DE102008064794B3 - Spark gap arrangement for higher rated voltages - Google Patents

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    • H01T4/16Overvoltage arresters using spark gaps having a plurality of gaps arranged in series

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Abstract

Funkenstreckenanordnung für höhere Bemessungsspannungen, wobei mindestens zwei gegenüberliegende Elektroden aufweisende Funkenstrecken (1; 2) in Reihe geschaltet und in einem Funkenstreckengehäuse (112) befindlich sind, eine der Funkenstrecke passiv und eine der Funkenstrecken aktiv, d. h. triggerbar ausgeführt ist, sowie mit einer Überstromschutzeinrichtung für den Einsatz als blitzstromtragfähiger Netzableiter, dadurch gekennzeichnet, dass die Funkenstrecken (1; 2) eine druckfeste Kapselung (21) mit mindestens einer Druckausgleichsöffnung (6) aufweisen und ein den Abstand der Hauptelektroden (8; 9) der passiven Funkenstrecke (2) überbrückender Einsatz (13) aus einem niederohmigen Material besteht, welches sich bei Strombelastung hinsichtlich der abfallenden Restspannung stark nichtlinear verhält, auf der Oberseite des Funkenstreckengehäuses (112) ein Verdrahtungsträger (800) mit einer Triggerschaltung angeordnet ist, das Funkenstreckengehäuse (112) an seiner Oberseite eine muldenartige Ausnehmung (114) besitzt, die Überstromschutzeinrichtung eine Reihenschaltung aus mehreren Schmelzelementen enthält, wobei ein erster Teil der Reihenschaltung auf einer Seite des Verdrahtungsträgers (800) aus einem mechanischen Reihenverbund (900) besteht und in der muldenartigen Ausnehmung (114) angeordnet ist, wobei ein zweiter. Teil der Reihenschaltung auf einer zweiten, der ersten gegenüberliegenden Seite des Verdrahtungsträgers (800) befindlich ist, aus einem mechanischen Parallelverbund besteht und mindestens eines der Schmelzelemente des mechanischen Parallelverbundes einen Schlagbolzen als mechanischen Auslöser aufweist, wobei der mechanische Parallelverbund von einem Schutzgehäuse (700) umgeben ist, wobei durch den Verdrahtungsträgers (800), die muldenärtige Ausnehmung (114), das Funkenstreckengehäuse (112) und das Schutzgehäuse (700) abgeschottete Teilbereiche gegen Verschmutzung und Überschläge gebildet sind.A spark gap arrangement for higher rated voltages, wherein at least two spark gaps (1, 2) having opposite electrodes are connected in series and located in a spark gap housing (112), one of the spark gaps is passive and one of the spark gaps is active, d. H. triggerable, as well as with an overcurrent protection device for use as a lightning current carrying mains arrester, characterized in that the spark gaps (1, 2) have a flameproof enclosure (21) with at least one pressure equalization opening (6) and a distance of the main electrodes (8; ) of the passive spark gap (2) bridging insert (13) consists of a low-resistance material which is strongly nonlinear behavior at current load with respect to the falling residual voltage, on the upper side of the spark gap housing (112) a wiring support (800) is arranged with a trigger circuit, the Spark gap housing (112) on its upper side a trough-like recess (114), the overcurrent protection device includes a series circuit of a plurality of fuse elements, wherein a first part of the series circuit on one side of the wiring substrate (800) consists of a mechanical series composite (900) and in the muldena a recess (114) is arranged, wherein a second. Part of the series connection on a second, the first opposite side of the wiring substrate (800) is located, consists of a mechanical parallel connection and at least one of the fuses of the mechanical parallel composite has a firing pin as a mechanical trigger, wherein the mechanical parallel composite surrounded by a protective housing (700) is, wherein by the wiring substrate (800), the trough-shaped recess (114), the spark gap housing (112) and the protective housing (700) isolated portions are formed against contamination and flashovers.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Funkenstreckenanordnung für höhere Bemessungsspannungen, wobei mindestens zwei, gegenüberliegende Elektroden aufweisende Funkenstrecken in Reihe geschaltet und in einem Funkenstreckengehäuse befindlich sind und mindestens eine der Funkenstrecken aktiv, d. h. triggerbar ausgeführt ist, sowie mit einer Überstromschutzeinrichtung für den Einsatz als blitzstromtragfähiger Netzableiter, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention is based on a spark gap arrangement for higher rated voltages, wherein at least two spark gaps having opposite electrodes are connected in series and located in a spark gap housing and at least one of the spark gaps is active, ie. H. triggerable, as well as with an overcurrent protection device for use as a lightning current carrying mains arrester, according to the preamble of patent claim 1.

Eine Reihenschaltung von zwei Funkenstrecken für die Begrenzung von Überspannungen in Niederspannungsanlagen, bestehend aus drei Elektroden, wobei für die Schaffung jeder Funkenstrecke zwei dieser Elektroden sich jeweils mit einer Fläche gegenüberliegen und durch eine Isolationsschicht voneinander im Abstand gehalten sind, ist aus der DE 39 14 624 C2 vorbekannt. Die dortigen Funkenstrecken besitzen eine stark unterschiedliche Eigenkapazität, wodurch die Ansprechspannung der Gesamtanordnung im Wesentlichen durch die Funkenstrecke mit der kleineren Kapazität bestimmt wird.A series circuit of two spark gaps for the limitation of surges in low-voltage systems, consisting of three electrodes, wherein for the creation of each spark gap, two of these electrodes are each opposite to a surface and are held apart by an insulating layer, is from DE 39 14 624 C2 previously known. The local spark gaps have a very different inherent capacity, whereby the response voltage of the overall arrangement is determined essentially by the spark gap with the smaller capacity.

Aus der DE 42 40 138 A1 ist eine ausblasende Funkenstrecke vorbekannt, bei welcher in Reihe zu einer kurzen Funkenstrecke mit Isolationsmaterial eine oder mehrere Funkenstrecken mit niederohmigem Material in Reihe geschaltet sind. Hierbei definiert die Funkenstrecke mit dem Isolationsmaterial die Ansprechspannung der Gesamtanordnung.From the DE 42 40 138 A1 a Ausblasende spark gap is previously known, in which in series with a short spark gap with insulation material one or more spark gaps are connected in series with low-resistance material. In this case, the spark gap with the insulating material defines the response voltage of the overall arrangement.

Bei der blitzstromtragfähigen Mehrfachfunkenstrecke nach EP 1 381 127 A2 wird von mehreren, in Reihe geschalteten Teilfunkenstrecken ausgegangen, wobei die Teilfunkenstrecken mit Ausnahme der im Blitzstromereignisfall ersten ansprechenden Funkenstrecke durch Impedanzen geschaltet sind, so dass diese sukzessive durchschalten. Die zweite und die weiteren Funkenstrecken sind über die Impedanzen direkt an ein gemeinsames Bezugspotential angeschlossen. Mit der dort vorgestellten Funkenstrecke soll die Ansprechspannung reduziert werden. Hierfür ist an mindestens die Elektroden einer der Teilfunkenstrecken eine Triggerspannung angelegt, mittels derer die Teilfunkenstrecke zum Durchschalten gezwungen wird.At the lightning current carrying multiple spark gap after EP 1 381 127 A2 is assumed by several, connected in series partial spark gaps, the partial spark gaps, with the exception of the lightning current event case first responding spark gap are connected by impedances, so that they switch through successively. The second and the further spark gaps are connected via the impedances directly to a common reference potential. With the spark gap presented there, the response voltage should be reduced. For this purpose, a trigger voltage is applied to at least the electrodes of one of the partial spark gaps, by means of which the partial spark gap is forced to switch through.

Ähnliche Anordnungen mit mehreren Teilfunkenstrecken sind in der WO 2007/003 706 A1 und der US 4 860 156 B1 für Anwendungen im Hochspannungsbereich offenbart.Similar arrangements with several partial spark gaps are in the WO 2007/003 706 A1 and the US Pat. No. 4,860,156 B1 for high voltage applications.

Aus der DE 10 2004 006 988 A1 ist ein Überspannungsschutzelement auf Funkenstreckenbasis mit mindestens zwei in einem druckdichten Gehäuse befindlichen Hauptelektroden und einer Zündhilfselektrode vorbekannt, wobei im Gehäusevolumen eine Funktionsbaugruppe zum Reduzieren der Ansprechspannung untergebracht ist. Diese Funktionsbaugruppe umfasst eine Reihenschaltung eines spannungsschaltenden Elements, einer Impedanz und einer Trennstrecke, so dass eine vereinfachte, quasi integrierte Zündhilfe entsteht.From the DE 10 2004 006 988 A1 is a spark arrestor overvoltage protection element with at least two located in a pressure-tight housing main electrodes and a Zündhilfselektrode known, wherein in the housing volume, a functional assembly is housed for reducing the Ansprechspannung. This functional module comprises a series connection of a voltage-switching element, an impedance and an isolating distance, so that a simplified, quasi-integrated starting aid is created.

Zusammenfassend gehört es zum bekannten Stand der Technik, Funkenstrecken durch Reihenschaltung für den Einsatz bei höheren Bemessungsspannungen zu ertüchtigen. Eine einfache Reihenschaltung führt bei triggerbaren Funkenstrecken neben den erheblichen Kosten zu Einschränkungen hinsichtlich des Schutzpegels sowie der Koordinierbarkeit des Ableiters und erfordert im Regelfall auch eine zusätzliche aufwendige Potentialsteuerung.In summary, it belongs to the known state of the art to make spark gaps suitable for use at higher rated voltages by series connection. A simple series connection leads to triggerable spark gaps in addition to the considerable costs to restrictions in terms of protection level and the coordination of the arrester and usually requires an additional complex potential control.

Aus der DE 199 14 313 A1 ist die Absicherung einer Zündhilfe einer Funkenstrecke vorbekannt. Hierbei werden Schmelzsicherungen bzw. reversible Sicherungen eingesetzt. Das Schmelzen der Sicherung wird unter Zuhilfenahme elektronischer Schaltungen zur optischen, akustischen und/oder elektronischen Anzeige genutzt.From the DE 199 14 313 A1 is the hedge of a starting aid a spark gap previously known. In this case, fuses or reversible fuses are used. The melting of the fuse is used with the aid of electronic circuits for optical, acoustic and / or electronic display.

Nach dem Ansprechen der Sicherung soll die Funkenstrecke ohne Zündhilfe eine redundante Schutzfunktion mit einem erhöhten Schutzpegel ausüben können. Die Ableitung einer Anzeigefunktion aus dem Abschaltverhalten von Sicherungen ist darüber hinaus aus der DE 38 31 935 A1 , der DE 197 51 470 A1 oder der DE 32 28 471 A1 vorbekannt.After the fuse has responded, the spark gap should be able to exert a redundant protective function with an increased protection level without an ignition aid. Derivation of a display function from the shutdown behavior of fuses is beyond the DE 38 31 935 A1 , of the DE 197 51 470 A1 or the DE 32 28 471 A1 previously known.

Die US 6 157 529 A offenbart die Unterbrechung eines Stromkreises mit Hilfe der Abschaltung einer Sicherung und einer Haltespule eines Schalters.The US Pat. No. 6,157,529 A discloses the interruption of a circuit by means of the disconnection of a fuse and a holding coil of a switch.

Zündhilfen, wie in der DE 199 14 313 A1 beschrieben, werden auch bei Kombiableitern eingesetzt. Bei diesen Ableitern kann die Zündhilfe selbst als eigenständiges Überspannungsschutzgerät ausgeführt werden, welches erst bei der Gefahr der eigenen Überlastung über eine Triggerfunktion das Kurzschlusselement, im allgemeinen eine Funkenstrecke, aktiviert. Ein Kombiableiter ist beispielsweise in der DE 198 38 776 C2 gezeigt.Ignition aids, as in the DE 199 14 313 A1 described, are also used in combination arresters. With these arresters, the starting aid itself can be designed as an independent overvoltage protection device, which activates the short-circuit element, generally a spark gap, only at the risk of its own overload via a trigger function. A combination arrester is for example in the DE 198 38 776 C2 shown.

Zum Stand der Technik bezüglich spezieller Ausgestaltung gekapselter, druckfest ausgeführter, nicht hermetisch dichter und rotationssymmetrischer Hochleistungsfunkenstrecken sei noch auf die DE 10 2007 015 931 A1 und die DE 10 2006 034 404 A1 verwiesen, wobei letztere auch eine Überstromschutzeinrichtung für den Einsatz in Überspannungsschutzgeräten mit zusätzlichem mechanischen Auslöser, als Schlagbolzen ausgeführt, zum Inhalt hat.The state of the art with regard to special embodiment of encapsulated, pressure-resistant executed, non-hermetically sealed and rotationally symmetrical high-performance spark gaps is still on the DE 10 2007 015 931 A1 and the DE 10 2006 034 404 A1 The latter also includes an overcurrent protection device for use in surge protection devices with an additional mechanical release, designed as a firing pin.

Die gattungsbildende GB 2 179 214 A zeigt eine Überspannungsschutzanordnung auf der Basis der Reihenschaltung einer triggerbaren und einer nicht triggerbaren Funkenstrecke. The generic GB 2 179 214 A shows an overvoltage protection arrangement on the basis of the series connection of a triggerable and a non-triggerable spark gap.

Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte Funkenstreckenanordnung für höhere Bemessungsspannungen anzugeben, wobei mindestens zwei, gegenüberliegende Elektroden aufweisende Funkenstrecken in Reihe geschaltet sind und eine der Funkenstrecken aktiv, d. h. triggerbar ausgeführt ist. Hinsichtlich des Ansprechverhaltens und der Koordination soll ausschließlich die triggerbare, d. h. aktive Funkenstrecke der Gesamtanordnung dominieren. Bei dem Auftreten von Netzfolgeströmen soll die Anordnung wie eine übliche Reihenschaltung von Funkenstrecken wirken.From the foregoing, it is therefore an object of the invention to provide a further developed spark gap arrangement for higher rated voltages, wherein at least two, opposing electrodes having spark gaps are connected in series and one of the spark gaps active, d. H. Triggerable is executed. Regarding the response and the coordination, only the triggerable, d. H. active spark gap of the overall arrangement dominate. When line sequencers occur, the arrangement should act like a conventional series of spark gaps.

Die Lichtbogenspannung setzt sich aus den Teilspannungen der beiden Funkenstrecken zusammen und es teilt sich auch nach dem Stromnulldurchgang die wiederkehrende Netzspannung auf die Funkenstrecken auf. Damit gilt es, zwischen der getriggerten und der passiven, d. h. nicht aktiven Funkenstrecke eine belastungsabhängige Funktionsteilung zu sichern.The arc voltage is composed of the partial voltages of the two spark gaps and it is divided even after the current zero crossing the recurrent mains voltage on the spark gaps. This means that between the triggered and the passive, d. H. not active spark gap to secure a load-dependent division of functions.

Aufgabe der Erfindung ist es ebenso, eine Überstromschutzeinrichtung für den Einsatz in Überspannungsschutzgeräten auf der Basis von Funkenstrecken mit höheren Nennspannungen im Bereich von 440 V bis 760 V und mehr anzugeben, und zwar in Kombination mit einem mechanischen Auslöser für eine Anzeige sowie Schmelzelementen für den Überlastschutz. Dabei soll die Möglichkeit geschaffen werden, unter Verwendung von geometrisch baugleichen Gehäuse-, Anzeige- sowie Montageteilen bei verschiedenen Spannungsniveaus eine ökonomische und funktional sinnvolle Auslegung der aktiven Teile zu gestalten, so dass eine leichte Anpassbarkeit an unterschiedliche Verwendungs- und Einsatzfälle gegeben ist.The object of the invention is also to provide an overcurrent protection device for use in overvoltage protection devices based on spark gaps with higher rated voltages in the range of 440 V to 760 V and more, in combination with a mechanical trigger for a display and fuses for overload protection , The possibility should be created, using geometrically identical housing, display and mounting parts at different voltage levels to make an economical and functional meaningful design of the active parts, so that an easy adaptability to different uses and applications is given.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Funkenstreckenanordnung gemäß der Merkmalskombination nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.The object is achieved by a spark gap arrangement according to the feature combination according to claim 1, wherein the dependent claims represent expedient refinements and developments.

Bei der erfindungsgemäßen Reihenschaltung werden Funkenstrecken eingesetzt, die sich in einer druckfesten Kapselung befinden und welche mindestens eine Druckausgleichsöffnung aufweisen. Weiterhin ist ein den Abstand der Hauptelektroden der Funkenstrecke überbrückender Einsatz vorgesehen, der aus einem niederohmigen Material besteht. Dieses Material verhält sich bei Strombelastung hinsichtlich der abfallenden Restspannung stark nichtlinear.In the series connection according to the invention spark gaps are used, which are located in a flameproof enclosure and which have at least one pressure equalization opening. Furthermore, a distance of the main electrodes of the spark gap bridging insert is provided, which consists of a low-resistance material. This material behaves strongly under current load with respect to the decreasing residual voltage nonlinear.

Bei einer ersten Ausführungsvariante wird die Reihenschaltung aus zwei körperlich separierten Funkenstrecken gebildet, wobei eine der Funkenstrecken triggerbar und die zweite Funkenstrecke passiv ausgeführt ist.In a first embodiment variant, the series connection is formed from two physically separated spark gaps, one of the spark gaps being triggerable and the second spark gap being passive.

Die bevorzugt eingesetzten Funkenstrecken sind rotationssymmetrisch ausgeführt. Die jeweiligen gegenüberliegenden Hauptelektroden umfassen eine Hauptelektrode mit Gasumlenkkanal. Bezüglich der Grundkonstruktion der eingesetzten Funkenstrecken sei auf die Lehre nach Patent DE 10 2005 024 658 B4 verwiesen.The spark gaps preferably used are rotationally symmetrical. The respective opposing main electrodes comprise a main electrode with Gasumlenkkanal. With regard to the basic construction of the spark gaps used, reference is made to the teaching according to the patent DE 10 2005 024 658 B4 directed.

Zwischen den sich gegenüberliegenden Hauptelektroden der mindestens einen passiven Funkenstrecke ist der bereits erwähnte überbrückende, niederohmige Einsatz als bevorzugt rotationssymmetrisches Teil mit zylinderförmiger, den Lichtbogenbrennraum begrenzender Öffnung angeordnet. Die der Hauptelektrode mit Gasumlenkkanal gegenüberliegende Hauptelektrode weist einen Nasenabschnitt oder einen Vorsprung auf, welcher in die zylinderförmige Öffnung, mit der Wandung dieser in Kontakt kommend, eintaucht. Es versteht sich, dass der Nasenabschnitt in seiner Außenkontur komplementär zur Gestalt der zylinderförmigen Öffnung auszubilden ist.Between the opposing main electrodes of the at least one passive spark gap, the bridging, low-impedance insert already mentioned is arranged as a preferably rotationally symmetrical part with a cylindrical opening delimiting the arc combustion chamber. The main electrode opposite the main electrode with the gas deflection channel has a nose portion or a projection which dips into the cylindrical opening, with the wall coming into contact with it. It is understood that the nose portion is to be formed in its outer contour complementary to the shape of the cylindrical opening.

Das niederohmige Material des Einsatzes weist bevorzugt einen Kaltwiderstand von <100 Ohm auf.The low-resistance material of the insert preferably has a cold resistance of <100 ohms.

Der Einsatz besitzt bei einer Ausführungsvariante eine Hohlzylinderform und liegt mit einer Stirnseite vollflächig an der Hauptelektrode mit Gasumlenkkanal an.The insert has in one embodiment, a hollow cylindrical shape and is located with one end face over the entire surface of the main electrode with Gasumlenkkanal.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass der bevorzugt hohlzylinderförmige Einsatz mit jeweils einer seiner Stirnseiten jeweils vollflächig in Kontakt mit jeweils einer Hauptelektrode steht.Furthermore, there is the possibility that the preferably hollow-cylindrical insert, in each case with one of its end faces, is in contact with one main electrode in each case over its entire surface.

Bei dieser Ausführungsform erfolgt der Überschlag zwischen den Hauptelektroden erst nach einer vergleichsweise längeren Zeitdauer oder bei sehr hohen Impulsströmen, was insbesondere dann von Interesse ist, wenn die Restspannung der Funkenstrecke bei einer Vielzahl von impulsförmigen Entladungen oberhalb der Nennspannung liegen soll, um einen Netzfolgestrom zu unterbinden.In this embodiment, the flashover between the main electrodes takes place only after a comparatively longer period of time or at very high pulse currents, which is of particular interest when the residual voltage of the spark gap is to be above the rated voltage for a plurality of pulse-shaped discharges in order to prevent a Netzfolgestrom ,

Der lichte Abstand zwischen den jeweiligen Hauptelektroden der Funkenstrecken ist wesentlich größer als derjenige, wie er im bekannten Stand der Technik bei entsprechenden Reihenschaltungen zu finden ist, und liegt mindestens bei ca. 5 mm.The clear distance between the respective main electrodes of the spark gaps is substantially greater than that which can be found in the known state of the art in corresponding series circuits, and is at least about 5 mm.

Die Druckausgleichsöffnungen sind grundsätzlich in axiale Richtung der rotationssymmetrischen Funkenstrecken orientiert und weisen voneinander weg, um eine unerwünschte Berußung von funktionswichtigen Teilen zu verhindern.The pressure equalization openings are basically in the axial direction of oriented rotationally symmetric spark gaps and point away from each other to prevent unwanted exposure of functionally important parts.

Zwischen dem rotationssymmetrischen Teil mit zylinderförmiger Öffnung und der Hauptelektrode mit Nasenabschnitt kann bei einer weiteren Ausführungsform ein Übergangsteil vorgesehen sein, welches gegenüber dem Einsatz einen höheren Widerstandswert aufweist, jedoch leitfähig ist.Between the rotationally symmetric part with cylindrical opening and the main electrode with nose section, in a further embodiment, a transition part may be provided which has a higher resistance value relative to the insert, but is conductive.

Die geometrische Gestalt des Einsatzes kann in radialer und/oder axialer Richtung zur Einstellung und Variation der Stromdichte Veränderungen unterworfen werden, so dass bei der bevorzugten rotationssymmetrischen Grundkonstruktion und einem gewünschten modulartigen Aufbau durch Austausch des Einsatzes verschiedenartige elektrische Parameter verwirklicht werden können.The geometric shape of the insert can be subjected to changes in the radial and / or axial direction for adjusting and varying the current density, so that in the preferred rotationally symmetrical basic construction and a desired modular structure by replacing the insert various electrical parameters can be realized.

Bei einer Anordnung von zwei Funkenstrecken in einem gemeinsamen, druckfesten Gehäuse ist bevorzugt eine gemeinsame Mittel-Hauptelektrode vorgesehen, welche in diesem Fall gegenüber der Mantelkapselung isoliert ist.In an arrangement of two spark gaps in a common, pressure-resistant housing, a common central main electrode is preferably provided, which in this case is insulated from the jacket encapsulation.

Die Druckausgleichsöffnungen sind axial und gegenüberliegend im Bereich der Außenkontaktierung der jeweiligen Hauptelektrode als Kanäle kleinen Querschnitts zum langsamen Druckabbau des bereits abgekühlten Gases ausgeführt. Auch bezogen auf die Ausbildung der Druckausgleichskanäle und der mäanderförmigen Umlenkung der Gasströmung sei auf die Patentanmeldung DE 10 2007 015 931 A1 verwiesen.The pressure compensation openings are designed axially and opposite in the region of the external contact of the respective main electrode as channels of small cross section for the slow pressure reduction of the already cooled gas. Also based on the design of the pressure equalization channels and the meandering deflection of the gas flow is to the patent application DE 10 2007 015 931 A1 directed.

Die externe Triggerschaltung zum Zünden der aktiven Funkenstrecke ist auf die Triggerelektrode dieser aktiven Funkenstrecke und auf die elektrischen Endanschlusspunkte der Reihenschaltung geführt.The external trigger circuit for igniting the active spark gap is guided on the trigger electrode of this active spark gap and on the electrical end connection points of the series connection.

Mit der vorgestellten Funkenstreckenanordnung gelingt es, Standard-Funkenstrecken in gekapselter, druckfester Ausführung mit Druckausgleichsöffnungen für höhere Nennspannungen durch Reihenschaltung zu ertüchtigen, wobei in einer einfachen Basisvariante nur eine einzige getriggerte Funkenstrecke mit einer einzigen passiven Funkenstrecke in Reihe verschaltet wird. Bei der Erfindungslehre wird die notwendige Folgestrombegrenzung durch die Erhöhung der Lichtbogenfeldstärke infolge der Druckerhöhung bzw. in Kombination mit der Lichtbogenkühlung durch Beströmen des Lichtbogens innerhalb von gekapselten Funkenstrecken erreicht. Dabei betragen die Abstände der Hauptelektroden mindestens 5 mm. Das niederohmige Material des Einsatzes befindet sich innerhalb der passiven Funkenstrecke unmittelbar im Bereich des Lichtbogenkanals und begrenzt radial vollständig oder teilweise den wandstabilisierten Lichtbogen.With the proposed spark gap arrangement, it is possible to standard standard spark gaps in encapsulated, pressure-resistant design with pressure equalization openings for higher nominal voltages through series connection, in a simple basic variant, only a single triggered spark gap is connected in series with a single passive spark gap. In the teaching of the invention, the necessary follow current limiting is achieved by increasing the arc field strength due to the pressure increase or in combination with the arc cooling by flowing the arc within encapsulated spark gaps. The distances between the main electrodes are at least 5 mm. The low-resistance material of the insert is located within the passive spark gap directly in the region of the arc channel and radially or completely limits the wall-stabilized arc.

Das Material, das den Abstand zwischen den Hauptelektroden der passiven Funkenstrecke überbrückt, weist einen Kaltwiderstand von weniger als 100 Ohm auf und verhält sich bei Strombelastung hinsichtlich der abfallenden Restspannung stark nicht linear, d. h. die Spannung fällt trotz weiter steigendem Strom ab. Das eingesetzte Material kann kurzzeitig impulsförmige Ströme von mehreren kA ohne nachhaltige Schädigung bis zum Überschlagen führen. Die dabei entstehende Restspannung liegt deutlich unter 2 kV. Die Höhe und die Dauer der Restspannung kann zudem über die Beeinflussung der Stromdichteverteilung im Material selbst, durch die geometrische Gestaltung des Einsatzes bzw. aber auch durch eine funktionale Unterteilung aus mehreren Materialien eingestellt bzw. beeinflusst werden.The material bridging the distance between the main electrodes of the passive spark gap has a cold resistance of less than 100 ohms and behaves strongly non-linearly at current load with respect to the falling residual voltage. H. the voltage drops in spite of further increasing current. The material used can briefly cause pulsed currents of several kA without lasting damage until overturning. The resulting residual voltage is well below 2 kV. The height and the duration of the residual stress can also be set or influenced by influencing the current density distribution in the material itself, by the geometric design of the insert or else by a functional subdivision from a plurality of materials.

Die passive Funkenstrecke beeinflusst nicht das Ansprech-, Koordinations- und Restspannungsverhalten der gesamten Reihenschaltung. Durch die Unterteilung in Teilfunkenstrecken sinkt die thermische und dynamische Belastung jeder Einzelfunkenstrecke und es ergeben sich vielfältige konstruktive Gestaltungsmöglichkeiten. Das Leistungsvermögen des sich aus der Reihenschaltung ergebenden Blitzstromableiters ist hinsichtlich der Folgestrombegrenzung, des Blitzstromtragvermögens und der Alterung verbessert. Gegenüber einer Reihenschaltung von zwei triggerbaren Ableitern ergibt sich der Vorteil, dass sowohl Raum als auch Kosten für die zweite bzw. mehrere Zündeinheiten eingespart werden können. Bei einer üblichen Reihenschaltung von triggerbaren Funkenstrecken muss nämlich entweder eine zeitgleiche Zündung erfolgen, was hohe Anforderungen an die Funkenstrecken, die Triggerschaltung und die Potentialsteuerung stellt, oder es muss die Triggerschaltung die Zündverzugszeiten der einzelnen Funkenstrecken ausgleichen können, da üblicherweise Triggerschaltungen nur einen zeitlich und energetisch begrenzten Zündimpuls liefern. Durch den Einsatz einer oder mehrerer passiver Funkenstrecken in der erfindungsgemäßen Ausführungsform der Reihenschaltung können die Kosten für zusätzliche Zündschaltungen eingespart werden.The passive spark gap does not affect the response, coordination and residual voltage behavior of the entire series connection. The subdivision into partial spark gaps reduces the thermal and dynamic load on each single spark gap and there are many design options. The performance of the series-connected lightning arrester is improved in terms of follow current limiting, lightning current carrying capacity and aging. Compared to a series connection of two triggerable arresters, there is the advantage that both space and costs for the second or multiple ignition units can be saved. In a conventional series connection of triggerable spark gaps namely either a simultaneous ignition must be done, which makes high demands on the spark gaps, the trigger circuit and the potential control, or the trigger circuit must be able to compensate the Zündverzugszeiten the individual spark gaps, since usually trigger circuits only one time and energy provide limited ignition pulse. By using one or more passive spark gaps in the embodiment of the series connection according to the invention, the costs for additional ignition circuits can be saved.

Ausgehend von der vorgestellten Grundkonstruktion der Reihenschaltung von Funkenstrecken ist es möglich, Ableiter für 440 V, aber auch für 760 V Spannungen zu fertigen. Dabei verfügt der Ableiter für die Ebene mit 440 V über eine passive Funkenstrecke und eine in Reihe geschaltete triggerbare Funkenstrecke mit Triggerschaltung.Based on the presented basic design of the series connection of spark gaps, it is possible to produce arresters for 440 V as well as for 760 V voltages. The arrester has a passive spark gap for the 440 V level and a triggerable spark gap connected in series with a trigger circuit.

Bei Geräten mit höherer Spannung sind zwei triggerbare Funkenstrecken in Reihe geschaltet. Die entsprechenden Triggerschaltungen sind auf der im Ausführungsbeispiel beschriebenen Steuerplatine vorhanden. Die übrigen Mittel wie Sicherungselemente und die Anzeigeeinheiten sind jeweils identisch, d. h. hier bestehen zwischen den Ableitern 440 V/760 V keine wesentlichen Unterschiede.For devices with higher voltage, two triggerable spark gaps are connected in series. The corresponding trigger circuits are described in the embodiment Control board available. The other means such as fuse elements and the display units are identical, ie there are no significant differences between the arresters 440 V / 760 V.

Ein Grundgedanke der Erfindung liegt darin, die Sicherungselemente für die Funkenstreckenanordnung, insbesondere Schmelzelemente, in eine Reihenschaltung mehrerer Sicherungen aufzuteilen, die neben der elektrischen Verbindung teilweise in einem mechanischen Reihenverbund und andererseits teilweise in einem mechanischen Parallelverbund stehen. Durch die so vorgenommene Aufteilung der Sicherungsanordnung entstehen verschiedene Möglichkeiten der geometrischen Gestaltung und damit zur optimalen Raumausnutzung bei ansonsten eingesetzten Standardgehäusen.A basic idea of the invention resides in dividing the fuse elements for the spark gap arrangement, in particular fusible elements, into a series connection of a plurality of fuses which, in addition to the electrical connection, are partly in a mechanical series connection and partly in a mechanical parallel connection. By thus made division of the fuse arrangement arise various possibilities of geometric design and thus for optimal space utilization in otherwise used standard housings.

Die Aufteilung erlaubt darüber hinaus eine große Varianz hinsichtlich Restspannungsverhalten, Überschlagsschutz, Strombegrenzung, dem eigentlichen Leistungsvermögen und den notwendigen Abständen zu gefährdeten weiteren Bauteilen, insbesondere einer Triggerschaltung.The division also allows a large variance in terms of residual voltage behavior, rollover protection, current limitation, the actual performance and the necessary distances to vulnerable other components, in particular a trigger circuit.

Wie bereits dargelegt, ist erfindungsgemäß eine Reihenschaltung aus mehreren Schmelzelementen vorgesehen, welche einen geometrisch vorgegebenen, mechanischen und elektrischen Verbund bilden.As already stated, according to the invention a series connection of a plurality of fuse elements is provided which form a geometrically predetermined, mechanical and electrical connection.

Diese Reihenschaltung weist einen mechanischen und elektrischen Parallelverbund aus Schmelzelementen auf, wobei mindestens eines der Schmelzelemente des Parallelverbunds einen Schlagbolzen als mechanischen Auslöser zum Betätigen einer Funktionsanzeige umfasst.This series circuit has a mechanical and electrical parallel composite of fusible elements, wherein at least one of the fuses of the parallel compound comprises a firing pin as a mechanical trigger for actuating a function display.

Ein erster Teil des Reihenverbunds ist auf einer Seite eines Verdrahtungsträgers, insbesondere einer Leiterplatte, und ein zweiter Teil des Reihenverbunds auf einer zweiten, der ersten gegenüberliegenden Seite des Verdrahtungsträgers befindlich.A first part of the series combination is located on one side of a wiring substrate, in particular a printed circuit board, and a second part of the series compound is located on a second, the first opposite side of the wiring substrate.

Der erste Teil des Reihenverbunds umfasst mindestens zwei zylindrische Einzelsicherungen, welche durch einen leitfähigen Zylinder an den Stirnseiten und dort vorhandenen Anschlusskappen mechanisch und elektrisch verbunden sind. Diese mechanische und elektrische Verbindung mit Hilfe des leitfähigen Zylinders erfolgt nur im Bereich der mechanischen Anschlusskappen, so dass die Isolations- und Trennabstände erhalten bleiben.The first part of the series composite comprises at least two cylindrical individual fuses, which are mechanically and electrically connected by a conductive cylinder on the end faces and connecting caps present there. This mechanical and electrical connection with the aid of the conductive cylinder takes place only in the area of the mechanical connection caps, so that the insulation and separation distances are maintained.

Der Verbund aus den zylindrischen Einzelsicherungen mit dem leitfähigen Verbindungszylinder kann von einem isolierenden Material, insbesondere von einem Schrumpfschlauch überzogen sein.The composite of the cylindrical individual fuses with the conductive connecting cylinder may be coated by an insulating material, in particular by a shrink tube.

Der zweite Teil des Reihenverbunds umfasst den bereits erwähnten Parallelverbund, wobei der Parallelverbund überwiegend von einem Schutzgehäuse umgeben ist, dem weitere, nachstehend noch geschilderte Funktionen zugewiesen werden können.The second part of the series network comprises the already mentioned parallel network, wherein the parallel network is predominantly surrounded by a protective housing to which further functions, which are described below, can be assigned.

Die Anschlusskappen der Schmelzelemente des Parallelverbunds sind elektrisch und mechanisch verbunden und gehen in einen Anschlussfortsatz über, welcher jeweils eine Montage auf dem Verdrahtungsträger ermöglicht.The connection caps of the fusible elements of the parallel connection are electrically and mechanically connected and merge into a connection extension, which in each case allows mounting on the wiring carrier.

Die freien Enden der Einzelsicherungen des ersten Teils des Reihenverbunds weisen ebenfalls Anschlusskappen mit Lötfähnchen oder laschenartigen Fortsetzen auf.The free ends of the individual fuses of the first part of the series composite also have connection caps with Lötfähnchen or tab-like continuations.

Zur Anpassung an die Nennspannungsbereiche besteht die Möglichkeit, eine oder mehrere der Einzelsicherungen bzw. Schmelzelemente durch einen leitfähigen, insbesondere metallischen, geometrisch im Durchmesser angepassten Zylinder zu ersetzen. Dabei kann der Zylinder auch über eine vorgegebene Impedanz verfügen.To adapt to the nominal voltage ranges, it is possible to replace one or more of the individual fuses or fusible elements by a conductive, in particular metallic, geometrically diameter-matched cylinder. The cylinder may also have a predetermined impedance.

Der Verdrahtungsträger weist in einer bevorzugten Ausführungsform eine langgestreckte, rechteckige Gestalt mit an den Schmalseiten angebrachten Schraubanschlusslaschen auf.In a preferred embodiment, the wiring carrier has an elongate, rectangular shape with screw connection lugs attached to the narrow sides.

Der erste Teil des Reihenverbunds ist an einer Längsaußenkante, mit dieser im Wesentlichen seitlich abschließend, am Verdrahtungsträger befindlich.The first part of the series composite is at a longitudinal outer edge, with this substantially laterally terminating, located on the wiring carrier.

Der zweite Teil des Reihenverbunds, den Parallelverbund enthaltend, ist im Wesentlichen rechtwinklig zur Längsachse des ersten Teils des Reihenverbunds auf dem Verdrahtungsträger angeordnet.The second part of the series composite, containing the parallel connection, is arranged essentially at right angles to the longitudinal axis of the first part of the series combination on the wiring carrier.

Das Schutzgehäuse ist zur Längskante des Verdrahtungsträgers offen, um einen Austritt des Schlagbolzens sowie eine Wirkverbindung des Schlagbolzens hin zu einem federvorgespannten Anzeigeschieber zu gestatten.The protective housing is open to the longitudinal edge of the wiring substrate, to allow an exit of the firing pin and an operative connection of the firing pin towards a spring-biased indicator slide.

Das Schutzgehäuse besitzt an seiner vom Verdrahtungsträger abgewandten Oberseite eine farblich gestaltete Indikatorfläche oder einen Indikatorflächenfortsatz, der am Gehäuse angeformt ist. Hierdurch kann bezogen auf ein Sichtfenster in einer Abschlusskappe oder einem Außengehäuse, das einen Blick auf die Oberseite des Schutzgehäuses freigibt, ein Funktionszustand angezeigt werden, indem ein Schieber entweder den Blick auf die Oberseite freigibt oder diesen Blick versperrt.The protective housing has on its upper side facing away from the wiring substrate a color-coded indicator surface or an indicator surface extension, which is integrally formed on the housing. In this way, based on a viewing window in a cap or an outer housing, which reveals a view of the top of the protective housing, a functional state can be displayed by a slide either the view of the top releases or blocks this view.

Es besitzt also das Schutzgehäuse zum einen die Funktion der Isolation des Parallelverbunds und dient dem Zweck des Zurückhaltens von Elementen im Fall des Auslösens dieser Sicherung. Weiterhin dient das Gehäuse der vorerwähnten Bildung einer Indikatorfläche oder der Aufnahme eines Indikatorflächenfortsatzes.It therefore has the protective housing on the one hand, the function of the isolation of the parallel compound and is for the purpose of retaining elements in the event this fuse is triggered. Furthermore, the housing serves for the aforementioned formation of an indicator surface or the reception of an indicator surface extension.

Der Verdrahtungsträger ist bevorzugt auf der Oberseite eines Gehäuses montierbar, wobei das Gehäuse in seinem Inneren eine Anordnung von Überspannungsableitern, insbesondere Funkenstrecken aufnimmt. Diese Anordnung von Überspannungsableitern, insbesondere Funkenstrecken liegt in Reihenschaltung vor.The wiring carrier is preferably mountable on the upper side of a housing, wherein the housing accommodates in its interior an arrangement of surge arresters, in particular spark gaps. This arrangement of surge arresters, in particular spark gaps is in series connection.

Eine der Funkenstrecken der Anordnung isttriggerbar, wobei in diesem Fall die Triggerschaltung sich auf dem Verdrahtungsträger befindet.One of the spark gaps of the device is triggerable, in which case the trigger circuit is on the wiring carrier.

Das Gehäuse zur Aufnahme der Funkenstrecken besitzt an seiner Oberseite über eine Längskante eine muldenartige Ausnehmung, in welche der erste Teil des Reihenverbunds eintaucht, um auf diese Weise eine Schutz- und Isolationsfunktion des ersten Teils des Reihenverbunds zu bewirken.The housing for receiving the spark gaps has on its upper side over a longitudinal edge a trough-like recess, in which the first part of the series compound dips, in order to effect a protective and insulating function of the first part of the series compound.

Die Gesamtanordnung aus im Gehäuse montierten Funkenstrecken, auf der Oberseite des Gehäuses befindlichen Verdrahtungsträger mit elektrischen Elementen sowie der Reihenschaltung aus mehreren Schmelzelementen ist von einer isolierenden Kappe umgebbar, wobei die Kappe das bereits erwähnte Sichtfenster zum Erkennen des Funktionszustands bezüglich der Indikatorflächen aufweist.The overall arrangement of housing-mounted spark gaps, located on the top of the housing wiring substrate with electrical elements and the series circuit of a plurality of fuses is surrounded by an insulating cap, the cap having the aforementioned window for detecting the functional state with respect to the indicator surfaces.

Die Überstromschutzeinrichtung ist durch einen modulartigen Aufbau mit ausgewählten Schmelzelementen für die Reihenschaltung gekennzeichnet, um eine leichte Anpassung an unterschiedliche Nennspannungen zu bewirken.The overcurrent protection device is characterized by a modular design with selected fuses for series connection to cause easy adaptation to different rated voltages.

Der Anzeigeschieber, welcher federvorgespannt ist und vom Schlagbolzen des Parallelverbunds freigegeben werden kann, besitzt eine Anzeigefläche, welche eine farblich abweichende Indikatorfläche, insbesondere die Indikatorfläche der Oberseite des Schutzgehäuses freigibt oder verdeckt.The display slider, which is spring-biased and can be released from the firing pin of the parallel connection, has a display surface which releases or obscures a color-deviating indicator surface, in particular the indicator surface of the top of the protective housing.

Weiterhin besitzt der Anzeigeschieber einen Fortsatz, welcher sich in Längsrichtung über die Schmalseite des Verdrahtungsträgers hinaus erstreckt, um dort mit einem Fernmeldekontakt in Wirkverbindung zu treten.Furthermore, the display slider has an extension, which extends in the longitudinal direction beyond the narrow side of the wiring substrate, in order to interact there with a telecommunications contact in operative connection.

Die in der Reihenschaltung der Überstromschutzeinrichtung einsetzbaren Schmelzelemente bestehen aus preiswert zu fertigenden Einzelsicherungen, jeweils z. B. für eine Spannungsebene von 250 V.The usable in the series circuit of the overcurrent protective device fuses consist of inexpensive to produce individual fuses, each z. B. for a voltage level of 250 V.

Für den ersten Teil der Reihenschaltung werden mindestens zwei der Sicherungen durch einen passgenauen Zylinder miteinander verbunden. Der Zylinder kann bevorzugt ein Metallzylinder sein, der neben der elektrischen Verbindung auch das mechanische Fixieren und die notwendige mechanische Stabilisierung des entsprechenden Teils der Reihenschaltung übernimmt. Die Anzahl der Anschlusselemente ist durch diese Art der Verbindung geringer als bei einer einfachen Reihenschaltung von elektrischen Einzelsicherungen, die jeweils z. B. durch Löten mit einer Leiterplatte verbunden werden.For the first part of the series connection, at least two of the fuses are connected together by a precisely fitting cylinder. The cylinder may preferably be a metal cylinder, which in addition to the electrical connection also takes over the mechanical fixing and the necessary mechanical stabilization of the corresponding part of the series connection. The number of connection elements is smaller by this type of connection than in a simple series connection of individual electrical fuses, each z. B. connected by soldering to a circuit board.

Der Abstand der verbleibenden Anschlusselemente bzw. Abschlusskappen der Sicherungen ist erheblich, wodurch die Einhaltung der Trennstreckenabstände erleichtert wird und die Überbrückungsgefahr deutlich sinkt.The distance between the remaining connection elements or end caps of the fuses is considerable, which makes it easier to maintain separation distances and significantly reduces the risk of bridging.

Die bevorzugte Anordnung der vorbeschriebenen Reihenschaltung auf der Unterseite des Verdrahtungsträgers schafft neben ausreichenden Trennungsabständen auf dem Verdrahtungsträger auch Platz auf der Bestückungsseite, d. h. der gegenüberliegenden Seite, einerseits über die Volumeneinsparung und andererseits durch die Vermeidung kritischer Näherungen zwischen den überlastgefährdeten Elementen und der Schutzeinrichtung.The preferred arrangement of the above-described series connection on the underside of the wiring substrate provides sufficient separation distances on the wiring substrate and space on the component side, d. H. the opposite side, on the one hand on the volume savings and on the other hand by avoiding critical approximations between the overload-endangered elements and the protective device.

Der erste Teil der Reihenschaltung wird an der Oberseite durch die Platine von den Bauteilen des Zündkreises getrennt und auf der Unterseite durch die muldenartige Ausprägung des Gehäuses. Es ergibt sich hierdurch quasi eine vollständige isolierende Umhüllung der Schutzeinrichtung. Dies verhindert im Fehlerfall eine Berußung, die womöglich auftritt, und es werden die Trennstrecken des Zündkreises beim Freiwerden von Gas oder Plasma aus der Sicherung vor Überschlägen geschützt.The first part of the series connection is separated at the top by the board from the components of the ignition circuit and on the bottom by the trough-like expression of the housing. This results in a quasi a complete insulating enclosure of the protective device. This prevents in the event of an error Berußung that may occur, and it will protect the separation sections of the ignition circuit when the release of gas or plasma from the fuse from flashovers.

Die den zweiten Teil des Reihenverbunds darstellende Parallelverbundanordnung ist bevorzugt ausgestaltet wie in der DE 10 2006 034 404 A1 beschrieben.The parallel component arrangement representing the second part of the series arrangement is preferably designed as in the DE 10 2006 034 404 A1 described.

Die eingesetzten Schmelzelemente als Sicherungen der Parallelschaltung und auch des Reihenverbunds besitzen bei maximaler Nennspannung bevorzugt den gleichen Schmelzleiter. Dies sichert bei adiabatischen Belastungen und bei Belastungen, bei denen die axiale Wärmeabgabe gegenüber der radialen Wärmeabgabe dominiert, ein nahezu gleichzeitiges Ansprechen aller Sicherungen.The fuses used as fuses of the parallel connection and also of the series combination preferably have the same fusible conductor at maximum rated voltage. This ensures an almost simultaneous response of all fuses for adiabatic loads and loads in which the axial heat dissipation dominates over the radial heat output.

Die Kennlinie der Reihenschaltung der Sicherungen entspricht somit einer Teilbereichsicherung. Die Abmessungen einer derartigen Reihenschaltung sind bei vergleichbaren Schaltvermögen erheblich kleiner als von Einzelsicherungen, z. B. für eine Nennspannung von 690 V.The characteristic of the series connection of the fuses thus corresponds to a partial area fuse. The dimensions of such a series connection are considerably smaller with comparable switching capacity than individual fuses, z. B. for a nominal voltage of 690 V.

Neben der erwähnten Platzeinsparung erlaubt die Aufteilung der Sicherung in mehrere Teileinheiten auch eine sehr flexible Anordnung der einzelnen Funktionseinheiten bezogen auf die Position und Lage hinsichtlich des Verdrahtungsträgers. In addition to the above-mentioned space saving allows the division of the fuse into several subunits and a very flexible arrangement of the individual functional units with respect to the position and location with respect to the wiring substrate.

Bei gewünschten niedrigeren Nennspannungen können eine oder mehrere Sicherungen des Reihenverbunds durch einen einfachen metallischen Zylinder ersetzt werden. Dies führt neben der Kostenreduktion auch zu einer Reduzierung des Restspannung und unterstützt somit die gewünschte Ableitergrundfunktion. Durch eine beidseitige Anordnung von Metallzylindern neben einer realen Schmelzsicherung im Reihenverbund kann zudem die Stromkraftwirkung auf den Schmelzleiter reduziert werden, wodurch höhere Impulsströme getragen werden können.At desired lower rated voltages, one or more fuses of the series assembly can be replaced by a simple metallic cylinder. In addition to the cost reduction, this also leads to a reduction of the residual voltage and thus supports the desired basic function of the arrester. By a two-sided arrangement of metal cylinders in addition to a real fuse in a series combination also the current force effect can be reduced to the fusible conductor, whereby higher pulse currents can be supported.

Durch den Einsatz der bereits erwähnten impedanzbehafteten Zylinder können auch die Anforderungen hinsichtlich des Schaltvermögens der eigentlichen Sicherung reduziert werden, da der prospektive Kurzschlussstrom durch die Impedanz begrenzt wird.Through the use of the above-mentioned impedance-affected cylinder and the requirements for the switching capacity of the actual fuse can be reduced, since the prospective short-circuit current is limited by the impedance.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.The invention will be explained below with reference to exemplary embodiments and with the aid of figures.

Hierbei zeigen:Hereby show:

1 eine Reihenschaltung einer getriggerten Funkenstrecke und einer passiven, ungetriggerten Funkenstrecke als diskrete Elemente in jeweils druckfester Kapselung; 1 a series connection of a triggered spark gap and a passive, ungetriggered spark gap as discrete elements in each flameproof enclosure;

2 eine beispielhafte Geometrie einer passiven Funkenstrecke, wie sie für die Reihenschaltung zur Anwendung kommt; 2 an exemplary geometry of a passive spark gap, as used for the series connection;

3 eine weitere Ausführungsform einer Geometrie einer passiven Funkenstrecke, wie sie bei der Reihenschaltung zur Anwendung kommt; 3 a further embodiment of a geometry of a passive spark gap, as used in the series connection;

4 eine besonders bauraumsparende Anordnung einer getriggerten und einer passiven Funkenstrecke in einer gemeinsamen, metallischen druckfesten Kapselung mit gegenüberliegenden Druckausgleichsöffnungen in Form von Kanälen kleinen Querschnitts, 4 a particularly space-saving arrangement of a triggered and a passive spark gap in a common, metallic flameproof enclosure with opposite pressure equalization holes in the form of channels of small cross-section,

5 und 6 eine Darstellung des ersten Teils des Reihenverbunds von Schmelzelementen; 5 and 6 a representation of the first part of the series of fused elements;

7 eine Draufsicht auf das Gehäuse mit eingeschlossenen Funkenstrecken und erkennbarer muldenartiger Ausnehmung an der Oberseite des Gehäuses; 7 a plan view of the housing with enclosed spark gaps and recognizable trough-like recess at the top of the housing;

8 eine Seitenansicht einer Anordnung mit Gehäuse sowie Verdrahtungsträger, welche u. a. die Triggerschaltung sowie die Überstromschutzeinrichtung aufnimmt; 8th a side view of an arrangement with housing and wiring support, which includes, inter alia, the trigger circuit and the overcurrent protection device;

9 eine Darstellung ähnlich derjenigen nach 8, jedoch in perspektivischer Form und 9 a representation similar to that after 8th , but in perspective and

10 eine Darstellung der Reihenschaltung der Funkenstrecken im Gehäuse 112. 10 a representation of the series connection of the spark gaps in the housing 112 ,

Die 1 zeigt eine Reihenschaltung (Schnittdarstellung) einer getriggerten Funkenstrecke 1 (aktive Funkenstrecke) und einer ungetriggerten (passiven) Funkenstrecke 2.The 1 shows a series connection (sectional view) of a triggered spark gap 1 (active spark gap) and an ungetriggered (passive) spark gap 2 ,

Die Triggerschaltung 3 der aktiven Funkenstrecke 1 weist einen Anschluss 4 auf, der mit einem Anschluss 5 einer Hauptelektrode 8 der passiven Funkenstrecke 2 in Verbindung steht. Ein weiterer Anschluss der Triggerschaltung 3 führt zur Hauptelektrode 8 der aktiven Funkenstrecke 1, die auch den Triggerkontakt durch eine Isolation 20, herausgeführt aus der druckfesten metallischen Kapselung 21 besitzt.The trigger circuit 3 the active spark gap 1 has a connection 4 on that with a connection 5 a main electrode 8th the passive spark gap 2 communicates. Another connection of the trigger circuit 3 leads to the main electrode 8th the active spark gap 1 that also trigger the trigger through insulation 20 , led out of the flameproof metallic encapsulation 21 has.

Druckausgleichsöffnungen 6 der Funkenstrecken 1 und 2 und die Gasströmungsrichtung 7 (Pfeildarstellung) innerhalb der Funkenstrecken 1 und 2 sind entgegengesetzt orientiert.Pressure relief openings 6 the spark gaps 1 and 2 and the gas flow direction 7 (Arrow) within the spark gaps 1 and 2 are oriented opposite.

Beide Funkenstrecken 1 und 2 besitzen jeweils mehrere unabhängige Entlüftungsöffnungen 6 zur besseren Steuerung der Strömung und zur effektiven Abkühlung der beim Zünden und Brennen des Lichtbogens entstehenden Gase. Jeweils eine der Hauptelektroden 8 besitzt eine Öffnung 22, die einen Teil eines Gasumlenkkanals bildet, der in die Druckausgleichsöffnungen 6 übergeht.Both spark gaps 1 and 2 each have several independent vents 6 to better control the flow and to effectively cool the gases produced during the ignition and burning of the arc. Each one of the main electrodes 8th has an opening 22 , which forms part of a Gasumlenkkanals, in the pressure equalization holes 6 passes.

Die triggerbare Funkenstrecke 1 besitzt zwei Hauptelektroden, nämlich die Hauptelektrode 8 und 9, sowie eine Hilfselektrode 10, die mit dem Triggerkontakt 20 in elektrischer Verbindung steht.The triggerable spark gap 1 has two main electrodes, namely the main electrode 8th and 9 , as well as an auxiliary electrode 10 that with the trigger contact 20 is in electrical connection.

Weiterhin weist die Funkenstrecke 1 mindestens eine Isolationsstrecke 12 auf, die sich zwischen den Hauptelektroden 8 und 9 dieser Funkenstrecke befindet.Furthermore, the spark gap 1 at least one isolation route 12 on, extending between the main electrodes 8th and 9 this spark gap is located.

Auch die passive Funkenstrecke 2 weist zwei Hauptelektroden 8 und 9 auf. Ein als Distanzstück 13 ausgebildeter Einsatz zwischen den Hauptelektroden 8 und 9 der passiven Funkenstrecke ist bevorzugt einstückig aus einem sehr niederohmigen Material gefertigt. Bei einer bevorzugten Geometrie von da = 15 mm, di = 5 mm und h = 5 mm ergibt sich bei einem Prüfstrom von wenigen mA ein Kaltwiderstand von <100 Ohm.Also the passive spark gap 2 has two main electrodes 8th and 9 on. One as a spacer 13 trained insert between the main electrodes 8th and 9 the passive spark gap is preferably made in one piece from a very low-resistance material. With a preferred geometry of da = 15 mm, di = 5 mm and h = 5 mm results in a test current of a few mA, a cold resistance of <100 ohms.

Das Distanzstück 13 ist bevorzugt als Hohlzylinder ausgeführt und liegt gemäß der Darstellung nach 1 mit einer seiner Stirnseiten vollflächig auf der Hauptelektrode 8 auf. In den Innenraum des Einsatzes 13, d. h. der dort vorhandenen zylindrischen Öffnung, ragt ein Nasenabschnitt 23 der Hauptelektrode 9 hinein, wodurch sich ein radialer Kontakt mit dem Einsatz bzw. dem Distanzstück 13 ergibt. The spacer 13 is preferably designed as a hollow cylinder and lies according to the illustration 1 with one of its front sides over the entire surface of the main electrode 8th on. In the interior of the insert 13 , ie the existing there cylindrical opening, protrudes a nose portion 23 the main electrode 9 into it, resulting in a radial contact with the insert or the spacer 13 results.

Das Distanzstück 13 ist zur Vermeidung von Überschlägen im Kontaktierungsbereich zwischen dem Nasenabschnitt 23 der Hauptelektrode 9 und der tellerförmigen Elektrodenhalterung 14 gegen diese über das Teil 15 isoliert.The spacer 13 is to avoid flashovers in the contact area between the nose portion 23 the main electrode 9 and the plate-shaped electrode holder 14 against this over the part 15 isolated.

Die Eintauchtiefe des Nasenabschnitts 23 der Elektrode 9 in das Distanzstück 13 steigt mit der gewünschten Höhe der Leistungsfähigkeit des Ableiters und sinkt bei steigender Abbrandfestigkeit des Elektrodenmaterials. Die Eintauchtiefe ist hierbei so bemessen, dass sowohl der axiale Abbrand der Nasenelektrode 9 als auch der radiale Abbrand des Distanzstücks 13 nicht zu einer isolierenden Trennstrecke zwischen den Teilen 13 und 9 führt. Nach dem Ansprechen der Funkenstrecke 1 bei Impulsbelastung fließt ein Strom bis zu mehreren kA über das Distanzstück 13, bis der Weg zwischen den Elektroden 8 und 9 der passiven Funkenstrecke 2 überschlagen wird. Infolge des nichtlinearen Verhaltens des Materials des Distanzstücks 13 wird nur eine geringe Restspannung über dem Material des Distanzstücks 13 erzeugt, welche den Schutzpegel des gesamten Ableiters nicht erhöht.The immersion depth of the nose section 23 the electrode 9 in the spacer 13 increases with the desired level of performance of the arrester and decreases with increasing erosion resistance of the electrode material. The immersion depth is in this case dimensioned so that both the axial erosion of the nose electrode 9 as well as the radial erosion of the spacer 13 not to an insulating separation path between the parts 13 and 9 leads. After the response of the spark gap 1 At momentum load, a current flows up to several kA across the spacer 13 until the path between the electrodes 8th and 9 the passive spark gap 2 is overturned. Due to the non-linear behavior of the material of the spacer 13 Only a small residual stress on the material of the spacer 13 generated, which does not increase the protection level of the entire arrester.

Aufgrund von Fertigungs- und Materialtoleranzen, Verschmutzungen oder extremer Belastung können jedoch Kontaktprobleme oder ein verändertes Überschlagsverhalten des Distanzstücks 13 auftreten, wodurch sich unerwünschte Rückwirkungen auf die Restspannung des Ableiters ergeben können. Dies kann bei hohen Anforderungen an die Höhe und Dauer der Restspannung des Ableiters durch einen in der Triggerschaltung 3 integrierten Überspannungsfeinschutz und durch die Art der Kontaktierung, welche die passive Funkenstrecke umfasst, ausgeglichen werden.Due to manufacturing and material tolerances, soiling or extreme stress but contact problems or a change in the rollover behavior of the spacer 13 occur, which may result in undesirable effects on the residual voltage of the arrester. This can be due to high demands on the level and duration of the residual voltage of the arrester by one in the trigger circuit 3 integrated overvoltage fine protection and by the type of contact, which includes the passive spark gap can be compensated.

Bei reproduzierbaren Fertigungs- und Materialeigenschaften bzw. nicht besonders hohen Beanspruchungen und/oder geringeren Anforderungen an die Schutzpegel kann die Kontaktierung der Triggereinrichtung auch zwischen den beiden Funkenstrecken, also nur an den Anschlüssen der Funkenstrecke 1, erfolgen.For reproducible manufacturing and material properties or not particularly high stresses and / or lower demands on the protection level, the contacting of the trigger device between the two spark gaps, so only at the terminals of the spark gap 1 , respectively.

Die Höhe und die Dauer des Stroms durch das Distanzstück 13 sowie das Überschlagsverhalten können neben den Materialeigenschaften dieses Teils auch durch die Steuerung der Stromdichte und die Stromverteilung im Distanzstück 13 beeinflusst werden. Dies kann neben der Beeinflussung der Restspannung auch zur Steuerung des Leistungsumsatzes, des Abbrands und der thermischen Belastung der Funkenstrecke und insbesondere des Einsatzstücks 13 genutzt werden. Die Hauptelektroden 8 und 9 der passiven Funkenstrecke 2 können gegenüber dem Distanzstück 13 vollständig oder teilweise isoliert werden.The height and duration of the current through the spacer 13 as well as the rollover behavior, in addition to the material properties of this part, also by controlling the current density and the current distribution in the spacer 13 to be influenced. In addition to influencing the residual stress, this can also be used to control the power conversion, the burnup and the thermal load on the spark gap and in particular of the insert 13 be used. The main electrodes 8th and 9 the passive spark gap 2 can with respect to the spacer 13 be completely or partially isolated.

Die 2 zeigt eine beispielhafte Geometrie als Querschnittsdarstellung für eine passive Funkenstrecke. Auch hier sind zwei gegenüberliegende Hauptelektroden 8 und 9 vorhanden. Die Elektroden sind isoliert in einer metallischen Kapselung 21 befindlich.The 2 shows an exemplary geometry as a cross-sectional representation of a passive spark gap. Again, there are two opposing main electrodes 8th and 9 available. The electrodes are insulated in a metallic encapsulation 21 located.

Die gezeigten Hauptelektroden 8 und 9 können gegenüber dem Einsatzstück 13 auch isoliert werden, wobei die Überschlagspannung der Isolation jedoch deutlich unterhalb des gewünschten Schutzpegels und auch unterhalb der Restspannung der Triggerschaltung liegen muss.The main electrodes shown 8th and 9 can over the insert 13 be isolated, but the breakdown voltage of the insulation must be well below the desired protection level and below the residual voltage of the trigger circuit.

Alternativ zu einer Isolation ist ein definierter Übergangsbereich mit einer dünnen und gegenüber dem Distanzstück 13 hochohmigeren, jedoch elektrisch leitenden Schicht 16 möglich. Beide geschilderten Maßnahmen bedingen eine höhere Stromdichte an der quasi Kanalinnenseite des als Hohlzylinder ausgeführten Distanzstücks 13 und führen zu einem beschleunigten Überschlagsverhalten. Zusätzlich wird eine Vorionisation im isolierten bzw. hochohmigeren Bereich bewirkt.As an alternative to insulation, there is a defined transition area with a thin and opposite to the spacer 13 high-resistance, but electrically conductive layer 16 possible. Both measures described require a higher current density at the quasi-channel inside of the designed as a hollow cylinder spacer 13 and lead to an accelerated rollover behavior. In addition, a pre-ionization in the isolated or high-impedance range is effected.

Das Distanzstück 13 kann zudem im Umfang des Hohlzylinders sowohl in radialer als auch in axialer Richtung hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit variiert werden. Hierdurch können neben der Steuerung der elektrischen Stromdichte im Distanzstück 13 auch Effekte einer thermischen Isolation gegenüber den Elektroden 8 und 9 bewirkt werden. Darüber hinaus kann die Variation der Materialien im Entladungskanal der Funktionsteilung dienen bzw. zur Beeinflussung der Temperatur- und Druckfestigkeit sowie der besseren Alterungsqualität und zur Reduzierung des Abbrands genutzt werden.The spacer 13 can also be varied in the circumference of the hollow cylinder in both the radial and in the axial direction with respect to the electrical conductivity. As a result, in addition to the control of the electric current density in the spacer 13 also effects of thermal insulation against the electrodes 8th and 9 be effected. In addition, the variation of the materials in the discharge channel can serve the function division or be used to influence the temperature and pressure resistance and the better aging quality and to reduce the burnup.

Die 2 zeigt hier beispielsweise eine im Wesentlichen nur axiale Funktionsaufteilung. Im Gegensatz zur Darstellung nach 1 sind gemäß 2 die Elektroden 8 und 9 hinsichtlich der metallischen Kapselung 21 isoliert.The 2 shows here, for example, a substantially only axial function distribution. In contrast to the representation after 1 are according to 2 the electrodes 8th and 9 in terms of metallic encapsulation 21 isolated.

Die 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer möglichen Geometrie in Querschnittsdarstellung für die passive Funkenstrecke 2.The 3 shows a further embodiment of a possible geometry in cross-sectional view for the passive spark gap 2 ,

Bei dieser Funkenstrecke 2 soll ein Überschlag zwischen den Hauptelektroden 8 und 9 erst bei einer vergleichsweise langen Zeitdauer oder sehr hohen Impulsströmen erfolgen.At this spark gap 2 meant a flashover between the main electrodes 8th and 9 first take place at a comparatively long period of time or very high pulse currents.

Dies ist insbesondere dann von Interesse, wenn die Restspannung der Funkenstrecke 2 bei einer Vielzahl von impulsförmigen Entladungen oberhalb der Nennspannung liegen soll, um einen Netzfolgestrom zu unterbinden.This is of particular interest when the residual voltage of the spark gap 2 should be at a plurality of pulse-shaped discharges above the rated voltage in order to prevent a Netzfolgestrom.

Zu diesem Zweck wird das Distanzstück 13 an beiden Stirnseiten vollflächig mit den jeweiligen Hauptelektroden 8 und 9 kontaktiert, um eine weitestgehend homogene Stromdichte innerhalb des Distanzstücks 13 zu bewirken. Zusätzlich können Erhöhungen der elektrischen Feldstärke, insbesondere im Überschlagsbereich vermieden werden.For this purpose, the spacer 13 on both sides of the entire surface with the respective main electrodes 8th and 9 contacted to a largely homogeneous current density within the spacer 13 to effect. In addition, increases in the electric field strength, in particular in the rollover area can be avoided.

Mit Hilfe der 4 sei eine prinzipielle Ausführungsform von zwei Funkenstrecken in Querschnittsdarstellung illustriert, die sich innerhalb einer gemeinsamen metallischen Kapselung 21 befinden.With the help of 4 Let us illustrate a basic embodiment of two spark gaps in a cross-sectional view, which are located within a common metallic encapsulation 21 are located.

Beide Funkenstrecken besitzen eine gemeinsame Mittelelektrode 9, welche gegenüber der druckfesten Kapselung 21 isoliert ist. Im Bereich der passiven Funkenstrecke 2 ist jedoch eine niederohmige Verbindung zur dortigen Hauptelektrode 8 vorhanden. Im Gegensatz zur Darstellung nach 1, bei welcher bei beiden Funkenstrecken 1 und 2 jeweils eine Hauptelektrode unmittelbar mit dem metallischen Mantel 21 in Kontakt steht, werden mindestens bei einer der Funkenstrecken 1 und 2 gemäß Darstellung nach 4 beide Hauptelektroden gegenüber dem Mantel bzw. der Kapselung 21 isoliert.Both spark gaps have a common center electrode 9 , which compared to the flameproof enclosure 21 is isolated. In the area of the passive spark gap 2 However, it is a low-resistance connection to the main electrode there 8th available. In contrast to the representation after 1 in which at both spark gaps 1 and 2 in each case a main electrode directly to the metallic shell 21 in contact, at least at one of the spark gaps 1 and 2 as shown by 4 Both main electrodes opposite the jacket or the encapsulation 21 isolated.

Gemäß der Darstellung nach 4 ist dies bei der passiven Funkenstrecke 2 der Fall. Alternativ können auch die Funkenstrecke 1 oder aber auch beide Funkenstrecken mit isolierenden Hauptelektroden 8 und 9 ausgeführt werden. Die Isolation der Hauptelektroden 8 und 9 wird gegenüber einer isolierenden Unterbrechung des druckfesten metallischen Mantels 21 aufgrund eines besseren Überlastverhaltens bevorzugt. Die Funkenstrecken entsprechend 4 besitzen ebenso wie in 1 dargestellt, entgegengesetzte Entlüftungs- und Druckausgleichsöffnungen oder Kanäle 6.As shown 4 this is at the passive spark gap 2 the case. Alternatively, the spark gap can also 1 or also both spark gaps with insulating main electrodes 8th and 9 be executed. The isolation of the main electrodes 8th and 9 is against an insulating interruption of the pressure-resistant metallic shell 21 preferred due to a better overload behavior. The spark gaps accordingly 4 own as well as in 1 shown, opposite venting and pressure equalization holes or channels 6 ,

Die Hauptelektroden weisen bei beiden Funkenstrecke 1 und 2 jeweils mindestens einen Abstand von im Wesentlichen 5 mm auf. Der Druck im Entladungsbereich, welcher vom Einsatz 13 vollständig oder teilweise umschlossen wird, beträgt bei Impuls- und Folgestromentladungen bis zu mehreren 100 bar. Bei prospektiven Netzfolgeströmen im Bereich von >500 A bis zu mehreren kA werden Drücke von mindestens 10 bar erreicht.The main electrodes point at both spark gap 1 and 2 each at least a distance of substantially 5 mm. The pressure in the discharge area, which of the insert 13 is completely or partially enclosed, is up to several 100 bar for pulse and follow current discharges. For prospective net sequence currents in the range of> 500 A to several kA, pressures of at least 10 bar are achieved.

Zur Steuerung der Ansprechspannung und zur Zündung der Funkenstrecken ist keine aufwendige und überlastungsgefährdete, externe, zusätzliche kapazitive oder ohmsche Spannungssteuerung erforderlich, welche zudem über den gesamten relevanten Frequenzbereich abgestimmt werden müsste. Die gezeigte Reihenschaltung von zwei Funkenstrecken ist grundsätzlich beliebig erweiterbar.To control the operating voltage and to ignite the spark gaps no complex and overload-endangered, external, additional capacitive or resistive voltage control is required, which would also need to be tuned over the entire relevant frequency range. The illustrated series circuit of two spark gaps can basically be extended as desired.

Die Reihenschaltung aus einer Funkenstrecke mit Isolation und einer quasi kurzgeschlossenen Funkenstrecke besitzt gegenüber zwei Funkenstrecken mit jeweils isolierter Trennstrecke an sich den Nachteil, dass nur eine Trennstrecke eine Sofortverfestigung nach dem Stromnulldurchgang bereitstellt. Die Sofortverfestigungsspannung liegt im Bereich von ca. 300 V. Bei dem Einsatz einer solchen Funkenstrecke bei höheren Betriebsspannungen, insbesondere bei Spannungen über der Sofortverfestigungsspannung besteht die Gefahr von Wiederzündungen. Um ungeachtet dieses Nachteils mit nur einer Isolationsstrecke arbeiten zu können, wird der Effekt genutzt, dass die eingesetzten Funkenstrecken die sich ausbildende Druckerhöhung zur Löschung des Folgestroms nutzen. Durch die Verwendung des Drucks zur Löschung des Folgestroms besteht auch nach dem Stromnulldurchgang, insbesondere bei einem allmählichen Druckabbau, die Möglichkeit, den relativ hohen Druck für die Erhöhung der dielektrischen Spannungsfestigkeit der Trennstrecke wirksam werden zu lassen. Die Spannungsfestigkeit nach dem Stromnulldurchgang kann somit proportional mit der Druckerhöhung gesteigert werden, wodurch Wiederzündungen vermeidbar sind. Dies ermöglicht in überraschender Weise den Einsatz der vorgeschlagenen Funkenstreckenkombination auch bei Nennspannungen deutlich oberhalb der Sofortverfestigungsspannung für eine Trennstrecke.The series connection of a spark gap with insulation and a quasi-shorted spark gap has compared to two spark gaps, each with isolated separation distance per se the disadvantage that only one separation section provides an immediate consolidation after the current zero crossing. The instant solidification voltage is in the range of about 300 V. When using such a spark gap at higher operating voltages, especially at voltages above the instant solidification voltage, there is a risk of reignition. In order to be able to work with only one insulation distance, despite this disadvantage, the effect is used that the spark gaps used make use of the pressure increase that forms to delete the secondary current. By using the pressure to extinguish the follow-on current, even after the current zero crossing, in particular with a gradual pressure reduction, it is possible to make the relatively high pressure effective for increasing the dielectric strength of the separation gap. The voltage resistance after the current zero crossing can thus be increased proportionally with the pressure increase, whereby reignifications are avoidable. This surprisingly allows the use of the proposed spark gap combination even at nominal voltages well above the instantaneous consolidation voltage for a separation line.

Die eingesetzte Überstromschutzeinrichtung umfasst eine Reihenschaltung aus mehreren Schmelzelementen, welche einen geometrisch vorgegebenen, mechanischen und elektrischen Verbund bilden.The used overcurrent protection device comprises a series connection of a plurality of fuse elements, which form a geometrically predetermined, mechanical and electrical composite.

Ein erster Teil des Reihenverbunds umfasst zwei zylindrische Einzelsicherungen 100 und 200. Diese beiden zylindrischen Einzelsicherungen 100 und 200 werden durch einen leitfähigen, bevorzugt metallischen Zylinder 300 an den Stirnseiten 400 und dort vorhandenen Anschlusskappen 500 mechanisch und elektrisch, z. B. durch Klemmen oder Verlöten verbunden.A first part of the series composite comprises two individual cylindrical fuses 100 and 200 , These two cylindrical individual fuses 100 and 200 be through a conductive, preferably metallic cylinder 300 on the front sides 400 and existing connection caps 500 mechanically and electrically, z. B. connected by clamping or soldering.

Der so entstandene Verbund aus den zylindrischen Einzelsicherungen 100 und 200 mit dem Verbindungszylinder 300 ist mit einem isolierenden Schrumpfschlauch 600 überzogen (siehe 6).The resulting composite of cylindrical individual fuses 100 and 200 with the connecting cylinder 300 is with an insulating shrink tube 600 coated (see 6 ).

Die freien Enden der Einzelsicherungen 100 und 200 weisen ebenfalls Anschlusskappen 500, jedoch mit Lötfähnchen 500a, welche dem elektrischen Anschluss und dem mechanischen Fixieren auf einer Leiterplatte dienen, auf.The free ends of the individual fuses 100 and 200 also have connection caps 500 , but with solder flags 500a which the electric Serve connection and mechanical fixing on a circuit board, on.

Die Reihenschaltung umfasst darüber hinaus einen mechanischen und elektrischen Parallelverbund aus Schmelzelementen, wobei mindestens eines der Schmelzelemente des Parallelverbunds einen Schlagbolzen als mechanischen Auslöser aufweist. Der mechanische Auslöser kann als drahtförmiges Auslöseteil ausgeführt sein, wobei bevorzugt dieser Draht des Auslöseteils über einen Teil der gesamten Überstromschutzeinrichtung parallel geschaltet wird, was den Vorteil hat, dass die Abstimmung der Stromkommutierung und des Schaltvermögens sich auf diesen Teil der Sicherung beschränkt.The series circuit also includes a mechanical and electrical parallel composite of fusible elements, wherein at least one of the fusible elements of the parallel compound has a firing pin as a mechanical trigger. The mechanical release can be embodied as a wire-shaped release part, whereby preferably this wire of the release part is connected in parallel over a part of the entire overcurrent protection device, which has the advantage that the coordination of the current commutation and the switching capacity is limited to this part of the protection.

Bei einer Parallelschaltung zur gesamten Sicherungsanordnung, d. h. parallel zu allen Teilsicherungen, müsste der Schmelzleiter der Indikatorsicherung das volle Schaltvermögen besitzen, was zwar möglich ist, jedoch zu höheren Kosten führt.In a parallel connection to the entire fuse arrangement, d. H. parallel to all partial fuses, the fuse conductor of the indicator fuse would have to have full switching capability, which is possible but leads to higher costs.

In einer Ausführungsform kann der Schmelzleiter der Sicherung, zu welcher der Indikator parallel geschaltet ist, mit einem minimal niedrigeren Schmelzintegral versehen werden, um eine sichere Anzeige auch bei geringen Überlastungen zu gewährleisten.In one embodiment, the fusible link of the fuse to which the indicator is connected in parallel may be provided with a minimally lower fuse integral to ensure a reliable indication even at low overloads.

Da das vollständige Ausgasen der Indikatorsicherung bzw. das Wegschleudern von Teilen des Indikators nur mit hohem Aufwand vermieden werden kann, besteht grundsätzlich die Gefahr des Außenüberschlags der Sicherungsanordnung bei hohen Spannungen.Since the complete outgassing of the indicator fuse or the throwing away of parts of the indicator can be avoided only with great effort, there is basically the danger of the outer flashover of the fuse arrangement at high voltages.

Um dieser Gefahr entgegenzuwirken, wird der Indikatorteil, d. h. der Parallelverbund, mit einem zusätzlichen Gehäuse 700 (siehe 8 und 9) versehen.To counteract this danger, the indicator part, ie the parallel connection, with an additional housing 700 (please refer 8th and 9 ) Mistake.

Dieses Gehäuse 700 blockiert den Außenüberschlag und reduziert die Gefahr, die durch frei werdende Indikatorteile (Schlagbolzen) entstehen können, erheblich.This case 700 blocks the external flashover and considerably reduces the danger that can arise from released indicator parts (firing pins).

Wie aus der 8 ersichtlich, ist das Gehäuse 700 bevorzugt im rechten Winkel bezogen auf die Längsachse des Verdrahtungsträgers 800 angeordnet.Like from the 8th can be seen, is the case 700 preferably at right angles with respect to the longitudinal axis of the wiring substrate 800 arranged.

Der erste Teil des Reihenverbunds 900, umfassend die Einzelsicherungen mit Verbindungszylinder und Schutzüberzug, ist auf der Unterseite des Verdrahtungsträgers 800 befindlich, wobei der zweite Teil des Reihenverbunds, der sich im Gehäuse 700 befindet, auf der Oberseite des Verdrahtungsträgers 800 angeordnet wird.The first part of the series 900 comprising the individual fuses with connecting cylinder and protective cover, is on the underside of the wiring substrate 800 located, the second part of the series, located in the housing 700 located on top of the wiring harness 800 is arranged.

Aus der Darstellung nach 9 ist ersichtlich, dass der Verdrahtungsträger 800 eine langgestreckte, rechteckige Form mit an den Schmalseiten angebrachten Schraubanschlusslaschen 110 aufweist, wobei der erste Teil des Reihenverbunds 900 an einer Längsaußenkante, mit dieser im Wesentlichen seitlich abschliessend, befindlich ist.From the illustration to 9 it can be seen that the wiring carrier 800 an elongated, rectangular shape with attached on the narrow sides Schraubanschlusslaschen 110 , wherein the first part of the series composite 900 at a longitudinal outer edge, with this substantially laterally, is located.

Das Schutzgehäuse 700 ist zur Längskante des Verdrahtungsträgers 800 offen, um einen Austritt des darin befindlichen Schlagbolzens sowie eine Wirkverbindung zu einem federvorgespannten Anzeigeschieber 111 zu ermöglichen.The protective housing 700 is to the longitudinal edge of the wiring substrate 800 open, to an outlet of the firing pin therein and an operative connection to a spring-biased indicator slide 111 to enable.

Das Schutzgehäuse 700 besitzt an seiner vom Verdrahtungsträger 800 abgewandten Oberseite eine farblich gestaltete Indikatorfläche, z. B. rot, oder weist einen Indikatorflächenfortsatz auf, der sich vom Gehäuse 700 ausgehend erstreckt.The protective housing 700 owns at its from the wiring carrier 800 facing away from a color indicator surface, z. B. red, or has an indicator surface extension, extending from the housing 700 starting out.

Der Verdrahtungsträger 800 ist auf der Oberseite eines Gehäuses 112 montierbar, wobei im Gehäuse 112 sich eine in Reihe geschaltete Funkenstreckenanordnung befinden kann.The wiring carrier 800 is on top of a case 112 mountable, being in the housing 112 there may be a series spark gap arrangement.

Die Vorteile der Gehäusekonstruktion hinsichtlich der Schaffung separater, gegeneinander abgeschotteter Teilbereiche sollen unter Hinweis auf die 7 bis 10 nachstehend erläutert werden.The advantages of the housing construction with regard to the creation of separate, mutually isolated subregions should be made with reference to 7 to 10 will be explained below.

Als abgeschottete Teilbereiche sind das Oberteil des Verdrahtungsträgers 800, die nutenförmige Ausnehmung 114, das Funkenstreckengehäuse 112 und das Sicherungsgehäuse 700 anzusehen. Der Bereich der Trägerplatine und der Sicherungen wird von dem Funkenstreckengehäuse 112 durch eine isolierende Trennplatte vor Berußung oder Verschmutzung aus diesem Bereich geschützt. Die Sicherung in der nutenförmigen Ausnehmung 114 wird somit, neben den Verunreinigungen aus dem Bereich des Verdrahtungsträgers 800, auch vom Funkenstreckengehäuse 112 abgeschottet. Es können damit weder Verunreinigungen aus dem Funkenstreckenbereich noch Verschmutzungen durch zerstörte Bauelemente auf dem Verdrahtungsträger das Schaltvermögen der Sicherung 900 beeinträchtigen.The shielded subregions are the upper part of the wiring substrate 800 , the groove-shaped recess 114 , the spark gap housing 112 and the fuse box 700 to watch. The area of the carrier board and the fuses is from the spark gap housing 112 protected by an insulating partition from Berußung or pollution from this area. The fuse in the groove-shaped recess 114 Thus, in addition to the impurities from the area of the wiring substrate 800 , also from the spark gap housing 112 foreclosed. It can thus neither impurities from the spark gap area nor contamination by destroyed components on the wiring substrate the switching capacity of the fuse 900 affect.

Der weitere Teil der Reihenschaltung der Sicherungen wird durch das Gehäuse 700 für den Parallelverbund vor Berußung vom Verdrahtungsträger geschützt und kann gleichzeitig keine Überschläge auf dem Verdrahtungsträger verursachen.The other part of the series connection of the fuses is through the housing 700 protected for the parallel connection from being touched by the wiring support and at the same time can not cause arcing on the wiring support.

Mindestens eine Funkenstrecke der Funkenstreckenanordnung ist triggerbar und es kann sich die Triggerschaltung auf dem Verdrahtungsträger befinden. Die Kontaktierung zwischen Verdrahtungsträger und der zu triggernden Funkenstrecke kann über eine Kontaktfeder erfolgen, die sich durch eine Ausnehmung 113 im Gehäuse 112 erstreckt (7).At least one spark gap of the spark gap arrangement can be triggered and the trigger circuit can be located on the wiring carrier. The contacting between the wiring carrier and the spark gap to be triggered can take place via a contact spring extending through a recess 113 in the case 112 extends ( 7 ).

Weiterhin besitzt das Funkenstreckengehäuse 112 an seiner Oberseite eine muldenartige Ausnehmung 114, in welche der erste Teil 900 des Reihenverbunds eintaucht, um eine Schutz- und Isolationsfunktion zu bewirken (siehe hierzu 7 und 8).Furthermore, the spark gap housing has 112 on its upper side a trough-like recess 114 into which the first part 900 of the series compound immersed to effect a protective and insulating function (see 7 and 8th ).

Die Gesamtanordnung kann von einer isolierenden Kappe umgeben werden, wobei die Kappe ein Sichtfenster aufweist, um einen Blick auf die Oberseite des Gehäuses 700 bzw. den Anzeigeschieber 111 zu gestatten.The overall assembly may be surrounded by an insulating cap, the cap having a viewing window for a view of the top of the housing 700 or the display slider 111 to allow.

Der Anzeigeschieber 111 weist eine Anzeigefläche 115 auf. Diese Anzeigefläche kann z. B. eine grüne Farbe besitzen, die den Zustand „in Ordnung” signalisiert.The indicator slider 111 has a display area 115 on. This display area can, for. B. have a green color, which signals the state "OK".

Bewegt sich der Anzeigeschieber in der Darstellung gemäß 9 nach links, wird die darunter liegende Oberseite des Gehäuses 700, welche andersfarbig gestaltet ist, freigegeben und ein Fehlerzustand signalisiert.If the display slider moves as shown in the illustration 9 to the left, the underlying top of the case becomes 700 , which is designed differently colored, released and signaled an error condition.

Der Anzeigeschieber 111 besitzt darüber hinaus einen Fortsatz 116, welcher sich in Längsrichtung über die Schmalseite des Verdrahtungsträgers 800 erstreckt, um mit einem Fernmeldekontakt 117 in Wirkverbindung zu treten.The indicator slider 111 also has an extension 116 extending longitudinally across the narrow side of the wiring substrate 800 extends to having a telecommunications contact 117 to come into operative connection.

Im Bereich des Fortsatzes 116 besitzt der Anzeigeschieber 111 eine dornenartige Ausformung, die eine Schraubendruckfeder aufnimmt, welche sich gegenüber dem Funkenstreckengehäuse 112 abstützt, um die notwendige Vorspannung zu erzeugen.In the area of the extension 116 has the indicator slide 111 a mandrel-like formation which receives a helical compression spring which faces the spark gap housing 112 supported to produce the necessary bias.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
aktive Funkenstreckeactive spark gap
22
passive Funkenstreckepassive spark gap
33
Triggerschaltungtrigger circuit
44
Anschlussconnection
55
Hauptkontakt/AnschlussMain contact / connection
66
DruckausgleichsöffnungPressure equalization port
77
GasströmungsrichtungGas flow direction
8; 98th; 9
Hauptelektrodemain electrode
1010
Hilfselektrodeauxiliary electrode
1212
Isolationsstreckeinsulating gap
1313
Einsatz oder DistanzstückInsert or spacer
1414
tellerförmige Elektrodenhalterungplate-shaped electrode holder
1515
Isolationsteilinsulation part
1616
hochohmigere, elektrisch leitende Schichthigh-resistance, electrically conductive layer
2020
Isolierung für TriggerkontaktIsolation for trigger contact
2121
metallische, druckfeste Kapselungmetallic, flameproof enclosure
2222
Öffnung im Gasumlenkbereich einer Hauptelektrode/GasumlenkkanalOpening in Gasumlenkbereich a main electrode / Gasumlenkkanal
2323
Nasenabschnittnose section
100; 200100; 200
zylindrische Einzelsicherungcylindrical single lock
300300
Verbindungszylinderconnecting cylinder
400400
Stirnseitefront
500500
Anschlusskappeconnection cap
500a500a
LötfähnchenLötfähnchen
600600
Überzugcoating
700700
Gehäuse für ParallelverbundHousing for parallel connection
800800
Verdrahtungsträgerwiring support
900900
erster Teil des Reihenverbundsfirst part of the series network
110110
SchraubanschlusslascheSchraubanschlusslasche
111111
Anzeigeschieberdisplay slide
112112
FunkenstreckengehäuseSpark gap housing
113113
Ausnehmung für TriggerkontaktierungRecess for trigger contact
114114
muldenartige Ausnehmungtrough-like recess
115115
Anzeigeflächedisplay area
116116
Fortsatzextension
117117
Fernmeldekontakttelecomm
180180
Indikatorflächeindicating surface

Claims (8)

Funkenstreckenanordnung für höhere Bemessungsspannungen, wobei mindestens zwei gegenüberliegende Elektroden aufweisende Funkenstrecken (1; 2) in Reihe geschaltet und in einem Funkenstreckengehäuse (112) befindlich sind, eine der Funkenstrecke passiv und eine der Funkenstrecken aktiv, d. h. triggerbar ausgeführt ist, sowie mit einer Überstromschutzeinrichtung für den Einsatz als blitzstromtragfähiger Netzableiter, dadurch gekennzeichnet, dass die Funkenstrecken (1; 2) eine druckfeste Kapselung (21) mit mindestens einer Druckausgleichsöffnung (6) aufweisen und ein den Abstand der Hauptelektroden (8; 9) der passiven Funkenstrecke (2) überbrückender Einsatz (13) aus einem niederohmigen Material besteht, welches sich bei Strombelastung hinsichtlich der abfallenden Restspannung stark nichtlinear verhält, auf der Oberseite des Funkenstreckengehäuses (112) ein Verdrahtungsträger (800) mit einer Triggerschaltung angeordnet ist, das Funkenstreckengehäuse (112) an seiner Oberseite eine muldenartige Ausnehmung (114) besitzt, die Überstromschutzeinrichtung eine Reihenschaltung aus mehreren Schmelzelementen enthält, wobei ein erster Teil der Reihenschaltung auf einer Seite des Verdrahtungsträgers (800) aus einem mechanischen Reihenverbund (900) besteht und in der muldenartigen Ausnehmung (114) angeordnet ist, wobei ein zweiter. Teil der Reihenschaltung auf einer zweiten, der ersten gegenüberliegenden Seite des Verdrahtungsträgers (800) befindlich ist, aus einem mechanischen Parallelverbund besteht und mindestens eines der Schmelzelemente des mechanischen Parallelverbundes einen Schlagbolzen als mechanischen Auslöser aufweist, wobei der mechanische Parallelverbund von einem Schutzgehäuse (700) umgeben ist, wobei durch den Verdrahtungsträgers (800), die muldenärtige Ausnehmung (114), das Funkenstreckengehäuse (112) und das Schutzgehäuse (700) abgeschottete Teilbereiche gegen Verschmutzung und Überschläge gebildet sind.Spark gap arrangement for higher rated voltages, wherein at least two opposing spark gaps ( 1 ; 2 ) in series and in a spark gap housing ( 112 ), one of the spark gaps is passive and one of the spark gaps is active, ie triggerable, and with an overcurrent protection device for use as a lightning current carrying mains arrester, characterized in that the spark gaps ( 1 ; 2 ) a flameproof enclosure ( 21 ) with at least one pressure equalization opening ( 6 ) and a distance of the main electrodes ( 8th ; 9 ) of the passive spark gap ( 2 ) bridging insert ( 13 ) consists of a low-resistance material, which behaves strongly at current load with respect to the decreasing residual stress non-linear, on the upper side of the spark gap housing ( 112 ) a wiring carrier ( 800 ) is arranged with a trigger circuit, the spark gap housing ( 112 ) on its upper side a trough-like recess ( 114 ), the overcurrent protection device comprises a series connection of a plurality of fuse elements, wherein a first part of the series connection on one side of the wiring substrate ( 800 ) from a mechanical series composite ( 900 ) and in the trough-like recess ( 114 ), wherein a second. Part of the series connection on a second, the first opposite side of the wiring substrate ( 800 ) Is located, consists of a mechanical parallel compound and at least one of the fusible elements of the mechanical parallel composite has a firing pin as a mechanical trigger, wherein the mechanical parallel composite of a protective housing ( 700 ) is surrounded by the wiring substrate ( 800 ), the trough-shaped recess ( 114 ), the spark gap housing ( 112 ) and the protective housing ( 700 ) partitioned portions are formed against pollution and flashovers. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Reihenverbund (900) mindestens zwei zylindrische Schmelzelemente (100; 200) aufweist, welche durch einen leitfähigen Zylinder (300) an den Stirnseiten (400) und dort vorhandenen Anschlusskappen (500) mechanisch und elektrisch verbunden sind.Spark gap arrangement according to claim 1, characterized in that the mechanical series composite ( 900 ) at least two cylindrical fuses ( 100 ; 200 ), which by a conductive cylinder ( 300 ) on the front sides ( 400 ) and there existing connection caps ( 500 ) are mechanically and electrically connected. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbund aus zylindrischen Schmelzelementen (100; 200) von einem isolierenden Schrumpfschlauch (600) überzogen ist.Spark gap arrangement according to claim 2, characterized in that the composite of cylindrical fusible elements ( 100 ; 200 ) of an insulating shrink tube ( 600 ) is coated. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusskappen der Schmelzelemente des mechanischen Parallelverbunds elektrisch und mechanisch verbunden jeweils in einen Anschlussfortsatz übergehen, welche eine Montage auf dem Verdrahtungsträgers (800), insbesondere einer Leiterplatte ermöglichen.Spark gap arrangement according to claim 1, characterized in that the connection caps of the fusible elements of the mechanical parallel connection connect electrically and mechanically connected in each case into a connection extension, which mounting on the wiring substrate ( 800 ), in particular a printed circuit board. Funkenstreckenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrahtungsträger (800) eine langgestreckte, rechteckige Form mit an den Schmalseiten angebrachten Schraubanschlusslaschen (110) aufweist, wobei der mechanische Reihenverbund (900) an einer Längsaußenkante, mit dieser seitlich abschließend, angeordnet ist.Spark gap arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the wiring carrier ( 800 ) an elongated, rectangular shape with attached on the narrow sides Schraubanschlusslaschen ( 110 ), wherein the mechanical series composite ( 900 ) is arranged at a longitudinal outer edge, with this laterally final. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Parallelverbund rechtwinklig zur Längsachse des mechanischen Reihenverbunds (900) auf dem Verdrahtungsträger (800) angeordnet ist.Spark gap arrangement according to claim 5, characterized in that the mechanical parallel compound at right angles to the longitudinal axis of the mechanical series composite ( 900 ) on the wiring carrier ( 800 ) is arranged. Funkenstreckenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgehäuse (700) zu einer Längskante des Verdrahtungsträgers (800) offen ist, um einen Austritt des Schlagbolzens sowie eine Wirkverbindung zu einem federvorgespannten Anzeigeschieber (111) zu ermöglichen.Spark gap arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the protective housing ( 700 ) to a longitudinal edge of the wiring substrate ( 800 ) is open, to an outlet of the firing pin and an operative connection to a spring-biased indicator slide ( 111 ). Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgehäuse (700) an seiner vom Verdrahtungsträger (800) abgewandten Oberseite eine farblich gestaltete Indikatorfläche aufweist oder einen Indikatorflächenfortsatz besitzt.Spark gap arrangement according to claim 7, characterized in that the protective housing ( 700 ) at its from the wiring carrier ( 800 ) facing away from the top has a color-coded indicator surface or has an indicator surface extension.
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