DE3639914A1 - Vorrichtung zum schutz einer fernmeldeleitung gegen ueberspannungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Schutz einer mindestens zwei Adern enthaltenden Fernmeldeleitung gegen Überspannungen, bestehend aus einer mindestens zwei durch eine Gasentladungsstrecke getrennte Elektroden auf­ weisenden Schutzeinheit, an deren Elektroden die Adern der Fernmeldeleitung anschließbar sind, bei welcher im Falle einer dauernd anstehenden Überspannung eine leitende Ver­ bindung der Elektroden mit Erdpotential herstellbar ist (DE-OS 34 10 610).

"Fernmeldeleitung" im Sinne der Erfindung soll eine Leitung sein, die sowohl zur Übertragung fernmeldetechnischer Signale, insbesondere im Telefonbetrieb, als auch zur Datenübertragung verwendbar ist. Stellvertretend für alle möglichen Einsatz­ fälle werden im folgenden die Worte "Fernmeldeleitung" und "Fernmeldeanlagen" verwendet. Überspannungsschutzgeräte und Schaltungen mit Überlastschutz für Fernmeldeanlagen sind in unterschiedlichsten Ausführungen seit langem bekannt. Sie sollen die Fernmeldeanlagen, deren Geräte und auch die Menschen, die mit diesen Anlagen und Geräten umgehen, vor zu hohen Spannungen schützen, die beispielsweise durch Blitzein­ schlag oder durch Beeinflussung aus Starkstromanlagen entstehen können. Zum Abbau der hohen Spannungswerte werden Überspannungs­ ableiter verwendet, die zwischen den einzelnen Strompfaden und dem Erdleiter angeschlossen sind. Sie begrenzen die Spannung, die an den zu schützenden Bauteilen auftreten kann, auf einen Wert, der weit unter dem für diese Bauteile maximal zu­ lässigen Spannungswert liegt.

Derartige Überspannungsableiter bestehen beispielsweise aus einem zylindrischen Hohlkörper aus Keramik, an dessen beiden Stirnseiten Elektroden angebracht sind (DE-OS 34 10 610). Der Hohlkörper ist mit Gas gefüllt, so daß zwischen den beiden Elektroden eine Entladungsstrecke vorhanden ist. Im normalen Betrieb einer Fernmeldeanlage hat ein solcher Überspannungs­ ableiter ein sehr hohes Isolationsvermögen. Bei Auftreten einer Überspannungsstörung schaltet er durch und führt die mit der Störung verbundene Energie nach Erde ab. Bei dauer­ haft anliegenden Überspannungen kann es vorkommen, daß die Entladungsstrecke eines Überspannungsableiters nicht löscht. Dadurch wird derselbe zu heiß, was zu Folgeschäden (Brand) führen kann. Um dieses zu verhindern, müssen die Elektroden des Überspannungsableiters bei Vorliegen solcher Störungen dauerhaft kurzgeschlossen werden, damit die Gasentladung ge­ löscht wird. Diese Forderung gilt insbesondere dann, wenn eine entsprechende Vorrichtung für Verbindungsmuffen oder Endenab­ schlüsse von Fernmeldekabeln eingesetzt werden soll.

Die eingangs erwähnte Vorrichtung nach der DE-OS 34 10 610 ist für den Einsatz in Verbindungsmuffen von Fernmelde­ kabeln verwendbar. Sie weist zwei Überspannungsableiter auf, die in axialer Richtung hintereinander liegend in einem Gehäuse untergebracht sind. Die beiden einander zugekehrten Elektroden der beiden Überspannungsableiter sind an Erd­ potential angeschlossen, während jeweils die andere Elektrode mit einer der Adern der Fernmeldeleitung verbunden ist. Zwischen den beiden Überspannungsableitern ist ein Lotring angebracht, der an Erdpotential angeschlossen ist. Über den dem Lotring abgewandten Stirnseiten der Überspannungsableiter sind jeweils metallische Kappen oder Platten angeordnet, auf die Druckfedern einwirken. Bei einer dauernd anstehenden Über­ spannung schmilzt der Lotring und die Kappen oder Platten werden mit Erdpotential verbunden. Diese bekannte Vorrich­ tung ist wegen der vielen zusammenzubauenden Einzelteile sehr aufwendig, zumal auch das Gehäuse aus mehreren Teilen besteht. Sie hat außerdem wegen der beiden verwendeten Druck­ federn eine relativ große Länge, die sich insbesondere dann störend bemerkbar macht, wenn nicht viel Platz zur Verfügung steht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zum Schutz einer Fernmeldeleitung gegen Überspannungen an­ zugeben, die aus wenig Einzelteilen einfach aufgebaut ist und einen besonders geringen Platzbedarf hat.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs ge­ schilderten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst,

• - daß die Adern mindestens an einer Stelle der Schutzein­ heit nebeneinander verlaufend an derselben anliegen und
• - daß ein mit einem Druckmechanismus kombiniertes Bauteil vorgesehen ist, durch welches bei einer Übertemperatur ein Kurzschluß zwischen den metallischen Leitern der Adern herstellbar ist.

Für diese Vorrichtung werden in ihrer einfachsten Aus­ führungsform als Schutzeinheit nur ein Überspannungsab­ leiter zum Anschluß von zwei Adern, der Druckmechanismus und das Bauteil benötigt. Insgesamt also nur drei Einzel­ teile. Der Mechanismus, mit dem die Adern und das Bauteil zusammengedrückt werden, wird in bevorzugter Ausführungs­ form durch das Bauteil selbst oder durch ein die Schutz­ einheit umgebendes Gehäuse realisiert, so daß dafür kein weiteres Einzelteil benötigt wird. Die axiale Länge der Vorrichtung entspricht der Länge des Überspannungsableiters. Die Vorrichtung ist also so kurz wie überhaupt möglich. Sie kann mit besonderem Vorteil auch als konfektioniertes Bauteil ausgeführt und als solches besonders einfach montiert werden.

Diese Vorteile gelten auch, wenn statt eines einfachen Über­ spannungsableiters für zwei Adern ein an sich bekannter Dreielektrodenableiter verwendet wird, an den drei Adern der Fernmeldeleitung anzuschließen sind. Sie sind auch dann wirksam, wenn statt nur eines Überspannungsableiters zwei Überspannungsableiter hintereinander angeordnet werden, an die ebenfalls drei Adern der Fernmeldeleitung ange­ schlossen werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den Zeichnungen dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Dreielektrodenableiter mit angeschlossenen Adern einer Fernmeldeleitung.

Fig. 2 die Anordnung nach Fig. 1 mit abgewandelter Lage der Adern.

Fig. 3 bis 5 die Vorrichtung nach der Erfindung in drei unterschiedlichen Ausführungsformen.

Fig. 6 und 7 die Vorrichtung mit gegenüber den vorangehenden Figuren anders ausgeführten Schutzeinheiten.

Die Funktionsweise der Vorrichtung nach der Erfindung wird zunächst an Hand Fig. 1 grundsätzlich erläutert, die nur den prinzipiellen Aufbau wiedergibt. Als "Schutzeinheit" ist dabei in den Fig. 1 bis 5 ein Dreielektrodenableiter dar­ gestellt, der im folgenden der Einfachheit halber kurz als "Ableiter" bezeichnet wird.

Der Ableiter 1 weist drei Elektroden E 1, E 2 und E 3 auf. Die Elektroden E 1 und E 3 sind an den Stirnseiten des Ab­ leiters 1 angebracht, während die Elektrode E 2 sich im mittleren Bereich des Ableiters 1 zwischen den beiden Elek­ troden E 1 und E 2 befindet. An die drei Elektroden E 1, E 2 und E 3 sind drei Adern A 1, A 2 und A 3 einer Fernmeldeleitung angeschlossen. Dabei bildet die an die Elektrode E 2 ange­ schlossene Ader A 2 die leitende Verbindung zur Erdader der Fernmeldeleitung (Erdpotential). Die an die Elektroden E 1 und E 3 des Ableiters 1 angeschlossenen Adern A 1 und A 3 sind die Verbindung zu potentialmäßig höher liegenden Adern der Fernmeldeleitung. Zwischen den drei Elektroden E 1, E 2 und E 3 des Ableiters 1 befinden sich zylindrische Isolierkörper R 1 und R 2 (Röhrchen), die mit den drei Elektroden E 1, E 2 und E 3 vakuumdicht verbunden sind. Diese Anordnung ist gasgefüllt so daß jeweils zwischen den beiden Elektroden E 1 und E 2 bzw. E 3 und E 2 eine Entladungsstrecke vorhanden ist.

Wenn beispielsweise auf der Ader A 1 eine Überspannung ansteht, dann wird der Ableiter 1 bzw. dessen Entladungsstrecke ge­ zündet und dadurch niederohmig. Die Überspannung wird über die Ader A 2 nach Erde abgeleitet. Das gilt auch bei einer Überspannung auf der Ader A 3 bzw. auf beiden Adern A 1 und A 3. Handelt es sich um eine nur für kurze Zeit anstehende Über­ spannung, dann löschen die Entladungsstrecken und der Ab­ leiter 1 geht in seinen hochohmigen Zustand zurück.

Für den Fall, daß eine Überspannung länger ansteht oder der Ableiter 1 aus anderen Gründen nicht löscht, reicht die ge­ schilderte Funktionsweise nicht aus. Der betroffene Ab­ leiter 1 wird dann stark erwärmt und es besteht Brandgefahr. In diesem Fall werden die Adern A 1, A 2 und A 3 durch die Vor­ richtung nach der Erfindung kurzgeschlossen. Dadurch werden die beiden Entladungsstrecken im Ableiter 1 gelöscht. Eine weitere Erwärmung ist dann verhindert.

Um den Kurzschluß zu ermöglichen, sind die Adern A 1, A 2 und A 3 so geführt, daß sie mindestens an einer der Stellen S 1 oder S 2 oder S 3, die entsprechend Fig. 2 zwischen zwei strichpunktierten Linien liegen, in Umfangsrichtung des Ab­ leiters 1 nebeneinander verlaufend angeordnet sind. Das ist dadurch realisiert, daß die Ader A 3 zunächst in Richtung der Elektrode E 1 geführt und dann zurückgebogen ist.

An der Stelle S 1 ist innerhalb eines einteiligen Gehäuses 2, das hier die Umhüllung der Vorrichtung darstellt, mindestens ein in Umfangsrichtung des Ableiters 1 verlaufendes draht­ förmiges Bauteil aus Metall angebracht, das ständig gegen die Adern A 1, A 2 und A 3 gedrückt wird und selbst keine leitende Verbindung zwischen den Elektroden E 1, E 2 und E 3 bewirkt.

Gemäß Fig. 3 handelt es sich bei dem drahtförmigen Bauteil um eine Schraubenfeder 3, die mit in radialer Richtung wirkender Vorspannung aufgebracht ist und so die Adern A 1, A 2 und A 3 ständig gegen ihre Unterlage, den Ableiter 1, drückt. Der Ein­ fachheit halber ist hier nur eine der Adern im Bereich zwischen Ableiter 1 und Schraubenfeder 3 dargestellt. Die beiden anderen Adern liegen dahinter. Das Gehäuse 2 aus Isoliermaterial liegt dicht auf der Schraubenfeder 3 auf. Es kann entsprechend der Darstellung in Fig. 3 als einseitig verschlossene Kappe, aber auch als Rohrstück ausgebildet sein. Die Hohlräume innerhalb des Gehäuses 2 können mit einer Verguß­ masse ausgefüllt sein. Die Umhüllung der Vorrichtung muß nicht als vorgefertigtes Gehäuse ausgeführt sein, sondern sie kann auch durch eine die ganze Vorrichtung einbettende, nachträg­ lich aufzubringende Masse realisiert sein.

Wenn eine der beiden Entladungsstrecken des Ableiters 1 (oder auch beide) infolge einer Überspannung gezündet ist, erwärmt sie sich sehr schnell. Es können dabei Temperaturen von mehr als 700°C auftreten, was unbedingt vermieden werden muß. In­ folge der entstehenden Erwärmung des Ableiters 1 wird auch die Isolierung der Adern A 1, A 2 und A 3 erwärmt. Sie wird da­ durch weich, so daß die Windungen der Schraubenfeder 3 sich bis zu den Leitern der Adern durchdrücken, die dadurch kurzge­ schlossen werden.

Bedingt durch diesen Kurzschluß werden die Entladungs­ strecken des Ableiters 1 gelöscht und die weitere Wärme­ entwicklung wird gestoppt.

Die Schraubenfeder 3 kann auch an den Stellen S 2 oder S 3 des Ableiters 1 über den Adern A 1, A 2 und A 3 angeordnet werden. Es könnten prinzipiell auch zwei Schraubenfedern 3 angebracht werden, und zwar beispielsweise in den Bereichen S 1 und S 3. Das Gehäuse 2 kann auch aus einem bei Wärmezu­ fuhr schrumpfenden Material bestehen. Durch die beim Schrumpfen eines solchen Gehäuses auftretenden Kräfte wird die Wirkung der Schraubenfeder 3 noch unterstützt.

In diesem Falle bietet sich aber auch die Möglichkeit, in dem Gehäuse 2 mindestens ein möglichst scharfkantig ausge­ führtes drahtförmiges Element 4 (Fig. 4) aus Metall anzu­ bringen, das sich in Umfangsrichtung erstreckt. Dieses Element 4 muß dabei nicht umlaufend ausgeführt sein. In Fig. 4 sind zwei Elemente 4 nebeneinander dargestellt, die bei starker Erwärmung von dem schrumpfenden Gehäuse 2 durch die weiche Isolierung der Adern A 1, A 2 und A 3 bis zu deren Leitern durchgedrückt werden. Auch so wird der Kurzschluß zwischen den Adern erreicht.

Das drahtförmige metallische Bauteil muß nicht unbedingt über den Adern A 1, A 2 und A 3 liegen. Es ist vielmehr auch möglich, entsprechend Fig. 5 beispielsweise auf der Mittel­ elektrode E 3 des Ableiters 1 einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden, möglichst scharfkantigen Vorsprung 5 anzu­ bringen. Bei starker Erwärmung drückt das schrumpfende Ge­ häuse 2 die drei Adern A 1, A 2 und A 3 gegen den Vorsprung 5 der die erweichte Isolierung durchdrückt und den Kurzschluß herstellt. Da der Vorsprung 5 Kontakt mit Erdpotential hat, reicht es hier aus, wenn nur die Adern A 1 und A 2 über dem­ selben liegen. Es wäre auch möglich, über den Rohrstücken R 1 und/oder R 2 des Ableiters 1 drahtförmige Elemente anzu­ bringen, die von innen gegen die Adern A 1, A 2 und A 3 drücken.

Statt eines Dreielektrodenableiters 1 können in dem Gehäuse 2 entsprechend Fig. 6 auch zwei axial kürzere Ableiter 6 und 7 angeordnet sein, die jeder mit nur zwei Elektroden E 4 und E 5 bzw. E 6 und E 7 ausgerüstet sind. Die Elektroden E 5 und E 6 liegen aneinander. Sie sind über die Ader A 2 mit Erdpotential verbindbar. Die Ader A 1 ist an die Elektrode E 4 angeschlossen und die Ader A 3 ist mit der Elektrode E 7 verbunden. Die Wirkungsweise dieser Vor­ richtung ist die gleiche wie die der Vorrichtung nach den Fig. 1 bis 5.

In einer einfachen Ausführungsform der Vorrichtung ist gemäß Fig. 7 nur ein Überspannungsableiter 8 mit zwei Elek­ troden E 8 und E 9 in dem Gehäuse 2 angebracht. An den Über­ spannungsableiter 8 sind nur zwei Adern A 4 und A 5 ange­ schlossen. Die Ader A 4 führt dann beispielsweise potential und die Ader A 5 dient als Erdader zum Anschluß an Erd­ potential. Bei dieser Ausführungsform braucht nur die Ader A 5 in Richtung der Elektrode E 8 geführt und dann zurückgebogen zu werden. Der Kurzschluß wird hier im Be­ darfsfall zwischen den Leitern der beiden Adern A 4 und A 5 hergestellt.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Schutz einer mindestens zwei Adern enthaltenden Fernmeldeleitung gegen Überspannungen, bestehend aus einer mindestens zwei durch eine Gas­ entladungsstrecke getrennte Elektroden aufweisenden Schutzeinheit, an deren Elektroden die Adern der Fern­ meldeleitung anschließbar sind, bei welcher im Falle einer dauernd anstehenden Überspannung eine leitende Verbindung der Elektroden mit Erdpotential herstellbar ist, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Adern (A 1- A 5) mindestens an einer Stelle der Schutzeinheit nebeneinander verlaufend an derselben anliegen und
• - daß ein mit einem Druckmechanismus kombiniertes Bau­ teil (3, 4, 5) vorgesehen ist, durch welches bei einer Übertemperatur ein Kurzschluß zwischen den metal­ lischen Leitern der Adern (A 1- A 5) herstellbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß an der Stelle, an welcher die Adern (A 1- A 5) neben­ einander verlaufen mindestens ein drahtförmiges Bau­ teil (3, 4, 5) aus Metall angebracht ist, welches durch den Druckmechanismus ständig an die Adern (A 1- A 5) ge­ drückt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schutzeinheit mit angeschlossenen Adern (A 1- A 5) und drahtförmigem Bauteil (3, 4, 5) in ein Gehäuse (2) eingebettet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das drahtförmige Bauteil als Schraubenfeder (3) ausgebildet ist, die über den Adern (A 1- A 5) mit radial wirkender Vorspannung aufge­ bracht ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) aus einem bei Wärme­ zufuhr schrumpfenden Isoliermaterial besteht und in seinem Inneren mit mindestens einem sich in Umfangsrichtung er­ streckenden drahtförmigen Element (4) aus Metall ausge­ rüstet ist, das an den Adern (A 1- A 5) anliegt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Schutzeinheit im Bereich der nebeneinander liegenden Adern (A 1- A 5) ein radial ab­ stehender und sich in Umfangsrichtung erstreckender drahtförmiger Vorsprung (5) angebracht ist und daß das Gehäuse (2) aus einem bei Wärmezufuhr schrumpfenden Isoliermaterial besteht.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das drahtförmige Bauteil (3, 4, 5) an den an den Adern (A 1- A 5) anliegenden Seiten scharfkantig ausgebildet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzeinheit als langgestreckter Dreielektrodenableiter (1) ausgebildet ist, an dessen beiden Stirnseiten je eine Elektrode (E 1- E 2) angeordnet ist, während die dritte, an Erdpotential anschließbare Elektrode (E 2) sich im mittleren Bereich des Dreielek­ trodenableiters (1) zwischen den beiden anderen Elektroden (E 1- E 3) befindet.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzeinheit aus zwei zylin­ drischen Überspannungsableitern (6, 7) besteht, die in axialer Richtung hintereinander liegend in der Umhüllung untergebracht sind und die jeder zwei stirnseitig ange­ ordnete, durch eine Gasentladungsstrecke getrennte Elek­ troden (E 4- E 7) aufweisen, von denen die beiden einander zugekehrten Elektroden (E 5, E 6) der beiden Überspannungs­ ableiter (6, 7) an Erdpotential angeschlossen sind, während jeweils die andere Elektrode mit einer der Adern der Fern­ meldeleitung verbunden ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzeinheit als zylindrischer Überspannungsableiter (8) ausgebildet ist, an dessen beiden Stirnseiten die Elektroden (E 8, E 9) angeordnet sind.