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Aus
der Druckschrift
EP
0962037 B1 ist ein gasgefüllter Überspannungsableiter
mit äußerer Kurzschlusseinrichtung bekannt.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein elektrisches Schutzbauelement
anzugeben das eine Kurzschlusseinrichtung aufweist, die schnell
anspricht.
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Die
Aufgabe wird durch ein elektrisches Schutzbauelement nach Patentanspruch
1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des elektrischen Schutzbauelements
sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Es
wird ein elektrisches Schutzbauelement mit Kurzschlusseinrichtung
angegeben das einen Überspannungsableiter mit wenigstens
zwei Elektroden aufweist. Der Überspannungsableiter weist
einen Hohlkörper auf, an dem wenigstens zwei Elektroden
angeordnet sind. Ein 2-Elektroden-Ableiter weist einen einstückigen
keramischen Hohlkörper auf. Bei einem 3-Elektroden-Ableiter
ist der keramische Hohlkörper mittels einer mittleren Elektrode
in zwei separate Teile unterteilt. Die beiden Teile sind mit einer ersten
Seite an einer mittleren Elektrode angeordnet. An einer zweiten
Seite der beiden Teile ist jeweils eine Endelektrode angeordnet.
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Das
elektrische Schutzbauelement weist wenigstens ein Schmelzelement
auf. Das elektrische Schutzbauelement weist eine Kurzschlusseinrichtung
auf, die an dem Überspannungsableiter angeordnet ist. Die
Kurzschlusseinrichtung dient dazu, bei übermäßig
starker Erwärmung des Ableiters, die Elektroden des Ableiters
kurz zu schließen, so dass der Strom nicht mehr durch den
Ableiter hindurch, sondern über die Kurzschlusseinrichtung
fließt. Die Kurzschlusseinrichtung umfasst in einer bevorzugten Ausführungsform
einen Kurzschlussbügel, der vorgespannt ist und durch seine
Federkraft auf das Schmelzelement drückt. Durch das Schmelzelement ist
der Kurzschlussbügel von den Elektroden des Überspannungsableiters
beabstandet.
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Das
Schmelzelement weist eine geometrische Form auf, wobei die geometrische
Form wenigstens einen Hohlraum umfasst. Unter dem Hohlraum ist ein
Raum zu verstehen, der durch Teile beziehungsweise Abschnitte des
Schmelzelements gebildet wird. Dabei kann es sich sowohl um einen
geschlossenen Raum handeln, als auch um einen Raum der nach wenigstens
einer Seite hin eine Öffnung aufweist. Der Raum wird wenigstens
durch zwei Flächen oder Abschnitte des Schmelzelements
begrenzt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist das Schmelzelement
rohrförmig ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich,
dass das Schmelzelement die Form eines geschlitzten Rohrs aufweist.
Der Schlitz kann teilweise oder ganz in Längsrichtung durch
die Mantelfläche des rohrförmigen Schmelzelements
reichen.
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In
einer weiteren Ausführungsform weist das Schmelzelement
die Form eines Hohlquaders auf. Der Hohlquader kann zu wenigstens
einer Seite eine Öffnung aufweisen.
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Das
Schmelzelement kann in einer weiteren Ausführungsform aus
einem flächigen Material bestehen, das Knicke aufweist beziehungsweise
gefaltet ist. Es ist auch möglich, dass das Schmelzelement eine
gefaltete Folie umfasst, die zu einem mehreckigen Körper
gefaltet beziehungsweise geformt ist.
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Vorzugsweise
ist das Schmelzelement an wenigstens einer Stirnseite des elektrischen
Schutzbauelements angeordnet. Es ist jedoch auch möglich,
dass das Schmelzelement an weiteren Stellen des Überspannungsableiters
angeordnet ist, wobei gewährleistet ist, dass der Kurzschlussbügel
im Normalfall durch das Schmelzelement von den Elektroden des Überspannungsableiters
beabstandet Ist.
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Bei
unzulässig starker Erwärmung des Überspannungsableiters
schmilzt das Schmelzelement. Beim Schmelzen des Schmelzelements
drückt der Kurzschlussbügel auf die wenigstens
zwei Elektroden des Überspannungsableiters und verbindet
diese über den Kurzschlussbügel elektrisch miteinander.
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In
einer weiteren Ausführungsform weist der Überspannungsableiter
eine Mittelelektrode auf. Der Kurzschlussbügel weist in
einer derartigen Variante eine Verbindung zu der Mittelelektrode
auf. Bei unzulässig starker Erwärmung des Überspannungsableiters
wird durch den Kurzschlussbügel eine Verbindung der beiden
Elektroden zur Mittelelektrode über den Kurzschlussbügel
hergestellt.
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Vorzugsweise
besteht das Schmelzelement aus einem isolierenden Kunststoff. Hierzu
eignen sich beispielsweise Polypropylen oder andere Kunststoffe
die elektrisch isolierende Eigenschaften aufweisen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform weist das Schmelzelement
die Form eines Spritzgussformteils auf. Mittels eines Spritzgussverfahrens
lassen sich beliebige geometrische Formen herstellen.
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Bevorzugt
ist das Schmelzelement derart angeordnet, dass die größte
Steifigkeit des Schmelzelements in Richtung der vom Kurzschlussbügel
ausgeübten Druckkraft gerichtet ist.
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Das
Schmelzelement weist wenig Material auf, wobei das Schmelzelement
in Bezug auf die geringe Materialmenge jedoch eine hohe statische
Festigkeit aufweist. Durch den Einsatz von möglichst wenig
zu schmelzendem Material lässt sich ein schneller Schaltvorgang
der Kurzschlussvorrichtung erreichen.
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Im
Vergleich zu einem elektrischen Schutzbauelement, bei dem eine Folie
als isolierendes Element zwischen Kurzschlussbügel und
Elektroden des Überspannungsableiters verwendet wird, kann bei
einem elektrischen Schutzbauelement mit wie oben beschriebenem Schmelzelement
ein größerer Abstand zwischen Kurzschlussbügel
und Elektroden erzeugt werden. Dadurch verringert sich die Gefahr eines
Funkenüberschlags, auch wenn sich das Schmelzelement nicht
unmittelbar zwischen der Kontaktfläche des Kurzschlussbügels
und dem Überspannungsableiter befindet.
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Im
Fall, dass die Elektroden des Überspannungsableiters mittels
des Kurzschlussbügels kurz geschlossen sind, beziehungsweise
bei unzulässig starker Erwärmung des Überspannungsableiters
befindet sich vorzugsweise möglichst kein Kunststoffmaterial
des Schmelzelements mehr zwischen den Kontaktflächen des
Kurzschlussbügels und der Elektroden, so dass ein sicherer
elektrischer Kontakt zwischen dem Kurzschlussbügel und
den Elektroden gewährleistet ist.
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Durch
die Wahl entsprechender Kunststoffe und Geometrien lässt
sich somit ein entsprechend großer Temperaturbereich abdecken,
wodurch auch das Ansprechverhalten der Kurzschlusseinrichtung beeinflusst
werden kann.
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Die
oben beschriebenen Gegenstände werden anhand der folgenden
Figuren und Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Die
nachfolgend beschriebenen Zeichnungen sind nicht als maßstabsgetreu
aufzufassen. Vielmehr können zur besseren Darstellung einzelne
Dimensionen vergrößert, verkleinert oder auch
verzerrt dargestellt sein. Elemente die einander gleichen oder die
die gleiche Funktion übernehmen sind mit den gleichen Bezugszeichen
bezeichnet.
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1a zeigt
ein elektrisches Schutzbauelement in einer Seitenansicht mit rohrförmigen
Schmelzelementen an den Stirnseiten,
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1b zeigt
das elektrische Schutzbauelement gemäß 1a von
der Stirnseite,
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2a zeigt
ein elektrisches Schutzbauelement in einer Seitenansicht mit quaderförmigen Schmelzelementen
zwischen dem Überspannungsableiter und dem Kurzschlussbügel,
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2b zeigt
das elektrische Schutzbauelement gemäß 2a von
der Stirnseite.
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In
den 1a und 1b ist
ein elektrisches Schutzbauelement dargestellt, das einen Überspannungsableiter 1 mit
zwei Hohlkörpern 9 und drei Elektroden 2, 6 umfasst.
Der Überspannungsableiter 1 weist an den Stirnseiten
jeweils eine Elektrode 2 auf. Zwischen den stirnseitig
angeordneten Elektroden 2 weist der Überspannungsableiter 1 in
der dargestellten Ausführungsform eine mittlere Elektrode 6 auf. Die
Elektroden 2 und die mittlere Elektrode 6 sind
mit Anschlussdrähten 7 versehen. An dem Überspannungsableiter 1 ist
ein Kurzschlussbügel 5 angeordnet, der einen elektrischen
Kontakt zu der mittleren Elektrode 6 aufweist.
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An
den stirnseitigen Elektroden 2 des Überspannungsableiters 1 ist
jeweils ein Schmelzelement 3 angeordnet. Das Schmelzelement 3 weist
einen Hohlraum 4 auf. Das Schmelzelement 3 ist
vorzugsweise derart zwischen der Elektrode 2 und dem Kurzschlussbügel 5 angeordnet,
so dass die größte Steifigkeit des Schmelzelements 3 in
Richtung der auf das Schmelzelement 3 gerichteten Druckkraft
des Kurzschlussbügels 5 gerichtet ist. In dem
dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Schmelzelement 3 eine
rohrförmige Gestalt auf, wobei das Schmelzelement 3 mit
den Öffnungen des Rohres in Richtung Elektrode 2 beziehungsweise
in Richtung Kurzschlussbügel 5 ausgerichtet ist.
Ein rohrförmiger Körper weist in einer derartigen
Anordnung seine größte Steifigkeit bezüglich
einer senkrecht in Richtung der Längsachse auf das Rohr
wirkenden Kraft auf. Durch eine derartige Anordnung ist es möglich,
ein Schmelzelement 3 zu verwenden, das im Vergleich zu
seinen Abmessungen nur wenig Material aufweist. Der rohrförmige
Körper des Schmelzelements 3 weist einen Schlitz 8 auf,
durch den der Anschlussdraht 7 der Elektrode 2 geführt
ist. Der Schlitz 8 ist in der 1b dargestellt.
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In
einer weiteren Ausführungsform kann es sich auch um einen
2-Elektroden-Ableiter handeln, wobei der Kurzschlussbügel
in diesem Falle beispielsweise mittels eines Rings oder eine Klammer im
Bereich des Hohlkörpers mit dem Überspannungsableiter
mechanisch verbunden ist.
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Die 1b zeigt
eine Ansicht des elektrischen Schutzbauelements aus 1a mit
Blick auf die Stirnseite des Überspannungsableiters 1.
Das rohrförmige Schmelzelement 3 weist einen Schlitz 8 auf,
durch den der Anschlussdraht 7 der Elektrode 2 geführt
ist. Bei dem dargestellten elektrischen Schutzbauelement handelt
es sich um einen 3-Elektroden-Ableiter. Eine dritte, mittlere Elektrode 6 weist einen
elektrischen Kontakt zu dem Kurzschlussbügel 5 auf.
Im Falle einer unzulässig hohen Erwärmung des Überspannungsableiters 1 verbindet
der Kurzschlussbügel 5 die Elektroden 2 des Überspannungsableiters 1 mit
der mittleren Elektrode 6. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
weist die mittlere Elektrode 6 einen größeren
Durchmesser als der Körper des Überspannungsableiters 1 auf.
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In
den 2a und 2b ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines elektrischen Schutzbauelements
dargestellt. Der Überspannungsableiter 1 des elektrischen
Schutzbauelements weist zwei Hohlkörper 9 und
wenigstens zwei Elektroden 2 auf. In dem dargestellten
Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen 3-Elektroden-Ableiter,
der eine dritte, mittlere Elektrode 6 aufweist. Die Elektroden 2 und die
mittlere Elektrode 6 sind zu Montagezwecken mit Anschlussdrähten 7 versehen.
Der Überspannungsableiter 1 ist mit einer Kurzschlusseinrichtung versehen,
die einen Kurzschlussbügel 5 umfasst. Der Kurzschlussbügel 5 ist
mittels Schmelzelementen 3 von den Elektroden 2 des Überspannungsableiters 1 beabstandet.
Der Kurzschlussbügel 5 ist vorgespannt und drückt
auf die Schmelzelemente 3. Im Falle einer unzulässig
starken Erwärmung des Überspannungsableiters 1 schmelzen
die Schmelzelemente 3, wodurch der Kurzschlussbügel 5 einen elektrischen
Kontakt zwischen den Elektroden 2 erzeugt. Dadurch wird
ein Kurzschluss zwischen den beiden Elektroden 2 erzeugt,
wodurch sich der Überspannungsableiter 1 nicht
weiter aufheizt.
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In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel verbindet der Kurzschlussbügel 5 die
beiden Elektroden 2 mit der mittleren Elektrode 6.
Das Schmelzelement 3 weist vorzugsweise einen Hohlraum 4 auf. Dadurch
weist das Schmelzelement 3 eine im Vergleich zum Volumen
des Schmelzelements 3 geringe Materialmenge auf. Durch
die verringerte Materialmenge des Schmelzelements 3 schmilzt
das Schmelzelement 3 bei unzulässig starker Erwärmung des Überspannungsableiters 1 schneller,
als ein massives Schmelzelement 3. Der Hohlraum 4 des Schmelzelements 3 ist
vorzugsweise derart angeordnet, dass das Schmelzelement 3 in
Richtung der auf das Schmelzelement 3 einwirkenden Druckkraft durch
den Kurzschlussbügel 5 seine größte
Steifigkeit aufweist.
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Die 2b zeigt
eine Ansicht des elektrischen Schutzbauelements aus 2a von
seiner Stirnseite. Zum Schutz vor unzulässig starker Erwärmung
und der daraus resultierenden möglichen Zerstörung
des Überspannungsableiters 1, weist dieser eine
Kurzschlusseinrichtung auf. Die Kurzschlusseinrichtung umfasst einen
Kurzschlussbügel 5 der mittels zweier Schmelzelemente 3 von
den Elektroden 2 des Überspannungsableiters 1 beabstandet
ist. Der Kurzschlussbügel 5 weist einen elektrischen
Kontakt zu einer mittleren Elektrode 6 des Überspannungsableiters 1 auf.
Im Falle unzulässig starker Erwärmung des Überspannungsableiters 1 schmelzen die
Schmelzelemente 3 und der Kurzschlussbügel 5 erzeugt
zwischen den beiden Elektroden 2 und der mittleren Elektrode 6 einen
Kurzschluss.
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Obwohl
in den Ausführungsbeispielen nur eine beschränkte
Anzahl möglicher Weiterbildung der Erfindung beschrieben
werden konnte ist die Erfindung nicht auf diese beschränkt.
Es ist prinzipiell möglich jede beliebige Form des Schmelzelements zu
verwenden, wobei geometrische Formen, die einen oder mehrere Hohlräume
aufweisen und dadurch eine im Vergleich zu einem massiven Schmelzelement
eine geringere Materialmenge aufweisen, besonders geeignet sind.
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Die
Erfindung ist nicht auf die Anzahl der dargestellten Elemente beschränkt.
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Die
Beschreibung der hier angegebenen Gegenstände ist nicht
auf die einzelnen speziellen Ausführungsformen beschränkt
vielmehr können die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen
soweit technisch sinnvoll beliebig miteinander kombiniert werden.
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- 1
- Überspannungsableiter
- 2
- Elektroden
- 3
- Schmelzelement
- 4
- Hohlraum
- 5
- Kurzschlussbügel
- 6
- Mittelelektrode
- 7
- Anschlussdraht
- 8
- Schlitz
- 9
- Hohlkörper
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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