DE10163862A1 - Überspannungsableiter - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Überspannungsableiter für Hochfrequenzleitungen, umfassend einen Koaxialleitungsabschnitt mit einem Innenleiter und einem Außenleiter sowie einen vom Innenleiter abzweigenden Kurzschlußleiter, der mit dem Außenleiter elektrisch verbunden ist. Um den Überspannungsableiter derart auszubilden, daß er auf konstruktiv einfache Weise die Übertragung einer Speisespannung ermöglicht und einen zuverlässigen Schutz vor elektromagnetischen Störimpulsen sicherstellt, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Kurzschlußleiter ausschließlich über einen als Varistor ausgebildeten Ableiter und in Reihe zu diesem geschaltete elektrische Verbindungselemente mit dem Außenleiter verbunden ist.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Überspannungsableiter für Hochfrequenzleitungen umfassend einen Koaxialleitungsabschnitt mit einem Innenleiter und einem Außenleiter, sowie einen vom Innenleiter abzweigenden Kurzschlußleiter, der mit einem Außenleiter elektrisch verbunden ist.
• Derartige Überspannungsableiter kommen beispielsweise in der Kommunikationstechnik zum Einsatz und dienen dem Schutz elektrischer Geräte vor elektromagnetischen Störimpulsen. Derartige Störimpulse können beispielsweise von Motoren, Schaltern, getakteten Netzteilen oder dergleichen erzeugt werden, sie werden auch durch Blitzschläge hervorgerufen und beispielsweise induktiv oder kapazitiv an koaxiale Leitungen gekoppelt und über diese an die angeschlossene Geräte geführt. Dies kann eine Beschädigung oder gar eine Zerstörung des Gerätes zur Folge haben.
• Zum Schutz derartiger elektromagnetischer Störimpulse wird in der europäischen Offenlegungsschrift EP 0 855 756 A1 der Einsatz eines λ/4-Leiters vorgeschlagen, der über einen Ableiter, beispielsweise eine Gasentladungszelle, mit dem Außenleiter des Koaxialleitungsabschnittes verbunden ist. Er bildet ein Hochfrequenzfilter aus und erlaubt die Übertragung von elektrischen Signalen eines bestimmten Frequenzbandes, während Störimpulse mit Frequenzen außerhalb des erlaubten Frequenzbandes reflektiert oder abgeleitet werden. Unter einem "λ/4- Leiter" wird gemeinhin ein Kurzschlußleiter verstanden, dessen elektrisch wirksame Länge auf die Wellenlänge des zu übertragenden Frequenzbandes abgestimmt ist, indem die elektrisch wirksame Länge gleich einem Viertel oder einem Vielfachen eines Viertels der Wellenlänge des zu übertragenden Signales mit der Nutzbandmittenfrequenz ist. Eine derartige, über einen Ableiter mit dem Außenleiter des Koaxialleitungsabschnitt verbundene λ/4-Leitung wirkt als frequenzselektives Filter für am Innenleiter des Koaxialleitungsabschnittes anliegende hochfrequente elektrische Signale. Durch Ausgestaltung von Impedanzen am Koaxialleitungsabschnitt kann eine zusätzliche Breitbandigkeit oder sogar eine Aufweitung auf mehrere Übertragungsbereiche erreicht werden. Hierbei braucht dann der Kurzschlußleiter in der Länge nicht unbedingt auf ein Viertel der Wellenlänge oder ein Vielfaches dieser Viertel-Wellenlänge des zu übertragenden Frequenzbereiches abgestimmt sein, vielmehr wird je nach Länge des Kurzschlußleiters, der auch als Impedanzleiter bezeichnet wird, ein mehr oder weniger breites Frequenzband übertragen, während außerhalb des Frequenzbandes liegende hochfrequente Signale nicht übertragen werden.
• Überspannungsableiter kommen beispielsweise bei der Übertragung eines Signales von einer Antenne zu einem Signalempfänger zum Einsatz. Es ist wünschenswert, einem an der Antenne exponiert angeordneten Vorverstärker über den Innenleiter des Koaxialleitungsabschnittes eine Speisespannung zuzuführen. Hierbei kann es sich um eine Gleichspannung oder um eine niederfrequente Wechselspannung handeln. Um derartige Speisespannungen zuverlässig übertragen zu können und zusätzlich einen zuverlässigen Schutz vor elektromagnetischen Störimpulsen sicherzustellen, wird in der europäischen Offenlegungsschrift EP 0 938 166 A1 vorgeschlagen, parallel zum Ableiter eine konzentrierte Kapazität zu schalten, die zusammen mit dem λ/4-Leiter einen Parallelschwingkreis ausbildet und den λ/4-Leiter für hochfrequente Spannungen mit dem Außenleiter des Koaxialleitungsabschnittes verbindet. Als Ableiter kann hierbei beispielsweise ein Varistor zum Einsatz kommen, der parallel zu der konzentrierten Kapazität geschaltet ist.
• Der kombinierte Einsatz eines Ableiters und einer parallel geschalteten konzentrierten Kapazität in Verbindung mit dem λ/4-Leiter ermöglicht die Übertragung einer Speisespannung und bildet einen Überspannungsschutz, er ist allerdings mit einem nicht unbeträchtlichen konstruktiven Aufwand und mit entsprechenden Herstellungskosten verbunden.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Überspannungsableiter der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß er auf konstruktiv einfachere Weise die Übertragung einer Speisespannung ermöglicht und einen zuverlässigen Schutz vor elektromagnetischen Störimpulsen sicherstellt.
• Diese Aufgabe wird bei einem Überspannungsableiter der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kurzschlußleiter ausschließlich über einen als Varistor ausgebildeten Ableiter und in Reihe zu diesem geschaltete elektrische Verbindungselemente mit dem Außenleiter verbunden ist.
• Es hat sich gezeigt, daß der alleinige Einsatz eines Varistors sowie in Reihe zum Varistor geschalteter elektrischer Verbindungselemente zur Verbindung des Kurzschlußleiters mit dem Außenleiter des Koaxialleitungsabschnittes sowohl einen zuverlässigen Schutz vor elektromagnetischen Störimpulsen sicherstellt als auch die Übertragung einer niederfrequenten oder als Gleichspannung ausgebildeten Speisespannung ermöglicht. Als Varistor wird hierbei ein spannungsabhängiger Widerstand bezeichnet, der mit steigender Spannung eine extrem starke Abnahme des differentiellen Widerstandswertes aufweist. Überspannungs- oder Stromspitzen können über den Varistor zuverlässig an den Außenleiter des Koaxialleitungsabschnittes, üblicherweise an dessen Gehäuse, abgeleitet werden. Der Varistor ändert beim Auftreten eines Überspannungsimpulses schlagartig seinen Widerstandswert und bildet dann, bei einer Ansprechzeit im Nanosekundenbereich, einen extrem niederen Widerstandswert, beispielsweise einige Ohm, während er im normalen Betriebszustand einen Widerstandswert von mehreren Megohm aufweist. Es wurde festgestellt, daß die auschließliche Verbindung eines Kurzschlußleiters über den Varistor und in Reihe zu diesem geschaltete elektrische Verbindungselemente - beispielsweise elektrisch leitende Gehäuseelemente, Tragelemente und/oder Hülsen und dergleichen - mit dem Außenleiter des Koaxialleitungsabschnittes bereits einen zuverlässigen Schutz vor elektromagnetischen Störimpulsen sicherstellt, wobei gleichzeitig über den Innenleiter Speisespannungen, vorzugsweise Gleichspannungen, übertragen werden können. Der zusätzliche Einsatz eines parallel zum Varistor geschalteten elektrischen Bauteiles, beispielsweise einer konzentrierten Kapazität, kann entfallen. Der erfindungsgemäße Überspannungsableiter zeichnet sich folglich durch eine beträchtliche konstruktive Vereinfachung aus und ist kostengünstiger herstellbar.
• Wie bereits eingangs erläutert, kann der Kurzschlußleiter in der Länge auf ein Viertel der Wellenlänge des zu übertragenden Signales mit der Nutzbandmittenfrequenz oder auf ein Vielfaches dieser Viertel Wellenlänge abgestimmt sein.
• Von besonderem Vorteil ist es, wenn der Varistor scheibenförmig ausgestaltet ist. Dies ermöglicht eine besonders einfache Montage des Varistors am freien Ende des Kurzschlußleiters. So kann beispielsweise vorgesehen sein, daß der Varistor eine Metalloxidscheibe umfaßt, die auf ihrer Oberseite und auf ihrer Unterseite mit Metall, beispielsweise mit Silber bedampft ist. Das Metalloxid ist vorzugsweise gepresst, als besonders günstig hat sich der Einsatz von gepresstem Zinkoxid erwiesen.
• Eine besonders kostengünstige Montage des Überspannungsableiters kann dadurch erzielt werden, daß der Varistor über eine Steckverbindung mit dem Kurzschlußleiter lösbar verbindbar ist. So kann beispielsweise vorgesehen sein, daß der Varistor flächig an einer Kontaktplatte anliegt, die auf ihrer dem Varistor abgewandten Seite eine Steckbuchse trägt, die mit dem dem Innenleiter des Koaxialleitungsabschnittes abgewandten Ende des Kurzschlußleiters lösbar verbindbar ist. Die Kontaktplatte ist vorzugsweise aus Metall gefertigt, beispielsweise aus Messing.
• Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Überspannungsableiters ist vorgesehen, daß der Überspannungsableiter eine vom Koaxialleitungsabschnitt abstehende Hülse aufweist, die den Kurzschlußleiter umgibt und die an ihrem freien Ende ein Gehäuse trägt, das den Varistor aufnimmt.
• Das Gehäuse ist vorzugsweise zweiteilig ausgebildet, wobei die beiden Gehäuseteile lösbar miteinander verbindbar sind. Dies ermöglicht eine besonders einfache Montage des Überspannungsableiters, und bei einer Beschädigung kann der Varistor auf einfache Weise ausgetauscht werden.
• Vorzugsweise weist das den Varistor aufnehmende Gehäuse ein erstes, mit der Hülse verbundenes Gehäuseteil auf, das eine wannenförmige Aufnahme definiert, sowie ein zweites, die wannenförmige Aufnahme abdeckendes Gehäuseteil, das mit dem ersten Gehäuseteil lösbar verbindbar, vorzugsweise verschraubbar, ist, wobei der Varistor in die wannenförmige Aufnahme einsetzbar ist. Günstig ist es, wenn das erste Gehäuseteil einstückig mit der Hülse verbunden ist.
• Zur Festlegung des Varistors innerhalb des Gehäuses ist es von Vorteil, wenn im Gehäuse eine Tragplatte gehalten ist, die den Varistor abstützt. Günstig ist es, die Tragplatte elektrisch leitfähig auszubilden. Sie kann beispielsweise aus einem Metall gefertigt sein.
• Es kann vorgesehen sein, daß die Tragplatte zwischen den beiden Gehäuseteilen des den Varistor aufnehmenden Gehäuses gehalten ist. Vorzugsweise ist die Tragplatte mit den beiden Gehäuseteilen verspannt.
• Eine besonders einfache Montage des Varistors innerhalb des Gehäuses kann dadurch erzielt werden, daß die Tragplatte auf ihrer dem Varistor abgewandten Unterseite einen Haltestift trägt, der vorzugsweise einstückig mit der Tragplatte verbunden ist.
• Die nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:
• Fig. 1 eine teilweise aufgetrennt dargestellte Seitenansicht eines Überspannungsableiters gemäß der Erfindung und
• Fig. 2 ein elektrisches Prinzipschema des Überspannungsableiters gemäß Fig. 1.
• In der Zeichnung ist ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 belegter Überspannungsableiter dargestellt, der einen Koaxialleitungsabschnitt 12 umfaßt mit einem im wesentlichen hohlzylinderförmig ausgestalteten, metallischen Außenleiter 14, den ein hohlzylinderförmiger Isolator 15 durchgreift, der wiederum einen koaxial ausgerichteten Innenleiter 16 aufnimmt. Der Koaxialleitungsabschnitt 12 trägt endseitig jeweils Verbindungsmittel 18 bzw. 20, über die der Koaxialleitungsabschnitt 12an weitere Koaxialleiter oder an elektrische Geräte anschließbar ist. So kann beispielsweise vorgesehen sein, den Koaxialleitungsabschnitt 12 in die Verbindung zwischen einer Antenne und einem zugeordneten Empfangsgerät zu schalten.
• Die Verbindungsmittel 18 und 20 weisen in der dargestellten Ausführungsform jeweils einen stirnseitig am Koaxialleitungsabschnitt 12 festgelegten Flansch 22 bzw. 24 auf, wobei am Flansch 22 eine Überwurfmutter 23 mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Innengewinde gehalten ist, während der Flansch 24 ein Außengewinde 25 trägt. Die Überwurfmutter 23 umgibt einen mit dem Innenleiter 16 elektrisch verbundenen Anschlußstecker 28, und im Bereich des Außengewindes 25 des Flansches 24 ist der Innenleiter 16 elektrisch mit einer Anschlußbuchse 30 verbunden.
• Die Ausgestaltung der Verbindungsmittel 18 und 20 kann gemäß den Anforderungen anderer Steckverbindersysteme (Normen) auch an letztere angepaßt sein. Derartige Ausgestaltungen sind dem Fachmann bekannt und deshalb in der Zeichnung nicht näher dargestellt.
• In Längsrichtung mittig zweigt vom Innenleiter 16 ein Kurzschlußleiter 32 ab, der von einem Isolator 33 und einer metallischen Hülse 34 umgeben ist, die sich an ihrem freien Ende stufig erweitert und eine Aufweitung 36 aufweist.
• Am freien Ende der Hülse 34 ist ein metallisches Abschlußgehäuse 38 gehalten, wobei ein erstes Gehäuseteil 40 des Abschlußgehäuses 38einen wannenförmige Aufnahme 42 begrenzt und an der Hülse 34 fixiert ist. Der Hülse 34 abgewandt ist an das erste Gehäuseteil 40 ein Innengewinde 44 angebracht, das mit einem entsprechenden Außengewinde 45 eines zweiten Gehäuseteiles 47 des Abschlußgehäuses 38 korrespondiert, so daß das zweite Gehäuseteil 47 in Längsrichtung des Kurzschlußleiters 32 in das erste Gehäuseteil 40 einschraubbar ist und hierbei die wannenförmige Aufnahme 42 abdeckt. Zur Erzielung einer flüssigkeitsdichten Verbindung ist zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseteil 40 bzw. 47 ein Dichtring 49 gehalten, der an der Innenseite der wannenförmige Aufnahme 42 anliegt und das zweite Gehäuseteil 47 in Umfangsrichtung umgibt.
• Die wannenförmige Aufnahme 42 nimmt einen scheibenförmig ausgestalteten Varistor 50 auf, der von einer metallischen Tragplatte 52 abgestützt ist, die innerhalb der Aufnahme 42 zwischen dem ersten Gehäuseteil 40 und dem zweiten Gehäuseteil 47 eingespannt ist und auf ihrer dem Varistor 50 abgewandten Unterseite einen Haltestift 54 trägt.
• Mit seiner der Tragplatte 52 abgewandten Oberseite liegt der Varistor 50 flächig an einer aus Messing gefertigten Kontaktplatte 56 an, die dem Varistor 50 abgewandt eine in die Aufweitung 36 der Hülse 34 eintauchende Steckbuchse 58 trägt.
• Der Varistor 50 ist als gepresste Zinkoxidscheibe ausgebildet, die auf ihrer der Tragplatte 52 zugewandten Unterseite sowie auf ihrer der Kontaktplatte 56 zugewandten Oberseite mit Silber bedampft ist.
• Wie insbesondere aus dem in Fig. 2 dargestellten Prinzipschema deutlich wird, ist der vom Innenleiter 16 abzweigende Kurzschlußleiter 32 ausschließlich über den Varistor 50 und die in Reihe zu diesem geschaltete Hülse 34 und die in Fig. 2 nicht dargestellten ebenfalls in Reihe zum Varistor 50 geschalteten Kontakt- und Tragplatten 56 bzw. 52 mit dem Außenleiter 14 des Koaxialleitungsabschnittes verbunden. Es hat sich gezeigt, daß der kombinierte Einsatz des Kurzschlußleiters mit dem Varistor 50 einen zuverlässigen Schutz eines beispielsweise an die Anschlußbuchse 30 angeschlossenen Gerätes vor elektromagnetischen Störimpulsen sicherstellt, die im Bereich des Anschlußsteckers 28 am Innenleiter 16 anliegen. Zusätzlich ermöglicht der Einsatz des Varistors 50 die Übertragung einer niederfrequenten oder als Gleichspannung ausgebildeten Speisespannung über den Innenleiter 16. Die Speisespannung kann beispielsweise einem Vorverstärker zugeführt werden, der in exponierter Lage an einer Antenne fixiert ist, die über den Anschlußstecker 28 mit dem Innenleiter 16 verbunden ist.

Claims (8)

1. Überspannungsableiter für Hochfrequenzleitungen umfassend einen Koaxialleitungsabschnitt mit einem Innenleiter und einem Außenleiter, sowie einen vom Innenleiter abzweigenden Kurzschlußleiter, der mit dem Außenleiter elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurzschlußleiter (32) ausschließlich über einen als Varistor (50) ausgebildeten Ableiter und in Reihe zu diesem geschaltete elektrische Verbindungselemente (52, 40, 34) mit dem Außenleiter (14) verbunden ist.

2. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Varistor (50) scheibenförmig ausgestaltet ist.

3. Überspannungsableiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Varistor (50) über eine Steckverbindung (58) mit dem Kurzschlußleiter (32) lösbar verbindbar ist.

4. Überspannungsableiter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Überspannungsableiter (10) eine vom Koaxialleitungsabschnitt (12) abstehende Hülse (34) aufweist, die den Kurzschlußleiter (32) umgibt und die an ihrem freien Ende ein Gehäuse (38) trägt, das den Varistor (50) aufnimmt.

5. Überspannungsableiter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (38) zweiteilig ausgestaltet ist, wobei die beiden Gehäuseteile (40, 47) lösbar miteinander verbindbar sind.

6. Überspannungsableiter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (38) ein erstes, mit der Hülse (34) verbundenes Gehäuseteil (40) aufweist, das eine wannenförmige Aufnahme (42) definiert, sowie ein zweites, die wannenförmige Aufnahme (42) abdeckendes Gehäuseteil (47), das mit dem ersten Gehäuseteil (40) lösbar verbindbar ist, wobei der Varistor (50) in die wannenförmige Aufnahme (42) einsetzbar ist.

7. Überspannungsableiter nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (38) eine Tragplatte (52) gehalten ist, die den Varistor (50) abstützt.

8. Überspannungsableiter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragplatte (52) zwischen den beiden Gehäuseteilen (40, 47) verspannt ist.