DE19647748A1

DE19647748A1 - Gasgefüllter Überspannungsableiter

Info

Publication number: DE19647748A1
Application number: DE19647748A
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl Ing Boy; Gerhard Ing Grad Lange
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1995-11-29
Filing date: 1996-11-06
Publication date: 1997-06-05
Also published as: CA2191409A1

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet des Überspannungsschutzes für Kommunikationsnetze und befaßt sich mit der konstruktiven Ausgestaltung der Stromzuführungselemente zu den Elektroden eines gasgefüllten Überspannungsableiters.

Zum Schutz gegen Überspannungen, wie sie unter anderem durch Blitzeinschläge auftreten können, werden in Kommunikations netzen und den zugehörigen Geräten gasgefüllte Überspannungs ableiter verwendet, die eine oder zwei bzw. drei Entladungs strecken aufweisen und hierzu aus zwei Endelektroden und ge gebenenfalls einer weiteren Elektrode in Form einer Mittel elektrode sowie aus einem oder zwei hohlzylindrischen Kerami kisolatoren bestehen.

Bei Zwei-Elektroden-Überspannungsablei tern ist der Keramikisolator in aller Regel stirnseitig mit den Endelektroden verlötet (US 4 266 260), bei Drei-Elektro den-Überspannungsableitern sind die Keramikisolatoren entwe der am Umfang oder stirnseitig sowohl mit der Mittelelektrode als auch mit jeweils einer Endelektrode verlötet (US 3,885,203, US 4,212,047). Die Kontaktierung der Elektroden an ihrem äußeren Umfang erfolgt dabei entweder innerhalb eines Gehäuses mit Hilfe von federnden Schneidklemmen oder mit Hil fe von Elektrodenanschlüssen, die mit ihrem einen Ende tan gential oder radial an jeweils eine Elektrode angelötet oder angeschweißt sind und die an ihrem anderen Ende mit einem steckbaren Kontaktelement versehen oder für eine Verlötung ausgebildet sind (US 4,212,047, US 4,984,125). Bei Drei- Elektroden-Überspannungsableitern, deren Elektroden aus Kup fer bestehen, hat man auch schon vorgesehen, auf dem flanschartigen Fußteil jeder Endelektrode einen Kontaktring stoffschlüssig zu befestigen, der entweder Teil des Elektro denanschlusses ist (US 5 388 023) oder an dessen Außenumfang dann ein Elektrodenanschluß angeschweißt werden kann (DE 43 30 178/US-Anm. Ser. No. 290.274 vom 15.08.1994). Hier bei kann der Kontaktring eine zylindrische Mantelfläche auf weisen. Auch kann anstelle eines Kontaktringes eine Kontakt scheibe verwendet werden. Auch könnte bei Elektroden aus ei nem anderen Material als Kupfer, beispielsweise aus der Ei sen-Nickel-Legierung "Vacon", der flanschartige Fußteil selbst die zylindrische Kontaktfläche aufweisen, die zweckmä ßig eine Breite von wenigstens etwa 1 mm aufweist.

Ausgehend von einem gasgefüllten Überspannungsableiter mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Stromzuführungsele mente des Ableiters so auszubilden, daß sie auch extremen Be lastungen, wie sie unter Blitzeinwirkung mit Stromstößen von etwa 20 kA auftreten können, mehrfach sicher standhalten.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß der Elektrodenanschluß an seinem die zylindrische Kon taktfläche kontaktierenden Ende als ein die zylindrische Kontaktfläche formschlüssig umfassender, offener Ring ausge bildet ist, dessen Innendurchmesser nach Art einer Preßpas sung dem Durchmesser der zylindrischen Kontaktfläche ent spricht und der hierzu aus einem federharten Werkstoff wie Stahl, einer Eisenlegierung, Bronze oder Messing besteht, wo bei der offene Ring des Elektrodenanschlusses die zylindri sche Kontaktflache auf einem Umfangswinkel von wenigstens 270° umfaßt und einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist, dessen Breite gleich oder annähernd gleich der Breite der zy lindrischen Kontaktfläche ist und dessen Höhe wenigstens gleich seiner Breite ist.

Eine derartige Ausgestaltung der Elektrodenanschlüsse gewähr leistet einen großflächigen Stromübergang von dem Elektroden anschluß auf die jeweilige Elektrode des Ableiters. Um Un ebenheiten im Bereich der Kontaktflächen ausgleichen zu kön nen, empfiehlt es sich, die zylindrische Kontaktfläche der Elektroden und/oder die innere Mantelfläche des offenen Rin ges des jeweiligen Elektrodenanschlusses mit einer galvanisch aufgebrachten, etwa 5 bis 15 µm dicken Zinnschicht zu verse hen. Zweckmäßig wird hierfür eine Zinn/Blei-Legierung verwen det.

Das gemäß der Erfindung als offener Ring ausgebildete Ende des jeweiligen Elektrodenanschlusses läßt sich wegen des gro ßen Umfangswinkels von mehr als 270° und wegen der Quer schnittsform des Ringes und wegen der Verwendung eines feder harten Werkstoffes nicht radial auf die jeweilige Elektrode aufsetzen; der offene Ring muß vielmehr unter leichter Auf weitung axial aufgeschoben werden. Dieses axiale Aufschieben kann dadurch begünstigt werden, daß der offene Ring an den inneren umlaufenden Kanten mit einer Fase versehen ist.

Bei Drei-Elektroden-Überspannungsableitern mit zwei Keramiki solatoren und einer ringförmigen Mittelelektrode kann die Mittelelektrode in gleicher Weise wie die Kontaktringe der beiden Endelektroden kontaktiert werden. Hierbei wird also der offene Ring des Elektrodenanschlusses direkt auf die Mit telelektrode aufgeschoben, die aufgrund ihrer Ausgestaltung eine kontaktierbare Außenfläche aufweist.

Die formschlüssige Verbindung zwischen den Elektrodenan schlüssen und den Elektroden kann im Bedarfsfall durch An bringen eines Weichlotpunktes am Rand der Kontaktflächen me chanisch stabilisiert werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Fig. 1 bis 6 dargestellt. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Drei-Elektroden-Überspannungsableiter mit gemäß der Erfindung ausgebildeten Elektro denanschlüssen in Ansicht,

Fig. 2 und 3 die Ausgestaltung der Elektrodenanschlüsse im Bereich der Elektroden des Überspannungsablei ters,

Fig. 4 im Querschnitt die Anordnung eines Elektroden anschlusses auf einem Kontaktring einer End elektrode aus Kupfer,

Fig. 5 im Querschnitt die Anordnung eines Elektroden anschlusses auf der Kontaktscheibe einer Endelektrode aus Kupfer und

Fig. 6 im Querschnitt die Anordnung eines Elektroden anschlusses auf der Kontaktfläche einer Ende lektrode aus einer Eisen-Nickel-Legierung.

Fig. 1 zeigt in Anlehnung an Fig. 1 der US-PS 5 388 023 ei nen Drei-Elektroden-Überspannungsleiter mit zusätzlicher Fail-Safe- und Vent-Safe-Einrichtung. Hierzu sind zwei Kera mikisolatoren 4 und 5 mit einer nicht sichtbaren Mittelelek trode verbunden und an den beiden äußeren Enden mit den Ende lektroden 2 und 3 bestückt. Gemäß der Darstellung in Fig. 4 ist auf jede aus Kupfer bestehende Endelektrode stirnseitig ein Kontaktring 6 bzw. 7 aufgelötet, der gemäß Fig. 3 der DE-OS 43 30 178 einen ungefähr rechteckförmigen Querschnitt aufweist, wobei die äußere Mantelfläche eine zylindrische Kontaktfläche bildet. Auf diese in Fig. 1 nicht sichtbaren Kontaktflächen ist jeweils ein Elektrodenanschluß 61 bzw. 71 aufgebracht. Die Mittelelektrode ist mit einem Elektrodenan schluß 81 versehen. An der Mittelelektrode ist weiterhin ein Federbügel 11 befestigt, dessen Arme 12, 13 an den axial an den Endelektroden 2,3 anliegenden Enden Kurzschlußkappen 14, 15 tragen und einen Hilfsableiter 17, 18 und eine nicht näher dargestellte Schmelzpille gegen die beiden Endelektro den 2, 3 drücken. Bei den Hilfsableitern 17, 18 kann es sich um Luftfunkenstrecken oder um einen Varistor handeln.

Gemäß den Fig. 2 und 3 sind die Elektrodenanschlüsse 61, 71 und 81 an ihren die Elektroden kontaktierenden Enden als offener Ring 9 ausgebildet, der die jeweilige zylindrische Kontaktfläche klammerartig umschließt. Um hierbei eine aus reichende Kontaktkraft zu gewährleisten, sind der Innendurch messer des offenen Ringes 9 und der Außendurchmesser der zy lindrischen Kontaktflächen nach Art einer Preßpassung dimen sioniert. Zur Verbesserung des Kontaktverhaltens ist auf die zylindrische Kontaktfläche des Kontaktringes 6, 7 eine Zinn schicht 10 aufgebracht, die etwa 5 bis 15 µm dick ist. Wei terhin sind die innen umlaufenden Kanten des offenen Ringes mit einer Fase 19 versehen.

Der Querschnitt des offenen Ringes 9 ist rechteckförmig ge wählt, wobei die Breite b gleich der Breite des Kontaktringes 6, 7 ist und die Höhe h etwas größer als die Breite b gewählt ist. Beispielsweise kann diese Höhe h 1,5 mm betragen. - Der offene Ring 9 besteht im übrigen aus Messing, d. h. einer Kup fer/Zink-Legierung. Der offene Ring 9 umfaßt den jeweiligen Kontaktring bzw. die Mittelelektrode auf einem Umfangswinkel α von wenigstens 270°, vorzugsweise von 300 bis 330°.

Der offene Ring 9 geht im übrigen in ein Verbindungsstück 63, bzw. 73, bzw. 83 über, das an seinem anderen Ende mit einem üblichen Kontaktanschluß versehen ist. Es empfiehlt sich, den offenen Ring 9 und das anschließende Verbindungsstück als Stanzteil auszubilden.

Gemäß Fig. 5 ist der offene Ring 9 des Elektrodenanschlusses auf die zylindrische Kontaktfläche einer Kontaktscheibe 62 aufgesetzt, die bei diesem Ausführungsbeispiel den Kontakt ring 6 gemäß Fig. 4 ersetzt.

Gemäß Fig. 6 ist der offene Ring 9 des Elektrodenanschlusses auf eine zylindrische Kontaktfläche aufgesetzt, die direkt von dem flanschartigen Fußteil 22 einer Elektrode 21 aus ei ner Eisen-Nickel-Legierung gebildet wird.

Claims

1. Gasgefüllter Überspannungsableiter mit zwei napfartig aus gebildeten Elektroden, die mit ihrem Rand jeweils stirnseitig mit einem hohlzylindrischen Keramikisolator verlötet sind, wobei dieser Rand als zylindrische Kontaktfläche ausgebildet ist und an dieser zylindrischen Kontaktfläche ein Elektroden anschluß befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenanschluß (61, 71) an seinem die zylindrische Kontaktfläche kontaktierenden Ende als ein die zylindrische Kontaktfläche formschlüssig umfassender, offener Ring (9) ausgebildet ist, dessen Innendurchmesser (d) nach Art einer Preßpassung dem Durchmesser der zylindrischen Kontaktfläche entspricht und der hierzu aus einem federharten Werkstoff wie Stahl, einer Eisenlegierung, Bronze oder Messing besteht, wobei der offene Ring (9) des Elektrodenanschlusses die zy lindrische Kontaktfläche auf einem Umfangswinkel (α) von we nigstens 270° umfaßt und einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist, dessen Breite (b) gleich oder annähernd gleich der Breite der zylindrischen Kontaktfläche ist und dessen Höhe (h) wenigstens gleich seiner Breite (b) ist.

2. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrischen Kontaktflächen der Elektroden (6, 7; 22, 62) und/oder die innere Mantelfläche des offenen Ringes (9) mit einer galvanisch aufgebrachten Zinnschicht (10) ver sehen sind.

3. Überspannungsableiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der offene Ring (9) an den inneren umlaufenden Kanten mit einer Fase (19) versehen ist.

4. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit zwei Keramikisolatoren und einer ringförmigen Mittelelektro de, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelelektrode mit einem gleichartigen Elektrodenan schluß (81) wie die beiden zylindrischen Kontaktflächen der napfartigen Elektroden (2,3) versehen ist.