DE19543022C1

DE19543022C1 - Overvoltage protection element e.g. for lightning strike

Info

Publication number: DE19543022C1
Application number: DE1995143022
Authority: DE
Inventors: Franz Dr Pigler
Original assignee: Obo Bettermann GmbH and Co KG
Current assignee: Dehn SE and Co KG
Priority date: 1995-11-18
Filing date: 1995-11-18
Publication date: 1996-12-19
Anticipated expiration: 2015-11-19
Also published as: EP0774811A1

Abstract

An overvoltage protection element has a sparkgap with two flat electrodes (1,2) plus feed-in and feed-out conductors (3,4). Between the electrodes is an insulating layer (5) forming a breakdown path. One electrode has a smaller surface area than the other and preferably the feed-in electrode is the smaller one. The insulating layer protrudes beyond the edge of the smaller electrode but not the other one. It interrupts the shortest straight line connection between the electrodes. It has a suitable dielectric constant and high insulation resistance. The conductors are bent before they join the electrodes so that their magnetic field causes the arc (if one occurs) to move along the discharge path.

Description

Die Erfindung betrifft ein Überspannungsschutzelement in Form einer Funkenstrecke mit zwei Elektroden mit elektrischer Zuleitung und Ableitung und einer zwischen diesen befindlichen Isolierschicht, die zwischen den Elektroden der Funkenstrecke eine Überschlagstrecke bildet, wobei die Isolierschicht aus einem Isolierstoff besteht.The invention relates to an overvoltage protection element in the form of a spark gap with two electrodes electrical supply and discharge and one between this insulation layer located between the Electrodes of the spark gap form a flashover gap, wherein the insulating layer consists of an insulating material.

Ein derartiges Überspannungsschutzelement ist beispielsweise aus der DE 29 34 238 A1 oder auch aus der DE 42 40 138 A1 bekannt.Such an overvoltage protection element is for example from DE 29 34 238 A1 or from DE 42 40 138 A1 known.

Solche Überspannungsschutzelemente dienen zu dem Zweck, beispielsweise Blitzströme oder andere Überspannungsereignisse abzuleiten, wobei nach Erreichen des Schutzpegels die im Stromimpuls enthaltene Energie gezielt abzuleiten ist und die nachgeschalteten Anlagen und Geräte somit geschützt sind. Der beim Ansprechen der Funkenstrecke entstehende Netzfolgestrom soll im nächsten Stromnulldurchgang sicher gelöscht werden. Dabei bestehen sich zum Teil widersprechende Anforderungen. Zum einen soll die Ansprechspannung der Funkenstrecke möglichst niedrig sein, was in der Regel über einen kleinen Abstand der Elektroden der Funkenstrecke voneinander erreicht wird. Für die sichere Löschung des Kurzschlußstromes ist eine möglichst hohe Brennspannung des Lichtbogens an der Überschlagstrecke günstig, die aber am besten über einen großen Elektrodenabstand realisiert werden kann, der aber eine Erhöhung der Ansprechspannung zur Folge hat.Such surge protection elements serve the purpose for example lightning currents or others Derive overvoltage events, after reaching of the protection level is the energy contained in the current pulse is to be specifically derived and the downstream systems and devices are protected. The one addressing the Spark gap current arising should follow in the next Zero current crossing can be safely deleted. Thereby exist conflicting requirements. On the one hand the response voltage of the spark gap should be as possible be low, what is usually a small distance the electrodes of the spark gap reached from each other becomes. For the safe extinction of the short-circuit current the highest possible arc voltage at the Rollover distance cheap, but the best one large electrode spacing can be realized, however results in an increase in the response voltage.

Aus der DE 41 41 682 A1 ist ein Überspannungsschutzelement zur Ableitung von transienden Überspannungen bekannt, bei dem zwei zylindrische Elektroden angeordnet sind. Dabei ist die innere Elektrode von der äußeren Elektrode mantelförmig umgeben und zwischen den Elektroden eine Luftdurchschlagfunkenstrecke wirksam. Bei der dort beschriebenen Ausführung sind die beiden Elektroden exzentrisch zueinander angeordnet. Auch solche Überspannungsschutzelemente dienen zum Schutz von elektrischen und elektronischen Geräten gegen Überspannung. In der angegebenen Druckschrift soll das Überspannungsschutzelement im Bezug auf das Löschverhalten verbessert werden. Bei der angegebenen Lösung mag eine Verbesserung bezüglich des Löschverhaltens erreicht sein, jedoch besteht nach einer gewissen Wanderungsstrecke der Lichtbogen auf einem Fußpunkt, der so aufgeheizt wird, daß er ständig genügend Elektronen freisetzt, so daß das Löschverhalten ungünstig ist. Der endgültige Fußpunkt wird in wenigen Microsekunden erreicht.DE 41 41 682 A1 describes an overvoltage protection element known for deriving transient overvoltages, in which two cylindrical electrodes are arranged. The inner electrode is from the outer electrode surrounded by a jacket and one between the electrodes Air breakdown spark gap effective. At that one are the two electrodes eccentrically arranged. Even those Surge protection elements serve to protect electrical and electronic devices against overvoltage. In the specified publication that should Surge protection element in relation to the extinguishing behavior be improved. With the given solution one may Improvement in extinguishing behavior has been achieved, however, after a certain hike the Arc at a base point that is heated up so that he constantly releases enough electrons so that the Deletion behavior is unfavorable. The final base is achieved in a few microseconds.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Überspannungsschutzelement zu schaffen, bei dem trotz niedriger Ansprechspannung ein günstiges Löschverhalten erreicht wird.The invention is based on this prior art based on the task of an overvoltage protection element create one in spite of low response voltage favorable deletion behavior is achieved.

Eine erste Lösung dieser Aufgabe ist in Anspruch 1 bezeichnet. Eine zweite Lösung dieser Aufgabe ist in Anspruch 2 bezeichnet. A first solution to this problem is in claim 1 designated. A second solution to this problem is in Claim 2 denotes.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß wesentliche Bedingungen für einen guten Überspannungsschutz und für einen guten Ableiter folgende Bedingungen sind:
Niedrige Ansprechspannung, die mit kürzeren Stirnzeiten nicht wesentlich ansteigt
Löschen möglichst hoher Netzfolgeströme. The invention is based on the knowledge that essential conditions for good surge protection and for a good arrester are the following conditions:
Low response voltage, which does not increase significantly with shorter end times
Deleting the highest possible network follow currents.

Ersteres kann erreicht werden, wenn die Funkenstrecke als tatsächliche Gleitfunkenstrecke aufgebaut ist. Dazu ist es erforderlich, auf der Oberfläche der Isolierstrecke eine solche Ladungsverteilung zu erreichen, daß die Kapazitäten von dem einem Leiter zu jedem Punkt der freien Oberfläche mit der Entfernung abnehmend und wesentlich kleiner sind als die Kapazität von diesem zum anderen Leiter. Es bildet sich dann auf der Oberfläche der Isolierung eine Ladungsverteilung aus, die eine wesentlich niedrigere Überschlagspannung zur Folge hat als die bei einer linearen Verteilung. Die Überschlagspannung nimmt mit zunehmender Steilheit ab. Dies wird allerdings durch die geringe Anzahl und statistischen Verteilung der freien Ionen in der Luft zum Teil wieder aufgehoben oder sogar überkompensiert. Eine solche Verteilung kann entweder durch eine flache oder konzentrische Anordnung der Elektroden und dazwischen befindlichen Isoliermaterial mit hoher Dielektrizitätskonstante und hohem Isolationswiderstand erreicht werden. The former can be achieved when the spark gap is constructed as an actual sliding spark gap. To it is necessary on the surface of the insulation gap to achieve such a charge distribution that the Capacities from one leader to every point of free Surface decreasing with distance and essential are smaller than the capacity from one to the other Ladder. It then forms on the surface of the Isolation is a charge distribution that is essential has a lower breakdown voltage than that at a linear distribution. The breakdown voltage increases with increasing steepness. However, this is through the small number and statistical distribution of the free Ions in the air partially canceled or even overcompensated. Such a distribution can either by a flat or concentric arrangement of the Electrodes and insulating material between them with high dielectric constant and high Insulation resistance can be achieved.

Bei einer Ausbildung der Elektroden als flache Scheiben ist die Elektrode, die auf der Eingangsseite liegt, kleiner im Durchmesser als die Scheibe aus Isoliermaterial. Diese liegt auf einer größeren Scheibe als ausgangsseitige Elektrode. Beim Auftreten einer Spannung teilt sich die Spannung auf Luft und Isoliermaterial umgekehrt im Verhältnis der Dielektrizitätskonstanten auf. Entlang der Oberfläche des Isoliermaterials wird ein steiler Gradient auftreten, der zum Überschlag führt.If the electrodes are designed as flat disks the electrode on the input side is smaller in diameter than the disc made of insulating material. These lies on a larger disc than the output side Electrode. When a voltage occurs, the split Reverse tension on air and insulation material Ratio of the dielectric constant. Along the surface of the insulating material becomes steeper Gradient occur, which leads to the rollover.

Auch eine konzentrische Anordnung der Elektroden ist möglich und unter Umständen vorteilhaft, wobei dann anstelle der scheibenförmigen Elektroden stutzenartige Elektroden vorgesehen sind und die Isolierstoffschicht durch ein Rohrstück oder dergleichen gebildet ist.There is also a concentric arrangement of the electrodes possible and possibly advantageous, where then instead of the disk-shaped electrodes nozzle-like Electrodes are provided and the insulating layer is formed by a piece of pipe or the like.

Das Löschverhalten des Folgestromes hängt im wesentlichen von der Kühlung des Lichtbogens bzw. dessen Fußpunkten ab. Hilfreich ist auch eine Verlängerung des Bogens und eine Aufteilung auf mehrere hintereinandergeschaltete Lichtbögen, bei denen noch eine entsprechende Vervielfachung des Kathodenfalles auftritt. Eine solche Vielfachanordnung ist beispielsweise aus der Eingangs bezeichneten Druckschrift bekannt.The quenching behavior of the follow-up stream essentially depends of the cooling of the arc or its base points from. An extension of the bow and is also helpful a distribution over several cascaded Arcs, where there is still a corresponding Multiplication of the cathode case occurs. Such Multiple arrangement is for example from the input designated publication known.

Im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen, bei denen nach einer gewissen Wanderungsstrecke der Lichtbogen auf einem bestimmten Fußpunkt steht, wird gemäß Erfindungsvorschlag eine während der gesamten Dauer des Stromflusses andauernde Wanderung des Fußpunktes erreicht. Gemäß Erfindungsvorschlag sind vorzugsweise kreisrunde Elektroden vorgesehen, bei denen die Länge des Lichtbogens etwa konstant bleibt. Der erste Überschlag wird zwischen zwei benachbarten Punkten der beiden Elektroden stattfinden, dann aber schnell zu der Kante der zweiten Elektrode wandern. Dort würde er stehenbleiben und während der gesamten Stromflußzeit verbleiben. Der Fußpunkt würde schon bei kleinen Strömen stark erhitzt, so daß viele freie Elektronen in der Schaltstelle verbleiben, so daß der Lichtbogen bei Wiederkehr der Netzspannung zünden kann. In contrast to the known arrangements, in which after a certain migration route the arc on one certain base point is, according to the invention proposal one during the entire duration of the current flow Continued hike to the base point reached. According to Proposed invention is preferably circular electrodes provided in which the length of the arc is approximately remains constant. The first rollover is between two adjacent points of the two electrodes take place then quickly to the edge of the second electrode hike. He would stop there and during the total current flow time remain. The base would be already strongly heated with small currents, so that many free electrons remain in the switching point, so that ignite the arc when the mains voltage returns can.

Der Erfindungsvorschlag geht dahin, ein Magnetfeld zu erzeugen, welches eine Kraft auf den Stromfluß und damit auf den Lichtbogen ausübt, die diesen zwingt, weiter zu wandern. Bei der vorgeschlagenen konzentrischen Anordnung der Elektroden würde der Lichtbogen um die entsprechende Achse rotieren.The proposal for the invention goes to a magnetic field generate which has a force on the current flow and thus on the arc, which forces it to continue hike. With the proposed concentric arrangement the electrodes would have the arc around the corresponding one Rotate axis.

Um eine entsprechende Kraft zu erzeugen, muß ein Magnetfeld in Richtung quer zum Stromfluß erzeugt werden. Dazu ist vorgeschlagen, die Zu- bzw. Ableitung je in einem Bogen von etwa 180° verlaufen zu lassen. Es kann auch eine Verlaufsanordnung von 360° vorgesehen sein. Damit ergibt sich im Zusammenwirken eine Spule mit einer Windung (bei zwei 180° Windungen) von Zu- bzw. Ableitung oder zwei Windungen, bei einem 360° Verlauf der Windungen von Zu- und Ableitung. Das hierdurch entstehende Magnetfeld hat eine Richtung im wesentlichen senkrecht zum Stromfluß und übt auf ihn eine Kraft aus, die senkrecht zum Lichtbogen und zum Magnetfeld steht. Bei der vorgeschlagenen Anordnung wird der Lichtbogen um die Achse der Elektrodenanordnung rotieren. Durch diese Bewegung wird der Lichtbogen nicht nur gut gekühlt, sondern erhält auch immer einen neuen Fußpunkt, der zur Freisetzung von Elektronen aufgeheizt werden muß und dadurch dem Bogen Energie entzieht.To generate a corresponding force, a magnetic field must be used generated in the direction transverse to the current flow. Is to proposed the supply and discharge each in an arc of approximately 180 °. It can also be one Course arrangement of 360 ° can be provided. So that results in interaction a coil with a turn (with two 180 ° turns) of supply or discharge or two turns, with a 360 ° course of the turns of Supply and discharge. The resulting magnetic field has a direction substantially perpendicular to the current flow and exerts a force on it that is perpendicular to the Arc and magnetic field. In the proposed arrangement is the arc around the axis rotate the electrode assembly. Through this movement the arc is not only cooled well, but is preserved also always a new base, which is to release Electrons must be heated and thereby the bow Drains energy.

Durch die Bildung von einer oder zwei Windungen entsteht eine zusätzliche Induktivität und damit bei Stromänderung ein Spannungsfall. Dieser wird aber bei den üblichen Steilheiten kleiner sein als die Zündspannung, auf jeden Fall kleiner als an den üblichen Anschlußleitungen. Ob besser eine Spulenausbildung mit einer Windung oder mit zwei Windungen (Zu- und Ableitungsverlauf über jeweils 180° oder 360°) vorteilhaft sind, kann bei einer Optimierung der Kennwerte entschieden werden. Bei der Ausbildung von zwei Windungen werden höhere Bogengeschwindigkeiten und damit ein besseres Löschverhalten bei hohen Strömen erzeugt. Bei der Anordnung einer Windung bringt diese einen niedrigeren Spannungsfall. Formed by the formation of one or two turns an additional inductance and thus when the current changes a voltage drop. But this is the usual Slopes are smaller than the ignition voltage in any case smaller than on the usual connecting cables. Whether a coil formation with a turn or better with two turns (supply and discharge course over each 180 ° or 360 °) can be advantageous with a Optimization of the characteristic values can be decided. In the Formation of two turns becomes higher Sheet speeds and thus a better one Quenching behavior generated at high currents. When arranging one turn brings a lower voltage drop.

Positive Ausbildungen des Überspannungsschutzelementes können wie folgt vorgenommen werden. Bezüglich der Gleitfunkenstrecke ist die Funkenstrecke als Gleitanordnung ausgebildet, bei der die Isolierung zwischen den beiden leitenden Elektroden eine Oberfläche hat, die nicht in Richtung der kürzesten Verbindung zwischen den beiden leitenden Teilen (Elektroden) liegt. Die Überschlagstrecke kann radial, axial oder geneigt zur kürzesten Verbindung ausgerichtet sein. Die Überschlagstrecke kann glatt oder gestuft sein. Das Dielektrikum zwischen den beiden leitenden Teilen (Elektroden) der Funkenstrecke kann eine geeignet gewählte Dielektrizitätskonstante haben. Diese kann je nach Anwendungsverhalten niedrig, mittel oder auch hoch sein. Die Elektroden der Funkenstrecke sind vorzugsweise rotationssymmetrisch ausgebildet. Sie können auch so ausgebildet sein, daß der Überschlag voraussichtlich an einer bestimmten Stelle gezündet wird.Positive training of the surge protection element can be done as follows. Regarding the Sliding spark gap is the spark gap as a sliding arrangement trained in the insulation between the two conductive electrodes has a surface that is not in Direction of the shortest connection between the two conductive parts (electrodes). The rollover distance can be radial, axial or inclined to the shortest connection be aligned. The rollover distance can be smooth or be graded. The dielectric between the two conductive parts (electrodes) of the spark gap can have a suitably chosen dielectric constant. These can be low, medium or depending on the application behavior also be high. The electrodes of the spark gap are preferably rotationally symmetrical. You can also be designed so that the rollover is likely to be ignited at a certain point.

Bezüglich der Löscheinrichtung ist vorteilhaft, daß der nach der Zündung des Überschlages entstehende Lichtbogen durch ein Magnetfeld von der Zündstelle zu anderen Punkten der Elektroden bewegt wird. Durch die Bewegung wird er stärker gekühlt, und es findet eine geringere Aufheizung der Fußpunkte statt. Der Lichtbogen kann unmittelbar zwischen den Elektroden brennen oder auch zwischen Metallplatten, die mit den Elektroden der Funkenstrecke verbunden sind. Diese Metallplatten können rund oder auch polygonal sein, die runden Platten können gleichen oder auch unterschiedlichen Durchmesser aufweisen. Ein geeignetes Magnetfeld wird durch die geeignete Führung der Anschlußleitungen erzeugt. Die Anschlußleitungen bilden eine Magnetspule, wobei die so entstandene Spule aus einer oder mehreren Windungen bestehen kann. Die Spule kann ebenso wie das gesamte Überspannungsschutzelement in ein Gehäuse eingebettet sein.With regard to the extinguishing device, it is advantageous that the Arcs arising after the flashover is ignited through a magnetic field from the ignition point to other points the electrodes are moved. Through the movement he becomes cooled more, and there is less heating of the footpoints instead. The arc can immediately burn between the electrodes or between Metal plates with the electrodes of the spark gap are connected. These metal plates can be round or too be polygonal, the round plates can be the same or also have different diameters. On suitable magnetic field is through the appropriate guidance of the connecting lines generated. Form the connecting lines a magnetic coil, the resulting coil from one or more turns can exist. The coil can as well as the entire surge protection element in one Housing be embedded.

Das entsprechende Gehäuse ist vorzugsweise mit einer Öffnung zum Austritt des durch den Lichtbogen erhitzten Gases versehen. Die Austrittsöffnung kann vorzugsweise gegen eine Montageplatte gerichtet sein, um Beschädigungen der Umgebung zu vermeiden. In die Austrittsöffnung können vorteilhafter Weise Kühlbleche zur Kühlung des Gases eingesetzt sein.The corresponding housing is preferably with a Opening for the discharge of the one heated by the arc Gases provided. The outlet opening can preferably against a mounting plate to avoid damage of the Avoid surroundings. Can in the outlet advantageously cooling plates for cooling the gas be used.

Diese und weitere vorteilhafte Ausbildungen werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Besonderheiten realisiert.These and other advantageous training are through the special features specified in the subclaims realized.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigt:Embodiments of the invention are in the drawing shown and described in more detail below. It shows:

Fig. 1 ein Überspannungsschutzelement in Seitenansicht; FIG. 1 is an overvoltage protection element in side view;

Fig. 2 Einzelelemente des Überspannungsschutzelementes in Draufsicht; Fig. 2 individual elements of the surge protection element in plan view;

Fig. 3 bis 8 eine weitere Ausführungsform im Mittellängsschnitt, in Draufsicht, im Quer schnitt sowie in Einzelteilen. Fig. 3 shows another embodiment to 8 in the middle longitudinal section, in plan view, in cross-section as well as in parts.

In den Zeichnungen ist ein Überspannungsschutzelement in Form einer Funkenstrecke mit zwei Elektroden 1, 2, 1′, 2′ mit elektrischer Zuleitung 3, 4, 3′, 4′ und einer zwischen den Elektroden befindlichen Isolierschicht 5, 5′ gezeigt, die zwischen den Elektroden der Funkenstrecke eine Überschlagstrecke 6, 6′ bildet. Die Isolierschicht 5, 5′ besteht aus Isolierstoff mit geeigneter Dielektrizitätskonstante.In the drawings, an overvoltage protection element in the form of a spark gap with two electrodes 1 , 2 , 1 ', 2 ' with an electrical lead 3 , 4 , 3 ', 4 ' and an insulating layer 5 , 5 'located between the electrodes is shown, which between the Electrodes of the spark gap form a flashover 6 , 6 '. The insulating layer 5 , 5 'consists of insulating material with a suitable dielectric constant.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2 sind die Elektroden 1, 2 als flache Scheiben ausgebildet, die unter Zwischenanordnung der Isolierschicht 5 übereinander angeordnet sind. Die eingangsseitige Elektrode 1 weist eine kleinere Flächenabmessung als die ausgangsseitige Elektrode 2 auf. Die Isolierschicht 5 überragt die eingangsseitige Elektrode 1 in Richtung parallel zur Flächenerstreckung und liegt hinter der ausgangsseitigen Elektrode 2 zurück.In the embodiment according to FIGS. 1 and 2, the electrodes 1 , 2 are designed as flat disks, which are arranged one above the other with the insulating layer 5 being interposed. The input-side electrode 1 has a smaller area dimension than the output-side electrode 2 . The insulating layer 5 projects beyond the input-side electrode 1 in the direction parallel to the surface extension and lies behind the output-side electrode 2 .

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 bis 8 sind die Elektroden 1′, 2′ als konzentrisch angeordnete Stutzen ausgebildet, wobei der eingangsseitige Stutzen 1′ einen im Querschnitt kleiner bemessenen Mantel als der ausgangsseitige Stutzen 2′ aufweist. Der eingangsseitige Stutzen 1′ ist mit seinem freien Stirnende in den Hohlraum zielend gerichtet, der von dem ausgangsseitigen Stutzen 2′ umgeben ist. Zwischen den Stutzen (1′, 2′) ist die Isolierschicht 5′ angeordnet, die den Innenmantel des größeren Stutzens (2′) abdeckt und dessen freies Stutzenende, das zum anderen Stutzen (1′) gerichtet ist, überragt sowie das Stirnende und einen Teil der axialen Erstreckung des Außenmantels des kleineren Stutzens (1′) abdeckt. Auf diese Weise ist die Funkenstrecke als Gleitanordnung ausgebildet, bei der die Isolierschicht 5 bzw. 5′ als Unterbrechung der kürzesten geradlinigen Verbindung zwischen den Elektroden 1, 2 bzw. 1′, 2′ liegt.In the embodiment according to FIGS. 3 to 8, the electrodes 1 ', 2 ' are designed as concentrically arranged nozzles, the inlet-side nozzle 1 'having a jacket with a smaller cross-section than the outlet-side nozzle 2 '. The input-side nozzle 1 'is aimed with its free end face into the cavity, which is surrounded by the output-side nozzle 2 '. Between the nozzle ( 1 ', 2 '), the insulating layer 5 'is arranged, which covers the inner jacket of the larger nozzle ( 2 ') and the free nozzle end, which is directed to the other nozzle ( 1 '), projects as well as the front and one Part of the axial extent of the outer shell of the smaller nozzle ( 1 ') covers. In this way, the spark gap is designed as a sliding arrangement in which the insulating layer 5 or 5 'is located as an interruption of the shortest straight connection between the electrodes 1 , 2 and 1 ', 2 '.

Wie insbesondere aus den Fig. 2, 4 und 5 ersichtlich, ist die elektrische Zuleitung 3, 3′ und die elektrische Ableitung 4, 4′ jeweils bogenförmig parallel zu den scheibenförmigen Elektroden 1, 2 (mit Luftspalt zu diesen) oder um die Mittelachse der stutzenförmigen Elektroden 1′, 2′ (ebenfalls mit Luftspaltabstand) geführt und jeweils an die zugehörige Elektrode 1 bzw. 2 oder 1′ bzw. 2′ angeschlossen. Hierdurch entsteht bei Stromdurchfluß durch Zu- und Ableitung 3, 4 bzw. 3′, 4′ um den jeweiligen Leiter ein Magnetfeld, mittels dessen der im Überspannungsfall auftretende Lichtbogen in eine Wanderungsbewegung entlang der umlaufenden Überschlagszone der Isolierschicht 5 versetzt wird.As can be seen in particular from FIGS. 2, 4 and 5, the electrical lead 3 , 3 'and the electrical lead 4 , 4 ' are each arc-shaped parallel to the disc-shaped electrodes 1 , 2 (with an air gap to these) or around the central axis of the nozzle-shaped electrodes 1 ', 2 ' (also with an air gap distance) and each connected to the associated electrode 1 or 2 or 1 'or 2 '. This creates a magnetic field when the current flows through supply and discharge lines 3, 4 and 3 ', 4 ' around the respective conductor, by means of which the arc occurring in the event of overvoltage is set in a migration movement along the circumferential flashover zone of the insulating layer 5 .

Die scheibenförmigen Elektroden 1, 2 und die dazwischen befindliche Isolierschicht 5 sind sämtlich als etwa konzentrische Kreisscheiben ausgebildet. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 bis 8 sind die als Stutzen ausgebildeten Elektroden 1′, 2′ als Rohrabschnitte und die Isolierschicht 5 als Hülsenelement aus Isolierstoff ausgebildet. Dabei sind die Stutzen (1′, 2′) jeweils mit einem Stirnende an einer Metallplatte 7, 8 fixiert und elektrisch verbunden, wobei die Metallplatten 7, 8 etwa konzentrische kongruente kreisförmige Scheiben sind. Mittig von diesen Metallplatten 7, 8 ragen die entsprechenden Stutzen (1′, 2′) zueinandergerichtet ab, wobei sie voneinander auf Abstand gehalten sind. Die Isolierstoffschicht 5′, die insbesondere als Hülsenelement ausgebildet ist, ist in den durchmessergrößeren Stutzen (2′) eingesteckt und der durchmesserkleinere Stutzen (1′) ist in das eine Abstufung aufweisende Hülsenelement eingesteckt.The disk-shaped electrodes 1 , 2 and the insulating layer 5 located between them are all designed as approximately concentric circular disks. In the embodiment according to FIGS. 3 to 8, the electrodes 1 ', 2 ' designed as connecting pieces are formed as pipe sections and the insulating layer 5 as a sleeve element made of insulating material. The nozzles ( 1 ', 2 ') are each fixed to an end face on a metal plate 7 , 8 and electrically connected, the metal plates 7 , 8 being approximately concentric congruent circular disks. In the middle of these metal plates 7 , 8 the corresponding nozzles ( 1 ', 2 ') protrude towards each other, being kept at a distance from one another. The insulating layer 5 ', which is designed in particular as a sleeve element, is inserted into the larger-diameter socket ( 2 ') and the smaller-diameter socket ( 1 ') is inserted into the graded sleeve element.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2 ist die elektrische Zuleitung 3 bzw. 4 in Form eines elektrischen Leiters, (beispielsweise aus Stahl) an die der Isolierschicht abgewandten Seite der Platte 1 bzw. 2 angeschlossen. Jeder der beiden Leiter 3, 4 beschreibt etwa einen Halbkreisbogen, so daß in der Einbau-Sollage beide Leiter 3, 4 zusammen eine vollständige Windung einer spulenähnlichen Ausbildung bewirken. Die Leiter sind an den Elektrodenaußenseiten angeschweißt und dann parallel zur rückwärtigen Fläche der Elektroden jeweils geführt. In the embodiment according to FIGS. 1 and 2, the electrical supply line 3 or 4 in the form of an electrical conductor (for example made of steel) is connected to the side of the plate 1 or 2 facing away from the insulating layer. Each of the two conductors 3 , 4 describes approximately a semicircular arc, so that in the desired installation position both conductors 3 , 4 together cause a complete turn of a coil-like design. The conductors are welded to the outside of the electrodes and then guided parallel to the rear surface of the electrodes.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 bis 8 ist die elektrische Zuleitung 3′ in Form eines Leiters beispielsweise aus Stahl an das der Isolierschicht 5′ abgewandte Ende des durchmesserkleineren Stutzens (1′) unmittelbar oder an die mit dem Stutzen (1′) verbundenen Metallplatte 7 angeschweißt und konzentrisch zum Stutzen (1′) um dessen Ende oder um die Metallplatte 7 mit Luftspalt um etwa 360° gewunden. Die elektrische Ableitung 8 ist in analoger Weise mit gegensinniger Windung am Durchmesser größeren Stutzen (2′) bzw. dessen Metallplatte 8 angeschlossen und gewunden.In the embodiment according to FIG. 3 to 8, the electric feed line 3 'in the form of a conductor, for example made of steel to which the insulating layer 5' facing away from the end of the smaller-diameter socket (1 ') or directly to (1 with the connecting piece') metal plate connected 7 welded and concentric to the nozzle ( 1 ') around its end or around the metal plate 7 with an air gap wound by about 360 °. The electrical derivative 8 is connected and wound in an analogous manner with an opposite turn on the diameter larger nozzle ( 2 ') or its metal plate 8 .

Bei der Ausbildung nach Fig. 1 und 2 wird quasi eine Spule mit einer Windung gebildet, während bei der Ausbildung nach Fig. 3 bis 8 eine Spule mit zwei Windungen erzeugt ist.In the embodiment according Figs. 1 and 2 quasi a coil is formed with one turn, while generated in the embodiment according to FIGS. 3 to 8, a coil with two turns.

Wie insbesondere aus den Fig. 3 bis 8 verdeutlicht, kann das gesamte Überspannungsschutzelement in einem Isolierstoffgehäuse 9 eingebettet angeordnet sein. Das Isolierstoffgehäuse 9 kann zudem eine Austrittsöffnung 10 für heiße Gase aufweisen, in welche vorzugsweise Kühllamellen 11 eingesetzt sind.As is particularly clear from FIGS. 3 to 8, the entire overvoltage protection element can be arranged embedded in an insulating material housing 9 . The insulating material housing 9 can also have an outlet opening 10 for hot gases, in which cooling fins 11 are preferably inserted.

Bei der Ausbildung gemäß Fig. 1 und 2 ist eine im wesentlichen radiale Überschlagstrecke 6 ausgebildet. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 bis 8 ist eine im wesentlichen axiale Überschlagstrecke 6 gebildet. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 bis 8 kann beispielsweise die Zuleitung 3′ und Ableitung 4′ aus Stahl bestehen und mit der jeweiligen Elektrodenplatte (Platte 7 bzw. 8) verschweißt werden. Diese Einheit kann dann in ein Element 12 bzw. 13 aus Isolierstoff eingebettet werden. Zwischen die Platten 7, 8 wird der für die Zündung aktive Teil (stutzenartige Elektroden 1′, 2′) eingespannt werden. Dieser Teil besteht aus den beiden konzentrischen Zylindern in bzw. auf dem Isolierstoffteil 5′, welches aus einem Isolierstoff mit einer hohen Dielektrizitätskonstante besteht. An den Elementen 12, 13 ist im Mittelbereich ein stutzenartiger Vorsprung 14, 15 angeformt, so daß diese Teile ineinandersteckbar und in die hülsenförmige Elektrode 1′ bzw. das hülsenartige Isolierstoffelement 5′ einsteckbar sind und mittels eines Nietes 16 zu einer kompletten Gehäuseeinheit verbindbar sind, wobei ein Gehäusemittelteil 17 zwischen den Elementen 12 und 13 eingespannt ist.In the embodiment according to FIGS. 1 and 2 is a substantially radial flashover path 6 is formed. In the embodiment according to FIGS. 3 to 8, an essentially axial rollover section 6 is formed. In the embodiment according to FIGS. 3 to 8, for example, the supply line 3 'and the discharge line 4 ' are made of steel and are welded to the respective electrode plate (plate 7 or 8 ). This unit can then be embedded in an element 12 or 13 made of insulating material. Between the plates 7 , 8 the part active for the ignition (nozzle-like electrodes 1 ', 2 ') will be clamped. This part consists of the two concentric cylinders in or on the insulating part 5 ', which consists of an insulating material with a high dielectric constant. On the elements 12 , 13 a nozzle-like projection 14 , 15 is formed in the central region, so that these parts can be plugged into one another and inserted into the sleeve-shaped electrode 1 'or the sleeve-like insulating element 5 ' and can be connected to a complete housing unit by means of a rivet 16 , wherein a middle housing part 17 is clamped between the elements 12 and 13 .

Wie insbesondere aus Fig. 3 veranschaulicht, entsteht der Lichtbogen im Überschlagsbereich 6′, wobei der Lichtbogen dann an den Außenrand der Platten 7, 8 wandern kann und dort rotieren kann. Die Gleitfunkenstrecke wird hierdurch geschont, so daß die Kennlinie sich bei wiederholtem Ansprechen nicht nennenswert verändert.As illustrated in particular in FIG. 3, the arc arises in the rollover area 6 ', the arc then being able to migrate to the outer edge of the plates 7 , 8 and rotate there. This protects the sliding spark gap, so that the characteristic curve does not change appreciably with repeated response.

Die Gehäuseteile 12, 13, 17 aus Isolierstoff bilden ein geschlossenes Gehäuse, welches lediglich die Austrittsöffnung 10 für die heißen Gase freiläßt. Die Austrittsöffnung 10 wird vorzugsweise in Richtung einer Montageplatte oder dergleichen gerichtet, so daß die heißen Gase keine Schäden an umgebenden Bauteilen verursachen. The housing parts 12 , 13 , 17 made of insulating material form a closed housing which only leaves the outlet opening 10 free for the hot gases. The outlet opening 10 is preferably directed towards a mounting plate or the like, so that the hot gases do not cause any damage to surrounding components.

In den Fig. 6 bis 8 sind Einzelheiten der Fig. 3 bis 5 gezeigt. Fig. 6 zeigt im Prinzip die komplette Funkenstrecke, die aus dem hülsenförmigen Teil aus Isolierstoff 5′ und den beiden die Elektroden 1′ und 2′ bildenden Rohrstücken aus Stahl oder anderem leitenden Material besteht. Der Lichtbogen 6′ entsteht als Gleitfunken zwischen den beiden Elektroden 1′, 2′. Diese Funkenstrecke gemäß Fig. 6 ist zwischen den Anschlußstücken fest eingespannt. Ein solches Anschlußstück ist in Fig. 7 gezeigt. Das andere ist analog ausgebildet und in Fig. 3 ersichtlich. Jedes dieser Anschlußstücke (12) besteht aus Kunststoff, in welches die Zuleitung 3′ bzw. die Ableitung 4′ eingegossen ist. Mit der Zuleitung oder Ableitung verbunden ist die Metallplatte 7 bzw. 8. Die Platte 7 bzw. 8 stellt einerseits den Anschluß an die Funkenstrecke her und ist andererseits die "Laufbahn" des Lichtbogens, der an der Außenkontur der Platte 7 bzw. 8 rotieren wird. In Figs. 6 to 8 are shown details of 3 to 5 of FIG.. Fig. 6 shows in principle the complete spark gap, which consists of the sleeve-shaped part made of insulating material 5 'and the two electrodes 1 ' and 2 'forming pipe sections made of steel or other conductive material. The arc 6 'arises as a sliding spark between the two electrodes 1 ', 2 '. This spark gap as shown in FIG. 6 is firmly clamped between the connecting pieces. Such a connector is shown in Fig. 7. The other is analog and is shown in FIG. 3. Each of these connectors ( 12 ) consists of plastic, in which the feed line 3 'or the derivative 4 ' is cast. The metal plate 7 or 8 is connected to the feed line or discharge line. The plate 7 or 8 on the one hand establishes the connection to the spark gap and on the other hand is the "track" of the arc, which will rotate on the outer contour of the plate 7 or 8 .

In Fig. 8 ist der Körper des Gehäuses gezeigt. Er wird ebenso wie die Funkenstrecke gemäß Fig. 6 zwischen den beiden Anschlußstücken gemäß Fig. 7 eingeklemmt und durch die zentrale rohrförmige Niete 16 fixiert. Das Teil 17 kann in Zeichnungsfigur 8 unten ein Befestigungselement zum Aufschieben auf übliche Hutschienen aufweisen.The body of the housing is shown in FIG . Like the spark gap according to FIG. 6, it is clamped between the two connecting pieces according to FIG. 7 and fixed by the central tubular rivet 16 . The part 17 in the drawing figure 8 below can have a fastening element for sliding onto conventional top-hat rails.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird ein Überspannungsschutzelement zur Verfügung gestellt, welches bei niedriger Ansprechspannung ein gutes Löschverhalten aufweist, wobei sich die Kennlinie des jeweiligen Überspannungsschutzelementes auch nach mehrmaligen ansprechen nicht oder nur unwesentlich verändert.The training according to the invention is a Surge protection element provided, which good extinguishing behavior at low response voltage has, the characteristic of each Surge protection element even after repeated do not respond or changed only slightly.

Claims

1. Overvoltage protection element in the form of a spark gap with two electrodes ( 1 , 2 ) with electrical lead ( 3 ) and electrical lead ( 4 ) and an insulating layer ( 5 ) located between them, which forms a flashover gap between the electrodes of the spark gap, the insulating layer ( 5 ) consists of an insulating material, the electrodes ( 1 , 2 ) being designed as flat disks which are arranged one above the other with the interposition of the insulating material layer ( 5 ), the one, preferably the input-side electrode ( 1 ) having a smaller area than that has another, preferably the output-side electrode ( 2 ), and the insulating layer ( 5 ) projects beyond one, in particular the input-side electrode ( 1 ) in the direction parallel to the surface extension and lies behind the other, in particular the output-side electrode ( 2 ), so that the spark gap is designed as a sliding arrangement in which the insulating layer ( 5 ) as an interruption of the shortest straight connection between the electrodes ( 1 , 2 ), and wherein the insulating layer ( 5 ) consists of insulating material with suitable constant and high insulation resistance, the electrical supply line ( 3 ) and the electrical discharge line ( 4 ) is guided in an arc parallel to the disc-shaped electrodes ( 1 , 2 ), so that when current flows through the supply and discharge lines ( 3 , 4 ) a magnetic field is created around the respective conductor, by means of which the arc ( 6 ) occurring in the event of an overvoltage starts to move can be moved along the circumferential rollover zone.

2. Overvoltage protection element in the form of a spark gap with two electrodes ( 1 ', 2 ') with an electrical lead ( 3 ') and lead ( 4 ') and an insulating layer ( 5 ') located between them, which has a flashover between the electrodes of the spark gap forms, wherein the insulating layer consists of an insulating material, the electrodes ( 1 ', 2 ') are designed as concentrically arranged nozzles, preferably the inlet-side nozzle has a smaller cross-section than the outlet-side nozzle, the inlet-side nozzle with its front end is aimed in the cavity, which is surrounded by the outlet-side nozzle, between the nozzles, the insulating layer ( 5 ') is arranged, which covers the inner jacket of the larger nozzle and projects beyond its free nozzle end and the front end and part of the axial extension of the outside covers the smaller nozzle, so that di e spark gap is designed as a sliding arrangement, in which the insulating layer ( 5 ') is located as an interruption of the shortest straight connection between the electrodes ( 1 ', 2 '), the insulating layer ( 5 ') consists of insulating material with a suitable dielectric constant and high insulation resistance, the electrical lead ( 3 ') and the electrical lead ( 4 ') is arcuate around the central axis of the nozzle-shaped electrodes ( 1 ', 2 '), so that when current flows through the supply and discharge ( 3 ', 4 ') around the Each conductor creates a magnetic field, by means of which the arc ( 6 ') which occurs in the event of an overvoltage can be moved in a migration movement along the circumferential transition zone.

3. Overvoltage protection element according to claim 1, characterized in that the disc-shaped electrodes ( 1 , 2 ) and the insulating layer ( 5 ) located between them are designed as concentric circular discs.

4. Overvoltage protection element according to claim 2, characterized in that the electrodes designed as a socket ( 1 ', 2 ') are formed as pipe sections and the insulating layer ( 5 ') as a sleeve element.

5, surge protection element according to claim 2 or 4, characterized in that the connecting pieces with an end face are each electrically connected to a metal plate ( 7 , 8 ), in particular circular disk, preferably in the center, the metal plates ( 7 , 8 ) projecting coaxially with one another Stubs are held at a distance from each other, the insulating layer ( 5 '), in particular the sleeve element, is inserted into the larger-diameter socket and the smaller-diameter socket is inserted into the stepped sleeve element.

6. Overvoltage protection element according to claim 1 or 3, characterized in that the electrical lead ( 3 ) in the form of a conductor to the insulating layer ( 5 ) facing away from the plate side of the smaller diameter plate is connected close to the edge and in at least semicircular arc or in at least one full turn in parallel is led to the plate and the electrical lead ( 4 ) is connected in the same way but in opposite directions to the side of the larger diameter plate facing away from the insulating layer ( 5 ) and is wound parallel to it.

7. Overvoltage protection element according to claim 2, 4 or 5, characterized in that the electrical supply line ( 3 ') in the form of a conductor to the insulating layer ( 5 ') facing away from the end of the smaller diameter connector or to the metal plate ( 7 ) connected to the connector. connected and concentric to the nozzle around its end or the metal plate ( 7 ) is wound by at least 180 ° and the electrical lead ( 4 ') is connected and wound analogously with opposite turns to the larger diameter nozzle or its metal plate ( 8 ).

8. Overvoltage protection element according to one of claims 1 to 6, characterized in that the overvoltage protection element is arranged embedded in an insulating material housing ( 9 ).

9. Overvoltage protection element according to claim 8, characterized in that the insulating housing ( 9 ) has an outlet opening ( 10 ) for hot gases, in which cooling fins ( 11 ) are preferably used.