DE102011102869A1

DE102011102869A1 - Funkenstreckenanordnung mit zwei in einem Gehäusekörper auf Abstand gehaltenen, gegenüberliegenden, bevorzugt flächigen Elektroden

Info

Publication number: DE102011102869A1
Application number: DE102011102869A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Waffler Michael; Dipl.-Ing. Uwe (FH) Strangfeld
Original assignee: Dehn and Soehne GmbH and Co KG
Current assignee: Dehn SE and Co KG
Priority date: 2010-08-18
Filing date: 2011-05-31
Publication date: 2012-02-23
Anticipated expiration: 2031-06-01
Also published as: WO2012022548A1; US20130207531A1; CN103098323B; RU2013108040A; RU2564779C2; EP2443709B9; US9178335B2; EP2443709B1; CN103098323A; EP2443709A1; DE102011102869B4; PL2443709T3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Funkenstreckenanordnung mit zwei in einem Gehäusekörper auf Abstand gehaltenen, gegenüberliegenden, bevorzugt flächigen Elektroden, bildend einen Lichtbogenbrennraum, sowie einer mit dem Lichtbogenbrennraum in Verbindung stehenden Gaskühl- und Druckausgleichskammer. Erfindungsgemäß ist der Gehäusekörper aus zwei Halbschalen gebildet, welche jeweils in einer Ebene gegenüberliegende erste Ausnehmungen für Elektrodenanschlussschenkel besitzen, welche wiederum außenseitig des Gehäusekörpers mit einer Anschlussklemme in Verbindung stehen. Die Halbschalen weisen jeweils einen ersten Raum zur Aufnahme eines Isolierstoffhalters für die Elektroden und einen zweiten Raum zur Aufnahme eines Kanäle besitzenden Kühlblocks mit hoher Wärmekapazität auf. Weiterhin ist mindestens den Aufnahmebereich des Kühlblocks, die Halbschalen außenseitig umgreifend, eine U-förmige Klammer vorgesehen, welche mit den Halbschalen mechanisch und druckbelastbar verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Funkenstreckenanordnung mit zwei in einem Gehäusekörper auf Abstand gehaltenen, gegenüberliegenden, bevorzugt flächigen Elektroden, bildend einen Lichtbogenbrennraum, sowie einer mit dem Lichtbogenbrennraum in Verbindung stehender Gaskühl- und Druckausgleichskammer gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 198 45 889 B4 ist eine Funkenstreckenanordnung zum Einsatz in der Stromversorgung bekannt, die eine Lichtbogenkammer aufweist, innerhalb derer zwischen zwei Elektroden der Funkenstrecke der Lichtbogenüberschlag erfolgt. Der Lichtbogenkammer ist eine Zwischenkammer nachgeschaltet, deren Volumen wesentlich größer ist als das Volumen der Lichtbogenkammer. Weiterhin besteht eine Verbindung zwischen der Lichtbogenkammer und der Zwischenkammer in Form eines druckfesten metallischen Durchströmkanals, der in die Zwischenkammer hineinragt und in seitlichen Öffnungen zur Gasumlenkung endet.
Mit einer solchen Lösung ist eine Kapselung ausführbar, so dass eine Funkenstrecke auch dort installiert werden kann, wo üblicherweise aufgrund der Brandgefahr die Anwendung von ausblasenden Strecken nicht oder nur eingeschränkt möglich ist.
Aus dem Vorgenannten ist es Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte Funkenstreckenanordnung anzugeben, welche für Anwendungen mit hohen Blitzstrombelastungen und niedrigen Folgeströmen, d. h. insbesondere für eine Schaltung zwischen N und PE geeignet ist, wobei die Funkenstreckenanordnung nichtausblasend realisiert werden soll und nur einen geringen Bauraum in Anspruch nehmen darf. Weiterhin soll eine Möglichkeit geschaffen werden, in kostengünstiger und einfacher Weise ein Aneinanderreihen mehrerer gleichartiger oder ähnlicher Funkenstrecken bzw. eine Durchkontaktierung und mechanische Verbindung bei einer Reihenanordnung von dementsprechenden Funkenstrecken zu realisieren.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch die Merkmalskombination gemäß der Lehre nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.
Es wird demnach von einer Funkenstreckenanordnung mit zwei in einem Gehäusekörper auf Abstand gehaltenen, gegenüberliegenden, bevorzugt flächigen Elektroden ausgegangen, die einen Lichtbogenbrennraum bilden. Weiterhin ist ein mit dem Lichtbogenbrennraum in Verbindung stehender Gaskühl- und Druckausgleichsraum, gebildet als entsprechende Druckausgleichskammer, vorhanden.
Erfindungsgemäß wird der Gehäusekörper aus zwei Halbschalen, bevorzugt aus einem Isolierstoff-Kunststoffmaterial gefertigt. Die Halbschalen besitzen jeweils in einer Ebene gegenüberliegend erste Ausnehmungen für Elektrodenanschlussschenkel. Die Elektrodenanschlussschenkel stehen außenseitig des Gehäusekörpers mit einer an sich bekannten Anschlussklemme in Verbindung. Diese Verbindung kann durch Nieten oder Formschluss realisiert werden. Die Elektrodenanschlussschenkel sind mit den eigentlichen Elektroden z. B. durch Vernieten verbunden. Auf diese Art und Weise kann das jeweils kostengünstigste Material für den jeweiligen Zweck Anwendung finden.
Die Halbschalen weisen jeweils einen ersten Raum zur Aufnahme eines Isolierstoffhalters für die Elektroden und einen zweiten Raum zur Aufnahme eines Kanäle besitzenden Kühlblocks mit hoher Wärmekapazität auf. Der Kühlblock kann aus einem metallischen Material bestehen und entsprechende eingefräste oder in sonstiger Weise eingebrachte mäanderförmige Kanäle zur vielfachen Gasumlenkung, dementsprechenden Abkühlung und Druckreduzierung besitzen.
Weiterhin ist eine U-förmige Klammer vorgesehen, die mindestens den Aufnahmebereich des Kühlblocks, die Halbschalen außenseitig umgreifend, angeordnet ist. Diese U-förmige Klammer mit hoher Wärmekapazität ist mit den Halbschalen mechanisch und druckbelastbar, z. B. durch Nieten verbunden.
An bevorzugt einer Stirnseite weisen die Halbschalen im Bereich, der zur Aufnahme des Kühlblocks vorgesehen ist, kleine Schlitze oder Öffnungen auf, so dass ein Druckausgleich möglich wird. Im Bereich dieser kleinen Öffnungen strömendes Gas wird nochmals von der U-förmigen Klammer gekühlt und entspannt.
Senkrecht zur Ebene zwischen den ersten Ausnehmungen ist in mindestens einer der Halbschalen eine zweite Ausnehmung als Durchtrittsschlitz eingebracht, um einen mit der Elektrode kontaktierten verlängerten Anschlussschenkel aufzunehmen, so dass ein fädelartiges Aneinanderreihen und elektrisches Kontaktieren mehrerer derartiger Funkenstreckenanordnungen in sehr einfacher und mechanisch stabiler Weise erfolgen kann.
Einer der Anschlussschenkel für die Elektroden weist eine angeformte Lasche zur Aufnahme eines bei höherer Temperatur sich formverändernden Schmelzteils auf, wobei das Formteil mit einer definierten Federkraft beaufschlagt ist und unmittelbar oder mittelbar mit einem Anzeigeelement in Wirkverbindung steht, so dass eine thermische Überbelastung signalisiert werden kann.
Für das ebenfalls notwendig werdende Einstellen einer niedrigeren Ansprechspannung ist eine Triggereinrichtung vorgesehen, welche in einer Ausnehmung oder in einem Hohlraum des Isolierstoffteils befindlich ist.
Die Triggereinrichtung ist bevorzugt als dünne Leiterplatte realisiert, welche die notwendigen Ansteuerbauelemente trägt. Weiterhin weist die Leiterplatte ein Ende auf, welches in den Elektrodenzwischenraum hineinreicht, um dort als Zünd- oder Triggerelektrode zu wirken.
Die Halbschalen bilden einen flächigen Gehäusekörper in bevorzugt rechteckiger Form, wobei die Gehäuseanordnung in ein frei konfigurierbares Außengehäuse montierbar ist.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von Figuren und eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Hierbei zeigen:
1 eine Darstellung einer der Elektroden mit Anschlussschenkel und kontaktiertem verlängerten Anschlussschenkel sowie den Zustand mit mechanisch fixierter Anschlussklemme (rechter Bildteil);
2 eine Darstellung ähnlich derjenigen nach 1, jedoch mit Lasche zur Aufnahme eines sich formverändernden Schmelzteils sowie eines Anzeigeelements und einer Feder zur Druckbeaufschlagung;
3a eine Darstellung der Funkenstreckenanordnung ohne obere Halbschale mit pfeilartig symbolisiertem Gasströmungsverlaufs innerhalb des Kühlblocks;
3b eine Darstellung ähnlich derjenigen nach 3a mit erkennbarem verlängerten Anschlussschenkel sowie einer U-förmigen Klammer, die nach Montage des in der 3a und b noch fehlenden zweiten Halbschalenteils aufgeschoben und mit den Halbschalen mechanisch verbunden wird;
4 eine Ansicht des Isolierstoffhalters für die Elektroden mit einer dort einsetzbaren Leiterplatte als Verdrahtungsträger für die Zündschaltung und
5 eine vollständig montierte Funkenstreckenanordnung mit U-förmiger Klammer, die die Halbschalen des Gehäusekörpers fixiert, und einen verlängerten Anschlussschenkel zum Aneinanderreihen weiterer Funkenstreckenanordnungen, die gleichzeitig kontaktiert werden können.
Wie in der 1 gezeigt, weist die Funkenstrecke Elektroden 1 auf, die kraft-, stoff- und/oder formschlüssig mit ihrem jeweiligen Anschlussbügel 2 verbunden werden.
Eine der beiden Elektroden kann mit einem verlängerten Anschlussschenkel 3 verbunden werden, so dass eine elektrische Kontaktierung und mechanische Befestigung zu weiteren Ableitermodulen realisierbar ist, wie dies z. B. die 5 erkennen lässt.
Die Führung der Anschlussschenkel, insbesondere des längeren Anschlussschenkels 3 ist geometrisch so ausgebildet, dass trotz einer hohen Strombelastung im Ableitfall nahezu keine elektromagnetische Kraftwirkung zwischen den einzelnen Ableitermodulen entsteht.
Die 2 zeigt noch einmal die vormontierte Einheit aus Elektrode 1, Anschlussteil 2 und verlängertem Anschlussschenkel 3, hier ergänzt um eine Lasche 4, die dazu dient, ein Formteil 5 mit definiert niedriger Schmelztemperatur, z. B. Lotformteil oder Wachsbolzen, aufzunehmen. Das Formteil 5 überwacht sowohl die thermische Belastung der umgebenden Kunststoffteile, d. h. der Halbschalen oder des Isolierstoffhalters 11 (siehe 4) als auch die Temperatur der metallischen Teile.
Bei einer entsprechenden Verformung bewegt die vorgespannte Feder 7 den Anzeigeschieber 6.
Die in den 3a, 3b und 5 gezeigte Funkenstreckenanordnung ist nichtausblasend ausgeführt.
Die entstehende Druckbelastung wird durch den integrierten Kühlblock 8, bevorzugt aus einem Material mit hoher Wärmekapazität, z. B. Kupfer, und dort vorhandenen integrierten Gasumlenkungskanälen extrem reduziert. Ein noch notwendig werdender Druckausgleich mit der Umgebung erfolgt durch mäanderförmige Kanäle kleinsten Querschnitts im Bereich 13 nach 3b.
Die 3a und 3b zeigen jeweils eine untere Halbschale 14, die entsprechende Ausnehmungen sowohl für den Isolierstoffhalter 11 als auch für den Kühlblock 8 besitzen. Erkennbar ist hier auch die Lage äußerer Anschlussklemmen 15.
Nach dem Aufsetzen der zweiten, weiteren Halbschale 16 (siehe 5) wird eine U-förmige Klammer 9, insbesondere Blechklammer, aufgeschoben und über dort vorhandene Bohrungen 17, die komplementär sind zu Ausnehmungen 18 in den Halbschalen bzw. im Isolierstoffkörper 11 mit diesen verbunden.
Die U-förmige Klammer 9 dient zur ergänzenden Kühlung und verlängert die mäanderförmigen Kanäle und trägt ebenfalls zur Druckabsenkung bei. Sie ist von elektrischen Bauteilen isoliert ausgeführt.
Wenn gewünscht, kann zur Realisierung niedrigerer Ansprechspannungen, z. B. im Bereich 1,5 kV, die Funkenstrecke mit einer entsprechend notwendigen Zündhilfseinheit ausgestattet werden.
Die notwendige Zündschaltung, bevorzugt umfassend eine Verschaltung aus einem Varistor und einem Gasableiter zur Ansteuerung der internen Funkenstrecke, befindet sich auf einer Isolierstoffplatte 10. Diese ist vollständig im Isolierstoffhalter 11 integriert, der sich wiederum im insgesamt druckbeständigen Gehäusekörper 13 befindet.
Die dünne Isolierstofffolie 10 dient nicht nur als Träger für die Bauelemente des Zündhilfskreises, sondern mit einem entsprechenden Ende, das zwischen die Elektroden hineinreicht, auch als Zündelektrode.
Die Bohrungen 18 im Isolierstoffhalter 11 werden von Domen 12 umgeben, die der Aufnahme der Anschlussbügel 2 mit den entsprechenden Hauptelektroden 1 dienen, wofür hierfür in den Anschlussbügeln eine entsprechend auf die Außenausmessungen des entsprechenden Doms vorgesehene Öffnung eingebracht ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19845889 B4 [0002]

Claims

Funkenstreckenanordnung mit zwei in einem Gehäusekörper auf Abstand gehaltenen, gegenüberliegenden, bevorzugt flächigen Elektroden, diese bildend einen Lichtbogenbrennraum sowie einer mit dem Lichtbogenbrennraum in Verbindung stehender Gaskühl- und Druckausgleichskammer, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusekörper aus zwei Halbschalen gebildet ist, welcher jeweils in einer Ebene gegenüberliegende erste Ausnehmungen für Elektrodenanschlussschenkel besitzen, welche wiederum außenseitig des Gehäusekörpers mit einer Anschlussklemme in Verbindung stehen, die Halbschalen jeweils einen ersten Raum zur Aufnahme eines Isolierstoffhalters für die Elektroden und einen zweiten Raum zur Aufnahme eines Kanäle aufweisenden Kühlblocks mit hoher Wärmekapazität besitzen, sowie weiterhin mindestens den Aufnahmebereich des Kühlblocks, die Halbschalen außenseitig umgreifend, eine U-förmige wärmeleitfähige Klammer vorgesehen ist, welche mit den Halbschalen mechanisch und druckbelastbar verbunden ist.
Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass senkrecht zur Ebene zwischen den ersten Ausnehmungen in einer Halbschale eine zweite Ausnehmung als Durchtrittsschlitz eingebracht ist, um einen mit der Elektrode kontaktierten oder kontaktierbaren verlängerten Anschlussschenkel aufzunehmen, so dass ein fädelartiges Aneinanderreihen und gleichzeitig elektrisches Kontaktieren weiterer Funkenstreckenanordnungen möglich ist.
Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Anschlussschenkel eine angeformte Lasche zur Aufnahme eines bei hoher Temperatur sich formverändernden Schmelzteils aufweist, wobei das Formteil mit einer definierten Federkraft beaufschlagt ist und unmittelbar oder mittelbar mit einem Anzeigeelement in Wirkverbindung steht.
Funkenstreckenanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Einstellung einer niedrigen Ansprechspannung eine Triggereinrichtung vorgesehen ist, welche in einer Ausnehmung oder einem Hohlraum des Isolierstoffhalters befindlich ist.
Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Triggereinrichtung eine dünne Leiterplatte oder folienartige Leiterplatte mit einem Ende umfasst, welche in den Elektrodenzwischenraum hineinreicht.
Funkenstreckenanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbschalen einen flachen Gehäusekörper in vorzugsweise rechteckiger Form bilden, wobei diese Gehäuseanordnung in ein frei konfigurierbares Außengehäuse einsetzbar ist.