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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Überspannungsableiter
mit externer Kurzschlusseinrichtung anzugeben, bei dem die Kurzschlusseinrichtung
möglichst einfach und kostengünstig hergestellt
werden kann.
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Die
Aufgabe wird durch ein elektrisches Bauelement nach Anspruch 1 sowie
durch ein Verfahren nach Anspruch 7 und ein weiteres Verfahren nach Anspruch
11 gelöst.
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Es
wird ein elektrisches Bauelement angegeben, das einen gasgefüllten Überspannungsableiter
aufweist. Der Überspannungsableiter weist wenigstens zwei
Elektroden auf. Bei einem 2-Elektrodenableiter sind die Elektroden
an den Enden eines keramischen Hohlzylinders angeordnet. Bei einem 3-Elektrodenableiter
ist eine weitere dritte Elektrode als Mittelelektrode ausgebildet,
die zwischen den beiden endständig angeordneten Elektroden
des Ableiters angeordnet ist und von diesen durch keramische Hohlzylinder
isoliert ist. Des Weiteren ist das elektrische Bauelement mit einer
Kurzschlusseinrichtung versehen, wobei die Kurzschlusseinrichtung
an dem Überspannungsableiter angeordnet ist.
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Die
Kurzschlusseinrichtung umfasst eine Vorrichtung, die im Falle einer
unzulässig starken Erwärmung des Überspannungsableiters
die wenigstens zwei Elektroden des Ableiters mitein ander kurzschließt.
Die Vorrichtung ist mittels einer Beschichtung aus schmelzbarem,
elektrisch nicht leitenden Material wenigstens derart von den Elektroden
des Überspannungsableiters beabstandet, dass die Elektroden
des Überspannungsableiters voneinander elektrisch isoliert
sind.
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Bei
einem 2-Elektroden-Ableiter ist die Vorrichtung mittels der schmelzbaren
Beschichtung von wenigstens einer der zwei Elektroden des Ableiters beabstandet.
Bei einem 3-Elektroden-Ableiter ist die Vorrichtung wenigstens von
zwei der drei Elektroden des Ableiters beabstandet. Vorzugsweise
ist die Anzahl der Stellen, an denen die Vorrichtung mittels der schmelzbaren
Beschichtung von den Elektroden des Ableiters beabstandet ist, um
eins kleiner als die Anzahl der Elektroden des Ableiters.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist die Beschichtung
aus schmelzbarem Material formschlüssig an Teilbereiche
der Vorrichtung angepasst. Die Beschichtung haftet direkt und unmittelbar
auf der Vorrichtung und wird nicht mittels eines zusätzlichen
Haltemittels auf der Vorrichtung gehalten.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das schmelzbare
Material ein Polymer. Beispielsweise umfasst das Polymer einen Thermoplast, wie
beispielsweise teilkristalline oder amorphe Polyester. Als Polyester
werden beispielsweise Polycarbonate oder Polyethersulfone eingesetzt.
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Die
Kurzschlusseinrichtung ist in einer bevorzugten Ausführungsform
mechanisch mit dem Überspannungsableiter verbunden.
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Die
Kurzschlusseinrichtung ist vorzugsweise derart an dem Überspannungsableiter
angeordnet, dass eine Kraft auf die Vorrichtung in Richtung des Überspannungsableiters
ausgeübt wird. Die Vorrichtung ist vorzugsweise mittels
der Beschichtung aus schmelzbarem, elektrisch nicht leitendem Material wenigstens
von den Endelektroden des Überspannungsableiters beabstandet.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung
zum Kurzschließen der Elektroden des Überspannungsableiters
die Form eines Bügels auf.
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Im
Falle einer unzulässig starken Erwärmung des Überspannungsableiters
schließt die Vorrichtung des Überspannungsableiters
wenigstens die zwei Endelektroden des Überspannungsableiters kurz.
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Im
Falle eines 3-Elektrodenableiters ist die Kurzschlusseinrichtung
vorzugsweise im Bereich der mittleren Elektrode angeordnet und weist
zu dieser einen elektrischen Kontakt auf. Im Falle einer unzulässig
starken Erwärmung schließt die Vorrichtung die
Endelektroden des Überspannungsableiters mit der mittleren
Elektrode des Ableiters kurz.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist der Bügel
der Kurzschlusseinrichtung zumindest teilweise mit einer Beschichtung
aus schmelzbarem Material versehen.
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In
einer weiteren Ausführungsform können die Endelektroden
des Überspannungsableiters wenigstens teilweise mit dem
schmelzbaren Material beschichtet sein. Es ist auch möglich,
dass zusätzlich der Bügel des Überspannungsableiters
mit dem schmelzbaren Material beschichtet ist. Die Beschichtung
ist vorzugsweise derart angeordnet, dass die Vorrichtung der Kurzschlusseinrichtung
im Normalbetrieb mittels der Beschich tung ausreichend von den Endelektroden
des Überspannungsableiters beabstandet ist.
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In
einem ersten möglichen Verfahren zur Herstellung einer
Kurzschlusseinrichtung für einen Überspannungsableiter
wird auf eine Seite einer bereitgestellten Vorrichtung, die bei
unzulässig starker Erwärmung des Überspannungsableiters
die Elektroden des Ableiters kurz schließt, an wenigstens
einer Stelle eine definierte Menge einer flüssigen Polymerlösung
aufgebracht. In einer weiteren Ausführungsform kann auch
an zwei oder mehr Stellen eine definierte Menge einer flüssigen
Polymerlösung aufgebracht werden. In einer bevorzugten
Ausführungsform weist die Vorrichtung die Form eines Bügels
auf. Vorzugsweise wird die Polymerlösung Bereichsweise auf
einer der Hauptflächen des Bügels aufgebracht. Vorzugsweise
wird die Polymerlösung in den Bereichen des Bügels
aufgebracht, die die Elektroden des Überspannungsableiters
im Fehlerfall kontaktieren. Der Bügel wurde vorzugsweise
vor dem Aufbringen der Polymerlösung entfettet und beispielsweise
mittels Beizen aufgeraut und chemisch aktiviert, so dass die Polymerlösung,
bzw. die getrocknete Polymerschicht besser auf dem Bügel
haftet. Die Polymerlösung umfasst wenigstens ein Lösungsmittel.
Vorzugsweise handelt es sich dabei um ein leicht flüchtiges
Lösungsmittel.
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In
einem weiteren Schritt verläuft die Polymerlösung
vorzugsweise gleichmäßig auf der Oberfläche
des Bügels. Die Polymerlösung bildet somit eine
vorzugsweise gleichmäßig dicke Beschichtung auf
dem Bügel, wobei sich die Polymerlösung vorzugsweise
bis an wenigstens zwei Ränder des Bügels ausbreitet.
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In
einem weiteren Verfahrensschritt verdunstet das Lösungsmittel
der Polymerlösung, sodass eine Beschichtung aus einem festen
Polymer in Bereichen der Oberfläche des Bügels
verbleibt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform wird die Polymerlösung
wenigstens im Bereich der äußeren Enden des Bügels
aufgebracht.
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Der
beschichtete Bügel wird in einem weiteren Verfahrensschritt
mit einem bereitgestellten Überspannungsableiter vorzugsweise
mechanisch verbunden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform wird die Kurzschlusseinrichtung
mittels Schweißens an der mittleren Elektrode eines 3-Elektrodenableiters befestigt.
In einer weiteren Ausführungsform wird bei einem 2-Elektrodenableiter
oder auch bei einem 3-Elektrodenableiter die beschichtete Vorrichtung bzw.
der beschichte Bügel beispielsweise mittels einer Klammer,
einer Schelle oder anderweitig an dem Ableiter mechanisch befestigt.
Die Befestigungsvorrichtung in Form einer Klammer oder Schelle kann
in einer Ausführungsform bereits einen Bestandteil der Kurzschlusseinrichtung
darstellen.
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Im
Folgenden wird ein zweites Verfahren zur Herstellung eines Überspannungsableiters
mit einer Kurzschlusseinrichtung angegeben, bei dem auf einem bereitgestellten Überspannungsableiter,
der wenigstens zwei Elektroden aufweist, im Bereich der Elektroden
oder auf die Elektroden selbst eine Polymerlösung aufgebracht
wird. Die Polymerlösung umfasst vorzugsweise wenigstens
ein Lösungsmittel. Als Lösungsmittel können
beispielsweise typische Chlorkohlenwasserstoffe, Ester oder Ketone
verwendet werden.
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Die
Polymerlösung verläuft vorzugsweise gleichmäßig
auf der Oberfläche des Überspannungsableiters,
sodass die Polymerlösung an wenigstens einer Stelle eine
gleichmäßig dicke Schicht auf den Elektroden des Überspannungsableiters oder
in Bereichen der Elektroden bildet. Vorzugsweise weist die Schicht
eine annähernd gleichmäßige Konsistenz
und Dicke auf.
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In
einem weiteren Verfahrensschritt verdunstet das Lösungsmittel
der Polymerlösung, sodass eine feste Polymerschicht auf
Elektroden oder im Bereich der Elektroden verbleibt. Vorzugsweise
ist die Polymerschicht an wenigstens einer Stelle des Überspannungsableiters
angeordnet. In einer weiteren Ausführungsform ist es auch
möglich, dass die Polymerschicht an wenigstens zwei Stellen
des Überspannungsableiters angeordnet ist, die vorzugsweise auf
der gleichen Seite des Überspannungsableiters liegen, so
dass die Vorrichtung der Kurzschlusseinrichtung, die im Fehlerfall
die Elektroden des Ableiters kurzschließt, mittels der
Beschichtung von dem Überspannungsableiter beabstandet
ist.
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In
einem weiteren Verfahrensschritt wird eine bereitgestellte Kurzschlusseinrichtung
mit dem teilweise beschichteten Überspannungsableiter mechanisch
verbunden.
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Die
Kurzschlusseinrichtung ist vorzugsweise derart mit dem Überspannungsableiter
verbunden, dass die Beschichtung der Endelektroden bzw. in der Nähe
der Elektroden im Kontaktbereich zwischen dem Überspannungsableiter
und der Vorrichtung angeordnet sind.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform wird die Vorrichtung
mittels Schweißens an dem Überspannungsableiter
befestigt.
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Die
zuvor beschriebenen Verfahren haben besonders den Vorteil, dass
die Beschichtung aus der flüssigen Phase relativ einfach
auf die Vorrichtung beziehungsweise die Elektroden bzw. Bereiche in
der Nähe der Elektroden des Überspannungsableiters
gebracht werden kann. Des Weiteren kann durch die Verwendung eines
Polymers in flüssiger Phase eine dosierte Menge des Polymers
auf der Vorrichtung beziehungsweise den Elektroden des Überspannungsableiters
aufgebracht werden. Somit entsteht durch das Verlaufen des flüssigen
Polymers eine formschlüssige beziehungsweise eine stoffschlüssige
Verbindung mit der Vorrichtung beziehungsweise den Elektroden des
Ableiters. Des Weiteren weisen die zuvor beschriebenen Verfahren
den Vorteil auf, dass diese möglichst einfach automatisiert
werden können.
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Die
oben beschriebenen Gegenstände und Verfahren 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 verzerrt
dargestellt sein. Elemente, die einander gleichen oder die die gleichen
Funktionen übernehmen, sind mit den gleichen Bezugszeichen
bezeichnet.
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1 zeigt
eine erste Ausführungsform des elektrischen Bauelements,
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2 zeigt
eine Ausführungsform einer Kurzschlusseinrichtung
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3 zeigt
eine weitere Ausführungsform des elektrischen Bauelements.
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Die 1 zeigt
eine erste Ausführungsform eines elektrischen Überspannungsableiters 1.
Der Überspannungsableiter 1 weist einen keramischen Zylinder 7 mit
zwei Endelektroden 2a, 2b und eine mittlere Elektrode 6 auf.
Der Überspannungsableiter 1 ist vorzugsweise mit
einem Gas gefüllt. Zum Schutz des Überspannungsableiters 1 vor
Zerstörung in Folge von übermäßig
starker Erwärmung ist dieser mit einer Kurzschlusseinrichtung 3 ausgestattet.
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Die
Kurzschlusseinrichtung 3 ist vorzugsweise auf der Außenseite
des Ableiterkörpers aufgebracht. In der dargestellten Ausführungsform
weist die Kurzschlusseinrichtung 3 die Form eines Bügels 5 auf,
wobei der Bügel 5 ein federndes Material umfasst.
Der Bügel 5 ist vorzugsweise in einem vorgespannten
Zustand des Bügels 5 auf dem Ableiterkörper
des Überspannungsableiters 1 montiert.
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In
der dargestellten Ausführungsform ist der Bügel 5 mit
einem Befestigungsbereich 10 mit der mittleren Elektrode 6 des Überspannungsableiters 1 mechanisch
verbunden. Die Kurzschlusseinrichtung 3 schützt
den Überspannungsableiter 1 im Falle übermäßig
starker Erwärmung. Bei übermäßig
starker Erwärmung schmilzt wenigstens eine der Beschichtungen 4a, 4b aus
schmelzbarem, elektrisch nicht leitendem Material und der Bügel 5 verbindet wenigstens
eine der Endelektroden 2a, 2b des Überspannungsableiters 1 mit
der mittleren Elektrode 6. Bei einseitiger elektrischer
Belastung schmilzt die Beschichtung 4a, 4b der
elektrisch belasteten Seite, wohingegen bei gleichmäßiger
elektrischer Belastung die Beschichtungen 4a, 4b auf
beiden Seiten des Überspannungsableiters 1 schmelzen.
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Die
Endelektroden 2a, 2b werden mittels des Bügels 5 mit
der mittleren Elektrode 6 kurz geschlossen. Bei einem 2-Elektrodenableiter
werden nur die zwei Endelektroden 2a, 2b miteinander
kurz geschlossen. Dadurch fließt der Strom nicht mehr durch den Überspannungsableiter 1,
sondern über den Bügel 5, so dass eine
weitere Erwärmung des Überspannungsableiters 1 unterbunden
wird. Dadurch kann eine mögliche Zerstörung des Überspannungsableiters 1 verhindert
werden. Damit im Normalbetriebs zwischen den Endelektroden 2a, 2b und dem
Bügel 5 kein elektrischer Kontakt vorhanden ist, ist
der Bügel 5 mittels einer Beschichtung 4a, 4b aus einem
schmelzbaren Material von den Endelektroden 2a, 2b beabstandet.
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Das
schmelzbare Material der Beschichtung 4a, 4b weist
vorzugsweise einen Schmelzpunkt auf, der so eingestellt werden kann,
dass der Überspannungsableiter 1 vor unzulässig
hoher Erwärmung geschützt ist. Im Falle einer
unzulässig starken Erwärmung, schmilzt die Beschichtung 4a, 4b.
Durch die Kraft des vorgespannten Bügels 5, die
in Richtung auf den Überspannungsableiter 1 gerichtet
ist, bildet sich ein elektrischer Kontakt zwischen dem Bügel 5 und
den Endelektroden 2a, 2b des Überspannungsableiters 1.
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In
der in 1 dargestellten Ausführungsform ist die
Beschichtung 4a, 4b an dem Bügel 5 angeordnet.
Vorzugsweise wird die Beschichtung 4a, 4b in Form
einer flüssigen Polymerlösung auf wenigstens zwei
Bereiche des Bügels 5 oder den Endelektroden 2a, 2b oder
Bereiche in der Nähe der Endelektroden 2a, 2b des Überspannungsableiters 1 aufgebracht,
wobei der Bügel 5 mittels der Beschichtung 4a, 4b von
den Endelektroden 2a, 2b beabstandet ist.
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Die
Polymerlösung umfasst wenigstens ein Lösungsmittel,
das nach dem Auftragen aus der Polymerlösung verdunstet,
so dass eine feste Beschichtung 4a, 4b aus schmelzbarem,
elektrisch nicht leitendem Material zwischen dem Bügel 5 und
den Endelektroden 2a, 2b verbleibt. In der dargestellten Ausführungsform
ist die Beschichtung 4a, 4b jeweils an den Enden 8 des
Bügels 5 aufgebracht. Die Polymerlösung
verteilt sich vorzugsweise zu einer gleichmäßig
dicken Beschichtung 4a, 4b bis an wenigstens zwei
Ränder 9 des Bügels 5, wobei
die Dicke der Beschichtung 4a, 4b an den Rändern
physikalisch bedingt abnimmt. Vorzugsweise weist jedoch der größte
Bereich der Beschichtung 4a, 4b vorzugsweise eine
homogene Dicke auf.
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In
der 2 ist eine Ausführungsform einer Vorrichtung
in Form eines Bügels 5 dargestellt, die in der 1 an
dem Überspannungsableiter 1 angeordnet ist. Die
Kurzschlusseinrichtung 3 weist in der dargestellten Ausführungsvariante
die Form eines Bügels 5 auf. Es ist jedoch auch
möglich, dass die Kurzschlusseinrichtung 3 jede
andere Form aufweist, die dazu geeignet ist, die Endelektroden 2a, 2b des Überspannungsableiters 1 im
Fehlerfall kurz zuschließen.
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Der
Bügel 5 ist in der 2 von unten
dargestellt. Der Bügel 5 weist in der Mitte einen
Befestigungsbereich 10 auf, mit dem der Bügel 5,
wie in der 1 dargestellt, mit der Mittelelektrode 6 des Überspannungsableiters 1 mechanisch
verbunden ist. An den Enden 8 des Bügels 5 ist
jeweils ein Bereich 4a, 4b mit schmelzbarem Material
beschichtet. Die Beschichtung 4a, 4b reicht vorzugsweise
bis an wenigstens zwei Ränder 9 des Bügels 5 heran.
In der dargestellten Ausführungsform reicht die Beschichtung 4a, 4b an
drei Ränder des Bügels 5. Die Beschichtung 4a, 4b weist
vorzugsweise eine annähernd homogene Dicke auf, wobei die
Beschichtung 4a, 4b zu den Rändern, bedingt
durch die Herstellung, stark abnimmt. Die Beschichtung 4a, 4b weist
jedoch vorzugsweise größtenteils eine annähernd
gleiche Schichtdicke auf.
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Die 3 zeigt
eine weitere Ausführungsform eines Überspannungsableiters 1 mit
einer Kurzschlusseinrichtung 3. In der dargestellten Ausführungsvariante
ist die Beschichtung 4a, 4b aus einem schmelzbaren
Material, die die Kurzschlusseinrichtung 3 von den Endelektroden 2a, 2b des Überspannungsableiters 1 beabstandet,
im Bereich der Endelektroden 2a, 2b aufgebracht.
Wenigstens die Bereiche der Endelektroden 2a, 2b des Überspannungsableiters 1,
die in Kontakt mit der Kurzschlusseinrichtung 3 kommen
können, weisen wenigstens teilweise eine Beschichtung 4a, 4b aus
schmelzbarem Material auf.
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Die
Beschichtung 4a, 4b ist vorzugsweise derart auf
den Endelektroden 2a, 2b aufgebracht, dass sie
wenigstens teilweise eine annähernd gleichmäßig
dicke Schicht auf den Endelektroden 2a, 2b bildet.
Durch die Beschichtung 4a, 4b aus schmelzbarem,
elektrisch nicht leitendem Material ist die an dem Überspannungsableiter 1 angeordnete
Kurzschlusseinrichtung 3 von diesem beabstandet, so dass
im Normalbetrieb kein elektrischer Kontakt zwischen den Endelektroden 2a, 2b und
der Kurzschlusseinrichtung 3 vorliegt. In der dargestellten
Ausführungsform weist die Kurzschlusseinrichtung 3 die Form
eines Bügels 5 auf, der mittels eines Befestigungsbereichs 10 an
der Mittelelektrode 6 des Überspannungsableiters 1 befestigt
ist.
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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, dass die Kurzschlusseinrichtung
jede mögliche sinnvolle Form aufweist, oder dass das schmelzbare
Material an jeder anderen geeigneten Stelle zwischen der Kurzschlusseinrichtung
und dem Überspannungsableiter angeordnet ist.
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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
- 2a,
2b
- Endelektrode
- 3
- Kurzschlusseinrichtung
- 4a,
4b
- Beschichtung
- 5
- Bügel
- 6
- Mittlere
Elektrode
- 7
- keramischer
Zylinder
- 8
- Enden
des Bügels 5
- 9
- Rand
des Bügels 5
- 10
- Befestigungsbereich
des Bügels 5
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19622461
B4 [0001]
- - EP 0962037 B1 [0001]