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Die Erfindung geht aus von einer Überspannungsschutzeinrichtung mit einem Gehäuse, mit mindestens zwei Anschlüssen zum elektrischen Anschluss der Überspannungsschutzeinrichtung an die zu schützenden Strom- oder Signalpfade, mit einer ersten Elektrode, mit einer zweiten Elektrode, mit einer im Inneren des Gehäuses zwischen beiden Elektroden ausgebildeten Lichtbogenbrennkammer, mit einer zwischen beiden Elektroden ausgebildeten Durchschlag-Funkenstrecke, wobei beim Zünden der Durchschlag-Funkenstrecke zwischen den beiden Elektroden ein Lichtbogen entsteht, und mit einer thermischen Abtrennvorrichtung zur Abtrennung der Überspannungsschutzeinrichtung.
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Elektrische, insbesondere elektronische Mess-, Steuer-, Regel- und Schaltkreise sind empfindlich gegen transiente Überspannungen, wie sie insbesondere durch atmosphärische Entladungen, aber auch durch Schalthandlungen oder Kurzschlüsse in Energieversorgungsnetzen auftreten können. Diese Empfindlichkeit hat in dem Maße zugenommen, in dem elektronische Bauelemente, insbesondere Transistoren und Thyristoren, verwendet werden; vor allem sind zunehmend eingesetzte integrierte Schaltkreise in starkem Maße durch transiente Überspannungen gefährdet.
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Elektrische Stromkreise und Anlagen arbeiten mit der für sie spezifizierten Spannung, der Nennspannung, normalerweise störungsfrei. Das gilt dann nicht, wenn Überspannungen auftreten. Als Überspannungen gelten alle Spannungen, die oberhalb der oberen Toleranzgrenze der Nennspannung liegen. Hierzu zählen vor allem auch die transienten Überspannungen, die aufgrund von atmosphärischen Entladungen, aber auch durch Schalthandlungen oder Kurzschlüsse in Energieversorgungsnetzen auftreten können und galvanisch, induktiv oder kapazitiv in elektrische Stromkreise eingekoppelt werden können. Um nun elektrische oder elektronische Stromkreise, insbesondere elektronische Mess-, Steuer-, Regel- und Schaltkreise, wo auch immer sie eingesetzt sind, gegen transiente Überspannungen zu schützen, sind Überspannungsschutzeinrichtungen entwickelt worden und seit mehr als zwanzig Jahren bekannt.
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Die Leitungen der Mess-, Steuer- und Regeltechnik bilden die Nervenbahnen einer Industrieanlage. Deren reibungsloser Betrieb setzt daher ein hohes Maß an Verfügbarkeit der übertragenen Signale voraus. Die Schutzschaltungen entsprechender Überspannungsschutzgeräte müssen dabei auf die verschiedenen Signal-, Messprinzipien angepasst sein. Als Ableiter kommen dabei insbesondere Varistoren, Suppressor-Dioden und gasgefüllte Überspannungsableiter oder Funkenstrecken sowie Kombinationen der vorgenannten Bauelemente zum Einsatz. Die einzelnen Ableiter können dabei u. a. nach der Höhe des Ableitvermögens bzw. dem Schutzpegel unterschieden werden. Während Varistoren in der Regel als Mittelschutzstufe eingesetzt werden, dienen gasgefüllte Überspannungsableiter und Funkenstrecken in der Regel als Grobschutz. Darüber hinaus können die einzelnen Ableiter in spannungsbegrenzende Elemente (Varistoren) einerseits und spannungsschaltende Elemente (gasgefüllte Überspannungsableiter und Funkenstrecken) andererseits unterteilt werden.
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Aufgrund von Alterung und zeitweise auftretenden Überspannungen (TOV) im Sekundenbereich kommt es bei Überspannungsschutzeinrichtungen mit einem Varistor als Ableiter zu einer unerwünschten Erhöhung des Leckstromes des Varistors bei Betriebsspannungen. Überspannungsschutzeinrichtungen mit einem Varistor als Ableiter weisen daher heutzutage häufig eine thermische Abtrennvorrichtung auf, durch die ein nicht mehr einwandfrei funktionsfähiger Varistor elektrisch von dem zu überwachenden Strompfad abgetrennt wird. Bei bekannten Überspannungsschutzeinrichtungen erfolgt die Überwachung des Zustandes des Varistors nach dem Prinzip eines Temperaturschalters, wobei bei Überhitzung des Varistors – beispielsweise aufgrund aufgetretener Leckströme – eine zwischen dem Varistor und einem Trennmittel vorgesehene Lötverbindung aufgetrennt wird, was zu einem elektrischen Abtrennen des Varistors führt.
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Eine derartige Überspannungsschutzeinrichtung ist beispielsweise aus der
DE 695 03 743 T2 bekannt. Bei der bekannten Überspannungsschutzeinrichtung, die zwei parallel zueinander angeordnete Varistoren aufweist, ist die thermische Abtrennvorrichtung zusätzlich noch mit einer optischen Zustandsanzeige verbunden, so dass der Zustand der Überspannungsschutzeinrichtung direkt vor Ort anhand der optischen Zustandsanzeige abgelesen werden kann. Als optische Zustandsanzeige weist dieses Überspannungsschutzelement einen im Gehäuse angeordneten ersten Schieber auf, der von die Trennmittel bildenden Trennzungen betätigt wird und dabei mit einem zweiten Schieber zusammenwirkt, der in Abhängigkeit von der Position des ersten Schiebers relativ zu einem Sichtfenster verschiebbar ist.
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Eine ähnliches Überspannungsschutzgerät mit einer thermischen Abtrennvorrichtung ist auch aus der
DE 20 2004 006 227 U1 bekannt, wobei auch hier gemäß einem Ausführungsbeispiel (
5) ein Varistor als Ableiter eingesetzt wird. Das aus der
DE 20 2004 006 227 U1 bekannte Überspannungsschutzgerät besteht dabei aus einem mit Anschlussklemmen versehenen Geräteunterteil und einem als "Schutzstecker" ausgebildeten Überspannungsschutzelement, welches einfach auf das Geräteunterteil aufsteckbar ist. Zusätzlich weist das bekannte Überspannungsschutzgerät noch einen Wechslerkontakt als Signalgeber zur Fernmeldung des Zustandes des Überspannungsschutzelements auf, wobei sowohl der Wechslerkontakt als auch die optische Zustandsanzeige über ein gemeinsames mechanisches Betätigungssystem betätigbar sind.
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In der
DE 20 2004 006 227 U1 , von der die Erfindung ausgeht, ist darüber hinaus eine Überspannungsschutzeinrichtung beschrieben, welche als Ableiter eine Funkenstrecke aufweist (
4 und
6). Die Lötverbindung der thermischen Abtrennvorrichtung ist dabei zwischen einem metallischen Rückhalteelement und einem mit dem Gehäuse der Funkenstrecke verbundenen Verbindungsstück realisiert. Bei bestehender Lötverbindung wird dadurch ein federbelastetes Kunststoffelement entgegen der Federkraft einer Druckfeder in einer ersten Position gehalten. Wird die Lötverbindung zwischen dem metallischen Rückhalteelement und dem Verbindungsstück aufgrund eines Temperaturanstiegs der Funkenstrecke aufgetrennt, so bewegt sich das Kunststoffelement aufgrund der Federkraft der Druckfeder zusammen mit dem Rückhalteelement nach oben, was zu einem Verschwenken einer drehbar gelagerten optischen Zustandsanzeige führt.
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Nachteilig ist hierbei jedoch, dass jeder sich öffnende Kontakt unter Betriebsspannungen größer 30 Volt und hohen Strombelastungen einen Lichtbogen erzeugen kann. Somit kann es beim Auftrennen der Lötverbindung zu einem Lichtbogen zwischen dem Varistor und dem Trennmittel bzw. zwischen dem metallischen Rückhalteelement und dem Verbindungsstück kommen, was zu einer Beschädigung von innerhalb des Überspannungsschutzsteckers angeordneten Bauteilen oder des Überspannungsschutzsteckers insgesamt, insbesondere des Kunststoffgehäuses führen kann.
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Die
DE 25 26 037 A1 offenbart eine Überspannungsschutzeinrichtung mit einem in einem Hohlraum eines Isolators angeordneten Metalloxidvaristor und mit einem leitenden Stab, der über ein Lötmittel derart mit einer Anschlussklemme des Metalloxidvaristors verbunden ist, dass sich bei einer Erhitzung des Metalloxidvaristors das Lötmittel erwärmt, wodurch der leitende Stab von dem Varistor getrennt und damit der Varistor elektrisch abgeschaltet wird. Beim Trennvorgang des leitenden Stabs von der Anschlussklemme des Metalloxidvaristors öffnet sich ein Loch in der als Anschlussklemme dienenden leitenden Deckplatte des Metalloxidvaristors, so dass ein Ausgleich zwischen dem Druck in dem den Metalloxidvaristor umgebenden Hohlraum und dem Druck der Außenatmosphäre ermöglicht wird, wodurch eine Explosion des Metalloxidvaristors verhindert werden kann.
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Die
DE 10 06 946 A offenbart einen Überspannungsableiter, bei dem zwei Elektroden innerhalb eines aus Glas bestehenden Gehäuses angeordnet sind. Ein im Inneren der einen Elektrode axial verschiebbar angeordnetes Röhrchen ist über ein Lötmittel mit dem Abschnitt der Elektrode verbunden, an dem die Entladung auftritt. An dem anderen Ende des Röhrchens, das aus dem Gehäuse herausragt, ist ein Anschlag ausgebildet, gegen den sich ein Federelement abstützt. Beim Auftreten einer Entladung zwischen den beiden Elektroden kommt es zu einer Erwärmung des Lötmittels, so dass das Röhrung durch das Federelement verschoben wird und dabei einen außerhalb des Gehäuses angeordneten Umschaltkontakt betätigt.
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Aus der
DE 103 38 835 A1 ist eine Überspannungsschutzeinrichtung auf Funkensteckenbasis bekannt, bei der die beiden Elektroden mit relativ großem Abstand einander gegenüberliegend in einem Gehäuse angeordnet sind, wodurch das Auftreten eines Netzfolgestroms verhindert werden soll.
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Die
US 4 004 263 A beschreibt eine Schutzvorrichtung für Telefonleitungen, mit Mitteln zum Ableiten von Überspannungen und hohen Strömen. Über ein federbelastetes Bauteil kann dabei ein unzulässiger Strom direkt nach Masse abgeleitet werden, wenn das Bauteil durch eine thermisch sensitives Element freigegeben wird.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine eingangs beschriebene Überspannungsschutzeinrichtung so weiterzubilden, dass es beim Auftrennen der thermischen Abtrennvorrichtung nicht zu einer Beschädigung der Überspannungsschutzeinrichtung oder deren Bauteile durch einen auftretenden Lichtbogen kommt.
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Diese Aufgabe ist bei der eingangs beschriebenen Überspannungsschutzeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 dadurch gelöst, dass das Gehäuse eine zweite, an die zweite Elektrode anschließende Kammer aufweist, dass in der zweiten Kammer eine von der zweiten Elektrode beabstandete dritte Elektrode und eine beweglich angeordnete Innenelektrode angeordnet ist, wobei der erste Anschluß mit der ersten Elektrode und der zweite Anschluß mit der dritten Elektrode elektrisch leitend verbunden ist, und dass die beweglich angeordnete Innenelektrode in einer ersten Position entgegen der Rückstellkraft eines Federelements in elektrisch leitendem Kontakt mit der zweiten Elektrode gehalten wird und in einer zweiten Position beabstandet von der zweiten Elektrode angeordnet ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Überspannungsschutzeinrichtung ist die thermische Abtrennvorrichtung somit durch zwei zusätzliche Elektroden realisiert, die in einer im Gehäuse ausgebildeten zweiten Kammer angeordnet sind, wobei die eine Elektrode (Innenelektrode) beweglich angeordnet ist und im fehlerfreien Zustand der Überspannungsschutzeinrichtung elektrisch leitend mit der zweiten Elektrode der Durchschlag-Funkenstrecke verbunden ist. Die beiden zusätzlichen Elektroden haben somit die Funktion eines Schalters, der im fehlerfreien Zustand der Überspannungsschutzeinrichtung geschlossen und im fehlerbehafteten Zustand geöffnet ist. Dadurch, daß die sich öffnende Kontaktstelle zwischen der zweiten Elektrode der Durchschlag-Funkenstrecke und der beweglichen Innenelektrode innerhalb der zweiten Kammer und damit innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, führt ein beim Auftreten der Kontaktstelle entstehender Lichtbogen nicht zu einer Zerstörung von außerhalb des Gehäuses angeordneten Bauelementen oder von die Überspannungsschutzeinrichtung insgesamt noch umgebenden isolierenden Gehäuseteilen. Die thermische Abtrennvorrichtung ist somit in das Innere des Gehäuses integriert worden.
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Die Fixierung der beweglich angeordneten Innenelektrode in der ersten Position erfolgt auch bei der erfindungsgemäßen Überspannungsschutzeinrichtung durch die Ausbildung einer entsprechenden Lötverbindung. Gemäß der ersten Variante der Erfindung ist die beweglich angeordnete Innenelektrode über eine Lötverbindung mit der zweiten Elektrode in der ersten Position gehalten. Zusätzlich ist die zweite Kammer zumindest teilweise mit einem Material gefüllt, das bei einer ersten, niedrigen Temperatur T1 einen festen Zustand und bei einer zweiten, höheren Temperatur T2 einen flüssigen Zustand aufweist, wobei die Temperatur T2 niedriger als die Erweichungstemperatur der Lötverbindung ist. Letztere liegt in der Regel im Bereich von ca. 120 °C bis 200 ºC, so dass die Temperatur T2 entsprechend niedriger liegen sollte, beispielsweise im Bereich von ca. 100 ºC.
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Die Verwendung eines derartigen Materials, bei dem es sich beispielsweise um Kollophonium handeln kann, verbessert sowohl die Isolation als auch die Löscheigenschaften der Überspannungsschutzeinrichtung während des Abtrennvorgangs. Nach dem Abtrennvorgang, wenn die Überspannungsschutzeinrichtung sich abkühlt, stabilisiert sich der isolierte Zustand. Das sich wieder verfestigende Material sammelt sich zwischen der zweiten Elektrode und der – nunmehr mit Abstand zu dieser angeordneten – beweglichen Innenelektrode.
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Gemäß der zweiten Variante der Erfindung erfolgt die Fixierung der beweglichen Innenelektrode dadurch, dass die beweglich angeordnete Innenelektrode einen auf der Seite der dritten Elektrode aus dem Gehäuse herausragenden Abschnitt aufweist, wobei die beweglich angeordnete Innenelektrode durch eine Lötverbindung zwischen dem aus dem Gehäuse herausragenden Abschnitt und der dritten Elektrode in der ersten Position gehalten ist.
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Bei beiden Varianten der Erfindung führt eine Erwärmung der beweglich angeordneten Elektrode bzw. des aus dem Gehäuse herausragenden Abschnitts zu einem Auftrennen der Lötverbindung, wodurch sich die bewegliche Innenelektrode aufgrund der Rückstellkraft eines an der Innenelektrode angreifenden Federelements von der zweiten Elektrode entfernt, was zu einem elektrischen Abtrennen der Überspannungsschutzeinrichtung führt.
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Über einen aus dem Gehäuse herausragenden Abschnitt ist eine mechanische Anzeigeeinrichtung und/oder ein Fernmeldekontakt zur Anzeige des Zustands der Überspannungsschutzeinrichtung betätigbar. Dadurch kann der Zustand der Trennstelle und damit auch der Zustand der überwachten Überspannungsschutzeinrichtung trotz der Ausbildung der thermischen Abtrennvorrichtung innerhalb des Gehäuses direkt vor Ort – bei Ausbildung einer optischen Zustandsanzeige – und/oder per Fernüberwachung – bei Ausbildung eines Fernmeldekontakts – einfach erkannt und überwacht werden. Durch den aus dem Gehäuse herausragenden Abschnitt wird somit eine Bewegung der im Inneren des Gehäuses angeordneten Innenelektrode nach außen übertragen. Die Innenelektrode und der aus dem Gehäuse herausragende Abschnitt sind dabei vorzugsweise einstückig ausgebildet, wobei der Abschnitt insbesondere als eine Art Bolzen ausgebildet sein kann.
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Der Zustand der Trennstelle bzw. der Überspannungsschutzeinrichtung kann darüber hinaus auch dadurch direkt vor Ort angezeigt werden, dass die zweite Elektrode mit einem zusätzlichen Anschluss verbunden ist, wobei dieser Anschluss einerseits mit dem ersten Anschluss und andererseits über ein Anzeigeelement mit dem zweiten Anschluss verbunden ist. Die das Anzeigeelement aufweisende Verbindung zwischen dem zweiten Anschluss und dem zusätzlichen Anschluss ist somit elektrisch parallel zur Verbindung zwischen der zweite Elektrode und der dritten Elektrode, die durch die beweglich angeordnete Innenelektrode bestimmt wird, angeordnet. Befindet sich die Innenelektrode in der ersten Position in elektrisch leitendem Kontakt mit der zweiten Elektrode, so ist das Anzeigeelement über die Innenelektrode kurzgeschlossen. Ist dagegen die Innenelektrode in der zweiten Position beabstandet von der zweiten Elektrode, so fließt durch das Anzeigeelement ein Strom, so dass das Anzeigeelement, bei dem es sich beispielsweise um eine LED handeln kann, leuchtet und damit das Auftrennen der thermischen Abtrennvorrichtung anzeigt. Zur Begrenzung des durch das Anzeigeelement fließenden Stromes ist vorzugsweise ein Vorwiderstand zwischen dem ersten Anschluß und dem zusätzlichen Anschluss angeordnet.
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Damit die bewegliche Innenelektrode in der ersten Position auch dann einen guten elektrischen Kontakt mit der zweiten Elektrode aufweist, wenn die Lötverbindung nicht zwischen der Innenelektrode und der zweiten Elektrode sondern zwischen der Innenelektrode und der dritten Elektrode realisiert ist, ist zwischen der zweiten Elektrode und der beweglich angeordneten Innenelektrode eine Kontaktfeder angeordnet, die in der ersten Position entgegen ihrer Federkraft zusammengedrückt ist. Die Kontaktfeder ist dabei vorzugsweise als flaches Federblech ausgebildet, das an der beweglichen Innenelektrode befestigt ist und in der ersten Position der Innenelektrode unter Druckbeaufschlagung an der zweiten Elektrode anliegt.
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Das zuvor erwähnte Federelement, aufgrund dessen Rückstellkraft die beweglich angeordnete Innenelektrode nach aufgetrennter Lötverbindung von der zweiten Elektrode entfernt wird, ist vorteilhafterweise außerhalb des Gehäuses angeordnet und greift an dem aus dem Gehäuse herausragenden Abschnitt der Innenelektrode an. Dadurch ist sichergestellt, daß das Federelement nicht durch einen beim Öffnen der Trennstelle auftretenden Lichtbogen beschädigt wird. Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, das Federelement innerhalb der zweiten Kammer, beispielsweise zwischen der Innenelektrode und der dritten Elektrode anzuordnen.
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Während bei der erfindungsgemäßen Überspannungsschutzeinrichtung die zweite Kammer mit den beiden darin angeordneten Elektroden, der dritten Elektrode und der beweglich angeordneten Innenelektrode, der thermischen Abtrennung der Überspannungsschutzeinrichtung dienen, dient die Lichtbogenbrennkammer mit den beiden ersten Elektroden dem eigentlichen Ableiten von transienten Überspannungen. Dieser der eigentlichen Überspannungsschutzfunktion dienende Teil der erfindungsgemäßen Überspannungsschutzeinrichtung kann sowohl als gekapselte Funkenstrecke als auch als gasgefüllter Überspannungsableiter ausgebildet sein. Insbesondere wenn das spannungsschaltende Element als gasgefüllter Überspannungsableiter ausgebildet ist, ist die Lichtbogenkammer mit einem Edelgas, insbesondere Argon oder Neon, gefüllt. Das Gehäuse ist als druckdichtes Gehäuse ausgebildet und besteht vorzugsweise aus Stahl, insbesondere bei einer Funkenstreckenanordnung, oder aus Keramik, insbesondere bei einem gasgefüllten Überspannungsableiter.
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Im einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Überspannungsschutzeinrichtung auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen sowohl auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche als auch auf die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen
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1 eine Prinzipsskizze sowie ein Schaltbild einer ersten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Überspannungsschutzeinrichtung, mit der Innenelektrode in der ersten Position,
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2 eine Prinzipsskizze sowie ein Schaltbild der Überspannungsschutzeinrichtung gemäß 1, mit der Innenelektrode in der zweiten Position,
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3 eine Prinzipsskizze sowie ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsvariante einer Überspannungsschutzeinrichtung, mit der Innenelektrode in der ersten Position,
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4 eine Prinzipsskizze sowie ein Schaltbild der Überspannungsschutzeinrichtung gemäß 3, mit der Innenelektrode in der zweiten Position,
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5 eine Prinzipsskizze einer dritten Ausführungsvariante der Überspannungsschutzeinrichtung, mit der Innenelektrode in der ersten Position, und.
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6 eine Prinzipsskizze einer vierten Ausführungsvariante der Überspannungsschutzeinrichtung, mit der Innenelektrode in der zweiten Position.
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In den 1 bis 6 ist jeweils eine erfindungsgemäße Überspannungsschutzeinrichtung 1 mit einem Gehäuse 2 und mit zwei Anschlüssen 3, 4 zum elektrischen Anschluß der Überspannungsschutzeinrichtung 1 an die zu schützenden Strom- oder Signalpfade dargestellt. Zum Ableiten von auftretenden transienten Überspannungen weisen die einzelnen Überspannungsschutzeinrichtungen 1 jeweils zwei Elektroden 5, 6 auf, wobei die beiden Elektroden 5, 6 einander gegenüberliegend angeordnet sind und die in dem Gehäuse 2 ausgebildete Lichtbogenbrennkammer 7 begrenzen. Zwischen den beiden Elektroden 5, 6 existiert eine Durchschlag-Funkenstrecke, wobei beim Zünden der Durchschlag-Funkenstrecke zwischen den beiden Elektroden 5, 6 ein – hier nicht dargestellter – Lichtbogen entsteht.
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Neben der von den beiden Elektroden 5, 6 begrenzten Lichtbogenbrennkammer 7 weist das Gehäuse noch eine zweite Kammer 8 auf, die an die zweite Elektrode 6 anschließt und eine von der zweiten Elektrode 6 beabstandete dritte Elektrode 9 sowie eine beweglich angeordnete Innenelektrode 10 aufweist. Dabei ist der erste Anschluß 3 mit der ersten Elektrode 5 und der zweite Anschluß 4 mit der dritten Elektrode 9 elektrisch leitend verbunden. Die Überspannungsschutzeinrichtung 1 weist somit die beiden Anschlußelektroden 5 und 9, eine feste Mittelelektrode 6 (zweite Elektrode) sowie eine beweglich zwischen der Mittelelektrode 6 und der zweiten Anschlußelektrode 9 (dritten Elektrode) angeordnete Innenelektrode 10 auf. Die Innenelektrode 10 ist dabei elektrisch leitend mit der zweiten Anschlußelektrode 9 verbunden.
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Wie aus einem Vergleich der 1 und 2 sowie der 3 und 4 ersichtlich ist, ist die beweglich angeordnete Innenelektrode 10 aus einer ersten Position (1 und 3) durch die Rückstellkraft eines Federelements 11 in eine zweite Position (2 und 4) verbringbar, wobei die Innenelektrode 10 in der ersten Position in elektrisch leitendem Kontakt mit der Mittelelektrode 6 steht und in der zweiten Position beabstandet von der Mittelelektrode 6 angeordnet ist. Die Innenelektrode 10 weist dabei einen auf der Seite der dritten Elektrode 9 aus dem Gehäuse 2 herausragenden bolzenförmigen Abschnitt 12 auf, an dem das außerhalb des Gehäuses 2 angeordnete Federelement 11 angreift.
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Bei den in den 1, 3 und 5 dargestellten Ausführungsbeispielen ist die bewegliche Innenelektrode 10 dadurch in der ersten Position gehalten, daß zwischen dem aus dem Gehäuse 2 herausragenden Abschnitt 12 der Innenelektrode 10 und der dritten Elektrode 9 eine Lötverbindung 13 vorgesehen ist. Durch diese Lötverbindung 13 wird die Innenelektrode 10 sowohl elektrisch als auch mechanisch mit der dritten Elektrode 9 verbunden und dadurch entgegen der Federkraft des Federelements 11 in der ersten Position gehalten.
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Kommt es zu einer Erwärmung der Innenelektrode 10 aufgrund einer unerwünschten Überhitzung der Mittelelektrode 6, so führt dies zu einem Auftrennen der Lötverbindung 13, so daß die Innenelektrode 10 aus der in den 1 und 3 dargestellten ersten Position aufgrund der Federkraft des Federelements 11 in die in den 2 und 4 dargestellte zweite Position gezogen wird. Da die Innenelektrode 10 in der zweiten Position keinen elektrischen Kontakt mehr mit der Mittelelektrode 6 aufweist, so daß die Mittelelektrode 6 auch nicht mehr elektrisch leitend mit dem zweiten Anschluß 4 verbunden ist, führt das Auftrennen der Lötverbindung 13 gleichzeitig auch zu einem elektrischen Abtrennen der Überspannungsschutzeinrichtung 1.
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Das Funktionsprinzip der erfindungsgemäßen Überspannungsschutzeinrichtung ist in den 1 bis 4 ergänzend zu den jeweiligen Prinzipsskizzen auch durch die entsprechenden Schaltsymbole dargestellt. Demnach besteht die Überspannungsschutzeinrichtung schaltungstechnisch aus einer Reihenschaltung eines gasgefüllten Überspannungsableiters 14 und eines Schalters 15. Aus einem Vergleich der 1 und 2 ist somit auch anhand des Schaltsymbols des Schalters 15 ersichtlich, daß in der ersten Position der Innenelektrode 10 gemäß 1 der Schalter 15 geschlossen ist, während der Schalter 15 gemäß 2 in der zweiten Position der Innenelektrode 10 geöffnet ist, d. h. die Überspannungsschutzeinrichtung 1 ist von den zu schützenden Strom- oder Signalpfaden elektrisch abgetrennt.
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Das Ausführungsbeispiel der Überspannungsschutzeinrichtung gemäß 5 unterscheidet sich dadurch von dem Ausführungsbeispiel gemäß 1, das bei der Variante gemäß 5 auf der der Mittelelektrode 6 zugewandten Seite der Innenelektrode 10 eine tellerförmige Kontaktfeder 16 angeordnet ist, die in der ersten Position der Innenelektrode 10 unter elastischer Verformung an der Mittelelektrode 6 anliegt. Dadurch wird der elektrische Kontakt zwischen der zweiten Elektrode 6, d. h. der Mittelelektrode und der beweglichen Innenelektrode 10 optimiert.
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Bei der in den 3 und 4 dargestellten Überspannungsschutzeinrichtung ist die zweite Kammer 8 mit einem Material 17 gefüllt, das bei einer ersten, niedrigen Temperatur T1 (beispielsweise Raumtemperatur) einen festen Zustand und bei einer zweiten Temperatur T2 (beispielsweise 80 °C bis 100 °C) einen flüssigen Zustand aufweist. Das Material 17 ist dabei so gewählt, daß es im ordnungsgemäßen Zustand der Überspannungsschutzeinrichtung 1, d. h. wenn sich die Innenelektrode 10 in der ersten Position befindet, einen festen Zustand aufweist. Kommt es zu einer Erwärmung im Inneren der zweiten Kammer 8, so führt dies dazu, daß das Material 17 vom festen Zustand in den flüssigen Zustand übergeht. Die Temperatur T2, bei der das Material 17 in den flüssigen Zustand übergeht, sollte dabei unterhalb der Erweichungstemperatur der Lötverbindung 13 liegen, so daß sich das Material 17 bereits im flüssigen Zustand befindet, bevor die Lötverbindung 13 aufgetrennt wird, und somit die Bewegung der Innenelektrode 10 aus der ersten Position in die zweite Position durch das Material 17 nicht behindert wird.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Überspannungsschutzeinrichtung gemäß 6 ist die zweite Elektrode 6 mit einem zusätzlichen Anschluß 18 verbunden, der einerseits mit dem ersten Anschluß 3 und andererseits über eine LED 19 als Anzeigeelement mit dem zweiten Anschluß 4 verbunden ist. Bei dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich die bewegliche Innenelektrode 10 in der zweiten Position, in der die Innenelektrode 10 von der Mittelelektrode 6 beabstandet angeordnet ist. In diesem Zustand der Überspannungschutzeinrichtung 1, in dem der Schalter 15 geöffnet ist, kann ein Strom durch die LED 19 fließen, so daß das Auftrennen der thermischen Abtrennvorrichtung optisch angezeigt wird. Zur Begrenzung des durch die LED 19 fließenden Stromes ist dabei ein Vorwiderstand 20 zwischen dem ersten Anschluß 3 und dem zusätzlichen Anschluß 18 zwischengeschaltet.
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Auch wenn bei der in den Figuren dargestellten Überspannungsschutzeinrichtung 1 das der Ableitung einer Überspannung dienende eigentliche Überspannungsschutzelement als gasgefüllter Überspannungsableiter 14 dargestellt ist, so kann anstelle eines solchen gasgefüllten Überspannungsableiters 14 auch eine gekapselte Funkenstrecke verwendet werden. In beiden Fällen ist das Gehäuse 2 druckdicht ausgebildet und besteht vorzugsweise aus Stahl oder Keramik.
