DE2601554A1 - Einrichtung zur steckbaren halterung eines ueberspannungsableiters - Google Patents

Description

• Einrichtung zur steckbaren Halterung eines Ueberspannungsableiters Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur steckbaren Halterung eines Ueberspannungsableiters, mit einem Gehäuse aus Kunststoff und einer einseitig offenen,zur Aufnahme eines Ueberspannungsableiters dienenden Kammer, die an zwei einander gegenüber liegenden Seitenwänden ein erstes Kontaktstück und ein gegen dieses federndes, zweites Kontaktstück aufweist.
• Unter Ueberspannung wird im folgenden durchweg die Folge er scheinung des elektromagnetischen Impulses (EMP) verstanden, der in elektrischen Installationen aller Art, beispielsweise bei nahen Blitzschlägen oder auch beim Einsatz von Atomwaefen, erzeugt wird. Die sehr hohen Feldstärken des elektromagnetischen Impulses induzieren nämlich in disen Installationen (im folgenden ku-z Objekte genannt) Spannungen, die zwar nur während einer extrem kurz=^.
• Zeitspanne wirksam sind, aber verheerende Zerstörungen anrichten können. Besonders überspannungsempfindlich sind in Kompaktbauweise ausgeführte Objekte, und da die Kompaktbauweise in den letzten Jahrzehnten eine vorrangige Bedeutung gewonnen hat, ist die Frage des Ueberspannungsschutzes immer dringlicher geworden. Kompakte Objekte enthalten gewöhnlich Halbleiterelemente und/oder gedruckte Schaltkreise, die beide in dieser Beziehung ganz besonders gefährdet sind.
• Es sind zwar schon Ueberspannungsableiter in Form kleiner, auswechso1barer Steckteile entwickelt worden, die sich im Labormascstab wie auch bei serienmässiger Anwendung bewährt haben. Der praktische Einsatz derselben ist jedoch dadurch erschwert, dass es bisher noch nicht gelungen ist, eine mechanisch und elektrotechnisch einwandfreie Einrichtung der eingangs genannten Art herzustellen, die ideale Ableiteigenschaften hat.
• Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Einrichtung der eingangs genannten Art, die die Nachteile bekannter Ausführungen nicht aufweist.
• Die erfindungsgemässe Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse mindestens eine Doppelkammer aufweist, die durch einen zu erdenden Mittelsteg in zwei Kammern unterteilt ist, wobei der Mittelsteg das für beide Kammern gemeinsame erste Kontaktstück bildet.
• Bezüglich der Ausdrücke oben, unten usw. sei hier zunächst angemerkt, dass unter der Oberseite durchweg die Seite dçr Einrichtung verstanden wird, wo das Einsetzen und Auswechseln der Ueberspannungsableiter erfolgt. Die Einrichtung ist nämlich in jeder beliebigen Stellung funktionsfähig.
• Die Einrichtung hat den grossen Vorteil, dass sie sich derart kosten-, material- und raumsparend ausführen lässt, wie es mechanisch und elektrotechnisch überhaupt möglich ist. Hinzukommen die Vorteile der narrensicheren Montageweise und der leichten Ueberprüfbarkeit. Die Einrichtung gleicht im Prinzip einer Sternschaltung mit dem Mittelsteg als geerdetem Sternpunkt, wodurch sich sehr kurze Ableitwege und -zeiten für die Ueberspannungen und eine sehr hohe Betriebssicherheit erzielen lassen. Alle diese Vorteile ermöglichen es, den Ueberspannungsschutz auf breiter Basis durchzuführen und z.B. besonders wichtige Objekte,vor allem solche mit Faradayschen Käfigen, fachgerecht nnd übersichtlich an so vielen Stellen gegen Ueberspannung zu sichern, wie es aus Sicherheitsgründen erwünscht ist.
• Im bevorzugten Falle geht man so vor, dass das Gehäuse mehrere Doppelkammern aufeist, die durch den allen Doppelkammern gemeinsamen Mittelsteg unterteilt sind, wobei zweckmässigerweise der Mittelsteg ein in der senkrechten Längsmittelebene des Gehäuses angeordneter Stahlstreifen ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Mittelsteg durch einen Schlitz im Bodenteil des Gehäuses verläuft und an einer an der den Kammeröffnungen abgewandten Seite des Gehäuses angeordneten Montageplatte befestigt ist und wenn die Montageplatte metallisch ist. Es ist auch von Vorteil, wenn der Bodenteil des Gehäuses an jeder Kammer einen Ansatz aufweist, der eine Oeffnung in der Nontageplatte durchdringt und eine Oeffnung zum Durchführen des zweiten Kontaktstückes aufweist, wobei zweckmässigerweise das zweite Kontakt stück als einfache Blattfeder ausgebildet ist, deren Mittelabschnitt gegen den Mittelsteg vorsteht, vorzugsweise vorgewölbt ist. Es ist auch von Vorteil, wenn das zweite Kontaktstück einen über den oberen Rand des Gehäuses nach aussen und unten gebogenen Anschlussteil aufweist und wenn das zweite Kontaktstück an seinem aus der Oeffnung des Ansatzes herausragenden, als Anschluss dienenden Teil einen das Zurückschieben verhindernden, sich am Rand des Ansatzes abstützenden Vorsprung aufweist. Schliesslich ist es zweckmässig, wenn zwischen der oontageplatte und dem Bodenteil des Gehäuses eine Anschlussplatte angeordnet ist, die mit dem Mittelsteg leitend verbunden ist.
• Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Einrichtung in Draufsicht ausschnittsweise vor dem Einsetzen der Ueberspannungsableiter, Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II - II, Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III - III, Fig. 4 die Montageplatte der Einrichtung der Fig. 1 - 3 in Draufsicht ausschnittsweise, Fig. 5 die Anschlussplatte der Einrichtung der Fig. 1 - 3 in derselben Darstellungsweise, Fig. 6a und 6b die Blattfeder der Einrichtung der Fig. 1 - 3 in Seitenansicht bzw. Vorderansicht, Fig. 7 einen Klemmschuh für die Kontaktfeder der Fig. 6a und 6b und Fig. 8 eine Skizze zur Erläuterung der Montage der Einrichtung der Fig. 1 - 3 an einem Faradayschen Käfig.
• Wie die Fig. 1 - 3 zeigen, hat die Einrichtung eine Montageplatte 1, z.B. aus Stahlblech, die für den Erdanschluss ausgebildet ist und weitere Funktionen erfüllt, auf die weiter unten eingegangen wird. Auf der Montageplatte 1 ist mittels Schrauben 3 ein Gehäuse 5 aus Kunststoff befestigt, das kastenartig ausgebildet und oben offen ist. Für den Kunststoff des Gehäuses gelten als Mindestanforderungen, dass er eine elektrische Durchschlagfestigkeit von 15 kV/mm, gemessen nach DIN 53481 bei 20 0C und 50 Hz während 20 Sekunden, und eine Kriechstromfestigkeit hat, die der Güteklasse KA2 nach DIN 53 480 entspricht.
• Im Innenraum des Gehäuses 5 sind in gleichem Abstand voneinander mehrere Zwischenwände 7 angeordnet, die parallel zu den beiden Stirnwänden des Gehäuses 5 stehen und nahezu die gleiche Wandstärke haben wie letztere. Durch die Zwischenwände 7 wird der Innenraum des Gehäuses 5 in mehrere Abteile unterteilt. Von der Bodenwand des Gehäuses 5 ragen an beiden Seitenabschnitten derselben mehrere Ansätze 9 mit ovalem Querschnitt nach unten, von denen jeder einen FederAurchlass mit angenähert rechteckigem Querschnitt hat. Jeder Fortsatz 9 durchsetzt eine etwas grösser bemessene Oeffnung 11 in der Montageplatte 1 (Fig. 4) und ragt ein Stück weit über diese hinaus nach unten (Fig. 2 und 3). Ausserdem weist die Bodenwand des Gehäuses 5 einen mindestens einenends, vorzugsweise beidenends geschlossenen Schlitz auf, der längs ihrer Mittellinie verläuft.
• Wie die Fig. 7 zeigt, wird der Schlitz von einem ersten Kontaktstück in Form eines Mittelstegs 13 aus elektrisch leitendem Material, z.B. einem gestreckten Streifen aus Stahl, durchsetzt, der hochkant auf der Montageplatte 1 befestigt und im vorliegenden Falle mit ihr verschweisst ist (Fig. 3 und 4). Die Breite des Stahlstreifens ist etwas kleiner als die Gesamthöhe des Gehäuses 5, und seine Länge ist etwas kleiner als die Gesamtlänge des Gehäuses 5. Aus diesen Gründen ragt der Hauptteil des Mittelstegs 13 in den Innenraum des Gehäuses 5 hinein und verwandelt jedes Abteil desselben in eine Doppelkammer 15 mit einer elektrisch leitenden, zu erdenden Trennwand.
• Jede Doppelkammer 15 nimmt zwei nicht dargestellte Ueberspannungsableiter auf, und zwar derart, dass jeder Ueberspannungsableiter mit einem seiner beiden Pole den Mittelsteg 13 elektrisch leitend berührt. Da der Mittelsteg 13 die Trennwände in sämtlichen Doppelkammern 15 bildet, ist festzuhalten, dass sämtliche Ueberspannungsableiter der Einrichtung mit je einem Pol ein und denselben Mittelsteig 13 elektrisch leitend berühren, so dass auf einfachste Weise eine Art Sternschaltung mit zu erdendem Mittelsteg gebildet wird.
• Diese Schaltung ist bei der Einrichtung der Fig. 1 - 3 so ausgebildet, dass alle Ueberspannungen auf kürzesten Leitungswegen, d.h. in elektrotechnisch optimaler Weise, zur Erde gelangen. Die zu diesem Zwecke ergriffenen Nassnahmen werden im folgenden erläutert.
• An beiden äusseren Endabschnitten der Doppelkammer 15 ist je ein zweites Kontaktstück für den zugeordneten Ueberspannungsableiter angeordnet, das im vorliegenden Falle die Form einer einfachen Blattfeder 17 hat, deren Mittelabschnitt 19 dem zweiten Pol des zugeordneten Ueberspannungsableiters anzuliegen bestimmt ist. Dieser Mittelabschnitt 19 ist, wie die Fig. 1 und 3 zeigen. in Richtung auf den Mittelsteg 13 vorgewölbt. Auf Grund dieser Wölbung ist die Blattfeder 17 in der Lage, drei weitere Funktionen zu erfüllen. Erstens wird dadurch ein Toleranzausgleich geschaffen, da eine derart gewölbte Blattfeder Massabweichungen des zugeordneten Ueberspannungsableiters auffängt. Zweitens wird der zugeordnete Ueberspannungsableiter durch die Blattfeder 17 in Arbeitsstellung steckbar festgehalten, so dass für diesen Zweck keine besonderen Vorrichtungen erforderlich sind und die Einrichtung in jeder beliebigen Stellung montiert und in Betrieb genommen werden kann. Drittens wird durch die Wölbung des Mittelabschnitts 19 der zugeordnete Ueberspannungsableiter gegen den Mittelsteg 13 angedrückt. Es versteht sich, dass dadurch bei richtiger Bemessung die wirksame Kontaktfläche an beiden Polen des Ueberspannungsableiters erheblich verbessert wird, ohne jedoch das Einsetzen und Auswechseln des Ueberspannungsableiters in unzumutbarer Weise zu erschweren.
• Der obere Endabschnitt der Blattfeder 17 ist V-förmig nach aussen abwärts abgekantet, wobei der an den Mittelabschnitt 19 angrenzende V-Schenkel die zugeordnete Seitenwand des Gehäuses 5 überdeckt. Der äussere, frei über den Rand des Gehäuses 5 ragende V-Schenkel ist als Anschlussteil für die elektrische Verbindung mit einem elektrischen Bauteil K ausgebildet. Zu diesem Zweck hat dieser V-Schenkel eine obere Bohrung 21 und eine seitlich abstehende Lötfahne 23 (Fig. 6b). Die zugeordneten Gegen-Lötfahnen befinden sich an einer Anschlussplatte 24 (Fig. 5), die im Einbauzustand zwischen dem Gehäuse 5 und der Montageplatte 1 unverrückbar festgeklemmt st (Fig. 2 und 3). Sämtliche Anschlüsse können wahlweise durch Löten, mit AMP-Steckern (links unten in Fig. 3) und, wie im folgenden gezeigt wird, mit Schrauben hergestellt werden.
• Der untere Endabschnitt der Blattfeder 17 ist gestreckt und dient zur elektrischen Verbindung mit dem zu schützenden Objekt. Er hat zu diesem Zweck eine untere Bohrung 25 (Fig. 6b) für den Fall der elektrischen Schraubverbindung. Fig. 7 zeigt den zugeordneten Klemmschuh, der wahlweise auch in Verbindung mit der oberen Bohrung 21 verwendbar ist. Die Fig. 3, 6a und 6b zeigen, dass aus dem unteren Endabschnitt der Blattfeder 17 ein kleiner Vorsprung 27 ausgestanzt worden ist, der die einmal eingesetzte Blattfeder 17 gegen Verschiebungen sichert. Wichtig ist der Hinweis, dass der gestreckte Endabschnitt elektrisch isoliert durch den Federdurchlass des zugeordneten Ansatzes 9 und somit auch durch die zugeordnete Oeffnung 11 in der Montage platte 1 hindurch aus dem Gehäuse 5 heraus nach unten geführt ist (Fig. 2 und 3). Dadurch wird nämlich die Trennebene zwischen dem gegen Ueberspannung geschützten Objekt und der ungeschützten Umgebung desselben in die Ebene der Montageplatte 1 verlegt.
• Das erlaubt nicht nur die grösstmögliche Verkürzung der Anschlussleitungen, sondern auch eine narrensichere, einfache und betriebssichere Montageweise. Ausserdem lassen sich sämtliche Ueberspannungsableiter einer Einrichtung auf diese Weise leicht von aussen überprüfen und bei Bedarf auswechseln.
• Die Fig. 8 zeigt, wie die vorstehend beschriebene Einrichtung an einem Faradayschen Käfig montiert wird, in dessen Innenraum sich das zu schützende Objekt befindet.
• Der Pfeil gibt die Blickrichtung beim Einsetzen, Ueberprüfen und Auswechseln der Ueberspannungsableiter an. Wie man erkennt, ist die Einrichtung bei dieser normalen Montageart von aussen leicht zugänglich, und nur die Ansch.lussenden ragen dicht an dicht in den Faradayschen Käfig hinein.
• Wesentlich ist, dass die Einrichtung auf optimale Weise in das Gesamtobekt integriert werden kann, denn die Montageplatte 1 wird durch ihre Befestigung am Faradayschen Käfig selbsttätig geerdet und stellt dann gewissermassen einen Bestandteil des Käfigs dar. Man kann sogar noch einen Schritt weiter gehen und anstatt der Montageplatte 1 eine bereits vorhandene Metallplatte des Faradayschen Käfigs, z.B. die Deckplatte eines Schaltkastens, verwenden, wodurch sich die erzielten Vorteile noch weiter steigern lassen.

Claims (12)

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Einrichtung zur steckbdren Halterung eines Ueberspannungsableiters, mit einem Gehäuse aus Kunststoff und einer einseitig offenen, zur Aufnahme eines Ueberspannungsableiters dienenden Kammer, die an zwei einander gegenüberliegenden Seitenwänden ein erstes Kontakt stück und ein gegen dieses federndes, zweites Kontaktstück aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) mindestens eine Doppelkammer (15) aufweist, die durch einen zu erdenden Mittelsteg (13) in zwei Kammern unterteilt ist, wobei der Mittelsteg (13) das für beide Kammern gemeinsame erste Kontaktstück bildet.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) mehrere Doppelkammern (15) aufweist, die durch den allen Doppelkammern (15) gemeinsamen Mittelsteg (13) unterteilt sind (Fig.l).

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelsteg (13) ein in der senkrechten Längsmittelebene des Gehäuses (5) angeordneter Stahlstreifen ist (Fig. 1 und 3).

4. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelsteg (13) durch einen Schlitz im Bodenteil des Gehäuses (5) verläuft und an einer an der den Kammeröffnungen abgewandten Seite des Gehäuses (5) angeordneten Montageplatte (1) befestigt ist (Fig. 4).

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Montageplatte (1) metallisch ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bodenteil des Gehäuses (5) an jeder Kammer einen Ansatz (9) aufweist, der eine Oeffnung (31) in der Montageplatte (1) durchdringt und eine Oeffnung zum Durchführen des zweiten Kcntaktstückes (17) aufweist (Fig. 3).

7. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff des Gehäuses (5) eine elektrische Durchschlagfestigkeit von mindestens 15 kV/mm hat, gemessen nach DIN 53 481 bei 200C und 50Hz während 20 Sekunden.

8. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff des Gehäuses (5) eine Kriechstromfestigkeit hat, die mindestens der Güteklasse KA2 nach DIN 53 480 entspricht.

9. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kontaktstück als einfache Blattfeder (17) ausgebildet ist, deren Mittelabschnitt (19) gegen den Mittelsteg (13) vorsteht, vorzugsweise vorgewölbt ist (Fig. 3).

10. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kontakt stück (17) einen über den oberen Rand des Gehäuses (5) nach aussen und unten gebogenen Anschlussteil aufweist (Fig. 3 und 6a).

11. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kontaktstück (17) an seinem aus der Oeffnung des Ansatzes (9) herausragenden, als Anschluss dienenden Teil einen das Zurückschieben verhindernden, sich am Rand des Ansatzes (9) abstützenden Vorsprung (27) aufweist (Fig. 3 und 6a).

12. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Montageplatte (1) und dem Bodenteil des Gehäuses (5) eine Anschlussplatte (24) angeordnet ist, die mit de Mittelsteg (13) leitend verbunden ist (Fig. 2,3,5a und 5b).