DE2633160A1 - Leitungsschutzvorrichtung fuer eine fernmeldeeinrichtung - Google Patents

Leitungsschutzvorrichtung fuer eine fernmeldeeinrichtung

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    • H01T1/00Details of spark gaps
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    • H01T4/00Overvoltage arresters using spark gaps
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  • Structure Of Telephone Exchanges (AREA)
  • Fuses (AREA)

Description

datum: 22. Juli 1976 ■■■■
Reliable Electric Company, eine Gesellschaft nach den Gesetzen des Staates Delaware, 11333 Addison Street, Franklin Park, Illinois 60131 (V. St. A.)
Leitungsschutzvorrichtung für eine Fernmeldeeinrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Leitungsschutzvorrichtung für eine Fernmeldeschaltung, mit einer Schutzeinheit, zu der ein erster und ein zweiter Endanschluß zur Verbindung mit einem Fernmeldeleitungspaar, ein dritter Mittelanschluß zur Verbindung mit einem Erdanschluß, und ferner an die Anschlüsse geführte Elektroden mit einer in den Stromkreis zwischen dem ersten v;nd dritten sowie zwischen dem zweiten und dritten Anschluß gelegten Spannungszusammenbrucheinrichtung gehören.
Derartige Schutzvorrichtungen finden Verwendung in Telefon-Amts einrichtungen und schützen die internen Anlagen vor Schäden durch überspannungs- und überstromzustände, die auf den äußeren Leitungen auftreten können. Beispiele solcher Schutzvorrichtungen können den US-Patentschriften 3 743 888, 3 573 695, 3 587 021 und 3 849 750 entnommen werden.
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Bekannte Leitungsschutzvorrichtungen besitzen teilweise einen Leitungskreis mit einer Heizspule, die bei Auftreten eines Überstromes in der Leitung ein Schmelzelement in relativ kurzer Zeit zum Schmelzen bringt, wenn ein äußerer Überstromzustand besteht. Hierbei ist es erforderlich, daß der Schutzvorrichtung ein zusätzlicher Heizstrom zugeführt wird, und dies kompliziert in manchen Fällen die Verdrahtung der Amtseinrichtungen. Eine in der Schutzvorrichtung angeordnete Feder bringt ein Kontaktpaar zusammen und bildet somit eine direkte metallische Brücke von der Leitung zur Erde. Unter solchen Bedingungen ist man darauf angewiesen, daß eine Feder langzeitig große Überströme aufnimmt. Dabei können Störungen auftreten, da die Feder nicht immer die auftretenden Ströme verträgt. Außerdem kann die Feder duröh überhitzung vom überstrom weich worden, und dann bleibt das Kontaktpaar getrennt oder findet nur losen Kontakt.
Außerdem ist es erwünscht, daß der Leitungspfad innerhalb der Schutzvorrichtung so kurz wie möglich ausfällt und so wenig wie möglich Oberfläche-zu-Oberfläche-Kontakte besitzt. Solche Maßnahmen tragen zur Reduzierung des Leitungsrauschens im normalen Betriebszustand bei. Bekannte Leitungsschutzvorrichtungen mit Heizspulen haben sich in der Vergangenheit mitunter als Rauschquellen erwiesen, weil sie unnötig lange Schaltungspfade und vielfache Oberflächezu-Oberfläche-Kontakte an Bauelementen im Leitungskreis innerhalb der Schutzvorrichtung aufwiesen.
Ein weiteres Problem für Leitungsschutzvorrichtungen der genannten Art bildet die Notwendigkeit der Vereinfachung des Einsetzens von Unterbaugruppen in ein genormtes Schutzvor-
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r'ichtungsgehäuse, um die Herstellkosten zu senken. Unterschiedliche Forderungen von Anwendern sind häufig mit Änderungen im internen Aufbau der Schutzvorrichtung verbunden. Es ist daher wichtig, eine Schutzvorrichtung so zu konstruieren, daß sie vielseitig ist, aber auf eine genormte Fünf-Stift-Basis mit entsprechendem Gehäuse aufgesetzt werden kann. Einige Schutzvorrxchtungstypen benötigen Kohleelektroden, andere wieder gasgefüllte Röhren. Manchmal braucht man Heizspulen, manchmal nicht. In jedem Falle ist es erwünscht,für derartige Schutzvorrichtungen eine bestimmte Anzahl von standardisierten bzw. gemeinsamen Teilen bereitzuhalten, damit die zahlreichen Varianten der Schutzvorrichtung leicht hergestellt werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue und verbesserte Leitungssöhutzvorrichtung des Spannungszusammenbruchstyps zu schaffen, welche unter Verzicht auf eine Heizspule relativ schnell auf Überspannungs- oder Überstromzustände auf der Leitung anspricht, relativ klein und kompakt aufgebaut ist, so daß sich mehrere Schutzvorrichtungen auf einer einzigen Schutzvorrichtungsplatte anbringen lassen, einfach und billig in der Herstellung sowie zuverlässig im Betrieb ist, für den Aufbau auf einer genormten Basis mit Gehäuse geeignet ist und sich aus wenigen Bauteilen in relativ kurzer Zeit montieren läßt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß über den Endanschlüssen und in einem Abstand vom Mittelanschluß mit je einem sich in Richtung auf den Mittelanschluß erstreckenden Abschnitt versehene leitfähige Kappen positioniert und durch ihnen gleichzeitig einen elektrischen Kontakt vermittelnde Federelemente mit einer Longitudinalkraft in Richtung auf den Mittelanschluß vorgespannt sind;
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und daß innerhalb jeder Kappe eine sich der Federvorspannkraft entgegenstellende Einrichtung angeordnet ist, welche den Abstand der jeweiligen Kappe vom Mittelanschluß aufrechterhält, solange der zwischen den Endanschlüssen und dem Mittelanschluß fließende Strom unter einem vorbestimmten Minimalwert liegt, jedoch mindestens eine der Kappen unter Bildung eines direkten metallischen Erdschlusses in Kontakt fliit dem Mittelanschluß bewegt, wenn der zwischen den Endanschlüssen und dem Mittelanschluß fließende Strom den vorbestimmten Minimalwert überschreitet.
Kurz zusammengefaßt gehört zu der die Aufgabe lösenden Leitungsschutzvorrichtung ein Gehäuse aus Isoliermaterial mit einer Basis, durch die sich Leitungsanschlußstifte und ein Erdanschlußstift erstrecken, wobei eine Überspannungsschutzeinrichtung zwischen jedem Leitungsanschlußstift und dem Erdanschlußstift elektrisch verbunden ist. An Endanschlüssen der Schutzvorrichtung sind bewegliche Kappen festgehalten und mit einer Vorspannkraft durch eine Blattfeder innerhalb des Gehäuses in Richtung auf den zentralen Mittelanschluß vorgespannt. Normalerweise werden diese Kappen in gleichen Abständen von entgegengesetzten Seiten eines Halteclip festgehalten, welcher den Mittelanschluß berührt. Es besteht also eine große Impedanz (d.h. ein großer·Luftspalt) zwischen den Kappen und dem Clip. Bei Auftreten eines Überstromzustandes fließt der Strom durch die Endkappe und durch eine darin positionierte Schmelzpille. Sobald die Schmelzpille flüssig ist, gelangen die Endkappen in Kontakt mit dem Halteclip, welcher mit dem Mittelanschluß elektrisch verbunden ist. Dadurch werden die Fernmeldeleitungen geerdet. In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann der Clip mit einer Zen-
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triereinrichtung versehen sein, vorzugsweise in Form eines Schlitzes oder einer Ausnehmung, um einen den Mittelanschluß der Schutzvorrichtung bildenden Ring zu berühren. Diese Zentriereinrichtung gewährleistet richtige Abstände zwischen den Endkappen und dem Halteclip .
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Schaltbild eines TeIefonleitüngspaares in Verbindung mit einer Schutzvorrichtung, welche bei einem überspannungs- und/oder überstromzustand jede Leitung erdet,
Ficjf. 2 eine perspektivische Ansicht eines Gehäuses mit Basis zur Unterbringung der erfindungsgemäßen Leitungsschutzvorrichtung,
Fig. 3 einen maßstäblich vergrößerten Längsschnitt durch die in Fig. 2 dargestellte Leitungsschutzvorrichtung im Verlauf einer Linie 3-3,
Fig. 4 . je einen Schnitt im Verlauf einer Linie 4-4 und 5 bzw. 5-5 von Fig. 3,
Fig. 6 einen maßstäblich vergrößerten Teilschnitt der Schutzvorrichtung von Fig. 3, 4 und 5, im Kurzschlußzustond nach Auftreten einer überstrombedingung,
Fig. 7 eine auseinandergezogene perspektivische
Darstellung mit den Einzelteilen der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung, und
Fig. 8 einen Querschnitt durch eine in der Schutzvorrichtung benutzte gasgefüllte Röhre.
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Fig. 1 zeigt in Form eines vereinfachten Schaltbildes, wie die vorliegende Leitungsschutzvorrichtung an ein Telefonleitungspaar angeschlossen ist. Das Telefonleitungspaar besteht aus einer ersten Leitung 11 und einer zweiten Leitung 12 zur Verbindung je einer äußeren Klemmstelle 13 bzw. 14 mit einer amtsseitigen Klemme 16 bzw. 17. Die als Element oder Einheit ausgebildete Leitungsschutzvorrichtung 20 besitzt einen zentralen Zylinder 23 mit beiderseitigen Endanschlüssen 21 und 22, welche über je eine Abzweigleitung 24 bzw. 26 an die erste Leitung 11 bzw. die zweite Leitung 12 angeschlossen sind. Ferner gibt es einen über eine Leitung 28 an Erdpotential gelegten Mittelanschluß 27.
Vorzugsweise ist das eigentliche Element der Leitungsschutzvorrichtung 20 als Kaltkathoden-Gasröhre ausgebildet, mit zwei Abschnitten 23a und 23b innerhalb des zentralen Zylinders 23. Tritt ein Überspannungszustand auf, dann ionisiert das Gas innerhalb der Abschnitte 23a und 23b und schließt die Abzweigleitungen 24 und 26 mit dem anLeitung 28 anliegenden Erdpotential kurz. Im Verlauf eines länger anhaltenden Überstromzustands werden die Endanschlüsse 21 und 22 gegenüber dem Mittelanschluß 27 in weiter unten beschriebener Weise kurzgeschlossen. Dieser Überstrom-Kurζschlußzustand ist ein Dauerzustand und erfordert ein Reparieren bzw. Ersetzen der Leitungsschutzvorrichtung 20.
Gemäß Fig. 2 ist die erfindungsgemäße Leitungsschutzvorrichtung in einem genormten Kunststoffgehäuse 30 untergebracht, welches sich mittels eines oberseitigen Griffteils 31 leicht in einen üblichen Installationsträger einsetzen bzw. aus diesem herausziehen läßt. Solch In-
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stallationsträger hat gewöhnlich für jede Schutzvorrichtungseinheit sechs Steckbuchsen in rechteckiger Verteilung sowie eine zusätzliche Buchse für einen Orientierungsstift. An einem unteren Endabschnitt 32 des Kunststoffgehäuses 30 befinden sich Durchbrüche 33 und 34 zur Aufnahme von Vorsprüngen 36 und 37 einer Basis 38 aus isolierendem Kunststoff. Auf diese Weise ist das Gehäuse 30 fest mit der den Gehäuseboden bildenden Basis 38 verbunden. Aus dieser Basis 38 stehen mehrere Stifte in genormter Anordnung hervor, entsprechend der. Buchsenverteilung auf dem Installationsträger. Zwei Stifte 39 und 40 sind durch Vernieten oder in anderer Weise elektrisch verbunden mit einem gemeinsamen abgewinkelten Schenkel 41 eines als Blattfeder ausgebildeten Halters 42. In ähnlicher Weise trägt ein gemeinsamer Schenkel 46 zwei mit diesem elektrisch verbundene Stifte 43 und 44; dieser Schenkel 46 ist von einem als Blattfeder ausgebildeten Halter 47 abgewinkelt. Ferner ist noch ein fünfter Stift 48 durch die Basis hindurchgeführt und mit einem Clip 50 verbunden, welcher seinerseits die Aufgabe hat, den Mittelanschluß 27 der Leitungsschutzvorrichtung 20 fest und elektrisch leitend zu umfassen.
Die Anschlußstifte 40 und 44 sind vorzugsweise mit den ankommenden Leitungen und die Anschlußstifte 39 und 43 mit den amtsseitigen Klemmen verbunden. Somit bilden die Anschlußklemmen 40 und 39 einen ersten ankommenden und einen ersten entgegengesetzt ausgehenden Leitungsanschluß, während die Anschlußklemmen 44 und 43 einen zweiten ankommenden und einen zweiten entgegengesetzt ausgehenden Leitungsanschluß bilden. Die an den vier Ecken eines Rechtecks gesetzten Anschlußklemmen 39, 40, 43 und 44 haben in der Durchtrittsebene durch die Basis 38 zueinander parallel
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verlaufende Achsen, und der mit seinem unteren oder vorstehenden Abschnitt den Erdanschluß bildende Stift 48 verläuft ebenfalls parallel zu den zuvor erwähnten anderen Anschlußstiften.
Ferner verläuft der vorstehende Teil des Erdanschlußstiftes 48 in eine die Anschlußstifte 43 und 39 verbindende Linie, welche die lange Seite des durch die vier Anschlußstifte 39, 40, 43 und 44 dargestellten Rechtecks bildet.
Der Clip 50 besitzt in jedem seiner Schenkel einen länglichen Zentrierausschnitt 51, in den der ringförmige Mittelanschluß 27 eingreift. Durch diese Maßnahme werden die beiden Seitenkanten 52 und 53 des Clip 50 in gleichmäßigen, in Pig. 3 mit b bezeichneten Abständen von je einer gegenüberliegenden Endkappe 56 bzw. 57 gehalten. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispxel liegt der Abstand b in der Größenordnung von etwa 0,75 bis etwa 1,0 mir.
Gemäß Fig. 3 und 4 werden die beiden Endkappen 56 und 57 in dieser Distanzlage relativ zum Clip 50 durch Schmelzelemente 60,60 gehalten. Vorzugsweise besteht jedes Schmelzelement 60 aus einem niedrig schmelzenden Lötmetall. Wenn ein hoher Strom von dem federnden Halter 42 über die Endkappe 57 und das Schmelzelement 60 zum Abschnitt 23a des Zylinders 23, und von dort über den Clip 50 zum Erdanschlußstift 48 fließt, dann wird Wärme erzeugt. Das bringt das Schmelzelement 60 zum Schmelzen und Fließen, so daß der nach innen vorgespannte, als Blattfeder ausgebildete Halter 42 die Endkappe 57 in direkten Kontakt mit dem Clip 50 bringt, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist. Ein Überstromzustand im Bereich der gegenüberliegenden Endkappe
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56 läßt auch dort das Schmelzelement 60 fließen und die Endkappe 56 in Kontakt mit Clip 50 gelangen.
Wie Fig. 4 zeigt, befindet sich innerhalb der Endkappe
57 ein freier Raum 62, welcher das Volumen des flüssigen Schmelzelementes 60 aufnimmt und es ermöglicht, daß die Endkappe 57 an den Clip angelegt wird und diesen berührt. Die Endkappe 56 ist in gleicher Weise ausgebildet, so daß sich eine gesonderte Beschreibung erübrigt.
Gemäß Fig. 5 ist der Clip 50 an einem gebogenen Abschnitt 74 des Erdanschlußstiftes 48 befestigt; dadurch läßt sich die gesamte Schutzvorrichtung in dem gleichen genormten Gehäuse mit Basis unterbringen wie die bisher üblichen Konstruktionen. Dadurch paßt die erfindungsgemäße Leitungsschutz vorrichtung in die genormten Installationsträger für Schutzvorrichtungen in Fernmeldeämtern. Die beiden mit je einem Zentrierausschnitt 51 versehenen Schenkel des Clip 50 sind im wesentlichen in dem gleichen Radius gekrümmt wie die äußere Oberfläche des Zylinders 23. Die den Mittelanschluß des Zylinders 23 elektrisch kontaktgebend aufnehmenden Zentrierausschnitte 51 sind so bemessen, daß das Isoliermaterial der Gasröhre den positiven elektrischen Kontakt nicht stören kann. Zur Lagebegrenzung der zwischen die als Blattfedern ausgebildeten Halter 42 und 47 eingesetzten Schutzeinheit dient eine über dem gebogenen Abschnitt 74 des Erdanschlußstiftes 48 aufgeschobene Begrenzungshülse 73, die sich nach unten bewegt, bis sie die Innenoberfläche der Basis 38 berührt und damit die Lage der Schutzeinheit zwischen den federnden Haltern festlegt. Fig. 7 macht mit einer auseinandergezogenen Darstellung die Einfachheit der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung in Konstruktion und Aufbau deutlich.
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In Fig. 8 ist eine im Rahmen der Erfindung verwendbare Gasröhre geschnitten dargestellt. Der zentrale Zylinder 23 aus Isoliermaterial enthält zwei Gaskammern 80 und 81. Eine innere Elektrodenfläche 84 des Endanschlusses 21 befindet sich in einem Abstand von einer Elektrodenfläche 84 des Mittelanschlusses 27. Die Elektrodenfläche 84 ist ringförmig um eine öffnung 86 ausgebildet, welche die beiden Gaskammern 80 und 81 miteinander verbindet. In Gaskammer 81 ist in ähnlicher Weise eine Elektrodenfläche 87 des Endanschlusses 22 in einem Abstand von einer Elektrodenfläche 88 des Mittelanschlusses 27 angeordnet. Der Gesamtabstand zwischen den Elektrodenflächen 83 und 84 sowie 87 und 88 bestimmt u.a· die Spannung, bei der die Gasröhre zusammenbricht und leitend wird. Solche Gasröhre bezeichnet man allgemein als Kaltkathoden-Endladungsröhre.
Beschrieben wurde eine einfache und leistungsfähige Fernmeldeleitungs-Schutzvorrichtung, die eine Fernmeldeleitung sowohl vor überspannung als vor Überstrom schützt. Als Überspannungsschutz dient eine Gasröhre. Selbstverständlich kann auch ein Kohlelichtbogen-Schutzeinsatz bekannter Bauart benutzt werden. Als Überstromschutz dienen Schmelzeinsätze, die beispielsweise aus einer Lötlegierung bestehen und innerhalbTOn Endkappen untergebracht sind, welche in Richtung auf einen Mittelanschluß bewegt werden, wenn ein überstrom auftritt, der oberhalb eines vorbestimmten Minimalwertes liegt.
Die Erfindung, die sich selbstverständlich nicht auf das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, betrifft zusammengefaßt eine Leitungsschutzvorrichtung mit einem
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einen ersten und einen zweiten Endanschluß sowie einen mit Erde verbundenen Mittelanschluß aufweisenden Schutzelement. An den Endanschlüssen angebrachte Endkappen besitzen Umfangsränder, welche mittels verschiebbarer Elemente, welche auf überstromzustände in der zu schützenden Leitung ansprechen, in einem Abstand von dem Mittelanschluß gehalten werden. Bei Auftreten von Überströmen Werden die Endkappen zum Mittelanschluß bewegt und bilden so einen Kurzschlußpfad zur Erde, um die angeschlossenen Fernmeldeeinrichtungen zu schützen. Der Mittelanschluß ist in einem Clip gehalten, welcher eine angeformte Zentriereinrichtung besitzt, die für eine Aufrechterhaltung eines gleichmäßigen mechanischen und elektrischen Abstands des Mittelanschlusses gegenüber den beiden Endkappen verantwortlich ist. Die Leitungsschutzvorrichtung ist in einem genormten Gehäuse mit Basis untergebracht, welches austauschbar ist mit herkömmlichen Einsteck-Schutzvorrichtungen in Amtseinrichtungen.
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Claims (4)

Ansprüche
1.7 Leitungsschutzvorrichtung für eine Fernmeldeschaltung mit einer Schutzeinheit, zu der ein erster und ein zweiter Endanschluß zur Verbindung mit einem Fernmeldeleitungspaar, ein dritter Mittelanschluß zur Verbindung mit einem Erdanschluß, und ferner an die Anschlüsse geführte Elektroden mit einer in den Stromkreis zwischen dem ersten und dritten sowie zwischen dem zweiten und dritten Anschluß gelegten Spannungszusammenbrucheinrichtung gehören, dadurch gekennzeichnet, daß über den Endanschlüssen (21, 22) und in einem Abstand vom Mittelanschluß (27) mit je einem sich in Richtung auf den Mittelanschluß erstreckenden Abschnitt versehene leitfähige Endkappen (56, 57) positioniert und durch ihnen gleichzeitig einen elektrischen Kontakt vermittelnde Federelemente (42, 47) mit einer Longitudinalkraft in Richtung auf den Mittelanschluß (27) vorgespannt sind; und daß innerhalb jeder Endkappe eine sich der Federvorspannkraft entgegenstellende Einrichtung (60) angeordnet ist, welche den Abstand der jeweiligen Endkappe vom Mittelanschluß aufrechterhält, solange der zwischen den Endanschlüssen und dem Mittelanschluß fließende Strom unter einem vorbestimmten Minimalwert liegt, jedoch mindestens eine der Endkappen unter Bildung eines direkten metallischen Erdschlusses in Kontakt mit dem Mittelanschluß bewegt, wenn der zwischen den Endanschlüssen und dem Mittelanschluß fließende Strom den vorbestimmten Minimalwert überschreitet.
2. Leitungsschutzvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine an dem Erdanschluß (48) angebrachte und mit
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dem Mittelanschluß (27) verbindbare Clipeinrichtung (50) mit die Abstände zu den Endkappen (56, 57) bildenden entgegengesetzten ümfangskanten (52, 53), und mit einer Zentriereinrichtung (51) zur Einwirkung auf den Mittelanschluß (27) und zur gleichförmigen Aufrechterhaltung der Abstände (d) zwischen den entgegengesetzten ümfangskanten der Clipeinrichtung und den Endkappen, wobei die Endkappen die Clipeinrichtung berühren, wenn die sich entgegenstellenden Einrichtungen (60) innerhalb der Endkappen durch Erhitzung aufgrund eines bei Überschreitung des vorbestimmten Minimalwertes fließenden Stromes schmelzen.
3. Leitungsschutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Basis (38), welche mit den Endanschlüssen (21, 22) und dem Erdanschluß (74) verbundene Anschlußstifte (39, 40, 43, 44, 48) enthält und in welcher der Erdanschluß (74) zwischen seinen Enden so gebogen ist, daß er senkrecht zur Basis an einer Basisstelle eintritt, die vom Basiszentrum unterhalb des Mittelanschlusses (27) der Schutzeinheit versetzt ist.
4. Leitungsschutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine dielektrische Basis (38) mit je einem Anschlußstift (40, 39) für eine erste ankommende und eine erste ausgehende Leitung (11), je einem Anschlußstift (44, 43) für eine zweite ankommende und eine zweite ausgehende Leitung (12), wobei diese vier Stifte mit parallelen Achsen und an den Eckpunkten eines Rechtecks verteilt aus der Basis hervorstehen; einen mit dem Erdanschluß (74) verbundenen, parallel zu den vorgenannten vier Stiften und zwischen zweien davon (39,'43) an der einen
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langen Rechteckseite aus der Basis (38) hervorstehenden Erdanschlußstift (48); und durch je eine Verbindung zwischen den Anschlußstxften (40, 39) fürdie erste ankommende sowie ausgehende Leitung und dem einen Endanschluß (21), und zwischen den Anschlußstxften (44, 43) für die zweite ankommende sowie ausgehende Leitung und dem anderen Endanschluß (22).
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