DE29518309U1 - Surge protection element - Google Patents
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Description
ÜberspannungsschutzelementSurge protection element
Die Erfindung betrifft ein Überspannungsschutzelement in Form einer Funkenstrecke mit zwei Elektroden mit elektrischer Zuleitung und Ableitung und einer zwischen diesen befindlichen Isolierschicht, die zwischen den Elektroden der Funkenstrecke eine Überschlagstrecke bildet, wobei die Isolierschicht aus einem Isolierstoff besteht.The invention relates to an overvoltage protection element in the form of a spark gap with two electrodes with electrical supply and discharge and an insulating layer located between them, which forms a flashover gap between the electrodes of the spark gap, wherein the insulating layer consists of an insulating material.
Ein derartiges Überspannungsschutzelement ist beispielsweise aus der DE 42 40 138 Al bekannt. Solche Überspannungsschutzelemente dienen zu dem Zweck, beispielsweise Blitzströme oder andere Überspannungsereignisse abzuleiten, wobei nach Erreichen des Schutzpegels die im Stromimpuls enthaltene Energie gezielt abzuleiten ist und die nachgeschalteten Anlagen und Geräte somit geschützt sind. Der beim Ansprechen der Funkenstrecke entstehende Netzfolgestrom soll im nächstenSuch an overvoltage protection element is known, for example, from DE 42 40 138 Al. Such overvoltage protection elements serve the purpose of, for example, diverting lightning currents or other overvoltage events, whereby after the protection level has been reached, the energy contained in the current pulse is to be diverted in a targeted manner and the downstream systems and devices are thus protected. The mains follow current that arises when the spark gap responds should be
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Stromnulldurchgang sicher gelöscht werden. Dabei bestehen sich zum Teil widersprechende Anforderungen. Zum einen soll die Ansprechspannung der Funkenstrecke möglichst niedrig sein, was in der Regel über einen kleinen Abstand der Elektroden der Funkenstrecke voneinander erreicht wird. Für die sichere Löschung des Kurzschlußstromes ist eine möglichst hohe Brennspannung des Lichtbogens an der Überschlagstrecke günstig, die aber am besten über einen großen Elektrodenabstand realisiert werden kann, der aber eine Erhöhung der Ansprechspannung zur Folge hat.Current zero crossing must be safely extinguished. There are partly contradictory requirements. On the one hand, the spark gap's response voltage should be as low as possible, which is usually achieved by a small distance between the spark gap's electrodes. For the safe extinguishing of the short-circuit current, the arc should be as high as possible at the flashover gap, but this can best be achieved by a large distance between the electrodes, which, however, results in an increase in the response voltage.
Aus der DE 41 41 682 Al ist ein Überspannungsschutzelement zur Ableitung von transienden Überspannungen bekannt, bei dem zwei zylindrische Elektroden angeordnet sind. Dabei ist die innere Elektrode von der äußeren Elektrode mantelförmig umgeben und zwischen den Elektroden eine Luftdurchschlagfunkenstrecke wirksam. Bei der dort beschriebenen Ausführung sind die beiden Elektroden exzentrisch zueinander angeordnet. Auch solche Überspannungsschutzelemente dienen zum Schutz vonFrom DE 41 41 682 Al, an overvoltage protection element is known for dissipating transient overvoltages, in which two cylindrical electrodes are arranged. The inner electrode is surrounded by the outer electrode in a jacket-like manner and an air breakdown spark gap is effective between the electrodes. In the design described there, the two electrodes are arranged eccentrically to each other. Such overvoltage protection elements also serve to protect
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elektrischen und elektronischen Geräten gegen Überspannung In der angegebenen Druckschrift soll das Überspannungsschutzelement im Bezug auf das Löschverhalten verbessert werden. Bei der angegebenen Lösung mag eine Verbesserung bezüglich des Löschverhaltens erreicht sein, jedoch besteht nach einer gewissen Wanderungsstrecke der Lichtbogen auf einem Fußpunkt, der so aufgeheizt wird, daß er ständig genügend Elektronen freisetzt, so daß das Löschverhalten ungünstig ist. Der endgültige Fußpunkt wird in wenigen Microsekunden erreicht.electrical and electronic devices against overvoltage In the specified publication, the overvoltage protection element is to be improved in terms of extinguishing behavior. With the specified solution, an improvement in extinguishing behavior may have been achieved, but after a certain distance the arc rests on a base point that is heated up so that it constantly releases enough electrons, so that the extinguishing behavior is unfavorable. The final base point is reached in a few microseconds.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Überspannungsschutzelement zu schaffen, bei dem trotz niedriger Ansprechspannung ein günstiges Löschverhalten erreicht wird.Based on this prior art, the invention is based on the object of creating an overvoltage protection element in which a favorable extinguishing behavior is achieved despite a low response voltage.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß die Elektroden als flache Scheiben ausgebildet sind, die unter Zwischenanordnung der Isolierschicht übereinander angeordnet sind, wobei die eingangsseitige Elektrode eineTo solve this problem, the invention proposes that the electrodes are designed as flat disks, which are arranged one above the other with the insulating layer in between, whereby the input-side electrode has a
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kleinere Flächenabraessung als die ausgangsseitige Elektrode hat und die Isolierschicht die eingangsseitige Elektrode in Richtung parallel zur Flächenerstreckung überragt und hinter der ausgangsseitigen Elektrode zurückliegt oder daß die Elektroden als konzentrisch angeordnete Stutzen ausgebildet sind, wobei der eingangsseitige Stutzen einen im Querschnitt kleiner bemessenen Mantel als der ausgangsseitige Stutzen hat, der eingangsseitige Stutzen mit seinem stirnseitigen Ende in den Hohlraum zielend gerichtet ist, der von dem ausgangsseitigen Stutzen umgeben ist, und zwischen den Stutzen die Isolierschicht angeordnet ist, die den Innenmantel des größeren Stutzens abdeckt und dessen freies Stutzenende überragt sowie das Stirnende und einen Teil der axialen Erstreckung des Außenmantels des kleineren Stutzens abdeckt, so daß die Funkenstrecke als Gleitanordnung ausgebildet ist, bei der die Isolierschicht als Unterbrechung der kürzesten geradlinigen Verbindung zwischen den Elektroden liegt, und daß die Isolierschicht aus Isolierstoff mit geeigneter Dielektrizitätskonstante und hohem Isolationswiderstandsmaller surface dimension than the output-side electrode and the insulating layer projects beyond the input-side electrode in a direction parallel to the surface extension and lies behind the output-side electrode or that the electrodes are designed as concentrically arranged nozzles, wherein the input-side nozzle has a jacket with a smaller cross-section than the output-side nozzle, the input-side nozzle is directed with its front end into the cavity surrounded by the output-side nozzle, and the insulating layer is arranged between the nozzles, which covers the inner jacket of the larger nozzle and projects beyond its free nozzle end and covers the front end and part of the axial extension of the outer jacket of the smaller nozzle, so that the spark gap is designed as a sliding arrangement in which the insulating layer lies as an interruption of the shortest straight connection between the electrodes, and that the insulating layer is made of insulating material with suitable dielectric constant and high insulation resistance
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besteht, und daß die elektrische Zuleitung und die elektrische Ableitung bogenförmig parallel zu den scheibenförmigen Elektroden oder um die Mittelachse der stutzenförmigen Elektroden geführt ist, so daß bei Stromdurchfluß durch Zu- und Ableitung um den jeweiligen Leiter ein Magnetfeld entsteht, mittels dessen der im Überspannungsfall auftretende Lichtbogen in eine Wanderungsbewegung entlang der umlaufenden Überschlagszone versetzbar ist.and that the electrical supply line and the electrical discharge line are guided in an arc parallel to the disk-shaped electrodes or around the central axis of the nozzle-shaped electrodes, so that when current flows through the supply and discharge lines, a magnetic field is created around the respective conductor, by means of which the arc occurring in the event of an overvoltage can be set in a migratory movement along the circumferential flashover zone.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß wesentliche Bedingungen für einen guten Überspannungsschutz und für einen guten Ableiter folgende Bedingungen sind:The invention is based on the knowledge that essential conditions for good overvoltage protection and for a good arrester are the following conditions:
Niedrige Ansprechspannung, die mit kürzeren Stirnzeiten nicht wesentlich ansteigtLow response voltage that does not increase significantly with shorter front times
Löschen möglichst hoher Netzfolgeströme.Extinguish as high a mains follow current as possible.
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Ersteres kann erreicht werden, wenn die Funkenstrecke als tatsächliche Gleitfunkenstrecke aufgebaut ist. Dazu ist es erforderlich, auf der Oberfläche der Isolierstrecke eine solche Ladungsverteilung zu erreichen, daß die Kapazitäten von dem einem Leiter zu jedem Punkt der freien Oberfläche mit der Entfernung abnehmend und wesentlich kleiner sind als die Kapazität von diesem zum anderen Leiter. Es bildet sich dann auf der Oberfläche der Isolierung eine Ladungsverteilung aus, die eine wesentlich niedrigere Überschlagspannung zur Folge hat als die bei einer linearen Verteilung. Die Überschlagspannung nimmt mit zunehmender Steilheit ab. Dies wird allerdings durch die geringe Anzahl und statistischen Verteilung der freien Ionen in der Luft zum Teil wieder aufgehoben oder sogar überkompensiert. Eine solche Verteilung kann entweder durch eine flache oder konzentrische Anordnung der Elektroden und dazwischen befindlichen Isoliermaterial mit hoher Dielektrizitätskonstante und hohem Isolationswiderstand erreicht werden.The former can be achieved if the spark gap is constructed as an actual sliding spark gap. To do this, it is necessary to achieve a charge distribution on the surface of the insulating gap such that the capacitances from one conductor to each point on the free surface decrease with distance and are significantly smaller than the capacitance from this conductor to the other. A charge distribution then forms on the surface of the insulation, which results in a significantly lower breakdown voltage than with a linear distribution. The breakdown voltage decreases with increasing steepness. However, this is partially canceled out or even overcompensated by the small number and statistical distribution of the free ions in the air. Such a distribution can be achieved either by a flat or concentric arrangement of the electrodes and insulating material between them with a high dielectric constant and high insulation resistance.
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Bei einer Ausbildung der Elektroden als flache Scheiben ist die Elektrode, die auf der Eingangsseite liegt, kleiner im Durchmesser als die Scheibe aus Isoliermaterial. Diese liegt auf einer größeren Scheibe als ausgangsseitige Elektrode. Beim Auftreten einer Spannung teilt sich die Spannung auf Luft und Isoliermaterial umgekehrt im Verhältnis der Dielektrizitätskonstanten auf. Entlang der Oberfläche des Isoliermaterials wird ein steiler Gradient auftreten, der zum Überschlag führt.If the electrodes are designed as flat disks, the electrode on the input side is smaller in diameter than the disk made of insulating material. This is placed on a larger disk as the output side electrode. When a voltage occurs, the voltage is divided between the air and the insulating material inversely in the ratio of the dielectric constants. A steep gradient will occur along the surface of the insulating material, which will lead to flashover.
Auch eine konzentrische Anordnung der Elektroden ist möglich und unter Umständen vorteilhaft, wobei dann anstelle der scheibenförmigen Elektroden stutzenartige Elektroden vorgesehen sind und die Isolierstoffschicht durch ein Rohrstück oder dergleichen gebildet ist.A concentric arrangement of the electrodes is also possible and may be advantageous, in which case instead of the disk-shaped electrodes, nozzle-like electrodes are provided and the insulating layer is formed by a piece of pipe or the like.
Das Löschverhalten des Folgestromes hängt im wesentlichen von der Kühlung des Lichtbogens bzw. dessen Fußpunkten ab. Hilfreich ist auch eine Verlängerung des Bogens und eine Aufteilung auf mehere hintereinandergeschalteteThe extinguishing behavior of the follow current depends essentially on the cooling of the arc or its base points. It is also helpful to extend the arc and divide it into several series-connected
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Lichtbögen, bei denen noch eine entsprechende Vervielfachung des Kathodenfalles auftritt. Eine solche Vielfachanordnung ist beispielsweise aus der Eingangs bezeichneten Druckschrift bekannt.Arcs in which a corresponding multiplication of the cathode fall occurs. Such a multiple arrangement is known, for example, from the publication mentioned at the beginning.
Im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen, bei denen nach einer gewissen Wanderungsstrecke der Lichtbogen auf einem bestimmten Fußpunkt steht, wird gemäß Erfindungsvorschlag eine während der gesamten Dauer des Stromflusses andauernde Wanderung des Fußpunktes erreicht. Gemäß Erfindungsvorschlag sind vorzugsweise kreisrunde Elektroden vorgesehen, bei denen die Länge des Lichtbogens etwa konstant bleibt. Der erste Überschlag wird zwischen zwei benachbarten Punkten der beiden Elektroden stattfinden, dann aber schnell zu der Kante der zweiten Elektrode wandern. Dort würde er stehenbleiben und während der gesamten Stromflußzeit verbleiben. Der Fußpunkt würde schon bei kleinen Strömen stark erhitzt, so daß viele freie Elektronen in der Schaltstelle verbleiben, so daß der Lichtbogen bei Wiederkehr der Netzspannung zünden kann .In contrast to the known arrangements in which the arc is at a certain base point after a certain distance of travel, the invention proposes a continuous migration of the base point for the entire duration of the current flow. According to the invention proposes circular electrodes in which the length of the arc remains approximately constant. The first flashover will take place between two adjacent points of the two electrodes, but will then quickly migrate to the edge of the second electrode. It would stop there and remain for the entire time the current is flowing. The base point would be heated up strongly even with small currents, so that many free electrons remain in the switching point, so that the arc can ignite when the mains voltage returns.
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Der Erfindungsvorschlag geht dahin, ein Magnetfeld zu erzeugen, welches eine Kraft auf den Stromfluß und damit auf den Lichtbogen ausübt, die diesen zwingt, weiter zu wandern. Bei der vorgeschlagenen konzentrischen Anordnung der Elektroden würde der Lichtbogen um die entsprechende Achse rotieren .The invention proposes to generate a magnetic field that exerts a force on the current flow and thus on the arc, forcing it to move further. With the proposed concentric arrangement of the electrodes, the arc would rotate around the corresponding axis.
Um eine entsprechende Kraft zu erzeugen, muß ein Magnetfeld in Richtung quer zum Stromfluß erzeugt werden. Dazu ist vorgeschlagen, die Zu- bzw. Ableitung je in einem Bogen von etwa 180° verlaufen zu lassen. Es kann auch eine Verlaufsanordnung von 360° vorgesehen sein. Damit ergibt sich im Zusammenwirken eine Spule mit einer Windung (bei zwei 180° Windungen) von Zu- bzw. Ableitung oder zwei Windungen, bei einem 360° Verlauf der Windungen von Zu- und Ableitung. Das hierdurch entstehende Magnetfeld hat eine Richtung im wesentlichen senkrecht zum Stromfluß und übt auf ihn eine Kraft aus, die senkrecht zum Lichtbogen und zum Magnetfeld steht. Bei der vorgeschlagenen Anordnung wird der Lichtbogen um die AchseIn order to generate a corresponding force, a magnetic field must be generated in a direction perpendicular to the current flow. To this end, it is suggested that the supply and discharge lines each run in an arc of approximately 180°. A 360° arrangement can also be provided. This results in a coil with one turn (with two 180° turns) of supply and discharge lines or two turns, with a 360° course of the supply and discharge lines. The magnetic field created by this has a direction essentially perpendicular to the current flow and exerts a force on it that is perpendicular to the arc and the magnetic field. In the proposed arrangement, the arc is rotated around the axis
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der Elektrodenanordnung rotieren. Durch diese Bewegung wird der Lichtbogen nicht nur gut gekühlt, sondern erhält auch immer einen neuen Fußpunkt, der zur Freisetzung von Elektronen aufgeheitzt werden muß und dadurch dem Bogen Energie entzieht.the electrode arrangement rotate. This movement not only cools the arc well, but also always provides a new base point, which must be heated to release electrons and thus removes energy from the arc.
Durch die Bildung von einer oder zwei Windungen entsteht eine zusätzliche Induktivität und damit bei Stromänderung ein Spannungsfall. Dieser wird aber bei den üblichen Steilheiten kleiner sein als die Zündspannung, auf jedenfall kleiner als an den üblichen Anschlußleitungen. Ob besser eine Spulenausbildung mit einer Windung oder mit zwei Windungen (Zu- und Ableitungsverlauf über jeweils 180° oder 360°) vorteilhaft sind, kann bei einer Optimierung der Kennwerte entschieden werden. Bei der Ausbildung von zwei Windungen werden höhere Bogengeschwindigkeiten und damit ein besseres Löschverhalten bei hohen Strömen erzeugt. Bei der Anordnung einer Windung bringt diese einen niedrigeren Spannungsfall.By forming one or two turns, an additional inductance is created and therefore a voltage drop when the current changes. However, with the usual steepnesses, this will be smaller than the ignition voltage, and in any case smaller than on the usual connecting cables. Whether a coil with one turn or two turns (input and output paths over 180° or 360° each) is better can be decided by optimizing the characteristics. When two turns are formed, higher arc speeds and thus better extinguishing behavior at high currents are generated. When one turn is arranged, this results in a lower voltage drop.
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Positive Ausbildungen des Überspannungsschutzelementes können wie folgt vorgenommen werden. Bezüglich der Gleitfunkenstrecke ist die Funkenstrecke als Gleitanordnung ausgebildet, bei der die Isolierung zwischen den beiden leitenden Elektroden eine Oberfläche hat, die nicht in Richtung der kürzesten Verbindung zwischen den beiden leitenden Teilen (Elektroden) liegt. Die Überschlagstrecke kann radial, axial oder geneigt zur kürzesten Verbindung ausgerichtet sein. Die Überschlagstrecke kann glatt oder gestuft sein. Das Dielektrikum zwischen den beiden leitenden Teilen (Elektroden) der Funkenstrecke kann eine geeignet gewählte Dielektrizitätskonstante haben. Diese kann je nach Anwendungsverhalten niedrig, mittel oder auch hoch sein. Die Elektroden der Funkenstrecke sind vorzugsweise rotationssymmetrisch ausgebildet. Sie können auch so ausgebildet sein, daß der Überschlag voraussichtlich an einer bestimmten Stelle gezündet wird.Positive designs of the overvoltage protection element can be made as follows. With regard to the sliding spark gap, the spark gap is designed as a sliding arrangement in which the insulation between the two conductive electrodes has a surface that is not in the direction of the shortest connection between the two conductive parts (electrodes). The flashover gap can be aligned radially, axially or inclined to the shortest connection. The flashover gap can be smooth or stepped. The dielectric between the two conductive parts (electrodes) of the spark gap can have a suitably selected dielectric constant. This can be low, medium or even high depending on the application. The electrodes of the spark gap are preferably designed to be rotationally symmetrical. They can also be designed in such a way that the flashover is likely to be ignited at a specific point.
Bezüglich der Löscheinrichtung ist vorteilhaft, daß der nach der Zündung des Überschlages entstehende LichtbogenWith regard to the extinguishing device, it is advantageous that the arc created after the ignition of the flashover
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durch ein Magnetfeld von der Zündstelle zu anderen Punkten der Elektroden bewegt wird. Durch die Bewegung wird er stärker gekühlt, und es findet eine geringere Aufheizung der Fußpunkte statt. Der Lichtbogen kann unmittelbar zwischen den Elektroden brennen oder auch zwischen Metallplatten, die mit den Elektroden der Funkenstrecke verbunden sind. Diese Metallplatten können rund oder auch polygonal sein, die runden Platten können gleichen oder auch unterschiedlichen Durchmesser aufweisen. Ein geeignetes Magnetfeld wird durch die geeignete Führung der Anschlußleitungen erzeugt. Die Anschlußleitungen bilden eine Magnetspule, wobei die so entstandene Spule aus einer oder mehreren Windungen bestehen kann. Die Spule kann ebenso wie das gesamte Überspannungsschutzelement in ein Gehäuse eingebettet sein.is moved by a magnetic field from the ignition point to other points on the electrodes. The movement cools it more and the base points heat up less. The arc can burn directly between the electrodes or between metal plates that are connected to the electrodes of the spark gap. These metal plates can be round or polygonal, and the round plates can have the same or different diameters. A suitable magnetic field is generated by appropriately routing the connecting cables. The connecting cables form a magnetic coil, whereby the resulting coil can consist of one or more turns. The coil, like the entire overvoltage protection element, can be embedded in a housing.
Das entsprechende Gehäuse ist vorzugsweise mit einer Öffnung zum Austritt des durch den Lichtbogen erhitzten Gases versehen. Die Austrittsöffnung kann vorzugsweise gegen eine Montageplatte gerichtet sein, um Beschädigungen derThe corresponding housing is preferably provided with an opening for the outlet of the gas heated by the arc. The outlet opening can preferably be directed towards a mounting plate in order to prevent damage to the
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Umgebung zu vermeiden. In die Austrittsöffnung können vorteilhafter Weise Kühlbleche zur Kühlung des Gases eingesetzt sein.environment. Cooling plates can be advantageously inserted into the outlet opening to cool the gas.
Diese und weitere vorteilhafte Ausbildungen werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Besonderheiten realisiert.These and other advantageous developments are realized by the special features specified in the subclaims.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher Beschrieben. Es zeigt:Embodiments of the invention are shown in the drawing and described in more detail below. It shows:
Fig. 1 ein Überspannungsschutzelement in Seitenansicht;Fig. 1 shows a surge protection element in side view;
Fig. 2 Einzelelemente des Überspannungsschutzelementes in Draufsicht;Fig. 2 Individual elements of the surge protection element in top view;
Fig. 3 bis 8 eine weitere Ausführungsform imFig. 3 to 8 another embodiment in
Mittellängsschnitt, in Draufsicht, im Querschnitt sowie in Einzelteilen.Central longitudinal section, top view, cross section and individual parts.
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In den Zeichnungen ist ein Überspannungsschutzelement in Form einer Funkenstrecke mit zwei Elektroden 1,2,1', 2' mit elektrischer Zuleitung 3,4,3',4' und einer zwischen den Elektroden befindlichen Isolierschicht 5,5' gezeigt, die zwischen den Elektroden der Funkenstrecke eine Überschlagstrecke 6,6' bildet. Die Isolierschicht 5,5' besteht aus Isolierstoff mit geeigneter Dielektrizitätskonstante.The drawings show an overvoltage protection element in the form of a spark gap with two electrodes 1,2,1', 2' with electrical supply lines 3,4,3',4' and an insulating layer 5,5' located between the electrodes, which forms a flashover gap 6,6' between the electrodes of the spark gap. The insulating layer 5,5' consists of insulating material with a suitable dielectric constant.
Bei der Ausführungsform gemäß Figur 1 und 2 sind die Elektroden 1,2 als flache Scheiben ausgebildet, die unter Zwischenanordnung der Isolierschicht 5 übereinander angeordnet sind. Die eingangsseitige Elektrode 1 weist eine kleinere Flächenabmessung als die ausgangsseitige Elektrode 2 auf. Die Isolierschicht 5 überragt die eingangsseitige Elektrode 1 in Richtung parallel zur Flächenerstreckung und liegt hinter der ausgangsseitigen Elektrode 2 zurück.In the embodiment according to Figures 1 and 2, the electrodes 1, 2 are designed as flat disks, which are arranged one above the other with the insulating layer 5 in between. The input-side electrode 1 has a smaller surface dimension than the output-side electrode 2. The insulating layer 5 projects beyond the input-side electrode 1 in the direction parallel to the surface extension and lies behind the output-side electrode 2.
Bei der Ausführungsform gemäß Figur 3 bis 8 sind die Elektroden 1', 2' als konzentrisch angeordnete StutzenIn the embodiment according to Figures 3 to 8, the electrodes 1', 2' are arranged as concentrically
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ausgebildet, wobei der eingangsseitige Stutzen 1' einen im Querschnitt kleiner bemessenen Mantel als der ausgangsseitige Stutzen 2' aufweist. Der eingangsseitige Stutzen 1' ist mit seinem freien Stirnende in den Hohlraum zielend gerichtet, der von dem ausgangsseitigen Stutzen 2' umgeben ist. Zwischen den Stutzen (l',2') ist die Isolierschicht 5' angeordnet, die den Innenmantel des größeren Stutzens (2T) abdeckt und dessen freies Stutzenende, das zum anderen Stutzen (1') gerichtet ist, überragt sowie das Stirnende und einen Teil der axialen Erstreckung des Außenmantels des kleineren Stutzens (I1) abdeckt. Auf diese Weise ist die Funkenstrecke als Gleitanordnung ausgebildet, bei der die Isolierschicht 5 bzw. 5' als Unterbrechung der kürzesten geradlinigen Verbindung zwischen den Elektroden 1,2 bzw. l',2' liegt.formed, the input-side nozzle 1' having a jacket that is smaller in cross-section than the output-side nozzle 2'. The input-side nozzle 1' is directed with its free front end into the cavity that is surrounded by the output-side nozzle 2'. The insulating layer 5' is arranged between the nozzles (l', 2'), which covers the inner jacket of the larger nozzle (2 T ) and projects beyond its free nozzle end, which is directed towards the other nozzle (1'), and covers the front end and part of the axial extension of the outer jacket of the smaller nozzle (I 1 ). In this way, the spark gap is designed as a sliding arrangement, in which the insulating layer 5 or 5' is located as an interruption of the shortest straight connection between the electrodes 1, 2 or l', 2'.
Wie insbesondere aus den Figuren 2,4 und 5 ersichtlich, ist die elektrische Zuleitung 3,3' und die elektrische Ableitung 4,4' jeweils bogenförmig parallel zu den scheibenförmigen Elektroden 1,2 (mit Luftspalt zu diesen)As can be seen in particular from Figures 2, 4 and 5, the electrical supply line 3, 3' and the electrical discharge line 4, 4' are each curved parallel to the disk-shaped electrodes 1, 2 (with an air gap to these)
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oder um die Mittelachse der stutzenförmigen Elektroden l',2' (ebenfalls mit Luftspaltabstand) geführt und jeweils an die zugehörige Elektrode 1 bzw.2 oder 1' bzw 2' angeschlossen. Hierdurch entsteht bei Stromdurchfluß durch Zu- und Ableitung 3,4 bzw. 3' ,4T um den jeweiligen Leiter ein Magnetfeld, mittels dessen der im Überspannungsfall auftretende Lichtbogen in eine Wanderungsbewegung entlang der umlaufenden Überschlagszone der Isolierschicht 5 versetzt wird.or around the central axis of the nozzle-shaped electrodes 1', 2' (also with an air gap) and connected to the corresponding electrode 1 or 2 or 1' or 2'. This creates a magnetic field around the respective conductor when current flows through the supply and discharge lines 3, 4 or 3', 4 T , by means of which the arc occurring in the event of an overvoltage is set in a migration movement along the circumferential flashover zone of the insulating layer 5.
Die scheibenförmigen Elektroden 1,2 und die dazwischen befindliche Isolierschicht 5 sind sämtlich als etwa konzentrische Kreisscheiben ausgebildet. Bei der Ausführungsform nach Figur 3 bis 8 sind die als Stutzen ausgebildeten Elektroden l',2' als Rohrabschnitte und die Isolierschicht 5 als Hülsenelement aus Isolierstoff ausgebildet. Dabei sind die Stutzen (l',2') jeweils mit einem Stirnende an einer Metallplatte 7,8 fixiert und elektrisch verbunden, wobei die Metallplatten 7,8 etwa konzentrische kongruente kreisförmige Scheiben sind. MittigThe disk-shaped electrodes 1, 2 and the insulating layer 5 located between them are all designed as approximately concentric circular disks. In the embodiment according to Figures 3 to 8, the electrodes 1', 2' designed as nozzles are designed as pipe sections and the insulating layer 5 as a sleeve element made of insulating material. The nozzles (1', 2') are each fixed with one end to a metal plate 7, 8 and electrically connected, the metal plates 7, 8 being approximately concentric congruent circular disks.
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von diesen Metallplatten 7,8 ragen die entsprechenden Stutzen (l',2') zueinandergerichtet ab, wobei sie voneinander auf Abstand gehalten sind. Die Isolierstoffschicht 5', die insbesondere als Hülsenelement ausgebildet ist, ist in den durchmessergrößeren Stutzen (2') eingesteckt und der durchmesserkleinere Stutzen (1') ist in das eine Abstufung aufweisende Hülsenelement eingesteckt.The corresponding nozzles (1', 2') protrude from these metal plates 7, 8 in a direction towards one another, whereby they are kept at a distance from one another. The insulating material layer 5', which is designed in particular as a sleeve element, is inserted into the nozzle (2') with a larger diameter and the nozzle (1') with a smaller diameter is inserted into the sleeve element with a step.
Bei der Ausführungsform gemäß Figur 1 und 2 ist die elektrische Zuleitung 3 bzw. 4 in Form eines elektrischen Leiters, (beispielsweise aus Stahl) an die der Isolierschicht abgewandten Seite der Platte 1 bzw. 2 angeschlossen. Jeder der beiden Leiter 3,4 beschreibt etwa einen Halbkreisbogen, so daß in der Einbau-Sollage beide Leiter 3,4 zusammen eine vollständige Windung einer spulenähnlichen Ausbildung bewirken. Die Leiter sind an den Elektrodenaußenseiten angeschweißt und dann parallel zur rückwärtigen Fläche der Elektroden jeweils geführt.In the embodiment according to Figures 1 and 2, the electrical supply line 3 or 4 is connected in the form of an electrical conductor (for example made of steel) to the side of the plate 1 or 2 facing away from the insulating layer. Each of the two conductors 3, 4 describes approximately a semicircular arc, so that in the installation position both conductors 3, 4 together form a complete turn of a coil-like configuration. The conductors are welded to the outside of the electrodes and then guided parallel to the rear surface of the electrodes.
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Bei der Ausführungsformgemäß Figur 3 bis 8 ist die elektrische Zuleitung 3' in Form eines Leiters beispielsweise aus Stahl an das der Isolierschicht 5' abgewandte Ende des durchmesserkleineren Stutzens (1') unmittelbar oder an die mit dem Stutzen (I1) verbundenen Metallplatte 7 angeschweißt und konzentrisch zum Stutzen (I1) um dessen Ende oder um die Metallplatte 7 mit Luftspalt um etwa 360° gewunden. Die elektrische Ableitung 8 ist in analoger Weise mit gegensinniger Windunj am durchmessergrößeren Stutzen (2') bzw. dessen Metallplatte 8 angeschlossen und gewunden.In the embodiment according to Figures 3 to 8, the electrical supply line 3' in the form of a conductor, for example made of steel, is welded directly to the end of the smaller diameter nozzle (1') facing away from the insulating layer 5' or to the metal plate 7 connected to the nozzle (I 1 ) and is wound concentrically to the nozzle (I 1 ) around its end or around the metal plate 7 with an air gap by approximately 360°. The electrical discharge line 8 is connected and wound in an analogous manner with opposite winding to the larger diameter nozzle (2') or its metal plate 8.
Bei der Ausbildung nach Figur 1 und 2 wird quasi eineThe design according to Figures 1 and 2 essentially creates a
Spule mit einer Windung gebildet, während bei derCoil formed with one turn, while in the
Ausbildung nach Figur 3 bis 8 eine Spule mit zwei Windungen erzeugt ist.Formation according to Figures 3 to 8 produces a coil with two turns.
Wie insbesondere aus den Figuren 3 bis 8 verdeutlicht, kann das gesamte Uberspannungsschutzelement in einem Isolierstoffgehäuse 9 eingebettet angeordnet sein. DasAs is particularly clear from Figures 3 to 8, the entire overvoltage protection element can be embedded in an insulating housing 9. The
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Isolierstoffgehäuse 9 kann zudem eine Austrittsöffnung für heiße Gase aufweisen, in welche vorzugsweise Kühllamellen 11 eingesetzt sind.Insulating housing 9 can also have an outlet opening for hot gases, in which cooling fins 11 are preferably inserted.
Bei der Ausbildung gemäß Figur 1 und 2 ist eine im wesentlichen radiale Überschlagstrecke 6 ausgebildet. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 3 bis 8 ist eine im wesentlichen axiale Überschlagstrecke 6 gebildet. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 3 bis 8 kann beispielsweise die Zuleitung 3' und Ableitung 4' aus Stahl bestehen und mit der jeweiligen Elektrodenplatte (Platte 7 bzw. 8) verschweißt werden. Diese Einheit kann dann in ein Element 12 bzw. 13 aus Isolierstoff eingebettet werden. Zwischen die Platten 7,8 wird der für die Zündung aktive Teil (stutzenartige Elektroden l',2') eingespannt werden. Dieser Teil besteht aus den beiden konzentrischen Zylindern in bzw. auf dem Isolierstoffteil 5', welches aus einem Isolierstoff mit einer hohen Dielektrizitätskonstante besteht. An den Elementen 12,13 ist im Mittelbereich ein stutzenartiger Vorsprung 14,15 angeformt, so daß dieseIn the design according to Figures 1 and 2, a substantially radial arcing path 6 is formed. In the embodiment according to Figures 3 to 8, a substantially axial arcing path 6 is formed. In the embodiment according to Figures 3 to 8, for example, the supply line 3' and discharge line 4' can be made of steel and welded to the respective electrode plate (plate 7 or 8). This unit can then be embedded in an element 12 or 13 made of insulating material. The part active for the ignition (socket-like electrodes 1', 2') is clamped between the plates 7, 8. This part consists of the two concentric cylinders in or on the insulating material part 5', which consists of an insulating material with a high dielectric constant. A socket-like projection 14, 15 is formed on the elements 12, 13 in the middle area, so that these
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Teile ineinandersteckbar und in die hülsenförmige Elektrode 1' bzw. das hülsenartige Isolierstoffelement 5' einsteckbar sind und mittels eines Nietes 16 zu einer kompletten Gehäuseeinheit verbindbar sind, wobei ein Gehäusemittelteil 17 zwischen den Elementen 12 und 13 eingespannt ist.Parts can be plugged into one another and inserted into the sleeve-shaped electrode 1' or the sleeve-shaped insulating material element 5' and can be connected to form a complete housing unit by means of a rivet 16, with a housing middle part 17 being clamped between the elements 12 and 13.
Wie insbesondere aus Figur 3 veranschaulicht, entsteht der Lichtbogen im Überschlagsbereich 6', wobei der Lichtbogen dann an den Außenrand der Platten 7,8 wandern kann und dort rotieren kann. Die Gleit funkenstrecke wird hierdurch geschont, so daß die Kennlinie sich bei wiederholtem Ansprechen nicht nennenswert verändert.As illustrated in particular in Figure 3, the arc is created in the flashover area 6', whereby the arc can then migrate to the outer edge of the plates 7,8 and rotate there. The sliding spark gap is thereby protected, so that the characteristic curve does not change significantly with repeated response.
Die Gehäuseteile 12,13,17 aus Isolierstoff bilden ein geschlossenes Gehäuse, welches lediglich die Austrittsöffnung 10 für die heißen. Gase freiläßt. Die Austrittsöffnung 10 wird vorzugsweise in Richtung einer Montageplatte oder dergleichen gerichtet, so daß die heißen Gase keine Schäden an umgebenden Bauteilen verursachen.The housing parts 12, 13, 17 made of insulating material form a closed housing which only leaves the outlet opening 10 free for the hot gases. The outlet opening 10 is preferably directed towards a mounting plate or the like so that the hot gases do not cause any damage to surrounding components.
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In den Figuren 6 bis 8 sind Einzelheiten der Figuren 3 bis 5 gezeigt. Figur 6 zeigt im Prinzip die komplette Funkenstrecke, die aus dem hülsenförmigen Teil aus Isolierstoff 5' und den beiden die Elektroden 1' und 2' bildenden Rohrstücken aus Stahl oder anderem leitenden Material besteht. Der Lichtbogen 6' entsteht als Gleitfunken zwischen den beiden Elektroden l',2'. Diese Funkenstrecke gemäß Figur 6 ist zwischen den Anschlußstücken fest eingespannt. Ein solches Anschlußstück ist in Figur 7 gezeigt. Das andere ist analog ausgebildet und in Figur 3 ersichtlich. Jedes dieser Anschlußstücke (12) besteht aus Kunststoff, in welches die Zuleitung 3' bzw. die Ableitung 4' eingegossen ist. Mit der Zuleitung oder Ableitung verbunden ist die Metallplatte 7 bzw. 8. Die. Platte 7 bzw. 8 stellt einerseits den Anschluß an die Funkenstrecke her und ist andererseits die "Laufbahn" des Lichtbogens, der an der Außenkontur der Platte 7 bzw. 8 rotieren wird.Figures 6 to 8 show details of Figures 3 to 5. Figure 6 shows in principle the complete spark gap, which consists of the sleeve-shaped part made of insulating material 5' and the two pipe sections made of steel or other conductive material that form the electrodes 1' and 2'. The arc 6' is created as a sliding spark between the two electrodes 1', 2'. This spark gap according to Figure 6 is firmly clamped between the connection pieces. One such connection piece is shown in Figure 7. The other is designed in an analogous way and can be seen in Figure 3. Each of these connection pieces (12) is made of plastic, into which the supply line 3' or the discharge line 4' is cast. The metal plate 7 or 8 is connected to the supply line or discharge line. The. Plate 7 or 8, on the one hand, establishes the connection to the spark gap and, on the other hand, is the "track" of the arc, which will rotate on the outer contour of plate 7 or 8.
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In Figur 8 ist der Körper des Gehäuses gezeigt. Er wird ebenso wie die Funkenstrecke gemäß Figur 6 zwischen den beiden Anschlußstücken gemäß Figur 7 eingeklemmt und durch die zentrale rohrförmige Niete 16 fixiert. Das Teil 17 kann in Zeichnungsfigur 8 unten ein Befestigungselement zum Aufschieben auf übliche Hutschienen aufweisen.The body of the housing is shown in Figure 8. Like the spark gap in Figure 6, it is clamped between the two connecting pieces in Figure 7 and fixed by the central tubular rivet 16. The part 17 can have a fastening element in the bottom of Figure 8 for sliding onto standard top hat rails.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird ein Uberspannungsschutzelement zur Verfügung gestellt, welches bei niedriger Ansprechspannung ein gutes Löschverhalten aufweist, wobei sich die Kennlinie des jeweiligen Überspannungsschutzelementes auch nach mehrmaligen Ansprechen nicht oder nur unwesentlich verändert.The design according to the invention provides an overvoltage protection element which has good extinguishing behavior at a low response voltage, whereby the characteristic curve of the respective overvoltage protection element does not change or only changes insignificantly even after repeated response.
Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern im Rahmen der Offenbarung vielfach variabel.The invention is not limited to the embodiment, but is variable in many ways within the scope of the disclosure.
Alle neuen, in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarten Einzel- und Kombinationsmerkmale werden als erfindungswesentlich angesehen.All new individual and combination features disclosed in the description and/or drawing are considered essential to the invention.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29518309U DE29518309U1 (en) | 1995-11-18 | 1995-11-18 | Surge protection element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29518309U DE29518309U1 (en) | 1995-11-18 | 1995-11-18 | Surge protection element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE29518309U1 true DE29518309U1 (en) | 1997-03-13 |
Family
ID=8015611
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE29518309U Expired - Lifetime DE29518309U1 (en) | 1995-11-18 | 1995-11-18 | Surge protection element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE29518309U1 (en) |
-
1995
- 1995-11-18 DE DE29518309U patent/DE29518309U1/en not_active Expired - Lifetime
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 19970424 |
|
| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 19990315 |
|
| R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: DEHN + SOEHNE GMBH + CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: OBO BETTERMANN GMBH & CO. KG, 58710 MENDEN, DE Effective date: 20010226 |
|
| R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
Effective date: 20020220 |
|
| R158 | Lapse of ip right after 8 years |
Effective date: 20040602 |