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Überspannilngsableiter In dem Hauptpatent 641 133 ist ein überspannungsableiter
angegeben, bei dem die überspannungsenergie durch viele parallele Lichtbögen in
engen, von Isoliermittel umgebenen Kanälen abgeleitet wird. Als solche dienen zweckmäßig
die Poren eines porösen Körpers aus Isoliermaterial.
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Die Exfindung hat besondere Ausführungsmöglichkeiten solcher Ableiter
und ein Verfahren zur Herstellung ihrer als Sicherungselemente dienenden Widerstandskörper
zum Gegenstand. Exfindungsgemäß besteht der als Ableiter wirksame zusammengebrannte
Widerstandskörper aus Schichten, -und zwar derart, daß Schichten aus vorgeformtem
Material abwechselnd mit Schichten aus einem Material, dessen Ohmwert höher ist
als derjenige des vorgeformten Materials und der vor dem Brennen pulverförmig ist.
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An Hand der Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden. Fig.
1 zeigt ein überspannungsableiterelement 6, dessen Isoliermantel 18 zum Teil entfernt
ist. Das Ableiterelement 6 besteht aus einem mehrschichtigen, hochohmigen, festen
Körper. In diesem wechseln vorgeformte Scheiben 7 aus,Widerstandsmaterial mit Schichten
8 aus einem pulverförmigen, hochohmigeren Material ab. Das Ganze ist zu einer festen
Masse zusammengebrannt.
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Die geformten Scheiben 7 sind etwa 3 mm dick und haben einen Durchmesser
von etwa 5 ,cm. Sie sind z. B. wie folgt zusammengesetzt: 70 % Carborundum, 7 %
Klingenberg-Ton, 23 % Caolin.
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Das Carborundum wird als feines Pulver verwendet und hat eine derartige
Körnung, daß 9o bis 980% davon durch ein 27omaschiges Sieb (amerikanisches Maßsystem)
hindurchgehen. Die genannten Bestandteile werden zuerst trocken und dann feucht
gemischt. Diese Mischung wird gemahlen und nachher in Formen zu Scheiben gepreßt.
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Die noch feuchten Scheiben 7 werden auf einem Tisch ausgelegt, und
auf sie wird eine trockene Mischung von 8o % pulverförmigem, gebranntem Ton und
2o % pulverförmigem Carborundum gleicher Art rufgesiebt, so daß die Scheiben 7 mit
einer Pulverschicht 8 von etwa 3/4mm Stärke bedeckt sind. Der gebrannte
Ton
wird durch Erhitzen von Caolinton auf etwa i3oo°C (Segerkegel9) in einem Brennofen
hergestellt.
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Die mit Pulver überzogenen Scheiben werden dann in Säulen aufgestapelt.
Zweckmäßigerweise wird eine Säule aus sechs solchen überzogenen Scheiben zu einem
Ableiterelement zusammengesetzt, das durch eine einfache Scheibe ohne Pulver abgedeckt
wird (Fig. i).
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Die so hergestellten Stapel werden dann zu mehreren unter Einfügung
von Graphitscheiben 12 aneinandergereiht in einen Kanal io einer Kohlenstoffmuffel
i i (vgl. Fig. 3) eingesetzt. Die Zwischenscheiben 12 sollen verhüten, daß die Stapel
in der Muffel i i zusammenbacken. Die Muffel i i wird nach der Beschickung durch
Deckel 14 fest verschlossen, die gegen die eingefüllten Stapel gepreßt werden, so
daß diese unter starkem Druck stehen.
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Die gefüllten Muffeln werden in einem Ofen bis zu einer Höchsttemperatur
von i36o°C erhitzt und zu diesem Zwecke etwa 13 Stunden lang durch den Ofen hindurchgeführt,
wovon etwa 2 Stunden auf die Erhitzung in der heißesten Ofenzone verwendet werden.
Wenn die Ableiterelemente danach aus der Muffel genommen werden, sind sie durch
Hitze und Druck zu einer festen, zusammenhängenden Masse verschmolzen. Der geschichtete
Block, wie er aus der Muffel kommt, ist ein schwarem Körper, der aber höchstens
eine Spur von Kohlenstoff enthält, die er aus der Muffel aufgenommen haben kann.
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Nach diesem Erhitzungsprozeß werden die Stirnflächen des Stapels mit
einer Kupferschicht 16 (vgl. Fig. i), beispielsweise auf elektrolytischem Wege,
überzogen, wobei ein Rand von etwa 3 mm Breite unbedeckt bleibt, um zu verhüten,
daß das Kupfer an die Mantelfläche des Ableiterelementes kommt. Der Kupferüberzug
wird vorgesehen, um den Kontaktwiderstand zu vermindern und die Lebensdauer des
überspannungsableiters nach Möglichkeit zu verlängern. Die Mantelfläche jedes Ableiterelementes
wird mit einer Isolierschicht 18 bedeckt, um einen überschlag längs der Seitenwand
des Elementes zu verhindern.
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Eine siebenscheibige Säule, die in der beschriebenen Weise vorbereitet
ist, bestehend aus Scheiben 7 von etwa je 3 mm Stärke und Zwischenlagen 8, die während
des Brennprozesses zusammengeschrumpft sind, hat eine Gesamthöhe von etwa 25 mm
und einen Durchmesser von etwa 5o mm. Eine solche Säule hat eine maximale Brennspannung
von etwa io ooo Volt und eine Löschspannung von etwa q.000 Volt. Der Reststrom hat
nur die Größenordnung von Milliampere, besonders dann, wenn der Ableiter rein und
in gutem Zustande ist. Die Zündspannung beträgt gewöhnlich etwa gooo Volt. Ein solches
ü berspannungsableiterelement kann mit Sicherheit wiederholte Entladungen von über
iooo Ampere aushalten, ohne daß seine Lebensdauer beeinträchtigt wird.
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Eine charakteristische Volt-Ampere-Kurve, welche die Wirkungsweise
des überspannungsableiters während der Entladung zeigt, ist in Fig. 2 dargestellt.
Die maximale Brennspannung ist mit E":",, bezeichnet, die Zündspannung mit E'z,
die Löschspannung mit EL. Der Höchstwert der betriebsmäßigen Spannung am Ableiter
zuzeiten, wenn keine Überspannung vorhanden ist, ist durch die gestrichelte Linie
in Fig.2 angedeutet.
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Ein zusammengeschmolzener Stapel von Scheiben, wie er im vorstehenden
beschrieben wurde, ergibt einen sehr guten überspannungsschutz und zeichnet sich
darüber hinaus durch hohe Lebensdauer aus. Wie angestellte Versuche ergaben, haben
die Schichten 8, die aus verhältnismäßig lose gepreßtem, pulverförmigem Material
mit hohem Tongehalt bestehen, eine steil abfallende Volt-Ampere-Charakteristik mit
einem sehr scharf ausgeprägten Löschpunkt, wogegen die geformten Scheiben 7, welche
aus einer Mischung mit hohem Carborundumgehalt bestehen, eine deutlich ansteigende
Volt-Ampere-Charakteristik mit einem verhältnismäßig wenig ausgeprägten Löschpunkt
haben. Die beiden Stoffe ergänzen sich also gegenseitig. Die Schichtung von verschiedenartigen,
hochohmigen, porösen Entladematerialien sorgt dafür, daß die Entladungen gut auf
die Poren verteilt werden, und dient auch dazu, den Zusammenhang der Randwirkungen
zu unterbrechen, so daß Überschläge an der Oberfläche des Ableiters verhindert werden:.
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Das Ableiterelernent, das in der beschriebenen Weise hergestellt worden
ist, wird, wie Fig. q. darstellt, in einem Porzellangehäuse 2o untergebracht, vorzugsweise
einem solchen mit einem leicht nachgebenden Boden 21. Dieser Boden hat bei 22 eine
so dünne Wandung, daß er bei Fehlern im Ableiter und bei überhitzen bricht und herausfällt,
wodurch die Zuleitung des überspannungsableiters zur Erde unterbrochen und der Ableiter
außer Betrieb gesetzt wird.
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Beim Versand der hier beschriebenen Ableiter haben sieh wegen des
Schleuderns uni Stoßens des Widerstandselementes Schwierigkeiten ergeben. Um diese
zu überwinden, wird erfindungsgemäß das Ableiterelement in ein geeignetes Isolierwachs
23 eingebettet, das in heißem Zustande eingegossen wird, so daß es bis zum oberen
Rande des Ableiterelementes kommt und dadurch dessen Bewegung und
Beschädigung
während des Versandes verhindert. Gleichzeitig dient das Wachs auch als eine wirksame
Isolation.
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Wie aus Fig. ¢ zu ersehen ist, liegt in Serie mit dem Ableiter eine
Funkenstrecke 2q., die dazu dient, den Ableiter von der Leitung selbst zu trennen.
Diese Funkenstrecke verhindert das dauernde Fließen des Reststromes nach dem Arbeiten
des Ableiters.
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Eine weitere Ausführungsform eines Ableiterelementes ist in Fig. 5
dargestellt. Hier besteht das Ableiterelement aus einer dicken, vorgeformten, porösen
Scheibe 3o, die im ungebrannten Zustande etwa eine Stärke von i o mm hat. Sie ist
aus denselben Bestandteilen zusammengesetzt wie die trockene, pulverförmige Mischung,
die die oben beschriebenen dünnen verschmolzenen Zwischenlagen 8 bildet. Nur. wird
diese Mischung bei der Herstellung des porösen Blockes 3o mit Wasser angemacht.
Im übrigen wird der Block 3o in derselben Weise geformt wie die Scheiben 7. Auf
beiden Enden des Blockes 30 ist eine der schon für die Ausführung gemäß Fig.
i beschriebenen porösen Scheiben 7 angeordnet. Diese Scheiben sind von dem porösen
Blöck 3o durch Zwischenlagen 31 getrennt, die aus einer trockenen Mischung von 6o
% Caolin und 40 0/0 pulverförmigem Carborundum bestehen, die unmittelbar nach dem
Formen ,auf die feuchte Oberfläche der Scheiben 7 aufgebracht sind. Das Ganze wird
unter Druck erhitzt, an den Stirnflächen verkupfert und mit einer Isolierhülle versehen,
in ähnlicher Weise, wie es schon für die erste Ausführungsform beschrieben worden
ist.