DE10000617A1 - Ueberspannungsableiter - Google Patents
UeberspannungsableiterInfo
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Abstract
Der Überspannungsableiter weist ein Ableitergehäuse auf sowie zwei aus dem Ableitergehäuse geführte Stromanschlüsse (16, 17) und mindestens einen im Ableitergehäuse (1, 2) angeordneten scheibenförmigen Varistor mit zwei stirnseitig vorgesehenen Kontaktstellen. Die Kontaktstellen stehen jeweils mit einem der beiden Stromanschlüsse (16, 17) in elektrisch leitender Verbindung. DOLLAR A Der Varistor enthält ein nichtmetallisiertes Aktivteil (12) sowie zwei unter Bildung von elektrischem Kontakt auf die Stirnseiten des Aktivteils (12) gedrückte, elastische Kontaktelemente (11, 13). Die Stirnflächen (12a, 12b) können statt planparallel konvex oder konkav ausgebildet sein oder bei angestrebter planparalleler Ausbildung gegeneinander einen kleinen Winkel bilden. Die elastischen Kontaktelemente (11, 13) und die nichtmetallisierten Stirnflächen (12a, 12b) ermöglichen in jedem Fall eine gute elektrische Kontaktierung. Da bei der Fertigung des Aktivteils die geometrischen Toleranzgrenzen relativ weit gehalten werden können, kann der Überspannungsableiter äußerst kostengünstig hergestellt werden.
Description
Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Überspannungsableiter nach dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 nimmt die Erfindung auf einen Stand der
Technik Bezug, wie er aus der DE 195 45 505 C1 bekannt ist. Bei dem dort
beschriebenen Überspannungsableiter für Niederspannungsanlagen steht ein Varistor
mit einer thermischen Abschalteinrichtung aus einem Sicherungsstreifen und einer
Thermoauslösung mit eutektischer Schmelzlegierung in wärmeleitender Verbindung,
welche bei einer unzulässigen Erwärmung des Varistors die Auftrennung der
Thermoauslösung bewirkt und durch Federkraft eine Schadensanzeige auslöst. Dabei
ist der stossstromfeste Sicherungsstreifen mit Sollbruchstellen innerhalb eines
Sicherungsgehäuses angeordnet und schmilzt in einem Auslösefall, wobei er die
Befestigung des Schadensanzeigers innerhalb des Sicherungsgehäuses aufhebt. Die
ausserhalb des Sicherungsgehäuses angeordnete Thermoauslösung besteht aus
einem Kennmelderdraht, der den Schadensanzeiger in der Position "keine Anzeige"
halt und beim Schmelzen des Sicherungsstreifens aufgetrennt wird oder durch den
Kurzschlussstrom schmilzt. Dieser Überspannungsableiter ist relativ aufwendig
herzustellen.
Die Erfindung, wie sie im Patentanspruch 1 definiert ist, löst die Aufgabe, einen
Überspannungsableiter der eingangs genannten Art anzugeben, welcher einfach und
kostengünstig hergestellt werden kann und sich dennoch durch hervorragende
Betriebseigenschaften auszeichnet.
Beim Überspannungsableiter nach der Erfindung enthält der Varistor ein nicht
metallisiertes Aktivteil sowie zwei unter Bildung von elektrischem Kontakt auf die
Stirnseiten des Aktivteils gedrückte, elastische Kontaktelemente, welche vorzugsweise
aus Graphit gebildet sind. Durch diese Massnahmen wird ein guter Stromübergang bei
weitgehend gleichmässiger Stromdichte vom Aktivteil in kontaktdruckerzeugende
starre Kontaktelemente erreicht, welche mit den Stromanschlüssen des
Überspannungsableiter elektrisch leitend verbunden sind. Selbst wenn die
Stirnflächen des Aktivteils nicht vollständig plan zueinander liegen, sondern
gegebenenfalls ein wenig konkav oder konvex gekrümmt oder unter einem kleinen
Winkel zueinander geneigt sind, wird so stets ein hervorragendes Betriebsverhalten
erreicht.
Für bestimmte Ausführungsformen des Überspannungsableiters reicht es aus, wenn
das Aktivteil randseitig nicht passiviert ist.
Eine grosse Langzeitstabilität des Überspannungsableiters wird erreicht, wenn das
Aktivteil des Varistors randseitig passiviert ist, wie dies durch eine auf den
Varistorrand aufgebrachte elektrische Isolation aus Glas oder Epoxidlack oder durch
einen über den Varistorrand gezogenen Gummi- bzw. Silikonring realisiert werden
kann. Weist die Passivierung einen Ring auf und ist dieser Ring höher als das Aktivteil
ausgeführt und/oder weist der Ring ein ausgeprägtes Profil auf, so kann er zugleich
zur Positionierung der elastisch ausgeführten Kontaktelemente verwendet werden.
Enthält der Überspannungsableiter nach der Erfindung einen durch eine
Schmelzverbindung realisierten Stromunterbrecher und eine bei geschlossenem
Stromunterbrecher mit Vorspannung beaufschlagte und bei geöffnetem
Stromunterbrecher sichtbare Schadensanzeigevorrichtung, so ist es zu empfehlen, die
Schmelzverbindung in ein unter Bildung von Kontaktkraft auf eines der beiden
elastischen Kontaktelement des Varistors gedrücktes scheibenförmiges Element des
Stromunterbrechers einzuformen, da dann ein guter Wärmeübergang vom Varistor auf
die Schmelzverbindung und damit auch ein sicheres Auslösen des
Stromunterbrechers sichergestellt sind.
Eine äusserst kostengünstige Fertigung eines Überspannungsableiters nach der
Erfindung kann erreicht werden, wenn das Ableitergehäuse überwiegend
axialsymmetrisch ausgebildet ist und zwei unter Bildung des Kontaktdruckes und der
Vorspannung kraftschlüssig miteinander verbundene Gehäuseteile aufweist, von
denen in ein erstes eine Öffnung zur Durchführung des ersten Stromanschlusses und
eines eine Signalfläche enthaltenden Teils der Schadensanzeigevorrichtung und in ein
zweites eine Öffnung zur Durchführung des zweiten Stromanschlusses eingeformt
sind. Bei der Fertigung dieses Ableiters werden lediglich vorgefertigte Teile, wie eine
Anschlussarmatur oder ein diese Anschlussarmatur, eine
Schadensanzeigevorrichtung und einen vorgespannten Stromunterbrecher
enthaltendes Bauteil, eines der elastischen Kontaktelement, das Aktivteil, ein weiteres
der elastischen Kontaktelemente, ein gegebenenfalls mit diesem Kontaktelement
verbundenes Stromübertragungselement und eine Kontaktkraft erzeugende
Druckfeder in ein überwiegend rohrförmig ausgebildetes Gehäuseteil gesteckt und die
eingesteckten Teile unter Bildung von Kontaktkraft durch Einschnappen eines eine
zweite Anschlussarmatur enthaltenden kappenförmigen Gehäuseteils festgesetzt.
Der solchermassen ausgebildete Überspannungsableiter kann daher sehr rasch und
mit äusserst einfachen Mitteln, insbesondere auch lokal, gefertigt werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es
zeigt:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Überspannungsableiters für Niederspannung
mit einem Stromunterbrecher mit punktförmigem Thermoauslöser, und
Fig. 2 einen Stromauslöser mit ringförmigem Thermoauslöser für den
Überspannungsableiter gemäss Fig. 1.
In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Fig. 1
zeigt einen Querschnitt durch einen Überspannungsableiter mit einem zweiteiligen
überwiegend axialsymmetrisch ausgeführten Ableitergehäuse aus Kunststoff, wie
vorzugsweise einem gegen Photooxidation stabilisierten, mechanisch verstärkten
Polyamid. Eine günstige Verstärkung kann durch Einlagern von Füllstoff,
vorzugsweise in Form von Glaskugeln, erreicht werden. In ein vorwiegend rohrförmig
ausgeführtes Gehäuseteil 2 ist eine innere Aussparung 18 zum Eingriff einer
Schnapparretiervorrichtung 1a eines als Isolierkappe ausgeführten Gehäuseteils 1
eingeformt, welches einerseits fest mit einem metallischen Stromanschluss 16 und
andererseits über einen als O-Ring ausgeführten Dichtungsring 9 mit dem
Gehäuseteil 2 wasserdicht verbunden ist. Ein vorwiegend scheibenförmig
ausgebildetes Stromübertragungselement 7 steht über eine metallische, elektrischen
Strom leitende Druckfeder 4 mit dem Stromanschlusskontakt 16 in elektrisch leitender
Druckverbindung. Die Druckfeder 4 übt auf das Stromübertragungselement 7 eine
vorgebbare Kraft von z. B. 200 N aus; sie ist zum Kurzschliessen ihrer Induktion
aussenseitig durch biegsame Kurzschlusselemente 4a aus verzinntem Kupfer
überbrückt.
Ein als innere ringförmige Schulter ausgeführtes Widerlager 19 im Gehäuseteil 2
ermöglicht eine randseitige Anlage eines vorwiegend scheibenförmig ausgebildeten
Stromübertragungselement 8 eines Stromunterbrechers, welcher über eine zentrale,
punktförmige bzw. kreiszylindrische Schmelzverbindung 15, vorzugsweise ein
Silberlot, mit einer vorgebbaren Schmelztemperatur in einem Temperaturbereich von
typischerweise 140°C-300°C, beispielsweise von 180°C, mit einem als Gewindestift
8a ausgeführten, stromleitenden Teil des Stromunterbrechers fest verbunden ist. Der
Stift 8a ist in ein Gewindeloch 17a eines Stromanschlusses 17 geschraubt und somit
elektrisch mit diesem verbunden. Anstelle dieses Schraubkontaktes kann auch ein
fester, einstückiger, elektrisch leitender Kontakt vorgesehen sein (nicht dargestellt). Im
Inneren des Gehäuseteils 2 ist zwischen dem Stromunterbrecher und dem
Stromanschluss 17 eine elektrisch isolierende, rotationssymmetrische
Schadensanzeigevorrichtung 3 mit einer aussenseitigen Signalfläche 3a,
vorzugsweise mit einem phosphoreszierenden und/oder fluoreszierenden Material,
angeordnet, damit auch bei schlechten Sichtverhältnissen eine eindeutige
Fehlererkennung möglich ist. Diese Schadensanzeigevorrichtung liegt im
Betriebszustand des Überspannungsableiters einerseits randseitig mit einem Flansch
am Stromübertragungselement 8 des Stromunterbrecher an; andererseits liegt sie
über einen als O-Ring ausgeführten Dichtungsring 10 wasserdicht an einem Endteil
des Gehäuseteils 2 und an dem Stromanschlusskontakt 17 an. In einer Aussparung
der Schadensanzeigevorrichtung 3 ist eine Druckfeder 5 mit geringerer Spannkraft als
die Druckfeder 4, beispielsweise von 50 N, angeordnet. Diese Druckfeder stützt sich
einerseits an der Schadensanzeigevorrichtung 3 und andererseits am Teil 8 des
Stromunterbrechers ab.
Das Stromübertragungselement 7 steht über eine gerillte Oberfläche und über ein
vorzugsweise als Graphitscheibe ausgeführtes elastisches Kontaktelement 13 mit
einer Stirnfläche 12a eines scheibenförmig ausgeführten Aktivteils 12 eines Varistors
in elektrisch gutleitender Druckverbindung. Das Stromübertragungselement 8 steht
über eine gerillte Oberfläche und über ein ebenfalls als Graphitscheibe ausgeführtes
elastisches Kontaktelement 13 mit einer Stirnfläche 12b des Aktivteil 12 in elektrisch
gutleitender Druckverbindung. Dabei drückt die Druckfeder 4 das Aktivteil des
Varistors über das Stromübertragungselement 7 gegen das Widerlager 19 am
Gehäuseteil 2. Die gerillten Kontaktanlageflächen der Stromübertragungselemente 7,
8 bewirken eine gleichmässige Kraftübertragung auf die elastischen Kontaktelemente
11, 13 bzw. einen guten Wärmeübergang vom Aktivteil 12 zum
Stromübertragungselement 8 des Stromunterbrechers. Das Übertragungselement 7 ist
im Zentrum seiner gerippten Oberfläche mittels eines Tropfens 14 eines
Sekundenklebers mit dem elastischen Kontaktelement 11 fest verbunden.
Das vorzugsweise von einen Metalloxid, insbesondere auf der Basis von Zinkoxid,
bestehende Aktivteil 12 ist auf seinen Stirnflächen 12a, 12b nicht metallisiert.
Randseitig ist es mit einem dielektrischen Passivierungsmittel, wie einer elektrischen
Isolation aus Glas oder Epoxidlack bzw. einem Ring 6, vorzugsweise aus einem
dielektrischen Elastomer, wie insbesondere Silikon, überzogen bzw. bedeckt. Der Ring
6 ist etwas höher als das Aktivteil 12 des Varistors, so dass er gleichzeitig ein
Zentriermittel für die elastischen Kontaktelemente 11, 13 und das Aktivteil 12 bildet.
Im normalen Betriebszustand ist der Überspannungsableiter hochohmig. Bei
gefährlichen Überspannungen, hervorgerufen z. B. durch atmosphärische
Entladungen oder durch Schaltvorgänge, sinkt der elektrische Widerstand des
Varistors mit zunehmender elektrischer Spannung und begrenzt diese. Steigt die
Temperatur des Varistors wegen Überlastung und wird dabei die Schmelztemperatur
der Schmelzverbindung 15 erreicht, so öffnet die Schmelzverbindung. Die Druckfeder
5 drückt nun die Schadensanzeigevorrichtung 3 zusammen mit dem
Stromanschlusskontakt 17 in Richtung eines Pfeiles 21 nach rechts bis der randseitige
Flansch der Schadensanzeigevorrichtung 3, der vorher am Teil 8 des
Stromunterbrechers anlag, an einer Anlagefläche bzw. an einem Widerlager 20 des
Gehäuseteils 2 anliegt. Dadurch wird ein unerwünscht grosser Strom durch den
Varistor unterbrochen und die Signalfläche 3a der Vorrichtung 3 ausserhalb des
Gehäuseteils 2 sichtbar (nicht dargestellt). Diese Stromtrennung führt zu einem
dauerhaften, definierten Zustand, bei dem keine frei baumelnden Anschlüsse und
keine Folgeschaden nach der Trennung auftreten können. Der Überspannungsableiter
ist in beliebiger Lage in eine zu schützende elektrische Anlage einbaubar, wobei
wenigstens einer der beiden Stromanschlusskontakte 16, 17 flexibel angeschlossen
sein muss.
Fig. 2 zeigt das Stromübertragungselement 8 des Stromunterbrechers mit einer
ringförmig um dessen Zentrum angeordneten Schmelzverbindung 15a anstelle einer
punktförmigen ausgebildeten 15 gemäss Fig. 1. Der mit dieser Schmelzverbindung
ausgerüstete Stromunterbrecher hat den Vorteil einer präziseren Einstellmöglichkeit
der Stromtrennung, da der Schmelzbereich 15a nicht unmittelbar mit dem als
Wärmeableiter wirkenden Gewindestift 8a verbunden ist.
Es versteht sich, dass der Überspannungsableiter auch mit mehreren Varistoren 12
ausgestattet sein kann (nicht dargestellt). Deren Stirnflächen 12a, 12b können statt
planparallel, beispielsweise auch konvex oder konkav ausgebildet sein (nicht
dargestellt). Die elastischen Kontaktelement 11, 13 und die nicht metallsierten
Stirnflächen 12a, 12b ermöglichen jeweils deren gute elektrische Kontaktierung.
1
,
2
Gehäuseteile
1
a Schnapparretiervorrichtung
3
Schadensanzeigevorrichtung
3
a Signalfläche
4
,
5
Druckfedern
4
a Kurzschlusselemente
6
Ring
7
,
8
Stromübertragungselemente
8
a Gewindestift
9
,
10
Dichtungsringe,
11
,
13
elastische Kontaktelemente
12
Aktivteil
12
a,
12
b Stirnflächen
14
Tropfen
15
,
15
a Schmelzverbindungen
16
,
17
Stromanschlüsse
17
a Gewindeloch
18
Aussparung
19
,
20
Widerlager
21
Pfeil
Claims (15)
1. Überspannungsableiter mit einem Ableitergehäuse, zwei aus dem
Ableitergehäuse geführten Stromanschlüssen (16, 17) und mindestens einem im
Ableitergehäuse angeordneten scheibenförmigen Varistor mit zwei stirnseitig
vorgesehen Kontaktstellen, die jeweils mit einem der beiden Stromanschlüsse
(16, 17) in elektrisch leitender Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass
der Varistor ein nicht metallisiertes Aktivteil (12) enthält sowie zwei unter Bildung
von elektrischem Kontakt auf die Stirnseiten des Aktivteils (12) gedrückte,
elastische Kontaktelemente (11, 13).
2. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens eines der beiden Kontaktelemente (11, 13) eine Graphitscheibe ist.
3. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass das Aktivteil (12) nicht passiviert ist.
4. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass das Aktivteil (12) randseitig passiviert ist.
5. Überspannungsableiter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das
Aktivteil (12) randseitig einen Ring (6) aufweist.
6. Überspannungsableiter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der
Ring (6) höher als das Aktivteil (12) ist, derart, dass er eine randseitige
Begrenzung zur Positionierung für der Kontaktelemente (11, 13) bildet.
7. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch
gekennzeichnet, dass der Ring (6) von einem dielektrischen Elastomer,
insbesondere einem Silikon, gebildet ist.
8. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit einem in der
elektrischen Verbindung zwischen einem ersten (13) der beiden Kontaktelemente
(11, 13) und einem ersten (17) der beiden Stromanschlüsse (16, 17)
angeordneten und als Schmelzverbindung ausgeführten Stromunterbrecher und
mit einer bei geschlossenem Stromunterbrecher mit Vorspannung
beaufschlagten und bei geöffnetem Stromunterbrecher sichtbaren
Schadensanzeigevorrichtung (3), dadurch gekennzeichnet, dass die
Schmelzverbindung (15, 15a) in ein auf das erste Kontaktelement (13) unter
Bildung von Kontaktkraft gedrücktes scheibenförmiges Element (8) des
Stromunterbrechers eingeformt ist.
9. Überspannungsableiter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das
scheibenförmige Element (8) mit einer gerillten Oberfläche auf die Kontaktfläche
(13) gedrückt ist.
10. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, dass die Schmelzverbindung (15, 15a) punktförmig oder
ringförmig ausgebildet ist.
11. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, dass das Ableitergehäuse überwiegend axialsymmetrisch
ausgebildet ist und zwei unter Bildung des Kontaktdruckes und der Vorspannung
kraftschlüssig miteinander verbundene Gehäuseteile (1, 2) aufweist, von denen in
ein erstes (2) eine Öffnung zur Durchführung des ersten Stromanschlusses (17)
und eines eine Signalfläche (3a) enthaltenden Teils der
Schadensanzeigevorrichtung (3) und in ein zweites (1) eine Öffnung zur
Durchführung des zweiten Stromanschlusses (16) eingeformt sind.
12. Überspannungsableiter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die
beiden Gehäuseteile (11, 13) zusammengeschnappt sind.
13. Überspannungsableiter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die
Vorspannung mit einer zwischen dem scheibenförmigen Element (8) und der
Schadensanzeigevorrichtung (3) abgestützten ersten Druckfeder (5) und die
Kontaktkraft mit einer auf das zweite Kontaktelement (11) wirkenden zweiten
Druckfeder (4) erzeugt ist.
14. Überspannungsableiter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die
zweite Druckfeder (4) durch biegsame Kurzschlusselemente (4a) überbrückt ist.
15. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, dass das Ableitergehäuse aus einem gegen Photooxidation
stabilisierten, mechanisch verstärkten Polyamid besteht.
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