DE202012012287U1

DE202012012287U1 - Snubber

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Publication number: DE202012012287U1
Application number: DE201220012287
Authority: DE
Original assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Current assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2013-02-08
Anticipated expiration: 2022-12-28

Abstract

Überspannungsschutzelement mit einem Gehäuse (2), mit mindestens einem im Gehäuse (2) angeordneten Ableiter (3), insbesondere einem Varistor, mit mindestens zwei Anschlusskontakten (4, 5, 6) zum elektrischen Anschluss des Überspannungsschutzelements (1) an einen zu schützenden Strom- oder Signalpfad und mit mindestens einem im Gehäuse (2) angeordneten Trennelement, wobei ein Anschlusskontakt (4) im Normalzustand des Überspannungsschutzelements (1) über ein Trennelement mit dem ersten Pol (7) eines Ableiters (3) in elektrisch leitendem Kontakt steht, während die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Anschlusskontakt (4) und dem ersten Pol (7) bei Überlastung des jeweiligen Ableiters (3) durch das diesem Ableiter (3) zugeordnete Trennelement unterbrochen ist, und wobei ein anderer Anschlusskontakt (5) mit dem zweiten Pol (8) des jeweiligen Ableiters (3) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass als Trennelement ein Bimetallelement (9) vorgesehen ist, dessen erstes Ende (10) mit dem zugeordneten Anschlusskontakt (4) in elektrisch leitendem Kontakt steht und dessen zweites Ende...Overvoltage protection element with a housing (2), with at least one arranged in the housing (2) arrester (3), in particular a varistor, with at least two connection contacts (4, 5, 6) for electrically connecting the overvoltage protection element (1) to a protected current - or signal path and with at least one in the housing (2) arranged separating element, wherein a terminal contact (4) in the normal state of the overvoltage protection element (1) via a separating element with the first pole (7) of a conductor (3) in electrically conductive contact while the electrically conductive connection between the terminal contact (4) and the first pole (7) is interrupted when the respective arrester (3) is overloaded by the isolating element assigned to this arrester (3), and another terminal contact (5) is connected to the second pole (5) 8) of the respective arrester (3) is connected, characterized in that a bimetallic element (9) is provided as the separating element, whose first end (10) is in electrically conductive contact with the associated terminal contact (4) and the second end of which is ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Überspannungsschutzelement mit einem Gehäuse, mit mindestens einem im Gehäuse angeordneten Ableiter, insbesondere einem Varistor, mit mindestens zwei Anschlusskontakten zum elektrischen Anschluss des Überspannungsschutzelements an den zu schützenden Strom- oder Signalpfad und mit mindestens einem im Gehäuse angeordneten Trennelement, wobei ein Anschlusskontakt im Normalzustand des Überspannungsschutzelements über das Trennelement mit dem ersten Pol eines Ableiters in elektrisch leitendem Kontakt steht, während die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Anschlusskontakt und dem ersten Pol des Ableiters bei Überlastung des Ableiters durch das diesem Ableiter zugeordnete Trennelement unterbrochen ist, und wobei ein anderer Anschlusskontakt mit dem zweiten Pol des Ableiters verbunden ist.The invention relates to an overvoltage protection element with a housing, with at least one arrester arranged in the housing, in particular a varistor, with at least two connection contacts for the electrical connection of the overvoltage protection element to the current or signal path to be protected and with at least one separating element arranged in the housing, wherein a connection contact is in the normal state of the overvoltage protection element via the separating element with the first pole of a diverter in electrically conductive contact, while the electrically conductive connection between the terminal contact and the first pole of the arrester in case of overload of the arrester is interrupted by the divider associated with this separator, and wherein another Terminal contact is connected to the second pole of the arrester.

Elektrische Stromkreise und Anlagen arbeiten mit der für sie spezifizierten Spannung, der Nennspannung, normalerweise störungsfrei. Das gilt dann nicht, wenn Überspannungen auftreten. Als Überspannungen gelten alle Spannungen, die oberhalb der oberen Toleranzgrenze der Nennspannung liegen. Hierzu zählen vor allem auch die transienten Überspannungen, die aufgrund von atmosphärischen Entladungen, aber auch durch Schalthandlungen oder Kurzschlüsse in Energieversorgungsnetzen auftreten können und galvanisch, induktiv oder kapazitiv in elektrische Stromkreise eingekoppelt werden können. Um nun elektrische oder elektronische Stromkreise, insbesondere elektronische Mess-, Steuer-, Regel- und Schaltkreise, wo auch immer sie eingesetzt sind, gegen transiente Überspannungen zu schützen, sind Überspannungsschutzelemente entwickelt worden und seit mehr als zwanzig Jahren bekannt.Electrical circuits and equipment operate at the voltage specified for them, the rated voltage, normally without interference. This does not apply if surges occur. Overvoltages are all voltages that are above the upper tolerance limit of the rated voltage. These include, above all, the transient overvoltages that can occur due to atmospheric discharges, but also through switching operations or short circuits in power supply networks and can be galvanically, inductively or capacitively coupled into electrical circuits. In order to protect electrical or electronic circuits, in particular electronic measuring, control, and switching circuits, wherever they are used, against transient overvoltages, overvoltage protection elements have been developed and have been known for more than twenty years.

Die Leitungen der Mess-, Steuer- und Regeltechnik bilden die Nervenbahnen einer Industrieanlage. Deren reibungsloser Betrieb setzt daher ein hohes Maß an Verfügbarkeit der übertragenen Signale voraus. Die Schutzschaltungen entsprechender Überspannungsschutzgeräte müssen dabei auf die verschiedenen Signal-, Messprinzipien angepasst sein. Als Ableiter kommen dabei insbesondere Varistoren, Suppressor-Dioden und gasgefüllte Überspannungsableiter oder Funkenstrecken sowie Kombinationen der vorgenannten Bauelemente zum Einsatz. Die einzelnen Ableiter können dabei u. a. nach der Höhe des Ableitvermögens bzw. dem Schutzpegel unterschieden werden. Während Varistoren in der Regel als Mittelschutzstufe eingesetzt werden, dienen gasgefüllte Überspannungsableiter und Funkenstrecken in der Regel als Grobschutz. Darüber hinaus können die einzelnen Ableiter in spannungsbegrenzende Elemente (Varistoren) einerseits und spannungsschaltende Elemente (gasgefüllte Überspannungsableiter und Funkenstrecken) andererseits unterteilt werden. Nachfolgend werden als Ableiter insbesondere Varistoren betrachtet, ohne dass die Erfindung darauf beschränkt sein soll.The cables of the measuring, control and regulation technology form the nerve pathways of an industrial plant. Their smooth operation therefore requires a high degree of availability of the transmitted signals. The protective circuits of corresponding overvoltage protection devices must be adapted to the different signal, measuring principles. In particular, varistors, suppressor diodes and gas-filled surge arresters or spark gaps as well as combinations of the aforementioned components are used as arresters. The individual arresters can u. a. be distinguished according to the magnitude of the Ableitvermögens or the protection level. While varistors are generally used as a medium protection level, gas-filled surge arresters and spark gaps usually serve as coarse protection. In addition, the individual arresters can be divided into voltage-limiting elements (varistors) on the one hand and voltage-switching elements (gas-filled surge arresters and spark gaps) on the other. In the following, in particular varistors are considered as arresters, without the invention being restricted thereto.

Aufgrund von Alterung und zeitweise auftretenden Überspannungen (TOV) im Sekundenbereich kommt es insbesondere bei Überspannungsschutzelementen mit einem Varistor als Ableiter zu einer unerwünschten Erhöhung des Leckstromes des Varistors bei Betriebsspannungen. Überspannungsschutzelemente mit einem Varistor als Ableiter weisen daher heutzutage häufig eine thermische Abtrennvorrichtung auf, durch die ein nicht mehr einwandfrei funktionsfähiger Varistor elektrisch von dem zu überwachenden Strompfad abgetrennt wird. Bei bekannten Überspannungsschutzelementen erfolgt die Überwachung des Zustandes des Varistors nach dem Prinzip eines Temperaturschalters, wobei bei Überhitzung des Varistors – beispielsweise aufgrund aufgetretener Leckströme – eine zwischen dem Varistor und einem Trennmittel vorgesehene Lötverbindung auftrennt, was zu einem elektrischen Abtrennen des Varistors führt.Due to aging and occasional overvoltages (TOV) in the second range, there is an undesirable increase in the leakage current of the varistor at operating voltages, in particular with overvoltage protection elements with a varistor as arrester. Overvoltage protection elements with a varistor as a drain, therefore, nowadays often have a thermal separation device, by means of which a varistor which is no longer functioning properly is electrically disconnected from the current path to be monitored. In known overvoltage protection elements, the monitoring of the state of the varistor is carried out according to the principle of a temperature switch, wherein when overheating of the varistor - for example, due to leakage currents - between the varistor and a release means provided solder joint separates, resulting in electrical isolation of the varistor.

Aus der DE 42 41 311 C2 ist ein Überspannungsschutzelement bekannt, das zur Überwachung des Zustands eines Varistors eine thermische Abtrennvorrichtung aufweist. Bei diesem Überspannungsschutzelement ist das erste Anschlusselement über einen flexiblen Leiter mit einem starren Trennelement verbunden, dessen dem flexiblen Leiter abgewandtes Ende über eine Lötstelle mit einer am Varistor vorgesehenen Anschlussfahne verbunden ist. Das andere Anschlusselement ist über einen flexiblen Leiter fest mit dem Varistor bzw. einer Anschlussfahne am Varistor verbunden. Das Trennelement wird von einem Federsystem mit einer Kraft beaufschlagt, die dazu führt, dass das Trennelement beim Auftrennen der Lötverbindung von der Anschlussfahne linear wegbewegt wird, so dass der Varistor bei thermischer Überlastung elektrisch abgetrennt wird. Über das Federsystem wird beim Auftrennen der Lötverbindung gleichzeitig ein Fernmeldekontakt betätigt, so dass eine Fernüberwachung des Zustandes des Überspannungsschutzelements möglich ist.From the DE 42 41 311 C2 is an overvoltage protection element is known, which has a thermal separation device for monitoring the state of a varistor. In this overvoltage protection element, the first connection element is connected via a flexible conductor to a rigid separation element whose end remote from the flexible conductor is connected via a solder joint to a connection lug provided on the varistor. The other connection element is connected via a flexible conductor fixed to the varistor or a terminal lug on the varistor. The separating element is acted upon by a spring system with a force which results in the separating element being linearly moved away from the connecting lug during the separation of the soldering connection, with the result that the varistor is electrically cut off in the event of thermal overloading. About the spring system at the same time a remote signaling contact is actuated when disconnecting the solder joint, so that a remote monitoring of the state of the overvoltage protection element is possible.

Die DE 695 03 743 T2 offenbart ein Überspannungsschutzelement mit zwei Varistoren, das zwei Trennmittel aufweist, die die Varistoren jeweils an ihrem Lebensende einzeln abtrennen können. Die Trennmittel weisen jeweils eine federnde Trennzunge auf, wobei das erste Ende der Trennzunge mit dem ersten Anschluss fest verbunden und das zweite Ende der Trennzunge im Normalzustand des Überspannungsschutzelements über eine Lötstelle an einer Verbindungszunge am Varistor befestigt ist. Kommt es zu einer unzulässigen Erwärmung des Varistors, so führt dies zu einem Aufschmelzen der Lötverbindung. Da die Trennzunge im angelöteten Zustand (Normalzustand des Überspannungsschutzelements) aus ihrer Ruhelage ausgelenkt und somit vorgespannt ist, federt das freie Ende der Trennzunge beim Erweichen der Lötverbindung von der Verbindungszunge des Varistors weg, wodurch der Varistor elektrisch abgetrennt wird. Um die geforderte Isolations- und Kriechstromfestigkeit zu gewährleisten und einen beim Öffnen der Trennstelle entstehenden Lichtbogen zu löschen, ist es erforderlich, dass beim Verschwenken der Trennzunge ein möglichst großer Abstand zwischen dem zweiten Ende der Trennzunge und der Verbindungszunge des Varistors erzielt wird.The DE 695 03 743 T2 discloses an overvoltage protection element with two varistors, which has two separating means, which can individually separate the varistors at their end of life. The separating means each have a resilient separating tongue, wherein the first end of the separating tongue firmly connected to the first terminal and the second end of the separating tongue is attached in the normal state of the overvoltage protection element via a solder joint to a connecting tongue on the varistor. If there is an inadmissible warming of the Varistors, this leads to a melting of the solder joint. Since the separation tongue is deflected in the soldered state (normal state of the overvoltage protection element) from its rest position and thus biased, the free end of the separation tongue springs when softening the solder joint of the connecting tongue of the varistor, whereby the varistor is electrically disconnected. In order to ensure the required insulation and tracking resistance and to erase an emerging when opening the separation point arc, it is necessary that the greatest possible distance between the second end of the separation tongue and the connecting tongue of the varistor is achieved when pivoting the separation tongue.

Ein Überspannungsschutzelement mit zwei Varistoren als Ableiter ist auch aus der DE 10 2007 006 617 A1 bekannt. Auch bei diesem Überspannungsschutzelement sind zwei federnde Trennzungen vorgesehen, deren freien Enden jeweils über eine Lötstelle mit jeweils einem der Varistoren verbunden sind. Wenn die Temperatur eines der Varistoren einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt, kommt es zu einem Erweichen der dem zu stark erwärmten Varistor zugeordneten Lötstelle, so dass diese Lötverbindung auftrennt und das freie Ende der federnden Trennzunge von der zugeordneten Verbindungszunge des Varistors wegfedert. Bei dem bekannten Überspannungsschutzelement fährt beim Auftrennen einer Lötverbindung ein federbelasteter Schieber aus nicht leitendem Material in die Trennstelle, wodurch eine sichere thermische und elektrische Trennung der Trennzunge vom Varistor gewährleistet wird. Darüber hinaus sind die Schieber über eine Betätigungsstange mit einer als Drehanzeige ausgebildeten optischen Zustandsanzeige verbunden, so dass zur Realisierung der optischen Zustandsanzeige nur ein geringer Bauraum benötigt wird.An overvoltage protection element with two varistors as arrester is also from the DE 10 2007 006 617 A1 known. Also in this overvoltage protection element two resilient separating tongues are provided, whose free ends are each connected via a solder joint with one of the varistors. If the temperature of one of the varistors exceeds a predetermined limit value, the solder joint associated with the too-heated varistor softens, so that this solder joint separates and the free end of the resilient separation tongue springs away from the associated connection tongue of the varistor. In the known overvoltage protection element moves when separating a solder joint, a spring-loaded slide made of non-conductive material in the separation point, whereby a secure thermal and electrical separation of the separation tongue is ensured by the varistor. In addition, the slides are connected via an actuating rod with a designed as a rotary display optical status display, so that only a small space is required to realize the optical status display.

Die bekannten Überspannungsschutzelemente sind in der Regel als ”Schutzstecker” ausgebildet, die zusammen mit einem Geräteunterteil ein Überspannungsschutzgerät bilden. Zur Installation eines derartigen Überspannungsschutzgeräts, welches beispielsweise die phasenführenden Leiter L1, L2, L3 sowie den Neutralleiter N und gegebenenfalls auch den Erdleiter PE schützen soll, sind bei den bekannten Überspannungsschutzgeräten am Geräteunterteil entsprechende Anschlussklemmen für die einzelnen Leiter vorgesehen. Zur einfachen mechanischen und elektrischen Kontaktierung des Geräteunterteils mit dem jeweiligen Überspannungsschutzelement sind bei dem Überspannungsschutzelement die Anschlusskontakte als Steckerstifte ausgebildet, zu denen im Geräteunterteil korrespondierende, mit den Anschlussklemmen verbundene Steckerbuchsen angeordnet sind, so dass das Überspannungsschutzelement einfach auf das Geräteunterteil aufsteckbar ist.The known overvoltage protection elements are generally designed as a "protective plug", which together with a device lower part form an overvoltage protection device. To install such a surge protective device, which is intended to protect, for example, the phase-leading conductors L1, L2, L3 and the neutral conductor N and possibly also the earth conductor PE, corresponding terminals for the individual conductors are provided in the known surge protective devices on the device base. For simple mechanical and electrical contacting of the device lower part with the respective overvoltage protection element, the connection contacts are designed as plug pins to the overvoltage protection element, which are arranged in the lower part of the device corresponding, connected to the terminals sockets, so that the overvoltage protection element is simply plugged onto the device base.

Die zuvor beschriebenen, bei den bekannten Überspannungsschutzelementen verwendeten, thermischen Abtrennvorrichtungen, die auf dem Aufschmelzen einer Lötverbindung beruhen, haben mehrere Aufgaben zu erfüllen. Im Normalzustand des Überspannungsschutzelements, d. h. im nicht getrennten Zustand, muss eine sichere und gute elektrische Verbindung zwischen dem Anschlusskontakt und dem Ableiter gewährleistet sein. Beim Überschreiten einer bestimmten Grenztemperatur muss die Trennstelle eine sichere Abtrennung des Ableiters sowie eine dauerhafte Isolationsfestigkeit und Kriechstromfestigkeit gewährleisten. Problematisch ist dabei jedoch, dass die Lötverbindung aufgrund der Federkraft des Federelements oder der aus ihrer Ruhelage ausgelenkten Trennzunge im Normalzustand des Überspannungsschutzelements dauerhaft mit einer Scherspannung belastet wird.The above-described, used in the known overvoltage protection elements, thermal separation devices, which are based on the melting of a solder joint, have to fulfill several tasks. In the normal state of the overvoltage protection element, d. H. when not disconnected, a safe and good electrical connection between the connection contact and the arrester must be ensured. If a certain limit temperature is exceeded, the separation point must ensure a safe separation of the arrester and a permanent insulation strength and creep resistance. The problem is, however, that the solder joint is permanently loaded with a shear stress due to the spring force of the spring element or deflected from its rest position separating tongue in the normal state of the overvoltage protection element.

Darüber hinaus haben thermische Abtrennvorrichtungen, die auf dem Aufschmelzen einer Lötverbindung beruhen, den Nachteil, dass sie ein relativ träges Ansprechverhalten haben, was dazu führen kann, dass schnell ansteigende Fehlerströme, die aufgrund einer Beschädigung des Überspannungsschutzelements über dieses fließen, nicht schnell genug zu einer Auftrennung der Lötverbindung führen. Hat sich die Impedanz eines fehlerhaften Ableiters so stark verändert, dass hohe netzgetriebene Fehlerströme über den Ableiter fließen, so kann der daraus resultierende hohe Leistungsumsatz innerhalb des niederohmig gewordenen Überspannungsschutzelements dieses so schnell und so stark erhitzen, dass es zu offenen Lichtbögen kommen kann, bevor die thermische Abtrennvorrichtung das Überspannungsschutzelement abgetrennt hat. Von einem derart beschädigten Überspannungsschutzelement geht dann eine akute Brandgefahr aus, die nicht nur das jeweilige Überspannungsschutzelement bedroht, sondern auch weitere, benachbart angeordnete Geräte, die beispielsweise zusammen mit dem Überspannungsschutzelement in einem Schaltschrank montiert sind.Moreover, thermal separators based on the reflow of a solder joint have the disadvantage of having a relatively sluggish response, which may result in fast rising fault currents flowing thereacross due to damage to the overvoltage protection member Separation of the solder joint lead. If the impedance of a faulty arrester has changed so much that high line-driven fault currents flow through the arrester, the resulting high power conversion within the low-resistance overvoltage protection element can heat it so rapidly and so strongly that open arcs can occur before the surge arresters thermal separating device has separated the overvoltage protection element. From such a damaged overvoltage protection element is then an acute fire hazard, which threatens not only the respective overvoltage protection element, but also further adjacent devices arranged, for example, are mounted together with the overvoltage protection element in a cabinet.

Zur Vermeidung derartiger Fehlerfälle werden in der Praxis separate Vorsicherungen, beispielsweise Schmelzsicherungen, als Kurzschlussstromschutz verwendet, die auf das Ableitvermögen des Überspannungsschutzelements abgestimmt sein müssen. Nachteilig ist hierbei jedoch, dass zum einen mit der Vorsicherung ein zusätzliches Bauteil benötigt wird, dass zum anderen derartige, schnell reagierende Vorsicherungen nur eine eingeschränkte Stoßstromtragfähigkeit aufweisen.In order to avoid such error cases, separate back-up fuses, for example fuses, are used in practice as short-circuit current protection, which must be matched to the discharge capacity of the overvoltage protection element. The disadvantage here, however, that on the one hand with the backup an additional component is needed, on the other hand, such fast reacting backups have only a limited surge current carrying capacity.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein eingangs beschriebenes Überspannungsschutzelement zur Verfügung zu stellen, bei dem auf möglichst einfache Art und Weise ein sicheres Abschalten des Überspannungsschutzelements bei Überlastung, sowohl alterungsbedingt als auch aufgrund schnell ansteigender Fehlerströmen, gewährleistet ist. Außerdem soll das Überspannungsschutzelement in der Lage sein, möglichst hohe Stoßströme führen zu können.The present invention is therefore based on the object, an initially described overvoltage protection element available provide, in the simplest possible way a safe shutdown of the overvoltage protection element in case of overload, both due to aging and due to fast rising fault currents, is guaranteed. In addition, the overvoltage protection element should be able to carry the highest possible surge currents.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Überspannungsschutzelement mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 dadurch gelöst, dass als Trennelement ein Bimetallelement vorgesehen ist, dessen erstes Ende mit dem zugeornderten Anschlusskontakt in elektrisch leitendem Kontakt steht und dessen zweites Ende im Normalzustand des Überspannungsschutzelements den ersten Pol des Ableiters kontaktiert, während das zweite Ende des Bimetallelements aufgrund einer Veränderung der Form des Bimetallelements vom ersten Pol des Ableiters beabstandet ist, wenn die Temperatur des Bimetallelements seine Grenztemperatur übersteigt.This object is achieved with the above-mentioned overvoltage protection element with the features of patent claim 1, characterized in that a bimetallic element is provided as a separating element whose first end is in electrical contact with the zugeornderten terminal contact and the second end in the normal state of the overvoltage protection element, the first pole of the arrester contacted while the second end of the bimetallic element is spaced due to a change in the shape of the bimetallic element from the first pole of the arrester, when the temperature of the bimetallic element exceeds its limit temperature.

Das erfindungsgemäße Überspannungsschutzelement zeichnet sich zunächst dadurch aus, dass auf eine Lötverbindung als Teil der thermischen Abtrennvorrichtung verzichtet werden kann. Dadurch entfallen auch die mit derartigen thermischen Abtrennvorrichtungen verbundenen Nachteile, insbesondere deren bei schnell ansteigenden Fehlerströmen zu träges Ansprechverhalten. Das erfindungsgemäß verwendete Bimetallelement als Trennelement stellt dagegen ein Schaltelement dar, das sowohl bei einer unzulässigen Erwärmung des Überspannungsschutzelements bzw. des Ableiters aufgrund von Leckströmen als auch bei einem über das Überspannungsschutzelement bzw. den Ableiter fließenden schnell ansteigenden Fehlerstrom eine schnelle Abschaltung des Überspannungsschutzelements gewährleistet. Im Unterschied zu einer Lötverbindung kann durch das Bimetallelement auch ein Fehlerstrom von beispielsweise 100 A so kurzfristig detektiert werden, dass das Überspannungsschutzelement durch das entsprechend erwärmte Bimetallelement abgetrennt wird, bevor Lichtbögen innerhalb des Überspannungsschutzelements entstehen, die eine Brandgefahr darstellen.The overvoltage protection element according to the invention is initially distinguished by the fact that it is possible to dispense with a solder connection as part of the thermal separation device. This also eliminates the disadvantages associated with such thermal separation devices, in particular their fast rising fault currents to slow response. By contrast, the bimetallic element used as a separating element according to the invention represents a switching element which ensures rapid disconnection of the overvoltage protection element both in the event of inadmissible heating of the overvoltage protection element or of the arrester due to leakage currents and in the case of a rapidly rising fault current flowing through the overvoltage protection element or the arrester. In contrast to a solder joint, a residual current of, for example, 100 A can be detected by the bimetallic element at such a short time that the overvoltage protection element is cut off by the correspondingly heated bimetallic element before arcing occurs within the overvoltage protection element, which pose a fire hazard.

Das erfindungsgemäß als Trennelement verwendete Bimetallelement unterscheidet sich darüber hinaus dadurch von den aus dem Stand der Technik bekannten thermischen Abtrennvorrichtungen, die beispielsweise aus einer federnden Trennzunge und einer Lötstelle bestehen, dass das Bimetallelement sowohl Sensor als auch Aktor ist. Während bei den bekannten thermischen Abtrennvorrichtungen das eine unzulässige Temperatur detektierende ”Sensorelement” von der Lötstelle realisiert wird, während die federbelastete Trennzunge den Aktor darstellt, fungiert das Bimetallelement durch eine Änderung seiner Form ab einer bestimmten Grenztemperatur nicht nur als Aktor, sondern das Erreichen der Grenztemperatur wird auch direkt von dem Bimetallelement als ”Sensorelement” detektiert.The bimetallic element used according to the invention as a separating element also differs from the known from the prior art thermal separating devices, for example, consist of a resilient separating tongue and a solder joint, that the bimetallic element is both sensor and actuator. While in the known thermal separation devices, the inadmissible temperature detecting "sensor element" is realized by the solder joint, while the spring-loaded separation tongue represents the actuator, the bimetallic element acts by changing its shape from a certain limit temperature not only as an actuator, but the achievement of the limit temperature is also detected directly by the bimetallic element as a "sensor element".

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Bimetallelement in seiner ersten Position, in der das zweite Ende des Bimetallelements den ersten Pol des Ableiters kontaktiert, gekrümmt, so dass das Bimetallelement selber ein Sprungverhalten aufweist. Dies führt vorteilhafterweise dazu, dass das Bimetallelement seine Form schlagartig ändert, wenn seine Temperatur die Grenztemperatur erreicht hat. Dadurch wird sichergestellt, dass der Ableiter schlagartig abgeschaltet wird, sobald die Grenztemperatur erreicht worden ist. Das Bimetallelement kann dazu im ”Normalzustand”, d. h. wenn das Bimetallelement nicht oberhalb der Grenztemperatur erwärmt ist und sich somit in seiner ersten Position befindet, konkav gekrümmt sein, so dass es seine Form bei Erreichen der Grenztemperatur schlagartig in eine konvexe Krümmung ändert. Eine derartige eingeprägte, gekrümmte Form des Bimetallelements hat darüber hinaus den Vorteil, dass das Trennelement irreversibel schaltet, d. h. auch nach dem Abkühlen kehrt das Bimetallelement nicht wieder in seine ursprünglich Form zurück, in der sein zweites Ende den ersten Pol des zugeordneten Ableiters kontaktiert. Dadurch ist ein sicheres Abschalten des Überspannungsschutzelements bei Überlastung gewährleistet.According to an advantageous embodiment of the invention, the bimetallic element in its first position, in which the second end of the bimetallic element contacts the first pole of the arrester, is curved so that the bimetallic element itself has a jumping behavior. This advantageously leads to the fact that the bimetal element changes its shape abruptly when its temperature has reached the limit temperature. This ensures that the arrester is switched off abruptly as soon as the limit temperature has been reached. The bimetallic element can do so in the "normal state", d. H. if the bimetallic element is not heated above the limit temperature and thus is in its first position, be concavely curved, so that it changes its shape when reaching the limit temperature abruptly in a convex curvature. Such an embossed, curved shape of the bimetallic element has the additional advantage that the separating element switches irreversibly, d. H. even after cooling, the bimetallic element does not return to its original shape, in which its second end contacts the first pole of the associated arrester. As a result, a safe shutdown of the overvoltage protection element is ensured in case of overload.

Das Bimetallelement ist vorteilhafterweise so dimensioniert, dass es einen vorgegebenen Stoßstrom übertragen kann, ohne dass das Bimetallelement seine Form ändert, d. h. ohne dass es seine Grenztemperatur übersteigt. Gleichzeitig ist das Bimetallelement so ausgebildet, dass es sich innerhalb einer kurzen Zeit, beispielsweise innerhalb von weniger als fünf Halbwellen des fließenden Stromes, auf eine Temperatur oberhalb der Grenztemperatur erwärmt, wenn über das Bimetallelement ein Fehlerstrom einer bestimmten Größe fließt. Die Größe des Fehlerstroms, bei der innerhalb einer kurzen Zeit eine entsprechend starke Erwärmung des Bimetallelements erfolgt, kann beispielsweise 100 A betragen. Zur Erfüllung der vorgenannten Bedingungen kann das Bimetallelement beispielsweise entsprechende Abmessungen, insbesondere eine geeignete Dicke aufweisen oder mit einer geeigneten Legierung versehen sein.The bimetallic element is advantageously dimensioned so that it can transmit a predetermined surge current without the bimetal element changing its shape, d. H. without it exceeding its limit temperature. At the same time, the bimetal element is designed such that it heats up to a temperature above the limit temperature within a short time, for example within less than five half cycles of the flowing current, when a fault current of a certain magnitude flows through the bimetallic element. The size of the fault current, in which a correspondingly high heating of the bimetallic element takes place within a short time, can be, for example, 100 A. For fulfilling the abovementioned conditions, the bimetallic element may, for example, have corresponding dimensions, in particular a suitable thickness, or be provided with a suitable alloy.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Überspannungsschutzelement eine optische Zustandsanzeige auf, die unterhalb eines in der Oberseite des Gehäuses ausgebildeten Sichtfensters angeordnet ist. Die optische Zustandsanzeige wird dabei bevorzugt rein mechanisch betätigt, so dass zur optischen Anzeige des Zustands des Überspannungsschutzelements keine Energie benötigt wird.According to an advantageous embodiment of the invention, the overvoltage protection element on an optical status display, which is arranged below a formed in the top of the housing viewing window. In this case, the optical status display is preferably actuated purely mechanically, so that no energy is needed for optical indication of the state of the overvoltage protection element.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der optischen Zustandsanzeige ist im Gehäuse ein federbelasteter Schieber aus einem nicht leitenden Material und ein Federelement derart angeordnet, dass der Schieber die optische Zustandsanzeige betätigt, indem eine entsprechende Positionsveränderung des Schiebers auch eine Positionsveränderung der optischen Zustandsanzeige bewirkt. Der Schieber ist dabei durch das Bimetallelement entgegen der Federkraft des Federelements in einer ersten Position gehalten, wenn das zweite Ende des Bimetallelements den ersten Pol des Ableiters kontaktiert. Ist das zweite Ende des Bimetallelements dagegen vom ersten Pol des Ableiters beabstandet, so wird der Schieber durch die Federkraft des Federelements in die zweite Position verbracht, wodurch dann auch die optische Zustandsanzeige aus ihrer ersten Position in ihre zweite Position verbracht wird. According to a preferred embodiment of the optical status indicator, a spring-loaded slider made of a non-conductive material and a spring element is arranged in the housing such that the slider actuates the optical status display by a corresponding change in position of the slider also causes a change in position of the optical status indicator. The slider is held by the bimetallic against the spring force of the spring element in a first position when the second end of the bimetal contacts the first pole of the arrester. On the other hand, if the second end of the bimetal element is spaced from the first pole of the arrester, the slider is moved by the spring force of the spring element into the second position, whereby the optical status indicator is then moved from its first position to its second position.

Die Anordnung des Schiebers innerhalb des Gehäuses des Überspannungsschutzelements wird vorteilhafterweise nicht nur zur Betätigung der optischen Zustandsanzeige verwendet, sondern unterstützt auch die sichere thermische und elektrische Trennung des zweiten Endes des Bimetallelements vom ersten Pol des Ableiters. Dazu ist der Schieber derart in dem Gehäuse angeordnet, dass er sich in seiner zweiten Position zwischen dem ersten Pol des Ableiters und dem zweiten Ende des Bimetallelements befindet. Ein möglicherweise beim Auftrennen des Kontakts zwischen dem Bimetallelement und dem ersten Pol des Ableiters entstehender Lichtbogen wird dann durch den in den Zwischenraum einfahrenden Schieber sicher gelöscht.The arrangement of the slider within the housing of the overvoltage protection element is advantageously not only used to operate the optical status indicator, but also assists in the secure thermal and electrical separation of the second end of the bimetallic element from the first pole of the arrester. For this purpose, the slide is arranged in the housing such that it is in its second position between the first pole of the arrester and the second end of the bimetallic element. A possibly resulting in the separation of the contact between the bimetallic element and the first pole of the arrester arc is then safely deleted by the retracting into the gap slide.

Das erfindungsgemäße Überspannungsschutzelement ist vorteilhafterweise als ”Schutzstecker” ausgebildet, so dass es zusammen mit einem korrespondierenden Geräteunterteil ein Überspannungsschutzgerät bildet. Vorteilhafterweise weist dabei das Geräteunterteil einen Fernmeldeschalter zur Fernmeldung des Zustands des Überspannungsschutzelements auf. Zur Betätigung eines zu dem Fernmeldekontakt gehörenden Schalters kann im Überspannungsschutzelement ein Auslösestift vorgesehen sein, der durch eine Öffnung in der Unterseite des Gehäuses herausragt. Der Auslösestift kann dabei ebenfalls mit dem im Gehäuse angeordneten Schieber zusammenwirken, so dass der Auslösestift ebenfalls seine Position verändert, wodurch der im Geräteunterteil angeordnete Fernmeldekontakt betätigt wird, wenn der Schieber seine Position verändert.The overvoltage protection element according to the invention is advantageously designed as a "protective plug" so that it forms an overvoltage protection device together with a corresponding device lower part. Advantageously, the lower device part has a telecommunications switch for remote signaling of the state of the overvoltage protection element. In order to actuate a switch belonging to the telecommunication contact, a release pin can be provided in the overvoltage protection element which protrudes through an opening in the underside of the housing. The release pin can also cooperate with the slide arranged in the housing, so that the release pin also changes its position, whereby the arranged in the device lower part telecommunications contact is actuated when the slider changes its position.

Gemäß einer alternativen Ausgestaltung sind zur Fernmeldung des Zustands des Überspannungsschutzelements zwei Anschlusskontakte vorgesehen, deren ersten Enden durch eine Öffnung in der Unterseite des Gehäuses herausragen.According to an alternative embodiment, two terminal contacts are provided for remote signaling of the state of the overvoltage protection element, the first ends protrude through an opening in the bottom of the housing.

Die beiden Anschlusskontakte sind dabei über eine federnde Kontaktzunge miteinander verbunden, wobei das eine Ende der Kontaktzunge mit dem einen Anschlusskontakt fest verbunden ist, während das andere, freie Ende der Kontaktzunge mit dem anderen Anschlusskontakt einen Schaltkontakt bildet. Dabei wird das freie Ende der Kontaktzunge durch den Schieber aus einer den Anschlusskontakt kontaktierenden Stellung in eine Offenstellung verbracht werden. Somit ist auch für die Realisierung der Fernmeldung des Zustands des Überspannungsschutzelements keine zusätzliche Energie erforderlich. Der Schaltkontakt wird ebenfalls durch die Schieber betätigt.The two terminal contacts are connected to each other via a resilient contact tongue, wherein the one end of the contact tongue is fixedly connected to the one terminal, while the other, free end of the contact tongue forms a switching contact with the other terminal contact. In this case, the free end of the contact tongue is moved by the slider from a position contacting the terminal contact in an open position. Thus, no additional energy is required for the realization of the remote message of the state of the overvoltage protection element. The switching contact is also actuated by the slide.

Eingangs ist ausgeführt worden, dass das Überspannungsschutzelement mindestens einen Ableiter und mindestens zwei Anschlusskontakte aufweist. Weist das Überspannungsschutzelement nur einen Ableiter auf, so weist es in der Regel auch nur ein Bimetallelement als Trennelement auf, wobei dann das Bimetallelement als Schaltelement zwischen einem Anschlusskontakt und dem ersten Pol des Ableiters angeordnet ist, während der zweite Pol des Ableiters mit dem anderen Anschlusskontakt, vorzugsweise direkt, verbunden ist.Initially, it has been stated that the overvoltage protection element has at least one arrester and at least two connection contacts. If the overvoltage protection element has only one arrester, it generally also has only one bimetallic element as the disconnecting element, the bimetallic element then being arranged as a switching element between a terminal contact and the first pole of the arrester, while the second pole of the arrester is connected to the other terminal contact , preferably directly, is connected.

Weist das Überspannungsschutzelement dagegen mehrere, beispielsweise zwei oder drei Ableiter auf, so sind auch mehrere Anschlusskontakte, insbesondere drei Anschlusskontakte, und mindestens zwei Bimetallelemente vorgesehen. Bei zwei oder drei im Gehäuse angeordneten Ableitern, wird im Normalzustand des Überspannungsschutzelements jeweils mindestens ein Pol eines jeden Ableiters vom zweiten Ende eines Bimetallelements kontaktiert. Das bedeutet, dass zumindest ein Bimetallelement zwei Ableitern zugeordnet ist.If the overvoltage protection element has several, for example, two or three arresters, then a plurality of connection contacts, in particular three connection contacts, and at least two bimetallic elements are also provided. With two or three arresters arranged in the housing, in the normal state of the overvoltage protection element at least one pole of each arrester is contacted by the second end of a bimetal element. This means that at least one bimetallic element is associated with two arresters.

Bei einem Überspannungsschutzelement mit zwei oder drei Ableitern ist darüber hinaus vorzugsweise noch ein spannungsschaltendes Element, insbesondere ein gasgefüllter Überspannungsableiter im Gehäuse angeordnet, über den zwei Ableiter mit dem dritten Anschlusskontakt des Überspannungsschutzelements, dem PE-Anschluss, verbunden sind. Bei einem Überspannungsschutzelement mit drei Ableitern ist vorzugsweise ein Ableiter mit seinen beiden Polen über jeweils ein Bimetallelement mit einem Anschlusskontakt verbunden. Daraus ergibt sich, dass der zweite Pol eines Ableiters nicht unbedingt direkt mit einem Anschlusskontakt verbunden sein muss. Wie zuvor ausgeführt worden ist, ist es auch möglich, dass der zweite Pol des Ableiters entweder über ein spannungsschaltendes Element oder – ebenso wie der erste Pol – über ein Bimetallelement mit dem weiteren Anschlusskontakt verbunden ist.In the case of an overvoltage protection element with two or three arresters, a voltage-switching element, in particular a gas-filled surge arrester, is furthermore preferably arranged in the housing, via which two arresters are connected to the third connection contact of the overvoltage protection element, the PE connection. In the case of an overvoltage protection element with three arresters, it is preferable to connect an arrester with its two poles via a respective bimetallic element to a connection contact. It follows that the second pole of a surge arrestor does not necessarily have to be connected directly to a terminal contact. As previously stated, it is also possible that the second pole of the arrester is connected either via a voltage-switching element or - as well as the first pole - via a bimetallic element with the further connection contact.

Im Einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Überspannungsschutzelement auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen auf die dem Schutzanspruch 1 nachgeordneten Schutzansprüche und auf die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen In particular, there are a variety of ways to design and develop the overvoltage protection element according to the invention. Reference is made to the protection claim 1 subordinate claims and the following description of preferred embodiments in conjunction with the drawings. In the drawing show

1 eine vereinfachte Schaltung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelements, 1 a simplified circuit of a first embodiment of the overvoltage protection element according to the invention,

2 eine vereinfachte Schaltung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelements, 2 a simplified circuit of a second embodiment of the overvoltage protection element according to the invention,

3 eine vereinfachte Schaltung eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelements, 3 a simplified circuit of a third embodiment of the overvoltage protection element according to the invention,

4 ein Ausführungsbeispiel eines Überspannungsschutzelements im Normalzustand, mit aufgeschnittenem Gehäuse, 4 an embodiment of an overvoltage protection element in the normal state, with cut housing,

5 das Überspannungsschutzelement gemäß 4, einmal im Normalzustand und einmal mit einem elektrisch abgetrennten Varistor, und 5 the overvoltage protection element according to 4 once in normal condition and once with an electrically separated varistor, and

6 eine Draufsicht auf das Überspannungsschutzelement gemäß 4 mit teilweise entferntem Gehäuse, einmal im Normalzustand und einmal mit einem elektrisch abgetrennten Varistor. 6 a plan view of the overvoltage protection element according to 4 with partially removed housing, once in normal condition and once with an electrically separated varistor.

Die Figuren zeigen ein Überspannungsschutzelement 1 bzw. eine Schaltung (1 bis 3) eines Überspannungsschutzelements 1. Das Überspannungsschutzelement 1 weist ein Gehäuse 2 und mindestens einen in dem Gehäuse 2 angeordneten Varistor 3 als überspannungsbegrenzendes Bauelement auf. Während bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 nur ein Varistor 3 vorgesehen ist, sind bei der Schaltung gemäß 2 zwei Varistoren 3, 3' und bei der Schaltung gemäß 3 drei Varistoren 3, 3', 3'' im Gehäuse 2 angeordnet. Das als Schutzstecker ausgebildete Überspannungsschutzelement 1 weist bei dem in den 4 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiel drei als Steckerstifte ausgebildete Anschlusskontakte 4, 5, 6 auf, die in korrespondierende Steckerbuchsen eines hier nicht dargestellten Geräteunterteils einsteckbar sind.The figures show an overvoltage protection element 1 or a circuit ( 1 to 3 ) of an overvoltage protection element 1 , The overvoltage protection element 1 has a housing 2 and at least one in the housing 2 arranged varistor 3 as overvoltage limiting component. While in the embodiment according to 1 just a varistor 3 is provided in the circuit according to 2 two varistors 3 . 3 ' and in the circuit according to 3 three varistors 3 . 3 ' . 3 '' in the case 2 arranged. The trained as a protective plug surge protection element 1 points at the in the 4 to 6 illustrated embodiment designed as three pins connector contacts 4 . 5 . 6 on, which can be inserted into corresponding sockets of a device lower part, not shown here.

Gemäß der in 1 dargestellten Schaltung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelements 1 ist der erste Pol 7 des Varistors 3 im dargestellten Normalzustand des Überspannungsschutzelements 1 mit einem als Schaltelement fungierenden Bimetallelement 9 verbunden, während der zweite Pol 8 des Varistors 3 direkt mit dem zweiten Anschlusskontakt 5 elektrisch leitend verbunden ist. Das Bimetallelement 9 weist ein erstes Ende 10 und ein gegenüberliegendes zweites Ende 11 auf, wobei das erste Ende 10 mit dem ersten Anschlusskontakt 4 elektrisch leitend verbunden ist. Die thermische Trennstelle ist dagegen zwischen dem ersten Pol 7 des Varistors 3 und dem zweiten Ende 11 des Bimetalls 9 ausgebildet, wobei sowohl am ersten Pol 7 des Varistors 3 als auch am zweiten Ende 11 des Bimetallelements 9 jeweils ein Kontaktabschnitt 12, 13 (vgl. 6) angebracht ist, um im Normalzustand des Überspannungsschutzelements 1 einen guten elektrisch leitenden Kontakt zwischen dem Ableiter 3 und dem Bimetallelement 9 zu gewährleisten.According to the in 1 shown circuit of a first embodiment of the overvoltage protection element according to the invention 1 is the first pole 7 of the varistor 3 in the illustrated normal state of the overvoltage protection element 1 with a bimetallic element acting as a switching element 9 connected while the second pole 8th of the varistor 3 directly to the second connection contact 5 is electrically connected. The bimetal element 9 has a first end 10 and an opposite second end 11 on, being the first end 10 with the first connection contact 4 is electrically connected. The thermal separation point, however, is between the first pole 7 of the varistor 3 and the second end 11 of the bimetal 9 formed, both at the first pole 7 of the varistor 3 as well as at the second end 11 of the bimetallic element 9 one contact section each 12 . 13 (see. 6 ) is mounted to the normal state of the overvoltage protection element 1 a good electrically conductive contact between the arrester 3 and the bimetallic element 9 to ensure.

Fließt über das Überspannungsschutzelement 1 bzw. den Ableiter 3 ein schnell ansteigender Fehlerstrom I einer bestimmten Größe, so führt dies aufgrund des Widerstands R_B des Bimetallelements 9 zu einem raschen Anstieg der Temperatur des Bimetallelements 9, so dass das Bimetallelement 9 bei Erreichen seiner Grenztemperatur sprunghaft seine Form ändert. Dies führt dazu, dass das zweite Ende 11 des Bimetallelements 9 vom Kontaktabschnitt 12 des ersten Pols 7 des Varistors 3 wegschnellt, d. h. der Bimetallschalter öffnet. Dadurch wird ein beschädigter Varistor 3 vom Strompfad abgetrennt, bevor es aufgrund des ansteigenden Fehlerstroms I zu Lichtbögen oder zu einem Entzünden des Varistors 3 kommt. Diese Funktionsweise, bei der sich das Bimetallelement 9 aufgrund des durch ihn fließenden Fehlerstroms I und seines Widerstands R_B schnell erwärmt, ist in 1a durch den gestrichelten, mit dem Bezugszeichen R_B versehenen Pfeil angedeutet.Flows over the overvoltage protection element 1 or the arrester 3 a rapidly increasing fault current I of a certain size, this results due to the resistance R _{B of} the bimetallic element 9 to a rapid increase in the temperature of the bimetallic element 9 so that the bimetallic element 9 when it reaches its limit temperature changes its shape abruptly. This causes the second end 11 of the bimetallic element 9 from the contact section 12 of the first pole 7 of the varistor 3 wegschnellt, ie the bimetal switch opens. This will cause a damaged varistor 3 disconnected from the current path before it due to the rising fault current I arcs or to ignite the varistor 3 comes. This operation, in which the bimetallic element 9 is rapidly heated due to the fault current I flowing through it and its resistance R _B 1a indicated by the dashed, provided with the reference R _B arrow.

Das Bimetallelement 9 ist jedoch nicht nur sensitiv bezüglich eines schnell ansteigenden Fehlerstroms I, sondern auch bezüglich einer – in der Regel langsameren – Erwärmung des Varistors 3, beispielsweise aufgrund eines im Laufe der Zeit ansteigenden Leckstroms durch den Varistor 3. In diesem Fall führt eine Erwärmung des Varistors 3 auch zu einer Erwärmung des Bimetallelements 9, so dass das Bimetallelement 9 wiederum bei Erreichen seiner Grenztemperatur schaltet, wodurch der Varistor 3 vom Strompfad abgetrennt wird. Das Bimetallelement 9 wird in diesem Fehlerfall nicht primär von dem über das Bimetallelement 9 fließenden (geringen) Leckstrom erhitzt, sondern von der Wärme, die von dem erhitzten Varistor 3 abgestrahlt wird. Dieses Funktionsprinzip ist in 1b durch den mit dem Bezugszeichen Θ versehenen gestrichelten Pfeil angedeutet.The bimetal element 9 However, it is not only sensitive to a rapidly rising fault current I, but also with respect to a - usually slower - heating of the varistor 3 , For example, due to a rising over time leakage current through the varistor 3 , In this case, a heating of the varistor leads 3 also to a heating of the bimetallic element 9 so that the bimetallic element 9 turn on reaching its limit temperature, causing the varistor 3 is disconnected from the current path. The bimetal element 9 is not primarily in this case of the error on the bimetallic element 9 flowing (low) leakage current but heated by the heat from the heated varistor 3 is emitted. This working principle is in 1b indicated by the dashed arrow provided with the reference symbol Θ.

Die Schaltung des Überspannungsschutzelements 1 gemäß 2 unterscheidet sich von der in 1 dargestellten Schaltung zunächst dadurch, dass sie zwei Varistoren 3, 3' und auch zwei Bimetallelemente 9 aufweist. Während die ersten Pole 7 der beiden Varistoren 3, 3' jeweils über ein Bimetallelement 9 mit einem Anschlusskontakt 4, 5 verbunden sind, sind die beiden zweiten Pole 8 der beiden Varistoren 3, 3' beide über einen gasgefüllten Überspannungsableiter 14 mit dem dritten Anschlusskontakt 6, dem PE-Anschluss, verbunden. Ebenso wie in den 1a und 1b sollen auch durch die 2a und 2b die beiden Funktionsprinzipien – Erwärmung des Bimetallelements 9 aufgrund eines schnell ansteigenden Fehlerstroms I oder aufgrund einer Erwärmung des Varistors 3, 3' – angedeutet werden.The circuit of the overvoltage protection element 1 according to 2 is different from the one in 1 shown circuit first in that they have two varistors 3 . 3 ' and also two bimetallic elements 9 having. While the first poles 7 the two varistors 3 . 3 ' each via a bimetallic element 9 with a connection contact 4 . 5 are connected, the two second poles 8th the two varistors 3 . 3 ' both via a gas-filled surge arrester 14 with the third connection contact 6 , the PE connection, connected. Just like in the 1a and 1b should also be through the 2a and 2 B the two operating principles - heating of the bimetallic element 9 due to a rapidly rising fault current I or due to a heating of the varistor 3 . 3 ' - be indicated.

Die Schaltung eines Überspannungsschutzelements gemäß 3 weist ebenfalls drei Anschlusskontakte 4, 5, 6 auf, wobei nunmehr jedoch auch drei Varistoren 3, 3', 3'' vorgesehen sind. Der dritte Varistor 3'' ist dabei der Reihenschaltung der beiden anderen Varistoren 3, 3' parallel geschaltet, wodurch der Schutzpegel des Überspannungsschutzelements 1 im Vergleich zur Ausführung gemäß 2 verringert werden kann. Dabei ist zwischen dem ersten Anschlusskontakt 4 und den ersten Polen 7 der beiden Varistoren 3, 3'' ein Bimetallelement 9 angeordnet. Ebenso ist zwischen dem zweiten Anschlusskontakt 5 und dem ersten Pol 7 des Varistors 3' sowie dem zweiten Pol 8 des Varistors 3'' ein Bimetallelement 9 angeordnet. Zwischen dem mit PE bezeichneten dritten Anschlusskontakt 6 und den zweiten Polen 8 der Varistoren 3, 3' ist wiederum ein gasgefüllter Überspannungsableiter 14 geschaltet.The circuit of an overvoltage protection element according to 3 also has three connection contacts 4 . 5 . 6 on, but now also three varistors 3 . 3 ' . 3 '' are provided. The third varistor 3 '' is the series connection of the two other varistors 3 . 3 ' connected in parallel, increasing the protection level of the overvoltage protection element 1 in comparison to the execution according to 2 can be reduced. It is between the first connection contact 4 and the first poles 7 the two varistors 3 . 3 '' a bimetallic element 9 arranged. Likewise, between the second terminal contact 5 and the first pole 7 of the varistor 3 ' and the second pole 8th of the varistor 3 '' a bimetallic element 9 arranged. Between the third connection contact marked PE 6 and the second poles 8th the varistors 3 . 3 ' is again a gas-filled surge arrester 14 connected.

Bei der in 3 dargestellten Schaltung des Überspannungsschutzelements 1 sind somit die beiden Pole 7, 8 des Varistors 3'' jeweils über ein Bimetallelement 9 mit den beiden Anschlusskontakten 4, 5 verbunden. Die beiden anderen Varistoren 3, 3' sind dagegen jeweils mit ihrem ersten Pol 7 über ein Bimetallelement 9 mit einem Anschlusskontakt 4 bzw. 5 und mit ihrem zweiten Pol 8 über den gasgefüllten Überspannungsableiter 14 mit dem dritten Anschlusskontakt 6 verbunden.At the in 3 shown circuit of the overvoltage protection element 1 are thus the two poles 7 . 8th of the varistor 3 '' each via a bimetallic element 9 with the two connection contacts 4 . 5 connected. The other two varistors 3 . 3 ' on the other hand are each with their first pole 7 via a bimetal element 9 with a connection contact 4 respectively. 5 and with her second pole 8th over the gas-filled surge arrester 14 with the third connection contact 6 connected.

Die 4 bis 6 zeigen ein konkretes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelements 1 mit einem Gehäuse 2 aus Kunststoff und drei im Inneren des Gehäuses 2 angeordneten Varistoren, die gemäß der 3 miteinander verschaltet und mit den drei Anschlusskontakten 4, 5, 6 verbunden sind. Vom grundsätzlichen Aufbau her könnten innerhalb des Gehäuses 2 auch lediglich zwei Varistoren 3, 3' angeordnet sein, die dann gemäß 2 verschaltet und mit den Anschlusskontakten 4, 5, 6 verbunden wären. Da die Varistoren in der Zeichenebene in 4 hintereinander angeordnet sind, ist lediglich der in der Zeichenebene vordere Varistor 3 sichtbar, wozu der vordere Teil des Gehäuses 2 weggeschnitten ist.The 4 to 6 show a concrete embodiment of an overvoltage protection element according to the invention 1 with a housing 2 made of plastic and three inside the case 2 arranged varistors, according to the 3 interconnected and with the three connection contacts 4 . 5 . 6 are connected. The basic structure could be within the housing 2 also only two varistors 3 . 3 ' be arranged, then according to 2 interconnected and with the connection contacts 4 . 5 . 6 would be connected. Since the varistors are in the drawing plane in 4 are arranged one behind the other, only the front in the drawing plane varistor 3 visible, including the front part of the housing 2 is cut away.

Insbesondere aus der Darstellung gemäß den 4 und 5 ist erkennbar, dass das Bimetallelement 9 über sein erstes Ende 10 fest mit dem ersten Anschlusskontakt 4 verbunden ist. Die Verbindung zwischen dem ersten Anschlusskontakt 4 und dem ersten Ende 10 des Bimetallelements 9 kann dabei vorzugsweise durch Schweißen oder Löten hergestellt sein. Im Normalzustand des Überspannungsschutzelements 1, der in den 4, 5a und 6a dargestellt ist, kontaktiert das zweite Ende 11 des Bimetallelements 9 den ersten Pol 7 des Varistors 3, wozu sowohl am Pol 7 ein entsprechender Kontaktabschnitt 12 als auch am Bimetallelement 9 ein korrespondierender Kontaktabschnitt 13 vorgesehen ist, wie aus 6a ersichtlich ist. Der elektrische Kontakt zwischen dem Pol 7 des Varistors 3 und dem Bimetallelement 9 erfolgt dabei aufgrund der Formgebung und der Federkraft des Bimetallelements 9, d. h. zwischen den beiden Kontaktabschnitten 12, 13 ist keine Lötverbindung vorgesehen.In particular, from the representation according to the 4 and 5 it can be seen that the bimetallic element 9 about his first end 10 firmly with the first connection contact 4 connected is. The connection between the first connection contact 4 and the first end 10 of the bimetallic element 9 can be preferably made by welding or soldering. In the normal state of the overvoltage protection element 1 in the 4 . 5a and 6a is shown, contacted the second end 11 of the bimetallic element 9 the first pole 7 of the varistor 3 , to which both at the pole 7 a corresponding contact section 12 as well as on the bimetallic element 9 a corresponding contact section 13 is provided as out 6a is apparent. The electrical contact between the pole 7 of the varistor 3 and the bimetallic element 9 takes place due to the shape and the spring force of the bimetallic element 9 ie between the two contact sections 12 . 13 no solder connection is provided.

Aus der Darstellung des Überspannungsschutzelements gemäß den 4 bis 6 ist darüber hinaus erkennbar, dass das Überspannungsschutzelement 1 eine optische Zustandsanzeige 15 aufweist, die unterhalb der Oberseite 16 im Gehäuse 2 angeordnet ist, wobei in der Oberseite 16 ein korrespondierendes Sichtfenster 17 ausgebildet ist. Die Zustandsanzeige 15 besteht dabei aus einem fest angeordneten ersten Teil 18 und einem verschiebbar angeordneten zweiten Teil 19. Aus 4 ist dabei erkennbar, dass im Normalzustand des Überspannungsschutzelements 1 der verschiebbare Teil 19 nicht unterhalb des Sichtfensters 17 angeordnet ist, so dass durch das Sichtfenster 17 nur der darunter liegende feste Teil 18 der Zustandsanzeige 15 erkennbar ist. Dagegen ist dann, wenn das Bimetallelement 9 die elektrische Verbindung mit dem zugeordneten Varistor 3 geöffnet hat, der verschiebbare zweite Teil 19 der Zustandsanzeige 15 aus der in 5a gezeigten ersten Position in die in 5b gezeigte zweite Position verschoben, in der der zweite Teil 19 den darunter liegenden ersten Teil 18 der Zustandsanzeige 15 abdeckt, so dass durch das Sichtfenster 17 nur der zweite Teil 19 sichtbar ist. Durch eine entsprechende Farbgebung des ersten Teils 18 (grün) und des zweiten Teils 19 (rot) der Zustandsanzeige 15 ist somit auf einfache Art und Weise der Zustand des Überspannungsschutzelements 1 von außen erkennbar.From the illustration of the overvoltage protection element according to the 4 to 6 In addition, it can be seen that the overvoltage protection element 1 an optical status display 15 which is below the top 16 in the case 2 is arranged, being in the top 16 a corresponding window 17 is trained. The status display 15 consists of a fixed first part 18 and a slidably disposed second part 19 , Out 4 is recognizable that in the normal state of the overvoltage protection element 1 the sliding part 19 not below the viewing window 17 is arranged so that through the viewing window 17 only the underlying solid part 18 the status display 15 is recognizable. In contrast, if the bimetallic element 9 the electrical connection with the associated varistor 3 has opened, the sliding second part 19 the status display 15 from the in 5a shown first position in the in 5b shifted shown second position, in which the second part 19 the first part below 18 the status display 15 covering, so through the viewing window 17 only the second part 19 is visible. By a corresponding coloring of the first part 18 (green) and the second part 19 (red) the status display 15 is thus in a simple manner, the state of the overvoltage protection element 1 recognizable from the outside.

Die Betätigung der optischen Zustandsanzeige 15, insbesondere die Verschiebung des zweiten Teils 19, erfolgt mit Hilfe zweier federbelasteter Schieber 20 aus nicht leitenden Material und zweier im Gehäuse 2 angeordneter und jeweils einen Schieber 20 mit einer Federkraft beaufschlagender Federelemente 21. Zur Betätigung der Zustandsanzeige 15 bzw. zum Verschieben des zweiten Teils 19, ist es dabei ausreichend, wenn nur ein Schieber 20 seine Position verändert, wie nachfolgend beschrieben wird. Die entsprechenden Ausführungen gelten dabei für beide Schieber 20 bzw. beide Federelemente 21 entsprechend.The operation of the optical status display 15 , in particular the displacement of the second part 19 , is done with the help of two spring-loaded slides 20 made of non-conductive material and two in the housing 2 arranged and one slide each 20 with a spring force acting on spring elements 21 , For actuating the status display 15 or to move the second part 19 , it is sufficient if only one slide 20 changes its position as described below. The corresponding explanations apply to both slides 20 or both spring elements 21 corresponding.

Wie insbesondere aus den 5a und 6a erkennbar ist, wird der Schieber 20 durch das Bimetallelement 9 entgegen der Federkraft des Federelements 21 in einer ersten Position gehalten, wenn das zweite Ende 11 des Bimetallelements 9 den ersten Pol 7 des Ableiters 3 kontaktiert, d. h. der zugeordnete Varistor 3 über das Bimetallelement 9 mit dem Anschlusskontakt 4 verbunden ist. Ist dagegen das zweite Ende 11 des Bimetallelements 9 vom ersten Pol 7 des Varistors 3 beabstandet, d. h. der Varistor 3 aufgrund einer Überlastung vom Anschlusskontakt 4 abgetrennt, so wird der Schieber 20 durch das Bimetallelement 9 nicht mehr in seiner ersten Position gehalten, so dass der Schieber 20 aufgrund der Federkraft des Federelements 21 in die in den 5b und 6b dargestellte zweite Position verschoben wird. Zur Verdeutlichung dieses Schaltvorgangs ist in 6a der untere der beiden Schieber 20 durchsichtig bzw. in 6b nur gestrichelt dargestellt, damit die ansonsten von dem Schieber 20 bei der Draufsicht verdeckten Kontaktabschnitte 12, 13 erkennbar sind. As in particular from the 5a and 6a recognizable, the slider is 20 through the bimetallic element 9 against the spring force of the spring element 21 held in a first position when the second end 11 of the bimetallic element 9 the first pole 7 of the arrester 3 contacted, ie the associated varistor 3 over the bimetal element 9 with the connection contact 4 connected is. Is the second end, on the other hand 11 of the bimetallic element 9 from the first pole 7 of the varistor 3 spaced, ie the varistor 3 due to overload from the terminal contact 4 separated, then the slider 20 through the bimetallic element 9 no longer held in its first position, leaving the slider 20 due to the spring force of the spring element 21 in the in the 5b and 6b shown second position is moved. To illustrate this switching process is in 6a the lower of the two slides 20 transparent or in 6b shown only dashed, so the otherwise of the slider 20 in the plan view hidden contact sections 12 . 13 are recognizable.

Aus einem Vergleich der 5a und 6a einerseits, die das Überspannungsschutzelement 1 im Normalzustand zeigen, mit den 5b und 6b andererseits, die das Überspannungsschutzelement 1 mit einem abgetrennten Varistor 3 zeigen, ist erkennbar, dass durch das Verschieben des Schiebers 20 aus der ersten Position (5a, 6a) in die zweite Position (5b, 6b) auch der zweite, bewegliche Teil 19 der Zustandsanzeige 15 aus seiner ersten Position in seine zweite Position verschoben wird. Die Betätigung der Zustandsanzeige 15 erfolgt somit rein mechanisch, ausgelöst durch ein Schalten des Bimetallelements 9, so dass zur Anzeige des Zustands des Überspannungsschutzelements 1 keine elektrische Energie benötigt wird.From a comparison of 5a and 6a on the one hand, the overvoltage protection element 1 in the normal state show with the 5b and 6b on the other hand, the overvoltage protection element 1 with a separate varistor 3 show, it can be seen that by moving the slider 20 from the first position ( 5a . 6a ) to the second position ( 5b . 6b ) also the second moving part 19 the status display 15 moved from its first position to its second position. The operation of the status display 15 thus takes place purely mechanically, triggered by a switching of the bimetallic element 9 such that for indicating the state of the overvoltage protection element 1 no electrical energy is needed.

Wie insbesondere aus 6b ersichtlich ist, dient die Anordnung des Schiebers 20 innerhalb des Gehäuses 2 nicht nur zur Betätigung der optischen Zustandsanzeige 15, sondern der aus einem nicht leitenden Material bestehende Schieber 20 unterstützt auch die sichere thermische und elektrische Trennung des zweiten Endes 11 des Bimetallelements 9 vom ersten Pol 7 des Varistors 3. Dazu ist der Schieber 20 derart im Gehäuse 2 angeordnet, dass er sich in seiner zweiten Position zwischen dem ersten Pol 7 des Varistors 3 und dem zweiten Ende 11 des Bimetallelements 9 befindet. Ein beim Auftrennen des Kontakts zwischen dem Bimetallelement 9 und dem Varistor 3 möglicherweise entstehender Lichtbogen wird somit durch den in den Zwischenraum einfahrenden Schieber 20 unterbrochen und die Entstehung eines neuen Lichtbogens sicher verhindert.As in particular from 6b it can be seen, the arrangement of the slider is used 20 inside the case 2 not only to operate the optical status indicator 15 , but the existing of a non-conductive material slide 20 also supports the safe thermal and electrical separation of the second end 11 of the bimetallic element 9 from the first pole 7 of the varistor 3 , This is the slider 20 such in the case 2 arranged to be in its second position between the first pole 7 of the varistor 3 and the second end 11 of the bimetallic element 9 located. An upon separation of the contact between the bimetallic element 9 and the varistor 3 possibly resulting arc is thus by the retracting into the gap slide 20 interrupted and the emergence of a new arc safely prevented.

Neben den drei Anschlusskontakten 4, 5, 6 zum Anschließen des Überspannungsschutzelements 1 an den zu schützenden Strom- oder Signalpfad weist das Schutzelement 1 noch zwei Anschlusskontakte 22, 23 für eine Fernmeldung des Zustands des Überspannungsschutzelements auf. Die freien Enden 24, 25 der beiden Anschlusskontakte 22, 23 ragen dabei durch eine Öffnung in der Unterseite 26 des Gehäuses 2 heraus, so dass sie mit entsprechenden Gegenkontaktelementen eines hier nicht dargestellten Geräteunterteils verbindbar sind. Aus 5a ist ersichtlich, dass die beiden Anschlusskontakte 22, 23 im Normalzustand des Überspannungsschutzelements 1 über eine federnde Kontaktzunge 27 miteinander verbunden sind. Dabei ist das eine Ende 28 der Kontaktzunge 27 mit dem einen Anschlusskontakt 23 fest verbunden, während das andere, freie Ende 29 der Kontaktzunge 27 mit dem anderen Anschlusskontakt 22 einen Schaltkontakt bildet. Ist ein Varistor 3 durch ein Bimetallelement 9 abgetrennt, so wird durch den zugeordneten Schieber 20 nicht nur die Zustandsanzeige 15 betätigt, sondern auch das freie Ende 29 der Kontaktzunge 27 von dem Anschlusskontakt 22 weggedrückt, so dass der zwischen dem Anschlusskontakt 22 und der Kontaktzunge 27 gebildete Schaltkontakt geöffnet wird (5b), was als Fernmeldung für den abgeschalteten Zustand des Varistors 3 genutzt werden kann.In addition to the three connection contacts 4 . 5 . 6 for connecting the overvoltage protection element 1 to the protected power or signal path, the protective element 1 two more connection contacts 22 . 23 for a remote indication of the state of the overvoltage protection element. The free ends 24 . 25 the two connection contacts 22 . 23 protrude through an opening in the bottom 26 of the housing 2 out, so that they are connectable with corresponding mating contact elements of a device lower part, not shown here. Out 5a it can be seen that the two connection contacts 22 . 23 in the normal state of the overvoltage protection element 1 via a resilient contact tongue 27 connected to each other. This is one end 28 the contact tongue 27 with the one connection contact 23 firmly connected, while the other, free end 29 the contact tongue 27 with the other connection contact 22 forms a switching contact. Is a varistor 3 by a bimetallic element 9 separated, so by the associated slider 20 not just the status display 15 pressed, but also the free end 29 the contact tongue 27 from the terminal contact 22 pushed away so that the between the terminal contact 22 and the contact tongue 27 formed switching contact is opened ( 5b ), which acts as a remote indication for the disconnected state of the varistor 3 can be used.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 4241311 C2 [0005]
DE 69503743 T2 [0006]
DE 102007006617 A1 [0007]

Claims

Overvoltage protection element with a housing ( 2 ), with at least one in the housing ( 2 ) arranged arresters ( 3 ), in particular a varistor, with at least two connection contacts ( 4 . 5 . 6 ) for the electrical connection of the overvoltage protection element ( 1 ) to a protected power or signal path and at least one in the housing ( 2 ) arranged separating element, wherein a terminal contact ( 4 ) in the normal state of the overvoltage protection element ( 1 ) via a separating element with the first pole ( 7 ) of an arrester ( 3 ) is in electrically conductive contact, while the electrically conductive connection between the terminal contact ( 4 ) and the first pole ( 7 ) in case of overload of the respective arrester ( 3 ) through this arrester ( 3 ) is interrupted, and wherein another terminal contact ( 5 ) with the second pole ( 8th ) of the respective arrester ( 3 ), characterized in that as a separating element a bimetallic element ( 9 ) is provided whose first end ( 10 ) with the associated connection contact ( 4 ) is in electrically conductive contact and the second end ( 11 ) in the normal state of the overvoltage protection element ( 1 ) the first pole ( 7 ) of the respective arrester ( 3 ), while the second end ( 11 ) of the bimetallic element ( 9 ) due to a change in the shape of the bimetallic element ( 9 ) from the first pole ( 7 ) of the divider associated with the separator ( 3 ) is spaced when the temperature of the bimetallic element ( 9 ) exceeds its limit temperature.

Overvoltage protection element according to claim 1, characterized in that the bimetallic element ( 9 ) in its first position, in which the first end ( 11 ) the first pole ( 7 ) of the arrester ( 3 ) is curved so that it has a bounce behavior, whereby the bimetallic element ( 9 ) changes its shape abruptly when its temperature exceeds the limit temperature.

Overvoltage protection element according to claim 1 or 2, characterized in that the bimetallic element ( 9 ) is dimensioned such that on the one hand it can transmit a predetermined surge current without the bimetallic element ( 9 ) its shape changes, on the other hand, it heats up within a short time to a temperature above the limit temperature, if over the bimetal element ( 9 ) a predetermined fault current flows.

Overvoltage protection element according to one of claims 1 to 3, characterized in that an optical status display ( 15 ) in the housing ( 2 ) and in the top ( 16 ) of the housing ( 2 ) a viewing window ( 17 ) is trained.

Overvoltage protection element according to claim 4, characterized in that the optical status display ( 15 ) actuating spring-loaded slide ( 20 ) of a non-conductive material and a spring element ( 21 ) in the housing ( 2 ) are arranged, wherein the slide ( 20 ) by the bimetallic element ( 9 ) against the spring force of the spring element ( 21 ) is held in a first position when the second end ( 11 ) of the bimetallic element ( 9 ) the first pole ( 7 ) of the arrester ( 3 ) and by the spring force of the spring element ( 21 ) is moved to a second position when the second end ( 11 ) of the bimetallic element ( 9 ) from the first pole ( 7 ) is spaced.

Overvoltage protection element according to claim 5, characterized in that the slide ( 20 ) in its second position between the first pole ( 7 ) of the arrester ( 3 ) and the second end ( 11 ) of the bimetallic element ( 9 ) is arranged.

Overvoltage protection element according to claim 5 or 6, characterized in that two connection contacts ( 22 . 23 ) for a remote indication of the state of the overvoltage protection element ( 1 ) are provided whose free ends ( 24 . 25 ) through an opening in the bottom ( 26 ) of the housing ( 2 ) and that the two connection contacts ( 22 . 23 ) via a resilient contact tongue ( 27 ), wherein one end ( 28 ) of the contact tongue ( 27 ) with the one connection contact ( 23 ), while the other, free end ( 29 ) of the contact tongue ( 27 ) with the other connection contact ( 22 ) forms a switching contact, and wherein the free end ( 29 ) of the contact tongue ( 27 ) through the slider ( 20 ) from one the connection contact ( 22 ) contacting position in an open position is verbingbar.

Overvoltage protection element according to one of Claims 1 to 7, having two or three arresters ( 3 . 3 ' . 3 '' ) and three connection contacts ( 4 . 5 . 6 ) for the electrical connection of the overvoltage protection element ( 1 ) to the current or signal path to be protected, characterized in that two bimetal elements ( 9 ) are provided as separating elements, wherein in the normal state of the overvoltage protection element ( 1 ) at least one pole ( 7 . 8th ) of each arrester ( 3 . 3 ' . 3 '' ) from the second end ( 11 ) of a bimetallic element ( 9 ) is contacted.

Overvoltage protection element according to claim 8, characterized in that in addition a voltage-switching elements, in particular a gas-filled surge arrester ( 14 ), in the housing ( 2 ), wherein the voltage-switching elements on the one hand with the third terminal ( 6 ) and on the other hand with the second poles ( 8th ) of two arresters ( 3 . 3 '' ) connected is.

Overvoltage protection element according to Claim 8 or 9, with an optical status display ( 15 ) and two spring-loaded slides ( 18 ) as well as two spring elements ( 19 ), characterized in that the optical status indicator ( 15 ) from both the one and the other slide ( 18 ) is operable.