DE4110073A1

DE4110073A1 - Spannungssicherung fuer elektrische anlagen o. dgl.

Info

Publication number: DE4110073A1
Application number: DE19914110073
Authority: DE
Inventors: L H Van Den Berg; Klaus Baumgaertel
Original assignee: Richard Bergner GmbH and Co
Current assignee: Richard Bergner GmbH and Co
Priority date: 1991-02-07
Filing date: 1991-03-27
Publication date: 1992-10-22
Also published as: NL9200220A; NL194818B; NL194818C

Description

Kurzschlusses zu einer Erdung wünschenswerte Ausbildung einer Schweißverbindung zwischen den beiden Elektroden zumindest behindert werden. Zum anderen kann der Austritt von Elektrodenmaterial und Edelgas zu einer Beeinträchtigung der Umwelt mit Schadstoffen führen.

Es ist weiter bekannt bei einem Überspannungsableiter mit plattenförmigen Funkenstreckenelektroden und mit spannungsabhängigen Widerständen die Widerstände ringförmig auszubilden und die Elektroden innerhalb eines Hohlraumes, der durch die Widerstände gebildet wird, anzuordnen und mit Gießharz festzulegen (DE-PS 8 18 665).

Es ist weiter ein Überspannungsableiter für Hochspannungsanlagen bekannt (DE-PS 7 39 248), bei dem ein Ableiter mit zwei Funkenstreckenelementen in einem Porzellangehäuse mit einem durchgehenden hohlzylinderförmigen Innenraum angeordnet ist. Jedes der Funkenstreckenelemente ist in einem geschlossenen Gehäuse untergebracht, in dem jeweils eine Anzahl von Schalt funkenstrecken angeordnet ist. Die Gehäuse werden jeweils über Federn in ihrer Lage gehalten und es sind zwischen den beiden Funkenstreckenelementen ventilartig wirkende, poröse Blöcke angeordnet. Es ist ferner bei einer Funkenstreckenanordnung für Überspannungsableiter bekannt (DE-PS 7 59 498), die beiden Elektroden jeweils einer Einzelfunkenstrecke so auszubilden und zusammen mit einem Isoliermaterial so anzuordnen, daß infolge einer örtlichen Feldverdichtung Vorentladungen entstehen, die das Hauptentladungsgebiet zwischen den Elektroden beeinflussen können. Die bekannten Überspannungsableiter sind relativ aufwendig hinsichtlich ihres Aufbaus und ihres Einsatzes. Diese Überspannungsableiter sind weiterhin darauf gerichtet, daß mehrere Einzelfunkenstrecken im wesentlichen gleichen Aufbaus hintereinander geschaltet sind; Angaben betreffend die Anordnung eines edelgasgefüllten Überspannungsableiters innerhalb eines Paares von Außenelektroden sind nicht enthalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Spannungssicherung mit einem Überspannungsableiter so weiterzubilden, daß in einfach auszubildender und einzusetzender Weise auch längerfristig ein Lichtbogen aufrechterhalten bzw. ein guter Kontakt zum Ableiten eines Überstromes bzw. einer Überspannung gegeben ist und daß ein Austritt von geschmolzenem Elektrodenmaterial zumindest weitgehend vermieden ist.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Durchschlageinrichtung erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist der Überspannungsableiter in einer Aufnahme zwischen einer ersten Außenelektrode und einer zweiten Außenelektrode angeordnet, die miteinander verbunden sind, wobei die einander zugewandten Stirnflächen der beiden Außenelektroden durch eine Isolierscheibe voneinander getrennt sind. Die Aufnahme wird durch einen ersten sacklochförmigen Aufnahmebereich in der ersten Außenelektrode und einen sich daran anschließenden zweiten sacklochförmigen Aufnahmebereich in der zweiten Außenelektrode gebildet. Damit ist in einfacher Weise der Überspannungsableiter der Spannungssicherung so angeordnet, daß während seines Ansprechens und der damit erfolgenden Ausbildung eines Lichtbogens keine geschmolzenen Teile der Elektroden nach außen gelangen können. Derartige Teile werden vielmehr in der Aufnahme zurückgehalten. Bei der erfindungsgemäßen Durch schlageinrichtung ist es wesentlich, daß Überspannungsableiter in einer gegenüber Elektrodenteilen im wesentlichen dichten Aufnahme gehalten werden. Die äußere Ausbildung der Überspannungsableiter ist dabei, solange die elektrische Charakteristik dem vorgesehenen Verwendungszweck entspricht, nur insofern zu berücksichtigen, als die Aufnahme in entsprechender Weise auszubilden ist. Es ist somit mit geringen Modifikationen betreffend Form und Abmessung der Aufnahme möglich, die erfindungsgemäße Spannungssicherung so anzupassen, daß jeweils geeignete, handelsübliche Überspannungsableiter eingesetzt werden können. Weiterhin ist es möglich, bestehende Anlagen mit Überspannungsableitern unter Beibehaltung dieser Art von Überspannungsableitern durch den Einsatz erfindungsgemäßer Spannungssicherungen nachzurüsten.

Erfindungsgemäß ist weiterhin der Überspannungsableiter gegenüber einem Bodenabschnitt des ersten oder zweiten Aufnahmebereichs über eine Schraubenfeder vorgespannt, die zwischen dem Bodenabschnitt des gegenüberliegenden Aufnahmebereichs und der diesem zugewandten Kontaktfläche angeordnet ist. Damit wird zum einen in einfacher und sicherer Weise vermieden, daß der Überspannungsableiter bzw. eine oder beide seiner Kontaktflächen während seines Einbaus in die durch zwei Außenelektroden gebildete Aufnahme beschädigt werden können. Zum anderen wird durch die Vorspannung einer Kontaktfläche gegenüber dem zugewandten Bodenab schnitt einer Außenelektrode sichergestellt, daß ein gut leitender Kontakt zwischen dem Überspannungsableiter und einer Außenelektrode gebildet wird. Ein guter Kontakt gegenüber der anderen Außenelektrode ergibt sich über die Anlage der vorgespannten Feder.

Erfindungsgemäß sind weiterhin die erste und/oder die zweite Außenelektrode zumindest bereichsweise von einer Isolationsschicht umgeben. Damit ergibt sich in einfacher Weise eine abgeschlossene, betriebssichere und einfach einsetzbare Baueinheit. Durch eine gemeinsame Isolationsschicht für beide Außenelektroden kann weiterhin ausgeschlossen werden, daß sich die feste Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Außenelektrode unbeabsichtigt lockert.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen betreffend die erfindungsgemäße Spannungssicherung sind in den Unteransprüchen 1 bis 12 angegeben.

Der nebengeordnete Anspruch 13 ist wie der darauf rückbezogene Anspruch 14 auf eine Verwendung der erfindungsgemäßen Spannungssicherung gerichtet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform für eine Spannungssicherung weisen die erste und die zweite Außenelektrode jeweils einen ersten bzw. zweiten Verbindungsflansch auf. Für eine feste und sichere Verbindung beider Außenelektroden sind die beiden Flansche einander benachbart angeordnet und für einen einfachen und sicheren Einbau der Spannungssicherung in einer elektrischen Anlage oder dgl. schließt sich an jeden Flansch jeweils ein erstes bzw. zweites Anschlußstück an. Die Anschlußstücke können dabei für eine Schraubverbindung Bolzengewinde oder andere geeignete Anschlußmittel aufweisen.

In vorteilhafter Weise sind die erste und die zweite Außenelektrode über mindestens eine Schraubverbindung miteinander verbunden, die durch Durchgangsbohrungen des ersten und des zweiten Verbindungsflansches geführt sind, wobei jede Schraubverbindung gegenüber einer Außenelektrode durch einen Isoliereinsatz isoliert ist. Damit können die beiden Außenelektroden einfach und fest derart miteinander verbunden werden, daß im wesentlichen kein Zwischenraum für ein Austreten geschmolzener Elektrodenteile verbleibt.

Für eine gute Leitfähigkeit und Beständigkeit gegenüber einem Lichtbogen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß mindestens eine der Außenelektroden aus einer Nickel und Silizium enthaltenden Kupferlegierung hergestellt ist. Dabei ergibt sich auch eine ausreichende Zugfestigkeit und Härte für die Anschlußstücke; ggf. können die Außenelektroden vergütet werden.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Isolationsschicht durch eine Beschichtung mit einem Gießharz gebildet. Das Gießharz kann dabei durch Beschichten oder durch entsprechendes Tauchen der Spannungssicherung aufgebracht werden. Es ergibt sich dabei insbesondere auch für den Übergangsbereich zwischen den beiden Außenelektroden eine gute Isolierung.

Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, daß die Feder bereichsweise durch eine in der Außenelektrode und/oder in dem Überspannungsableiter ausgebildete sacklochförmige Federaufnahme geführt wird. Damit wird in einfacher Weise der Einbau der Feder während des Zusammenbaus der Spannungssicherung erleichtert und es ist ein Verkanten o. dgl. der Feder vermieden.

Für einen guten Kontakt der Feder zu einer Außenelektrode und/oder einer Kontaktfläche hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß die Feder mindestens einen geschliffenen Endbereich aufweist.

Es ist ferner von Vorteil, daß die Feder aus einem Bronzedraht hergestellt ist. Damit hat die Feder eine gute Leitfähigkeit bspw. für eine Übertragung von Stromstößen vorgebbarer Größe. Sie weist weiterhin die für die Erzeugung der Vorspannung erforderlichen mechanischen Eigenschaften auf und verdampft schließlich im Überspannungs- bzw. Überstromfall, wodurch sie zur Ausbildung eines Lichtbogens beiträgt.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind der erste und/oder der zweite Aufnahmebereich mit geringem radialem und/oder axialem Übermaß gegenüber dem Gehäuse des Überspannungsableiters ausgebildet. Dadurch, daß die Form und Abmessung der Aufnahme im wesentlichen dem Überspannungsableiter entsprechend ausgebildet sind, wird in einfacher Weise die Ausbildung und die Aufrechterhaltung eines Lichtbogens gefördert.

Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, daß sich von der Aufnahme in im wesentlichen radialer Richtung ein oder mehrere Entlüftungskanäle durch mindestens eine der beiden Außenelektroden erstrecken. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn mindestens ein Entlüftungskanal im Bereich zwischen den beiden Außenelektroden ausgebildet ist. Über die radialen Entlüftungskanäle kann ein Druckabbau erfolgen, ohne daß dabei Elektrodenteile nach außen gelangen können. Zum Druckabbau kann die Isolierschicht durch ausströmendes Gas durchstoßen werden. In besonders einfacher Weise können Entlüftungskanäle im Übergangsbereich der beiden Außenelektroden durch die Isolierschicht verlaufend ausgebildet werden; sie können bspw. aber auch als Rillen in der Stirnfläche einer oder beider Außenelektroden ausgebildet werden.

Es sind auch handelsübliche Überspannungsableiter in vorteilhafter Weise einsetzbar, bei denen sich von dem Gehäuse mindestens ein Gewindestift erstreckt. Dieser wird jeweils von einem sich an einen Aufnahmebereich in axialer Richtung anschließenden Sackloch aufgenommen, dessen Durchmesser ein geringes Übermaß gegenüber demjenigen des Gewindestifts aufweist. Damit wird in einfacher Weise sichergestellt, daß ein guter Kontakt zwischen dem Überspannungsableiter und den Außenelektroden vorhanden ist, der durch die Gewindestifte im wesentlichen nicht beeinflußt wird. Mit Vorteil kann dabei durch den Gewindestift oder durch die Gewindestifte das Einsetzen des Überspannungsableiters in die Aufnahme erleichtert werden; es kann damit auch die Feder geführt werden.

Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung einer Spannungssicherung mit einzelnen oder mehreren der genannten Merkmale zum Ableiten von Gleichstromüberströmen bzw. -überspannungen erwiesen. Dabei werden, wie bei dem Einsatz in Wechsel- oder Drehstromanlagen, jeweils Teillichtbögen zwischen den Elektroden des Überspannungsableiters und zwischen diesem und der die Feder tragenden Bodenfläche einer Außenelektrode ausgebildet, die sich zu einem einzigen Lichtbogen vereinigen.

Für die Ausbildung eines Lichtbogens ist es dabei von Vorteil, daß zur Ausbildung eines Teillichtbogens die Feder so ausgelegt ist, daß sie zumindest teilweise verdampft.

Zwei Ausführungsbeispiele für erfindungsgemäße Spannungssicherungen werden anhand der Zeichnung mit weiteren Einzelheiten erläutert.

Es zeigen jeweils in einer teilweise geschnittenen Vorderansicht:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel mit einem mit Gewindestiften versehenen Überspannungsableiter, und

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel mit einem glatte Kontaktflächen aufweisenden Überspannungsableiter.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße, insgesamt mit 1 bezeichnete Durchschlagssicherung sind eine erste Außenelektrode 3 und eine zweite Außenelektrode 5 über drei Schraubverbindungen 7 fest miteinander verbunden. Die einander zugewandten Abschnitte beider Außenelektroden 3, 5 sind flanschartig ausgebildet, so daß sich ein erster Verbindungsflansch 9 der ersten Außenelektrode 3 und ein zweiter Verbindungsflansch 11 der zweiten Außenelektrode 5 einander gegenüberliegen. Zwischen den beiden Verbindungsflanschen 9, 11 bzw. den beiden einander zugewandten Stirnflächen beider Außenelektroden 3, 5 ist eine ringförmige Isolierscheibe 13 angeordnet, um die beiden Außenelektroden 3, 5 gegeneinander elektrisch zu isolieren. Dem gleichen Zweck dienen Isoliereinsätze 15, von denen jeweils einer in eine der beiden Durchgangsbohrungen der zweiten Außenelektrode 5 eingesetzt ist, um einen Schraubbolzen 7′ jeder Schraubverbindung 7 gegenüber der zweiten Außenelektrode 5 elektrisch zu isolieren. Der Gewindebereich jedes Schraubbolzens 7′ steht ebenso wie die Schraubenmutter 7′′ jeder Schraubverbindung 7 mit der ersten Außenelektrode 3 in direktem Kontakt. In axialer Richtung der Spannungssicherung 1 schließt sich an jeden Verbindungsflansch 9, 11 jeweils ein erstes bzw. ein zweites Verbindungsstück 17, 19 an. Das erste Verbindungsstück 17 ist mit einem Bolzengewinde versehen, mit dem zwei Schraubenmuttern 21 verschraubt sind, zwischen denen in nicht dargestellter Weise ein Anschlußstück zur Verbindung mit einer elektrischen Anlage o. dgl. befestigt werden kann. Das zweite Anschlußstück 19 weist eine quer zur Längsachse verlaufende Durchgangs bohrung 23, sowie eine in Richtung der Längsachse zu diesem führende Gewindebohrung auf. Über eine in die Gewindebohrung eingeschraubte Schraube 25 kann ein in die Durchgangsbohrung 23 eingeführtes, nicht dargestelltes Anschlußstück zum Anschließen der Spannungssicherung 1 ge klemmt werden.

In einem Aufnahmeraum 27, der im wesentlichen als zylinderförmiger Hohlraum durch einen ersten Aufnahmebereich 29 der ersten Außenelektrode 3 und einen sich daran in axialer Richtung anschließenden zweiten Aufnahmebereich 31 der zweiten Außenelektrode 5 gebildet wird, ist ein Überspannungsableiter 33, mit einem im wesentlichen dichten, zylinderförmigen Gehäuse eingesetzt, von dem aus sich in Richtung in die erste Außenelektrode 3 und die zweite Außenelektrode 5 Gewindestifte 35 bzw. 37 erstrecken. Die beiden Gewindestifte 35, 37 sind jeweils in Sacklochbohrungen 39 bzw. 41 eingeführt, die sich von dem ersten bzw. von dem zweiten Aufnahmebereich 29 bzw. 31 zur Mitte hin erstrecken. Durch die Sacklochbohrungen 39, 41 sind die Voraussetzungen für die Aufnahme derartiger handelsüblicher Überspannungsleiter geschaffen, ohne daß von den Anschluß- bzw. Kontaktmöglichkeiten über die Gewindestifte, die sich als unzureichend erweisen könnten, Gebrauch gemacht wird.

Der Überspannungsableiter 33 ist von handelsüblicher Bauart mit einer den jeweiligen Erfordernissen für eine Spannungssicherung 1 entsprechend angepaßten elektrischen Charakteristik. Danach ist der Überspannungsableiter 33 so ausgelegt, daß Stoßstrombelastungen bzw. Spannungsstöße vorgeb barer Größe und Dauer einwirken können, ohne daß dabei der Überspannungsableiter anspricht. Der Überspannungsableiter 33 hat üblicherweise ein Gehäuse aus Keramik oder aus einem entsprechenden Isoliermaterial, bspw. aus Glas, in dem mit Abstand voneinander zwei nicht dargestellte Elektroden ausgebildet sind. Das Innere des Überspannungsableiters 33 ist mit unter Druck stehendem Edelgas gefüllt.

Zwischen der Sacklochbohrung 39 und dem ersten Aufnahmebereich 29 ist in der ersten Außenelektrode 3 eine sacklochförmige Federaufnahme 43 ausgebildet, in die eine Schraubenfeder 45 eingesetzt ist. Die der Feder 45 zugewandte Kontaktfläche des Überspannungsableiters 33 weist den Gewindestift 35 umgebend einen vertieften Bereich 47 auf, in den ein Endbe reich der Feder 45 eingreift. Durch die Feder 45, die vorliegend auf einer Seite durch den Gewindestift 35 und/oder durch die Federaufnahme 43 geführt wird und die auf der anderen Seite durch die Vertiefung 47 geführt wird, ist der Überspannungsableiter 33 so vorgespannt, daß seine der Feder 45 abgewandte Kontaktfläche 49 an einer Bodenfläche des zweiten Aufnahmebereichs 31 unter einem Anpreßdruck anliegt. Damit ist ein guter Kontakt des Überspannungsableiters 33 gegenüber der zweiten Außenelektrode 5 gegeben; für einen guten Kontakt zu der ersten Außenelektrode 3 können, zur Erzielung einer großen Kontaktfläche, die Enden der Feder 45 geschliffen sein. Die Feder 45 besteht aus Federbronze, so daß sie zum einen den mechanischen Anforderungen aufgrund der Vorspannung des Überspannungsableiters 33 genügt und zum anderen den Anforderung an eine hohe Leitfähigkeit entspricht. Damit wird für den Normalbetrieb sichergestellt, daß etwa auftretende Strom- bzw. Spannungsstöße ohne Beeinträchtigung der Feder 45 aufgenommen werden können. Die Feder 45 kann schließlich zum Ausbilden eines Lichtbogens aufgrund einer auftretenden Überspannung bzw. eines auftretenden Überstroms verdampfen, um dadurch die Ausbildung und die Aufrechterhaltung des Lichtbogens einzuleiten bzw. zu fördern. Dabei dient die durch das Verdampfen gebildete Metallwolke als Zündinitiator für die Ausbildung eines Lichtbogens. Als besonders günstig hat sich die Ausbildung der Feder 45 aus einer Bronze der Werkstoffbezeichnung CuSn 6 F 95 erwiesen.

Für die Ausbildung der ersten und der zweiten Außenelektrode 3, 5 hat sich eine Kupferlegierung der Werkstoffbezeichnung CuNi 2 Si F 49 als vorteilhaft erwiesen, die bspw. unter dem Handelsnamen "Kuprodur" vertrieben wird. Damit genügen die beiden Außenelektroden 3, 5 den für einen sicheren Anschluß der Spannungssicherung 1 in einer elektrischen Anlage gegebenen Anforderungen und es ist damit gleichzeitig sichergestellt, daß sich bei der Ausbildung eines Lichtbogens eine gute Leitfähigkeit zum Ableiten eines Kurzschlusses bzw. einer Überspannung bzw. eines Überstroms ergibt, ohne daß der Bestand beider Außenelektroden 3, 5 durch die Ausbildung eines Lichtbogens wesentlich beeinträchtigt wird. Die aus diesem Werkstoff hergestellten Außenelektroden 3, 5 können ggf. vergütet werden. Die beiden Außenelektroden 3, 5 sind von einer gemeinsamen Isolierschicht 51 umgeben, die aus einem Gießharz besteht, das durch Tauchen oder Umspritzen aufgebracht wird. Durch die Isolierschicht 51 werden sowohl die beiden Verbindungsflansche 9, 11 als auch sich jeweils daran anschließende Abschnitte der Anschlußstücke 17, 19 ummantelt.

Die erste und die zweite Außenelektrode 3, 5, die Feder 45 sowie der Überspannungsableiter 33 sind ebenso wie die Verbindungen bzw. die Kontakte zwischen diesen Elementen derart ausgelegt, daß unterhalb vorgebbarer Ansprechwerte liegende Strom- bzw. Spannungsstöße aufgenommen werden können, ohne daß es zu einer Beeinträchtigung dieser Elemente oder der Kontakte kommt. Übersteigen derartige Spannungs- bzw. Stromstöße vorgebbare Ansprechwerte, dann führt eine derartige Überspannung bzw. ein Überstrom, bspw. beim Auftreten eines Kurzschlusses, zu einem Überschlag bzw. zu einem Stromfluß zwischen den Elektroden des Überspannungsableiters 33, so daß zwischen diesen nicht dargestellten Elektroden ein Teillichtbogen ausgebildet wird. Dieser Teillichtbogen führt zusammen mit dem Druck des innerhalb des Überspannungsableiters 33 befindlichen Edelgases dazu, daß das Gehäuse des Überspannungsableiters 33 explosionsartig zerstört wird. Durch die Anordnung des Überspannungsableiters 33 in der im wesentlichen dichten Aufnahme 27 wird dabei verhindert, daß Teile des zerstörten Gehäuses nach außen gelangen können. Durch die starke Erwärmung verdampft die Feder 45 zumindest teilweise und es bildet sich dabei eine Metallwolke als Zündinitiator für einen weiteren Teillichtbogen im Bereich zwischen der ersten Außenelektrode 3 und dem verbliebenen Teil des Überspannungsableiters 33. Die beiden hintereinanderliegenden Teillichtbögen vereinigen sich dabei zu einem Gesamtlichtbogen, der zu einem sicheren Ableiten der aufgetretenen Überspannung bzw. des aufgetretenen Überstromes führt und über eine aus reichend lange Zeitdauer erhalten bleibt. Dabei können unter dem Einfluß der Teillichtbögen bzw. des Gesamtlichtbogens Kontaktbereiche miteinander ver schweißt werden, was zur Ausbildung einer elektrisch gut leitenden Verbindung und damit zu einer sicheren Ableitung der Überspannung bzw. des Über stromes beiträgt. Eine wesentliche Vorraussetzung hierfür ist die Anordnung der Feder 45 sowie eine guter Kontakt und ein ausreichend großer Kontaktbereich über die Feder 45 und zwischen einer Kontaktfläche 49 des Überspannungsableiters 33 und der zugewandten Bodenfläche.

In nicht dargestellter Weise können ein oder mehrere Entlüftungskanäle vorgesehen sein, die von der Aufnahme 27 in radial auswärtiger Richtung in einen Bereich außerhalb der beiden Außenelektroden 3, 5 führen. Damit kann nach einem Zerbersten des Gehäuses des Überspannungsableiters 33 der Druck des Edelgases abgebaut werden, der anderenfalls die Ausbildung bzw. Aufrechterhaltung des Lichtbogens beeinträchtigen könnte. Dies ist darauf zurückzuführen, daß in dem durch die Ausbildung der Lichtbögen entstehendem Plasma Temperaturen von etwa 10 000°C auftreten können und deshalb das Edelgas stark erwärmt und expandiert wird.

Das aus einem Entlüftungskanal austretende Edelgas kann in einfacher Weise durch die Isolationsschicht 51 ins Freie gelangen. In besonders einfacher Weise können ein oder mehrere Entlüftungskanäle im Übergangsbereich der ersten und zweiten Außenelektrode 3, 5 ausgebildet werden. Derartige Entlüftungskanäle können dabei durch Aussparungen in der Isolierscheibe 13 gebildet sein; sie können aber auch bspw. durch radial verlaufende Rillen in einer Stirnfläche einer oder beider Außenelektroden 3, 5 ausgebildet sein.

Die erfindungsgemäße Spannungssicherung 1 ist unter Verwendung handelsüblicher Überspannungsableiter 33 einfach herstellbar und sie führt durch die angesprochene Ausbildung eines aus zwei Teillichtbögen bestehenden Lichtbogens, sowie den an Kontaktbereichen gebildeten Verschweißungen zu einem sicheren Ableiten auftretender Überspannungen bzw. Überströme.

Durch den Einsatz der Feder 45 wird weiterhin die Herstellung und der Zusammenbau der erfindungsgemäßen Spannungssicherung 1 erleichtert. Zum einen brauchen durch den Einsatz der Feder 45 nämlich keine allzugroßen Toleranzen hinsichtlich der Längenabmessung der Aufnahme 27 eingehalten zu werden und zum anderen führt der Einsatz der Feder dazu, daß Beschädigungen an einer Kontaktfläche des Überspannungsableiters 33 vermieden werden, die andernfalls durch eine Berührung oder ein Verkanten der Kontaktflächen gegenüber den jeweils benachbarten Bodenflächen der Aufnahmebereiche 29, 31 auftreten könnten. Für ein rasches Ausbilden und eine Aufrechterhaltung des Lichtbogens bzw. der Teillichtbögen hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, daß, zumindest in radialer Richtung, die Form der Aufnahme 27 und deren Abmessung im wesentlichen der Form und der Abmessung des Überspannungsableiters 33 entspricht, so daß zwischen dem Gehäuse des Überspannungsableiters 33 und der Wandung der Aufnahme 27 nur ein geringer Zwischenraum ausgebildet ist.

Das in Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel entspricht im wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel und es unterscheidet sich von diesem lediglich durch die Ausbildung des eingesetzten, handelsüblichen Überspannungsableiters, durch die Ausbildung der Aufnahme und durch die Anordnung der Feder. Mit dem ersten Ausführungsbeispiel übereinstimmende Teile sind mit gleichen Bezugszeichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel versehen und es wird hinsichtlich einer Beschreibung dieser Teile, die nicht wiederholt wird, auf die Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels verwiesen.

Nach dem zweiten Ausführungsbeispiel weist der zwischen die erste und die zweite Außenelektrode 3, 5 der Spannungssicherung 101 eingesetzte Überspannungsableiter 133 im Gegensatz zu demjenigen nach dem ersten Ausführungsbeispiel keine sich in Längsrichtung erstreckenden Gewindestifte sondern vielmehr ebene Endbereiche auf. Die Aufnahme 127 hat dementsprechend ebene Bodenbereiche 150, 160. Im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel sind somit keine sich an die Aufnahme 127 anschließenden, sacklochförmigen Bohrungen vorgesehen. Die Feder 145 liegt auf der einen Seite unmittelbar an der Bodenwand 160 des ersten Aufnahmebereichs 127 und an ihrer anderen Seite unmittelbar an einer ebenen Kontaktfläche des Überspannungsableiters 133 an.

Die Wirkungsweise der Spannungssicherung 101 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel entspricht derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels. Die erfindungsgemäßen Spannungssicherungen 1, 101 sind zu Überspannungsschutz elektrischer Wechsel- bzw. Drehstromanlagen einsetzbar. In besonders vorteilhafter Weise ist die Spannungssicherung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auch im Bereich hoher Gleichspan nungen von etwa 1500 V, also auf dem Gebiet der Mittelspannungstechnik einsetzbar. Die Spannungssicherung 101 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist besonders für Spannungen bis etwa 800 V geeignet. Insbesondere hat sich ein Einsatz der erfindungsgemäßen Spannungssicherungen 1 bei elektrischen Einrichtungen für Eisenbahnen als vorteilhaft erwiesen. Dabei können bei Betriebsspannungen von etwa 1500 Volt sehr hohe Stromstärken auftreten. So kann allein der normale Anfahrstrom bei schweren Güterzuglokomotiven im Bereich von etwa 8000 bis 10 000 A liegen. Die erfindungsgemäßen Spannungssicherung 1 spricht dabei auch beim Auftreten derartiger Anfahrströme noch nicht so an, daß Lichtbögen ausgebildet werden. Andererseits ist sichergestellt, daß bei in vorgebbarer Weise darüberliegenden Überspannungen bzw. Kurzschlußströmen über die dann ausgebildeten Teillichtbögen bzw. über den daraus resultierenden Lichtbogen eine sichere und entsprechend dauerhafte Verbindung zu einer Erdung gebildet und aufrechterhalten wird.

Bezugszeichenliste

  1 Spannungssicherung
  3 erste Außenelektrode
  5 zweite Außenelektrode
  7 Schraubverbindung
  7′ Schraubbolzen
  7′′ Schraubenmutter
  9 erster Verbindungsflansch
11 zweiter Verbindungsflansch
13 Isolierscheibe
15 Isoliereinsatz
17 erstes Verbindungsstück
19 zweites Verbindungsstück
21 Schraubenmutter
23 Durchgangsbohrung
25 Schraube
27 Aufnahmeraum
29 erster Aufnahmebereich
31 zweiter Aufnahmebereich
33 Überspannungsableiter
35 Gewindestift
37 Gewindestift
39 Sacklochbohrung
41 Sacklochbohrung
43 Federaufnahme
45 Schraubenfeder
47 vertiefter Bereich
49 Kontaktfläche
51 Isolierschicht
101 Spannungssicherung
127 Aufnahmebereich
133 Überspannungsableiter
145 Feder
150 Bodenbereich
160 Bodenwand

Claims

1. Spannungssicherung für elektrische Anlagen o. dgl. mit einem edelgasgefüllten Überspannungsableiter mit einem dichten Gehäuse

- in dem zwei in einem vorgegebenen Abstand einander gegenüberliegende Elektroden angeordnet sind und
- das an einander gegenüberliegenden Stirnseiten Kontaktbereiche aufweist, dadurch gekennzeichnet,
- daß der Überspannungsableiter (33, 133) in einer Aufnahme (27, 127) zwischen einer ersten Außenelektrode (3) und einer zweiten Außenelektrode (5) angeordnet ist, die miteinander verbunden sind, wobei die einander zugewandten Stirnflächen der beiden Außenelektroden (3, 5) durch eine Isolierscheibe (13) voneinander getrennt sind,
- daß die Aufnahme (27, 127) durch einen ersten sacklochförmigen Aufnahmebereich (29, 129) in der ersten Außenelektrode (3) und einen sich daran anschließenden zweiten sacklochförmigen Aufnahmebereich (31, 131) in der zweiten Außenelektrode (5) gebildet ist,
- daß der Überspannungsableiter (33, 133) gegenüber einem Bodenabschnitt des ersten oder zweiten Aufnahmebereichs (29, 129, 31, 131) über eine Schraubenfeder (45, 145) vorgespannt ist, die zwischen dem Bodenabschnitt des gegenüberliegenden Aufnahmebereichs (31, 131) und der diesem zugewandten Kontaktfläche angeordnet ist, und
- daß die erste und/oder die zweite Außenelektrode (3, 5) zumindest bereichsweise von einer Isolationsschicht (51) umgeben sind.

2. Spannungssicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Außenelektrode (3, 5) jeweils einen ersten bzw. zweiten Verbindungsflansch (9, 11) aufweisen, die einander benachbart angeordnet sind und an die sich jeweils ein erstes bzw. zweites Anschlußstück (17, 19) anschließt.

3. Spannungssicherung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Außenelektrode (3, 5) über mindestens eine Schraubverbindung (7) miteinander verbunden sind, die durch Durchgangsbohrungen des ersten und des zweiten Verbindungsflansches (9, 11) geführt sind, wobei die Schraubverbindung (7) gegenüber einer Außenelektrode (5) durch einen Isoliereinsatz (15) isoliert ist.

4. Spannungssicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Außenelektroden (3, 5) aus einer Nickel und Silizium enthaltenden Kupferlegierung hergestellt ist.

5. Spannungssicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschicht (51) durch eine Beschichtung mit einem Gießharz gebildet wird.

6. Spannungssicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (45) bereichsweise durch eine in einer Außenelektrode (3) und/oder in dem Überspannungsableiter (33) ausgebildete sacklochförmige Federaufnahme (43, 47) geführt ist.

7. Spannungssicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (45, 145) mindestens einen geschliffenen Endbereich aufweist.

8. Spannungssicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß die Feder (45, 145) aus Federbronze hergestellt ist.

9. Spannungssicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und/oder der zweite Aufnahmebereich (29, 129, 31, 131) mit geringem radialen und/oder axialen Übermaß gegenüber dem Gehäuse des Überspannungsableiters (33, 133) ausgebildet sind.

10. Spannungssicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich von der Aufnahme (27, 127) in im wesentlichen radialer Richtung ein oder mehrere Entlüftungskanäle durch mindestens eine der beiden Außenelektroden (3, 5) erstreckt.

11. Spannungssicherung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Entlüftungskanal im Bereich zwischen den beiden Außenelektroden (3, 5) durch die Isolierschicht (13) verlaufend ausgebildet ist.

12. Spannungssicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich von dem Gehäuse des Überspannungsableiters (33) mindestens ein Gewindestift (35, 37) erstreckt, der jeweils von einem sich an einen Aufnahmebereich (29, 31) in axialer Richtung anschließenden Sackloch (39, 41) aufgenommen wird, dessen Durchmesser ein geringes Übermaß gegenüber demjenigen des Gewindestifts (35, 37) aufweist.

13. Verwendung einer Spannungssicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zum Ableiten von Gleichstromüberströmen bzw. -überspannungen durch Ausbildung durch sich zu einem Lichtbogen vereinigende Teillichtbögen zwischen den Elektroden des Überspannungsableiters (33, 133) und zwischen diesem und der die Feder (45, 145) tragenden Bodenfläche einer Außenelektrode (3).

14. Verwendung einer Spannungssicherung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung eines Teillichtbogens die Feder (45, 145) so ausgelegt ist, daß sie zumindest teilweise verdampft.