DE69503743T2

DE69503743T2 - Schutzvorrichtung gegen transiente Überspannungen mit Varistoren und thermischen Auslösern

Info

Publication number: DE69503743T2
Application number: DE69503743T
Authority: DE
Inventors: Guy F-65200 Bagneres De Bigorre Lafon; Alain F-65140 Rabastens De Bigorre Lagnoux
Original assignee: SOULE MATERIEL ELECTR
Current assignee: SOULE MATERIEL ELECTR
Priority date: 1994-12-05
Filing date: 1995-12-04
Publication date: 1999-03-25
Anticipated expiration: 2015-12-05
Also published as: FR2727806A1; EP0716493A1; EP0716493B1; DE69503743D1; FR2727806B1; ATE169155T1

Description

Die vorliegenden Erfindung betrifft das Gebiet der Einrichtungen zum Schutz von elektronischen und/oder elektrotechnischen Geräten gegen vorübergehende elektrische Überspannungen.
Genauer betrifft die vorliegende Erfindung das Gebiet der Schutzvorrichtungen auf Varistorbasis.
Es wurden bereits zahlreiche Vorrichtungen zum Schutz gegen das Auftreten von vorübergehenden Überspannungen vorgeschlagen, die wenigstens einen Varistor aufweisen.
Die Anmelderin hat insbesondere seit vielen Jahren Schutzvorrichtungen vorgeschlagen, welche zwei Varistoren aufweisen, die zwischen den zu schützenden Leitungen parallel geschaltet sind, wobei jeweils thermische Auslöse-Unterbrecher zwischengeschaltet sind, die gegen die Alterung des jeweils zugehörigen Varistors empfindlich sind.
Solche Vorrichtungen haben den Vorteil, daß sie einen wirksamen Schutz aufrechterhalten, weil der zweite Varistor vorhanden ist, und zwar auch in dem Fall, daß einer der Varistoren am Ende seiner Lebensdauer ankommt.
Die vorliegende Erfindung hat dennoch zur Aufgaben, die bekannten Schutzvorrichtungen dieser Art zu verbessern.
Eine wichtige Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist insbesondere, verbesserte Mittel vorzuschlagen, die es ermöglichen, den Zustand der Varistoren, welche die Schutzvorrichtung bilden, zu visualisieren.
Diese Aufgaben werden von der vorliegenden Erfindung mit einer Vorrichtung zum Schutz gegen das Auftreten von vorübergehenden Überspannungen erreicht, die wenigstens zwei Varistoren, Trennmittel, die gegen den Zustand dieser Varistoren empfindlich sind und jeden Varistor an seinem Lebensende einzeln abtrennen können, und mechanische Mittel zum Visualisieren des Zustandes der Varistoren, die funktionell mit den Trennmitteln verbunden sind, um durch diese betätigt zu werden, aufweist.
Gemäß eines weiteren vorteilhaften Merkmals der vorliegenden Erfindung können die mechanischen Visualisierungsmittel die Fälle unterscheiden, daß (1) die beiden Varistoren in Betrieb sind, (2) einer der beiden Varistoren abgetrennt ist, und (3) beide Varistoren abgetrennt sind.
Gemäß eines weiteren vorteilhaften Merkmals der Erfindung weisen die mechanischen Visualisierungsmittel einen Läufer auf, der von den Trennzungen zweier parallel montierter Varistoren betätigt wird, wobei der Läufer zwei Stufen mit Mitnehmerfingern aufweist, von denen die einen starr und die anderen flexibel sind, um eine Trennzunge elastisch zu passieren.
Gemäß eines weiteren vorteilhaften Merkmals der vorliegenden Erfindung umfassen die mechanischen Visualisierungsmittel einen Visualisierungsschieber, der von dem Steuerläufer betätigt wird.
Gemäß eines weiteren vorteilhaften Merkmals der vorliegenden Erfindung weist die Vorrichtung ferner Mittel zum Fernsignalisieren der Abtrennung wenigstens eines der Transistoren auf.
Weitere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Lektüre der folgenden detaillierten Beschreibung in bezug auf die Zeichnungen, welche Ausführungsbeispiele wiedergeben. In den Figuren zeigt:
Fig. 1 das elektrische Schaltbild einer Schutzvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2-4 zeigen elektrischen Schaltbilder, die dem Fall entsprechen, daß einer oder beide Varistoren fehlen;
Fig. 5 ist eine perspektivische Darstellung eines Schutzmoduls mit einem Varistor gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung desselben Schutzmoduls mit einem Varistor;
Fig. 7 zeigt eine Anordnung von zwei Schutzmodulen mit je einem Varistor, die zu einem Paar zusammengefaßt sind, um eine Schutzzelle gemäß der vorliegenden Erfindung zu bilden;
Fig. 8 zeigt vier Schutzmodule gemäß der vorliegenden Erfindung, die auf einem gemeinsamen Träger zusammengefaßt sind, der eine gedruckte Schaltung bildet, um ein dreiphasiges Netz zu schützen;
Fig. 9 zeigt eine perspektivische Darstellung einer mechanischen Visualisierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; .
Fig. 10, 11 und 12 zeigen drei Draufsichten dieser mechanischen Visualisierungsvorrichtung in drei aufeinanderfolgenden Stadien ihres Betriebs;
Fig. 13 zeigt eine andere Ansicht derselben mechanischen Visualisierungsvorrichtung entlang einer Senkrechten zu den Fig. 10 bis 12;
Fig. 14 zeigt eine perspektivische Darstellung einer mechanischen Visualisierungsvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 15 zeigt eine Detailansicht derselben Vorrichtung, in der man das Zusammenwirken einer Trennzunge und eines Visualisierungsläufers sieht; und
Fig. 16-18 zeigen drei Draufsichten auf diese mechanischen Visualisierungsvorrichtungen in drei aufeinanderfolgenden Stadien ihres Betriebs.
Wie bereits erwähnt, umfaßt die Schutzvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wenigstens zwei Varistoren 100a, 100b, Trennmittel 200a, 200b; die gegen den Zustand dieser Varistoren 100a, 100b empfindlich sind und jeden Varistor 100a, 100b an seinem Lebensende einzeln abtrennen können, und mechanische Mittel 300 zum Visualisieren des Zustands der Varistoren 100a, 100b, die funktionell mit den Trennmitteln 200a, 200b verbunden sind, um durch diese betätigt zu werden.
Genauer gesagt sind die beiden Varistoren 100a und 100b vorzugsweise jeweils über thermische Unterbrecher 220a, 200b zwischen den zu schützenden Leitungen 1, 2 parallel geschaltet, wie man in Fig. 1 sieht. Diese Leitungen 1 und 2 können z. B. bei einem einphasigen Netz einem Phasenleiter und einem Neutralleiter oder Masseleiter entsprechen, oder sie können auch einem Neutralleiter und einem Masseleiter entsprechen.
Die thermischen Unterbrecher 200a und 200b sind jeweils mit einem der beiden Varistoren 100a und 100b derart in thermischem Kontakt, daß die interne Erwärmung der Varistoren 100a und 100b, die an ihrem Lebensende erzeugt wird, das Öffnen der Unterbrecher mit sich bringt.
Wie man in Fig. 1 sieht, sind die beiden Varistoren 100a und 100b am Anfang in Betrieb und schützen die mit den Leitungen 1 und 2 verbundenen Geräte.
Wenn einer der beiden Varistoren 100a und 100b an sein Lebensende kommt, bewirkt seine Erwärmung das Öffnen des zugehörigen Unterbrechers 200a oder 200b. Dann bleiben die Geräte durch den anderen Varistor 100b oder 100a geschützt, wie man in Fig. 2 oder in Fig. 3 sieht.
In der Praxis sind die heute hergestellten Varistoren ausreichend unterschiedlich, um sicherzustellen, daß die beiden Varistoren 100a und 100b ihr Lebensende nicht gleichzeitig erreichen.
Wenn die beiden Varistoren 100a und 100b ihre Lebensende doch gleichzeitig erreichen, werden beide Leitungen 1 und 2 unterbrochen, wie in Fig. 4 gezeigt.
Jede Schutzzelle 10 umfaßt zwei Varistoren 100a und 100b, wie in Fig. 7 gezeigt, und ist vorzugsweise aus zwei identischen Modulen 50 aufgebaut, die jeweils einen Varistor 100 enthalten, wie in den Fig. 5 und 6 gezeigt.
Genauer gesagt wird jedes Modul 50 vorzugsweise aus einem Stützsockel 60 aus einem elektrisch isolierenden Material, einem Varistor 100, zwei elektrisch leitenden Verbindungszungen 90 und einem thermischen Unterbrecher 200 aufgebaut.
Der Stützsockel 60 kann Gegenstand zahlreicher Ausführungsformen sein. Vorzugsweise wird er in einem Stück aus Kunststoff geformt oder gegossen.
Bei der bevorzugten Ausführungsform, die in den Figuren dargestellt ist, umfaßt jeder Stützsockel 60 eine ebene Wand 62 und eine Fußplatte 70.
Die Wand 62 hat vorzugsweise eine im wesentlichen trapezförmige Kontur auf. Diese Wand 62 kann die elektrische Trennung der Zungen 90 der beiden Module 50 sicherstellen, die wie in den Fig. 7 und 8 gezeigt nebeneinander gestapelt sind, und sie kann somit die elektrische Trennung des Varistorstapels sicherstellen.
Die Fußplatte 70 ist einstückig mit dem Fuß der Wand 62 ausgebildet und steht von dieser seitlich vor. Die Fußplatte 70 hat vorzugsweise grundsätzlich die Form eines Parallelflachs.
Die Oberseite 71 der Fußplatte 70 weist vorzugsweise mehrere Stützflächen 72, 73 auf, die Varistoren 100 mit unterschiedlicher Geometrie aufnehmen können. Bei der in den Figuren gezeigten Ausführungsformen umfaßt die Oberseite 71 ferner eine erste zentrale Stützfläche 72, die aus einer zylindrischen Kalotte gebildet ist und einen Varistor 100 aufnehmen kann, der aus einer Zylinderscheibe besteht, sowie eine zweite Stützfläche 73, welche die erste einrahmt und einen Varistor 100 aufnehmen kann, der aus einer Platte mit im wesentlichen viereckigem Umfang und abgerundeten Ecken besteht.
Diese Varistoren 100 in Form von Scheiben oder Platten sind an der Wand 62 angebracht, wobei ihre Achse 101 senkrecht zu dieser Wand 62 verläuft und auf dieser im wesentlichen zentriert ist.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Stützsockel 60 z. B. nach Wahl runde Varistoren mit einem Durchmesser von 20 mm, 25 mm, 32 mm oder 40 mm, oder quadratische Varistoren mit einer Seitenlänge von 34 mm aufnehmen, und dies für alle Spannungen zwischen 275 V und 420 V einschließlich.
Die beiden Verbindungszungen 90 sind vorzugsweise identisch. Sie sind jeweils zu beiden Seiten des zugehörigen Varistors angeordnet und klemmen diesen zwischen sich ein (Sandwichstruktur). Jedes Modul 50 umfaßt somit entlang seiner Dicke nacheinander die Wand 62, eine erste Verbindungszunge 90, einen Varistor 100 und die zweite Verbindungszunge 90.
Bei der bevorzugten Ausführungsform, die in den Figuren dargestellt ist, ist jede Zunge 90 vorzugsweise durch Schneiden und Stanzen aus einer elektrische leitenden Metallplatte herge stellt. Sie umfaßt einen ebenen Hauptkörper 91, der einen zentralen Steg 92 trägt, welcher an einer Elektrode des Varistors 100 befestigt werden kann und durch zwei Flügel 94, 95 verlängert wird, welche sich relativ zu der Achse 101 des zentralen Stegs 92 und des Varistors 100 ungefähr diametral gegenüberliegen.
Der untere Flügel 95 kann mit seinem freien Ende, das der Zunge 92 gegenüberliegt, elektrisch angeschlossen werden, z. B. an eine gedruckte Schaltung.
Der obere Flügel 94 kann vorzugsweise an der Wand 62 in der Nähe ihrer oberen Kante befestigt werden. Dieser Flügel 94 kann an der Wand 62 z. B. mit Hilfe einer Niete 93 oder mit dem Kopf eines Ansatzes 98 befestigt werden, der beim Formen der Wand 62 hergestellt wird, oder auch mit jedem anderen äquivalenten Mittel.
Dieser Flügel 94 weist an seinem freien Ende, das außerhalb des Varistors liegt, vorzugsweise eine Verlängerung 97 auf, die um 90º geknickt ist, damit sie senkrecht zur Ebene des Körpers 91 verläuft. Diese Verlängerung 97 dient als Verbindungspunkt zum Anlöten einer Zunge 210 des Unterbrechers 200, wie im folgenden beschrieben ist.
Das Ende des Flügels 95 einer der Zungen 90 kann in einer komplementären Kammer 74 liegen, die an einer Stelle in der Nähe der Wand 62 durch die Fußplatte 70 geht und parallel zu dieser ist. Das Ende des Flügels 95 der anderen Zunge 90 kann in einem komplementären Hohlraum 75 liegen, der seitlich in der Fußplatte 70 ausgebildet ist.
Diese Enden der Flügel 95 können an der Fußplatte 70 mit jedem geeigneten Mittel befestigt werden, z. B. mit Hilfe von Nieten 76 oder Verstemmen auf dem Stützsockel 60 oder auch durch jedes andere geeignete Mittel.
Die Fußplatte 70 ist vorzugsweise mit Langlöchern 77 ausgestattet, die senkrecht zu der Wand 62 verlaufen und dazu vorgesehen sind, mehrere Module 50 zusammenzusetzen.
Jeder Unterbrecher 200 weist vorzugsweise eine Zunge 210 auf, die aus einem elastischen, elektrisch leitenden Federmetall hergestellt ist. Die Zunge 210 ist in der Ruhestellung vorzugsweise im wesentlichen eben.
Ein erstes Ende 212 der Zunge 210 ist mit einem Lötmittel 213 an der Verlängerung 97 einer der Verbindungszungen 90 unter Verwendung einer bei niedriger Temperatur schmelzbaren Legierung befestigt. Wenn diese Zunge 90 mit dem Varistor 100 in Kontakt ist, wird das Lötmittel 213 auf die Temperatur dieses Varistors gebracht. Das Lötmittel 213 ist so ausgelegt, daß es schmilzt, wenn die Temperatur des Varistors 100 an seinem Lebensende einen Grenzwert überschreitet.
Die Zunge 210 ist der Scheibe des Varistors 100 gegenüber seitlich entlang eines vertikalen Randes der Wand 62 angeordnet. Auch die thermische Trennzunge 210 liegt in derselben Ebene wie der Varistor 100, wodurch der Platzbedarf der Anordnung optimiert werden kann.
Das zweite Ende 214 der Zunge 210 ist an der Fußplatte 70 mit einem geeigneten Mittel befestigt. Dieses zweite Ende 214 der Zunge 210 ist vorzugsweise mit einem komplementären Kanal 78 in Eingriff, der in der Fußplatte 70 ausgebildet ist. Die Orientierung dieses Kanals 78 eignet sich, der Zunge 210 eine elastische oder bandagenartige Verformung zu verleihen, wie man aus dem Vergleich der Fig. 5 und 6 erkennt, wenn die Enden 212 und 214 dieser Zunge 210 jeweils auf die Verlängerung 97 gelötet und in den Kanal 78 eingesteckt sind.
Die Zunge 210 ist somit fest angeschweißt und durch ihre Eigenelastizität in Richtung einer Trennstellung der Verlängerung 97 vorgespannt, wenn das Lötmittel 213 aufreißt.
Wenn der Varistor 100 an sein Lebensende kommt, erwärmt er sich nach und nach und läßt die schmelzbare Legierung 213 schmelzen. Die Trennzunge 210 wird dann freigegeben und entfernt sich aufgrund ihrer Elastizität von der zugehörigen Zunge 90.
Die Trennzunge 210 gewährleistet ferner eine vierfache Funktion: a) im normalen Betrieb dient sie der elektrischen Verbindung des Varistors 100; b) am Lebensende eines Varistors 100 dient sie zum Abtrennen desselben und c) zum Sicherstellen der elektrischen Isolierung nach dem Abtrennen; und schließlich d) dient sie auch dem Antrieb für die Visualisierung der Störung des Varistors 100.
Das Ende 214 der Zunge 210 eignet sich auch zur Verbindung z. B. mit einer gedruckten Schaltung.
Die Zelle 50 ist zwischen den. Leitungen 1 und 2 über das Ende 214 der Trennzunge 210 und das Ende des Flügels 95 der Verbindungszunge 90 angeschlossen, die der Trennzunge 210 gegenüberliegt.
Um zwei Module 50 zu paaren, um eine Zelle 10 herzustellen, genügt es, zwei benachbarte Module an ihren Fußplatten 70 miteinander zu verbinden, wie in Fig. 7 gezeigt.
Diese zwei Module 50 können z. B. auf einer gedruckten Verbindungsschaltung parallel zueinander verlötet werden.
Man beachte, daß die beiden Verbindungszungen 210, die jeweils den Varistoren 100 ein und derselben Zelle 10 zugeordnet sind, voneinander unabhängig sind.
Wie in Fig. 8 gezeigt, kann man für den Schutz eines dreiphasigen Netzes vier Zellen 10, die jeweils zwei Module 50 umfassen, auf einer gemeinsamen gedruckten Schaltung 20 anordnen. Die jeweiligen Achsen 101 der verschiedenen Varistoren 100 sind koaxial.
Jedes Schutzmodul 50 bildet ein autonomes Schutzelement und ist unabhängig von dem Gehäuse 400, in dem es eingebaut ist.
Im folgenden ist die Struktur der Visualisierungsmittel 300 erläutert, die in den Fig. 9-13 gezeigt ist.
Diese Visualisierungsmittel 300 können einen Beobachter über den Zustand der beiden Varistoren 100 jeder Zelle 10 informieren, wobei zwischen den drei in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Fällen unterschieden wird, in denen: (a) die beiden Varistoren 100 gültig sind (Fig. 1), (b) einer der Varistoren 100 außer Betrieb ist (Fig. 2 oder 3) und, obwohl der Schutz noch immer gewährleistet ist, ist es wünschenswert, die Schutzzelle auszuwechseln, und (c) beide Varistoren 100 fehlerhaft sind ( Fig. 4), wobei in diesem Fall der Schutz nicht mehr gewährleistet ist, und es ist notwendig, die Schutzzelle auszuwechseln.
Die Visualisierungsmittel 300 wirken mit der Trennzunge 210 zusammen, genauer mit ihrem Ende 212.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, die in den Fig. 9 bis 13 dargestellt ist, umfassen die Visualisierungsmittel 300 für jede Zelle 10 einen Steuerläufer 310 und einen Visualisierungsschieber 350.
Der Läufer 310 und der Schieber 350 sind vorzugsweise als Kunststoffteile geformt. Der Schieber 350 ist vorzugsweise wenigstens teilweise aus einem Werkstoff mit roter Farbe hergestellt oder mit einer Beschichtung versehen, die in einem Oberflächenbereich, der einem Visualisierungsfenster 410 ge genüberliegt, wenigstens teilweise rot ist, wobei das Visualisierungsfenster 410 in einem Gehäuse 400 der Vorrichtung ausgebildet ist, wie im folgenden beschrieben wird.
In den Figuren ist das Gehäuse 400 nur teilweise gezeigt. Genauer zeigt Fig. 9 ein Gehäuse 400, das eine Schutzzelle 10 aufnehmen kann, die zwei Module 50 und somit zwei Varistoren 100 umfaßt. Für eine Schutzvorrichtung für ein dreiphasiges Netz, die vier Schutzzellen 10 umfaßt, müssen die Abmessungen des Gehäuses 400 natürlich entsprechend angepaßt werden. Darüberhinaus verfügt das Gehäuse 400 in dem zuletzt genannten Fall über vier getrennte Visualisierungssysteme 300, die jeweils jeder Schutzzelle 10 zugeordnet sind.
In den Fig. 9 bis 13 sind insbesondere zwei Seitenwände 402 und 404 des Gehäuses dargestellt, die zueinander senkrecht sind und der Varistorscheibe 100 gegenüberliegen werden. Genauer gesagt liegt die Wand 402 der Trennzunge 210 gegenüber, wenn die Wand 404 dem oberen Rand der Wand 62 gegenüberliegt.
Das Fenster 410 ist vorzugsweise in der Wand 404 ausgebildet.
Der Läufer 310 und der Schieber 350 werden vorzugsweise translatorisch in jeweils orthogonalen Richtungen auf dem Gehäuse 400 geführt. Zu diesem Zweck weist das Gehäuse 400 vorzugsweise an seiner Innenseite beim Gießen ausgebildete Strukturen auf, welche die translatorische Führung des Läufers 310 und es Schieber 350 erlauben.
In Fig. 9 sieht man auch geradlinige und parallele Rillen 420, 422, die beim Gußvorgang ausgebildet werden, auf der Innenseite der Wand 404 des Gehäuses 400, die sich für die translatorische Führung des Läufers 310 in einer Richtung 311 eignen, welche zur Mittelebene der Varistoren 100 parallel ist. Ebenfalls sieht man in Fig. 9 einen beim Gießen ausgebildeten Finger 430, der von der Innenseite der Wand 404 des Gehäuses vorsteht und mit einem Langloch 352 in Eingriff ist, das in dem Schieber 350 ausgebildet ist, um diesen in der Richtung 351 translatorisch zu führen, welche zu der zuvorgenannten Richtung 311 und der Mittelebene der Varistoren 300 orthogonal ist.
Man beachte, daß der Läufer 310 und der Schieber 350 auch durch andere, funktionell äquivalente Mittel auf dem Gehäuse 400 geführt sein können.
Der Steuerläufer 310 kann durch die beiden Trennzungen 210 verschoben werden, die jeweils zu den Varistoren 100a und 100b ein und derselben Schutzzelle gehören.
Genauer gesagt kann der Läufer 310 um einen erste Strecke entlang der Richtung 311 verschoben werden, wenn eine der beiden Trennzungen 210 nach dem Schmelzen des entsprechenden Lötmittels 213 in die geöffnete Stellung gebracht wird, und er kann um eine zweite Strecke in derselben Richtung 311 verschoben werden, wenn beide Trennzungen 210 der Zelle 10 in der geöffneten Stellung sind.
Der Läufer 310 ist vorzugsweise relativ zu einer zur Richtung 311 parallelen Ebene symmetrisch, die auch einer Symmetrieebene für die beiden Varistoren 100 ein und derselben Zelle 10 entspricht.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform, die in den Fig. 9 bis 13 dargestellt ist, ist der Läufer 310 aus einem zentralen Stab 312 hergestellt, der auf beiden Seiten der genannten Symmetrieebene mit zwei Mitnehmerfinger-Stufen 314 und 316 versehen ist. Die Finger 314 der ersten Stufe sind relativ starr. Sie sind vorzugsweise senkrecht zu dem Stab 312. Die Finger 316 sind dagegen nachgiebiger. Sie sind vorzugsweise aus geradlinigen Elementen hergestellt, die relativ zu dem Stab 312 und zu der Richtung 311 geneigt sind. Die Finger 316 bil den somit üblicherweise ein "V", dessen Spitze in Richtung der Wand 402 gerichtet ist, und zwar in bezug auf die Verschiebung des Läufers 310 nach vorne.
Die Enden 212 der beiden Trennzungen 210 ein und derselben Schutzzelle 10 werden jeweils zwischen die Finger 314 und 316 des Läufers 310 gelegt.
Wenn dann eine der Trennzungen 210 durch das Schmelzen des entsprechenden Lötmittels 213 freigegeben wird, verschiebt sie den Läufer 310 translatorisch um eine erste Größe in Richtung der Wand 402 aufgrund der Belastung des einen der Finger 316 der ersten Stufe, wie man aus einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 10 und 11 sieht. Im Laufe dieses Prozesses quert der Finger 314 der zweiten Stufe, der auf der anderen Seite der Symmetrieebene des Läufers 310 liegt, das Ende der zweiten Trennzunge 210 elastisch, wie man ebenfalls bei einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 10 und 11 sieht.
Wenn die zweite Trennzunge 210 ihrerseits durch das Schmelzen des entsprechenden Lötmittels 213 freigegeben wird, verschiebt sie daher den Läufer 310 erneut translatorisch um eine zweite Strecke in Richtung der Wand 402 aufgrund der Belastung dieses Fingers 316 der zweiten Stufe, wie man aus einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 11 und 12 erkennt.
Diese doppelte Verschiebung des Läufers 310 wird ausgenutzt, um jeweils den verschlechterten Schutzzustand zu visualisieren, in dem nur noch ein einziger Varistor aktiv ist (Fig. 2 oder 3), bzw. um den Zustand ohne Schutz zu visualisieren, bei dem beide Varistoren 100 inanktiv ist (Fig. 4).
Hierfür wirken der Läufer 310 und der Schieber 350 unter Zwischenschaltung der Mitnahmestrukturen 320, 370 zusammen, die relativ zu den Bewegungsrichtungen 311 und 351 geneigt sind, z. B. um etwa 60º bzw. 30º zu diesen beiden Richtungen.
Auf dem Läufer 310 kann die Mitnahmefläche 320 durch einen der Finger 316 gebildet werden.
Der Fachmann auf diesem Gebiet versteht bei Untersuchungen der Fig. 10 bis 12 leicht, daß die zweistufige Verschiebung des Läufers 310 in der Richtung 311 es ermöglicht, den Visualisierungsschieber 350 gleichfalls in zwei Stufen in der Richtung 351 zu verschieben, wobei er dem Fenster 410 gegenüberliegt.
Der Schieber 350 wird ferner von einer elastischen Struktur 370 in Richtung seiner Ursprungsposition belastet, die in Fig. 10 gezeigt ist. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform, die in den Figuren gezeigt ist, wird diese elastische Struktur 370 aus einer gekrümmten Zunge gebildet, die zusammen mit dem Schieber 350 gegossen wird und an einer Wand des Gehäuses 400 anliegt. Bei einer alternativen Ausführungsform kann eine solche beim Gießen hergestellte Belastungszunge 370 durch jede geeignete getrennte, elastische Struktur ersetzt werden, die an dem Schieber 350 angebracht wir (z. B. eine metallene Spiralfeder oder ein äquivalentes Mittel).
Ferner weist der Schieber 350 Strukturen 380 auf, die vor das Fenster 410 geschoben werden, um beim Queren dieses Fensters als Funktion der Stellung des Schiebers 350 ein anderes Aussehen zu zeigen.
Wie man in den Fig. 10 bis 12 sieht, kann es sich dabei um Strukturen 380 handeln, die eine solche Geometrie haben, daß sie das Fenster 410 nur teilweise abdecken, wenn der Schieber 350 um eine erste Strecke verschoben wird, und daß sie dieses Fenster 410 vollständig abdecken, wenn der Schieber 350 um die zweite Strecke verschoben wird. Alternativ kann es sich auch um eine Wand des Schiebers 350 handeln, die das Fenster 410 immer vollständig überdeckt, die jedoch ein optisches Merkmal (vorzugsweise eine Farbe) hat, das sich in dem Oberflächenbereich unterscheidet, der vor das Fenster 410 gebracht wird.
Das Fenster 410 erscheint vorzugsweise auch vollständig (1) weiß oder grün, wenn beide Varistoren 100a und 100b in Betrieb sind und 100% Schutz bieten, (2) teilweise rot, wenn einer der Varistoren 100 außer Betrieb ist und die Vorrichtung in einem verschlechterten Zustand ist, und (3) vollständig rot, wenn beide Varistoren 100 außer Betrieb sind.
Der Benutzer wird also vor der Verwendung der Schutzvorrichtung gewarnt, wenn ein Varistor 100 außer Betrieb ist, bevor sie vollständig zerstört ist und somit keinen Schutz mehr bietet.
Erfindungsgemäß weist die Schutzvorrichtung ferner Mittel auf, die eine Fernerfassung der Unterbrechung wenigstens einer der Zungen 210 erlaubt, um die Störung wenigstens eines der Varistoren 100 und somit die Notwendigkeit anzuzeigen, die entsprechende Zelle 10 oder das Modul 50 auszutauschen.
Diese Mittel zur Fernerfassung können Gegenstand unterschiedlicher Ausführungsformen sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, die in den Fig. 6 und 8 dargestellt ist, umfassen die Mittel eine Klappe 220 auf jeder Zunge 210, die einer optischen Erfassungssperre 230 zugeordnet ist.
Jeder Flügel 220 kann z. B. durch Knicken eines Ansatzes, der mit dem Körper der Zunge 210 einstückig ausgebildet ist, um 90º in einer zur Mittelebene der Varistoren 100 parallelen Ebene außen am Körper hergestellt werden.
Die optische Erfassungssperre 230 wird aus einem optischen Sender 232 und einem zugehörigen Empfänger 234 gebildet, die eine Erfassungssperre 230 definieren, die parallel zu den Achsen 101 der Varistoren ist. Diese Sperre 230 ist außerhalb des Moduls 10 in der Nähe der Flügel 220 derart angeordnet, daß die optische Sperre 230 im Normalbetrieb durch keinen der Flügel 220 abgeschattet wird, daß sie jedoch durch einen der Flügel unterbrochen wird, wenn die entsprechende Trennzunge 210 nach dem Schmelzen des zugehörigen Lötmittels 213 in ihre offen Stellung bewegt wird.
Die Unterbrechung dieser optischen Sperre 230 kann von üblichen Mitteln, die hier nicht weiter beschrieben sind, dazu genutzt werden, eine Fernsignalisierung durchzuführen.
Die Verwendung eines Visualisierungsschiebers 350, der einem Läufer 310 zugeordnet ist, ermöglicht eine größere Freiheit bei der Wahl des Prozentsatzes, den das Fenster 410 in jeder Visualisierungsstellung verdeckt, als die Verwendung nur eines Läufers 310. Visualisierungsmittel, die nur einen solchen Läufer 310 umfassen, erlauben im Prinzip nur prozentuale Abdeckungen des Fensters in konstanten Schritten, üblicherweise 0%, 50% und 100%, wobei die aufeinanderfolgenden Verschiebungen des Läufers 310, die durch das Öffnen der Zungen 210 erzeugt werden, entsprechende Amplituden haben.
Man beachte, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die speziellen Ausführungsformen beschränkt ist, die beschrieben wurden, sondern daß sie sich auf alle Varianten erstreckt, die dem Erfindungsgedanken entsprechen.
Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform kann z. B. der Visualisierungsschieber 350 weggelassen werden, und die Visualisierung des Zustandes der beiden Varistoren 100 einer Zelle 10 wird durch Verschieben des Läufers 310 selbst vor dem Fenster 410 bewirkt.
Im folgenden ist eine Ausführungsvariante der in den Fig. 14 bis 18 gezeigten Visualisierungsmitteln beschrieben.
In den Fig. 14 und 18 findet man wieder eine Visualisierungsvorrichtung mit einem Läufer 310, der translatorisch in der Richtung 311 in Richtung auf eine Wand 404 des Gehäuses 400 geführt wird und einem Fenster 410 gegenüberliegt, das in dieser Wand 404 ausgebildet ist.
Der Läufer 310 umfaßt wiederum einen Stab 312, der mit zwei starren Fingern 314 und zwei nachgiebigen Fingern 316 versehen ist, wie bereits ausgeführt.
Wie in den Fig. 10 bis 13 gezeigt, sind ebenfalls am Anfang die Enden 212 der beiden Trennzungen 210 ein und derselben Schutzzelle 10 jeweils zwischen den Fingern 314 und 316 des Läufers 310 angeordnet.
Die erste aktivierte Trennzunge 210 verschiebt den Läufer 310 um eine erste Strecke durch die Belastung des zugehörigen Fingers 314. Gleichzeitig quert der gegenüberliegende, nachgiebige Finger 316 die zweite Trennzunge elastisch, so daß diese sich nun dem Ende dieses nachgiebigen Fingers 316 gegenüberliegend wiederfindet.
Die Aktivierung dieser zweiten Trennzunge 210 verschiebt somit den Läufer 310 um eine zweite Strecke.
Diese Verschiebungen werden durch eine unterschiedliche Überdeckung des Fensters 410 durch den Läufer 310 und genauer einen einteilig mit dem Stab 312 ausgebildeten Flügel 313 visualisiert.
Der Läufer 310 kann in der Richtung 312 durch jedes geeignete Mittel geführt werden, beispielsweise durch eine Rille 405, die einteilig mit der Wand 404 ausgebildet ist.
Wie man in den Fig. 14 bis 18 sieht, kann der Läufer 310 in einer Translationsbewegung durch einen elastischen Träger 322 indexiert werden, wobei der Träger eine Einbuchtung 324 aufweist, die einer Indexierungsfläche gegenüberliegend verschoben wird, welche zwei Rastkerben 440 aufweist, die in der Wand 404 ausgebildet sind.

Claims

1. Vorrichtung zum Schutz gegen das Auftreten von transienten elektrischen Überspannungen mit wenigstens zwei Varistoren (100a, 100b), Trennmitteln (200a, 200b), die gegen den Zustand dieser Varistoren (100a, 100b) empfindlich sind und die Varistoren an ihrem Lebensende einzeln abtrennen können, und mechanischen Mitteln (300) zum Visualisieren des Zustands der Varistoren (100a, 100b), die funktionell mit den Trennmitteln (200) verbunden sind, um durch diese betätigt zu werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanischen Visualisierungsmittel (300) folgende Fälle unterscheiden können: 1) die beiden Varistoren (100a, 100b) sind in Betrieb; 2) einer der beiden Varistoren (100a, 100b) ist abgetrennt; und 3) die beiden Varistoren (100a, 100b) sind abgetrennt.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanischen Visualisierungsmittel (300) einen Läufer (310) aufweisen, der von den Trennzungen (210) zweier parallel montierter Varistoren (100a, 100b) betätigt wird, wobei der Läufer (310) zwei Stufen mit Mitnehmerfingern (314, 316) aufweist, von denen die einen (314) starr und die anderen (316) flexibel sind, um eine Trennzunge (210) elastisch zu passieren.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanischen Visualisierungsmittel (300) ferner einen Visualisierungsschie ber (350) aufweisen, der von dem Steuerläufer (310) betätigt wird.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (232, 234, 220) zum Fernsignalisieren der Abtrennung von wenigstens einem der Varistoren (100) aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schutzzelle (10) zwei Varistoren (100a, 100b) aufweist und aus zwei identischen Modulen (50) gebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Modul (50) aus einem Stützsockel (60) aus einem elektrisch isolierenden Material, einem Varistor (100), zwei elektrisch leitenden Trennzungen (90) und einer thermischen Trennvorrichtung (200) gebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stützsockel (60) eine ebene Wand (62), welche die Trennung von zwei benachbarten Varistoren (100) ermöglicht, und eine Fußplatte (70), die als Auflagefläche für einen Varistor (100) dient, aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberseite (71) der Fußplatte (70) mehrere Stützflächen (72, 73) aufweist, welche Varistoren (100) mit unterschiedlichen Geometrien aufnehmen kann.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberseite (71) der Fußplatte (70) eine erste zentrale Stützfläche (72) aufweist, die aus einer zylindrischen Kalotte gebildet ist und einen Varistor (100) aufnehmen kann, der aus einer Zylinderscheibe besteht, sowie eine zweite Stützfläche (73), welche die erste einrahmt und einen Varistor (100) aufnehmen kann, der aus einer Platte mit im wesentlichen viereckigem Umfang und abgerundeten Ecken besteht.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Verbindungszungen (90), die zu einem Varistor (100) gehören, identisch sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Modul (50) entlang seiner Dicke nacheinander eine elektrisch isolierende Wand (62), eine erste Verbindungszunge (90), einen Varistor (100) und eine zweite Verbindungszunge (90) aufweist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß jede Verbindungszunge (90) einen ebenen Hauptkörper (91) aufweist, der einen zentralen Steg (92) trägt, welcher an einer Varistorelektrode (100) befestigt werden kann und durch zwei Flügel (94, 95) verlängert wird, welche sich relativ zu der Achse (101) des zentralen Stegs (92) und des Varistors (100) im wesentlichen diametral gegenüberliegen.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß jede thermische Trennvorrichtung (200) eine Zunge (210) aufweist, die aus einem elektrisch leitenden und elastischen Federmetall gebildet ist und unter mechanischer Spannung an einer mit dem Varistor (100) verbundenen Verbindungszunge (90) befestigt ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Ende (212) der Trennzunge (210) durch Löten (213) an einer Verlängerung (97) einer der Verbindungszungen (90) mit Hilfe einer bei niedriger Temperatur schmelzbaren Legierung befestigt ist, während das zweite Ende (214) an einer Fußplatte (70) eines Stützsockels (60) angebracht ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennzunge (210) im Verhältnis zu der Varistorscheibe (100) seitlich angeordnet ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennzunge (210) eine vierfache Funktion gewährleistet: a) im normalen Betrieb dient sie der elektrischen Verbindung des Varistors (100); b) am Lebensende eines Varistors (100) dient sie zum Abtrennen desselben und c) zum Sicherstellen der elektrischen Isolierung nach dem Abtrennen; und schließlich d) dient sie auch dem Antrieb für die Visualisierung der Störung des Varistors (100).

18. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (310) und der Schieber (350) in jeweils orthogonalen Richtungen auf einem Gehäuse (400) translatorisch geführt sind.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Läufer (310) aufweist, der um eine erste Amplitude entlang einer ersten Richtung (311) verschoben werden kann, wenn eine der beiden Trennzungen (210) nach dem Schmelzen der entsprechenden Lötstelle (213) sich in eine Öffnungsstellung bewegt, und in derselben Richtung (311) um eine zweite Am plitude verschoben wird, wenn beide Trennzungen (210) der Zelle (10) in der Öffnungsstellung sind.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (310) relativ zu einer zur Verschiebungsrichtung (311) parallelen Ebene symmetrisch ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (310) aus einem zentralen Stab (312) gebildet ist, der auf jeder Seite einer Symmetrieebene zwei Stufen mit Mitnehmerfingern (314, 316) aufweist, von denen die einen (314) relativ starr und senkrecht zu dem Stab (312) sind, und von denen die anderen (316) nachgiebig und von geradlinigen Elementen gebildet sind, welche relativ zu dem Stab (312) und der Verschiebungsrichtung (311) geneigt sind.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Trennzungen (210) derselben Schutzzelle (10) jeweils zwischen den Mitnehmerfingern (314, 316) des Läufers (310) angeordnet sind.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (310) und der Schieber (350) mit Hilfe von Mitnehmerstrukturen (320, 370) zusammenwirken, welche im Verhältnis zu den jeweiligen Verschiebungsrichtungen (311, 351) dieser beiden geneigt sind, z. B. um ungefähr 60º und 30º zu diesen beiden Richtungen.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, in Kombination mit einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (350) und/oder der Läufer (310) von einer elastischen Struktur (370) in Richtung seiner Ursprungsposition vorgespannt ist.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Struktur (370) aus einer einwärts gekrümmten Zunge gebildet ist, die mit dem Schieber (350) oder dem Läufer (310) geformt wurde und gegen eine Wand des Gehäuses (400) anliegt.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (350) oder der Läufer (310) Strukturen (380) aufweisen, die abhängig von der Position des Schieber (350) oder des Läufers (310) vor ein Fenster geschoben werden, daß in dem Gehäuse (400) ausgebildet ist, und beim Queren dieses Fensters ein anderes Aussehen zeigen können.

27. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fernsignalisierungsmittel eine Klappe (220) auf jeder Trennzunge (210) aufweisen, die einer optischen Erfassungssperre (230) zugeordnet ist.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens drei Zellen (10) aufweist, von denen jede zwei Module (50) aufweist, die jeweils einen Varistor (100) haben, um ein dreiphasiges Netz zu schützen.

29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (323, 324; 440) zum Indexieren eines Läufers (310) aufweist.