DE202005010639U1

DE202005010639U1 - Überspannungsschutzgerät zur Hutschienenmontage mit in einem Gehäuse angeordneten gekapselten Funkenstrecken in zylindrischer Bauform

Info

Publication number: DE202005010639U1
Application number: DE202005010639U
Authority: DE
Original assignee: Dehn and Soehne GmbH and Co KG
Current assignee: Dehn SE and Co KG
Priority date: 2005-06-13
Filing date: 2005-07-06
Publication date: 2005-09-01
Anticipated expiration: 2015-07-07
Also published as: ATE378715T1; EP1776745A1; BRPI0611760A2; PL1776745T3; DE502006000184D1; EP1776745B1; WO2006134095A1

Abstract

Überspannungsschutzgerät zur Hutschienenmontage mit in einem Gehäuse angeordneten gekapselten Funkenstrecken in zylindrischer Bauform, wobei am Überspannungsschutzgerät zwei gegenüberliegende Außenanschlussklemmreihen vorgesehen sind, wobei hier eine erste Klemmreihe L₁ bis L_n sowie N und eine zweite Klemmreihe PE-Anschlüsse aufweist, weiterhin umfassend interne Anschluss- und Verbinderflächen sowie zwischen den Funkenstrecken angeordnete Trennwände oder Trennräume,
dadurch gekennzeichnet, dass
die gekapselten Funkenstrecken stehend auf einer ersten internen Anschluss- und Verbinderfläche (2) fixiert sind und diese erste Fläche (2) parallel zum Gehäuseboden (3) verläuft, wobei die erste Fläche (2) mit dem N-Anschluss der ersten Klemmreihe in Verbindung steht,
zweite bis n-te interne Anschluss- und Verbinderflächen (4 bis 6) gemäß L₁ bis L_n jeweils mit der Oberseite der jeweiligen Funkenstrecke (NFS) und dem jeweiligen L₁ bis L_n-Anschluss der ersten Klemmreihe in Verbindung stehen,
wobei eine weitere, auf der ersten Anschluss- und Verbinderfläche (2) stehende Funkenstrecke (NPEFS) eine Anschluss- und Verbinderfläche (7) auf ihrer...

Description

Die Erfindung betrifft ein Überspannungsschutzgerät zur Hutschienenmontage mit in einem Gehäuse angeordneten gekapselten Funkenstrecken in zylindrischer Bauform, wobei am Überspannungsschutzgerät zwei gegenüberliegende Außenanschlussklemmreihen vorgesehen sind, wobei hier eine erste Klemmreihe L₁ bis L_n sowie N eine zweite Klemmreihe PE-Anschlüsse aufweist, weiterhin umfassend interne Anschluss- und Verbinderflächen sowie zwischen den Funkenstrecken angeordnete Trennwände oder Trennabstände gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Überspannungsschutzgeräte in kompakter Bauform, welche in einem Kunststoffgehäuse mehrere Funkenstrecken nebst peripherer Triggerelektronik aufweisen, gehören zum Stand der Technik.
Bei einer derartigen Überspannungsschutzgeräte-Ausführung der Firma DEHN + SÖHNE GmbH + Co. KG, Neumarkt, befinden sich in einer Bodenwanne des Außengehäuses liegend nebeneinander mehrere gekapselte Funkenstrecken. Bei einer so genannten 3+1- bzw. 1+1-Verschaltung liegen die Anschlüsse L₁ bis L_n der Netzfunkenstrecken und der Anschluss N auf einer Verdrahtungsseite des Geräts, wobei hingegen sich der PE-Anschluss auf der gegenüberliegenden Verdrahtungsseite befindet. Eine derartige Ausbildung der Anschlusselemente ist zum externen Verdrahten eines Überspannungsschutzgeräts von besonderem Vorteil.
Um nun unter Beachtung der notwendigen Verschaltung die gewünschte Funktion des Überspannungsschutzgeräts sicherzustellen, ist es notwendig, eine interne Kontaktbrücke N/PE auszubilden.
Bei einer Prinzipanordnung gemäß 1, die den vorstehend kurz erläuterten Stand der Technik darstellt, ist ersichtlich, welchen Verlauf die Ströme im Überspannungsfall einnehmen.
Unter Beachtung der Tatsache, dass auf parallele Leiter, welche gegensinnig von elektrischen Strömen durchflossen werden, aufgrund der auftretenden elektromagnetischen Felder abstoßende Kräfte entstehen, ist es notwendig, die N/PE-Brücke gemäß dem Stand der Technik sicher im Gehäuse festzulegen, so dass die auftretenden Kräfte beherrschbar sind. Gemäß der Darstellung nach 1 ist der Bereich zwischen der N/PE-Brücke und der N/PE-Funkenstrecke besonders kritisch, da sich hier die größten Ströme gegenüberstehen. Unter der Annahme, dass i₁ = i₂ = i₃ = i₄ gilt, ist die abstoßende Kraft zwischen der N/PE-Brücke und der N/PE-Funkenstrecke circa 12 mal größer als z.B. die anziehende Kraft zwischen den beiden Netzfunkenstrecken der Pfade L₁ und L₂ unter der Voraussetzung, dass jeweils nur die Felder der direkt benachbarten Ströme berücksichtigt werden.
Da die Kraft zwischen der N/PE-Brücke und der N/PE-Funkenstrecke bei entsprechend großen Strömen aufgrund der Produktbildung gemäß der in 1 dargestellten Beziehung ebenfalls sehr groß wird, ist bei einer derartigen liegenden Anordnung ein sehr hoher konstruktiver Aufwand an die Gehäusefestigkeit zu stellen.
Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein weiterentwickeltes Überspannungsschutzgerät zur Hutschienenmontage mit in einem Gehäuse angeordneten gekapselten Funkenstrecken in zylindrischer Bauform anzugeben, wobei das Überspannungsschutzgerät auf eine 3+1- bzw. 1+1-Schaltung zurückgeht. Bei dem zu realisierenden Überspannungsschutzgerät sollen unerwünschte stromflussbedingte Kräfte vermieden werden, so dass der Aufwand für das Fixieren der Funkenstrecken und der notwendigen Anschluss- und Verbinderflächen innerhalb eines Kompaktgehäuses minimierbar ist.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Überspannungsschutzgerät gemäß der Merkmalskombination nach Anspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.
Erfindungsgemäß sind die einzelnen Funkenstrecken stehend angeordnet, so dass nicht die Notwendigkeit besteht, eine N/PE-Brücke vorzusehen. Durch den Vorteil des Wegfalls der Brücke tritt die beim Stand der Technik vorliegende elektromagnetische Kraft nicht auf, so dass die konstruktiven und mechanischen Anforderungen an die Stabilität des Gehäuses geringer sind mit der Folge eines reduzierten Kostenaufwands bei der Herstellung von Überspannungsschutzgeräten in einem Kompaktgehäuse.
Die gekapselten Funkenstrecken werden wie vorerwähnt stehend auf einer ersten internen Anschluss- und Verbinderfläche fixiert. Diese erste Fläche verläuft im Wesentlichen parallel zum Gehäuseboden des Überspannungsschutzgeräts, wobei die erste Anschluss- und Verbinderfläche mit dem N-Anschluss der ersten Klemmreihe vom elektrischen Außenanschluss in Verbindung steht.
Zweite bis n-te interne Anschluss- und Verbinderflächen gemäß L₁ bis L_n stehen jeweils mit der Oberseite der jeweiligen Funkenstrecke und dem jeweiligen L₁ bis L_n-Anschluss der ersten Klemmreihe in Verbindung.
Eine weitere, auf der ersten Anschluss- und Verbinderfläche stehende Funkenstrecke, nämlich die N/PE-Funkenstrecke, weist ebenfalls eine Anschluss- und Verbinderfläche auf ihrer Oberseite auf, welche zum PE-Anschluss der zweiten Klemmreihe führt, die der ersten Klemmreihe an der entsprechenden Gehäuselängsseite gegenüberliegt.
Die L₁ bis L_n-Funkenstrecken sind nahe der ersten Klemmreihe und die PE-Funkenstrecke ist nahe der zweiten Klemmreihe befindlich.
Oberhalb der stehend angeordneten Funkenstrecken mit den jeweiligen Anschluss- und Verbinderflächen ist eine Isolierplatte vorgesehen, auf welcher sich eine Leiterplatte mit der Funkenstrecken-Triggerelektronik befindet.
Das Gehäuse des Kompaktgeräts weist in einer bevorzugten Ausführungsform eine im Wesentlichen quadratische bzw. rechteckige Form auf und besitzt eine Bodenwanne, wobei die Funkenstrecken stehend in der Bodenwanne angeordnet und dort elektrisch kontaktiert sind.
Zwischen der Leiterplatte und dem jeweiligen metallischen Mantel der jeweiligen Funkenstrecke ist bei entsprechendem Erfordernis ein Triggerfederkontakt angeordnet, welcher sich in einer Führungsausnehmung der Isolierplatte befindet.
Die Anschluss- und Verbinderflächen sind als metallisches Stanz-Biegeteil ausgeführt und weisen eine hohe Stromtragfähigkeit auf.
Durch die Anordnung der Funkenstrecken in stehender Weise mit an den Stirnseiten der zylindrischen Mäntel jeweils befindlichen Anschlusselementen kann bei der gewünschten 3+1-Verschaltung ein antiparalleler Stromfluss durch die zum Anschluss und zur Kontaktierung notwendigen Leiter verhindert werden.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
Hierbei zeigen:
1 eine prinzipielle Anordnung von mehreren Funkenstrecken in 3+1- bzw. 1+1-Schaltung gemäß dem Stand der Technik;
2 eine Prinzipdarstellung der stehend angeordneten, zylindrischen Funkenstrecken gemäß der Erfindung und
3 eine Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäß realisierten Überspannungsschutzgeräte-Anordnung in einem Kompaktgehäuse in 3+1-Schaltung.
Bei der Darstellung nach 1 wird von liegend nebeneinander in einem Gehäuse angeordneten Netzfunkenstrecken und einer ebenfalls liegend angeordneten N/PE-Funkenstrecke ausgegangen. Zwischen den Netzfunkenstrecken und der N/PE-Funkenstrecke ist eine N/PE-Brücke vorgesehen. Der im Überspannungsfall eintretende Stromfluss ist mit i₁ bis i₆ dargestellt, wobei besonders problematisch die Anordnung der parallelen Leiter im Bereich der N/PE-Brücke ist, welche gegensinnig vom elektrischen Strom durchflossen werden, wobei aufgrund der auftretenden elektromagnetischen Felder sehr große abstoßende Kräfte entstehen, die vom Gehäuse der Funkenstreckenanordnung aufgenommen werden müssen. Die abstoßenden Kräfte sind mit der Doppelpfeildarstellung in der 1 symbolisiert.
Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Überspannungsschutzgeräts mit in einem Gehäuse angeordneten gekapselten Funkenstrecken in zylindrischer Bauform sind bei einer 3+1-Verschaltung drei Netzfunkenstrecken NFS und eine N/PE-Funkenstrecke NPEFS vorgesehen.
Die Funkenstrecken sind als gekapselte, druckfeste Funkenstrecken mit einem zylindrischen Außengehäuse und an den Stirnseiten befindlichen elektrischen Kontakten 1 ausgebildet.
Die gekapselten Funkenstrecken NFS und NPEFS sind stehend auf einer ersten internen Anschluss- und Verbinderfläche 2 fixiert.
Wie aus der 3 ersichtlich, verläuft die erste interne Anschluss- und Verbinderfläche 2 im Wesentlichen parallel zum Gehäuseboden 3 des Überspannungsschutzgeräts.
Die erste interne Anschluss- und Verbinderfläche 2 steht mit dem N-Anschluss der ersten Klemmreihe in Verbindung.
Weitere, nämlich die Anschluss- und Verbinderflächen 4, 5 und 6 sind jeweils mit der Oberseite der jeweiligen Funkenstrecke NFS verbunden und führen auf den jeweiligen Anschluss L₁, L₂ bzw. L₃ der ersten Klemmreihe.
Die weitere Funkenstrecke, nämlich die NPE-Funkenstrecke NPEFS besitzt ebenfalls eine Anschluss- und Verbinderfläche 7 auf ihrer Oberseite, welche zum PE-Anschluss der zweiten Klemmreihe führt, die der ersten Klemmreihe gegenüberliegt.
Aus der Darstellung nach 2 wird deutlich, dass die Funkenstrecken NFS für L₁, L₂ und L₃ nahe der ersten Klemmreihe und die Funkenstrecke NPEFS für PE nahe der zweiten Klemmreihe befindlich ist.
Oberhalb der stehenden Funkenstrecken NFS bzw. NPEFS ist gemäß 3 eine Isolierplatte 8 angeordnet, auf welcher sich eine Leiterplatte 9 mit der Funkenstrecken-Triggerelektronik 10 befindet.
Das Kompaktgehäuse, welches eine im Wesentlichen quadratische Form aufweist, besitzt eine Bodenwanne 11, wobei in dieser Bodenwanne 11 die Funkenstrecken stehend montiert werden.
Zwischen den Funkenstrecken befindet sich außerdem mindestens eine Trennwand 12.
Zwischen der Leiterplatte 9 und dem jeweiligen metallischen Mantel der jeweiligen Funkenstrecke NFS ist ein Triggerfederkontakt 13 angeordnet, welcher sich in einer Führungsausnehmung 14 der Isolierplatte 8 befindet.
Zur optimalen Ausnutzung des Bauraums innerhalb der Bodenwanne 11 ist eine weitere, vertikal orientierte Leiterplatte 15 vorgesehen, die ebenfalls eine Triggerelektronik aufnimmt. Auf dieser Leiterplatte 15 ist ein weiterer Triggerfederkontakt 16 angeordnet, der mit dem Außenmantel der Funkenstrecke NPEFS in Verbindung steht.
Die Anschluss- und Verbinderfläche 7 der Funkenstrecke NPEFS ist abgewinkelt entlang einer Seitenwand der Bodenwanne 11 geführt und geht in die zweite Klemmreihe 17 über.
Die Bodenwanne 11 wird von einem haubenartigen Deckel 18 verschlossen, welcher mit Hilfe von Schrauben 19 mit der Bodenwanne 11 verbindbar ist. An der Außenunterseite der Bodenwanne 11 befinden sich noch übliche Rastklemmmittel 20 für die bevorzugte Hutschienenmontage des Überspannungsschutzgeräts. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass selbstverständlich auch eine andersartige Befestigung des Überspannungsschutzgeräts möglich ist, ohne den Grundgedanken der beschriebenen Erfindung zu verlassen.

Claims

Überspannungsschutzgerät zur Hutschienenmontage mit in einem Gehäuse angeordneten gekapselten Funkenstrecken in zylindrischer Bauform, wobei am Überspannungsschutzgerät zwei gegenüberliegende Außenanschlussklemmreihen vorgesehen sind, wobei hier eine erste Klemmreihe L₁ bis L_n sowie N und eine zweite Klemmreihe PE-Anschlüsse aufweist, weiterhin umfassend interne Anschluss- und Verbinderflächen sowie zwischen den Funkenstrecken angeordnete Trennwände oder Trennräume, dadurch gekennzeichnet, dass die gekapselten Funkenstrecken stehend auf einer ersten internen Anschluss- und Verbinderfläche (2) fixiert sind und diese erste Fläche (2) parallel zum Gehäuseboden (3) verläuft, wobei die erste Fläche (2) mit dem N-Anschluss der ersten Klemmreihe in Verbindung steht, zweite bis n-te interne Anschluss- und Verbinderflächen (4 bis 6) gemäß L₁ bis L_n jeweils mit der Oberseite der jeweiligen Funkenstrecke (NFS) und dem jeweiligen L₁ bis L_n-Anschluss der ersten Klemmreihe in Verbindung stehen, wobei eine weitere, auf der ersten Anschluss- und Verbinderfläche (2) stehende Funkenstrecke (NPEFS) eine Anschluss- und Verbinderfläche (7) auf ihrer Oberseite aufweist, welche zum PE-Anschluss der zweiten Klemmreihe (17) führt.
Überspannungsschutzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die L₁ bis L_n-Funkenstrecken (NFS) nahe der ersten Klemmreihe und die PE-Funkenstrecke (NPEFS) nahe der zweiten Klemmreihe (17) befindlich sind.
Überspannungsschutzgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb der stehenden Funkenstrecken (NFS / NPEFS) mit den jeweiligen Anschluss- und Verbinderflächen (4 bis 7) eine Isolierplatte (8) vorgesehen ist, auf welcher sich eine Leiterplatte (9) mit einer Funkenstrecke-Triggerelektronik (10) befindet.
Überspannungsschutzgerät nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse eine im Wesentlichen quadratische Form aufweist und eine Bodenwanne (11) besitzt, wobei die Funkenstrecken (NFS / NPEFS) stehend in der Bodenwanne (11) angeordnet und elektrisch kontaktiert sind.
Überspannungsschutzgerät nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine 3+1-Verschaltung mit drei Netzfunkenstrecken und einer N/PE-Funkenstrecke.
Überspannungsschutzgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Leiterplatte und dem jeweiligen metallischen Mantel der jeweiligen Funkenstrecke ein Triggerfederkontakt (13) angeordnet ist, welcher sich in einer Führungsausnehmung (14) der Isolierplatte (8) befindet.