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Die Erfindung betrifft eine Gehäuseanordnung für mehrpolige Überspannungsschutzgeräte mit einem Sockelteil, welches mit elektrischen Außenanschlüssen versehene Einzelmodule aufnimmt, wobei mindestens ein Einzelmodul eine Hörnerfunkenstrecke besitzt und jedes Einzelmodul aus Isolierstoffhalbschalen besteht, welche die jeweilige Funkenstrecke kapseln und mindestens das Einzelmodul mit Hörnerfunkenstrecke zwischen den Isolierstoffhalbschalen einen Abkühlraum für lichtbogenbedingte Gase besitzt, weiterhin mit einer Abdeckhaube, welche die Einzelmodule umschließt und montageseitig mit dem Sockelteil form- und/oder kraftschlüssig verbunden ist, wobei die Abdeckhaube in der Haubenoberseite Fenster für eine Funktionsanzeige der Einzelmodule aufweist gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Aus der
DE 101 25 941 B4 ist eine Kompaktanordnung für mehrpolige stoßstromfeste Überspannungsableiter mit in einem Gehäuse im Wesentlichen parallel angeordneten, intern verdrahteten gekapselten Funkenstrecken vorbekannt. Das dortige Gehäuse weist eine mit Trennwänden versehene Wannenform auf, wobei die derart gebildeten Gehäusekammern die druckdicht gekapselten einzelnen Funkenstrecken nebst Anschlussklemmen aufnehmen. Die Gehäusewanne ist nach oben offen ausgebildet, wobei zur offenen Seite eine Isolierplatte eingesetzt ist, die Öffnungen aufweist, um über Federkontaktelemente die metallischen Gehäuse der betreffenden Funkenstrecken zu kontaktieren. Die nach
DE 101 25 941 B4 eingesetzten Funkenstrecken weisen eine im Wesentlichen zylindrische Form auf, wobei die Wannenform auf eine solche zylindrische Funkenstreckengestalt abgestimmt ist.
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Um bei einer mehrpoligen Ausführungsform eine interne Verdrahtung zu ermöglichen, ist eine Verdrahtungsebene als Wechselbrücke in Z-Form, umfassend zwei kurze entgegengesetzt gerichtete und einen längeren Verbindungsschenkel vorgesehen. Zungenartige Ausprägungen oder Vorsprünge, die im Bereich der kurzen Schenkel der Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke angeordnet oder eingebracht sind, orientieren sich im montierten Zustand zum jeweiligen Winkelschenkel, so dass ein Gegenlager entsteht, um elektrodynamische Kräfte im Stoßstromfall aufzunehmen.
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Bei dem mehrpoligen Überspannungsableiter zum Einsatz in Niederspannungs-Stromversorgungssystemen, z. B. in TN-S- oder TT-Stromversorgungssystemen gemäß
DE 100 01 667 C1 wird von einem U-förmigen Basisteil mit Anschlussklemmen im Grundkörper für die aktiven Leitungen und PE- oder Erdpotential ausgegangen, wobei in der Abdeckhaube des Basisteiles Führungsmittel zur lösbaren Aufnahme von elektrisch mit den Anschlussklemmen kontaktierbaren Steckteilen mit Varistor- oder Funkenstreckenelementen vorgesehen sind.
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Im Grundkörper sind jeweils gegenüberliegende Ausnehmungen und Arretierungsvorsprünge für die Anschlussklemmen ausgebildet, und die Anschlussklemmen auf der aktiven Seite sind als Einzelklemmen und der PE- oder Erdpotentialseite als intern verbundene Klemmblöcke mit einem leitenden Durchgangsklemmelement ausgeführt. Ergänzend besteht gemäß der
DE 100 01 667 C1 die Möglichkeit, eine der Anschlussklemmen der aktiven Seite leitfähig mit einer Mehrfach-Steckkontaktschiene auf der PE- oder Erdpotentialseite intern zu verbinden, so dass allein durch Wahl der austauschbaren, vorkonfigurierten Anschlussklemmen eine unterschiedliche Verdrahtung realisiert werden kann.
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Aus der
DE 100 58 977 B4 ist ein mehrpoliger stoßstromfester Überspannungsableiter mit in einem Gehäuse im Wesentlichen parallel angeordneten, intern verdrahteten, gekapselten Funkenstrecken vorbekannt, wobei die Funkenstrecken gegenüberliegende, hervorstehende Kontaktflächen mit Bohrungen und Innengewinden aufweisen, die mit äußeren Anschlussklemmen sowie inneren Kontaktschienen verbunden sind. Weiterhin ist auch bei dieser Lösung eine Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke vorhanden, die eine im Wesentlichen Z-Form aufweist. Die im Sockelteil befindlichen Funkenstrecken sind zylinderförmig ausgeführt, wobei die Gesamtanordnung von einer Abdeckhaube umschlossen ist.
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Den vorstehend geschilderten Lösungen ist, bedingt durch die zylindrische Bauform der Funkenstrecken und die erforderlichen Mindestdurchmesser, eine Grenze hinsichtlich eines möglichst geringen Bauraums gesetzt. Darüber hinaus sind die vorbekannten Gehäuseanordnungen nicht zur Aufnahme von Hörnerfunkenstrecken geeignet, aus denen lichtbogenbedingte Gase in abgekühlter Form zum Druckausgleich austreten.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte Gehäuseanordnung für mehrpolige Überspannungsschutzgeräte mit einem Sockelteil und einer Abdeckhaube anzugeben, welche zum einen zur Aufnahme von Einzelmodulen geeignet ist, die sowohl eine ausreichende Blitzstromtragfähigkeit als auch Folgestromlöschfähigkeit besitzen, und wobei zum anderen trotz beengten Bauraums die notwendigen elektrischen Kriechstrecken eingehalten werden. Darüber hinaus ist die interne Verschaltung der Einzelmodule so zu realisieren, dass stoßstrombedingte Kräfte entweder von vornherein vermieden oder aber sicher aufgenommen und ohne Beschädigungen oder Zerstörungen des Gehäuses abgeleitet werden.
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Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch eine Gehäuseanordnung gemäß der Merkmalskombination nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.
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Es wird demnach von einer Gehäuseanordnung für mehrpolige Überspannungsschutzgeräte mit einem Sockelteil ausgegangen, welches mit elektrischen Außenanschlüssen versehene Einzelmodule aufnimmt. Die Einzelmodule besitzen hierbei eine sehr schmale Bauform. Mindestens ein Einzelmodul weist eine Hörnerfunkenstrecke auf, und jedes Einzelmodul besteht aus Isolierstoffhalbschalen, welche die jeweilige Funkenstrecke kapseln.
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Mindestens das Einzelmodul mit Hörnerfunkenstrecke besitzt zwischen den Isolierstoffhalbschalen einen Abkühlraum für lichtbogenbedingte Gase, der in mindestens einer Öffnung mündet. Weiterhin ist eine Abdeckhaube vorgesehen, welche die Einzelmodule zur Bildung einer kompakten Anordnung umschließt und welche montageseitig mit dem Sockelteil form- und/oder kraftschlüssig verbunden ist, wobei die Abdeckhaube in der Haubenoberseite Fenster für eine Funktionsanzeige der Einzelmodule aufweist. Die Abdeckhaube besteht, ebenso wie das Sockelteil, aus einem Isolierstoffmaterial, insbesondere Kunststoffmaterial.
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Erfindungsgemäß sind im Sockelteil mit diesem verbundene, sich vom Boden aus nach oben ersteckende erste Isolierstofftrennwände ausgebildet, welche jeweils Kammern für die Einzelmodule abgrenzen.
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In der Abdeckhaube sind mit dieser verbundene, sich in Richtung Sockelteil erstreckende zweite Isolierstofftrennwände vorhanden, deren Lage und Positionierung zu den ersten Isolierstofftrennwänden für die Kammerbildung komplementär ist.
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Weiterhin ist im Sockelteil außerhalb des Raumes zur Aufnahme der jeweiligen Einzelmodule mindestens eine Druckausgleichskammer vorgesehen, welche mit im Bodenbereich des Sockelteils vorhandenen labyrinthartige Spaltöffnungen gasseitig in Verbindung steht.
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Der Gasausgang des Abkühlraumes eines diesbezüglich im Sockelteil eingesetzten Einzelmoduls ist zur vorerwähnten Druckausgleichskammer orientiert, um eine Mäanderströmung mit der Folge einer weiteren Abkühlung zur Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit der Gase sicherzustellen. Durch die im Einzelmodul befindliche Abkühlkammer in Verbindung mit der Druckausgleichskammer und den Öffnungen ergibt sich elektrisch gesehen eine vollständige Kapselung, und es treten keine heißen Gase aus, wie dies bei klassischen sogenannten ausblasenden Überspannungsableitern der Fall ist.
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Erfindungsgemäß unterliegt die Partikel- oder Gasströmung über die Druckausgleichskammer und die Öffnungen einem mehrfachen Richtungswechsel im Sinne einer Mäanderströmung. Hierfür können die Kammern in einzelne Kammerabschnitte mit Umlenkteilen besitzen.
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Die Einzelmodule sind im Sockelteil durch die Isolierstoffwände getrennt und stehend angeordnet, wobei jeder der Einzelmodule in den Isolierstoffhalbschalen einen Durchtrittsschlitz aufweist, um für die Verschaltung mehrerer Module eine starre, leitfähige Brücke aufzunehmen, die senkrecht zur Längsachse der stehend angeordneten Einzelmodule verläuft. Dadurch können die Einzelmodule auf die starre leitfähige Brücke quasi aufgefädelt und aneinandergereiht werden im Sinne einer kompakten Einheit, die derartig vormontiert in das Sockelteil unter Nutzung der dort ausgebildeten Kammern eingesetzt wird.
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Die ersten Isolierstofftrennwände, die sich vom Boden des Sockelteils aus nach oben erstrecken, reichen dabei bis zur Unterseite der leitfähigen Brücke und behindern das Einsetzen der Kompaktbaugruppe aus mehreren Ableitern mit Bücke in das Sockelteil nicht.
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Im Durchtrittsschlitz des jeweiligen Einzelmoduls verläuft ein Funkenstreckenelektrodenabschnitt, um diesen unmittelbar mit der leitfähigen Brücke zu kontaktieren.
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Ergänzend weist eine der Isolierstoffhalbschalen, die das Gehäuse des Einzelmoduls bilden, eine Aussparung in Längsrichtung, d. h. senkrecht zur einzubringenden leitfähigen Brücke auf, welche bis zum Durchtrittsschlitz reicht, um ein kraftschlüssiges Verbindungsmittel zwischen Brücke und dem jeweiligen Funkenstreckenelektrodenabschnitt einzubringen und/oder zu betätigen. Das Verbindungsmittel kann eine Schraube sein, die die entsprechende Verbindung mit Kraftschluss unter Nutzung eines großflächigen Kontaktes zwischen Brücke und Funkenstreckenelektrodenabschnitt realisiert.
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Die Unterseite des Sockelteils weist einen an sich bekannten Rücksprung zur Hutschienenmontage gemäß einschlägiger Normen auf, wobei im Sockelteil federbelastete, bewegliche Rastmittel mit Rastnasen eingebracht sind.
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Die Öfnungen derjenigen Kammern, welche im Bereich der Rastmittel liegen, sind über dort vorgesehene Ausnehmungen realisiert, wobei benachbarte Kammern separate Öffnungen in Form von Schlitzen oder dergleichen umfassen.
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Die aufeinander zuweisende Enden der ersten und zweiten Isolierstofftrennwände bilden einen Freischnitt oder einen Freiraum, der auf die Breite und die Dicke der leitfähigen Brücke abgestimmt ist. Damit wird auch im Bereich der Aufnahme der leitfähigen Brücke für die notwendigen Isolations- und Kriechstrecken gesorgt und eine Trennung der einzelnen Kammern gegeneinander realisiert.
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Da die Gehäuseanordnung, umfassend Sockelteil und Abdeckhaube nicht verklebt oder verschweißt, d. h. stoffschlüssig verbunden ist, sondern nur Rastverbindungen vorliegen, kann über ansonsten vorhandene Übergänge oder Spalte ein ergänzender Druckausgleich bezüglich lichtbogenbedingter Gase erfolgen.
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Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
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Hierbei zeigen:
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1 eine erste teilweggebrochene Darstellung der Gehäuseanordnung mit einer Kammer sowie Druckausgleichsöffnung im Bereich eines beweglichen Rastmittels zur Hutschienenmontage;
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2 eine Darstellung ähnlich derjenigen nach 1, jedoch mit einer zweiten Kammer zur Aufnahme eines Einzelmoduls mit Hörnerfunkenstrecke und vorgesehener Entlüftung über Druckausgleichskammer und Öffnungen;
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3 und 4 Darstellungen zur Anordnung der leitfähigen Brücke zur Verbindung von Einzelmodulen (mit abgenommener Abdeckhaube) und
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5 eine Darstellung der Gesamtanordnung mit teilweggebrochener Abdeckhaube zur Demonstration der ersten und zweiten Isolierstofftrennwände.
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Die Gehäuseanordnung gemäß den figürlichen Darstellungen geht von einem Sockelteil 1 aus, welches mehrere Einzelmodule 2 mit daran befindlichen Funkenstrecken aufnimmt.
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Die Einzelmodule sind, wie dies in den 2 und 3 erkennbar ist, parallel benachbart im Sockelteil 1 angeordnet.
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Diejenigen Einzelmodule 2, welche eine Hörnerfunkenstrecke aufweisen und deren Isolierstoffhalbschalen 3 einen Abkühlraum für lichtbogenbedingte Gase besitzen, umfassen auch einen Strömungsausgang 4 in Form einer kleinen Öffnung.
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In den 1 und 2 ist mit den Pfeildarstellungen die Entlüftung, d. h. der Weg der strömenden Gase oder Partikel, welche abbrand- oder lichtbogenbedingt entstehen, dargestellt.
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Die Partikel- oder Gasströmung wird über eine Druckausgleichskammer 5 und Spaltöffnungen 6 einem mehrfachen Richtungswechsel unterworfen.
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Die Spaltöffnungen 6 sind in der Darstellung gemäß 1 im Bereich von Rastmitteln 7 zur Hutschienenmontage ausgebildet. Bei der Darstellung nach 2 verlaufen die Spaltöffnungen über im Sockelbodenbereich befindliche, in der Figur erkennbare Schlitze.
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Die Gehäuseanordnung umfasst weiterhin eine Abdeckhaube 8, die mittels Snap-In-Verbindungsmittel 9 am Sockelteil gehalten ist.
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In der Abdeckhaube 8 sind noch Fenster 10 vorhanden, um die Position einer Funktionsanzeige 11 zu erkennen.
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Dabei ist jedes Einzelmodul 2 mit einer solchen Funktionsanzeige 11 versehen. Weitere Öffnungen 12 in der Abdeckhaube 8 ermöglichen einen Zugang zu im Inneren befindliche Schraubanschlussklemmen 13 (s. auch 3).
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Im Sockelteil 1 sind sich vom Boden aus senkrecht nach oben erstreckende ersten Isolierstofftrennwänden 14 vorhanden, welche Kammern für die Einzelmodule 2 bilden. Den ersten Trennwänden 14, die sich vom Sockelteil 1 nach oben erstrecken, sind lagemäßig komplementäre zweite Isolierstofftrennwände 15 zugeordnet, die sich an der Abdeckhaube 8 befinden.
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Die Einzelmodule 2 sind im Sockelteil 1 durch die Trennwände 14 und 15 getrennt und stehend angeordnet, wobei jeder der Einzelmodule 2 in den Isolierstoffhalbschalen 3 einen Durchtrittsschlitz aufweist, um für die Verschaltung mehrerer Einzelmodule eine starre leitfähige Brücke 16 aufzunehmen, die senkrecht zur Längsachse der stehend angeordneten Einzelmodule 2 verläuft.
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Im Durchtrittsschlitz des jeweiligen Einzelmoduls verläuft ein Funkenstreckenelektrodenabschnitt 17, um diesen unmittelbar mit der leitfähigen Brücke 16 zu kontaktieren. Eine der Isolierhalbschalen 3 weist eine Aussparung 18 in Längsrichtung auf, welche bis zum Durchtrittsschlitz reicht, um ein kraftschlüssiges Verbindungsmittel, z. B. eine Schraube 19, zwischen der Brücke 16 und dem jeweiligen Funkenstreckenelektrodenabschnitt 17 einzubringen bzw. zu betätigen. Hierfür ist noch jeweils eine entsprechende Bohrung 20 in der Brücke 16 sowie eine komplementäre Bohrung im Funkenstreckenelektrodenabschnitt 17 vorgesehen.
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Die Unterseite des Sockelteils 1 weist einen Rücksprung 21 zur Hutschienenmontage auf, wobei durch Betätigen der Rastmittel 7 mittels eines Herausziehens aus dem Sockelteil die Gehäuseanordnung von der Hutschiene lösbar ist.
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Die aufeinander zuweisenden Enden der ersten 14 und zweiten Isolierstofftrennwände 15 bilden einen Freischnitt, der auf die Breite und Dicke der leitfähigen Brücke 16 abgestimmt ist, wie dies aus der 5 ersichtlich ist.
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Die 3 und 4 zeigen die Anordnung stehender Einzelmodule 2, die verschiedenartig verschaltet werden können. Die interne Brücke 16 zur Verschaltung der einzelnen Module ist senkrecht zu den Modulen gelegt, damit Stromkräfte bei Ableitvorgängen reduziert werden. In der Darstellung gemäß 3, rechts, ist das dortige Modul eine Funkenstrecke, die zwischen N und PE geschalten ist. Durch diese Funkenstrecke fließt der gesamte Blitzstoßstrom und teilt sich dann auf die einzelnen Leiter N, L1, L2 und L3 auf. Da die interne Brücke 16 senkrecht auf die N-Elektrode der N/PE-Funkenstrecke geführt wird, werden in dieser Lage elektromagnetische Kräfte durch Feldeinwirkung vermieden.
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Mit Hilfe der Schraube 19 ist eine elektrische Verbindung zwischen dem jeweiligen Funkenstreckenelektrodenabschnitt 17 und der leitfähigen Brücke 16 hergestellt, wobei die Ströme über die Auflagefläche zwischen Brücke und Anschlussschenkel im Funkenstreckenmodul geleitet werden. Die Auflagefläche ist hier sehr groß gewählt und kann ohne Weiteres 100 kA/350 μs Blitzstoßströme übertragen.
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Die einzelnen Module sind je nach Netzform austausch- und verschaltbar. Es können TNS-Geräte mit Viernetzmodulen, TNC-Geräte mit Dreinetzmodulen, TT-Geräte mit Dreinetz- und einem N-PE-Modul in sehr schmaler Gehäusebauform realisiert werden. Im nur ca. 36 mm breiten Gehäuse können aber auch 1 + 1 große TT-Schaltungen oder 2 + 0-Gerätevarianten mit denselben Einzelmodulen realisiert werden. Bei einer Ausführungsform ist die leitfähige Brücke fest mit dem N-PE-Modul verbunden, und es werden die weiteren Einzelmodule quasi auf die Brücke aufgefädelt und dann in das Sockelteil eingesetzt. Die leitfähige Brücke kann jedoch auch als Einzelteil montiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sockelteil
- 2
- Einzelmodul
- 3
- Halbschale
- 4
- Strömungsausgang
- 5
- Druckausgleichskammer
- 6
- Spaltöffnung
- 7
- Rastmittel
- 8
- Abdeckhaube
- 9
- Verbindungsmittel
- 10
- Fenster
- 11
- Funktionsanzeige
- 12
- Öffnung
- 13
- Klemme
- 14
- erste Isolationstrennwand
- 15
- zweite Isolationstrennwand
- 16
- Brücke
- 17
- Funkenstreckenelektrodenabschnitt
- 18
- Aussparung
- 19
- Schraube
- 20
- Bohrung
- 21
- Rücksprung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10125941 B4 [0002, 0002]
- DE 10001667 C1 [0004, 0005]
- DE 10058977 B4 [0006]
