DE102014102459A1

DE102014102459A1 - Überspannungsschutzelement

Info

Publication number: DE102014102459A1
Application number: DE102014102459.1A
Authority: DE
Inventors: Eduard Dorsch; Frank Werner; Peter Bobert; Thomas Westebbe
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2014-02-25
Filing date: 2014-02-25
Publication date: 2015-08-27
Also published as: EP3111521A1; EP3111521B1; CN106030940A; CN106030940B; US20170077678A1; US10211603B2; WO2015128159A1; JP6218962B2; JP2017510943A

Abstract

Es wird ein Überspannungsschutzelement (100) aufweisend eine erste Elektrode (1), eine zweite Elektrode (2) und einen Gasentladungsraum (10) angegeben. Der Gasentladungsraum (10) ist zwischen der ersten Elektrode (1) und der zweiten Elektrode (2) angeordnet ist, wobei das Überspannungsschutzelement (100) eine Zwischenelektrodenstruktur (3) aufweist, die in dem Gasentladungsraum (10) angeordnet und elektrisch von der ersten und der zweiten Elektrode (1, 2) isoliert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Überspannungsschutzelement.
Eine zu lösende Aufgabe ist es, ein verbessertes Überspannungsschutzelement anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch das Überspannungsschutzelement mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Ein vorgeschlagenes Überspannungsschutzelement, vorzugsweise ein Überspannungsschutzableiter, beispielsweise ein Gasableiter, umfasst eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und einen Gasentladungsraum, der zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist, wobei das Überspannungsschutzelement eine Zwischenelektrodenstruktur aufweist, die in dem Gasentladungsraum angeordnet und elektrisch von der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode isoliert ist. Der Gasentladungsraum ist vorzugsweise ein zusammenhängender Gasentladungsraum. Das Überspannungsschutzelement ist weiterhin vorzugsweise ausgebildet, in dem Gasentladungsraum ein Gas zu entladen und so eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode herzustellen.
Zweckmäßigerweise ist die Gasentladung und/oder der Gasentladungsraum zur Entladung eines Gases, beispielsweise eines Edelgases, zum Abbau einer Überspannung vorgesehen. Weiterhin ist das Überspannungsschutzelement zweckmäßigerweise vorgesehen eine weitere Komponente, beispielsweise ein elektronisches Bauelement, vor der genannten Überspannung zu schützen. Die Überspannung bezeichnet vorzugsweise Spannungen oberhalb einer Betriebs- oder Schwellspannung, ab der die genannte Komponente beschädigt oder zerstört werden kann. Insbesondere ist das Überspannungsschutzelement vorzugsweise derart ausgebildet, dass eine Bogenbrennspannung des Überspannungsschutzelements, welche sich beispielsweise als Folge einer an dem Überspannungsschutzelement anliegenden Überspannung ausbildet, gegenüber einem konventionellen Überspannungsschutzelement und/oder einem Überspannungsschutzelement des Standes der Technik, vergrößert oder besonders groß bemessen ist. Durch eine vergrößerte Bogenbrennspannung kann insbesondere das Folgestromlöschverhalten des Überspannungsschutzelements verbessert oder optimiert werden.
Ein Folgestrom oder Netzfolgestrom kann insbesondere einen Strom zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode bezeichnen, welcher sich nach dem Zünden eines in dem Gasentladungsraum befindlichen Gases oder nach dem Ausbilden eines Lichtbogens zwischen den genannten Elektroden, einstellt. Der Netzfolgestrom kann insbesondere in dem elektronischen Bauteil oder weiteren elektrischen Netzen oder Netzwerken, insbesondere wenn diese einen besonders geringen elektrischen Innenwiderstand aufweisen, Beschädigungen verursachen.
Insbesondere kann sich ein Folgestrom dadurch einstellen, dass nach dem Abklingen einer an die Elektroden des Überspannungsschutzbauteils angelegten Überspannung ein Lichtbogen ausbildet und dieser Lichtboden für eine gewisse Zeit aufrechterhalten bleibt. Wenn beispielsweise eine Netz- oder Betriebsspannung des elektronischen Bauteils kleiner als die Bogenbrennspannung ist, löscht das Überspannungsschutzelement den Lichtbogen selbstständig. Aus diesem Grund ist eine hohe Bogenbrennspannung erwünscht.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein elektronisches Bauteil mit dem Überspannungsschutzelement. Insbesondere ist das Überspannungsschutzelement zum Schutz des elektronischen Bauteils vor Überspannungen eingerichtet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umläuft die Zwischenelektrodenstruktur die erste Elektrode in Aufsicht auf das Überspannungsschutzelement betrachtet mit einem konstanten Abstand. Durch diese Ausgestaltung kann insbesondere die Bogenbrennspannung des Überspannungsschutzelements, beispielsweise im Vergleich zu einem konventionellen Überspannungsschutzelement, erhöht werden, da der elektrische Widerstand zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode durch die koaxiale oder konzentrische Geometrie der ersten und der zweiten Elektrode und die Vorsehung der Zwischenelektrodenstruktur, beispielsweise während des Ausbildens eines Lichtbogens oder einer Gasentladung zwischen den Elektroden, erhöht werden kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die zweite Elektrode und/oder die Zwischenelektrodenstruktur ringartig ausgestaltet.
Die zweite Elektrode und die Zwischenelektrodenstruktur können konzentrisch zu der ersten Elektrode angeordnet sein. Diese Konzentrizität bezeichnet vorzugsweise die Anordnung der genannten Komponenten in oder entlang eines gemeinsamen Zentrums, wobei die einzelnen Komponenten zu dem Zentrum unterschiedliche Abstände oder Radien aufweisen können. Das Zentrum bezeichnet beispielsweise in Aufsicht auf das Überspannungsschutzelement betrachtet einen Schwerpunkt oder Massenmittelpunkt desselben.
Als Vorteil der beschriebenen konzentrischen, umlaufenden und/oder rotationssymmetrischen Geometrie kann, in Anbetracht einer Vielzahl von möglichen Zündpunkten oder Zündorten zwischen der Zwischenelektrodenstruktur und den Elektroden, der elektrische Widerstand zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode dahingehend erhöht werden, dass sich die Bogenbrennspannung des Überspannungsschutzelements ebenfalls erhöht. Beispielsweise kann – im Falle einer Gasentladung durch eine Überspannung – ein Stromfluss in zumindest einem Teil des Gasentladungsraums beispielsweise zwischen der ersten Elektrode und der Zwischenelektrodenstruktur in einem großen Winkel, beispielsweise 90° relativ zu einem Stromfluss zwischen der Zwischenelektrodenstruktur und der zweiten Elektrode fließen, wodurch insgesamt der elektrische Widerstand erhöht wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Überspannungsschutzelement eine Hauptachse auf. Die Hauptachse verläuft vorzugsweise durch das oben beschriebene Zentrum.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die erste Elektrode eine zentrale Elektrode des Überspannungsschutzelements, wobei die zweite Elektrode und die Zwischenelektrodenstruktur neben der ersten Elektrode angeordnet sind. Die zweite Elektrode und die Zwischenelektrodenstruktur sind vorzugsweise, in Aufsicht auf das Überspannungsschutzelement betrachtet, die erste Elektrode umlaufend angeordnet. Durch diese Ausgestaltung kann insbesondere die Bogenbrennspannung des Überspannungsschutzelements, wie oben beschrieben, erhöht werden.
Die erste Elektrode und die zweite Elektrode sind vorzugsweise Hauptelektroden des Überspannungsschutzelements. Die erste Elektrode ist gemäß dieser Ausgestaltung zweckmäßigerweise in der Hauptachse des Überspannungsschutzelements angeordnet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung unterteilt die Zwischenelektrodenstruktur den Gasentladungsraum in eine Mehrzahl von gasdurchlässig miteinander verbundenen Teilräumen. Vorzugsweise bedeutet der Ausdruck „gasdurchlässig“ in diesem Zusammenhang, dass der Gasentladungsraum trotz der Anordnung der Zwischenelektrodenstruktur ein zusammenhängender Gasentladungsraum ist. Beispielsweise kann eine Gaswechselwirkung, insbesondere über Druck- und Temperaturänderungen zwischen den verschiedenen Teilräumen stattfinden. Mit anderen Worten sind die verschiedenen Teilräume nicht gasdicht. Durch diese Ausgestaltung kann mit Vorteil erreicht werden, dass sich beispielsweise im Gegensatz zu einer Reihenschaltung von hermetisch voneinander getrennten, einzelnen Gasableitern, Druck, Temperatur oder Entladungszustände des in dem Gasentladungsraum angeordneten Gases von einem Teilraum auf den nächsten Teilraum auswirken können und/oder, dass die Teilräume über Druck, Temperatur oder den Ionisationszustand des Gases wechselwirken. Diese Ausgestaltung kann ebenfalls das Folgestromlöschverhalten des Überspannungselements durch eine erhöhte Bogenbrennspannung verbessern.
Die Anordnung der Zwischenelektrodenstruktur, wie oben beschrieben, kann einhergehend mit einer angestrebten höheren Bogenbrennspannung, ebenfalls mit einer Erhöhung der Zündspannung des Überspannungsschutzelements verbunden sein, da sich der elektrische Widerstand der Zündstrecke durch die Unterteilung in Teilräume oder Teilentladungen erhöht. Die Zündspannung erhöht sich jedoch vorzugsweise durch die gasdurchlässig verbundenen Teilräume nicht so stark, wie, wenn das Überspannungsschutzelement beispielsweise lediglich durch eine Reihenschaltung oder Aneinanderreihung von untereinander gasdicht abgeschlossenen Gasableitern oder Gasräumen gebildet wäre. Wenn beispielsweise eine Teilentladung zwischen der ersten Elektrode und der Zwischenelektrodenstruktur gezündet wird, kann sich beispielsweise Druck und Temperatur des Gases in diesem Teilraum erhöhen, wodurch durch die genannte Gaswechselwirkung eine Ausbildung eines Lichtbogens und/oder eine weitere Teilentladung beispielsweise zwischen der Zwischenelektrodenstruktur und der zweiten Elektrode aufgrund des erhöhten Drucks und/oder der erhöhten Temperatur nicht so leicht ausbilden oder vorzugsweise unterdrückt werden kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung bewirkt die Zwischenelektrodenstruktur eine Vergrößerung der Bogenbrennspannung als Folge einer an das Überspannungsschutzelement angelegten Überspannung.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die erste Elektrode, die Zwischenelektrodenstruktur und die zweite Elektrode äquidistant zueinander angeordnet. Diese Ausgestaltung ist hinsichtlich der Ausbildung einer Gasentladung im Falle einer Überspannung zwischen den Elektroden vorteilhaft. Insbesondere kann durch diese Ausgestaltung eine Gasentladung beziehungsweise ein Lichtbogen zwischen der ersten Elektrode und der Zwischenelektrodenstruktur mit gleicher Wahrscheinlichkeit auftreten wie zwischen der Zwischenelektrodenstruktur und der zweiten Elektrode.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die erste und die zweite Elektrode axial versetzt zueinander angeordnet. Diese Ausgestaltung und/oder Geometrie kann mit Vorteil eine elektrische Isolierung der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode voneinander erleichtern.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Zwischenelektrodenstruktur einen axialen Bereich auf, in welchem diese mit der ersten Elektrode, nicht aber mit der zweiten Elektrode überlappt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Zwischenelektrodenstruktur einen axialen Bereich auf, in welchem diese mit der zweiten Elektrode, nicht aber mit der ersten Elektrode überlappt.
Durch die letzten beiden Ausgestaltungen kann vorteilhafterweise die relative Anordnung der ersten und zweiten Elektrode und der Zwischenelektrodenstruktur erleichtert und/oder die Abstände der genannten Komponenten zueinander definiert werden, wodurch insbesondere eine elektrische Isolierung der ersten und der zweiten Elektrode vereinfacht werden kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Zwischenelektrodenstruktur eine Mehrzahl von in Aufsicht auf das Überspannungsschutzelement äquidistant zueinander angeordneten und elektrisch voneinander getrennten Elektrodenkörpern auf. Durch diese Ausgestaltung kann die Bogenbrennspannung – entsprechend der Anzahl der für die Zwischenelektrodenstruktur vorgesehenen Elektrodenkörper – weiter erhöht und/oder das Folgestromlöschverhalten des Überspannungsschutzelements verbessert werden. Jeder Elektrodenkörper ist dabei vorzugsweise ringförmig oder ringartig ausgebildet. Weiterhin sind die Elektrodenkörper zweckmäßigerweise elektrisch voneinander getrennt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Zwischenelektrodenstruktur nur zwei Elektrodenkörper auf.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Zwischenelektrodenstruktur einen inneren und einen äußeren Elektrodenkörper auf, wobei der innere und der äußere Elektrodenkörper jeweils ringförmig oder ringartig ausgebildet sind.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind der innere und der äußere Elektrodenkörper axial versetzt zueinander angeordnet. Diese Ausgestaltung und/oder Geometrie kann hingegen mit Vorteil eine elektrische Isolierung des inneren Elektrodenkörpers und des äußeren Elektrodenkörpers voneinander erleichtern.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die erste Elektrode, der innere Elektrodenkörper, der äußere Elektrodenkörper und die zweite Elektrode in dieser Reihenfolge einander nachfolgend axial versetzt angeordnet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Überspannungsschutzelement eine Isolationsstruktur auf, die mindestens eine radiale Anlagefläche aufweist, die wiederum an einer radialen Fläche oder radialen Anlagefläche der ersten und/oder zweiten Elektrode anliegt. Jede radiale Anlagefläche erstreckt sich vorzugsweise entlang einer durch die Hauptachse definierte Richtung, derart, dass beispielsweise eine Oberflächennormale der radialen Anlagefläche radial ausgerichtet ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Isolationsstruktur einen ersten und einen zweiten weitgehend rotationssymmetrischen Isolationskörper auf, wobei jeder Isolationskörper eine Anlagestufe mit einer radialen Anlagefläche und einer axialen Anlagefläche aufweist. Die genannten Anlageflächen sind vorzugsweise ausgebildet, die Bewegung von an diese anliegende Komponenten des Überspannungsschutzelements, zu begrenzen. Die genannte axiale Anlagefläche ist vorzugsweise derart orientiert, dass eine Oberflächennormale dieser Fläche parallel zur Hauptachse des Überspannungsschutzelements orientiert ist. Die Rotationssymmetrie der Isolationskörper kann vorzugsweise bis auf kleinere Abweichungen beispielsweise Befestigungseinrichtungen oder ähnliche Merkmale vorliegen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung liegt die Anlagestufe des ersten Isolationskörpers an dem inneren Elektrodenkörper an.
In einer bevorzugten Ausgestaltung liegt die Anlagestufe des zweiten Isolationskörpers an dem äußeren Elektrodenkörper an.
Der Ausdruck „anlegen“ oder „Anlage“ kann vorliegend bedeuten, dass die genannten Komponenten sich berühren und dabei mechanisch in Kontakt stehen, jedoch vorzugsweise nicht mechanisch fest miteinander verbunden sind, so dass die entsprechenden Elemente einen gewissen Spielraum aufweisen können. Die genannten Abstände können dann ebenfalls entsprechend des genannten Spielraums variieren.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der erste Isolationskörper ringartig ausgebildet und weist eine Aussparung auf, wobei sich die erste Elektrode in die Aussparung hinein erstreckt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der zweite Isolationskörper axial versetzt zu der ersten Elektrode angeordnet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung definiert der erste Isolationskörper den axialen Versatz des inneren und des äußeren Elektrodenkörpers voneinander.
In einer bevorzugten Ausgestaltung definiert der erste Isolationskörper den radialen Abstand des inneren Elektrodenkörpers von der ersten Elektrode.
In einer bevorzugten Ausgestaltung definiert der zweite Isolationskörper den axialen Versatz des inneren und des äußeren Elektrodenkörpers.
In einer bevorzugten Ausgestaltung definiert der zweite Isolationskörper den radialen Abstand des äußeren Elektrodenkörpers von der zweiten Elektrode.
In einer bevorzugten Ausgestaltung definiert die Isolationsstruktur, beispielsweise über die Anordnung des ersten Isolationskörpers und des zweiten Isolationskörpers den radialen Abstand des inneren Elektrodenkörpers und des äußeren Elektrodenkörpers.
Durch die sieben zuletzt genannten Ausgestaltungen kann mit Vorteil eine elektrische Isolierung der ersten Elektrode, des inneren Elektrodenkörpers, des äußeren Elektrodenkörpers und der zweiten Elektrode voneinander erleichtert werden.
Durch die Definition oder Beschränkung der Abstände, lediglich durch Anlegen der Isolationsstruktur oder der Isolationskörper an die Elektroden oder die Zwischenelektrodenstruktur, oder umgekehrt, kann mit Vorteil die oben genannte Ausgestaltung des zusammenhängenden Gasentladungsraums, wobei eine gasdurchlässige Verbindung zwischen den einzelnen Teilräumen erhalten bleibt, erreicht werden, da auf diese Weise vorzugsweise keine gasdichte Trennung der Teilräume des Gasentladungsraums erfolgt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung betragen der Abstand der ersten Elektrode von dem inneren Elektrodenkörper, der Abstand des inneren Elektrodenkörpers von dem äußeren Elektrodenkörper und/oder der Abstand des äußeren Elektrodenkörpers von der zweiten Elektrode jeweils zwischen 0,5 mm und 0,8 mm.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren.
1 zeigt zumindest einen Teil eines Querschnitts eines Überspannungsschutzelements gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung.
2 zeigt eine schematische Aufsicht auf zumindest einen Teil eines Überspannungsschutzelements.
Gleiche, gleichartige und gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
1 zeigt einen Querschnitt eines Überspannungsschutzelements 100 in einer beispielhaften Ausgestaltung. Das Überspannungsschutzelement 100 weist ein Gehäuse 20 auf. Das Gehäuse 20 ist vorzugsweise elektrisch isolierend.
Das Überspannungsschutzelement 100 ist vorzugsweise zum Schutz beispielsweise eines elektronischen Bauteils (nicht explizit dargestellt) vor Überspannungen vorgesehen und dementsprechend eingerichtet.
Das Überspannungsschutzelement 100 weist eine erste Elektrode 1 auf. Die erste Elektrode 1 ist vorzugsweise eine zentrale Elektrode oder Mittenelektrode. Das Überspannungsschutzelement 100 weist weiterhin eine Hauptachse X auf, in welcher die erste Elektrode 1 zentrisch angeordnet ist. Das Überspannungsschutzelement 100 weist weiterhin eine zweite Elektrode 2 auf. Die erste Elektrode 1 und die zweite Elektrode 2 sind vorzugsweise Hauptelektroden des Überspannungsschutzelements 100. Die zweite Elektrode 2 ist, in Aufsicht auf das Überspannungsschutzelements 100 betrachtet (vgl. 2), konzentrisch zu der ersten Elektrode 1 oder die erste Elektrode 1 umlaufend angeordnet (vgl. 2). Die zweite Elektrode 2 ist zweckmäßigerweise weiterhin elektrisch von der ersten Elektrode 1 isoliert. Weiterhin ist die zweite Elektrode 2 vorzugsweise ringförmig ausgestaltet.
Das Überspannungsschutzelement kann zur elektrischen Kontaktierung der ersten und zweiten Elektrode 1, 2 elektrische Anschlusskontakte beispielsweise an einer Ober- und Unterseite des Überspannungsschutzelements 100 aufweisen, welche in 1 jedoch nicht explizit gekennzeichnet sind.
Das Überspannungsschutzelement 100 weist weiterhin einen Gasentladungsraum 10 auf. Der Gasentladungsraum 10 ist zwischen der ersten Elektrode 1 und der zweiten Elektrode 2 angeordnet. Der Gasentladungsraum 10 ist vorzugsweise durch einen axialen Überlapp der ersten Elektrode 1 und der zweiten Elektrode 2 gebildet oder definiert. Die erste Elektrode 1 und die zweite Elektrode 2 sind axial versetzt zueinander angeordnet.
Vorzugsweise weist die Zwischenelektrodenstruktur 3 einen axialen Bereich auf, in welchem diese mit der ersten Elektrode 1, nicht aber mit der zweiten Elektrode 2 überlappt. Weiterhin weist die Zwischenelektrodenstruktur 3 vorzugsweise einen axialen Bereich auf, in welchem die Zwischenelektrodenstruktur 3 mit der zweiten Elektrode 2, nicht aber mit der ersten Elektrode 1 überlappt.
Das Überspannungsschutzelement 100 weist weiterhin eine Zwischenelektrodenstruktur 3 auf. Die Zwischenelektrodenstruktur 3 ist in dem Gasentladungsraum 10 angeordnet. Die Zwischenelektrodenstruktur 3 umläuft die erste Elektrode 1 vorzugsweise mit einem konstanten Abstand. Die Zwischenelektrodenstruktur 3 umfasst einen inneren Elektrodenkörper 4. Die Zwischenelektrodenstruktur 3 umfasst weiterhin einen äußeren Elektrodenkörper 5. Alternativ kann die Zwischenelektrodenstruktur 3 weitere, beispielsweise konzentrisch angeordnete und elektrisch voneinander getrennte, Elektrodenkörper aufweisen. Der innere Elektrodenkörper 4 und der äußere Elektrodenkörper 5 sind, in Aufsicht auf das Überspannungsschutzelements 100 betrachtet, vorzugsweise konzentrisch zu der ersten Elektrode 1 und/oder der zweiten Elektrode 2 oder beispielsweise die erste Elektrode 1 umlaufend angeordnet. Der innere Elektrodenkörper 4 und der äußere Elektrodenkörper 5 sind vorzugsweise ebenfalls ringförmig ausgestaltet und zweckmäßigerweise elektrisch voneinander isoliert.
Der innere Elektrodenkörper 4 und der äußere Elektrodenkörper 5 sind weiterhin axial zueinander versetzt, aber mit einem axialen Überlapp zueinander angeordnet. Die erste Elektrode 1, der innere Elektrodenkörper 4, der äußere Elektrodenkörper 5 und die zweite Elektrode 2 sind vorzugsweise in dieser Reihenfolge einander nachfolgend axial versetzt angeordnet (von oben nach unten in 1).
Das Überspannungsschutzelement 100 weist weiterhin eine Isolationsstruktur 6 auf. Die Isolationsstruktur 6 ist konzentrisch oder koaxial zu der ersten Elektrode 1 angeordnet. Die Isolationsstruktur 6 weist einen ersten Isolationskörper 7 auf. Der erste Isolationskörper 7 ist ringartig ausgestaltet. Der erste Isolationskörper 7 weist eine Aussparung 17 auf, in die sich die erste Elektrode 1 erstreckt. Die Isolationsstruktur 6 weist weiterhin einen zweiten Isolationskörper 8 auf. Der zweite Isolationskörper 8 ist derart versetzt zu der ersten Elektrode 1 angeordnet, dass die genannten Komponenten axial nicht überlappen.
Insgesamt sind der innere Elektrodenkörper 4 und der äußere Elektrodenkörper 5 der Zwischenelektrodenstruktur 3 und die zweite Elektrode 2 konzentrisch um die erste Elektrode 1 herum und axial versetzt zu dieser angeordnet. Durch die Anordnung der Zwischenelektrodenstruktur 3 wird der Gasentladungsraum 10 in eine Mehrzahl von miteinander gasdurchlässig verbundenen oder in Gaswechselwirkung stehenden Teilräumen 10A, 10B und 10C, unterteilt.
Der erste Isolationskörper 7 weist eine radiale Anlagefläche 14 auf, welche den ersten Isolationskörper 7 beziehungsweise den ringförmigen Körper desselben an einer Innenseite berandet. Mit der radialen Anlagefläche 14 liegt der erste Isolationskörper 7 an einer radialen äußeren Fläche (nicht explizit gekennzeichnet) der ersten Elektrode 1 an.
Der zweite Isolationskörper 8 weist eine radiale Anlagefläche 13 auf, welche den zweiten Isolationskörper 8 an einer Außenseite berandet. Mit der radialen Anlagefläche 13 liegt der zweite Isolationskörper 8 an einer radialen inneren Fläche (nicht explizit gekennzeichnet) der zweiten Elektrode 2 an.
Der erste Isolationskörper 7 weist weiterhin eine innere Anlagestufe 15 auf. Die Anlagestufe 15 weist eine radiale Anlagefläche 11 und, um die Stufe zu bilden, eine nicht explizit gekennzeichnete axiale Anlagefläche auf. Vergleichbar weist der zweite Isolationskörper 8 eine äußere Anlagestufe 16 auf. Die Anlagestufe 16 weist eine radiale Anlagefläche 12 und, um die Stufe zu bilden, ebenfalls eine axiale Anlagefläche (nicht explizit gekennzeichnet) auf.
Vorzugsweise definiert die Isolationsstruktur 6, insbesondere der erste Isolationskörper 7 und der zweite Isolationskörper 8 – über die genannten Anlageflächen und Anlagestufen – die Abstände der ersten Elektrode 1, der zweiten Elektrode 2 und der Zwischenelektrodenstruktur 3 für eine elektrische Isolation der genannten Komponenten.
Über die Anlageflächen 11, 14 und/oder die Anlagestufen 15 definiert der erste Isolationskörper 7 vorzugsweise den axialen Versatz des inneren und des äußeren Elektrodenkörpers 4, 5 und den radialen Abstand des inneren Elektrodenkörpers 4 von der ersten Elektrode 1. Weiterhin definiert der zweite Isolationskörper 8 über die Anlageflächen 12, 13 und/oder die Anlagestufen 16 den axialen Versatz des inneren und des äußeren Elektrodenkörpers 4, 5 und den radialen Abstand des äußeren Elektrodenkörpers 5 von der zweiten Elektrode 2.
Weiterhin definiert die Isolationsstruktur 6, beispielsweise über die Anordnung des ersten Isolationskörpers 7 und des zweiten Isolationskörpers 8 den radialen Abstand (in 1 mit A gekennzeichnet) des inneren Elektrodenkörpers 4 und des äußeren Elektrodenkörpers 5.
Beispielsweise kann der innere Elektrodenkörper 4 bei einem Zusammenbau des Überspannungsschutzelements in den ersten Isolationskörper 7 eingelegt und/oder mit dieser verklemmt werden oder umgekehrt, so dass der radialer Abstand zum Beispiel für die elektrische Isolierung zwischen dem inneren Elektrodenkörper 4 und der ersten Elektrode 1 festgelegt wird. Weiterhin ist der zweite Isolationskörper 8 vorzugsweise in die ringförmige zweite Elektrode 2 eingelegt und der äußere Elektrodenkörper 8 um die Anlagestufe 16 des zweiten Isolationskörpers 8 herum angeordnet oder angelegt, so dass für die entsprechende elektrische Isolierung beispielsweise der radiale Abstand des äußeren Elektrodenkörpers 5 zum inneren Elektrodenkörper 4 und zur zweiten Elektrode 2 definiert oder festgelegt ist.
Für die Definition der genannten Abstände steht die Isolationsstruktur 6 vorzugsweise mit der ersten Elektrode 1, der Zwischenelektrodenstruktur 3 und der zweiten Elektrode 2 in Kontakt ohne mechanisch fest mit den genannten Komponenten verbunden zu sein.
Die erste Elektrode 1, der innere Elektrodenkörper 4, der äußere Elektrodenkörper 5 und die zweite Elektrode 2 sind vorzugsweise radial (also horizontal in 1) in der konzentrischen Anordnung äquidistant zueinander beabstandet oder angeordnet. Die genannten äquidistanten Abstände können jeweils im Bereich von 0,5 mm bis 0,8 mm liegen.
Alternativ können beispielsweise der Abstand der ersten Elektrode 1 von dem inneren Elektrodenkörper 4, der Abstand des inneren Elektrodenkörpers 4 von dem äußeren Elektrodenkörper 5 und/oder der Abstand des äußeren Elektrodenkörpers 5 von der zweiten Elektrode 2 voneinander abweichen.
Vorzugsweise ist das Überspannungsschutzelement 100 und/oder die genannten Komponenten desselben zumindest weitgehend rotationssymmetrisch, beispielsweise zu der Hauptachse, ausgestaltet.
2 zeigt schematisch eine Aufsicht auf das Überspannungsschutzelement 100, beziehungsweise auf die erste Elektrode 1, die zweite Elektrode 2 und die Zwischenelektrodenstruktur 3. Es ist weiterhin ein erster, zwischen der ersten Elektrode 1 und der Zwischenelektrodenstruktur 3 ausgebildeter Lichtbogen L1 gezeigt. Weiterhin ist ein zweiter, zwischen der Zwischenelektrodenstruktur 3 und der zweiten Elektrode 2 ausgebildeter Lichtbogen L2 gezeigt. Die Lichtbögen können sich als Folge einer beispielsweise zwischen den Elektroden 1, 2 an das Überspannungsschutzelement 100 angelegten Überspannung ausbilden. Es ist in 2 zu erkennen, dass die durch die Lichtbögen L1, L2 angedeuteten elektrischen Stromflüsse in einem großen Winkel – beispielsweise größer als 90 °C – relativ zueinander ausgebildet sind. Dadurch kann insbesondere der elektrische Widerstand der gesamten Entladungsstrecke erhöht und mit Vorteil eine Bogenbrennspannung des Überspannungsschutzelements 100 erhöht werden.
In einer alternativen Ausgestaltung, kann das Überspannungsschutzelement 100 nicht konzentrisch oder koaxial wie oben beschrieben, sondern mit einer linearen Anordnung beispielsweise der ersten Elektrode, der Zwischenelektrodenstruktur und der zweiten Elektrode ausgeführt sein, wodurch sich ebenfalls Vorteile einer größeren Bogenbrennspannung für das Überspannungsschutzelement ausnutzen lassen.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: Erste Elektrode
2: Zweite Elektrode
3: Zwischenelektrodenstruktur
4: Innerer Elektrodenkörper
5: Äußerer Elektrodenkörper
6: Isolationsstruktur
7: Erster Isolationskörper
8: Zweiter Isolationskörper
10: Gasentladungsraum
10A, 10B, 10C: Teilraum
11, 12, 13, 14: Radiale Anlagefläche
15, 16: Anlagestufe
17: Aussparung
20: Gehäuse
100: Überspannungsschutzelement
X: Hauptachse

Claims

Überspannungsschutzelement (100) aufweisend eine erste Elektrode (1), eine zweite Elektrode (2) und einen Gasentladungsraum (10), der zwischen der ersten Elektrode (1) und der zweiten Elektrode (2) angeordnet ist, wobei das Überspannungsschutzelement (100) eine Zwischenelektrodenstruktur (3) aufweist, die in dem Gasentladungsraum (10) angeordnet und elektrisch von der ersten und der zweiten Elektrode (1, 2) isoliert ist.
Überspannungsschutzelement (100) nach Anspruch 1, wobei die erste Elektrode (1) eine zentrale Elektrode ist, und wobei die zweite Elektrode (2) und die Zwischenelektrodenstruktur (3) neben der ersten Elektrode (1) angeordnet sind.
Überspannungsschutzelement (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zwischenelektrodenstruktur (3) die erste Elektrode (1) mit einem konstanten Abstand umläuft.
Überspannungsschutzelement (100) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zwischenelektrodenstruktur (3) den Gasentladungsraum (10) in eine Mehrzahl von gasdurchlässig miteinander verbundenen Teilräumen (10A, 10B, 10C) unterteilt.
Überspannungsschutzelement (100) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Elektrode (1), die Zwischenelektrodenstruktur (3) und die zweite Elektrode (2) äquidistant zueinander angeordnet sind.
Überspannungsschutzelement (100) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste und die zweite Elektrode (1, 2) axial versetzt zueinander angeordnet sind.
Überspannungsschutzelement (100) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zwischenelektrodenstruktur (3) eine Mehrzahl von in Aufsicht auf das Überspannungsschutzelement (100) betrachtet und elektrisch voneinander getrennten Elektrodenkörpern (4, 5) aufweist.
Überspannungsschutzelement (100) nach Anspruch 7, wobei die Zwischenelektrodenstruktur (3) einen inneren und einen äußeren Elektrodenkörper (4, 5) aufweist, wobei der innere und der äußere Elektrodenkörper (4, 5) jeweils ringförmig ausgebildet sind.
Überspannungsschutzelement (100) nach Anspruch 8, wobei der innere und der äußere Elektrodenkörper (4, 5) axial versetzt zueinander angeordnet sind.
Überspannungsschutzelement (100) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, welches eine Isolationsstruktur (6) aufweist, die mindestens eine radiale Anlagefläche (13, 14) aufweist, die an einer radialen Fläche der ersten und/oder zweiten Elektrode (1, 2) anliegt.
Überspannungsschutzelement (100) nach Anspruch 10, wobei die Isolationsstruktur (6) einen ersten und einen zweiten Isolationskörper (7, 8) aufweist, wobei jeder Isolationskörper (7, 8) eine Anlagesstufe (15, 16) mit einer radialen (11, 12) Anlagefläche und einer axialen Anlagefläche aufweist.
Überspannungsschutzelement (100) nach Anspruch 11, wobei die Anlagestufe (15) des ersten Isolationskörpers (7) an dem inneren Elektrodenkörper (4) anliegt und die Anlagestufe (16) des zweiten Isolationskörpers (8) an dem äußeren Elektrodenkörper (5) anliegt.
Überspannungsschutzelement (100) nach Anspruch 11 oder 12, wobei der erste Isolationskörper (7) ringartig ausgebildet ist und eine Aussparung (17) aufweist, wobei sich die erste Elektrode (1) in die Aussparung (17) hinein erstreckt.
Überspannungsschutzelement (100) nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der zweite Isolationskörper (8) axial versetzt zu der ersten Elektrode (1) angeordnet ist.
Überspannungsschutzelement (100) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zwischenelektrodenstruktur (3) eine Vergrößerung der Bogenbrennspannung als Folge einer an das Überspannungsschutzelement (100) angelegten Überspannung, bewirkt.