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Die Erfindung betrifft eine Funkenstreckenanordnung.
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Im Überspannungsschutz werden Funkenstrecken bei energiereichen Ereignissen eingesetzt. Dabei wird zwischen Elektroden beim Überschreiten einer definierten Spannung ein Lichtbogen gezündet.
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In aller Regel befindet sich die Funkenstrecke innerhalb eines Gehäuses. Ist eine Funkenstrecke gezündet so wird das Innere der Funkenstrecke sehr stark erwärmt. Damit der dabei entstehende Druck die Funkenstrecke nicht zerstört muss ein Druckausgleich zur Umgebung ermöglicht werden.
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Um einen optimalen elektrischen Schutz zu erreichen, wäre ein unmittelbares Abströmen des Gases bevorzugt.
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Damit keine Gefährdung durch Hitze bzw. direkte Entzündung in der Umgebung entsteht, muss das Gas jedoch bevor es an die Umgebung abgegeben wird soweit abgekühlt sein, dass keine Gefährdung (z. B. Brandgefahr) mehr davon ausgeht.
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Darüber hinaus ist zu berücksichtigen, dass eine schlagartige Ausbreitung häufig zu Schäden an benachbarten Installationen führen kann. Hierbei ist insbesondere zu berücksichtigen, dass Überspannungsschutzeinrichtungen z.B. auch in Schaltschränken verbaut werden, die durch eine ungedämpfte Stoßwelle beschädigt werden können und auch eine Gefahr für in der Umgebung befindliche Anlagen und Personen darstellen würden. Daher ist eine Dämpfung der von der Lichtbogenzündung ausgehenden Stoßwelle notwendig.
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Um diesen Problemen zu begegnen sind gekapselte Funkenstrecken in verschiedenen Bauarten bekannt.
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Ihn aller Regel basiert dabei die Kühlung und Dämpfung auf einem langen Kanal in dem das Gas geführt wird.
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Dabei kommen unterschiedliche Fertigungsprinzipen zum Einsatz.
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So sind zweiteilige, verschraubbare Gehäuse bekannt, bei denen das Gewinde mit Spiel ausgeführt, sodass ein Zwischenraum im Gewinde verbleibt, der einen langen umlaufenden Kanal bildet. Beispielhafte Ausführungen aus dem Stand der Technik sind z.B. aus der
DE 103 38 835 A1 , der
DE 20 2004 020 260 U1 und der
DE 10 2007 015 364 A1 der Anmelderin bekannt.
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Nachteilig ist die aufwändige Bearbeitung der Stahlteile, die zudem eine Kerbwirkung verursachen kann. Bei einem Gehäuse mit tief eingeschnittenem Gewinde muss häufig auch eine größere Materialstärke gewählt werden.
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Daraus folgt ein erhöhter Materialeinsatz (und damit auch vergrößerter Bauraum), um eine ausreichende mechanische Festigkeit der Gehäuse zu erreichen.
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Andere Systeme, z.B. das aus
DE 10 2005 024 658 B4 bekannten System, weisen eine becherförmige Anordnung auf, wobei sich einen mäanderförmigen Kanal mit hoher Oberfläche bildet.
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Auch dieses System ist nachteilig, denn es erfordert einen hohen Materialeinsatz in der Herstellung und damit ist der notwendige Bauraum groß. Zudem ist der mechanische Aufbau und die Herstellung kostenintensiv.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Anordnung bereitzustellen, die kostengünstig herstellbar ist und einfach an unterschiedliche Randbedingungen adaptierbar ist. Dabei ist bei gleichzeitigem Erhalt der elektrischen Leistungsdaten eine Bauraumreduzierung gewünscht.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert.
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Es zeigen
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1 eine erste Ausführungsform gemäß der Erfindung in schematischer Schnittansicht,
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2 Elemente der ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung in schematischer Schnittansicht,
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3 eine zweite Ausführungsform gemäß der Erfindung in schematischer Schnittansicht, und
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4 eine dritte Ausführungsform gemäß der Erfindung in schematischer Schnittansicht.
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Die Figuren zeigen unterschiedliche Ausführungsformen der Erfindung, wobei jedoch vorweg angemerkt wird, dass die jeweils in den Figuren in Bezug genommenen Aspekte in jeder anderen Ausführungsform auch zur Verwendung kommen können.
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In 1 ist eine Funkenstreckenanordnung 1 in einem zusammengesetzten Zustand gezeigt. Die entsprechende Funkenstrecke ist im Vergleich dazu in 2 in einem auseinandergenommenen Zustand gezeigt. Dabei sei angemerkt, dass auch andere Zustände als der in 2 gezeigte Zustand möglich sind.
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Dabei weist die Funkenstreckenanordnung 1 ein inneres Gehäuse Gi und zumindest zwei Funkenstreckenelektroden E1, E2 auf. Zwischen diesen beiden Funkenstreckenelektroden E1, E2 bildet sich bei Zündung der Funkenstrecke ein Plasma aus. Ohne weiteres können auch weiter Hilfselektroden vorgesehen sein. Diese sind jedoch für das Verständnis der vorliegenden Anmeldung nicht notwendig.
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Im zusammengebauten Zustand ist das innere Gehäuse Gi von dem äußeren Gehäuse Ga umgeben. Dann ist zwischen dem inneren Gehäuse Gi und dem äußeren Gehäuse Ga ein – bevorzugt schraubenförmiger – zylinderförmiger Körper D aufgebracht. Der Körper D kann je nach Eigenschaften als Vollkörper oder als Hohlkörper ausgeführt sein. Weiterhin kann der Körper D, wenn er als Hohlkörper ausgeführt ist, auch ein Fluid enthalten, dass z.B. Wärmeenergie ableiten oder für eine langsame Abgabe pufferartig zwischenspeichern kann.
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Um ein Abströmen von Plasma bzw. von heißen Gasen zu ermöglichen, weist das innere Gehäuse Gi eine Öffnung Oi auf, welche so gestaltet ist, dass Plasma, welches bei einer Funkentladung zwischen den zwei Funkenstreckenelektroden E1, E2 entsteht, in den aus dem inneren Gehäuse Gi, dem schraubenförmig aufgebrachten zylinderförmigen Körper D und dem äußeren Gehäuse Ga gebildeten Kanal einströmen kann.
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Aus dem gleichen Grund weist auch das äußere Gehäuse Ga mindestens eine Öffnung Oa auf, durch die das in den Kanal eingetretene Plasma ausströmen kann.
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Ohne Beschränkung der Allgemeinheit können die Ausführungsformen auch mehr als eine Öffnung aufweisen, wobei durch die Anzahl der Öffnungen am inneren Gehäuse nicht notwendigerweise mit der Anzahl der Öffnungen am äußeren Gehäuse übereinstimmen muss.
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Beispielsweise können über den Kanal verteilt mehrere Austrittsöffnungen Oa vorgesehen sein.
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Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass z.B. zwei Kanäle in unterschiedliche Richtungen vorgesehen sind, z.B. zwei innere Öffnungen welche jeweils in einen eigenen Kanal münden. So kann z.B. ein (schraubenförmiger) Kanal in der Darstellung nach links führen während der andere (schraubenförmige) Kanal nach rechts führt.
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Durch die kanalartige Ausführung wird eine zuverlässige Kühlung der Gase erreicht. Gleichzeitig wird eine Stoßwelle durch die Gestaltung der Öffnungen als auch den strömungstechnischen Eigenschaften des Kanals wirksam gedämpft. Durch die relativ einfache Ausgestaltung kann mit stark verringertem Materialeinsatz eine konstruktiv leicht anpassbare kostengünstige Lösung bereitgestellt werden, die zudem wenig Bauraum benötigt.
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Besonders vorteilhaft kann z.B. der zylinderförmige Körper D als ein Draht oder ein Schlauch ausgeführt sein.
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Insbesondere kann z.B. der zylinderförmige Körper D auf das innere Gehäuse Gi aufgewickelt sein, sodass z.B. die Herstellungskosten weiter minimiert werden können.
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Alternativ hierzu kann der zylinderförmige Körper D auch vorgeformt sein, z.B. als eine Art Schraubenfeder, und dann auf das innere Gehäuse Gi aufgebracht werden. D.h. es können z.B. bereits vorhandene Bauelemente (wieder-)verwendet werden.
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Um das Abströmen von Gas in Bezug auf sein strömungstechnischen Eigenschaften weiter günstig beeinflussen zu können, kann zudem vorgesehen sein, dass die Elemente, aus denen der Kanal gebildet wird eine im Wesentlichen glatte Oberfläche zur Verfügung stellen.
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Ohne weiteres kann die äußere Gestaltung der Gehäuse Gi Ga auch andere Formen als eine zylindrische Form aufweisen. Beispielsweise kann wie in 3 gezeigt die Form auch konisch gewählt sein.
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Auch können unterschiedliche Materialien für das innere Gehäuse Gi, das äußere Gehäuse Ga als auch den (schraubenförmigen) zylinderförmigen Körper D verwendet werden. Beispielsweise kann für den zylinderförmigen Körper D und/oder das äußere Gehäuse Ga ein Material verwendet werden, das weniger hitzebeständig ist als das Material des inneren Gehäuses Gi,.
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Ohne weiteres können die Eigenschaften des Kanals auch über seine Länge variiert werden. Beispielsweise kann z.B. der Kanal im Bereich der äußeren Ausströmöffnung Oa enger sein, da dort das Gas im Vergleich zur Einströmöffnung Oi bereits abgekühlt ist. Eine solche Variante ist beispielhaft in 4 gezeigt. D.h. der aus dem inneren Gehäuse Gi, dem (schraubenförmig) aufgebrachten zylinderförmigen Körper D und dem äußeren Gehäuse Ga gebildete Kanal stellt eine unterschiedliche Kanalbreite am Anfang d1 und am Ende d2 des Kanals zur Verfügung.
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Ohne weiteres kann der Kanal auch durch Anbringung weiterer äußerer Hüllen, die wiederum ein Kanal (oder mehrere Kanäle) aufweist, verlängert werden. Hierdurch ist es möglich z.B. die Kanallänge zu vergrößern. Zudem wird dadurch auch die zur Kühlung zur Verfügung stehende Fläche vergrößert bzw. die Stoßwelle stärker gedämpft.
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Zusammengefasst stellt die Erfindung eine Funkenstreckenanordnung bereit, wobei die Funkenstrecke E1, E2 in ein inneres, druckfestes Gehäuse Gi eingebracht ist. Die Außenwand des Gehäuses ist bevorzugt glatt gestaltet, um schwächende Kerbwirkungen zu vermeiden. Die Gehäusewandstärke kann dadurch gegenüber einem Gehäuse mit tief eingeschnittenem Gewinde kleiner gewählt werden.
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Herstellungstechnisch kann nun auf das innere Gehäuse Gi ein Draht D gewickelt werden, der z.B. die Gestalt einer Schraubenfeder annimmt. Alternativ kann auch ein schraubenfederartiges Gebilde D auf das innere Gehäuse aufgeschoben werden. Über die so gebildete Baugruppe kann nun eine rohrartiges äußeres Gehäuse Ga gefügt und geeignet befestigt. Zwischen dem inneren Gehäuse Gi und dem äußeres Gehäuse Ga entsteht entlang des aufgewickelten Drahtes D ein definierter Abströmquerschnitt. Durch Variieren des Drahtquerschnitts und des Abstands zwischen den einzelnen Windungen können die strömungstechnischen Eigenschaften eingestellt werden.
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Für die Montage bietet es sich an den gewickelten Draht als fertiges Bauteil einzusetzen. Auch die Eignung von Normteilen (Schraubenfeder) ist gegeben.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Funkenstreckenanordnung
- Gi
- inneres Gehäuse
- E1, E2
- Funkenstreckenelektroden
- Ga
- äußeres Gehäuse
- D
- schraubenförmiger zylinderförmiger Körper
- Oi, Oa
- Öffnung
- d1, d2
- Kanalbreite
