DE4236584C2 - Überspannungsschutzsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Überspannungsschutzsystem mit mindestens zwei Über­ spannungsschutzelementen, wobei jedes Überspannungsschutzelement in einem separaten Aufnahmegehäuse angeordnet ist und alle Aufnahmegehäuse die glei­ chen Hüllmaße haben (vgl. die DE 36 39 533 C2), - zum Schutz von elektrischen, insbesondere elektronischen Meß-, Steuer-, Regel- und Schaltkreisen gegen transiente Überspannungen.

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 Energie­ versorgungsnetzen auftreten können. Diese Empfindlichkeit hat in dem Maße zugenommen, in dem elektronische Bauelemente, insbesondere Transistoren und Thyristoren, verwendet werden; vor allem sind zunehmend eingesetzte in­ tegrierte Schaltkreise in starkem Maße durch transiente Überspannungen ge­ fährdet.

Überspannungsschutzsysteme der in Rede stehenden Art, also solche mit minde­ stens zwei Überspannungsschutzelementen - Überspannungsschutzelemente = Fun­ kenstrecke (Luftdurchschlagsfunkenstrecke, Gleitfunkenstrecke, gasgefüllter Überspannungsableiter etc.), Induktivität, Widerstand und Varistor (bzw. Bauelemente mit ähnlichen nichtlinearen Kennlinien) - sind hybride Schaltun­ gen, die gegenüber dem Überspannungsschutz durch ein einzelnes Überspannungs­ schutzelement den Vorteil einer höheren Stoßstromtragfähigkeit und eines ge­ ringeren Restspannungspegels, also einer besseren Schutzwirkung haben.

Die fertigungstechnische Realisierung von als hybride Schaltungen ausgeführ­ ten Überspannungsschutzsystemen hat bestimmte Nachteile:
Einerseits haben Überspannungsschutzelemente, insbesondere Funkenstrek­ ken und Varistoren (oder Bauelemente mit ähnlichen nichtlinearen Kenn­ linien) eine begrenzte, zudem unterschiedliche Lebensdauer. Die Le­ bensdauer ist eine Funktion der Anzahl, der Energieinhalte und der Amplituden der Überspannungsereignisse, auf die diese Überspannungs­ schutzelemente ansprechen. Fällt ein Überspannungsschutzelement auf­ grund eines Defektes aus, so muß das komplette Überspannungsschutz­ system gewechselt werden.

Andererseits müssen bei als hybride Schaltungen ausgeführten Über­ spannungsschutzsystemen die einzelnen Überspannungsschutzelemente elektrisch aufeinander abgestimmt werden, um das gewünschte Schutz­ verhalten zu erzielen. Eine individuelle Abstimmung unter optimalen Gesichtspunkten an verschiedenartige Installationsbedingungen mit Überspannungsproblemen kann nicht effektiv durchgeführt werden. Für jeden andersartigen Anwendungsfall müßte jedesmal ein darauf abge­ stimmtes komplettes Überspannungsschutzsystem entwickelt und gefer­ tigt werden.

Das bekannte Überspannungsschutzsystem, von dem die Erfindung ausgeht (vgl. die DE 36 39 533 C2) besteht aus einem etwa U-förmigen Gehäuseunterteil mit Kontaktzungen oder Kontaktzungenpaaren, die innerhalb der hohlen Schenkel des Gehäuseunterteils befestigt sind. Die einzelnen Überspannungsschutzele­ mente sind als etwa quaderförmige Gehäuseoberteile mit an deren Schmalseiten austretenden Kontaktschienen bzw. Kontaktmessern ausgeführt. Die in Verbin­ dung mit einem Gehäuseunterteil verwendeten Überspannungsschutzelemente sind untereinander gleich, beispielsweise als Varistoren ausgebildet. Eine Verbin­ dung der einzelnen Überspannungsschutzelemente untereinander ist nicht vor­ gesehen.

Im übrigen sind einzelne Überspannungsschutzelemente bekannt (vgl. den Pro­ spekt "Überspannungsschutz", UE ′91, der Firma DEHN + Söhne, 2/91, Seiten 18 und 19), die in einem Aufnahmegehäuse angeordnet sind, das mit Anschlußklem­ men versehen ist.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Überspannungsschutzsystem anzugeben, das fertigungstechnisch einfach - und damit auch wirtschaftlich - realisiert werden kann und es ermöglicht, der begrenzten und unterschiedli­ chen Lebensdauer der einzelnen Überspannungsschutzelemente gerecht zu werden und in einfacher Weise das jeweils gewünschte Schutzverhalten, also eine Anpassung unter optimalen Gesichtspunkten an verschiedenartige Installa­ tionsbedingungen mit Überspannungsproblemen, zu verwirklichen.

Das erfindungsgemäße Überspannungsschutzsystem, bei dem die zuvor hergelei­ tete und dargelegte Aufgabe gelöst ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmegehäuse mit Anschlußklemmen versehen sind, daß die Anschlußklemmen jeweils einen seitlich zugänglichen, in einer Ausnehmung des Aufnahmegehäu­ ses angeordneten Anschlußkörper und jeweils eine von oben zugängliche, in einer weiteren Ausnehmung des Aufnahmegehäuses angeordnete Klemmschraube aufweisen und daß die Aufnahmegehäuse oberhalb der Ausnehmungen für die An­ schlußkörper der Anschlußklemmen - vorzugsweise beidseitig - einen eine Ver­ bindungsbrücke aufnehmenden Verbindungsschlitz aufweisen, so daß die An­ schlußklemmen ein gleichzeitiges Klemmen eines Anschlußleiters und einer Verbindungsbrücke ermöglichen.

Erfindungsgemäß ist also ein modular aufge­ bautes bzw. aufbaubares Überspannungsschutzsystem realisiert, das baukasten­ förmig - bedarfsgerecht - aufgebaut und - funktionsgerecht - realisiert wer­ den kann. Eine fertigungstechnisch einfache - und damit auch wirtschaftliche - Realisierung ist dadurch gegeben, daß serienmäßig gleichsam Überspannungs­ schutzmodule hergestellt werden können, - einerseits mit unterschiedlichen Überspannungsschutzelementen, also Funkenstrecken, Induktivitäten, Wider­ stände und Varistoren, andererseits mit unterschiedlichen elektrischen Para­ metern. Der begrenzten und unterschiedlichen Lebensdauer der einzelnen Überspannungsschutzelemente kann man dadurch gerecht werden, daß aus einem Über­ spannungsschtutzsystem jeweils nur das Überspannungsschutzmodul mit dem de­ fekten Überspannungsschutzelement ausgewechselt wird. Schließlich kann auch in einfacher Weise das gewünschte Schutzverhalten, also die Anpassung unter optimalen Gesichtspunkten an verschiedenartige Installationsbedingungen mit Überspannungsproblemen, verwirklicht werden, nämlich dadurch, daß unter­ schiedliche Überspannungsschutzmodule zu dem jeweils gewünschten Überspannungs­ schutzsystem zusammengefügt werden. Dadurch, daß bei dem erfindungsgemäßen Überspannungsschutzsystem die Anschlußklemmen ein gleichzeitiges Klemmen eines Anschlußleiters und einer Verbindungsbrücke ermöglichen, ist die Mög­ lichkeit gegeben, einerseits externe Anschlußleiter anzuschließen, anderer­ seits die einzelnen Überspannungsschutzelemente intern zu einem Überspan­ nungsschutzelement zu verbinden.

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

Fig. 1 systematisch, verschiedene Überspannungsschutzelemente, nämlich, von links nach rechts, eine Funkenstrecke, eine Induktivität, ein Widerstand und ein Varistor,

Fig. 2 ein Überspannungsschutzsystem mit zwei Überspannungsschutzelemen­ ten, nämlich mit einer Funkenstrecke und einem Varistor,

Fig. 3 ein Überspannungsschutzsystem mit vier Überspannungsschutzelemen­ ten, nämlich mit einer Funkenstrecke, zwei Induktivitäten und einem Varistor,

Fig. 4 ein Überspannungsschutzsystem mit wiederum vier Überspannungsschutz­ elementen, nämlich mit zwei Induktivitäten und zwei Varistoren,

Fig. 5 ein Überspannungsschutzmodul mit einer Funkenstrecke,

Fig. 6 ein Überspannungsschutzmodul mit einem Varistor,

Fig. 7 ein Überspannungsschutzmodul mit zwei Induktivitäten,

Fig. 8 ein aus acht Überspannungsschutzmodulen zusammengesetztes Über­ spannungsschutzsystem, vier Funkenstrecken und vier Varistoren,

Fig. 9 ein aus drei Überspannungsschutzmodulen bestehendes Überspan­ nungsschutzsystem, entsprechend Fig. 3,

Fig. 10 einen Schnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform eines Über­ spannungsschutzmoduls, jedoch ohne Überspannungsschutzelemente, und

Fig. 11 eine Draufsicht auf den Gegenstand nach Fig. 10, jedoch ohne das Oberteil.

Das in den Figuren dargestellte und mit den Figuren erläuterte erfindungsge­ mäße Überspannungsschutzsystem weist mindestens zwei Überspannungsschutzele­ mente 1 auf. Als Überspannungsschutzelemente kommen, wie in Fig. 1 schema­ tisch dargestellt, Funkenstrecken 1a, Induktivitäten 1b, Widerstände 1c und Varistoren 1d in Betracht.

In den Fig. 2, 3 und 4 sind schematisch verschiedene Überspannungsschutzsy­ steme dargestellt, und zwar in Fig. 2 ein Überspannungsschutzsystem mit zwei Überspannungsschutzelementen 1, nämlich mit einer Funkenstrecke 1a und einem Varistor 1d, in Fig. 3 ein Überspannungsschutzsystem mit vier Überspannungs­ schutzelementen 1, nämlich einer Funkenstrecke 1a, zwei Induktivitäten 1b und einem Varistor 1d, und in Fig. 4 ein Überspannungsschutzsystem mit wiederum vier Überspannungsschutzelementen 1, nämlich mit zwei Induktivitä­ ten 1b und zwei Varistoren 1d.

Wie nun in einer Zusammenschau die Fig. 1 bis 9 zeigen, gilt für das erfin­ dungsgemäße Überspannungsschutzsystem, daß jedes Überspannungsschutzelement 1 in einem separaten, mit Anschlußklemmen 2 versehenen Aufnahmegehäuse 3 ange­ ordnet ist, alle Aufnahmegehäuse 3 - zumindest im wesentlichen - die glei­ chen Hüllmaße haben und die einzelnen Überspannungsschutzelemente 1 über die Anschlußklemmen 2 der Aufnahmegehäuse 3 miteinander verbindbar bzw. verbun­ den sind. Vorzugsweise haben dabei die Aufnahmegehäuse 3 Hüllmaße, die sich an der DIN 43380 "Installationseinbaugerät, Hüllmaße und zugehörige Einbau­ maße" orientieren.

In den Fig. 5, 6 und 7 ist im übrigen nur angedeutet, daß die Aufnahmegehäuse 3 jeweils mit einem Montagefuß 4 zur Montage auf - nicht dargestellte - Trag­ schienen versehen sind; vorzugsweise ist der Montagefuß 4 so ausgeführt, daß damit die Aufnahmegehäuse 3 auf Tragschienen nach DIN 50 022, DIN 50 035 und/oder DIN 50 045 reihenweise montiert werden können. Daß die einzelnen Aufnahmegehäuse 3 - und die aus den Überspannungsschutzelementen 1, den An­ schlußklemmen 2 und den Aufnahmegehäusen 3 bestehenden Überspannungsschutz­ module - aneinanderreihbar und, vorzugsweise mit Hilfe einer Tragschiene, durch Aneinanderreihen zu einem erfindungsgemäßen Überspannungsschutzsystem zusammengefügt werden, kann den Fig. 8 und 9 entnommen werden.

Wie die Fig. 5 bis 7 zeigen, weisen die Anschlußklemmen 2 der zu einem er­ findungsgemäßen Überspannungsschutzsystem gehörenden Überspannungsschutz­ module jeweils einen seitlich zugänglichen, in einer Ausnehmung 5 des Auf­ nahmegehäuses 3 angeordneten Anschlußkörper 6 und jeweils eine von oben zu­ gängliche, in einer weiteren Ausnehmung 7 des Aufnahmegehäuses 3 angeordnete Klemmschraube 8 auf. Dabei ermöglichen die Anschlußklemmen 2 ein gleichzei­ tiges Klemmen eines Anschlußleiters 9 und einer Verbindungsbrücke 10; die Anschlußleiter 9 und die Verbindungsbrücken 10 sind in den Fig. 8 und 9 dar­ gestellt. Das gleichzeitige Klemmen eines Anschlußleiters 9 und einer Verbin­ dungsbrücke 10 kann insbesondere dadurch realisiert sein, daß die Anschluß­ klemmen 2 der Aufnahmegehäuse 3 als sog. Rahmenklemmen ausgeführt sind. Sol­ che Rahmenklemmen sind für sich im Stand der Technik bekannt, wozu auf die DE 21 07 218 C3 und auf die DE 31 37 117 C2 erwiesen wird. Der Offenbarungs­ gehalt der DE 21 07 218 C3 und der DE 31 37 117 C2 wird hier ausdrücklich zum Offenbarungsgehalt in bezug auf das erfindungsgemäße Überspannungsschutz­ system gemacht.

Den Fig. 5 bis 7 kann entnommen werden, daß die Aufnahmegehäuse 3 oberhalb der Ausnehmungen 7 für die Anschlußkörper 6 der Anschlußklemmen 2 - in den dargestellten Ausführungsbeispielen beidseitig - einen die Verbindungsbrücke 10 aufnehmenden Verbindungsschlitz 11 aufweisen.

Besondere Bedeutung kommt einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung zu, die in Ver­ bindung mit den Fig. 5 bis 7 einerseits, 8 und 9 andererseits erkennbar wird und darin besteht, daß die Aufnahmegehäuse 3 - in Reihungsrichtung gesehen - die Tiefe T (Fig. 6) oder die Tiefe 2×T (Fig. 5 und 7) aufweisen. In Ver­ bindung damit ist von Bedeutung, daß bei einem Aufnahmegehäuse 3 mit der Tiefe T (Fig. 6) die Anschlußklemmen 2 mittig, bei einem Aufnahmegehäuse 3 mit der Tiefe 2×T (Fig. 5 und 7) die Anschlußklemme 2 symmetrisch und mit einem Abstand entsprechend der Tiefe T angeordnet sind. Das gibt die - in den Fig. 8 und 9 erkennbare - Möglichkeit, mit vollständig regelmäßig ge­ stalteten Verbindungsbrücken 10 zu arbeiten.

Schließlich kann noch den Fig. 6 sowie 8 und 9 entnommen werden, daß die Auf­ nahmegehäuse 3 - im dargestellten Ausführungsbeispiel nur auf einer Seite - zusätzlich Hilfsanschlußklemmen 12 aufweisen, die z. B. für einen Fernmelde­ kontakt verwendet werden können.

Fig. 8 zeigt ein erfindungsgemäßes Überspannungsschutzsystem für ein 3phasiges Energieversorgungsnetz. Hier ist für jeden Anschlußleiter 9 - L1-Anschlußlei­ ter 9a, L2-Anschlußleiter 9b, L3-Anschlußleiter 9c und N-Anschlußleiter 9d - ein Überspannungsschutzsystem mit zwei Überspannungsschutzelementen verwirk­ licht, nämlich mit einer Funkenstrecke 1a und einem Varistor 1d. Der Über­ spannungsschutz erfolgt gegenüber dem Schutzleiter, also dem PE-Anschlußlei­ ter 9e, so daß alle Überspannungsschutzmodule auf der Anschlußseite des PE- Anschlußleiters 9e über eine durchgehende Verbindungsbrücke 10 miteinander verbunden sind.

Das in Fig. 9 dargestellte Überspannungsschutzsystem ist die erfindungsgemäße Realisierung des in Fig. 3 schematisch dargestellten Überspannungsschutzsystems.

In den Fig. 10 und 11 ist nun ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Über­ spannungsschutzelements 1 für das erfindungsgemäße Überspannungsschutzsystem im konstruktiven Detail dargestellt.

Die Fig. 10 zeigt zunächst, daß das Aufnahmegehäuse 3 zweiteilig ausgeführt ist, nämlich aus einem Unterteil 13 und einem Oberteil 14 besteht. Dabei sind das Unterteil 13 und das Oberteil 14 des Aufnahmegehäuses 3 durch zwei innen­ liegende Schrauben 15, von denen nur eine dargestellt ist, verbunden.

Die Fig. 10 und 11 zeigen auch insoweit ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Überspannungsschutzelements 1 des erfindungsgemäßen Überspannungs­ schutzsystems, als der - der Aufnahme der Verbindungsbrücke 10 dienende - Verbindungsschlitz 11 des Aufnahmegehäuses 2 endseitig eine Eingriffserwei­ terung 16 aufweist und die Verbindungsbrücke 10 einseitig mit einer der Eingriffserweiterung 16 des Aufnahmegehäuses 3 angepaßten Ausdrückkante 17 versehen ist. Im übrigen ist die Verbindungsbrücke 10 an ihrer Außenseite isoliert, nämlich mit einem U-förmigen Isolierstreifen 18 versehen, an dem die Ausdrückkante 17 verwirklicht ist.

Aus den Fig. 10 und 11, insbesondere aus Fig. 10, kann man ohne weiteres entnehmen, daß hier eine besonders gute Handhabbarkeit der Verbindungs­ brücke 10 realisiert ist. Die Verbindungsbrücke 10 kann nämlich so weit in die Verbindungsschlitze 11 der Aufnahmegehäuse 3 eingeführt werden, daß sie, mit ihrem Isolierstreifen 18, bündig mit den Außenkanten der Aufnahmegehäuse 3 abschließt. Die am Aufnahmegehäuse 3 verwirklichte Eingriffserweiterung 16 erlaubt es, beispielsweise mit einem die Ausdrückkante 17 der Verbindungs­ brücke 10 hintergreifenden Schraubendreher, bei Bedarf die Verbindungsbrücke 10 zu entfernen. Der an der Verbindungsbrücke 10 verwirklichte Isolierstreifen 18 dient natürlich dem Berührungsschutz.

Claims (12)

1. Überspannungsschutzsystem mit mindestens zwei Überspannungsschutzelementen, wobei jedes Überspannungsschutzelement in einem separaten Aufnahmegehäuse an­ geordnet ist und alle Aufnahmegehäuse die gleichen Hüllmaße haben, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmegehäuse (3) mit Anschlußklemmen (2) versehen sind, daß die Anschlußklemmen (2) jeweils einen seitlich zugänglichen, in einer Ausnehmung (5) des Aufnahmegehäuses (3) angeordneten Anschlußkörper (6) und jeweils eine von oben zugängliche, in einer weiteren Ausnehmung (7) des Aufnahmegehäuses (3) angeordnete Klemmschraube (8) aufweisen und daß die Aufnahmegehäuse (3) oberhalb der Ausnehmungen (5) für die Anschlußkörper (6) der Anschlußklemmen (2) - vorzugsweise beidseitig - einen eine Verbindungs­ brücke (10) aufnehmenden Verbindungsschlitz (11) aufweisen, so daß die An­ schlußklemmen (2) ein gleichzeitiges Klemmen eines Anschlußleiters (9) und einer Verbindungsbrücke (10) ermöglichen.

2. Überspannungsschutzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmegehäuse (3) Hüllmaße haben, die sich an der DIN 43 880 "Installations­ einbaugerät, Hüllmaße und zugehörige Einbaumaße" orientieren.

3. Überspannungsschutzsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmegehäuse (3) jeweils mit einem Montagefuß (4) zur Montage auf Tragschienen, vorzugsweise auf Tragschienen nach DIN 50 022, DIN 50 035 und/oder DIN 50 045, versehen sind.

4. Überspannungsschutzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Anschlußklemmen (2) der Aufnahmegehäuse (3) als sog. Rahmenklemmen ausgeführt sind.

5. Überspannungsschutzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Aufnahmegehäuse (3) - in Reihungsrichtung gesehen - die Tiefe T oder die Tiefe 2×T aufweisen.

6. Überspannungsschutzsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Aufnahmegehäuse (3) mit der Tiefe T die Anschlußklemmen (2) mittig, bei einem Aufnahmegehäuse (3) mit der Tiefe 2×T die Anschlußklemmen (2) symmetrisch und mit einem Abstand entsprechend der Tiefe T angeordnet sind.

7. Überspannungsschutzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Aufnahmegehäuse (3) - auf einer Seite oder auf beiden Seiten - zusätzlich Hilfsanschlußklemmen (12) aufweisen.

8. Überspannungsschutzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Aufnahmegehäuse (3) zweiteilig ausgeführt sind, näm­ lich aus einem Unterteil (13) und aus einem Oberteil (14) bestehen.

9. Überspannungsschutzsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterteil (13) und das Oberteil (14) des Aufnahmegehäuses (3) durch minde­ stens eine, vorzugsweise innenliegende Schraube (15) miteinander verbunden sind.

10. Überspannungsschutzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der - der Aufnahme der Verbindungsbrücke (10) dienende - Verbindungsschlitz (11) des Aufnahmegehäuses (3) zumindest einseitig eine Eingriffserweiterung (16) aufweist.

11. Überspannungsschutzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verbindungsbrücke (10) zumindest einseitig eine - vor­ zugsweise der Eingriffserweiterung (16) des Aufnahmegehäuses (3) angepaßte - Ausdrückkante (17) aufweist.

12. Überspannungsschutzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verbindungsbrücke (10) an ihrer Außenseite isoliert ist, vorzugsweise einen U-förmigen Isolierstreifen aufweist.