DE102018132088B3

DE102018132088B3 - Halteelement zum Halten einer Elektrode einer Funkenstrecke, Anordnung sowie Funkenstrecke mit wenigstens einem Halteelement

Info

Publication number: DE102018132088B3
Application number: DE102018132088.4A
Authority: DE
Inventors: Thomas Meyer; Hannes Sagebiel; Karsten Trachte
Original assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Current assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date: 2018-12-13
Filing date: 2018-12-13
Publication date: 2020-06-18
Anticipated expiration: 2038-12-14

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Halteelement (10; 10') zum Halten einer Elektrode (80) einer Funkenstrecke, wobei das Halteelement (10; 10') eine Ausnehmung (70) zur Einbringung der Elektrode (80) aufweist. Das Halteelement (10;10') ist an wenigstens einer Stelle in Umfangsrichtung der Ausnehmung (70) federnd ausgebildet, wodurch die Elektrode (80) in der Ausnehmung (70) einklemmbar ist. Das Halteelement (10; 10') weist jeweils mehrere Halteelementseiten auf, und wenigstens eine Halteelementseite (30) ist in ihrer Längsrichtung federnd ausgebildet. Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Anordnung sowie eine Funkenstrecke mit wenigstens einem solchen Halteelement (10; 10'), das eine Elektrode (80) hält.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Halteelement zum Halten einer Elektrode einer Funkenstrecke gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung geht ferner aus von einer Anordnung mit einem solchen Halteelement, einer Elektrode und einem Steuerelement zur Ansteuerung der Elektrode. Weiter geht die Erfindung von einer Funkenstrecke mit wenigstens einem solchen Halteelement zum Halten einer Elektrode der Funkenstrecke aus.
Im Bereich des Überspannungsschutzes von elektrischen Geräten bzw. Anlagen werden Überspannungsschutzelemente eingesetzt, die bei einer bestimmten Überspannung ansprechen, welche bei einem Überspannungsereignis ansonsten zu Störungen und/oder Schäden in einem Stromkreis führen würde. Als solche Überspannungsschutzelemente können beispielsweise Überspannungsableiter eingesetzt werden, die auf Funkenstrecken basieren. Insbesondere zur Ableitung von sogenannten transienten Überspannungen mit sehr hohen Amplituden haben sich Funkenstrecken bewährt. Sobald eine Funkenstrecke gezündet hat, wird eine leitfähige Verbindung über die Lichtbogenstrecke der Funkenstrecke hergestellt, über welche das Überspannungsereignis dann abgeleitet wird.
Dabei haben sich insbesondere Mehrfach-Funkenstrecken als vorteilhaft erwiesen, bei denen mehrere Einzelfunkenstrecken in Reihe geschaltet sind. Zur Bildung einer Mehrfach-Funkenstrecke aus mehreren Einzelfunkenstrecken werden in bestimmten Ausführungsformen mehrere scheiben- bzw. ringförmige Elektroden zu einem Stapel zusammengefügt, wobei diese Elektroden beispielsweise aus Graphit bestehen. Zwischen den einzelnen Elektroden wird jeweils eine dünne Folie oder Scheibe aus einem Isolierstoff angeordnet. So ergeben sich mehrere Einzelfunkenstrecken zwischen den Elektroden, die über eine entsprechend ausgebildete Spannungssteuerung gezündet werden können.
Aus der gattungsbildenden DE 10 2011 102 864 A1 ist ein Halteelement zum Halten einer Elektrode einer Funkenstrecke bekannt, wobei das Halteelement eine Ausnehmung zur Einbringung der Elektrode aufweist, und wobei das Halteelement an wenigstens einer Stelle in Umfangsrichtung der Ausnehmung federnd ausgebildet ist, wodurch die Elektrode in der Ausnehmung einklemmbar ist.
Die EP 2 630 707 B1 offenbart ferner eine Mehrfach-Funkenstrecke bestehend aus einer Stapelanordnung mit einer Abfolge von scheibenförmigen Elektroden und Isolationsringen, wobei die Elektroden jeweils in einem rahmenförmigen Isolationskörper gehalten sind. Zur Aufnahme und Zentrierung der Elektroden ist im Isolationskörper eine Ausnehmung vorgesehen, deren innere Kontur der äußeren Kontur der jeweiligen Elektroden komplementär ist. Die Ausnehmung weist innenumfangsseitig mindestens einen nachgiebigen, federnden Zentriervorsprung auf, durch welchen die Elektrode durch eine radiale Federkraft in der Ausnehmung gehalten ist.
Die DE 10 2016 114 787 A1 zeigt ein Halteelement für eine Elektrode mit einer Ausnehmung zur Aufnahme einer Elektrode, wobei das Halteelement in einer Mehrfach-Funkenstrecke eingesetzt ist.
Aus der DE 10 2012 007 102 A1 ist eine Stapelanordnung von Einzelfunkenstrecken bekannt. Die einzelnen Elektroden werden dabei von einem Zentrierring mit einer Öffnung gehalten. Die mit der Stapelanordnung gebildete Mehrfach-Funkenstrecke weist eine Steuerung auf, mit der die einzelnen Elektroden angesteuert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein weiterentwickeltes Halteelement zum Halten einer Elektrode einer Funkenstrecke bereitzustellen, das es ermöglicht, mehrere Einzelkomponenten der Funkenstrecke einfach, sicher und fehlerresistent zueinander auszurichten, um eine fehlerfreie Funktion der Funkenstrecke zu gewährleisten.
Diese Aufgabe wird durch ein Halteelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Halteelementes ergeben sich aus den Unteransprüchen 2-11. Weiter wird die Aufgabe durch eine Anordnung gemäß Anspruch 12 gelöst. Ferner wird die Aufgabe durch eine Funkenstrecke gemäß Anspruch 13 gelöst, wobei sich vorteilhafte Weiterbildungen dieser Funkenstrecke aus den Ansprüchen 14-18 ergeben.
Das erfindungsgemäße Halteelement ist zum Halten einer Elektrode einer Funkenstrecke ausgebildet, indem es eine Ausnehmung zur Einbringung der Elektrode aufweist. Das Halteelement ist an wenigstens einer Stelle in Umfangsrichtung dieser Ausnehmung federnd ausgebildet, wodurch die Elektrode in der Ausnehmung einklemmbar ist. Erfindungsgemäß weist das Halteelement mehrere Halteelementseiten auf, wobei wenigstens eine Halteelementseite in ihrer Längsrichtung federnd ausgebildet ist.
Es handelt sich somit um ein selbstfederndes Halteelement, bei dem sich der Umfang einer Ausnehmung für eine Elektrode an wenigstens einer Stelle federnd aufweiten lässt. Form und Kontur der Ausnehmung sind vorzugsweise komplementär zu der Außenkontur der Elektrode, wobei sie jedoch auch leicht abweichen können. Beispielsweise werden flache, scheibenförmige Elektroden mit kreisrunder oder polygonaler, insbesondere mit viereckiger (z.B. quadratischer) Außenkontur eingesetzt. Dies bezieht sich auf die Form der scheibenförmigen Elektrode in ihrer Erstreckungsebene.
Auch bei dem Halteelement handelt es sich vorzugsweise um ein flaches, scheiben- oder plattenförmiges Element, in dem eine flache Elektrode in einer jeweiligen Ausnehmung aufgenommen werden kann. In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Halteelement daher plattenförmig ausgebildet und die Ausnehmung zur Aufnahme einer scheibenförmigen Elektrode erstreckt sich in der Plattenebene des Halteelementes. Das Halteelement ist vorzugsweise rahmenförmig ausgebildet, wobei es eine Elektrode vollständig oder auch nur teilweise umschließen kann. Ein Rahmen kann daher beispielsweise auch an einer Seite offen ausgebildet sein. Ferner besteht das Halteelement aus einem isolierenden Material, beispielsweise aus PTFE (Polytetrafluorethylen) oder einem anderen geeigneten Material.
Ein solches Halteelement ermöglicht eine einfache Aufnahme einer Elektrode in einer definierten zentrierten Position innerhalb des Halteelementes. In dieser Position ist die Elektrode sicher, aber nicht starr gehalten. Dabei wird bei der Montage eine Elektrode mit leichtem Druck in eine Ausnehmung eines Halteelementes gedrückt, wobei sich die Ausnehmung durch die federnde Ausführung des Halteelementes leicht aufweitet. Die Elektrode wird dann durch die rückstellende Federkraft des Halteelementes gehalten. Soll eine höhere Klemmkraft erreicht werden, kann auch vorgesehen sein, dass das Halteelement zunächst an wenigstens einer Federstelle auseinandergezogen wird, um anschließend eine Elektrode in die Ausnehmung einzubringen. Auf diese Weise können insbesondere mehrere Halteelemente mit Elektroden bestückt und anschließend zu einer Funkenstrecke zusammengefügt werden. Dabei verrutschen die Elektroden nicht, sondern verbleiben in der gewünschten Position, wodurch eine fehlerresistente Herstellung der Funkenstrecke gewährleistet wird.
Dabei erfolgt die federnde Aufweitung der Ausnehmung in Umfangsrichtung der Ausnehmung an dieser Stelle. Dies unterscheidet die Erfindung beispielsweise von der aus der EP 2 630 707 B1 bekannten Ausführungsform eines Rahmens, bei dem sich eine Ausnehmung radial aufweitet, indem eine oder mehrere Zentriervorsprünge oder Zentriernasen bei Einbringung einer Elektrode radial nach außen gedrückt werden. Die rückstellende Federkraft der Zentriervorsprünge oder Zentriernasen wirkt dann im Wesentlichen radial nach innen.
Erfindungsgemäß wirkt die rückstellende Federkraft des selbstfedernd ausgeführten Halteelementes nicht in radialer Richtung, sondern im Wesentlichen in Richtung des Umfangs der Ausnehmung an der federnd ausgeführten Stelle, d.h. quer zur Radialrichtung. Wird beispielsweise eine kreisrunde Elektrode gewählt, die in eine kreisrunde Ausnehmung in einem Rahmen eingebracht wird, verläuft die Umfangsrichtung in einem Bogen rechts und links neben der federnd ausgeführten Stelle. Wird eine polygonale Elektrode gewählt, die in eine entsprechend polygonale Ausnehmung in einem Rahmen eingebracht wird, ergeben sich am Innenumfang der Ausnehmung mehrere gerade Seiten. Wird an einer dieser geraden Seiten eine federnde Stelle vorgesehen, verläuft die Umfangsrichtung entlang dieser geraden Seite.
Erfindungsgemäß weist das Halteelement jeweils mehrere Halteelementseiten auf, und wenigstens eine Halteelementseite ist in ihrer Längsrichtung federnd ausgebildet. Beispielsweise bilden diese Halteelementseiten eine polygonale Ausnehmung zur Aufnahme einer polygonalen Elektrode, und wenigstens eine dieser Halteelementseiten ist in ihrer Längsrichtung federnd ausgebildet. Die Längsrichtung einer Halteelementseite verläuft entlang der größten Erstreckung der Halteelementseite. Insbesondere wird eine viereckige (z.B. quadratische) Ausnehmung für eine viereckige (z.B. quadratische) Elektrode verwendet und die Außenkontur des Halteelementes ist ebenfalls im Wesentlichen viereckig (z.B. quadratisch). Die Längsrichtung einer Halteelementseite verläuft dann jeweils zwischen den beiden angrenzenden Halteelementseiten.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Halteelement an zwei gegenüberliegenden Stellen in Umfangsrichtung der jeweiligen Ausnehmung federnd ausgebildet. Auch mehr als zwei federnd ausgebildete Stellen können vorgesehen werden, wobei diese vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang der Ausnehmung für die Elektrode angeordnet sind. So ergeben sich Halteelementseiten mit und ohne Federung, wobei federnd ausgeführte Halteelementseiten im Folgenden auch als Federseiten und starre Halteelementseiten ohne Federwirkung als Starrseiten bezeichnet werden.
Die selbstfedernde Wirkung eines Halteelementes kann auf unterschiedliche Arten realisiert werden. Beispielsweise kann eine Federung durch eine bestimmte Ausformung des Materials des Halteelementes erzeugt werden. In alternativen Ausführungsformen werden zusätzliche Federelemente in das Material des Halteelementes eingefügt. Auch Kombinationen beider Varianten sind möglich. In einer Ausführungsform der Erfindung ist beispielsweise vorgesehen, dass aus dem Material des Halteelementes jeweils an wenigstens einer Stelle eine in Umfangsrichtung der jeweiligen Ausnehmung elastisch verformbare Struktur ausgeformt ist, die wenigstens einen Federabschnitt ausbildet. Beispielsweise wird ein Federabschnitt wenigstens durch mehrere elastisch aufeinander zu faltbare Federschenkel gebildet.
Neben einer Federwirkung kann eine elastisch verformbare Struktur im Material des Halteelementes weitere Funktionen erfüllen. Beispielsweise kann sie optional wenigstens einen Anlageabschnitt ausformen, an welchem die Elektrode anliegt. Dies trägt zu einer möglichst genauen Positionierung der Elektrode innerhalb der Ausnehmung bei und verhindert ein Verrutschen der Elektrode in eine Richtung quer zur Umfangsrichtung der Ausnehmung.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist ein Halteelement jeweils an wenigstens einer Stelle eine radial verlaufende Auftrennung auf, die von einem Federelement überbrückt ist. So ist das Halteelement im Bereich der Auftrennung federnd. Ein Federelement kann beispielsweise durch ein Gummielement oder verschiedene Arten von Federn aus Metall oder Kunststoff gebildet sein.
Ergänzend zum Halten einer Elektrode ist ein Halteelement vorzugsweise auch vorteilhaft für eine Kontaktierung mit einem Steuerelement und/oder einer Steuereinrichtung zur Spannungsverteilung über eine Funkenstrecke ausgebildet. Als Steuerelement wird beispielsweise eine Kapazität verwendet. So kann ein Halteelement vorteilhaft für mehrere Zwecke genutzt werden. Beispielsweise weist ein Halteelement eine Aufnahme auf, in die ein Steuerelement zur Ansteuerung einer Elektrode einbringbar ist. Diese Aufnahme für ein Steuerelement ist über wenigstens einen Durchlass im Material des Halteelementes mit der Ausnehmung für die Elektrode verbunden. Insbesondere ist in einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass von der Aufnahme für das Steuerelement im Material des Halteelementes ein erster Schlitz und ein zweiter Schlitz abgehen, von denen sich der erste Schlitz zur Ausnehmung für die Elektrode hin öffnet. Der erste Schlitz kann dazu genutzt werden, eine Kontaktierung des Steuerelementes bis zu der Elektrode zu führen. Der zweite Schlitz kann dazu genutzt werden, das Steuerelement von außen mit einer Steuereinrichtung zu kontaktieren, die dazu ausgebildet ist, die Spannungsverteilung über eine Funkenstrecke anzusteuern.
Durch die Aufnahme im Halteelement ist die Lage des Steuerelementes genau definiert und das Steuerelement kann zusammen mit einer Elektrode in einem Halteelement vormontiert werden. Auch die Kontaktierung zwischen Steuerelement und Elektrode kann optional hergestellt werden, bevor mehrere Halteelemente mit Elektroden zu einer Funkenstrecke zusammengefügt werden.
Eine Aufnahme für ein Steuerelement ist vorzugsweise in eine Halteelementseite eingebracht, die starr ohne Federwirkung ausgebildet ist. An einer solchen Starrseite liegt eine Elektrode sicher an, so dass eine stabile Kontaktierung zwischen Elektrode und Steuerelement herstellbar ist. Bei einem Halteelement mit zwei gegenüberliegenden Federseiten wird eine Aufnahme für ein Steuerelement daher vorzugsweise in einer Starrseite zwischen diesen beiden Federseiten vorgesehen. Bei der Aufnahme kann es sich um eine durchgehende Öffnung im Material des Rahmens oder um eine Vertiefung handeln, in welche das Steuerelement eingelegt ist.
Ein Halteelement kann weitere Merkmale aufweisen, die insbesondere der Ausrichtung von Halteelementen zueinander oder gegenüber anderen Bauteilen einer Funkenstrecke dienen. Insbesondere können Nuten oder Nasen zur Ausrichtung der Halteelemente gegenüber anderen Bauteilen vorgesehen sein. Für eine Ausrichtung der Halteelemente zueinander können korrespondierende Elemente vorgesehen sein, die formschlüssig ineinandergreifen. Diese sind beispielsweise an den äußeren Rändern oder Ecken eines Halteelementes angeordnet. Ferner können Mittel zur Fixierung von Halteelementen in einer Stapelanordnung vorgesehen sein. Hierbei handelt es sich insbesondere um Durchgangsöffnungen, die in einem Stapel aus Halteelementen miteinander fluchten, so dass Fixierstangen oder Fixierschrauben durch diese Durchgangsöffnungen geführt werden können.
Von der Erfindung umfasst ist auch eine Anordnung aus einem Halteelement gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, einer Elektrode und einem Steuerelement zur Ansteuerung der Elektrode, wobei die Elektrode in eine Ausnehmung und das Steuerelement in eine Aufnahme des Halteelementes eingebracht sind. Bei dem Steuerelement handelt es sich beispielsweise um eine Kapazität, die mit der Elektrode kontaktiert ist. Dies erfolgt, indem eine Kontaktierung des Steuerelementes durch einen ersten Schlitz bis zur Elektrode in der Ausnehmung geführt ist. Vorzugsweise liegt diese Kontaktierung unter Federkraft an der Elektrode an.
Eine zweite Kontaktierung des Steuerelementes kann in einem zweiten Schlitz im Material des Halteelementes liegen und dort mit einer Steuerungseinrichtung kontaktiert sein. Eine solche Steuereinrichtung wird zur Beeinflussung der Spannungsverteilung über einer Funkenstrecke vorgesehen, um die Funkenstrecke geeignet zu zünden. Diese Steuereinrichtung kann auf bekannte oder auch neue Arten ausgebildet sein, um die an den Überspannungsschutz gestellten Anforderungen zu erfüllen. Bei den beiden Kontaktierungen des Steuerelementes handelt es sich vorzugsweise um die Kontaktbeinchen eines elektrischen Bauelementes, die in einem beliebigen Winkel zueinander verlaufen. Beispielsweise verlaufen sie in einem Winkel verschieden von 180° zueinander. So können die Bauteilbeinchen so in die beiden Schlitze im Halteelement eingespannt werden, dass ein Beinchen unter Federkraft an der Elektrode anliegen kann.
Von der Erfindung umfasst ist ferner eine Funkenstrecke, aufweisend wenigstens zwei Elektroden, wobei die Elektroden jeweils in einer Ausnehmung eines Halteelementes gehalten sind. Wenigstens ein Halteelement ist nach einer Ausführungsform der Erfindung ausgebildet und ist somit selbstfedernd. Dabei wird insbesondere eine Anordnung verwendet, bei welcher darüber hinaus ein Steuerelement zur Ansteuerung einer Elektrode in eine Aufnahme des Halteelementes eingebracht ist. In einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Kontaktierung des Steuerelementes von der Aufnahme durch einen ersten Schlitz geführt und kontaktiert die Elektrode unter Federkraft. Ferner ist beispielsweise eine Steuereinrichtung zur Beeinflussung der Spannungsverteilung über der Funkenstrecke vorgesehen. Insbesondere ist eine elektrische Verbindung zwischen dem Steuerelement und dieser Steuereinrichtung hergestellt.
In einer Ausführungsform der Erfindung liegen die Elektroden jeweils bündig in der Ausnehmung eines jeweiligen Halteelementes, so dass Halteelement und Elektrode in einer gemeinsamen Erstreckungsebene liegen. So werden mehrere flache Bauelemente gebildet, die in einer Funkenstrecke verbaut werden können. Die Außenkontur der Halteelemente ist insbesondere daran angepasst, wie diese in der Konstruktion der Funkenstrecke angeordnet werden sollen. Beispielsweise haben sich im Wesentlichen rechteckige Außenkonturen der Halteelemente als vorteilhaft erwiesen, doch auch andere Außenkonturen können zweckmäßig sein.
Nach der Montage eines mit einer Elektrode bestückten Halteelementes in einer Funkenstrecke kann die Elektrode weiterhin ausschließlich durch eine rückstellende Federkraft des Halteelementes in einer Ausnehmung eingeklemmt sein. In einer Ausführungsform der Erfindung ist daher vorgesehen, dass die Elektrode in einer Funkenstrecke durch Federkraft des Halteelementes in Umfangsrichtung der jeweiligen Ausnehmung in der Ausnehmung des Halteelementes eingeklemmt ist. Die selbstfedernde Wirkung eines Halteelementes kann so vorteilhaft nicht nur bei der Montage einer Funkenstrecke genutzt werden. Vielmehr dient sie auch beim Betrieb der Funkenstrecke zur sicheren Positionierung der Elektroden.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Elektrode in einer Funkenstrecke durch eine Kraft in der Ausnehmung des Halteelementes eingeklemmt ist, die zusätzlich auf das selbstfedernde Halteelement aufgebracht wird. Beispielsweise kann die Montage der mehreren Halteelemente mit Elektroden zu einem Stapel bewirken, dass eine federnde Stelle eines Halteelementes weiter zusammengedrückt wird, was die Klemmkraft auf die Elektrode erhöht. Dies ist ein Vorteil gegenüber der Ausführungsform der EP 2 630 707 B1 , bei welcher die Aufbringung einer solchen zusätzlichen Klemmkraft nicht möglich ist. Die aufbringbare Klemmkraft wird hier ausschließlich durch die rückstellende Federkraft der Zentriervorsprünge oder Zentriernasen bestimmt, wobei diese rückstellende Federkraft im Laufe der Zeit durch Alterung des Materials der Zentriervorsprünge oder -nasen nachlassen kann. Das erfindungsgemäße Halteelement ermöglicht hingegen die langfristige Aufbringung einer genau definierten Klemmkraft auf die Elektroden, was vorteilhaft zu einer fehlerfreien Funktion einer Funkenstrecke beiträgt.
In einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der Funkenstrecke um eine Mehrfach-Funkenstrecke mit mehreren in Reihe geschalteten Einzelfunkenstrecken, die sich in einer Stapelanordnung befinden, wobei die Einzelfunkenstrecken jeweils zwei Elektroden aufweisen, die durch wenigstens ein Isolierstoffelement voneinander getrennt sind. Beispielsweise handelt es sich um ring- oder scheibenförmige Elektroden. Die Elektroden sind jeweils in einer Ausnehmung eines Halteelementes gehalten, wobei die Isolierstoffelemente zwischen den Halteelementen angeordnet und von diesen fixiert sind. Die Elektroden bestehen vorzugsweise aus Graphit.
Als Isolierstoffelemente können dünne Scheiben oder Folien aus einem geeigneten Isolierstoff eingesetzt werden. Die Isolierstoffelemente sind ringförmig ausgebildet, so dass sich zwischen zwei Elektroden die erforderliche Distanz für eine Einzelfunkenstrecke bildet, die durch eine Öffnung in einem Isolierstoffelement führt.
Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Abbildungen.
Es zeigen

1 eine erste Ausführungsform eines Halteelementes in einer Vorderansicht;
2 eine erste Seitenansicht des Halteelementes gemäß 1 von rechts;
3 einen Längsschnitt A-A durch ein Halteelement gemäß 1;
4 das Halteelement gemäß 1 in einer Draufsicht mit dem Schnittverlauf A-A;
5 ein Halteelement gemäß 3 mit eingefügtem Steuerelement (Kapazität) und Kontaktierung;
6 ein Halteelement gemäß 1 mit eingefügter Elektrode und Steuerelement (Kapazität);
7 eine zweite Ausführungsform eines Halteelementes in einer Vorderansicht;
8 eine erste Seitenansicht des Halteelementes gemäß 7 von rechts;
9 einen Längsschnitt B-B durch ein Halteelement gemäß 7;
10 das Halteelement gemäß 7 in einer Draufsicht mit dem Schnittverlauf B-B;
11 ein Halteelement gemäß 7 mit eingefügter Elektrode und Steuerelement (Kapazität); und
12 eine schematische Darstellung einer Funkenstrecke.

1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Halteelementes 10 in einer Vorderansicht auf die Oberseite des Halteelementes. Das Halteelement 10 ist rahmenförmig ausgebildet, so dass es im Folgenden auch als Rahmen bezeichnet wird. In der Ausführungsform der 1 wird eine Federung des Rahmens 10 durch eine elastisch federnde Struktur im Material des Rahmens realisiert. Der Rahmen 10 hat eine im Wesentlichen viereckige Außenkontur mit leicht abgeschrägten oder abgerundeten Ecken. Der Rahmen 10 wird durch vier Halteelementseiten bzw. Rahmenseiten 20, 21, 30 und 40 gebildet, die eine viereckige Ausnehmung 70 umschließen. Dabei sind zwei gegenüberliegende Rahmenseiten 20 und 21 als Starrseiten ohne federnde Wirkung ausgebildet, während zwei weitere gegenüberliegende Rahmenseiten 30 und 40 im Umfangsrichtung der Ausnehmung 70 federnd ausgebildet sind.
Der 2 ist eine Seitenansicht des Rahmens gemäß 1 zu entnehmen, wobei es sich um eine Ansicht auf die rechte Seite des Rahmens 10 handelt. Dieser Seitenansicht ist zu entnehmen, dass es sich bei dem Rahmen 10 um eine relativ flache Platte mit einer Dicke in der Größenordnung von beispielsweise 3mm bis 10mm handelt. In den Ecken des Rahmens 10 befinden sich auf der Oberseite optional Eckerhebungen, von denen eine Eckerhebung beispielhaft mit der Bezugsziffer 51 gekennzeichnet ist. Auf der gegenüberliegenden Unterseite des Rahmens 10 (in 2 links) befinden sich dann korrespondierende Eckvertiefungen 52. Bei einem Zusammenfügen von mehreren Rahmen zu einer Stapelanordnung greifen die Eckerhebungen 51 eines Rahmens in die Eckvertiefungen 52 eines angrenzenden Rahmens ein, um so die Rahmen aneinander ausrichten zu können.
Der Rahmen 10 weist ferner in den Ecken jeweils eine Durchgangsöffnung auf, von denen ebenfalls beispielhaft eine Durchgangsöffnung mit der Bezugsziffer 50 gekennzeichnet ist. Durch diese Durchgangsöffnungen 50 können in einer Stapelanordnung aus mehreren Rahmen Fixierstangen oder Fixierschrauben geführt werden. Darüber hinaus ist an der Außenkante der Starrseite 21 eine Nut 61 vorgesehen, die dazu genutzt werden kann, um den Rahmen an anderen Bauteilen einer Funkenstrecke auszurichten. Diese Nut 61 ist nur beispielhaft zu verstehen und es können weitere und/oder andere Mittel für eine solche Ausrichtung vorgesehen werden.
Die Federseiten 30 und 40 des Rahmens 10 weisen federnde Strukturen auf, die durch eine entsprechende Ausformung dieser Rahmenseiten 30, 40 an wenigstens einer Stelle realisiert sind. Bei der Ausführungsform der 1 wurde eine elastisch federnde Struktur gewählt, die aus mehreren elastisch aufeinander zu faltbaren Schenkeln besteht. Hierdurch werden mehrere Federabschnitte gebildet. Durch diese beiden Federseiten 30, 40 kann die Ausnehmung 70 in Richtung des Doppelpfeils aufgeweitet werden.
Die federnde Struktur einer Federseite 30, 40 wird beispielhaft anhand der Rahmenseite 30 beschrieben, wobei die gegenüberliegende Rahmenseite 40 analog ausgebildet ist. Es ist lediglich ergänzend eine weitere Nut 35 an der Außenseite der Federseite 40 vorgesehen. Die Rahmenseite 30 besteht aus einem Mittelteil 31, an das seitlich zwei Federabschnitte 32 und 33 angrenzen, wobei diese Federabschnitte 32, 33 an die Enden der Rahmenseiten 20, 21 angrenzen. Das Mittelteil 34 kann innenseitig einen Anlageabschnitt 34 aufweisen, der optional an einer in die Ausnehmung 70 angebrachten Elektrode anliegen kann. In der Ausführungsform der 1 ist dieser Abschnitt 34 jedoch soweit nach außen versetzt, dass er nicht an einer in die Ausnehmung 70 angebrachten Elektrode zur Anlage kommt.
Ein Federabschnitt 32, 33 wird durch mehrere Schenkel gebildet, die anhand des Federabschnitts 32 erläutert werden. Der Federabschnitt 32 wird durch zwei Schenkel 32a und 32b gebildet, die aufgrund elastischer Verbindungsstellen aufeinander zu faltbar sind. So lässt sich ein solcher Federabschnitt 32 wie eine Ziehharmonika zusammendrücken und auseinanderziehen. Im Bereich der Starrseiten 20, 21 verbleiben jeweils Nasen, von denen eine Nase mit der Bezugsziffer 22 gekennzeichnet ist.
Auf einer Starrseite 21 sind eine Aufnahme 60 für ein Steuerelement und eine Kontaktieröffnung 64 für eine Kontaktierung des Steuerelementes vorgesehen. Als Steuerelement wird insbesondere eine Kapazität verwendet. 3 zeigt einen Längsschnitt A-A durch einen Rahmen gemäß 1, wobei der Schnittverlauf der 4 zu entnehmen ist. 4 zeigt dabei eine Draufsicht des Rahmens 10 gemäß 1. Dem Längsschnitt der 3 ist zu entnehmen, dass von der Aufnahme 60 für ein Steuerelement zwei Schlitze 62 und 63 abgehen. Ein erster Schlitz 63 verläuft von der Aufnahme 60 zur Ausnehmung 70 und öffnet sich zu dieser hin. Ein zweiter Schlitz 62 verläuft entlang der Rahmenseite 21. An diesen zweiten Schlitz 62 grenzt die Kontaktieröffnung 64 an.
In 5 ist gezeigt, wie ein Steuerelement 81 in die Aufnahme 60 eingebracht ist. Das Steuerelement 81 weist zwei Kontaktierungen 82, 83 auf, die in den beiden Schlitzen 62, 63 liegen. Bei den Kontaktierungen 82, 83 handelt es sich um die Bauteilbeine des Steuerelementes 81, die von diesem abstehen. Die beiden Kontaktierungen 82, 83 sind so in die beiden Schlitze 62, 63 eingespannt, dass die Kontaktierung 82 im ersten Schlitz 63 unter Federkraft an einer Elektrode anliegt, wenn diese in die Ausnehmung 70 eingebracht ist. Dies ist in der 5 nicht der Fall, aber die 6 zeigt eine Vorderansicht des Rahmens 10 gemäß 1, wobei eine Elektrode 80 in die Ausnehmung 70 eingebracht ist. Die Elektrode 80 liegt dabei an den Innenseiten der Starrseiten 20, 21 an und wird durch die rückstellende Federkraft der beiden Federseiten 30, 40 in dem Rahmen 10 eingeklemmt. Ferner liegt sie von innen an den Nasen 22 und optional an den Federabschnitten der Federseiten 30, 40 an. Ist ein Anlageabschnitt 34 entsprechend ausgeführt, könnte die Elektrode 80 auch an diesem Abschnitt anliegen.
Durch die Kontaktieröffnung 64 kann die Kontaktierung 83 des Steuerelementes 81 mit einer Steuerungseinrichtung verbunden werden (nicht dargestellt). Das Steuerelement 81 wurde dabei von der Rückseite des Rahmens in die Aufnahme 60 und die beiden Schlitze 62, 63 eingebracht, so dass diese in der Vorderansicht der 6 des Rahmens 10 nicht sichtbar sind.
7 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Rahmens 10', wobei der Aufbau des Rahmens 10` im Wesentlichen dem Rahmen 10 der ersten Ausführungsform entspricht. Die Beschreibung gleicher Merkmale gilt daher analog auch für diese Ausführungsform des Rahmens. Allerdings sind die beiden gegenüber liegenden Federseiten 30, 40 nicht durch eine federnde Struktur des Rahmenmaterials gebildet, sondern in diesen Rahmenseiten 30, 40 ist jeweils eine radiale Auftrennung vorgesehen, die durch ein zusätzlich eingesetztes Federelement 36, 41 überbrückt ist. Hierbei werden beispielhaft Federn eingesetzt, es kann sich jedoch auch um elastische Gummielemente oder sonstige geeignete Federelemente handeln.
Der Aufbau einer solchen Federseite wird beispielhaft anhand der Rahmenseite 30 erläutert und gilt analog für die gegenüberliegenden Rahmenseite 40. Die radiale Auftrennung verläuft dabei nicht über die gesamte Breite der Rahmenseite 30, sondern es verbleiben jeweils Vorsprünge 37 und 38, zwischen denen ein Federelement 36 gespannt ist.
Die 8 zeigt analog zur ersten Ausführungsform des Rahmens 10 eine Seitenansicht des Rahmens gemäß 7 von der rechten Seite. 9 zeigt einen Längsschnitt B-B durch einen Rahmen gemäß 7, wobei der Schnittverlauf der Draufsicht der 10 zu entnehmen ist. Ein Steuerelement 81 wie eine Kapazität werden analog zur ersten Ausführungsform eingebracht und 11 zeigt einen Rahmen 10' gemäß der zweiten Ausführungsform mit eingefügter Elektrode 80.
Möglich sind ferner weitere Ausführungsformen von Rahmen, die an wenigstens einer Stelle in Umfangsrichtung einer Ausnehmung für eine Elektrode federnd ausgeführt sind. Mehrere Rahmen werden mit zwischenliegenden Isolierstoffelementen werden beispielsweise zu einer Mehrfach-Funkenstrecke in Stapelanordnung zusammengefügt. 12 zeigt schematisch den Aufbau einer solchen Mehrfach-Funkenstrecke 11.
Mehrere Rahmen 10 nehmen jeweils eine Elektrode 80 auf. Zwischen den Rahmen 10 sind dünne Isolierstoffelemente 90 in Form von Scheiben oder Folien mit einer mittigen Öffnung fixiert, so dass sich jeweils zwischen zwei Elektroden eine Einzelfunkenstrecke bildet.
Somit bestehen die Einzelfunkenstrecken jeweils aus zwei scheibenförmigen Elektroden, welche durch ein Isolierstoffelement voneinander beabstandet sind. Die Elektroden sind in einem Rahmen aus Isolierstoff gehalten und jeweils innerhalb dieses Rahmens über eine Kontaktierung mit einem integrierten Steuerelement wie einer Kapazität verbunden. Die Isolierstoffelemente bilden durch eine mittige Ausnehmung die benötigte Distanz zwischen zwei Elektroden für eine entsprechende Teilfunkenstrecke.
Jede Elektrode 80 kann über eine beschriebene Steuerkontaktierung 110 kontaktiert und von einer Steuereinrichtung 100 angesteuert werden, um die gewünschte Spannungsverteilung zu erreichen. Die Ansteuerung der Mehrfach-Funkenstrecke ist hierbei jedoch nur beispielhaft zu verstehen und es können auch andere Formen der Kontaktierung und/oder Ansteuerung vorgesehen sein.
Bezugszeichenliste

10, 10': Halteelement, Rahmen
11: Funkenstrecke, Mehrfach-Funkenstrecke
20, 21: Halteelementseite, Rahmenseite, Starrseite
22: Nase
30: Halteelementseite, Rahmenseite, Federseite
31: Mittelteil
32, 33: Federabschnitt
32a, 32b: Federschenkel
34: Anlageabschnitt
35: Nut
36: Federelement
37, 38: Vorsprung
40: Halteelementseite, Rahmenseite, Federseite
41: Federelement
50: Durchgangsöffnung
51: Eckerhebung
52: Eckvertiefung
60: Aufnahme für Steuerelement
61: Nut
62, 63: Schlitz
64: Kontaktieröffnung
70: Ausnehmung für Elektrode
80: Elektrode
81: Steuerelement, Kapazität
82, 83: Kontaktierung, Bauteilbein
90: Isolierstoffelement
100: Steuereinrichtung
110: Steuerkontaktierung

Claims

Halteelement (10; 10') zum Halten einer Elektrode (80) einer Funkenstrecke (11), wobei das Halteelement (10; 10') eine Ausnehmung (70) zur Einbringung der Elektrode (80) aufweist, und wobei das Halteelement (10;10') an wenigstens einer Stelle in Umfangsrichtung der Ausnehmung (70) federnd ausgebildet ist, wodurch die Elektrode (80) in der Ausnehmung (70) einklemmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (10;10') jeweils mehrere Halteelementseiten (30) aufweist, und wenigstens eine Halteelementseite (30) in ihrer Längsrichtung federnd ausgebildet ist.
Halteelement nach Anspruch 1, wobei das Halteelement (10; 10') plattenförmig ausgebildet ist und sich die Ausnehmung (70) zur Aufnahme einer scheibenförmigen Elektrode (80) in der Plattenebene des Halteelementes (10; 10') erstreckt.
Halteelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Halteelement (10; 10') rahmenförmig ausgebildet ist.
Halteelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Halteelement (10;10') an zwei gegenüberliegenden Stellen in Umfangsrichtung der Ausnehmung (70) federnd ausgebildet ist.
Halteelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei aus dem Material des Halteelementes (10;10') jeweils an wenigstens einer Stelle eine in Umfangsrichtung der Ausnehmung (70) elastisch verformbare Struktur ausgeformt ist, die wenigstens einen Federabschnitt (32;33) ausbildet.
Halteelement nach Anspruch 5, wobei ein Federabschnitt (32; 33) wenigstens durch mehrere elastisch aufeinander zu faltbare Federschenkel (32a;32b) gebildet ist.
Halteelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Halteelement (10; 10') an wenigstens einer Stelle eine radial verlaufende Auftrennung aufweist, die von einem Federelement (36;41) überbrückt ist.
Halteelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Halteelement (10; 10') eine Aufnahme (60) aufweist, in die ein Steuerelement (81) zur Ansteuerung einer Elektrode (80) einbringbar ist.
Halteelement nach Anspruch 8, wobei die Aufnahme (60) für das Steuerelement (81) über wenigstens einen Durchlass im Material des Halteelementes (10;10') mit der Ausnehmung (70) für die Elektrode (80) verbunden ist.
Halteelement nach Anspruch 9, wobei von der Aufnahme (60) für das Steuerelement (81) im Material des Halteelementes (10; 10') ein erster Schlitz (63) und ein zweiter Schlitz (62) abgehen, von denen sich der erste Schlitz (63) zur Ausnehmung (70) für die Elektrode (80) hin öffnet.
Halteelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Halteelement (10; 10') aus einem isolierenden Material gebildet ist, insbesondere aus PTFE (Polytetrafluorethylen).
Anordnung, mit einem nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgebildeten Halteelement (10; 10'), einer Elektrode (80) und einem Steuerelement (81) zur Ansteuerung der Elektrode (80), wobei die Elektrode (80) in eine Ausnehmung (70) und das Steuerelement (81) in eine Aufnahme (60) des Halteelements (10; 10') eingebracht sind.
Funkenstrecke (11), aufweisend wenigstens zwei Elektroden (80), wobei die Elektroden (80) jeweils in einer Ausnehmung (70) eines Halteelementes (10;10') gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Halteelement (10;10') nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgebildet ist.
Funkenstrecke nach Anspruch 13, wobei ein Halteelement (10; 10') nach einem der Ansprüche 8 bis 11 ausgebildet ist, und ein Steuerelement (81) zur Ansteuerung einer Elektrode (80) in eine Aufnahme (60) des Halteelementes (10; 10') eingebracht ist.
Funkenstrecke nach einem der Ansprüche 13 und 14, wobei eine Steuereinrichtung (100) zur Beeinflussung einer Spannungsverteilung über der Funkenstrecke (11) vorgesehen ist.
Funkenstrecke nach den Ansprüchen 14 und 15, wobei eine elektrische Verbindung zwischen dem Steuerelement (81) und der Steuereinrichtung (100) hergestellt ist.
Funkenstrecke nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei ein Halteelement (10;10') nach einem der Ansprüche 10 bis 11 ausgebildet ist und eine Kontaktierung (82) des Steuerelementes (81) von der Aufnahme (60) durch einen ersten Schlitz (63) geführt ist und die Elektrode (80) unter Federkraft kontaktiert.
Funkenstrecke nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei es sich bei der Funkenstrecke (11) um eine Mehrfach-Funkenstrecke (11) mit mehreren in Reihe geschalteten Einzelfunkenstrecken handelt, die sich in einer Stapelanordnung befinden, wobei die Einzelfunkenstrecken jeweils zwei Elektroden (80) aufweisen, die durch wenigstens ein Isolierstoffelement (90) voneinander getrennt sind, und die Elektroden (80) jeweils in der Ausnehmung (70) des Halteelementes (10; 10') gehalten sind, wobei die Isolierstoffelemente (90) zwischen den Halteelementen (10; 10') angeordnet und von diesen fixiert sind.