DE3425296A1

DE3425296A1 - Vorrichtung zum schutz gegen ueberspannungen mit einer grobschutz- und einer feinschutzeinrichtung

Info

Publication number: DE3425296A1
Application number: DE19843425296
Authority: DE
Inventors: Wolf-Dieter Dr.-Ing. 4600 Dortmund Oels
Original assignee: OELS WOLF DIETER DR ING
Current assignee: OELS WOLF DIETER DR ING
Priority date: 1984-07-10
Filing date: 1984-07-10
Publication date: 1986-01-16
Also published as: GB8511293D0; GB2161659B; GB2161659A; DE3425296C2

Description

"Vorrichtung zum Schutz gegen Überspannungen mit einer Grobschutz- und einer Feinschutzeinrichtung"

Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zum Schutz gegen Überspannungen, insbesondere von mit elektronischen Bauelementen versehenen Apparaten und Geräten, mit einer Grobschutz- und einer Feinschutzeinrichtung.

Schutzschaltungen mit einem Grobschutz, der beispielsweise mit Varistoren ausgerüstet ist, und einem Feinschutz, der beispielsweise mit Z-Dioden ausgerüstet ist und gegen Überspannungen sichern soll, sind bekannt. Der Grobschutz soll dabei die Beherrschung großer Transientenenergien, die oberhalb der Zerstörungsgrenze der Feinschutzbauelemente liegen, bewirken, während das Wesen des Feinschutzes in der hohen Ansprechgeschwindigkeit und der niedrigen Begrenzungsspannung liegt. Die Ansprechgeschwindigkeit des Feinschutzes ist um ein wesentliches höher als die des Grobschutzes. Die Begrenzungsspannung des Feinschutzes liegt bei wenigen Volt, während die des Grobschutzes bei einigen 100 Volt liegt.

Das Wesen derartiger Schutzschaltungen liegt nun insbesondere darin, die beiden Schutzarten so aufeinander abzustimmen, daß eine gewisse Arbeitsteilung zwischen Grob- und Feinschutz gewährleistet ist. Insbesondere muß der Grobschutz ansprechen bevor der Feinschutz überlastet

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wird. Es muß gewährleistet sein, daß bei Belastung der Schaltung mit schnellen Transienten mit Anstiegszeiten von einigen Nanosekunden bis Mikrosekunden ein wirkungsvoller Schutzpegel entsteht.

Als Maß für von derartigen Schutzschaltungen zu erbringenden Schutzfaktoren wird in der Regel das Verhältnis von maximaler Ausgangsspannung bei schnellen Transienten zur nomimalen Begrenzungsspannung der Feinschutzbauelemente angegeben (clamping factor). Dieser Schutzfaktor liegt bei konventionellen Schutzschaltungen zwischen 1,5 und 2, wobei entscheidend für diese hohen Faktoren die relativ großen Induktivitäten der Feinschutzbauelemente und ihrer Zuleitungen und die in unmittelbarer Nähe entstehenden hohen Stromänderungen mit Frequenzanteilen im Gigahertzbereich, die für entsprechende Spannungsüberhöhungen sorgen, sind.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Lösung, mit der sich eine nachhaltige Reduzierung des Schutzfaktores erreichen läßt.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Grobschutzeinrichtungen und die Feinschutzeinrichtungen räumlich getrennt über ein Kabel miteinander verbunden angeordnet sind.

\5.

Überraschender Weise hat sich gezeigt, daß bei einer 16 V Schutzschaltung nur ein Schutzpegel von 20 V gemessen wurde, was einen Schutzfaktor von 1,25 entspricht. Bei herkömmlichen Schutzschaltungen entsteht beim Zünden eines Ableiters innerhalb von 1 bis 4 Nanosekungen ein Zündsprung von ca. 1 kV auf 20 V. Bei der Schutzschaltung mit konventioneller Leiterplattentechnik und einer Z-Diodenspannung von z.B. 16 V ergibt sich danach eine maximale Schutzpegelbegrenzung von 32 V.

Diese unbefriedigenden Verhältnisse vermeidet die Erfindung.

In Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, daß die Grobschutzeinrichtung und die Feinschutzeinrichtung je in einem Stecker- bzw. Kupplungshäuse, die über ein Kabel miteinander verbunden sind, untergebracht sind. Das Vorsehen der Schutzeinrichtungen direkt in Stecker- und Kupplungsgehäusen vereinfacht die Handhabung in ganz erheblichem Maße.

Es hat sich gezeigt, daß es besonders vorteilhaft ist, eine Verbindungskabellänge vorzusehen, die etwa im Pereich zwischen 1 bis 3 liegt.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß wenigstens Bereiche der Stecker- und Kupplungsgehäuse aus

einem elektrisch leitenden, der Abschirmung dienenden,Material gebildet sind, wobei diese Gehäusebereiche über das Kabel elektrisch leitend miteinander verbunden sind.

Im Rahmen dieser letztgenannten Ausgestaltung kann auch vorgesehen sein, die Gehäuse vollständig aus elektrisch leitendem Material auszubilden und das Kabel als abgeschirmtes Kabel auszubilden, so daß dann die gesamte Vorrichtung abgeschirmt ist.

Das Kabel selbst wirkt als Dämpfungsglied für hohe Frequenzen im GHz-Bereich, so daß im Feinschutz die große Stromänderung, die beim Stand der Technik zu den hohen Schutzfaktoren führen, erst gar nicht mehr ankommen und damit eine bessere Schutzwirkung erzielbar ist.

Im Rahmen der Erfindung ist auch vorgesehen, wie an sich bekannt, zum Grobschutz als spannungsbegrenzende Elemente Gasentladungsableiter und/oder Funkenstrecken und/oder Varistoren und zum Feinschutz als spannungsbegrenzende elemente Z-Dioden und/oder Suppressor-Dioden und/oder Transzorbs vorzusehen.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Diese zeigt in

Fig. 1 eine Vorrichtung nach der Erfindung.

Dabei ist ein Steckergehäuse 2 über ein Kabel 3 mit einem Kupplungsgehäuse 4 verbunden. Sowohl das Steckergehäuse 2 als auch das Kupplungsgehäuse 4 sind aus einem elektrisch leitenden Material gefertigt, wobei die Gehäuse elektrisch leitend, z.B. über die Abschirmung des Kabels 3, miteinander verbunden sind.

Im Inneren der Gehäuse 2 bzw. 4 ist jeweils der Grobschutz bzw. der Feinschutz untergebracht.

Eine mögliche Art einer solchen Schaltung ist in Fig. 2
wiedergegeben, z.B. als Uberspannungsschutzkabel für eine V 24-Schnittstelle.

Der auf der linken Seite wiedergegebene Schutz stellt den Kabeleingang, d.h. gemäß Fig. 1, die Kabelkupplung dar.
Mit 5 ist die Verbindung der Kabelabschirmung bezeichnet, während 6 die Verbindung mit dem Gehäuse darstellt.

Der Feinschutz ist bei 2 untergebracht und bildet das geräteseitige Kabelende, z.B. den Stecker 2.

An dieser Stelle sei bemerkt, daß je nach Geräteausstattung der Feinschutz als Kupplung und umgekehrt der
Grobschutz als Stecker ausgeführt sein kann, ohne daß die

Erfindung hierauf beschränkt wäre.

Natürlich ist das beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung noch in vielfacher Hinsicht abzuändern, ohne den Grundgedanken zu verlassen. So ist die Erfindung insbesondere nicht auf die in dem Schaltbild wiedergegebenen elektronischen Elemente, z.B. den Gasentladungsableitern beim Grobschutz und den Z-Dioden beim Feinschutz 8, beschränkt. Hier können auch alle v/eiteren in Frage kommenden Bauelemente vorgesehen sein, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen.

Leerseite -

Claims

PATENTANWÄLTE MEINKE UND DABRINGHAUS

ZUGELASSEN BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT · EUROPEAN PATENT ATTORNEYS · MANDATAIRES EN BREVETS EUROPE!

DlPL-ING. J. MEINKE DIPL-ING. W. DABRINGHAUS

4600 DORTMUND

WESTENHELLWEG 67

_1f -9. Juli 198*

TELEFON (O2 31) 14 50 71 TELEGRAMM DOPAT Dortmund TELEX 822 7328 pat d

AKTEN-NR.: 2/4 759

Anmelder : Dr.-Ing. Wolf-Dieter OeIs, Waldhausweg 3, 4600 Dortmund 50

Ansprüche :

( l.j Vorrichtung zum Schutz gegen Überspannungen, insbesondere von mit elektronischen Bauelementen versehenen Apparaten und Geräten, mit einer Grobschutz- und einer Feinschutzeinrichtung ,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Grobschutzeinrichtung (4) und die Feinschutzeinrichtung (2) räumlich getrennt über ein Kabel miteinander verbunden angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Grobschutzeinrichtung und die Feinschutzeinrichtung je in einem Stecker- bzw. Kupplungsgehäuse (2 bzw 4), die über das Kabel (3) miteinander verbunden sind, untergebracht sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Verbindungskabels (3) etwa im Pereich zwischen 1-3 Metern liegt.
4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens Bereiche der Stecker- und Kupplungsgehäuse (2 u. 4) aus einem elektrisch leitenden, der Abschirmung dienenden, Material gebildet sind, wobei diese Gehäusebereiche über das Kabel (3) elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Grobschutz als spannungsbegrenzende Elemente Gasentladungsableiter (7) und/oder Funkenstrecken und/oder Varistoren vorgesehen sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Feinschutz als spannungsbegrenzende Elemente Z-Dioden (8) und/oder Suppressor-Di.oden und/oder Transzorbs vorgesehen sind.