DE4141681A1 - Ueberspannungsschutzelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Überspannungsschutzelement zur Ableitung von tran­ sienten Überspannungen, mit mindestens zwei - zumindest im wesentlichen - zy­ lindrischen, vorzugsweise vertikal angeordneten Elektroden und einer zwischen den Elektroden wirksamen Luft-Durchschlag-Funkenstrecke.

Elektrische, insbesondere aber elektronische Meß-, Steuer-, Regel- und Schalt­ kreise, vor allem auch Fernmeldeeinrichtungen und -anlagen, sind empfindlich gegen transiente Überspannungen, wie sie insbesondere durch atmosphärische Entladungen, aber auch durch Kurzschlüsse und Schalthandlungen in Energiever­ sorgungsnetzen auftreten können. Diese Empfindlichkeit hat in dem Maße zuge­ nommen, indem elektronische Bauelemente, insbesondere Transistoren und Thy­ ristoren, verwendet werden; vor allem sind zunehmend eingesetzte integrierte Schaltkreise in starkem Maße durch transiente Überspannungen gefährdet.

Neben den Überspannungsschutzelementen, von denen die Erfindung ausgeht (vgl. die DE-PSen 37 16 997, 38 37 051 und 39 10 435), also solchen mit einer Luft- Durchschlag-Funkenstrecke, gibt es Überspannungsschutzelemente mit einer Luft- Überschlag-Funkenstrecke, bei denen also beim Ansprechen eine Gleitentladung auftritt (vgl. die DE-OSen 27 18 188, 29 34 236 und 31 01 354).

Überspannungsschutzelemente der Art, von der die Erfindung ausgeht, also mit einer Luft-Durchschlag-Funkenstrecke, haben gegenüber Überspannungsschutzele­ menten mit einer Luft-Überschlag-Funkenstrecke den Vorteil einer höheren Stoß­ stromtragfähigkeit, jedoch den Nachteil einer höheren - und auch nicht sonder­ lich konstanten - Ansprechspannung.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, das Überspannungsschutzelement, von dem die Erfindung ausgeht, in bezug auf die Ansprechspannung zu verbes­ sern.

Das erfindungsgemäße Überspannungsschutzelement, bei dem die zuvor hergelei­ tete und dargelegte Aufgabe gelöst ist, ist nun zunächst und im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Elektroden mindestens eine eine Gleitentladung auslösende Zündhilfe vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist also in das Überspannungsschutzelement, von dem die Erfindung ausgeht, das also eine Luft-Durchschlag-Funkenstrecke aufweist, gleichsam eine Hilfs-Luft- Überschlag-Funkenstrecke integriert. Die erfindungsgemäß integrierte Hilfs- Luft-Überschlag-Funkenstrecke hat eine relativ konstante und vor allem gerin­ gere Ansprechspannung als die dem eigentlichen Überspannungsschutz dienende Luft-Durchschlag-Funkenstrecke. Einmal angesprochen, bei einer relativ kon­ stanten niedrigen Ansprechspannung, führt die gezündete Hilfs-Luft-Überschlag- Funkenstrecke zu einem "schlagartigen" Zünden der Luft-Durchschlag-Funken­ strecke mit relativ hoher Stoßstromtragfähigkeit. Anders ausgedrückt sind bei dem erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelement die Vorteile einer Luft- Durchschlag-Funkenstrecke und einer Luft-Überschlag-Funkenstrecke verwirklicht und deren Nachteile eliminiert.

Im einzelnen gibt es nun verschiedene Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Überspannungsschutzelement auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird ver­ wiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf Ausführungsbeispiele, die in Verbindung mit einer Zeichnung erläutert werden. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelements,

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Überspannungsschutzelement nach Fig. 1,

Fig. 3 in gegenüber der Fig. 1 wesentlich vergrößerter Darstellung, den Ausschnitt A aus Fig. 1,

Fig. 4 stark schematisch, einen Schnitt durch eine zweite bevorzugte Aus- führungsform eines erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelements und

Fig. 5 eine Draufsicht auf das Überspannungsschutzelement nach Fig. 4.

Die in den Figuren dargestellten Überspannungsschutzelemente dienen der Ab­ leitung von transienten Überspannungen, wie sie insbesondere durch atmosphä­ rische Entladungen, aber auch durch Kurzschlüsse und Schalthandlungen in Ener­ gieversorgungsnetzen auftreten können, und weisen zunächst zwei im wesentli­ chen zylindrische, vertikal angeordnete Elektroden 1, 2 und eine zwischen den Elektroden 1, 2 wirksame Luft-Durchschlag-Funkenstrecke 3 auf.

Erfindungsgemäß ist zwischen den beiden Elektroden 1, 2 mindestens eine eine Gleitentladung auslösende Zündhilfe 4 vorgesehen. Damit ist erfindungsgemäß in das Überspannungsschutzelement, von dem die Erfindung ausgeht, das also eine Luft-Durchschlag-Funkenstrecke 3 aufweist, gleichsam eine Hilfs-Luft-Über­ schlag-Funkenstrecke integriert. Die erfindungsgemäß integrierte Hilfs-Luft- Überschlag-Funkenstrecke hat eine relativ konstante und vor allem geringere Ansprechspannung als die dem eigentlichen Überspannungsschutz dienende Luft- Durchschlag-Funkenstrecke 3. Einmal angesprochen, und zwar bei einer relativ konstanten niedrigen Ansprechspannung, führt die gezündete Hilfs-Luft-Über­ schlag-Funkenstrecke zu einem "schlagartigen" Zünden der Luft-Durchschlag- Funkenstrecke 3 mit relativ hoher Stoßstromtragfähigkeit.

In beiden in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen ragt die Zünd­ hilfe 4 nur teilweise in die Luft-Durchschlag-Funkenstrecke 3 hinein. Im übri­ gen ist die Zündhilfe 4 stegartig ausgeführt. Sie besteht aus Kunststoff, und zwar aus einem Kunststoff mit geringer Kriechstromfestigkeit, der bei Licht­ bogeneinwirkung gast, nämlich elektronegative Gase freisetzt.

Im übrigen gilt für die beiden in den Figuren dargestellten Ausführungsbei­ spiele erfindungsgemäßer Überspannungsschutzelemente, daß eine Elektrode 1, die innere Elektrode, von der anderen Elektrode 2, der äußeren Elektrode, man­ telförmig umgeben ist.

Weiter oben ist in bezug auf das erfindungsgemäße Überspannungsschutzelement ausgeführt, daß zwischen den beiden Elektroden 1, 2 mindestens eine - eine Gleitentladung auslösende - Zündhilfe 4 vorgesehen ist. Vorzugsweise sind je­ doch, wie dies der Fig. 5 entnommen werden kann, zwischen den beiden Elektro­ den 1, 2 drei Zündhilfen 4 - gleichmäßig über den Umfang verteilt - vorge­ sehen.

Das in den Fig. 4 und 5 dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsge­ mäßen Überspannungsschutzelementes unterscheidet sich von dem in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel nun vor allem dadurch, daß eine drit­ te Elektrode 5 vorgesehen ist und die dritte Elektrode 5 die zweite Elektro­ de 2 mantelförmig umgibt. Es handelt sich hier also um eine Drei-Elektroden- Funkenstrecke. Dabei ist auch zwischen der zweiten Elektrode 2 und der drit­ ten Elektrode 5 mindestens eine Zündhilfe 6 vorgesehen. Tatsächlich sind zwi­ schen der zweiten Elektrode 2 und der dritten Elektrode 5 drei Zündhilfen 6 - gleichmäßig über den Umfang verteilt - vorgesehen. Die Zündhilfen 6 zwischen der zweiten Elektrode 2 und der dritten Elektrode 5 sind gegenüber den Zünd­ hilfen 4 zwischen der ersten Elektrode 1 und der zweiten Elektrode 2 umfangs­ mäßig versetzt vorgesehen. Eine Zündhilfe 6 befindet sich immer genau in der Mitte zwischen zwei Zündhilfen 4.

Es ist bereits darauf hingewiesen worden, daß die Zündhilfen 4 bzw. 6 als Hilfs-Luft-Überschlag-Funkenstrecken zwischen den Elektroden 1 und 2 bzw. 2 und 5 wirken, mit den Zündhilfen 4 bzw. 6 also die Luft-Durchschlag-Funken­ strecke 3 zwischen den Elektroden 1 und 2 und die Luft-Durchschlag-Funken­ strecke 7 zwischen den Elektroden 2 und 5 "schlagartig" zum Zünden gebracht werden können. Folglich können die Zündhilfen 4 und 6 insgesamt so ausgelegt werden, daß mit Hilfe der Zündhilfen 4 und 6 das Ansprechverhalten der erfin­ dungsgemäßen Überspannungsschutzelemente gesteuert werden kann. Dazu kann ei­ ne Ausgestaltung hilfreich sein, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Zünd­ hilfen 6 zwischen der zweiten Elektrode 2 und der dritten Elektrode 5 eine andere Größe und/oder Form haben und/oder aus anderem Material bestehen als die Zündhilfen 4 zwischen der ersten Elektrode 1 und der zweiten Elektrode 2.

Schließlich kann das Ansprechverhalten der erfindungsgemäßen Überspannungs­ schutzelemente auch dadurch beeinflußt werden, daß die Elektroden 1, 2 und/ oder die Elektrode 5, soweit vorhanden, unterschiedlich lang ausgeführt wer­ den.

Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß die Zündhilfen 6 im einzelnen so ausgeführt sein können, wie dies in bezug auf die Zündhilfen 4 detailliert be­ schrieben ist.

Claims (14)

1. Überspannungsschutzelement zur Ableitung von transienten Überspannungen, mit mindestens zwei - zumindest im wesentlichen - zylindrischen, vorzugswei­ se vertikal angeordneten Elektroden und einer zwischen den Elektroden wirk­ samen Luft-Durchschlag-Funkenstrecke, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Elektroden (1, 2) mindestens eine eine Gleitentladung auslösende Zünd­ hilfe (4) vorgesehen ist.

2. Überspannungsschutzelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündhilfe (4) nur teilweise in die Luft-Durchschlag-Funkenstrecke (3) hineinragt.

3. Überspannungsschutzelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündhilfe (4) stegartig ausgeführt ist.

4. Überspannungsschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zündhilfe (4) aus Kunststoff besteht.

5. Überspannungsschutzelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündhilfe (4) aus einem Kunststoff mit geringer Kriechstromfestigkeit besteht.

6. Überspannungsschutzelement nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündhilfe (4) aus einem bei Lichtbogeneinwirkung gasenden, nämlich elektronegative Gase freisetzenden Kunststoff besteht.

7. Überspannungsschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Elektrode (1), die innere Elektrode, von der anderen Elektrode (2), der äußeren Elektrode, mantelförmig umgeben ist.

8. Überspannungsschutzelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Elektroden (1, 2) mehrere, vorzugsweise drei Zündhil­ fen (4) - vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang verteilt - vorgesehen sind.

9. Überspannungsschutzelement nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Elektrode (5) vorgesehen ist und die dritte Elektrode (5) die zweite Elektrode (2) mantelförmig umgibt.

10. Überspannungsschutzelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß auch zwischen der zweiten Elektrode (2) und der dritten Elektrode (5) min­ destens eine Zündhilfe (6) vorgesehen ist.

11. Überspannungsschutzelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der zweiten Elektrode (2) und der dritten Elektrode (5) mehrere, vor­ zugsweise drei Zündhilfen (6) - vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang ver­ teilt - vorgesehen sind.

12. Überspannungsschutzelement nach den Ansprüchen 8 und 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zündhilfen (6) zwischen der zweiten Elektrode (2) und der dritten Elektrode (5) gegenüber den Zündhilfen (4) zwischen der ersten Elek­ trode (1) und der zweiten Elektrode (2) umfangsmäßig versetzt vorgesehen sind.

13. Überspannungsschutzelement nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zündhilfe bzw. die Zündhilfen (6) zwischen der zweiten Elektrode (2) und der dritten Elektrode (5) eine andere Größe und/oder Form haben und/oder aus anderem Material besteht bzw. bestehen als die Zündhilfe bzw. die Zündhilfen (4) zwischen der ersten Elektrode (1) und der zweiten Elektrode (2).

14. Überspannungsschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Elektroden (1, 2, 5) unterschiedlich lang ausgeführt sind.