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Die
Erfindung betrifft einen Überspannungsableiter mit mindestens
einem Ableitelement, insbesondere einem Varistor, sowie mit einer
Abtrennvorrichtung, um das oder die Ableitelemente vom Netz zu trennen
und/oder kurzzuschließen, wobei die Abtrennvorrichtung
eine Schmelzstelle, insbesondere Lötstelle umfasst, welche
in den elektrischen Anschlusspfad innerhalb des Ableiters eingebunden
ist, wobei über die Schmelzstelle ein beweglicher Leiterabschnitt
mit dem jeweiligen Ableitelement einerseits und der Leiterabschnitt
andererseits mit einem ersten Außenanschluss verbunden
ist, sowie ein eine Vorspannkraft erzeugendes Mittel, insbesondere
eine Feder, wobei der Kraftvektor mittelbar oder unmittelbar auf
den Leiterabschnitt in Abtrennrichtung wirkt, weiterhin umfassend
ein leitfähiges Element, dessen erstes Ende mit einem zweiten elektrischen
Außenanschluss in Verbindung steht und dessen zweites Ende
mit dem Leiterabschnitt in Kontakt bringbar ist, gemäß Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Überspannungsableiter
auf der Basis von Varistoren besitzen im Niederspannungsbereich
im Allgemeinen eine interne Abtrennvorrichtung. Diese Abtrennvorrichtung
besteht häufig aus einer Kombination einer thermischen
Abtrennvorrichtung und einer Sollbruchstelle für höhere
Ströme.
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Die
thermische Abtrennfunktion wird hierbei häufig von einer
Lotverbindung zwischen dem Varistor und einem beweglichen, unter
Federvorspannung stehenden Anschlussstück realisiert. Bei
Alterung des Varistors oder bei einem lang andauernden geringen Überspannungsfall
führen die verhältnismäßig kleinen
Leckströme zu einer unzulässigen Erwärmung
des Varistors, wodurch die Lotstelle schmilzt und der Varistor durch
die Bewegung des beweglichen Anschlussstücks vom Netz getrennt
wird.
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Weiterhin
sind Anordnungen bekannt, bei welchen der Varistor durch einen externen
oder internen Schalter vom Netz trennbar ist. Verwiesen sei hier
beispielsweise auf die
EP
1 447 831 A1 oder die
EP 0 862 255 A1 .
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Auch
Abtrennvorrichtungen mit Kurzschlussfunktion, wobei im aufgetrennten
bzw. ausgelösten Schaltzustand der Abtrennvorrichtung der
Strompfad über das defekte Ableitelement sich im Kurzschluss befindet
derart, dass der Strom vom Ableitelement auf einen geschalteten
Bypass kommutiert, sind bekannt.
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Der
so geschaltete niederohmige Kurzschlusspfad kann z. B. dazu genutzt
werden, ein vorhandenes Schaltelement, welches auf den Kurzschlussstrom
des betreffenden Netzes eingestellt ist, zu betätigen,
oder aber einen definierten Dauerkurzschluss zu erzeugen, der bei
bestimmten Anwendungen als sogenannter Fail-Safe-Zustand definiert
ist.
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Dieser
Stand der Technik ist beispielsweise in der
EP 0 860 927 A1 erläutert.
In dieser Druckschrift ist eine sehr aufwendige elektromechanische Einrichtung
beschrieben, die den Strom über einen Varistor überwacht
und welche nach Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwerts
den Kurzschluss im Bypass zum Varistorpfad über elektromechanische Kontakte
schaltet.
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Gemäß der
DE 37 34 214 C2 gehört
eine thermisch auslösbare Abtrennvorrichtung zum Stand der
Technik, deren schaltendes Element einen Wechselkontakt darstellt.
Der Wechselkontakt schließt den Varistorkreis in bekannter
Weise über eine Lotstelle. Wird das Schaltelement ausgelöst,
wird ein weiterer Kontakt geschlossen, der entweder als interne
oder eine externe Defektanzeige oder eben über eine entsprechende
externe Verbindung als Kurzschluss verschaltet werden kann.
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Eine
Sicherung für den Fall, dass ein nach Ausfall eines ersten
Varistors zugeschalteter redundanter zweiter Varistor ausfällt,
besteht gemäß
DE 41 24 321 C2 darin, den redundanten Varistor
entweder durch Öffnen eines Schalters im Querstrompfad
oder aber auch durch Öffnen des Schalters im Längsstrompfad
von der Spannung zu trennen. Hierdurch wird gleichzeitig das zu
schützende System vom Netz getrennt und vor schädlichen Überspannungen geschützt.
Alternativ soll es auch möglich sein, durch Kurzschließen
eines zusätzlichen Schalters den Querstrompfad zu überbrücken,
so dass letztendlich das geschützte System kurzgeschlossen
ist. Das Öffnen dieses notwendigen Schalters kann über
eine gemeinsame Betätigung synchron erfolgen. Falls ein Abschalten
und/oder Kurzschließen des zu schützenden Systems
nicht erwünscht ist, kann die Funktion des vorerwähnten
Schalters durch manuelles Einsetzen einer Überbrückung
oder Entfernen eines solchen Mittels aufgehoben werden. Grundsätzlich ist
jedoch die Anordnung von zusätzlichen Schaltern für
den Kurzschluss entweder im Längs- oder Querstrompfad erforderlich,
was den Aufwand beim ohnehin begrenzten Bauraum eines in einem Gehäuse
befindlichen Überspannungsableiters einschränkt.
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Grundsätzlich
besteht das Problem, in Überlastfällen, bei denen
ein hoher Fehlerstrom durch die Abtrennvorrichtung unterbrochen
werden soll, bzw. die Versorgungsspannung stark erhöht
ist, dass das Schaltvermögen der Abtrennvorrichtung überschritten
wird, so dass eine Abschaltung nicht möglich ist. Der entstehende
Lichtbogen zwischen der Schaltzunge und einem festen Anschlussstück
des Varistors als Ableitelement kann nicht gelöscht werden. Dieser
lang andauernde Energieeintrag in den Überspannungsableiter
kann zum Abbrand der Anschlussteile sowie letztendlich zur Zerstörung
des Ableiters und auch zu Folgeschäden in der zu schützenden
Anlage führen. In derartigen Fällen ist die Realisierung
eines Kurzschlusses des Ableiters sicherer, da die zugeordneten Überstromschutzeinrichtungen
(Sicherungen) ein vielfach höheres Schaltvermögen
besitzen als übliche Abtrennvorrichtungen auf thermischer
Basis.
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Aus
dem Vorgenannten ist es Aufgabe der Erfindung, einen weiterentwickelten Überspannungsableiter
mit mindestens einem Ableitelement, insbesondere einem Varistor,
sowie mit einer Abtrennvorrichtung anzugeben, wobei einerseits ein thermisch
realisierbares Abtrennen des mindestens einen Ableitelements vorgenommen
werden kann, jedoch auch die Möglichkeit besteht, bei weiterer
energetischer, insbesondere thermischer Belastung den Kurzschlussfall
herbeizuführen. Der Überspannungsableiter soll
hierbei eine einfache und kostengünstige Konstruktion besitzen
und dennoch eine hohe Sicherheit für unterschiedliche Anwendungsfälle
gewährleisten. Die Abtrennvorrichtung soll selbsttätig
und bedarfsgerecht im Fehlerfall den Überspannungsableiter
abtrennen bzw. einen gewünschten Kurzschluss herbeiführen,
ohne dass vorab Aktivierungsmaßnahmen, wie z. B. ein händischer
Eingriff oder dergleichen vorgenommen werden muss.
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Die
Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt gemäß der
Merkmalskombination nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche
mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.
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Der
Kerngedanke der Erfindung besteht darin, dass im Bewegungsweg des
beweglichen Leiterabschnitts zwischen der Schmelzstelle, insbesondere
einer Lötstelle, und einem einen Gegenkontakt bildenden
leitfähigen Element eine thermisch auslösbare
Stoppeinrichtung befindlich ist, welche eine gestaffelte Funktionsweise
hinsichtlich Abtrennen und Kurzschließen des jeweiligen
Ableitelements realisiert.
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Ausgehend
vom Stand der Technik bekannter Abtrennvorrichtungen wird diese
so gestaltet, dass die Bewegung des beweglichen Anschlussteils, d.
h. des Leiterabschnitts, bei einer Auslösung und im Überlastfall
durch die Stoppeinrichtung vor dem Erreichen der maximalen möglichen
Endposition unterbrochen wird.
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Der
geometrische Abstand vom festen Außenanschluss des Varistors
ist für die übliche Abtrennung hinreichend. Liegt
ein Fehlerfall vor, bei welchem die Abtrennvorrichtung den Strom
nicht sicher unterbrechen kann und ein Lichtbogen zwischen dem festen
Anschluss des Varistors und der beweglichen Schaltzunge, d. h. des
Leiterabschnitts entsteht oder bestehen bleibt, was einem zusätzlichen Wärmeeintrag
entspricht, wird die Stoppwirkung aufgehoben und der bewegliche
Leiterabschnitt kann sich in die Endposition bewegen. Diese Endposition besteht
aus dem leitfähigen Element, d. h. aus einem potentialbehafteten
Gegenkontakt, wodurch der Varistor und die Abtrennvorrichtung kurzgeschlossen werden.
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Die
Abschaltung des Kurzschlusses und somit die Abtrennung des Überspannungsableiters
vom Netz übernimmt in an sich bekannter Weise eine vorgeschaltete Überstromschutzeinrichtung,
insbesondere eine Sicherung.
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Mit
der vorstehend beschriebenen Lehre ist eine gestaffelte Funktionsweise
der Schutzeinrichtung des Überspannungsableiters möglich,
indem zuerst eine übliche Abtrennung des Varistors, welche in
zahlreichen Fehlerfällen vollkommen ausreichend ist, realisiert
und erst bei Bedarf, nämlich bei einer Überschreitung
des Schaltvermögens der Abtrennvorrichtung, also in schwerwiegenden
Fehlerfällen, der gesamte Überspannungsableiter
kurzgeschlossen wird.
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Der Überspannungsableiter
kann somit auch bei starker Überlastung und bei einer möglichen Überforderung
seiner Abtrennvorrichtung vor mechanischer Zerstörung oder
Brandentstehung geschützt werden. Bei solchen Fehlerfällen
ist das Ansprechen einer Überstromschutzeinrichtung und
selbst der Verlust der Netzversorgung gegenüber einer möglicherweise
starken Beschädigung von elektrotechnischen Anlagen akzeptabel.
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Die
Stoppeinrichtung kann wärmeleitend mit dem jeweiligen Ableitelement
verbunden sein und aus einem temperatursensiblen Material, wie Lot, Wachs
oder Kunststoff bestehen.
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Es
besteht die Möglichkeit, die Stoppeinrichtung an oder auf
dem Leiterabschnitt und/oder dem leitfähigen Element anzuordnen
und in diesem Fall aus einem isolierenden Material auszuführen.
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Die
Stoppeinrichtung kann bei einer Ausführungsform der Erfindung
die Form eines Bolzens, eines Kegels, eines Kegelstumpfs, einer
Kugel oder einer Pyramide oder einer dergleichen ähnlichen
geometrischen Gestalt aufweisen.
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Die
Stoppeinrichtung kann bei einer Ausführungsform der Erfindung
auf dem leitfähigen Element befindlich sein, wobei der
Leiterabschnitt einen Anschlag oder eine Führungsöffnung
besitzt.
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Die
Führungsöffnung kann hier einen Durchmesser besitzen,
der kleiner als der mittlere Durchmesser des Kegels, Kegelstumpfs
oder die Diagonale der Pyramide ist. Mit dem thermisch bedingten
Aufschmelzen der Stoppeinrichtung oder eines auf dieser befindlichen Überzugs
wird die Stoppeinrichtung von der Führungsöffnung
aufgenommen, so dass der Leiterabschnitt letztendlich in Kontakt
mit dem leitfähigen Element gelangt.
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Die
Stoppeinrichtung kann auch aus einer Folie oder einer Folienschicht
bestehen, die sich z. B. auf dem Leiterabschnitt und/oder dem leitfähigen Element
befindet und die bei thermischer Last schmilzt und damit eine leitfähige
Verbindung herstellt. Zusätzlich kann die Folie unter mechanischer Vorspannung
stehen, so dass im Fall der thermischen Belastung ein schnelles
und sicheres Entfernen der Folie möglich wird.
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Ergänzend
besteht die Möglichkeit, dass der Leiterabschnitt eine
thermisch sensible Engstelle oder eine Solltrennstelle aufweist.
Im Fall eines sehr starken Lichtbogens schmilzt der Leiterabschnitt
an dieser Engstelle oder Solltrennstelle und kann auch unter Umgehung
der Stoppeinrichtung sofort und damit schnell eine Verbindung zwischen
Leiterabschnitt und leitfähigem Element, d. h. den gewünschten Kurzschluss
herstellen.
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Auch
besteht die Möglichkeit, den Leiterabschnitt aus einem
Bimetall auszuführen, um die Bewegung und Überwindung
der Reststrecke bis zum Kurzschluss sicherzustellen bzw. zu verbessern.
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Grundsätzlich
kann die Stoppeinrichtung selbst aus einem thermisch sensiblen Material
bestehen oder mittels eines derartigen Materials an der jeweiligen
Ableiteinrichtung befestigt werden.
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Die
Stoppeinrichtung und/oder das Befestigungsmaterial für
diese Einrichtung weist eine höhere Wärmekapazität
oder einen höheren Schmelzpunkt als die Schmelzstelle für
die thermische Abtrennvorrichtung, die gemäß dem
bekannten Stand der Technik gestaltet ist, auf.
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Die
Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen
sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert
werden.
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Hierbei
zeigen:
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1 eine
elektrische Verschaltung einer Abtrennvorrichtung und eine mechanische
Ausführungsform einer derartigen Abtrennvorrichtung gemäß dem
Stand der Technik;
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2 eine
erste Ausführungsform der Erfindung mit einer Stoppeinrichtung
als bewegungsbegrenzendem Element, das in thermischem Kontakt mit
einem Varistor steht;
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3 eine
Ausführungsform der Stoppeinrichtung in Form einer thermisch
sensiblen Isolationsfolie, die auf dem leitfähigen Element
angeordnet ist;
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4 eine
Ausführungsform der Stoppeinrichtung in Form eines Isolationskegels,
der auf dem leitfähigen Element befindlich ist;
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5 eine
Lösung ähnlich derjenigen nach 1,
jedoch mit zusätzlicher Engstelle oder Solltrennstelle
im beweglichen Leiterabschnitt für den Fall bei extremen Überlastungen
und
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6 eine
Ausführungsform mit einem beweglichen Leiterabschnitt,
der zusätzlich eine Bimetallfunktion zur Bewegungsunterstützung
besitzt.
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In
der 1, die eine Abtrennvorrichtung des bekannten Standes
der Technik zeigt, ist ein Varistor 1 in Reihe mit einer
Abtrennvorrichtung 2 geschaltet.
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Die
Abtrennvorrichtung 2 besteht aus einem beweglichen Anschlussstück
oder einem beweglichen Leiterabschnitt 3. Der bewegliche
Leiterabschnitt 3 umfasst eine Engstelle 4 und
eine Schmelzlotverbindung 5 hin zu einem Anschlusskontakt 6.
Mit dem Bezugszeichen 7 ist ein Varistoranschluss gekennzeichnet.
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Ein
Kraftvektor F wirkt auf den beweglichen Leiterabschnitt 3 ein.
Erreicht die Temperatur des Varistors 1 im Bereich seines
Anschlusses 6 die Temperatur, die der Schmelztemperatur
des Lotes an der Lotstelle 5 entspricht, dann bewegt sich
der Leiterabschnitt 3 vom Anschluss 6 weg und
unterbricht den Stromfluss durch den Varistor 1, was der
gestrichelten Stellung des Schalters nach 1, linker
Teil, entspricht.
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Die 2 zeigt
ein Beispiel einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Lehre mit einer Stoppeinrichtung 9, die sich im Bewegungsweg zwischen
dem Leiterabschnitt 3 und einem leitfähigen Element 10 befindet.
Das leitfähige Element 10 ist elektrisch mit dem
Gegenkontakt 7.1 des Varistors 1 verbunden.
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Die
Stoppeinrichtung 9 kann bei einer Ausführungsvariante
aus einem Blockierstift bestehen, der mit einem temperatursensiblen
Material an der Oberfläche des Varistors 1 befestigt
ist.
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Die
Bildfolge von links nach rechts gemäß den 2 bis 6 zeigt
zum einen die Position im Normalzustand des Überspannungsableiters,
die Position bei geöffneter Abtrennvorrichtung (ATV) und letztendlich
die Position im Kurzschlussfall.
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Wird
der Varistor 1 thermisch überlastet, öffnet
sich zunächst die Schmelz- oder Lotstelle 5 und es
findet eine Bewegung des beweglichen Leiterabschnitts 3 bis
hin zum Inanschlagkommen mit der Stoppeinrichtung 9 unter
Nutzung der Kraft F statt.
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Wie
bereits erläutert, kann die Stoppeinrichtung einerseits
selbst aus einem temperatursensiblen Material bestehen, z. B. als
Folie aus niedrigschmelzendem Kunststoff ausgeführt oder
aber als kegelförmiger Stopper aus einem niedrigschmelzenden
Kunststoff oder Wachs ausgebildet sein. Andererseits kann ein beliebiges
Element mit geringer Wärmekapazität, welches durch
ein temperatursensibles Material befestigt wurde, genutzt werden.
Hierbei sind ausreichende Trennstrecken vom beweglichen Teil der
Abtrennvorrichtung einerseits zum festen Varistorkontakt 6 und
andererseits auch zum leitfähigen Element 10 (Kontaktstück),
welches mit Gegenpotential behaftet ist, erforderlich.
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In
der Mehrzahl aller Fehlerfälle verhält sich die
Abtrennvorrichtung in bekannter Weise. Die Lotverbindung wird hier
wie erläutert zwischen dem beweglichen Leiterabschnitt
und dem festen Varistoranschluss durch Schmelzen geöffnet,
und zwar infolge der Erwärmung des Varistors 1.
Dabei bewegt sich der Leiterabschnitt 3 infolge der Federkraft
F bis zur Stoppeinrichtung 9 unter Herstellung einer sicheren Trennstelle.
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Die
Abtrennvorrichtung wird bezüglich ihres Schaltvermögens
nun nicht überlastet. Die Realisierung eines Kurzschlusses
bzw. die weitere Bewegung der Schaltzunge ist nicht nötig.
In diesem Fall ist ein reines Fail-Open-Verhalten des Varistors
ausreichend.
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Wenn
aber das Schaltvermögen der Abtrennvorrichtung nicht ausreicht,
um einen entstandenen Lichtbogen sicher zu löschen, sind
weitere Maßnahmen notwendig. In diesem Fall geht das Verhalten
des Varistors selbsttätig von einem Fail-Open- in ein Fail-Short-Verhalten über.
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Dies
wird dadurch realisiert, dass eine weitere Erwärmung des
gesamten Ableiters infolge des Stromflusses und/oder der Wirkungen
des Lichtbogens genutzt wird, um die bisher gestoppte Bewegung des
Leiterabschnitts freizugeben, zu beseitigen oder zu umgehen.
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Es
sei angemerkt, dass ergänzend zur Stoppfunktion auch die
Aufbringung einer zusätzlichen Kraftwirkung auf den Leiterabschnitt
möglich ist. Dies kann durch ein zusätzliches
Federsystem mit einer anderen Weg-Zeit-Kennlinie erfolgen oder aber
auch durch eine Bimetallfunktion des Leiterabschnitts (siehe 6)
selbst, wodurch die Stoppfunktion im Überlastfall schneller
aufgehoben werden kann.
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Durch
ein ergänzendes System kann einerseits der Bewegungsbereich
des Leiterabschnitts verlängert werden und andererseits
kann die Kraftwirkung auf die erfindungsgemäße
Stoppeinrichtung oder eine isolierende Zwischenlage bzw. Folie erhöht werden.
Das zusätzliche Kraftsystem kann alternativ zur Bewegung
des Leiterabschnitts auch zur Bewegung der Stoppeinrichtung oder
der Folie genutzt werden (nicht gezeigt). Hierbei wird erneut nur
der andauernde Stromfluss mit entsprechender Erwärmung
genutzt.
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Wenn,
wie in der 2 gezeigt, die Stoppeinrichtung
direkt thermisch mittels eines temperatursensiblen Materials wie
Lot oder Wachs mit dem Varistor 1 verbunden wird, ist eine
Abstimmung zwischen dem thermischen Verhalten der Abtrennvorrichtung
und der Stoppeinrichtung 9 notwendig.
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Die
Staffelung kann nun so ausgeführt werden, dass das thermisch
sensible Material der Abtrennvorrichtung (Schmelzstelle 5)
eine geringere Wärmekapazität und/oder eine niedrigere
Schmelztemperatur als diejenige der Stoppeinrichtung 9 aufweist.
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Bei
einer ersten Temperatur öffnet demnach zunächst
die Abtrennvorrichtung. Bei einer weiteren Erhöhung auf
eine Temperatur, die größer als die erste Temperatur
ist, schmilzt dann das temperatursensible Material, welches die
Stoppeinrichtung 9 fixiert. Die Stoppeinrichtung verliert
dann ihre mechanische Verbindung zum Varistor und gibt den Weg zur
weiteren Ausführung der Bewegung des Leiterabschnitts frei.
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Die
für das Schmelzen der Verbindung zwischen der Stoppeinrichtung 9 und
dem Varistor 1 notwendige Energie kann einerseits durch
eine weitere Aufheizung des Varistors entstehen, aber auch durch den
Lichtbogen, welcher durch das Öffnen zwischen dem Varistoranschluss 6 und
dem beweglichen Leiterabschnitt 3 entstanden ist.
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Wenn
die Wärme ausreicht, um die Stoppeinrichtung 9 zu
lösen, kann die Abtrennvorrichtung aufgrund der Federkraft
F bis zum gegenpoligen Kontaktstück 10 (leitfähigem
Element) gelangen und dieses kontaktieren. Durch den dann entstehenden Kurzschluss
wird der Lichtbogen gelöscht und die vorgeordnete Überstromschutzeinrichtung
kann den Fehlerstrom sicher abschalten.
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Gemäß 3 kann
das gestaffelte Verhalten der Abtrennvorrichtung nicht nur über
eine Stoppeinrichtung realisiert werden, sondern auch über
eine isolierende Folie 11, die sich direkt auf dem leitfähigen
Element 10 befindet. Durch die Kraft der Feder wird dann
die Abtrennvorrichtung bzw. der Leiterabschnitt 3 bis zum
gegenpoligen Kontaktstück, d. h. dem leitfähigen
Element 10 bewegt.
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Die
darauf befindliche Folie 11 sichert eine ausreichende Isolation.
Bei weiterem Energieeintrag schmilzt die Folie und gibt das leitfähige
Element 10 frei, so dass der gewünschte Kurzschluss
entstehen kann. Dieser Energieeintrag kann entweder weiterhin durch
den Varistor oder durch einen Lichtbogen zugeführt werden.
Die Beseitigung der Isolationsfolie kann auch durch Hilfsmittel,
wie z. B. schmelzende Wachse, Bimetalle oder Ähnliches,
welche ein Wegziehen oder ein Wegschieben der Folie unterstützen, beschleunigt
werden. Auch kann die Folie selbst mit Hilfe einer Federkraft vorgespannt
werden.
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4 zeigt
ein Ausführungsbeispiel, bei welchem ein geringerer Energieeintrag
ausreichend ist, um die Bewegung des Leiterabschnitts 3 freizugeben.
Hierfür ist ein Isolationskegel 12 auf dem leitfähigen
Element 10 befindlich.
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Wenn
im Leiterabschnitt 3 eine Öffnung zur teilweisen
Aufnahme des Isolationskegels 12, insbesondere dessen Spitze,
vorgesehen ist, besteht die zusätzliche Möglichkeit
einer Führung des beweglichen Leiterabschnitts 3.
Wenn sich die Schmelzstelle 5 öffnet, dann trifft
der Leiterabschnitt 3 zunächst auf die Spitze
des Isolationskegels 12. Wenn keine sichere Trennstelle
hergestellt werden konnte und ein weiterer Energieeintrag stattfindet,
schmilzt der Isolationskegel 12 oder eine auf ihm angeordnete
temperatursensible Oberflächenbeschichtung. Damit verringert
sich der Durchmesser des Isolationskegels 12 und durch
die vorerwähnte Öffnung kann das Restvolumen des
Isolationskegels 12 hindurchtreten, wobei letztendlich
wiederum ein Kurzschluss zwischen dem Leiterabschnitt 3 und
dem leitfähigen Element 10 herstellbar ist.
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Mit
dem Ausführungsbeispiel nach 5 soll beispielhaft
die Nutzung des Effekts eines Lichtbogenabbrands bezogen auf den
Leiterabschnitt 3 erläutert werden.
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Wenn
im Fehlerfall die Abtrennvorrichtung öffnet und aufgrund
eines großen Fehlerstroms ein deutlicher Lichtbogenabbrand
stattfindet, kann das leitfähige Element 10 auch
so ausgeführt sein, dass der restliche, noch nicht vom
Lichtbogen abgebrannte Teil des Leiterabschnitts 3 direkt
einen Kurzschluss bildet.
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Wenn
also der Abtrennstreifen des Leiterabschnitts 3 deutlich
durch den Lichtbogen abgebrannt ist, wird er gleich und unmittelbar
an der Stoppeinrichtung 9 vorbei bewegt, um sofort einen
Kurzschluss mit dem leitfähigen Element 10 zu
bilden und den Lichtbogen zu löschen.
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Selbstverständlich
kann auch hier der Leiterabschnitt 3 mit weiteren funktionellen
Hilfsmitteln versehen sein, welche eine analoge Funktion erlauben. Der
Leiterabschnitt 3 weist hier eine stromsensible oder thermisch
sensible Engstelle 4 auf, welche bei einer weiteren Erwärmung
infolge des Stromflusses, des Lichtbogens und so weiter eine definierte
Auftrennung des Leiterabschnitts 3 ermöglicht,
um mit dem verbleibenden Abschnitt den Kurzschluss zu realisieren.
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Die
Abtrennvorrichtung respektive der Leiterabschnitt 3, aber
auch die Stoppeinrichtung kann über eine Bimetallfunktion
verfügen, welche einerseits die Aufhebung der Stoppfunktion
erlaubt und andererseits die Bewegung des Leiterabschnitts unterstützt.
Ebenfalls kann auf den Leiterabschnitt eine weitere Kraft schlagartig
ausgeübt werden, um die Wirkung der Stoppeinrichtung zu überwinden.
Dies kann z. B. über eine vorgespannte Feder erfolgen, deren
Kraft erst bei weiterer Erwärmung des Varistors oder Erwärmung
in bestimmten Bereichen des Ableiters oder der Zuführungen
freigegeben wird.
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Bei
dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel wird
die funktionale Stoppfunktion durch Erreichen der Endposition der
Feder 13 bestimmt. Bei einer weiteren Erwärmung
im Überlastfall wird der Leiterabschnitt 3 aufgrund
der Bimetalleigenschaften bis zum potentialbehafteten Gegenkontakt
(leitfähigem Element 10) weiter ausgelenkt und
bildet somit den Kurzschluss.
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Der
Kurzschlusspfad kann auch eine vom Abtrennarm unabhängige
Aktivierung besitzen und zusätzlich entstehende Wärme
im Bereich der Abtrennvorrichtung nutzen. Hier wäre als
beispielhafte Ausführungsform eine Befestigung eines Haltedrahts an
der Stoppeinrichtung 9 möglich.
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Aus
den vorangegangenen Ausführungsbeispielen ist ersichtlich,
dass die Abschaltcharakteristik der Abtrennvorrichtung in Abhängigkeit
von der Fehlerintensität variiert. Bei einem ersten Fehlerfall
findet eine Öffnungsfunktion bis zu einer ersten Position statt.
Nur bei einem weiteren Energieeintrag wird dann der bewegliche Leiterabschnitt
in eine zweite Position überführt, wodurch ein
Kurzschluss des Ableiters realisierbar ist.
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Der
zusätzliche Energieeintrag kann durch weitere Erwärmung
des Varistors direkt und/oder durch einen entstehenden Lichtbogen
eingebracht werden.
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Im
Fehlerfall mit einem deutlichen Lichtbogenabbrand kann der Leiterabschnitt 3 sofort
mit dem leitfähigen Element 12 in Kurzschluss
gehen, wobei hierfür eine Engstelle oder Solltrennstelle
im oder am Leiterabschnitt vorgesehen ist.
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- 1
- Varistor
- 2
- thermische
Abtrennvorrichtung (ATV)
- 3
- Leiterabschnitt
bzw. Abtrennstreifen oder Schaltzunge
- 4
- Engstelle
- 5
- Schmelzstelle/Lotstelle
- 6
- Varistoranschluss
- 7
- Varistoranschluss
- 7.1
- Außenanschluss
- 8
- Verbindung
zwischen Leiterabschnitt 3 und Varistoranschluss 7
- 9
- Stoppeinrichtung
- 10
- leitfähiges
Element/Gegenkontakt
- 11
- Isolationsfolie
- 12
- Isolationskegel
- 13
- Feder
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4241311
C2 [0003]
- - DE 3805889 C2 [0003]
- - EP 1447831 A1 [0005]
- - EP 0862255 A1 [0005]
- - EP 0860927 A1 [0008]
- - DE 3734214 C2 [0009]
- - DE 4124321 C2 [0010]