EP0706245A2 - Overvoltage protection element - Google Patents
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- EP0706245A2 EP0706245A2 EP95114840A EP95114840A EP0706245A2 EP 0706245 A2 EP0706245 A2 EP 0706245A2 EP 95114840 A EP95114840 A EP 95114840A EP 95114840 A EP95114840 A EP 95114840A EP 0706245 A2 EP0706245 A2 EP 0706245A2
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- H01T4/00—Overvoltage arresters using spark gaps
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Definitions
- the invention relates to an overvoltage protection element for the discharge of transient overvoltages, with two electrodes, an air breakdown spark gap effective between the electrodes and a housing receiving the electrodes, each electrode being a connection element, preferably a connection leg, and preferably at an acute angle the connecting element has a spark horn and the spark horns of the two electrodes, which are arranged at a distance from one another, together form the air breakdown spark gap.
- Electrical, but especially electronic measuring, control, regulating and switching circuits are sensitive to transient overvoltages, as can occur in particular due to atmospheric discharges, but also due to short circuits and switching operations in power supply networks.
- This sensitivity has increased to the extent that electronic components, in particular transistors and thyristors, are used; Above all, increasingly used integrated circuits are endangered to a great extent by transient overvoltages.
- overvoltage protection element from which the invention is based (cf. DE - C - 37 16 997), that is to say one with an air breakdown spark gap, there are overvoltage protection elements with an air flashover spark gap, in which, when activated, a Sliding discharge occurs (cf. DE-A-27 18 188, DE-A-29 34 236 and DE-A-31 01 354).
- Overvoltage protection elements of the type from which the invention is based that is to say those with an air breakdown spark gap, now have the advantage of a higher surge current carrying capacity compared to surge protection elements with an air flashover spark gap, but the disadvantage of a higher - and also not particularly constant - Response voltage.
- a first teaching according to the aforementioned older patent application has the content that the spark horns of the electrodes are provided with a bore in their areas adjacent to the connecting legs. These holes ensure that an improved ignition and arc running behavior is initiated at the moment the overvoltage protection element responds, in particular the arc is "set in motion” by thermal-atmospheric blowing in addition to the holes.
- a second teaching according to the aforementioned older patent application has the content that between the opposite ends of the connecting limbs of the two electrodes, an ignition aid which triggers a sliding discharge is provided.
- an auxiliary air flashover spark gap is integrated in the narrowest part of the air breakdown spark gap, that is, where there is a response.
- the integrated auxiliary air flashover spark gap has a relatively constant and, above all, lower response voltage than the air breakdown spark gap that serves as the actual surge protection.
- the ignited auxiliary air breakdown spark gap leads to a "sudden" ignition of the air breakdown spark gap with a relatively high current carrying capacity, that is to say high lightning impulse current and network follow current carrying capacity.
- the advantages of an air breakdown spark gap and an air flashover spark gap are realized and their disadvantages are eliminated.
- a third teaching according to the aforementioned older patent application has the content that the housing consists at least partially of a plastic that does not give off carbon during combustion, or is at least partially lined with such a plastic.
- the housing consists at least partially of a plastic that does not give off carbon during combustion, or is at least partially lined with such a plastic.
- a fourth teaching according to the aforementioned older patent application has the content that the side walls of the housing are relatively close to the spark horns of the electrodes. This teaching results in an extraordinarily good atmospheric blowing of the arc. It runs very quickly to the tips of the spark horns, so it does not get stuck in the ignition area.
- a fifth teaching according to the aforementioned older patent application has the content that the housing cover adjacent to the spark horns of the electrodes consists of electrically conductive material, preferably of copper tungsten, the distance between the ends of the spark horns of the electrodes adjacent to the housing cover and the housing cover then generally being the same is selected so that arcing can occur between the ends of the spark horns adjacent to the housing cover and the housing cover.
- the present invention is based on the object of specifying an overvoltage protection element which is again improved in terms of its overvoltage protection behavior.
- the surge protection element according to the invention is now characterized in that at least one quenching plate arrangement, preferably having a plurality of quenching plates, is provided within the housing.
- Effect of the quenching plate arrangement or the quenching plate arrangements is based on the fact that the arc or the arcs are broken down into a series of short partial arcs connected in series and that the sum of the partial arcs has a higher voltage requirement than the undivided arc, so that after the Zero voltage or zero current requires a higher re-ignition voltage than with an undivided arc.
- the contact of the arc or the partial arcs with the relatively cold, good heat-conducting quenching plates causes intensive cooling and thus deionization of the arc plasma.
- the overvoltage protection element according to the invention is characterized in that the air breakdown spark gap is bent and / or angled, that is to say it is of a "beak-like" design. Surprisingly, it has been found that, due to the bent and / or angled shape of the air breakdown spark gap, an overvoltage protection element which is again improved with regard to its overvoltage protection behavior results.
- the overvoltage protection element 1 shown in FIGS. 1 to 12 serves to discharge transient overvoltages and to limit surge currents and essentially consists of two electrodes 2, an air breakdown spark gap 3 which acts between the electrodes 2 and one which receives the electrodes 2 Housing 4.
- Each electrode 2 has a connecting leg 5 and a spark horn 6 running at an acute angle to the connecting leg 5. 1 to 3 and 6 and 11 show, the acute angle between the connecting leg 5 and the spark horn 6 relates to the functional surface of the spark horn 6.
- the spark horns 6 of the electrodes 2 are provided in their regions adjoining the connection limbs 5 with bores 7 running parallel to the connection limbs 5, which in the exemplary embodiment are centered in the spark horns 6 Electrodes 2 are realized (cf. in particular FIGS. 4 and 5).
- FIG. 2 shows an electrode 2 in which the spark horn 6 has two bores 7 provided one above the other;
- a further bore 7 is realized in the electrode 2 according to FIG. 2 below the bore 7 with which the electrode 2 according to FIG. 1 is provided.
- the spark horns 6 of the electrodes 2 are each provided with a chamfer 8 on both sides, are convex on their mutually facing sides, and on their sides facing away from one another with transverse to the longitudinal extension of the spark horns 6 extending slots 9 are provided; instead of the transverse slots 9 shown, longitudinal slots are also possible.
- the chamfering of the spark horns 6 of the electrodes 2 prevents material from being removed at the edges of the spark horns 6.
- the preferably implemented measure of making the spark horns 6 of the electrodes 2 convex on their mutually facing sides has the result that the arc which arises after the overvoltage protection element 1 has responded preferably arises in the center in the area of the spark horns 6 and in the center to the ends or tips of the spark horns 6 runs.
- the slots 9, with which the spark horns 6 of the electrodes 2 are provided on their sides facing away from one another it is finally achieved that the current up to the foot of the arc must exactly follow the contour of the V-shaped air breakdown spark gap 3. This results in a magnetic blowing of the arc at its base on the opposite electrode 2.
- the slots 9 have the additional advantage that the remaining material works as a particularly effective heat sink; so there is at the same time ventilation of the spark horns 6 of the electrodes 2 from behind.
- a starting aid 10 which triggers a sliding discharge and which preferably consists of an insulating material which does not exist when there is a change in state, for example heating Releases carbon in a function-impairing manner, and slightly, preferably 0.1 mm or more, into the air breakdown spark gap formed by the spark horns 6 of the electrodes 2 3 protrudes; the ignition aid 10 actually projects into the center of the bores 7 into the air breakdown spark gap 3.
- the ignition aid 10 is V-shaped on its side facing the air breakdown spark gap 3 and is provided with a narrow slot 11 extending into the air breakdown spark gap 3.
- the slot 11 in the ignition aid 10 has a positive influence on the response voltage.
- the spark horns 6 of the electrodes 2 adjacent housing cover 13 is made of electrically conductive material, preferably of erosion-resistant material, in particular of copper tungsten.
- the distance between the ends of the spark horns 6 adjacent to the housing cover 13 of the electrodes 2 and the housing cover 13 is then selected such that arcs can occur between the ends of the spark horns 6 and the housing cover 13 adjacent to the housing cover 13.
- an overvoltage protection element 1 to which an electrode according to FIG. 2 belongs, that is to say one in which each spark horn 6 has two bores 7 provided one above the other, the second, lower bore 7 then becomes effective. when the ignition aid 10 has burned down between the connecting legs 5 of the electrodes 2.
- the second hole 7 thus serves as a kind of security that the overvoltage protection element 1 also functions in such a case.
- FIGS. 7 to 10 show in constructive detail a preferred embodiment of an overvoltage protection element 1. It should first be pointed out that in FIGS. 1 to 6 the electrodes 2 are shown so that the air breakdown spark gap 3 opens from the bottom up. In contrast, in the embodiment also shown with regard to the structural details in FIGS. 7 to 10 and in the embodiment according to FIGS. 11 and 12, the electrodes 2 are arranged such that the air breakdown spark gap 3 opens from top to bottom. Incidentally, in the embodiment of an overvoltage protection element 1 shown in constructive detail in FIGS.
- the housing 4 is assigned a specially designed housing cover 13.
- This housing cover 13 has a dome-like shape 14, into which a holder 15 receiving the electrodes 2 is inserted.
- the housing cover 13 is connected to the actual housing 2 by internal screws 16.
- the housing 4 consists at least partially of a plastic that does not give off carbon when heated or burned, or is at least partially lined with such a plastic.
- the second alternative is implemented; the housing 4 thus has a lining 17 made of a plastic which does not give off carbon when heated or burned.
- the housing cover 13 adjacent to the spark horns 6 of the electrodes 2 consists of electrically conductive material
- the distance between the ends of the spark horns 6 adjacent to the housing cover 13 the electrodes 2 and the housing cover 13 is selected such that arcs can occur between the ends of the spark horns 6 adjacent to the housing cover 13 and the housing cover 13.
- FIGS. 7 to 9 show that the housing 4 - and accordingly also the housing cover 13 - is asymmetrical.
- Blow-out openings 21 are realized below the screws 16, with which the housing cover 13 is connected to the housing 14.
- At least one quenching plate arrangement 23 having a plurality of quenching plates 22 is provided within the housing 4 of the overvoltage protection element 1 according to the invention.
- two quenching plate arrangements 23 are provided and the two quenching plate arrangements 23 are arranged on the sides of the electrodes 2 facing away from one another - at a distance from the electrodes 2.
- This embodiment has the advantage that the lightning impulse current is decoupled from the line follow current.
- the surge protection element according to the invention with three quenching plate arrangements, namely with a quenching plate arrangement opposite the ends of the electrodes remote from the connection elements and with two quenching plate arrangements on the sides of the electrodes facing away from one another.
- quenching plates 22 made of ferromagnetic material preferably iron
- the occurrence of the forces that drive the arc into the quenching plate arrangements 23 can be explained when using quenching plates 22 made of ferromagnetic material from the endeavor of the magnetic flux surrounding a current-carrying conductor, if possible through the iron quenching plates 22, which conduct magnet much better than air to get lost; the arc is thus attracted to a quenching plate arrangement 23, the quenching plates 22 of which are made of ferromagnetic material.
- iron extinguishing plates 22 with a surface coating made of corrosion-resistant material, preferably silver or nickel.
- the quenching plates 22 of the overvoltage protection element 1 have a rectangular cross section, with a length to width ratio of approximately 4: 1 to approximately 2: 1, preferably approximately 3: 1 .
- connection elements of the electrodes 2 here the connection legs 5 of the electrodes 2, are each provided with a current loop 24 assigned to the extinguishing plate 22 closest to the connection leg 5.
- the current loops 24 are U-shaped and are arranged with their open sides facing away from the electrodes 2.
- the air breakdown spark gap 3 is bent or angled, so that the air breakdown spark gap 3 is, so to speak, "beak-shaped".
- This special design of the air breakdown spark gap 3, which can be bent or angled between 10 ° and 180 °, preferably about 90 °, ensures on the one hand that the plasma formed between the spark horns 6 is blown out directly and quickly, on the other hand, as a result, the arc is extinguished quickly, safely and well.
- the design of the spark gap in accordance with the invention results in a separating spark gap that is capable of high lightning current carrying and line follow current quenching.
- the shape of the beak results in a larger spark horn 6a and a smaller spark horn 6b.
- the structural design of the air breakdown spark gap 3 is such that a lower rectilinear region running approximately at right angles to the connecting leg 5 is provided on the larger spark horn 6a, to which an arcuate upper region then adjoins.
- the smaller spark horn 6b is designed in a corresponding manner. This has a lower rectilinear area, to which an arcuate upper area connects.
- the shape of the beak can of course also be designed differently. In this way, the lower rectilinear areas can be dispensed with entirely and only arcuate areas can be provided.
- the lower rectilinear region of the larger spark horn 6a would not have to run at right angles to the connecting leg 5.
- one or more straight-line areas could also be provided instead of the arcuate areas.
- the lower region of the air breakdown spark gap 3 encloses an angle of approximately 10 ° to 40 °, preferably 20 ° to 30 °.
- FIGS. 13 and 14 on the one hand and in FIGS. 15 and 16 on the other hand each have another thing in common, namely that the air breakdown spark gap 3 opens into a blow-out opening 25 in the housing 4. This means that the plasma can be blown out directly or immediately together with the resulting exhaust gases via the blow-out opening 25.
- a quenching plate arrangement 23 having a plurality of quenching plates 22 is provided within the housing 4.
- the quenching plate arrangement 23 is arranged in connection with the air breakdown spark gap 3, preferably in the region of the blow-out opening 25, specifically directly in front of the latter.
- the quenching plates 22, which preferably have a rectangular cross section, consist of ferromagnetic material, preferably iron. For "extinguishing" reasons, it is advisable for the extinguishing plates to have a cross section with a length to width ratio of approximately 4: 1 to 2: 1, preferably approximately 3: 1.
- the quenching plates 22 can be provided with a surface coating of corrosion-resistant metal, preferably of silver or of nickel.
- the quenching plate arrangement 23 also has an uppermost quenching plate 26 or a top conductor and a bottom quenching plate 27 or a bottom conductor on.
- the uppermost quenching plate 26 is at the same potential as the larger spark horn 6a
- the lower quenching plate 27 is at the same potential as the smaller spark horn 6b.
- the respective extinguishing plates 26, 27 are electrically connected to the respective spark horns 6a, 6b.
- the transition from the larger spark horn 6a to the uppermost extinguishing plate 26 and from the smaller spark horn 6b to the lowest extinguishing plate 27 is essentially smooth.
- the embodiment shown in FIGS. 15 and 16 provides that the width of the larger one Spark horn 6a is at least in the upper region smaller than the width of the housing 4 and that an exhaust gas opening 28 is provided in the housing 4 opposite the blow-out opening 25.
- a slot 29, 30 is expediently provided on both sides between the larger spark horn 6a and the housing 4, to which the exhaust gas opening 28 connects in the outflow direction of the exhaust gases.
- the exhaust gases exit on both sides.
- no slots are provided.
- the side walls 31, 32 of the housing 4 are used up to the spark horns 6a, 6b. This results in an extraordinarily good running behavior of the arc; it runs very quickly to the tips of the spark horns 6a, 6b.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Überspannungsschutzelement zur Ableitung von transienten Überspannungen, mit zwei Elektroden, einer zwischen den Elektroden wirksamen Luft-Durchschlag-Funkenstrecke und einem die Elektroden aufnehmenden Gehäuse, wobei jede Elektrode ein Anschlußelement, vorzugsweise einen Anschlußschenkel, und ein vorzugsweise unter einem spitzen Winkel zu dem Anschlußelement verlaufendes Funkenhorn aufweist und die Funkenhörner der beiden - mit Abstand zueinander angeordneten - Elektroden zusammen die Luft-Durchschlag-Funkenstrecke bilden.The invention relates to an overvoltage protection element for the discharge of transient overvoltages, with two electrodes, an air breakdown spark gap effective between the electrodes and a housing receiving the electrodes, each electrode being a connection element, preferably a connection leg, and preferably at an acute angle the connecting element has a spark horn and the spark horns of the two electrodes, which are arranged at a distance from one another, together form the air breakdown spark gap.
Elektrische, insbesondere aber elektronische Meß-, Steuer-, Regel- und Schaltkreise, vor allem auch Fernmeldeeinrichtungen und -anlagen, sind empfindlich gegen transiente Überspannungen, wie sie insbesondere durch atmosphärische Entladungen, aber auch durch Kurzschlüsse und Schalthandlungen in Energieversorgungsnetzen auftreten können. Diese Empfindlichkeit hat in dem Maße zugenommen, in dem elektronische Bauelemente, insbesondere Transistoren und Thyristoren, verwendet werden; vor allem sind zunehmend eingesetzte integrierte Schaltkreise in starkem Maße durch transiente Überspannungen gefährdet.Electrical, but especially electronic measuring, control, regulating and switching circuits, especially also telecommunication devices and systems, are sensitive to transient overvoltages, as can occur in particular due to atmospheric discharges, but also due to short circuits and switching operations in power supply networks. This sensitivity has increased to the extent that electronic components, in particular transistors and thyristors, are used; Above all, increasingly used integrated circuits are endangered to a great extent by transient overvoltages.
Neben dem Überspannungsschutzelement, von dem die Erfindung ausgeht (vgl. die DE - C - 37 16 997), also einem 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 - A - 27 18 188, die DE - A - 29 34 236 und die DE - A - 31 01 354).In addition to the overvoltage protection element from which the invention is based (cf. DE - C - 37 16 997), that is to say one with an air breakdown spark gap, there are overvoltage protection elements with an air flashover spark gap, in which, when activated, a Sliding discharge occurs (cf. DE-A-27 18 188, DE-A-29 34 236 and DE-A-31 01 354).
Überspannungsschutzelemente der Art, von der die Erfindung ausgeht, also solche, mit einer Luft-Durchschlag-Funkenstrecke, haben nun gegenüber Überspannungsschutzelementen mit einer Luft-Überschlag-Funkenstrecke den Vorteil einer höheren Stoßstromtragfähigkeit, jedoch den Nachteil einer höheren - und auch nicht sonderlich konstanten - Ansprechspannung.Overvoltage protection elements of the type from which the invention is based, that is to say those with an air breakdown spark gap, now have the advantage of a higher surge current carrying capacity compared to surge protection elements with an air flashover spark gap, but the disadvantage of a higher - and also not particularly constant - Response voltage.
Es sind nun bereits verschiedene Überspannungsschutzelemente mit einer Luft-Durchschlag-Funkenstrecke entwickelt worden, die in bezug auf die Ansprechspannung verbessert worden sind (vgl. die DE - A - 41 41 681, die DE - A - 41 41 682 und die DE - A - 42 44 051).Various overvoltage protection elements with an air breakdown spark gap have now been developed which have been improved with regard to the response voltage (cf. DE-A-41 41 681, DE-A-41 41 682 and DE-A - 42 44 051).
Einer älteren Patentanmeldung (vgl. die DE - A - 44 02 615), deren wesentlicher Inhalt durch offenkundige Vorbenutzung zum Stand der Technik gehört, lag die Aufgabe zugrunde, das eingangs beschriebene Überspannungsschutzelement insgesamt in seinem Überspannungsschutzverhalten zu verbessern, insbesondere auch in bezug auf die Ansprechspannung, das Blitzstoßstrom- und Netzfolgestrom-Tragfähigkeitsverhalten und das Netzfolgestrom-Löschverhalten.An older patent application (cf. DE-A-44 02 615), the essential content of which, due to obvious prior use, belongs to the state of the art, was based on the task of improving the overall surge protection element described above, in particular also with regard to the surge protection element Response voltage, the lightning impulse current and line follow current carrying capacity behavior and the line follow current quenching behavior.
Eine erste Lehre nach der vorgenannten älteren Patentanmeldung hat zum Inhalt, daß die Funkenhörner der Elektroden in ihren an die Anschlußschenkel angrenzenden Bereichen mit einer Bohrung versehen sind. Diese Bohrungen sorgen dafür, daß im Augenblick des Ansprechens des Überspannungsschutzelementes ein verbessertes Zünd- und Lichtbogenlaufverhalten eingeleitet wird, insbesondere der Lichtbogen neben den Bohrungen durch eine thermisch-atmosphärische Beblasung "in Fahrt gesetzt wird".A first teaching according to the aforementioned older patent application has the content that the spark horns of the electrodes are provided with a bore in their areas adjacent to the connecting legs. These holes ensure that an improved ignition and arc running behavior is initiated at the moment the overvoltage protection element responds, in particular the arc is "set in motion" by thermal-atmospheric blowing in addition to the holes.
Eine zweite Lehre nach der vorgenannten älteren Patentanmeldung hat zum Inhalt, daß zwischen den sich gegenüberstehenden Enden der Anschlußschenkel der beiden Elektroden eine - eine Gleitentladung auslösende - Zündhilfe vorgesehen ist. Bei dem gemäß dieser Lehre ausgeführten Überspannungsschutzelement ist gleichsam in den engsten Teil der Luft-Durchschlag-Funkenstrecke, also dort, wo ein Ansprechen stattfindet, eine Hilfs-Luft-Überschlag-Funkenstrecke integriert. Die integrierte HilfsLuft-Überschlag-Funkenstrecke hat eine relativ konstante und vor allem geringere Ansprechspannung als die dem eigentlichen Überspannungsschutz dienende Luft-Durchschlag-Funkenstrecke. Einmal angesprochen, bei einer relativ konstanten niedrigen Ansprechspannung, führt die gezündete Hilfs-Luft-Überschlag-Funkenstrecke zu einem "schlagartigen" Zünden der Luft-Durchschlag-Funkenstrecke mit relativ hoher Stromtragfähigkeit, also hoher Blitzstoßstrom- und Netzfolgestromtragfähigkeit. Bei dieser Ausführungsform sind also die Vorteile einer Luft-Durchschlag-Funkenstrecke und einer Luft-Überschlag-Funkenstrecke verwirklicht und deren Nachteile eliminiert.A second teaching according to the aforementioned older patent application has the content that between the opposite ends of the connecting limbs of the two electrodes, an ignition aid which triggers a sliding discharge is provided. In the overvoltage protection element designed according to this teaching, an auxiliary air flashover spark gap is integrated in the narrowest part of the air breakdown spark gap, that is, where there is a response. The integrated auxiliary air flashover spark gap has a relatively constant and, above all, lower response voltage than the air breakdown spark gap that serves as the actual surge protection. Once addressed, with a relatively constant low response voltage, the ignited auxiliary air breakdown spark gap leads to a "sudden" ignition of the air breakdown spark gap with a relatively high current carrying capacity, that is to say high lightning impulse current and network follow current carrying capacity. In this embodiment, the advantages of an air breakdown spark gap and an air flashover spark gap are realized and their disadvantages are eliminated.
Eine dritte Lehre nach der vorgenannten älteren Patentanmeldung hat zum Inhalt, daß das Gehäuse zumindest teilweise aus einem Kunststoff besteht, der bei einer Verbrennung keinen Kohlenstoff abgibt, oder zumindest teilweise mit einem solchen Kunststoff ausgekleidet ist. Normalerweise ist der Einbau von eine Luft-Durchschlag-Funkenstrecke bildenden Elektroden mit Funkenhörnern in ein relativ kleines, aus Kunststoff, der bei einer Erhitzung bzw. einer Verbrennung Kohlenstoff abgibt, bestehendes Gehäuse problematisch. Insbesondere kommt es aufgrund des nach dem Ansprechen entstehenden sehr heißen Lichtbogens zu einer Verbrennung des Kunststoffes und damit zu einer enormen Abgabe von Kohlenstoff. Das führt dazu, daß die Elektroden verschmutzen und keine Isolationsfestigkeit mehr vorhanden ist. Darüber hinaus beeinträchtigt auch der enorme Kohlenstoffanteil im Gasgemisch das Löschverhalten der Elektroden. Die zuvor beschriebenen Nachteile treten dann natürlich nicht auf, wenn das Gehäuse zumindest teilweise aus einem Kunststoff besteht, der bei einer Erhitzung bzw. einer Verbrennung keinen Kohlenstoff abgibt, oder wenn das Gehäuse zumindest teilweise mit einem solchen Kunststoff ausgekleidet ist.A third teaching according to the aforementioned older patent application has the content that the housing consists at least partially of a plastic that does not give off carbon during combustion, or is at least partially lined with such a plastic. Usually the installation of an air breakdown spark gap forming electrodes with spark horns in a relatively small, plastic, which emits carbon when heated or burned, problematic. In particular, due to the very hot arc that arises after the response, the plastic is burned and thus an enormous amount of carbon is released. The result is that the electrodes become dirty and there is no longer any insulation resistance. In addition, the enormous amount of carbon in the gas mixture also affects the erasure behavior of the electrodes. The disadvantages described above of course do not occur if the housing consists at least partially of a plastic that does not give off carbon when heated or burned, or if the housing is at least partially lined with such a plastic.
Eine vierte Lehre nach der vorgenannten älteren Patentanmeldung hat zum Inhalt, daß die Seitenwandungen des Gehäuses relativ nahe an die Funkenhörner der Elektroden herangezogen sind. Durch diese Lehre tritt eine außerordentlich gute atmosphärische Beblasung des Lichtbogens ein. Er läuft sehr schnell an die Spitzen der Funkenhörner, frißt sich also nicht im Zündbereich fest.A fourth teaching according to the aforementioned older patent application has the content that the side walls of the housing are relatively close to the spark horns of the electrodes. This teaching results in an extraordinarily good atmospheric blowing of the arc. It runs very quickly to the tips of the spark horns, so it does not get stuck in the ignition area.
Eine fünfte Lehre nach der vorgenannten älteren Patentanmeldung hat zum Inhalt, daß der den Funkenhörnern der Elektroden benachbarte Gehäusedeckel aus elektrisch leitendem Material, vorzugsweise aus Kupferwolfram besteht, wobei dann in aller Regel der Abstand zwischen den dem Gehäusedeckel benachbarten Enden der Funkenhörner der Elektroden und dem Gehäusedeckel so gewählt ist, daß zwischen den dem Gehäusedeckel benachbarten Enden der Funkenhörner und dem Gehäusedeckel Lichtbögen entstehen können.A fifth teaching according to the aforementioned older patent application has the content that the housing cover adjacent to the spark horns of the electrodes consists of electrically conductive material, preferably of copper tungsten, the distance between the ends of the spark horns of the electrodes adjacent to the housing cover and the housing cover then generally being the same is selected so that arcing can occur between the ends of the spark horns adjacent to the housing cover and the housing cover.
Ausgehend von dem zuvor im einzelnen beschriebenen Stand der Technik liegt dei vorliegenden Erfindung nun die Aufgabe zugrunde, ein hinsichtlich seines Überspannungsschutzverhaltens nochmals verbessertes Überspannungsschutzelement anzugeben.Starting from the prior art described in detail above, the present invention is based on the object of specifying an overvoltage protection element which is again improved in terms of its overvoltage protection behavior.
Das erfindungsgemäße Überspannungsschutzelement ist nun dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Gehäuses mindestens eine vorzugsweise eine Mehrzahl von Löschblechen aufweisende Löschblech-Anordnung vorgesehen ist. Die das Überspannungsschutzverhalten, insbesondere das Netzfolgestrom-Löschverhalten verbessernde Wirkung der Löschblech-Anordnung bzw. der Löschblech-Anordnungen beruht darauf, daß der Lichtbogen bzw. die Lichtbögen in eine Reihe kurzer, hintereinander geschalteter Teillichtbögen aufgelöst werden und daß die Summe der Teillichtbögen einen höheren Spannungsbedarf hat als der ungeteilte Lichtbogen, so daß nach dem Spannungsnullwerden bzw. Stromnullwerden eine höhere Wiederzündspannung benötigt wird als bei einem ungeteilten Lichtbogen. Darüber hinaus bewirkt die Berührung des Lichtbogens bzw. der Teillichtbögen mit den relativ kalten, gut wärmeleitenden Löschblechen eine intensive Kühlung und damit Entionisierung des Lichtbogenplasmas.The surge protection element according to the invention is now characterized in that at least one quenching plate arrangement, preferably having a plurality of quenching plates, is provided within the housing. Which improves the surge protection behavior, in particular the line follow current quenching behavior Effect of the quenching plate arrangement or the quenching plate arrangements is based on the fact that the arc or the arcs are broken down into a series of short partial arcs connected in series and that the sum of the partial arcs has a higher voltage requirement than the undivided arc, so that after the Zero voltage or zero current requires a higher re-ignition voltage than with an undivided arc. In addition, the contact of the arc or the partial arcs with the relatively cold, good heat-conducting quenching plates causes intensive cooling and thus deionization of the arc plasma.
Nach einer weiteren Lehre der Erfindung, der besondere Bedeutung zukommt, ist das erfindungsgemäße Überspannungsschutzelement dadurch gekennzeichnet, daß die Luft-Durchschlag-Funkenstrecke abgebogen und/oder abgewinkelt ausgebildet ist, also gleichsam "schnabelförmig" ausgebildet ist. Überraschenderweise ist festgestellt worden, daß sich aufgrund der abgebogenen und/oder abgewinkelten Form der Luft-Durchschlag-Funkenstrecke ein hinsichtlich seines Überspannungsschutzverhaltens nochmals verbessertes Überspannungsschutzelement ergibt. Bei durchgeführten Versuchen ist festgestellt worden, daß aufgrund der beschriebenen Form der Luft-Durchschlag-Funkenstrecke das Plasma zwischen den beiden Funkenhörnern direkt und sehr schnell ausgeblasen wird, so daß sich dadurch eine hoch-blitzstromtragfähige und -netzfolgestromlöschfähige Trennfunkenstrecke und damit ein erheblich verbessertes Überspannungsschutzelement ergibt. Aufgrund des schnellen Ausblasens ist ein "Festfressen" des Lichtbogens im Zündbereich praktisch nicht mehr möglich.According to a further teaching of the invention, which is of particular importance, the overvoltage protection element according to the invention is characterized in that the air breakdown spark gap is bent and / or angled, that is to say it is of a "beak-like" design. Surprisingly, it has been found that, due to the bent and / or angled shape of the air breakdown spark gap, an overvoltage protection element which is again improved with regard to its overvoltage protection behavior results. In tests carried out, it was found that, due to the described form of the air breakdown spark gap, the plasma between the two spark horns is blown out directly and very quickly, so that this results in a spark gap which is capable of carrying lightning current and is capable of extinguishing the mains current, and thus a considerably improved overvoltage protection element . Because of the rapid blow-out, the arc is practically no longer "stuck" in the ignition area.
Im folgenden wird die Lehre der Erfindung in Verbindung mit zeichnerischen Darstellungen erläutert, und zwar in Verbindung mit Überspannungsschutzelementen, bei denen die Lehren der eingangs behandelten älteren Patentanmeldung verwirklicht sind. Es zeigen
- Fig. 1
- eine Seitenansicht einer bevorzugten ersten Ausführungsform einer Elektrode eines Überspannungsschutzelements nach der eingangs behandelten älteren Patentanmeldung,
- Fig. 2
- eine Seitenansicht einer bevorzugten zweiten Ausführungsform einer Elektrode eines Überspannungsschutzelements nach der eingangs behandelten älteren Patentanmeldung,
- Fig. 3
- eine Seitenansicht von zwei zusammen die Luft-Durchschlag-Funkenstrecke bildenden Elektroden nach Fig. 1,
- Fig. 4
- einen Schnitt durch die Elektroden nach Fig. 3 längs der Linie IV - IV,
- Fig. 5
- einen Querschnitt durch eine nur schematisch dargestellte bevorzugte Ausführungsform eines Überspannungsschutzelements nach der eingangs behandelten älteren Patentanmeldung,
- Fig. 6
- einen Längsschnitt durch das Überspannungsschutzelement nach Fig. 5,
- Fig. 7
- einen Längsschnitt durch eine detailliert dargestellte bevorzugte Ausführungsform eines Überspannungsschutzelements nach der eingangs behandelten älteren Patentanmeldung,
- Fig. 8
- eine Draufsicht auf das Überspannungsschutzelement nach Fig. 7, teilweise geschnitten,
- Fig. 9
- einen Schnitt durch das Überspannungsschutzelement nach Fig. 7, längs der Linie IX - IX in Fig. 8,
- Fig. 10
- einen Schnitt durch das Überspannungsschutzelement nach Fig. 7, längs der Linie X - X in Fig. 8,
- Fig. 11
- einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelements,
- Fig. 12
- einen Schnitt durch das Überspannungsschutzelement nach Fig. 11, längs der Linie XII - XII in Fig. 11,
- Fig. 13
- einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelementes`
- Fig. 14
- einen Schnitt durch das Überspannungsschutzelement in Fig. 13 längs der Linie XIV-XIV in Fig. 1,
- Fig. 15
- einen Längsschnitt durch eine besonders bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelementes und
- Fig. 16
- einen Schnitt durch das Überspannungsschutzelement nach Fig. 15 längs der Linie XVI - XVI in Fig. 15.
- Fig. 1
- 2 shows a side view of a preferred first embodiment of an electrode of a surge protection element according to the earlier patent application discussed at the beginning,
- Fig. 2
- 2 shows a side view of a preferred second embodiment of an electrode of a surge protection element according to the earlier patent application discussed at the beginning,
- Fig. 3
- 1 shows a side view of two electrodes forming the air breakdown spark gap according to FIG. 1,
- Fig. 4
- 4 shows a section through the electrodes according to FIG. 3 along the line IV-IV,
- Fig. 5
- 3 shows a cross section through a preferred embodiment of an overvoltage protection element, shown only schematically, according to the earlier patent application discussed at the beginning,
- Fig. 6
- 5 shows a longitudinal section through the overvoltage protection element according to FIG. 5,
- Fig. 7
- 2 shows a longitudinal section through a preferred embodiment of a surge protection element shown in detail according to the earlier patent application discussed at the beginning,
- Fig. 8
- 7 shows a top view of the surge protection element according to FIG. 7, partly in section,
- Fig. 9
- 7 shows a section through the overvoltage protection element according to FIG. 7, along the line IX-IX in FIG. 8,
- Fig. 10
- 7 shows a section through the overvoltage protection element according to FIG. 7, along the line X-X in FIG. 8,
- Fig. 11
- 2 shows a longitudinal section through a preferred embodiment of an overvoltage protection element according to the invention,
- Fig. 12
- 11 shows a section through the overvoltage protection element according to FIG. 11, along the line XII-XII in FIG. 11,
- Fig. 13
- a longitudinal section through a further embodiment of an overvoltage protection element according to the invention
- Fig. 14
- 13 shows a section through the overvoltage protection element in FIG. 13 along the line XIV-XIV in FIG. 1,
- Fig. 15
- a longitudinal section through a particularly preferred embodiment of an overvoltage protection element according to the invention and
- Fig. 16
- FIG. 15 shows a section through the overvoltage protection element according to FIG. 15 along the line XVI - XVI in FIG. 15.
Das in den Figuren 1 bis 12 dargestellte Überspannungsschutzelement 1 dient zur Ableitung von transienten Überspannungen und zur Begrenzung von Stoßströmen und besteht in seinem wesentlichen Aufbau aus zwei Elektroden 2, einer zwischen den Elektroden 2 wirksamen Luft-Durchschlag-Funkenstrecke 3 und einem die Elektroden 2 aufnehmenden Gehäuse 4. Jede Elektrode 2 weist einen Anschlußschenkel 5 und ein unter einem spitzen Winkel zu dem Anschlußschenkel 5 verlaufendes Funkenhorn 6 auf. Wie die Fig. 1 bis 3 sowie 6 und 11 zeigen, bezieht sich der spitze Winkel zwischen dem Anschlußschenkel 5 und dem Funkenhorn 6 auf die Funktionsfläche des Funkenhorns 6. Die Funkenhörner 6 der beiden - mit Abstand zueinander angeordneten - Elektroden 2 bilden zusammen die Luft-Durchschlag-Funkenstrecke 3. Dadurch, daß die Funkenhörner 6 der Elektroden 2 in der zuvor erläuterten Weise unter einem spitzen Winkel zu den Anschlußschenkeln 5 verlaufen, ist die Luft-Durchschlag-Funkenstrecke 3 spitzwinklig ausgeführt; der Winkel zwischen den einander zugewandten Funkenhörnern 6 der Elektroden 2 beträgt vorzugsweise etwa 30°.The
Wie insbesondere die Fig. 1,2,4 und 5 zeigen, sind die Funkenhörner 6 der Elektroden 2 in ihren an die Anschlußschenkel 5 angrenzenden Bereichen mit einer parallel zu den Anschlußschenkeln 5 verlaufenden Bohrungen 7 versehen, die im Ausführungsbeispiel mittig in den Funkenhörnern 6 der Elektroden 2 verwirklicht sind (vgl. insbesondere die Fig. 4 und 5).As shown in FIGS. 1, 2, 4 and 5 in particular, the
Bei der in Fig. 1 dargestellten Elektrode 2 eines Überspannungsschutzelementes 1 ist das Funkenhorn 6 mit einer einzigen Bohrung 7 versehen. Demgegenüber zeigt die Fig. 2 eine Elektrode 2, bei der das Funkenhorn 6 zwei übereinander vorgesehene Bohrungen 7 aufweist; im Vergleich mit der Elektrode 2 nach Fig. 1 ist bei der Elektrode 2 nach Fig. 2 unterhalb der Bohrung 7, mit der die Elektrode 2 nach Fig. 1 versehen ist, eine weitere Bohrung 7 realisiert.In the
Im übrigen kann den Figuren entnommen werden, daß im dargestellten Ausführungsbeispiel die Funkenhörner 6 der Elektroden 2 an beiden Seiten jeweils mit einer Fase 8 versehen sind, an ihren einander zugewandten Seiten konvex ausgebildet sind und an ihren voneinander abgewandten Seiten mit quer zur Längserstreckung der Funkenhörner 6 verlaufenden Schlitzen 9 versehen sind; statt der gezeigten quer verlaufenden Schlitze 9 sind auch längs verlaufende möglich. Die Anfasung der Funkenhörner 6 der Elektroden 2 verhindert, daß es zu Materialabträgen an den Kanten der Funkenhörner 6 kommt. Die vorzugsweise realisierte Maßnahme, die Funkenhörner 6 der Elektroden 2 an ihren einander zugewandten Seiten konvex auszubilden, führt dazu, daß der nach einem Ansprechen des Überspannungsschutzelements 1 entstehende Lichtbogen vorzugsweise mittig im Bereich der Funkenhörner 6 entsteht und mittig zu den Enden bzw. Spitzen der Funkenhörner 6 läuft. Mit den Schlitzen 9, mit denen die Funkenhörner 6 der Elektroden 2 an ihren voneinander abgewandten Seiten versehen sind, wird schließlich erreicht, daß der Strom bis zum Fußbogen des Lichtbogens exakt die Kontur der V-förmigen Luft-Durchschlag-Funkenstrecke 3 nachvollziehen muß. Dadurch ergibt sich auf der gegenüberliegenden Elektrode 2 eine magnetische Beblasung des Lichtbogens in seinem Fußpunkt. Die Schlitze 9 haben im übrigen den Vorteil, daß das verbliebene Material als besonders wirksamer Kühlkörper funktioniert; es findet also gleichzeitig eine Belüftung der Funkenhörner 6 der Elektroden 2 von hinten statt.Moreover, it can be seen from the figures that in the exemplary embodiment shown, the
Bei den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen von Überspannungsschutzelementen 1 ist zwischen den sich gegenüberstehenden Enden der Anschlußschenkel 5 der beiden Elektroden 2 eine - eine Gleitentladung auslösende - Zündhilfe 10 vorgesehen, die vorzugsweise aus einem Isolierstoff besteht, der bei einer Zustandsänderung, beispielsweise einer Erhitzung, keinen Kohlenstoff in funktionsbeeinträchtigendem Maße abgibt, und geringfügig, vorzugsweise 0,1 mm oder mehr, in die von den Funkenhörnern 6 der Elektroden 2 gebildete Luft-Durchschlag-Funkenstrecke 3 hineinragt; tatsächlich ragt die Zündhilfe 10 bis in die Mitte der Bohrungen 7 in die Luft-Durchschlag-Funkenstrecke 3 hinein. Im übrigen ist die Zündhilfe 10, wie dies die Fig. 4 und 5 zeigen, an ihrer der Luft-Durchschlag-Funkenstrecke 3 zugewandten Seite V-förmig ausgebildet und mit einem bis in die Luft-Durchschlag-Funkenstrecke 3 reichenden schmalen Schlitz 11 versehen. Der Schlitz 11 in der Zündhilfe 10 beeinflußt positiv die Ansprechspannung.In the exemplary embodiments of
Die Fig. 5 und 6 sowie 7 bis 12 zeigen, daß bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eines Überspannungsschutzelements 1 auch in bezug auf das Gehäuse 4 besondere Maßnahmen verwirklicht sind. Es gilt nämlich, was nicht dargestellt ist, daß das Gehäuse 4 teilweise aus einem Kunststoff besteht, der bei einer Erhitzung bzw. einer Verbrennung keinen Kohlenstoff abgibt oder teilweise mit einem solchen Kunststoff ausgekleidet ist. Die weiter vorne beschriebenen Probleme, die dann auftreten, wenn das Gehäuse aus Kunststoff besteht, der bei einer Erhitzung bzw. einer Verbrennung Kohlenstoff abgibt, sind also eliminiert.5 and 6 and 7 to 12 show that in the illustrated embodiment of an
Im übrigen zeigen die Fig. 5 und 6 sowie 7 bis 12, daß bei den dargestellten Ausführungsbeispielen von Überspannungsschutzelementen 1 die Seitenwandungen 12 des Gehäuses 4 bis an die Funkenhörner 6 der Elektroden 2 herangezogen sind. Dadurch tritt ein außerordentlich gutes Laufverhalten des Lichtbogens ein; er läuft sehr schnell an die Spitzen der Funkenhörner 6.5 and 6 and 7 to 12 show that in the illustrated embodiments of
Für die in den Fig. 5 und 6 sowie 11 und 12 dargestellten Ausführungsbeispiele von Überspannungsschutzelementen 1 gilt weiter, daß der den Funkenhörnern 6 der Elektroden 2 benachbarte Gehäusedeckel 13 aus elektrisch leitendem Material, vorzugsweise aus abbrandfestem Material, insbesondere aus Kupferwolfram besteht. Dabei ist dann der Abstand zwischen den dem Gehäusedeckel 13 benachbarten Enden der Funkenhörner 6 der Elektroden 2 und dem Gehäusedeckel 13 so gewählt, daß zwischen den dem Gehäusedeckel 13 benachbarten Enden der Funkenhörner 6 und dem Gehäusedeckel 13 Lichtbögen entstehen können. Durch die weiter oben beschriebenen Maßnahmen wandert der nach dem Ansprechen des Überspannungsschutzelements 1 entstandene Lichtbogen zunächst aus dem Zündbereich an die Spitzen der Funkenhörner 6. Dann bilden sich zwischen den Spitzen der Funkenhörner 6 und dem aus elektrisch leitendem Material bestehenden Gehäusedeckel 13 zwei Lichtbögen. Die sich dabei aufbauende Leiterschleife sorgt nun dafür, daß die beiden Licht-bögen hinter die Funkenhörner 6 getrieben werden. Insgesamt hat das zur Folge, daß sich zwei Lichtbögen ausbilden, die insgesamt für eine hohe Bogenbrennspannung beim Netzfolgestrom sorgen, so daß sich das Löschverhalten für den Netzfolgestrom wesentlich verändert hat, nämlich eine quasi-kurzschlußfeste Entladungsanordnung entstanden ist.5 and 6 as well as 11 and 12 of
Es sei noch darauf hingewiesen, daß bei dem Ausführungsbeispiel eines Überspannungsschutzelements 1, zu dem eine Elektrode nach Fig. 2 gehört, also eine solche, bei der jedes Funkenhorn 6 zwei übereinander vorgesehene Bohrungen 7 aufweist, die zweite, untere Bohrung 7 dann wirksam wird, wenn die Zündhilfe 10 zwischen den Anschlußschenkeln 5 der Elektroden 2 heruntergebrannt ist. Die zweite Bohrung 7 dient also quasi als Sicherheit dafür, daß das Überspannungsschutzelement 1 auch in einem solchen Fall funktioniert.It should also be pointed out that in the embodiment of an
Während in den Fig. 5 und 6 sowie 11 und 12 bevorzugte Ausführungsformen von Überspannungsschutzelementen 1 nur schematisch dargestellt sind, zeigen die Fig. 7 bis 10 im konstruktiven Detail eine bevorzugte Ausführungsform eines Überspannungsschutzelements 1. Dabei sei zunächst darauf hingewiesen, daß in den Fig. 1 bis 6 die Elektroden 2 so dargestellt sind, daß sich die Luft-Durchschlag-Funkenstrecke 3 von unten nach oben öffnet. Demgegenüber sind bei der auch hinsichtlich des konstruktiven Details in den Fig. 7 bis 10 dargestellten Ausführungsform und bei der Ausführungsform nach den Fig. 11 und 12 die Elektroden 2 so angeordnet, daß sich die Luft-Durchschlag-Funkenstrecke 3 von oben nach unten öffnet. Im übrigen sind bei der im konstruktiven Detail in den Fig. 7 bis 10 dargestellten Ausführungsform eines Überspannungsschutzelements 1 die funktionswesentlichen Elemente, also die Elektroden 2 mit den Funkenhörnern 6 und die Zündhilfe 10 im wesentlichen so ausgeführt, wie dies zuvor in Verbindung mit den Fig. 1 bis 6 im einzelnen beschrieben worden ist, so daß sich diesbezügliche Ausführungen in Verbindung mit den Fig. 7 bis 10 erübrigen. Die Fig. 7 bis 10 zeigen also vor allem konstruktive Details in bezug auf das Gehäuse 4.5 and 6 as well as 11 and 12 preferred embodiments of
Wie die Fig. 7 und 10 zeigen, ist dem Gehäuse 4 ein besonders gestalteter Gehäusedeckel 13 zugeordnet. Dieser Gehäusedeckel 13 weist eine domartige Ausformung 14 auf, in die ein die Elektroden 2 aufnehmender Halter 15 eingesetzt ist. Der Gehäusedeckel 13 ist durch innenliegende Schrauben 16 mit dem eigentlichen Gehäuse 2 verbunden.7 and 10 show, the
Weiter oben ist ausgeführt worden, daß das Gehäuse 4 zumindest teilweise aus einem Kunststoff besteht, der bei einer Erhitzung bzw. einer Verbrennung keinen Kohlenstoff abgibt oder zumindest teilweise mit einem solchen Kunststoff ausgekleidet ist. Bei der Ausführungsform, die in den Fig. 7 bis 10 dargestellt ist, ist die zweite Alternative realisiert; das Gehäuse 4 weist also eine Auskleidung 17 aus einem Kunststoff auf, der bei einer Erhitzung bzw. einer Verbrennung keinen Kohlenstoff abgibt.It has been stated above that the
In Verbindung mit den Fig. 5 und 6 sowie 11 und 12 ist weiter oben ausgeführt worden, daß die Seitenwandungen 12 des Gehäuses 4 bis an die Funkenhörner 6 der Elektroden 2 herangezogen sind, wodurch ein außerordentlich gutes Laufverhalten des Lichtbogens eintritt. Die im konstruktiven Detail in den Fig. 7 bis 10 dargestellte Ausführungsform eines Überspannungsschutzelements 1 erreicht das gleiche gute Laufverhalten des Lichtbogens dadurch, daß der durch die Funkenhörner 6 gebildeten Luft-Durchschlag-Funkenstrecke 3 seitlich Begrenzungselemente 18 zugeordnet sind.In connection with FIGS. 5 and 6 as well as 11 and 12 it has been stated above that the
In Verbindung mit den Fig. 5 und 6 sowie 11 und 12 ist weiter oben auch erläutert worden, daß der den Funkenhörnern 6 der Elektroden 2 benachbarte Gehäusedeckel 13 aus elektrisch leitendem Material besteht, wobei der Abstand zwischen den dem Gehäusedeckel 13 benachbarten Enden der Funkenhörner 6 der Elektroden 2 und dem Gehäusedeckel 13 so gewählt ist, daß zwischen den dem Gehäusedeckel 13 benachbarten Enden der Funkenhörner 6 und dem Gehäusedeckel 13 Lichtbögen entstehen können. Das gleiche Ergebnis ist bei der im konstruktiven Detail in den Fig. 7 bis 10 dargestellten Ausführungsform dadurch erreicht, daß im Gehäuse 4, den Enden der Funkenhörner 6 der Elektroden 2 gegenüberliegend, eine Einlage 19 aus elektrisch leitendem Material, wiederum vorzugsweise aus abbrandfestem Material, vorgesehen ist.In connection with FIGS. 5 and 6 and 11 and 12 it has also been explained above that the
Im übrigen zeigen die Fig. 7 bis 10, insbesondere die Fig. 7 bis 9, daß das Gehäuse 4 - und dementsprechend auch der Gehäusedeckel 13 - unsymmetrisch ausgeführt ist. Tatsächlich liegen nämlich einmal auf der einen Seite und das andere Mal auf der anderen Seite der senkrechten Hauptebene einerseits die Schrauben 16, mit denen der Gehäusedeckel 13 mit dem Gehäuse 4 verbunden ist, andererseits Anschlußkörper 20 zum Anschluß von nicht dargestellten elektrischen Leitungen. Unterhalb der Schrauben 16, mit denen der Gehäusedeckel 13 mit dem Gehäuse 14 verbunden ist, sind Ausblasöffnungen 21 realisiert.7 to 10, in particular FIGS. 7 to 9, show that the housing 4 - and accordingly also the housing cover 13 - is asymmetrical. In fact, on the one hand and on the other hand on the other side of the vertical main plane, on the one hand are the
Wie Fig. 11 zeigt, ist innerhalb des Gehäuses 4 des erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelements 1 mindestens eine eine Mehrzahl von Löschblechen 22 aufweisende Löschblech-Anordnung 23 vorgesehen. Tatsächlich sind zwei Löschblech-Anordnungen 23 vorgesehen und die beiden Löschblech-Anordnungen 23 an den einander abgewandten Seiten der Elektroden 2 - mit Abstand zu den Elektroden 2 - angeordnet. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß der Blitzstoßstrom vom Netzfolgestrom entkoppelt wird. Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, das erfindungsgemäße Überspannungsschutzelement mit drei Löschblech-Anordnungen zu versehen, nämlich mit einer Löschblech-Anordnung gegenüber den den Anschlußelementen fernen Enden der Elektroden und mit zwei Löschblech-Anordnungen an den einander abgewandten Seiten der Elektroden.As FIG. 11 shows, at least one
Um den Lichtbogen aufzuteilen, sind Kräfte erforderlich, die den Lichtbogen in die Löschblech-Anordnungen 13 hineintreiben. Deshalb werden Löschbleche 22 aus ferromagnetischem Material, vorzugsweise aus Eisen verwendet. Das Zustandekommen der Kräfte, die den Lichtbogen in die Löschblech-Anordnungen 23 hineintreibt, erklärt sich bei der Verwendung von Löschblechen 22 aus ferromagnetischem Material aus dem Bestreben des einen stromdurchflossenen Leiter umgebenden Magnetflusses, möglichst durch die magnetisch viel besser als Luft leitenden Löschbleche 22 aus Eisen zu verlaufen; der Lichtbogen wird also von einer Löschblech-Anordnung 23, deren Löschbleche 22 aus ferromagnetischem Material bestehen, angezogen.In order to split the arc, forces are required which drive the arc into the quenching
Im übrigen empfiehlt es sich, aus Eisen bestehende Löschbleche 22 mit einem Oberflächenüberzug aus korrosionsbeständigem Material zu versehen, vorzugsweise aus Silber oder aus Nickel.In addition, it is advisable to provide
Wie der Fig. 11 entnommen werden kann, haben im dargestellten Ausführungsbeispiel die Löschbleche 22 des erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelements 1 einen rechteckigen Querschnitt, und zwar mit einem Verhältnis der Länge zur Breite von etwa 4 : 1 bis etwa 2 : 1, vorzugsweise von etwa 3 : 1.As can be seen in FIG. 11, in the exemplary embodiment shown, the quenching
Im übrigen zeigt die Fig. 11 insoweit eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelements 1, als die Anschlußelemente der Elektroden 2, hier also die Anschlußschenkel 5 der Elektroden 2, jeweils mit einer dem dem Anschlußschenkel 5 nächsten Löschblech 22 zugeordneten Stromschleife 24 versehen sind. Die Stromschleifen 24 sind U-förmig ausgeführt und mit ihren offenen Seiten von den Elektroden 2 weg gerichtet angeordnet. Dadurch werden - ohne diese Maßnahme auftretende - vom fließenden Strom herrührende Kräfte "neutralisiert".11 shows a preferred embodiment of an
In den Fig. 13 bis 16 sind nochmals zwei unterschiedliche Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Überspannungselementen 1 dargestellt. Beide Ausführungsformen haben zunächst den gleichen Aufbau, den auch die bisher beschriebenen Ausführungsformen haben. Insoweit wird also auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen.13 to 16 again show two different embodiments of
Wesentlich ist nun für die in den Fig. 13 bis 16 dargestellten Ausführungsformen erfindungsgemäßer Überspannungsschutzelemente 1, daß die Luft-Durchschlag-Funkenstrecke 3 abgebogen bzw. abgewinkelt ist, die Luft-Durchschlag-Funkenstrecke 3 also gleichsam "schnabelförmig" ausgebildet ist. Durch diese besondere Ausbildung der Luft-Durchschlag-Funkenstrecke 3, die zwischen 10° und 180°, vorzugsweise um etwa 90° abgebogen bzw. abgewinkelt sein kann, wird einerseits sichergestellt, daß das zwischen den Funkenhörnern 6 gebildete Plasma direkt und schnell ausgeblasen wird, daß andererseits, als Folge davon, der Lichtbogen schnell, sicher und gut gelöscht wird. Insgesamt ergibt sich durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Funkenstrecke eine hoch-blitzstromtrag- und netzfolgestromlöschfähige Trennfunkenstrecke.It is now essential for the embodiments of
Bei den in den Fig. 13 bis 16 dargestellten Ausführungsformen ergibt sich durch die Schnabelform ein größeres Funkenhorn 6a und ein kleineres Funkenhorn 6b. Die konstruktive Ausgestaltung der Luft-Durchschlag-Funkenstrecke 3 ist derart, daß am größeren Funkenhorn 6a ein etwa rechtwinklig zum Anschlußschenkel 5 verlaufender unterer geradliniger Bereich vorgesehen ist, an den sich dann ein bogenförmiger oberer Bereich anschließt. In entsprechender Weise ist das kleinere Funkenhorn 6b ausgebildet. Dieses weist einen unteren geradlinigen Bereich auf, an den sich ein bogenförmiger oberer Bereich anschließt. Es versteht sich, daß die Schnabelform selbstverständlich auch anders ausgebildet sein kann. So können die unteren geradlinigen Bereiche völlig entfallen und lediglich bogenförmige Bereiche vorgesehen sein. Auch müßte der untere geradlinige Bereich des größeren Funkenhorns 6a nicht im rechten Winkel zum Anschlußschenkel 5 verlaufen. Schließlich könnten statt der bogenförmigen Bereiche auch einer oder mehrere geradlinige Bereiche vorgesehen sein. Allerdings sollte gewährleistet sein, daß der untere Bereich der Luft-Durchschlag-Funkenstrecke 3 einen Winkel von etwa 10° bis 40°, vorzugsweise 20° bis 30° einschließt. Die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen bieten sich deshalb an, weil zwischen den einzelnen, zuvor erwähnten Bereichen ein stufenloser Übergang vorhanden ist und es nicht zu unbeabsichtigten Materialabträgen an Kanten oder Stufen kommt.In the embodiments shown in FIGS. 13 to 16, the shape of the beak results in a
Die beiden in den Fig. 13 und 14 einerseits sowie in den Fig. 15 und 16 andererseits dargestellten Ausführungsformen haben jeweils eine weitere Gemeinsamkeit, nämlich daß sich die Luft-Durchschlag-Funkenstrecke 3 in eine im Gehäuse 4 befindliche Ausblasöffnung 25 hinein öffnet. Dies bedeutet also, daß das Plasma direkt bzw. unmittelbar zusammen mit entstehenden Abgasen über die Ausblasöffnung 25 ausgeblasen werden kann.The two embodiments shown in FIGS. 13 and 14 on the one hand and in FIGS. 15 and 16 on the other hand each have another thing in common, namely that the air
Bei der in den Fig. 15 und 16 dargestellten Ausführungsform ist eine eine Mehrzahl von Löschblechen 22 aufweisende Löschblech-Anordnung 23 innerhalb des Gehäuses 4 vorgesehen. Die Löschblech-Anordnung 23 ist im Anschluß an die Luft-Durchschlag-Funkenstrecke 3 angeordnet, vorzugsweise im Bereich der Ausblasöffnung 25, und zwar direkt vor dieser. Die Löschbleche 22, die vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, bestehen aus ferromagnetischem Material, vorzugsweise aus Eisen. Aus "löschtechnischen" Gründen bietet es sich an, daß die Löschbleche einen Querschnitt mit einem Verhältnis der Länge zur Breite von etwa 4 : 1 bis 2 : 1, vorzugsweise von etwa 3 : 1 haben. Außerdem können die Löschbleche 22 mit einem Oberflächenüberzug aus korrosionsbeständigem Metall, vorzugsweise aus Silber oder aus Nickel, versehen sein.In the embodiment shown in FIGS. 15 and 16, a quenching
Neben den in der Ausblasöffnung 25 vorgesehenen und angeordneten Löschblechen 22 weist die Löschblech-Anordnung 23 noch ein oberstes Löschblech 26 bzw. einen obersten Leiter und ein unterstes Löschblech 27 bzw. einen untersten Leiter auf. Bei der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsform ist das oberste Löschblech 26 auf dem gleichen Potential wie das größere Funkenhorn 6a, während das untere Löschblech 27 auf dem gleichen Potential liegt wie das kleinere Funkenhorn 6b. Die jeweiligen Löschbleche 26,27 sind mit den jeweiligen Funkenhörnern 6a, 6b galvanisch verbunden. Auch hierbei sollte vorgesehen sein, daß der Übergang vom größeren Funkenhorn 6a auf das oberste Löschblech 26 und vom kleineren Funkenhorn 6b zum untersten Löschblech 27 im wesentlichen stufenlos ist.In addition to the
Um einen möglichst schnellen und guten Abtransport bei der der Entstehung des Lichtbogens auftretenden Abgase aus dem Gehäuse 4 zu realisieren, eine Niederschlagung im Gehäuse 4 weitestgehend zu vermeiden, ist bei der in den Fig. 15 und 16 dargestellten Ausführungsform vorgesehen, daß die Breite des größeren Funkenhorns 6a zumindest im oberen Bereich geringer ist als die Breite des Gehäuses 4 und daß gegenüberliegend der Ausblasöffnung 25 eine Abgasöffnung 28 im Gehäuse 4 vorgesehen ist. Zweckmäßigerweise ist beidseitig zwischen dem größeren Funkenhorn 6a und dem Gehäuse 4 je ein Schlitz 29, 30 vorgesehen, an den sich in Ausströmrichtung der Abgase die Abgasöffnung 28 anschließt. Insgesamt ergibt sich bei der in den Fig. 15 und 16 dargestellten Ausführungsform ein beidseitiger Austritt der Abgase.In order to avoid as quickly and well as possible removal of the gases from the
Bei der in den Fig. 13 und 14 dargestellten Ausführungsform sind keine Schlitze vorgesehen. Hierbei sind die Seitenwandungen 31, 32 des Gehäuses 4 bis an die Funkenhörner 6a, 6b herangezogen. Dadurch ergibt sich ein außerordentlich gutes Laufverhalten des Lichtbogens; er läuft sehr schnell an die Spitzen der Funkenhörner 6a, 6b.In the embodiment shown in FIGS. 13 and 14, no slots are provided. Here, the
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