-
Die Erfindung geht aus von einer Trennfunkenstrecke als Potentialausgleichsvorrichtung mit einer ersten Elektrode mit einem ersten Anschlussteil, einer zweiten Elektrode mit einem zweiten Anschlussteil, einer zwischen den Elektroden angeordneten Funkenstrecke sowie einem die aus diesen Bestandteilen zusammengesetzte Baueinheit umgebenden Isolierstoffgehäuse, von dem die Anschlussteile abragen oder an dem die Anschlussteile zugänglich sind.
-
Trennfunkenstrecken werden beispielsweise zum Potentialausgleich zwischen Bauteilen, die unterschiedliches elektrisches Potential führen, eingesetzt. Beispielswiese an einer Kupplungsstelle von Rohren, die miteinander verbunden sind und durch eine elektrisch isolierende Dichtung voneinander getrennt sind, wird eine solche Trennfunkenstrecke eingesetzt, die mit einem ersten Anschlussteil mit dem Ende eines ersten Rohres und mit dem zweiten Anschlussteil mit dem Ende eines zweiten Rohres verbunden wird, sodass bei bestehenden Potentialunterschieden ein Potentialausgleich über die Trennfunkenstrecke erfolgen kann.
-
Herkömmlich sind solche Trennfunkenstrecken mit einer stiftförmigen Elektrode ausgestattet, über die im Falle eines Spannungsereignisses eine Zündung der Trennfunkenstrecke erfolgt, um den Potentialausgleich herbeizuführen. Solche Trennfunkenstrecken unterliegen einem ständigen Verschleiß bei vielfacher Beanspruchung, was dazu führt, dass sich der Abstand der Elektrode von der entsprechenden Gegenkontakteinrichtung ändert, sodass sich auch insgesamt das Verhalten der Trennfunkenstrecke ändert. Aus der
DE 698 28 487 T2 sind unterschiedliche Trennfunkenstrecken mit zueinander gerichteten Elektrodenflächen bekannt. In ähnlicher Weise ist dies in der
DE 494 333 A angegeben.
-
Aus der
EP 1 995 837 A2 sind Trennfunkenstrecken mit Elektroden bekannt, die eine Grafitbeschichtung aufweisen.
-
Aus der
US 2002/0 171 992 A1 sind Funkenstrecken bekannt, bei welchen die Elektrodenflächen Erhebungen und Vertiefungen aufweisen.
-
Aus der
US 3 408 525 A ist eine Trennfunkenstrecke mit plattenförmigen Elektroden bekannt.
-
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Trennfunkenstrecke zu schaffen, die die heute gültigen Normen einhalten kann, bei der die Ansprechspannung niedrig ist, bei der das Ansprechverhalten gegenüber herkömmlichen Formen verbessert ist und ebenso das Isolationsverhalten. Darüber hinaus soll eine möglichst kompakte Raumform erreicht werden. Schließlich soll eine Bereicherung des Standes der Technik durch eine neue Lösung erreicht werden.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, dass jede Elektrode einen flachrechteckigen Kontaktbereich und ein einseitig von diesem abragendes Anschlussteil aufweist, wobei beide Elektroden voneinander isoliert mit ihrem Kontaktbereich aufeinander geschichtet sind und zwischen den Elektroden zwei im wesentlichen flachrechteckige Graphitelektroden angeordnet sind, die durch eine rahmenartige Isolierfolie voneinander beabstandet sind, und dass die einander zugewandten Flächenbereiche der Graphitelektroden zueinander parallele vorragende Streifen und Nuten zwischen den Streifen aufweisen, wobei die langen Querränder der Streifen der Flächenbereiche der Graphitelektroden zueinander mindestens geringfügig versetzt ausgerichtet sind, sodass jeweils eine Randkante eines Querrandes eines Streifens einer ersten Graphitelektrode einer Nut der zweiten Graphitelektrode gegenüber liegt.
-
Durch die flachrechteckige Ausbildung der Kontaktbereiche der Elektroden und die entsprechend flachrechteckig geformten Graphitelektroden wird eine kompakte Raumform erreicht. Die Rechteckform dient zur Größenminimierung. Bei runden Bauformen wäre die Bauform erheblich größer, was unerwünscht ist. Durch die Anordnung der Graphitelektroden, die durch die Isolierfolie voneinander beabstandet sind, und die auf den einander zugewandten Flächenbereichen vorragende Streifen und zurückliegende Nuten aufweisen und durch die versetzte Anordnung der Nuten und Streifen der einen Graphitelektrode zu den Nuten und Streifen der anderen Graphitelektrode wird das Ansprechverhalten verbessert, da durch die langen Querränder der Streifen Kanten gebildet sind, die nicht mit den Kanten der anderen Graphitelektrode fluchtend ausgerichtet sind, sondern jeweils in die Nut der anderen Graphitelektrode zielen, und zudem wird erreicht, dass die Ansprechspannung relativ niedrig ist. Auch wird das Isolationsverhalten verbessert. Bei längerer Inbetriebnahme wird einen Beeinträchtigung des Zündverhaltens der Trennfunkenstrecke entgegengewirkt, da selbst dann, wenn einige Kanten wegen mehrerer Aktivfälle abgerundet werden und abgerundet sind, weitere Kanten zur Zündung erhalten bleiben.
-
Um eine kostengünstige Bauweise der Vorrichtung sicherzustellen, ist vorgesehen, dass beide Elektroden identische Form aufweisen und gegensinnig um 180° gedreht aufeinander geschichtet sind, wobei die Anschlussteile einander entgegengerichtet an den Enden des so gebildeten Bauteils abragen.
-
Die Elektroden mit den entsprechenden an jeweils einem Ende vorgesehenen Anschlussteilen sind identisch geformt und werden in der Bauform um 180° gedreht und gewendet aufeinandergeschichtet, sodass mit ein und demselben Bauteil, welches in Zweifachanordnung vorgesehen ist, die entsprechende Vorrichtung realisiert werden kann.
-
Zudem ist vorgesehen, dass die Elektroden Zamak-Gussteile sind, deren an den Graphitelektroden anliegende Kontaktflächen vorzugsweise vernickelt sind.
-
Die Herstellung als Zamak-Gussteil ist kostengünstig und einfach durchzuführen, wobei vorzugsweise die Innenseite der Elektroden, an denen die Graphitelektroden anliegen, vernickelt sind, um einen guten elektrischen Kontakt zwischen der Elektrode und den Graphitelektroden sicherzustellen.
-
Um die Elektroden zu einer Baueinheit zusammenzufassen, ist vorgesehen, dass die Elektroden durch Verbindungsschrauben miteinander verbunden sind, deren Schaft die Graphitelektroden durchgreift, wobei der Kopf der Verbindungsschraube und deren Schaft im Durchgriffsbereich durch eine Elektrode und durch die Graphitelektroden durch eine mit Flansch versehene Isolierstoffhülse gegenüber der Elektrode und den Graphitelektroden elektrisch isoliert ist und das Schaftende in die gegenüberliegende Elektrode eingeschraubt ist.
-
Die Elektroden und auch die Graphitelektroden sind in einander überdeckenden Bereichen gelocht, sodass Verbindungsschrauben durch diese Lochungen durchgeführt werden können. Zum Zwecke der Isolierung der Verbindungsschrauben, die üblicherweise aus metallischem Werkstoff bestehen, ist auf den Schaft der Verbindungsschraube eine Isolierstoffhülse angeordnet, die einen Flanschbereich hat, an welchem der Kopf der Verbindungsschraube anliegt und somit gegenüber der Elektrode isoliert ist. Die Isolierstoffhülse isoliert auch die Schraube gegenüber der ersten Elektrode, an welcher der Kopf unter Zwischenlage des Flansches anliegt sowie isoliert den möglichen Kontaktbereich zu den Graphitelektroden. Lediglich das Schaftende der Verbindungsschraube ist in die gegenüberliegende Elektrode ohne Isolierung eingeschraubt. Eine Kontaktgabe über die Verbindungsschraube ist damit ausgeschlossen. Durch die Anordnung von zwei solchen Verbindungsschrauben, die über die Länge des Bauteiles verteilt sind, wird eine sichere und feste Verbindung der Einzelteile in der Montagesolllage erreicht.
-
Bevorzugt besteht die Isolierstoffhülse aus POM Material, also einem Polyoxymethylen. Solche Materialen weisen hohe Steifigkeit, niedrigen Reibwert, ausgezeichnete Dimensionsstabilität und thermische Stabilität auf, wobei sie auch gute dielektrische Eigenschaften haben.
-
Die Graphitelektroden bestehen, wie der Name schon sagt, im Wesentlichen aus Graphit. Es ist jedoch auch möglich, andere entsprechend leitfähige Materialien einzusetzen, wobei aber Graphit als Grundmaterial bevorzugt ist.
-
Da die Graphitelektroden in der Montagesolllage in unterschiedlicher Orientierung eingebaut werden müssen, in der die von den entsprechenden Flächen abragenden Streifenbereiche zueinander versetzt sind, ist vorgesehen, dass die Graphitelektroden an einem Eckbereich ihrer flachrechteckigen Form eine Kodierungskontur, insbesondere eine Eckabflachung oder Fase, aufweisen.
-
Hierdurch wird bei der Montage eine optische Hilfe und auch mechanische Hilfe zur Verfügung gestellt, um die richtige verwechslungsfreie Montage zu gewährleisten.
-
Beide Graphitelektroden können identische Raumform haben, wobei sie durch die gegensinnige Montage eine versetzte Anordnung der Streifen gewährleisten, was erwünscht ist.
-
Um auch eine Positionierungshilfe für die Isolierfolie relativ zu den Elektroden zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass die rahmenartige Isolierfolie an mindestens einer Querrandkante einen Vorsprung aufweist und die Elektroden im der Randkante benachbarten Bereich eine dazu passende Ausnehmung aufweisen, in die der Vorsprung in Montagesolllage eingesetzt ist.
-
Die Isolierfolie wird in geeigneter Weise auf die entsprechende Elektrode aufgelegt, sodass der vorzugsweise außermittig einer Randkante vorgesehene Vorsprung in die dazu passend angeordnete Ausnehmung eingesetzt wird, wodurch in der Montagesolllage die richtige Positionierung erreicht ist und der Montierende dies leicht erkennen kann.
-
Bevorzugt ist zudem vorgesehen, dass die Isolierfolie aus Aramidpapier besteht.
-
Zudem ist bevorzugt vorgesehen, dass die Graphitelektroden eine Anzahl von mehr als fünf Streifen und weniger als fünfzehn Streifen aufweisen.
-
Die Anzahl der Streifen und Nuten ist von der Größe der Graphitelektroden abhängig, wobei eine Anzahl von etwa 10 bis 12 Streifen sich für eine geeignete Bauform als besonders geeignet herausgestellt hat.
-
Bevorzugt ist zudem vorgesehen, dass die Graphitelektroden auf ihrer die Streifen und Nuten aufweisenden Seite einen umlaufenden Randbereich aufweisen, der vorzugsweise gegenüber den Streifen vorragt und auf dem ein Randbereich der Isolierfolie aufliegt, wobei zwischen dem Randbereich und den Streifen ein vertiefter Abstandsspalt besteht, dessen Tiefe der Tiefe der Nuten entspricht.
-
Durch diese Anordnung wird eine sichere Auflagefläche für die rahmenartige Isolierfolie erreicht, wobei auch der ausreichende Abstand zwischen den Streifen der einen Graphitelektrode und den Streifen der darauf liegenden zweiten Graphitelektrode sichergestellt ist.
-
Die Streifen der Graphitelektroden, die gegenüber der Basis der Graphitelektrode vorragen, liegen gegenüber dem umlaufenden Randbereich zurück, sodass auf jeden Fall sichergestellt ist, dass in der Montagesolllage kein Kontakt zwischen den einander gegenüberliegenden Streifen der Graphitelektroden besteht, sondern ein ausreichender Abstandsspalt zwischen den Streifen, die zueinander versetzt ausgerichtet sind, besteht.
-
Zudem kann vorgesehen sein, dass die Isolierfolie den Randbereich nach außen und gegebenenfalls auch nach innen überragt.
-
Durch diese Ausgestaltung ist sichergestellt, dass ein Spannungsüberschlag an den benachbarten Randkanten der Graphitelektroden auszuschließen ist, da dies durch die vorragenden Bereiche der Isolierfolie unterbunden ist.
-
Desweiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass das die zusammengesetzte Baueinheit umgebende Gehäuse durch eine Kunststoffmasse gebildet ist, mit der die Baueinheit umspritzt oder umgossen ist.
-
Die gesamte aus den Einzelelementen gebildete Baueinheit wird in geeigneter Weise mit Kunststoffmasse umspritzt oder umgossen, sodass eine vollständig gekapselte Anordnung der Bestandteile erreicht ist. Lediglich die zum Anschluss von Verbindungselementen dienenden Anschlussteile ragen aus dieser Kunststoffmasse vor, damit der entsprechende Anschluss montiert werden kann.
-
Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die Kunststoffmasse ein mit Niederdruck spritzfähiges hotmelt-Material ist.
-
Insbesondere ist bevorzugt vorgesehen, dass die Kunststoffmasse aus einem Polyamid besteht.
-
Gerade ein solches hotmelt-Material, insbesondere ein Polyamid, umhüllt die Einzelbestandteile des Bauteiles und verbindet sich vorzüglich mit der Außenfläche des Elektrodenmaterials, sodass eine dauerhaft dichte und unempfindliche Vorrichtung zur Verfügung gestellt ist.
-
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Trennfunkenstrecke ist in der Zeichnung dargestellt und im Folgenden näher beschrieben. Es zeigt:
-
1 Eine komplette Trennfunkenstrecke in Draufsicht gesehen;
-
2 desgleichen im Schnitt II II der 1 gesehen;
-
3 desgleichen im Schnitt III III der 1 gesehen;
-
4 einer Einzelheit in Ansicht;
-
5 und 6 weitere Einzelheiten ebenfalls in Ansicht.
-
In 1 ist eine entsprechende Trennfunkenstrecke gezeigt, die zum Potentialausgleich zwischen Bauteilen, die unterschiedliches elektrisches Potential führen, installiert wird.
-
Diese Trennfunkenstrecke weist eine erste Elektrode 1 mit einem ersten Anschlussteil 2, eine zweite Elektrode 3 mit einem zweiten Anschlussteil 4 sowie eine zwischen den Elektroden 1, 3 angeordnete Funkenstrecke auf, wobei die aus diesem Bestandteilen zusammengesetzte Baueinheit von einem Isolierstoffgehäuse 5 umgeben ist, aus dem lediglich die Anschlusszeile 2, 4 abragen, sodass sie zur Installation und zum Anschluss von entsprechenden Anschlussteilen zugänglich sind.
-
Wie insbesondere in 4 ersichtlich, weist jede Elektrode 1, 3 einen flachrechteckigen Kontaktbereich 6 auf, der gegenüber einem umlaufenden Randbereich 7 vertieft ausgebildet ist. An diesen Kontaktbereich 6 schließt über eine Abwinklung 8 der Kontaktbereich 2, 4 an.
-
In 4 ist nur eine der als flaches Formteil ausgebildeten Elektroden 1, 3 dargestellt. Die zweite Elektrode hat die gleiche Bauform und ist in um 180° gewendeter und um 180° gedrehter Form auf die andere Elektrode aufgelegt, sodass die Montagesolllage eingestellt ist, wie sie in 2 im Schnitt ersichtlich ist.
-
In der Solllage sind die beiden Elektroden 1, 3 voneinander isoliert mit ihrem Kontaktbereich 6 aufeinander geschichtet. Zwischen den Elektroden 1, 3 sind zwei im Wesentlichen flachrechteckige Graphitelektroden 9, 10 angeordnet, die durch eine rahmenartige Isolierfolie 11 voneinander getrennt und beabstandet sind. Die beiden Graphitelektroden 9, 10 sind wieder identisch ausgebildet. Eine Ansicht einer solchen Graphitelektrode 9, 10 ist in 6 gezeigt. Die Isolierfolie 11 ist in 5 als Einzelheit gezeigt.
-
Die einander zugewandten Flächenbereiche der Graphitelektroden 9, 10 weisen zueinander parallele vorragende Streifen 12 und dazwischenliegende Nuten 13 auf. Die langen Querränder der Streifen 12 dieser Flächenbereiche 9, 10 sind jeweils zueinander in der Montagesolllage mindestens geringfügig versetzt ausgerichtet, sodass in der Montagesolllage, wie sie in der 2 gezeigt ist, jeweils eine Randkante eines Querrandes einer ersten Graphitelektrode 9 einer Nut 13 der zweiten Graphitelektrode 10 gegenüberliegt. Realisiert ist das in einfacher Weise dadurch, dass die Streifen 12 und Nuten 13 nicht symmetrisch beziehungsweise mittig auf der Fläche der Elektrode 9 beziehungsweise 10 angeordnet sind, sondern etwas versetzt, was dadurch deutlich wird, dass in 6 am rechten Rand der Graphitelektrode der Abstand zwischen dem Streifen 12 zum Rand der Graphitelektrode 9 geringer ist als am linken Rand. Hierdurch ist es möglich, dass bei der Montage identische Graphitelektroden 9, 10 eingesetzt werden, wobei die untere Graphitelektrode 9 in der Ausrichtung gemäß 6 positioniert wird und die darauf gelegte Graphitelektrode 10 um 180° gewendet und gedreht aufgelegt wird, sodass bei der aufliegenden Elektrode 10 der schmale Bereich zwischen dem Streifen 12 und dem Rand links liegt, während der breite Bereich zwischen dem Streifen 12 und dem Rand rechts liegt. Hierdurch wird ein entsprechender Versatz der Streifen 12 zueinander erreicht, was für die Wirkung der Trennfunkenstrecke, insbesondere deren Ansprechspannung, deren Ansprechverhalten und deren Isolationsverhalten besonders vorteilhaft ist.
-
Die Elektroden 1, 3 sind vorzugsweise Gussteile aus Zamak, wobei deren an den Graphitelektroden 9 beziehungsweise 10 anliegende Kontaktflächen (im Bereich 6) vernickelt sind, um eine gute Kontaktierung sicherzustellen.
-
Wie insbesondere in 2 ersichtlich, sind die Elektroden 1, 3 durch Verbindungsschrauben 14 miteinander verbunden. Der Schaft der Verbindungsschrauben 14 durchgreift die Elektroden 1, 3 und die Graphitelektroden 9, 10 an entsprechenden Lochungen. Der Kopf der Verbindungsschraube 14 und deren Schaft im Durchgriffsbereich durch die eine Elektrode 1 oder 3 und die Graphitelektroden 9, 10 ist durch eine mit Flansch versehene Isolierstoffhülse 15 gegenüber der Elektrode 1 beziehungsweise 3 und den Graphitelektroden 9, 10 elektrisch isoliert. Das Schaftende der Befestigungsschraube 14 ist in die gegenüberliegende Elektrode 3 beziehungsweise 1 eingeschraubt. Es ist somit eine gut isolierte aber sichere Verbindung der Elemente erreicht.
-
Die Isolierstoffhülse 15 besteht vorzugsweise aus POM Material.
-
Die Graphitelektroden 9, 10 weisen an einem Eckbereich ihrer flachrechteckigen Form eine Kodierungskontur 16, insbesondere eine Eckabflachung oder Fase auf. Diese Ausgestaltung soll dem Montierenden helfen, die Lagerichtige Anordnung der Graphitelektroden 9, 10 zueinander sicherzustellen.
-
Die Rahmenartige Isolierfolie 11 weist an ihren beiden gegenüberliegenden Querrandkanten jeweils einen Vorsprung 17 auf. Die Elektroden 1, 3 weisen in dem Randkante der Folie benachbarten Bereich eine dazu passende Ausnehmung 18 auf, in die der Vorsprung 17 in Montagesolllage eingesetzt ist. Auch dies ist eine Montagehilfe für den Montierenden und zusätzliche eine Lagesicherung für die Isolierfolie 11 in der Vormontagelage.
-
Die Isolierfolie 11 besteht vorzugsweise aus Aramidpapier.
-
Im Ausführungsbeispiel weisen die Graphitelektroden 9, 10 eine Anzahl von 11 Streifen 12 auf, die jeweils von einer entsprechenden Nut 13 benachbart sind. Zusätzlich weisen die Graphitelektroden 9, 10 auf ihrer die Streifen 12 und die Nuten 13 aufweisenden Seite einen umlaufenden Randbereich 9 auf, der vorzugsweise gegenüber dem Niveau der Streifen 12 gering vorragt. Auf diesen umlaufenden Randbereich 19 liegt in Montagesolllage ein Randbereich der Isolierfolie 11 auf. Zwischen dem Randbereich 19 und den Enden der Streifen 12 ist ein vertiefter Abstandsspalt vorgesehen, dessen Tiefe der Tiefe der Nut 13 entspricht, sodass sich die Randbereiche 12 inselartig aus der Grundfläche der Graphitelektrode erheben.
-
In Montagesolllage überragt die Isolierfolie 11 vorzugsweise den Randbereich 19 nach außen und geringfügig auch nach innen. Wie aus 1 bis 3 ersichtlich, ist das die zusammengesetzte Baueinheit umgebende Gehäuse 5 durch eine Kunststoffmasse gebildet, mit der die Baueinheit umspritzt oder umgossen ist. Sämtliche Hohlräume innerhalb der Baueinheit, also die Randbereiche der Elektroden 1, 3 und die Randbereiche der Graphitelektroden 9, 10 sind von Kunststoffmasse umgeben. Als Kunststoffmasse wird vorzugsweise ein niederdruckspritzfähiges hotmelt-Material eingesetzt. Die Kunststoffmasse kann vorzugsweise aus einem Polyamid bestehen.
