäre und eine parallelgeschaltete sekundäre Sicherung vorgesehen. Die primäre Sicherung besteht beispielsweise aus einer Gasentladungsröhre oder aus einem Kohleblock. Eine derartige

Sicherung verringert bei Überspannung die Leitungsspannung auf beispielsweise 180 V, nachdem diese Leitungsspannung zuerst einen Schwellenwert von beispielsweise 400 V überschritten hat. Das Einschalten dieser Sicherung erfolgt jedoch mit einer nicht zu vernachlässigenden Einschaltzeit, in der die Leitungsspannung unter bestimmten Umständen noch bis beispielsweise 1000 V arteigen kann. Zugleich schützt diese Sicherung nicht vor Spannungen (beispielsweise 220 V), die niedriger sind als der genannte Schwellenwert, die aber noch Ströme in der Größenordnung von 1 A verursachen können. Ströme dieser Stärke können die Anordnung jedoch beschädigen. Die sekundäre Sicherung dient dazu, den erstgenannten Nachteil der primären Sicherung auszuschalten. Die übliche sekundäre Sicherung besteht aus einem schnell schaltenden spannungsbegrenzenden Element, z. B. einer Zener-Diode oder einem spannungsabhängigen Widerstand (VDR). Diese sekundäre Sicherung kann nun die Leitungsspannung während der Einschaitzeit der primären Sicherung auf beispielsweise 200 V begrenzen. Auf diese We*>e ist die Sicherung vor Blitzinduktionen ausreichend. Jedoch Kurzschluß mit dem Versorgungsnetz oder Induktionsspannung des Versorgungsnetztes derselben Größenordnung durch Versorgungsnetzunbalance führt nach einer bestimmten Zeit (beispielsweise 0,1 s) zu einer Vernichtung der sekundären Sicherung durch Überhitzung. Dies ist selbstverständlich unerwünscht Das Problem ist, daß die genannten Leitungsstörungen zu einer Vernichtung der sekundären Sicherung führen können. Aus der genannten US-PS 40 68 277 ist es bekannt, daß die Vernichtung dadurch vermeidbar ist, daß bei einer Leitungsstörung von beispielsweise 1 s öder länger, die Leitung an der die Störung vorhanden ist, abgeschaltet wird. Die spannungsbegrenzende Schaltungsanordnung ist dabei eine Gasentladungsröhre. Damit in Reihe liegt eine Heizspule, die bei einer Leitungsstörung über einen thermisch betätigten Schalter den Kontakt zwischen der genannten Leitung und der Gasentladungsröhre unterbricht.

Ein Nachteil der bekannten Anordnung is;, daß die Heizspule und das spannungsbegrenzende Element an verschiedenen Stellen angeordnet werden können und folglich unter verschiedenen Umgebungstemperaturverhältnissen arbeiten können, so daß Situationen auftreten können, in denen Überhitzung des spannungsbegrenzenden Elementes nicht schnell oder nicht schnell genug zum Abschalten der Leitung führt. Ein weiterer Nachteil der bekannten Anordnung ist, daß in oder an der Heizspule Kurzschluß möglich ist. In diesem Fall führt Überhitzung des spannungsbegrenzenden Elementes nicht zum Abschalten der Leitung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Schutz vor Überspannung einer an diese Anordnung angeschlossenen Apparatur zu schaffen, welche Anordnung nicht nur selbstwiederherstellend ist und eine zu vernachlässigende Reaktionszsit sowie eine ihrer Schwellenspannung gleichwertige Arbeitsspannung aufweist sondern deren spannungsbegrenzenden Elemente auch sicher vor Überhitzung geschützt sind. Die Sicherungsanordnung der eingangs erwähnten Art weist dazu nach der Erfindung die kennzeichnenden Merkmale auf, daß es zwischen der spannungsbegrenzenden Schaltungsanordnung und dem thermisch empfindlichen Schaltelement eine wärmeleitende Verbindung gibt. Der große Vorteil dieser wärmeleitenden Verbindung ist, daß diese bewirkt, daß die Temperaturen der spannungsbegren-enden Schaltungsanordnung und des thermisch empfindlichen Schaltelementes faä». gleich sind. Eine drohende Überhitzung der spannungsbegrenzenden Schaltungsanordnung führt auf diese Weise immer zu einer Strombegrenzung in der angeschlossenen Leitung, mit der das Schaltelement in Reihe liegt

Das Schützen einer spannungsbegrenzenden Schaltung dadurch, daß diese Schaltung mit einem oder mehreren thermisch empfindlichen Schaltelementen in »hermischen Kontakt gebracht wird, ist an sich aus der US-PS 40 68 281 bekannt. Die darin beschriebene Anordnung bietet jedoch im Falle einer Überspannung keinen Schutz für die angeschlossene Apparatur.
Die Anordnung der eingangs erwähnten Art kann nach einer Ausgestaltung dadurch gekennzeichnet sein, daß sie ein zweites thermisch empfindliches Schaltelement aufweist, das mit einem freien Ende des ersten spannungsbegrenzenden Elementes elektrisch verbunden ist, welche Anordnung mit einer .-.weiten Anschlußklemme zum Anschließen der zu schützenden Apparatur versehen ist, welche Anschlußklemme an der Verbindungsstelle des zweiten thermisch .empfindlichen Schaltelementes und des spannungsbegrenzenden Elementes sngeordnet ist, daß das erste thermisch empfindliehe Schaltelement mit dem anderen Ende des ersten spannungsbegrenzenden Elementes elektrisch verbunden ist und daß es zwischen dem spannungsbegrenzenden und dem zweiten thermisch empfhidlichen Schaltelement eine wärmeleitende Verbindung gibt Dies bietet den Vorteil, daß das spannungsbegrenzende Element vor einem Überspannungsunterschied zwischen den beiden Enden der spannungsbegrenzenden Schaltungsanordnung geschützt wird und zwar unabhängig von einem Potentialunterschied der Enden gegenüber einer Bezugsspannung.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Anordnung der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, daß sie ein zweites und ein drittes spannungsbegrenzendes Element aufweist, daß das zweite spannunfesbegrenzende Element mit einem Ende des ersten spannungsbegrenzenden Elementes elektrisch verbunden ist, daß das dritte spannungsbegrenzenoe Element mit dem anderen Ende des ersten spannungsbegrenzenden Elementes elektrisch verbunden ist und daß es zwi-

<5 sehen dem ersten Schaltelement und dem zweiten spannungsbegrenzenden Element und zwischen dem zweiten Schaltelement und dem dritten spannungsbegrenzenden Element eine wärmeleitende Verbindung gibt
Der Vorteil dieser Sicherungsanordnung ist, daß sie

so einen Schutz bietet vor einem Überspannungsunterschied zwischen den beiden Enden der spannungsbegrrnzc.idin Schaltungsanordnung sowie vor einem Überspannungsunterschied der Enden gegenüber einer Bezugsspannung. Die Anordnung der eingangt erwähnten Art kann auch zusätzlich dadurch gekennzeichnet sein, daß die Reihenschaltung ein drittes und ein viertes thermisch empfindliches Schaltelement aufweist, daß die Anordnung ein viertes und ein fünftes spannungsbegrenzendes Element aufweist, und zwar derart, daß das dritte Schaltelement mit dem ersten Schaltelement elektrisch verbunden ist, daß das vierte Schaltelement mit dem zweiten Schaltelement elektrisch verbunden ist, daß das vierte spannungsbegrenzende Element mit dem elektrischen Verbindungspunkt des dritten und des ersten Schaltelementes elektrisch verbunden ist, daß das fünfte spannungsbegrenzende Element mit dem elektrischen Verbindungspunkt des vierten und des zweiten Schaltelementes elektrisch verbunden ist und daß es

zwischen dem vierten Schaltelement und dem fünften spannungsbegrenzenden Element und zwischen dem dritten Schaltelement und dem vierten spannungsbegrenzenden Element eine wärmeleitende Verbindung gibt. Diese Anordnung bietet den Vorteil, daß eine Sicherung vor einem Überspannungsunterschied zwischen den beiden Seiten des ersten spannungsbegrenzenden Elementes sowie vor einer Überspannungsstön;ng gegenüber einer Bezugsspannung, insbesondere Erde, die an einer der beiden Seiten des ersten spannungsbegrenzenden Elementes auftritt, erreicht wird. Ein weiterer Vorteil dieser Sicherungsanordnung ist, daß im Falle einer Überspannung eine doppelte Stromhemmung dadurch erhalten wird, daß zwei thermisch empfindliche Schaltelemente in Reihe liegen.

Die Anordnung der eingangs erwähnten Art weist nach einer weiteren Fortbildung nach der Erfindung das Kennzeichen auf, daU die Reihenschaltung ein sechstes spannungsbegrenzendes Element und ein fünftes Schaltelement aufweist und daß die Anordnung ein siebentes spannungsbegrenzendes Element und eine dritte Anschlußklemme zum Anschließen der zu schützenden Apparatur aufweist und zwar derart, daß das sechste spannungsbegrenzende Element mit dem fünften Schaltelement und mit dem ersten spannungsbegrenzenden Element elektrisch verbunden ist, daß das erste Schaltelement mit dem ersten spannungsbegrenzenden Element elektrisch verbunden ist und daß das siebente spannungsbegrenze;, ie Element mit dem elektrischen Verbindungspunkt des ersten und des sechsten spannungsbegrenzenden Elementes elektrisch verbunden ist, daß die dritte Anschlußklemme an der Verbindungsstelle des fünften thermisch empfindlichen Schaltelementes und des sechsten spannungsbegrenzenden Elementes angeordnet ist und daß es zwischen dem ersten spannungsbegrenzenden Eicmctii und dem ersten Schaltelement sowie zwischen dem sechsten spannungsbegrenzenden Element und dem fünften Schaltelement eine wärmeleitende Verbindung gibt. Der Vorteil dieser Anordnung liegt in der Tatsache, daß sie durch die Kombination mehrerer spannungsbegrenzender Elemente in der spannungsbegrenzenden Schaltungsanordnung eine große Freiheit in der Wahl des unteren Grenzwertes der Überspannung bietet und zwar dadurch, daß dieser sich aus den Schwellenspannungen mehrerer reihengeschalteter spannungsbegrenzender Elemente zusammenstellen läßt.

Nach einer weiteren Maßnahme ist es möglich, daß jedes spannungsbegrenzende Element, das nur auf einer Seite mit einem thermisch empfindlichen Schaltelement oder mit einem anderen spannungsbegrenzenden Element thermisch gekoppelt ist, an der gegenüberliegenden Seite mit einem Kühlelement versehen ist. Dieses Kühlelement bewirkt eine Temperaturverteilung innerhalb des spannungsbegrenzenden Elementes die das Auftreten der Situation, in der das ganze spannungsbegrenzende Element oder ein Teil davon derart überhitzt wird, daß daran Schade entstehen kann, bevor das thermisch empfindliche Schaltelement eine derart hohe Temperatur erreicht hat, daß es als Stromhemmung wirksam werden kann, erschwert. Das Kühlelement verringert also die Gefahr vor Schaden durch Überhitzung insbesondere im Falle einer sehr großen Wärmeerzeugung in dem spannungsbegrenzenden Element.

Fine besondere bovor/ugic Ausfiihrungsform der beschriebenen Anordnungen wird zusätzlich dadurch gekennzeichnet, daß diese mit einem spannungsabhängigen Widerstand ausgebildet sind, untenstehend bezeichnet mit der Abkürzung VDR, als spannungsbegrenzendes Element und/oder mit einem Widerstand mit einem hohen positiven Temperaturkoeffizienten, auch als PTC-Thermistor bezeichnet, als thermisch empfindliches Schaltelement.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g, 1 eine einfache Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sicherungsanordnung,

Fig. 2 ein anderes Ausführtingsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sicherungsanordnung,

Fig.3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sicherungsanordnung,
F i g. 4 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sicherungsanordnung, in der die spannungsbcgrenzende Schaltungsanordnung zweiseitig geschützt wird,

F i g. 5 eine Ausfuhrungsform der Sicherungsanordnung nach der Erfindung, die vor einseitiger sowie zweiseitiger Überspannung geschützt wird,

F i g. 6 eine Abwandlung der Anordnung nach F i g. 5 mit einer anderen Stapelung der Elemente,

F i g. 7 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sicherungsanordnung mit einer doppelten Stromsperre im Falle einer einseitigen Überspannungsstörung,

Fig. S ein Ausführungsbeispiel einer Sicherungsanordnung, wobei an der spannungsbegrenzenden Schaltungsanordnung eine doppelte Spannung stehen kann,
Fig.9 eine Abwandlung der Sicherungsanordnung nach F i g. 8,

Fig. 10 eine Ausführungsform einer Sicherungsanordnung nach Fig. I, der ein Kühlelement zugefügt worden ist.
In der Ausführungsform der Anordnung zum Schutz

nungsbegrenzendes Element 4 angeordnet. Die Aufgabe dieses Elementes ist das Begrenzen der Überspannung, die an diesem Element vorhanden sein kann. Zur Ausbildung dieses Elementes gibt es mehrere Möglichkeiten, beispielsweise eine gasgefüllte Entladungsröhre, eine Zener-Diode oder ein VDR. Eine Ausführungsform mit einem VDR ist besonders vorteilhaft, weil dieser preisgünstig und klein ist. Für eine weitere Beschreibung wird davon ausgegangen, daß als spannungsbegrenzende Element ein VDR verwendet wird. Bei normaler Betriebsspannung weist der VDR einen derart hohen Widerstand auf, daß der Strom, der durch denselben hindurchfließt, vernachlässigbar klein ist. Bei "iner Überspannungsstörung steigt die Spannung am VDR, wodurch der Widerstand sinkt und der Strom durch denselben stark zunimmt. Dieser Effekt wirkt der Überspannung entgegen und darin besteht die spannungsbegrenzende Wirkung des VDR. Wenn der zugenommene Strom längere Zeit erhalten bleibt, wird der VDR immer wärmer, wodurch Beschädigung auftreten kann. Um dies zu vermeiden ist nach der Erfindung in Reihe mit dem VDR 4 ein Schaltelement 3 aufgenommen, das über eine gut wärmeleitende Verbindung 5 mit dem VDR 4 verbunden ist Beim Auftritt einer Überspannungsstörung wird abhängig von der Wärmeübertragung über die wärmeleitende Verbindung kurze Zeit nach Anfang der Überspannungsstörung das thermisch empfindliche Schaltelement stromsperrend wirken, indem es wärmer

f.5 wird. Auf diese Weise ist der Vorteil, der durch die unmittelbare thermische Verbindung zwischen dem VDR 4 und dem thermisch empfindlichen Schaltelement 3 erhalten wird, daß Überhitzung des VDR 4 vermieden

und die Siromstiecke zu der Apparatur, clic mil der Anschlußklemme 2 verbunden ist. nahezu unterbrochen wird. Das Schaltelement 3 kann beispielsweise als Bimetalischalier oder als PTC ausgebildet werden. Ein PTC ist klein, preisgünstig und betriebssicher. Für die weitere Beschreibung wird davon ausgegangen, daß das thermisch erfindliche Schaltelement als PTC ausgebildet ist. In allen Figuren sind die Elektroden der VDR und PTC mit den schmalen Seiten verbunden dargestellt. Bei den meisten handelsüblichen Ausführungsformen dieser Elemente befinden sich diese Elektroden jedoch an den breiten Seiten des Elementes; dies ist für das Prinzip der .Schallungsanordnung unbedeutend.

In einem Ausführungsbeispiel der Anordnung zur Sicherung einer Apparatur wird der PTC 3 beispielsweise /wischen einer in der Figur nicht dargestellten Fernmeldeleitung, die an die Anschlußklemme 1 angeschlossen werden soil, und iiei in soiiüi^cfideii Apparatur, die 3Π die Anschlußklemme 2 angeschlossen werden soll, in Reihe geschaltet. Unter ungestörten Betriebsumständen bildet der PTC 3 zwischen der genannten Leitung und der Apparatur eine gute elektrische Verbindung. Der VDR 4 wird zwischen die Anschlußklemme 2 und eine Bezugspannung, insbesondere Erde, angeschlossen. Die thermische Verbindung 5 zwischen dem PTC 3 und dem VDR 4 bewirkt, daß der PTC 3 mit dem VDR 4 in der Temperatur steigt. Der Widerstand des PTC 3 steigt durch die Temperaturerhöhung so stark, daß der Strom durch den PTC 3 und folglich auch durch den VDR 4 auf einen derartigen Wert begrenzt wird, daß Beschädigung des VDR 4 und gegebenenfalls der damit verbundenen Apparatur vermieden wird. Die Stromverringerung durch den VDR 4 führt dazu, daß der VDR 4 nicht weiler in der Temperatur steigt. Ist die Überspannung verschwunden, so kühlen der PTC und der VDR 4 ab und die normalen Betriebsverhältnisse kehren zurü^pk, d. h. ein relativ niedriger Widerstandswert des PTC 3 und ein relativ hoher Widerstandswert des VDR 4. Diese Sicherung ist also selbst-wiederherstellend. Die wärmeleitende Verbindung wird durch das Element 5 gebildet. Dieses Element ist derart konstruiert, daß zwischen dem VDR 4 und dem PTC 3 eine gute Wärmeübertragung möglich ist. Dazu bei beispielsweise eine thermisch leitende und elektrisch isolierende Paste benutzt werden. Werden der PTC 3 und der VDR 4 nebeneinander angeordnet, so kann diese Paste zwischen den beiden angebracht werden.

Eine andere Ausführungsform, insbesondere was die wärmeleitende Verbindung der Sicherungsanordnung nach der Erfindung anbelangt, ist in F i g. 2 dargestellt. Der PTC 3 und der VDR 4 sind über einen Leiter 7 elektrisch miteinander und mit der Anschlußklemme 2 verbunden. Die thermische Verbindung erfolgt hier dadurch, daß die Elemente in die genannte Paste 6 eingebettet sind Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist das große Ausmaß an Freiheit, die es bei der Formgestaltung der Sicherungsanordnung gibt, dies ungeachtet der Form der Elemente. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform ist, daß alle Wärme, die in dem VDR 4 erzeugt wird, dem PTC 3 zugute kommt Ein weiterer Vorteil ist noch, daß in dieser Ausführungsform keine schädlichen thermischen Spannungen durch eine homogenere Wärmeverteilung und dadurch, daß die Elemente in ein Medium 6 eingebettet sind, das plastisch bleibt, auftreten können.

Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sicherungsanordnung zeigt F i g. 3. Die elektrische sowie thermische Verbindung zwischen dem PTC 3 und dem Vl)R 4 wird hier durch nur ein Element 8 gebildet. Dies ist mil Hilfe beispielsweise einer Kupferplatte verwirklicht. Die Anschlußklemme 2 zum Anschließen der durch den VDR 4 zu sichernden Apparatur ist mit dem Element 8 verbunden.

Diese Ausführungsform bietet den Vorteil einer großen konstruktiven Einfachheit. Außerdem läßt diese Konstruktion beispielsweise durch eine geringe Dicke der Platte oder gegebenenfalls nur eine Lötschicht eine

ίο geringe Wärmekapazität des Elementes 8 zu, während für dieses Element 8 durch die Wahl des thermisch gut leitenden Werkstoffes, beispielsweise Kupfer, eine geringe Reaktionszeit der Sicherungsanordnung verwirklicht werden kann.

F i g. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sicherungseinrichtung, in der der VDR 4 über die wärmeleitenden Verbindungen 5 und 9

steht. Eine Seite des VDR 4 ist mit der Anschlußklemme 2 verbunden, die andere Seite des VDR 4 ist mit der Anschlußklemme II verbunden, mit der auch der PTC 12 verbunden ist. Die andere Seite des PTC 12 ist mit der Anschlußklemme 10 verbunden. Diese Ausführungsform bietet einen doppelseitigen Schutz vor Überspannung. Ein Überspannungsunterschied zwischen den beiden Seiten des VDR 4 führt dabei zu einer Stromsperrung durch PTC 3 sowie durch PTC 12. Dies wird durch den Temperaturanstieg dieser PTC 3 und 12 verursacht, der über die wärmeleitenden Elemente 5 und 9 von dem VDR 4 herrührt. Jede der wärmeleitenden Verbindungen 5 und 9 kann ausgebildet werden, wie an Hand der Fig. 1 oder Fig.3 beschrieben wurde. Auch kann zwischen den PTC 3 und 12 und dem VDR 4 auf die Art und Weise nach Fig.2 Wärmekontakt hergestellt werden.

Diese Sicherungsanordnung eignet sich insbesondere dazu, eine elektrisch potentialfrei angeordnete Apparatur mit einer Fernmeldeleitung zu verbinden. Dazu wird die Apparatur zwischen die Klemme 2 und 11 angeschlossen und mit den Klemrrsn 1 und 10 wird eine Zweidrahtfernmeldeleitung verbunden.

Die in F i g. 5 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sicherungsanordnung bildet eine Erweiterung der Anordnung nach F i g. 4. Der Ausführungsform der Anordnung nach F i g. 4 sind zwei VDR 13 und 16 zugefügt mit zugeordneten thermischen Verbindungen 14 und 15. Auf diese Weise wird die Anordnung nach F i g. 5 erhalten. In dieser Figur ist der VDR 13 mit der Anschlußklemme 2 und einer festen Bezugsspannunf, insbesondere Erde, elektrisch verbunden und mit dem PTC 3 über die thermisch leitende Verbindung 14 thermisch verbunden. Der VDR 16 ist mit der Anschlußklemme 11 und einer festen Bezugsspannung, insbesondere Erde, elektrisch verbunden und mit dem PTC 12 über die thermisch leitende Verbindung 15 thermisch verbunden. Diese Ausführungsform bietet eine einseitige sowie doppelseitige Überspannungssicherung. Ein Überspannungsunterschied zwischen den beiden Seiten des VDR 4 führt dabei zu einer Stromsperre durch PTC 3 sowie durch PTC 12 Eine Überspannungsstörung gegenüber einer festen Bezugsspannung, insbesondere Erde, an jeder der beiden Seiten 2 und 11 des VDR 4 führt zu einer Stromsperre durch den PTC 3 oder 12 an dieser Seite. Die Wirkungsweise dieser An-Ordnung ist die kombinierte Wirkung der Anordnungen, die an Hand der F i g. 1 beschrieben wurden. Jede der wärmeleitenden Verbindungen 5,9,14 und 15 kann auf die Art und Weise ausgebildet werden, wie sie an Hand

der obenstehenden Figuren beschrieben wurde. Über diese Sicherungsanordnung kann eine Fernmeldeapparatur mit Fernmeldeleitungen verbunden werden. Diese Art und Weise der Verbindung eignet sich besonders, die genannte Apparatur vor Überspannungsunterschieden zwischen den Leitungen sowie vor Überspannung gegenüber einei festen Bezugsspannung, insbesondere Erde, an jeder eier Leitungen zu schützen. Bei dieser Verbindung entspricht der Anschluß der Leitungen und der zu sichernden Fernmeldeapparatur der an Hand der F i g. 4 beschriebenen Ausführungsform.

Die in F i g. 6 dargestellte Ausführungsform nach der Erfindung ist eine Abwandlung der Ausführungsform, die in Fig.5 beschrieben ist. Die dargestellte Ausführungsform hat eine andere Stapelung der Elemente, was den Vorteil bietet, daß eine Wärmeverteilung innerhalb dieser Anordnung entsteht, die eine Reaktionszeit der A.nordnun*⁷ bewirkt, die, sbhsn¹*!¹⁷ von der Bernessun¹⁷ einen anderen Wert aufweisen kann als der der Ausführungsform nach F i g. 5. Dies kann unter bestimmten Umständen vorteilhaft sein. Die thermische Verbindung zwischen dem PTC 3 und dem VDR 3 wird in der betreffenden Ausführungsform durch die Elemente 3, 13 und 14 gebildet, die, was die Wärmeleitung anbelangt, in Reihe liegen. Auf gleiche Weise wird die thermische Verbindung zwischen dem VDR 4 und dem PTC 12 durch die Elemente 9,16 und 15 gebildet, die thermisch gesehen, in Reihe liegen.

Die Ausführungsform der Sicherungsanordnung nach der Erfindung, wie diese in F i g. 7 dargestellt ist, weist eine Konfiguration auf, die aus einer Anordnung nach der Ausführungsform aus Fig.4 und zwei Anordnungen nach der Ausführungsform aus F i g. 1 aufgebaut ist. Dabei ist eine Anordnung nach F i g. 1 mit ihrer Anschlußklemme 2 mit der Anschlußklemme 1 einer Anordnung verbunden, wie dies in Fig.4 dargestellt ist (bezeichnet durch ") und eine zweite Anordnung nach Fig. 1 (bezeichnet durch ') mit der Anschlußklemme 2' mit der Anschlußklemme 10 der Anordnung nach F i g. 4 verbunden. Statt der Ausführungsform nach F i g. 1 kann auch die Ausführragsform nach F i g. 2 oder F i g. 3 verwendet werden, die auf entsprechende Weise mit der Anordnung nach F i g. 4 verbunden werden, wie dies obenstehend für die Anordnung nach Fig.] beschrieben wurde. Bei der Verbindung von einer Fernmeldeapparatur mit Fernmeldeleitungen über die Sicherungsanordnung nach F i g. 7 ist in jeder der Leitungen mindestens eine Überspannungssicherung vorhanden. Diese Anordnung bietet außer der sichernden Wirkung, wie diese an Hand der in den F i g. 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, den zusätzlichen Vorteil, daß zwei stromsperrende PTC (3, 3" bzw. 3', 12") in Reihe in einer Leitung zwischen den Klemmen 1 und 2" bzw. Γ und 11" vorhanden sind, wenn bei einer Überspannungsstörung an den Leitungen der VDR 4" sowie einer der VDR 4 und 4' oder die beiden VDR 4 und 4' reagieren. Reagiert bei einer Überspannungsstörung an den beiden Leitungen nur der VDR 4", so werden die beiden Leitungen jedenfalls durch einen PTC gesperrt

Die Ausführungsform der Anordnung nach der Erfindung wie diese in F i g. 8 dargestellt ist, besteht aus einer Sternschaltung aus drei VDR 20,21 und 22, deren Sternpunkt 17 über die VDR 20 und 21 mit dem PTC 23 bzw. PTC 24 verbunden ist Der PTC 23 und das freie Ende des VDR 20 sind mit der Anschlußklemme 25 verbunden, das freie Ende des VDR 22 liegt an einer festen Bezugsspannung, insbesondere Erde, das freie Ende des VDR 21 und des iTC 24 sind mit der Anschlußklemme 26 verbunden. Die freien Enden der PTC 23 und 24 sind mit der Anschlußklemme 27 bzw. 28 verbunden. Zwischen dem VDR 20 und dem PTC 23 liegt eine wärmeleitende Verbindung 29; zwischen dem VDR 21 und dem PTC 24 liegt eine wärmeleitende Verbindung 30. Jede der wärmeleitenden Verbindungen 29 und 30 kann auf entsprechende Weise ausgebildet werden, wie dies an Hand der Fig. i, 2 und 3 beschrieben wurde, über diese Sicherung kann eine Fernmeldeapparatur mit Fernmeldeleitungen verbunden werden. Auch diese Ausführungsform bietet einseitige sowie doppelseitige Überspannungssicherung. Bei Verwendung eines VDR als Element, das die Spannung an beispielsweise einer Fernmeldeleitung begrenzt, wird die Arbeitsspannung als diejenige Spannung definiert, die an dem VDR auf tritt, wenn der VDR einen durch die Bürde bestimmten Strom führt Pie Größe dieses .Stromes ist festgestellt als derjenige Strom, der bei Überspannung minimal abgeleitet werden können muß. Weiterhin wird definiert als Sicherungsspannung zwischen zwei Punkten ein vorgeschriebener Wert, der von dem Absolutwert des Spannungsunterschiedes zwischen den Punkten nicht überschritten werden darf. Wünscht man zwischen zwei Punkten eine bestimmte Sicherungsspannung, so kann dieser Wunsch annähernd dadurch erfüllt werden, daß die zwei Punkte über beispielsweise einen VDR mit einer Arbeitsspannung entsprechend dieser Sicherungsspannung verbunden werden. Ein Vorteil der betreffen- den Ausführungsform ist, daß durch Reihenschaltung von VDR Sicherungsspannungen annähernd verwirklicht werden können, die den jeweiligen Arbeitsspannungen der jeweiligen VDR nicht entsprechen. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform ist, daß diese bei

Verwendung als Überspannungssicherung bei einem Leitungspaar die Möglichkeit zum Schutz vor einem Überspannungsunterschied zwischen den beiden Leitungen bietet, der von dem Unterschied der Sicherungsspannungen dieser Leitungen gegenüber einem festen Bezugswert, insbesondere gegenüber Erde, ahweicht.

Die in F i g. 9 dargestellte Anordnung ist eine Abwandlung der Anordnung nach F i g. 8; in der in F i g. 9 dargestellten Anordnung liegt zwischen dem VDR 20, 21 und 22 eine wärmeleitende Verbindung 31. Auch gibt es eine wärmeleitende Verbindung zwischen dem VDR 22 und dem PTC 23 sowie zwischen dem VDR 22 und dem PTC 24. Die letzten zwei Verbindungen können als Teil des Elementes 30 ausgebildet sein; es ist auch möglich, daß diese zwei Verbindungen durch die thermische Reihenschaltung der Elemente 20,29 und 31 bzw. die thermische Reihenschaltung aus den Elementen 21, 30 und 31 gebildet werden. Der Vorteil dieser drei thermischen Verbindungen in der Ausführungsform nach F i g. 9 ist, daß auch die Wärme, die in dem VDR 22 erzeugt wird, genutzt wird. Diese zusätzliche Wärme dient dazu, eine kleinere Reaktionszeit der Sicherungsanordnung gegenüber der Reaktionszeit der Anordnung nach F i g. 8 zu bewirken.
Die Ausführungsform der Anordnung nach der Erfindung, wie diese in F i g. 10 dargestellt ist, weist ein Kühlelement 32 auf, das auf der Seite, die mit einem anderen Element 3 dieser Anordnung thermisch verbunden ist, angeordnet ist Ein VDR, der auf einer Seite (Kcntaktieite) mit einem anderen Element verbunden ist und auf der anderen Seite (Luftseite) an der Umgebungsluft gekühlt wird, wird dadurch, daß die Luft eine viel geringere Kühlleistung aufweist als der Werkstoff an der Kontaktseite, bei großer Wärmeerzeugung im Inneren eine

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wesentlich höhere Temperatur an der Luftseite errreicr ;n als an der Kontaktseite. Dies ermöglicht es, daß der VDR auf der Luftseite durch Überhitzung beschädigt wird bevor die Kontaktscitc — und damit der PTC — so heiß geworden ist, daß der PTC als Stromsperre wirkt. Man kann nun auf der letztgenannten Seite einen Werkstoffteil anordnen mit einer derartigen Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit, daß die Temperatur dieser Seite, auf der der Werkstoff angeordnet ist, nicht so hoch ansteigt, daß Überhitzung entsteht. Diese Möglichkeit zur Temperaturbeschränkung der genannten Seite eines VDRs beschränkt sich nicht auf die in Fig. 10 dargestellte Ausführungsform, sondern kann verwendet werden in jeder Ausführungsform in der eine Oberfläche eines VDR, die keinen Kontakt mit einem anderen Element der Anordnung hat, eine höhere Temperatur erhalten würde als diejenige Oberfläche des VDR, die mit ein~ir, anderen Element der Anordnung verbunden ist.

_ Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Schutz einer spannungsbegrenzenden Schaltungsanordnung vor Überhitzung durch Oberspannung sowie zum Schutz der an diese Anordnung angeschlossenen Apparatur vor Oberspannung mit einer Reihenschaltung aus mindestens einem ersten spannungsbegrenzenden Element der spannungsbegrenzenden Schaltungsanordnung und to aus mindestens einem ersten thermisch empfindlichen Schaltelement, das bei normaler Betriebstemperatur eine Strcmverbindung und bei Temperaturerhöhung eine Stromhemmung bildet, wobei an der Verbindungsstelle des thermisch empfindlichen Schaltelementes und des spannungsbegrenzenden Elementes eine erste Anschlußklemme zum Anschließen der zu schützenden Apparatur vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem spannungsbegrenzenden Element (4) und dem thermisch empfindlichen Schaltelement (3) eine wärmeleitende Verbindung (5) vorgesehen ist

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein zweites thermisch empfindliches Schaltelement (12) aufweist, das mit einem freien Ende des ersten spannungsbegrenzenden Elementes (4) elektrisch verbunden ist, welche Anordnung mit einer zweiten Anschlußklemme (11) zum Anschließen der zu schützenden Apparatur versehen ist, weiche Anschlußklemme (11) an der Verbindungssteile des zweite", thenvsch empfindlichen Schaltelementes (12) und des spannungsbegrenzenden Elementes (4) angeordnet ist, iaß das erste thermisch empfindliche Schaltelement (3) mit dem anderen Ende des ersten spannungsbegrenzenden EIementes (4) elektrisch verbunden ist, und daß zwischen dem spannungsbegrenzenden Element (4) und dem zweiten thermisch empfindlichen Schaltelement (12) eine wärmeleitende Verbindung (9) vorgesehen ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung ein zweites und ein drittes Spannungsbegrenzendes Element (13 und 16) aufweist, daß das zweite Spannungsbegrenzende Element (13) mit einem Ende des ersten spannungsbegrenzenden Elements (4) elektrisch verbunden ist, daß das dritte spannungsbegrenzende Element (16) mit dem anderen Ende des ersten spannungsbegrenzenden Elementes (4) elektrisch verbunden ist und daß zwischen dem ersten Schaltelement (3) und dem zweiten spannungsbegrenzenden Element (13) sowie zwischen dem zweiten Schaltelement (12) und dem dritten spannungsbegrenzenden Element (16) eine wärmeleitende Verbindung (14) vorgesehen ist.

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenschaltung ein drittes und ein viertes thermisch empfindliches Schaltelement (3 und 3') aufweist, daß die Anordnung ein viertes und ein fünftes spannungsbegrenzendes Element (4 und 4') aufweist und zwar derart, daß das dritte Schaltelement (3) mit dem ersten Schaltelement (3") elektrisch verbunden ist, daß das vierte Schaltelement (3') mit dem zweiten Schaltelement (12") elektrisch verbunden ist, daß das vierte spannungsbegrenzende Element (4) mit dem elektrischen Verbindungspimkt des drillen und lies ersten Schaltelenientes elektrisch verbunden ist, daß das fünfte spannungsbegrenzende Element (4') mit dem elektrischen Verbindungspunkt des vierten und des zweiten Schaltelementes elektrisch verbunden ist, und daß zwischen dem vierten Schaltelement (3') und dem fünften spannungsbegrenzenden Element (4') sowie zwischen dem dritten Schaltelement (3) und dem vierten spannungsbegrenzenden Element (4) eine wärmeleitende Verbindung (5t) vorgesehen ist

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenschaltung ein sechstes spannungsbegrenzendes Element (21) und ein fünftes Schaltelement (24) aufweist und daß die Anordnung ein siebentes spannungsbegrenzendes Element (22) und eine dritte Anschlußklemme zum Anschließen der zu schützenden Apparatur aufweist und zwar derart daß das sechste spannungsbegrenzende Element (21) mit- dem fünften Schaltelement (24) und mit dem ersten spannungsbegrenzenden Clement (20) elektrisch verbunden ist daß das erste Schaltelement (23) mit dem ersten spannungsbegrenzenden Element (20) elektrisch verbunden ist und daß das siebente spannungsbegrenzende Element (22) mit dem elektrischen Verbindungspunkt (17) des ersten und des sechsten spannungsbegrenzenden Elementes elektrisch verbunden ist daß die dritte Anschlußklemme an der Verbindungsstelle des fünften thermisch empfindlichen Schaltelementes und des sechsten spannungsbegrenzenden Elementes angeordnet ist und daß zwischen dem ersten spannungsbegrenzenden Element (20) und dem ersten Schaltelement

(23) sowie zwischen dem sechsten spannungsbegrenzenden Element (21) und dem fünften Schaltelement

(24) eine wärmeleitende Verbindung (29) vorgesehen ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten, dem sechsten und dem siebenten spannungsbegrenzenden Element eine wärmeleitende Verbindung (29,30 und 32) vorgesehen ist

7. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der spannungsbegrenzenden Elemente ein spannungsabhängiger Widerstand ist.

8. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der thermisch empfindlichen Schaltelemente ein Thermistor mit positivem Temperaturkoeffizienten ist.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes spannungsbegrenzende Element, das nur einseitig mit einem thermisch empfindlichen Schaltelement oder mit einem anderen spannungsbegrenzenden Element verbunden ist, an der gegenüberliegenden Seite mit einem Kühlelement (32) versehen ist.