-
Die Erfindung betrifft einen Überspannungsableiter mit Reiheneinbaugehäuse, umfassend mindestens zwei rotationssymmetrische, gekapselte Funkenstrecken und stirnseitige Anschlüsse, wobei die Funkenstrecken innerhalb des Gehäuses in Stapelbauweise angeordnet sind, sowie elektrische, über Gehäuseöffnungen zugängliche Außenanschlussklemmen, welche über Leiter mit den Funkenstrecke in Verbindung stehen, gemäß Merkmalskombination des Patentanspruchs 1.
-
Funkenstrecken in Reiheneinbaugehäusen als sogenannte Reiheneinbaugeräte gehören zum Stand der Technik. Bei derartigen Reiheneinbaugeräten existiert grundsätzlich ein ungünstiges Flächen/Volumenverhältnis für rotationssymmetrische Komponenten, insbesondere Funkenstrecken, die in diese Gehäuse integriert werden sollen.
-
Es ergibt sich also bei der Verwendung zylindrischer Überspannungsschutz-Komponenten, wie z. B. Gasableiter oder gekapselte Funkenstrecken, für derartige Reiheneinbaugeräte ein ungünstiger Volumen-Ausnutzungsfaktor.
-
Aus der
DE 196 04 947 C1 ist eine Funkenstreckenanordnung vorbekannt, die als mehrpolige Variante in einem speziellen Außengehäuse ausführbar ist.
-
Diese vorbekannten hermetisch abgedichteten Funkenstrecken oder druckdichten Funkenstrecken können in einem umschließenden Außengehäuse grundsätzlich enger angeordnet werden. Beispielsweise können drei Funkenstrecken in einer platzsparenden, räumlichen Anordnung integriert werden, so dass sich ein verbesserter Ausnutzungsfaktor des Innenvolumens des Außengehäuses einstellt. Bei dem in der
DE 196 04 947 C1 gezeigten Beispiel sind die dortigen drei Funkenstrecken quasi in einer Dreiecksform zueinander orientiert, wobei die Längsachsen der einzelnen Funkenstrecken parallel liegen.
-
Mit der vorbekannten räumlichen Anordnung der Funkenstrecken in einem Außengehäuse gelingt es zwar, die Volumenausnutzung zu verbessern, jedoch ist kein Bauraum mehr vorhanden, um notwendige elektrische oder elektronische Mittel, z. B. zur Triggerung oder zur Fehlerzustandsanzeige, unterzubringen. Dies ist insbesondere dann problematisch, wenn bei üblicher Hutschienenmontage die Reiheneinbaugehäuse quasi eine Standardbreite und eine Standardhöhe besitzen und diese Maße nicht ohne weiteres veränderbar sind.
-
Aus der
DE 100 58 977 A1 ist es bekannt, bei der Verbindung von Funkenstrecken oder bei der Herstellung der Verbindung zu Außenkontakten mittels starrer Band- oder Flachleiter, auf die zu erwartenden Stoßströme abzustellen. Dort, wo keine Platzprobleme bestehen und ausreichend Bauraum zur Verfügung steht, kann man sich entsprechend dimensionierter und ausgeformter metallischer Materialien bedienen und ergänzend eine Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke in einer Ausformung in einem Kunststoff-Spritzteil anordnen, um eine Kraftkomponenete bei Stoßstromfluss abführen zu können. Die Frage des Bauraums spielt mit Blick auf die Lehre nach
DE 100 58 977 A1 eine völlig untergeordnete Rolle.
-
In der
DE 20 2004 006 227 U1 wird ein Steckteil mit integrierten Überspannungsableitern offenbart, wobei die Breite des Basisteils zur Aufnahme einer Vielzahl von nebeneinander steckbaren Einsätzen beliebig wählbar ist.
-
Bei der in
DE 20 2005 010 639 U1 dargestellten Ausbildung einer Tragplatine mit vier stehenden Funkenstrecken gelingt zwar, die Volumenausnutzung zu verbessern, jedoch ist kein Bauraum mehr vorhanden, um notwendige elektrische oder elektronische Mittel unterzubringen.
-
Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, einen weiterentwickelten Überspannungsableiter mit Reiheneinbaugehäuse, umfassend mindestens zwei rotationssymmetrische, gekapselte Funkenstrecken und stirnseitige Anschlüsse anzugeben, wobei es gelingt, die Anordnung im Reiheneinbaugehäuse so auszuführen, dass nicht nur das Innenvolumen des Gehäuses bezogen auf die Funkenstrecken maximal ausgenutzt wird, sondern dass weiterhin die Möglichkeit besteht, raumsparend zusätzliche Komponenten zu integrieren. Die erforderlichen elektrischen Anschlüsse und Verbindungen sollen einerseits die Funkenstrecken mechanisch fixieren und andererseits die notwendigen Stoßströme einschließlich der resultierenden elektrodynamischen Kräfte beherrschen.
-
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch einen Überspannungsableiter mit Reiheneinbaugehäuse gemäß Merkmalskombination des Patentanspruchs 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.
-
Dabei besteht die Grundidee der Erfindung darin, mindestens zwei rotationssymmetrische, gekapselte, insbesondere zylindrische Funkenstrecken übereinander zu stapeln, und zwar derart, dass die Möglichkeit geschaffen ist, im Bereich der durch die Form der Funkenstrecken geschaffenen Freiräume oder Zwickel Mittel zur elektrischen Triggerung, zur Zustandsfernmeldung und/oder zur optischen Zustandsanzeige anzuordnen.
-
Eine ergänzende Möglichkeit der Schaffung von Freiräumen für diese Mittel besteht darin, dass bei unsymmetrischer Anordnung der Anschlussklemmen der entstandene Platz genutzt wird.
-
Die durch den Applikationsfall 1 + 1-Schaltung bedingte Verbindungsbrücke zwischen den Funkenstrecken und die Verbindung zwischen dem jeweiligen stirnseitigen Anschluss der Funkenstrecken mit der jeweiligen Außenanschlussklemme ist erfindungsgemäß als starrer Band- oder Flachleiter ausgebildet, dessen breite Seite jeweils parallel zum umhüllenden Quader orientiert ist, wobei der Band- oder Flachleiter die Funkenstrecken in ihrer Lage zueinander mechanisch fixiert.
-
Mit anderen Worten werden im nicht von den Funkenstrecken belegten Volumen des diese eng und unmittelbar umhüllenden (gedachten) Quaders Mittel zur elektrischen Triggerung, zur Zustandsfernmeldung und/oder zur optischen Zustandsanzeige angeordnet. Auch die vorerwähnte Verbindungsbrücke in Form des Band- oder Flachleiters sowie die weiteren elektrischen Verbindungen zwischen dem jeweiligen stirnseitigen Anschluss der Funkenstrecken und der jeweiligen Anschlussklemme befinden sich in diesem freien Volumen. Der Band- oder Flachleiter lässt sich als Stanz-Biegeteil sehr gut an die notwendige enge Innenraumkontur durch Biegen anpassen. Die relativ große Breite im Verhältnis zur geringen Dicke des Band- oder Flachleiters sichert die Beherrschung der entstehenden elektrodynamischen Kräfte bei Stoßstromeinwirkung. Bei einer Ausführungsform des Überspannungsableiters für eine sogenannte 2 + 0-Schaltung kann die Verbindungsbrücke in Fortfall kommen.
-
An mindestens einer Längsseite der Stapelanordnung der Funkenstrecken ist eine Leiterplatte angeordnet, welche sich innerhalb des umhüllenden Quaders befindet, wobei am Mantel der Funkenstrecken jeweils eine Anschlagkante zur Arretierung der Leiterplatte angeformt oder angebracht ist.
-
Dabei ist die Anschlagkante im Wesentlichen parallel zur Längsachse ausgebildet und es weist die Leiterplatte einen komplementären Arretierungsrücksprung auf.
-
Erfindungsgemäß weist die Leiterplatte eine an die Zylinderform einer der Funkenstrecken angepasste Ausnehmung auf. Durch diese Gestaltung kann die Leiterplatte ein Bogensegment des Funkenstrecken-Zylinders aufnehmen und nach innen, in den Bereich des Abstands zwischen den Funkenstrecken, d. h. in den Zwickel hinein versetzt werden. Gleichzeitig bleibt jedoch genügend Leiterplattenfläche für die Anordnung der Leiterzüge zum Ausführen notwendiger elektrischer Anschlüsse und Verbindungen erhalten.
-
Die Leiterplatte ist mindestens mechanisch mit mindestens einem der starren Band- oder Flachleiter z. B. durch Schrauben verbunden und wird dadurch fixiert. Selbstverständlich kann über die mechanische Verbindung auch gleichzeitig eine elektrische Kontaktierung erfolgen.
-
Ebenfalls ausgestaltend kann die Leiterplatte bis in den Bereich eines Klemmenfreiraums hineinreichend ausgeführt werden. Dieser Klemmenfreiraum ergibt sich bei einer asymmetrischen Anordnung der auf beiden Seiten des Reiheneinbaugehäuses befindlichen, an sich bekannten Anschlussklemmen.
-
Wenn die zylindrischen Funkenstrecken mit einem gewissen Abstandsmaß zueinander gestapelt sind, und zwar unter Nutzung der maximalen zur Verfügung stehenden Höhe des Reiheneinbaugehäuses, kann der Zwickelraum vergrößert werden, mit der Folge, dass auch mehrere, gegebenenfalls voluminöse Mittel mit bestimmten elektrischen Funktionen zwischen den Funkenstrecken aufnehmbar sind.
-
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
-
Hierbei zeigen:
-
1 eine dreidimensionale Darstellung eines erfindungsgemäßen Überspannungsableiters mit Reiheneinbaugehäuse im Komplettzustand sowie mit abgehobener Gehäusehaube;
-
2 eine Darstellung ähnlich derjenigen nach 1, jedoch zusätzlich mit entferntem Reihengehäuseunterteil;
-
3 eine Darstellung der in Stapelanordnung befindlichen Funkenstrecken mit hiervon getrennter Leiterplatte, enthaltend verschiedene elektronische Mittel oder Komponenten;
-
4 eine Explosiv-Detaildarstellung der Anordnung der Funkenstrecken mit Band- oder Flachleitern sowie Leiterplatte zur Verwendung bei der erfindungsgemäßen Lösung und
-
5 eine Darstellung des Überspannungsableiters für eine 2 + 0-Schaltung.
-
Der Überspannungsableiter, wie in den Figuren darstellt, enthält die eigentlichen Funkenstrecken in einem Reiheneinbaugehäuse 1. Dieses Reiheneinbaugehäuse 1 verfügt über Mittel 2 zur Hutschienenmontage.
-
Bei der Ausführungsform, wie in den 1 bis 3 illustriert, ist das Reiheneinbaugehäuse zweiteilig, und zwar umfassend ein Unterteil 3 und eine Haube 4.
-
Die Haube 4 ist über Führungsmittel 5 und mit Hilfe von Schrauben 6 mit dem Unterteil verbindbar.
-
Die Komponentenbaugruppe 7 enthält gemäß dem gezeigten Beispiel zwei übereinander gestapelte, zylindrische Funkenstrecken 8, die in elektrischer Verbindung zu Anschlussklemmen 9 stehen.
-
Über starre Band- oder Flachleiter 10, insbesondere in Form einer Brücke, erfolgt das elektrische Verbinden eines stirnseitigen Außenanschlusses 11 mit der jeweiligen Anschlussklemme 9, insbesondere für die Anwendung des Ableiters bei einer 1 + 1-Schaltung.
-
Weiterhin ist eine Leiterplatte 12 vorhanden, welche elektronische Bauteile 13 zur Erweiterung des Funktionsumfangs des Überspannungsableiters trägt.
-
Die Leiterplatte 12 wird über Abkantungen 14 am jeweiligen Band- oder Flachleiter 10 mit Hilfe von Schrauben 15 befestigt. Hierfür ist im Bereich der Abkantungen 14 jeweils eine Gewindebohrung vorhanden.
-
Aus den 3 und 4 wird deutlich, dass die Funkenstrecken 8 nicht nur über die Band- oder Flachleiter 10 elektrisch kontaktiert, sondern auch mechanisch arretiert und gehalten werden.
-
Ergänzend steht die Leiterplatte 12 mit einer optischen Anzeige 16, z. B. in Form einer lichtemittierenden Diode in Verbindung, um den Funktionszustand des Überspannungsableiters zu signalisieren. Zu diesem Zweck ist in der Haube 4 ein Signalisierungsfenster 17 ausgebildet. Die Funkenstrecken 8 bestehen unter Beachtung der Darstellung nach 4 aus einem druckdichten metallischen Körper 18 sowie einer isolierenden Umhüllung 19 nebst Isolierkappe 20, wobei letztere stirnseitig befindlich ist.
-
An der Isolierhülle 19 ist eine Anschlagkante 21 zum Fixieren einer komplementären Kante 22 der Leiterplatte 12 angeformt.
-
Hierdurch wird die Leiterplatte 12 zwischen den Funkenstrecken 8 gegen Verschieben gesichert und arretiert.
-
Weiterhin besitzt die Leiterplatte 12 eine an die Zylinderform einer der Funkenstrecken 8 angepasste Ausnehmung 23. Damit kann ein Teil der Zylindermantelfläche der betreffenden Funkenstrecke von dieser Ausnehmung 23 in der Leiterplatte 12 aufgenommen werden und es rückt insgesamt die Leiterplatte 12 nach innen, d. h. in den 1 bis 4 in linksseitige Richtung.
-
Durch die Ausführung der Band- oder Flachleiter als metallisches Stanz-Biegeteil ist eine sehr gute Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Innenvolumens bei gleichzeitig hoher mechanischer Stabilität und Stoßstromtragfähigkeit gewährleistet.
-
Über eine Abwinklung mit vertikalem Steg 24 dient ein erster Band- oder Flachleiter der Kontaktierung der im Bild gezeigten oberen Funkenstrecke mit einer Außenanschlussklemme 9.
-
Ein weiterer vertikal geführter Band- oder Flachleiter 25 verbindet zwei übereinander liegende stirnseitige Anschlüsse der Funkenstrecken 8.
-
Ein dritter Band- oder Flachleiter 26 stellt die Verbindung zwischen der weiteren Stirnseite der unteren Funkenstrecke mit der dazugehörigen Außenanschlussklemme 9 her. Der in der Beschreibung erläuterte umhüllende Quader kann als der Innenraum interpretiert werden, der sich bezüglich Unterteil 3 und Haube 4 des Reiheneinbaugehäuses 1 ergibt. In den Darstellungen nach den Figuren wird von einer asymmetrischen Ausbildung und Anordnung der Anschlussklemmen bezogen auf die beiden gegenüberliegenden Gehäuseschmalseiten ausgegangen. In diesem Fall besteht die Möglichkeit, die Leiterplatte 12 bis in den Bereich des durch eine fehlende Anschlussklemme gebildeten Freiraums X hineinzuführen, um dort ebenfalls elektronische Bauteile 13 räumlich unterzubringen.
-
Die erwähnten elektronischen Bauteile 13 dienen zum einen der Triggerung mindestens einer der Funkenstrecken, der Zustandskontrolle und/oder der Möglichkeit der Fernmeldung erkannter bzw. überwachter Zustände.
-
Gemäß der Darstellung nach 5 ist unter Beibehalten der erfindungsgemäßen Konstruktion auch eine Ausführung des Ableiters für eine Anwendung in einer 2 + 0-Schaltung möglich.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Reiheneinbaugehäuse
- 2
- Mittel zur Hutschienenmontage
- 3
- Unterteil
- 4
- Haube
- 5
- Führungsmittel
- 6
- Schraube
- 7
- Komponentenbaugruppe
- 8
- zylindrische Funkenstrecke
- 9
- Anschlussklemme
- 10, 24, 25, 26
- Band- oder Flachleiter
- 11
- stirnseitiger Anschluss
- 12
- Leiterplatte
- 13
- elektronische Bauteile
- 14
- Abkantung
- 15
- Schraube
- 16
- Anzeige
- 17
- Signalisierungsfenster
- 18
- metallischer Körper der Funkenstrecke
- 19
- Isolierhülle
- 20
- Isolierkappe
- 21
- Anschlagkante
- 22
- komplementäre Kante an Leiterplatte
- 23
- Ausnehmung in der Leiterplatte
- X
- Klemmenfreiraum
