EP0706245B1

EP0706245B1 - Overvoltage protection element

Info

Publication number: EP0706245B1
Application number: EP95114840A
Authority: EP
Inventors: Holger Dr.-Ing. Altmaier; Klaus Prof. Dr.Ing. Scheibe; Eberhard Dipl.-Ing. Lehmann
Original assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Current assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date: 1994-10-07
Filing date: 1995-09-21
Publication date: 2000-06-07
Anticipated expiration: 2015-09-21
Also published as: ES2148390T3; US5754385A; EP0706245A2; ATE193789T1; ATE250289T1; ES2207875T3; EP0706245A3

Abstract

An overvoltage protection element for diverting transient excess voltages includes two electrodes (2) with an effective air breakdown spark path (3) between them. Each electrode (2) has a connector (5) with an associated obliquely positioned arcing horn (6), with both arcing horns (6) of the mutually spaced electrodes (2) together forming the air breakdown spark path (3). A quench-plate (23) arrangement comprising at least one preferably several quenching plates (22) is provided in the housing (4).

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 derivation of transients Surges, with two electrodes, one effective between the electrodes Air breakdown spark gap and a housing that receives the electrodes, each electrode being a connection element, preferably a connection leg, and one that preferably extends at an acute angle to the connection element Spark horn and the spark horns of the two - at a distance from each other arranged - electrodes together the air breakdown spark gap form.

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 in particular electronic measuring, control, regulating and switching circuits, especially telecommunications equipment and systems are sensitive to transients Surges such as those caused by atmospheric discharges, but also due to short circuits and switching operations in energy supply networks may occur. This sensitivity has increased as electronic Components, in particular transistors and thyristors, are used; above all, integrated circuits are increasingly being used to a large extent endangered by transient overvoltages.

Neben Überspannungsschutzelementen, wie sie aus der DE - C - 37 16 997 bekannt sind, also solchen mit einer Luft-Durchschlag-Funkenstrecke, gibt es Überspannungsschutzelemente mit einer Luft-Überschlag-Funkenstrecke, bei denen 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 surge protection elements, as known from DE-C-37 16 997 overvoltage protection elements, there are those with an air breakdown spark gap with an air flashover spark gap, when responding 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.Surge protection elements of the type from which the invention is based, that is to say those with an air breakdown spark gap, now have overvoltage protection elements with an air flashover spark gap the advantage of a higher one Surge current carrying capacity, but the disadvantage of a higher one - and 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). There are now various surge protection elements with an air breakdown spark gap has been developed in terms of response voltage have been improved (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), its essential content the task was due to obvious prior use based on the overall surge protection element described above to improve in its surge protection behavior, especially in relation on the response voltage, the lightning impulse current and line follow current carrying capacity behavior and the line follow current deletion behavior.

Aus der GB - A - 1 006 715 ist bereits ein Überspannungsschutzelement der eingangs genannten Art bekannt, das innerhalb des Gehäuses eine eine Mehrzahl von Löschblechen aufweisende Löschblech-Anordnung aufweist. Die Löschblech-Anordnung ist dabei gegenüberliegend den den Anschlußelementen fernen Enden der Elektroden angeordnet. Das bekannte Überspannungsschutzelement hat ein gutes Überspannungsschutzverhalten und insbesondere ein gutes Netzfolgestrom-Löschverhalten, dessen verbessernde Wirkung sich durch die Löschblech-Anordnung dadurch ergibt, daß der Lichtbogen in eine Reihe kurzer, hintereinander geschalteter Teillichtbögen aufgelöst wird 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.From GB - A - 1 006 715 there is already an overvoltage protection element at the beginning known type known that a plurality of quenching plates within the housing having quenching plate arrangement. The quenching plate arrangement is opposite the ends of the electrodes remote from the connection elements arranged. The known surge protection element has good surge protection behavior and especially good follow-up current deletion behavior, its improving effect is characterized by the quenching plate arrangement results in the arc in a series of short partial arcs connected in series is resolved and that the sum of the partial arcs requires a higher voltage than the undivided arc, so that after the voltage becomes zero or zero current, a higher re-ignition voltage is required than for an undivided arc. In addition, touching the arc causes or the partial arc with the relatively cold, good heat-conducting extinguishing plates intensive cooling and thus deionization of the arc plasma.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hinsichtlich seines Überspannungsschutzverhaltens nochmals verbessertes Überspannungsschutzelement anzugeben.The present invention is based on the object, with regard to its overvoltage protection behavior again improved surge protection element specify.

Das erfindungsgemäße Überspannungsschutzelement ist nun dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Gehäuses mehrere vorzugsweise jeweils eine Mehrzahl von Löschblechen aufweisende Löschblech-Anordnungen vorgesehen sind und daß zwei Löschblech-Anordnungen aneinander abgewandten Seiten der Elektroden - mit Abstand zu den Elektroden - angeordnet sind. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung hat den Vorteil, daß der Blitzstoßstrom vom Netzfolgestrom entkoppelt wird, so daß hierdurch das Überspannungsschutzverhalten des erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelementes nochmals verbessert wird. The surge protection element according to the invention is now characterized in that that within the housing several preferably a plurality of each Quenching plate arrangements having quenching plates are provided and that two quenching plate arrangements on opposite sides of the electrodes - with Distance to the electrodes - are arranged. The configuration according to the invention has the advantage that the lightning impulse current is decoupled from the line follow current, so that hereby the surge protection behavior of the surge protection element according to the invention is further improved.

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 und
Fig. 12: einen Schnitt durch das Überspannungsschutzelement nach Fig. 11, längs der Linie XII - XII in Fig. 11.

In the following, the teaching of the invention is explained in connection with graphic representations, namely in connection with overvoltage protection elements, in which the teachings of the earlier patent application discussed at the outset are implemented. Show it

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: a longitudinal section through a preferred embodiment of an overvoltage protection element according to the invention and
Fig. 12: 11 shows a section through the overvoltage protection element according to FIG. 11, along the line XII-XII in FIG. 11.

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 overvoltage protection element 1 shown in Figures 1 to 12 is used for Derivation of transient overvoltages and to limit surge currents and consists in its essential structure of two electrodes 2, one between the electrodes 2 effective air breakdown spark gap 3 and one the electrodes 2 receiving housing 4. Each electrode 2 has a connecting leg 5 and a spark horn running at an acute angle to the connecting leg 5 6 on. As shown in FIGS. 1 to 3 and 6 and 11, the tip refers Angle between the connecting leg 5 and the spark horn 6 on the functional surface of the spark horn 6. The spark horns 6 of the two - at a distance from each other arranged - electrodes 2 together form the air breakdown spark gap 3. The fact that the spark horns 6 of the electrodes 2 in the previously explained Way at an acute angle to the connecting legs 5 is the Air breakdown spark gap 3 executed at an acute angle; the angle between the mutually facing spark horns 6 of the electrodes 2 is preferably about 30 °.

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).1, 2, 4 and 5 in particular, the spark horns 6 are the electrodes 2 in their areas adjacent to the connecting leg 5 with a parallel to the connecting legs 5 extending holes 7 provided in the embodiment are realized in the center of the spark horns 6 of the electrodes 2 (cf. 4 and 5 in particular).

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. list 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 electrode 2 of an overvoltage protection element 1 shown in FIG. 1 the spark horn 6 is provided with a single bore 7. In contrast, the Fig. 2 shows an electrode 2, in which the spark horn 6 two provided one above the other Has holes 7; in comparison with the electrode 2 according to FIG. list for the electrode 2 according to FIG. 2 below the bore 7 with which the electrode 2 according to FIG. 1 is provided is realized another hole 7.

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.For the rest, the figures show that in the illustrated embodiment the spark horns 6 of the electrodes 2 on both sides with a chamfer 8 are provided, are convex on their mutually facing sides and on their sides facing away from one another with the spark horns transverse to the longitudinal extent 6 extending slots 9 are provided; instead of the shown transverse Slots 9 are also possible. The chamfering of the spark horns 6 of the electrodes 2 prevents material abrasion on the edges of the Spark horns 6 is coming. The measure preferably implemented, the spark horns 6 to form the electrodes 2 on their sides facing one another in a convex manner to the fact that the resulting after a response of the overvoltage protection element 1 Arc arises preferably in the center of the spark horns 6 and runs centrally to the ends or tips of the spark horns 6. With the slots 9, with which the spark horns 6 of the electrodes 2 on their sides facing away from each other are provided, it is finally achieved that the current to the arch of the Arc exactly the contour of the V-shaped air breakdown spark gap 3 must understand. This results on the opposite electrode 2 magnetic blowing of the arc at its base. Have the slots 9 moreover the advantage that the remaining material is particularly effective Heat sink works; the spark horns are therefore vented at the same time 6 of the electrodes 2 from behind.

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 overvoltage protection elements shown in the figures 1 is between the opposite ends of the connecting leg 5 of the two electrodes 2 an ignition aid which triggers a sliding discharge 10 is provided, which preferably consists of an insulating material which is used in the event of a change in state, for example heating, no carbon in detrimental function Provides dimensions, and slightly, preferably 0.1 mm or more, in 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. Otherwise, the ignition aid 10 as shown in FIGS. 4 and 5, on their air breakdown spark gap 3 facing V-shaped side and with one into the air breakdown spark gap 3 reaching narrow slot 11 provided. The slot 11 in the Ignition aid 10 has a positive influence on the response voltage.

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 an overvoltage protection element 1 also with respect to the housing 4 special Measures are implemented. Namely, what is not shown is that the housing 4 partially consists of a plastic, which when heated or Combustion does not emit carbon or partially with such a plastic is lined. The problems described earlier that occur when the housing is made of plastic, which when heated or burned Carbon releases are therefore eliminated.

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 surge protection elements 1, the side walls 12 of the Housing 4 are used up to the spark horns 6 of the electrodes 2. Thereby the arc runs extremely well; it runs very fast to the tips of the spark horns 6.

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 Lichtbögen 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.For the exemplary embodiments shown in FIGS. 5 and 6 and 11 and 12 of Surge protection elements 1 also apply to the spark horns 6 of the electrodes 2 adjacent housing covers 13 made of electrically conductive material, preferably consists of erosion-resistant material, in particular of copper tungsten. It is then the distance between the ends of the housing cover 13 adjacent Spark horns 6 of the electrodes 2 and the housing cover 13 are chosen so that between the ends of the spark horns 6 adjacent to the housing cover 13 and the Housing cover 13 arcs can occur. Through those described above Measures migrates after the overvoltage protection element has responded 1 arcs initially created from the ignition area to the tips of the Spark horns 6. Then, between the tips of the spark horns 6 and the housing cover 13 made of electrically conductive material two arcs. The conductor loop building up now ensures that the two arcs be driven behind the spark horns 6. Overall, this means that two arcs form, all for a high arc voltage with the network follow current, so that the deletion behavior for the network follow current has changed significantly, namely a quasi short-circuit proof discharge arrangement arose.

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 noted that in the embodiment of an overvoltage protection element 1, to which an electrode according to FIG. 2 belongs, that is, in which each spark horn 6 has two bores 7 provided one above the other, the second, lower bore 7 is effective when the ignition aid 10 between the connecting legs 5 of the electrodes 2 burned down. The second hole 7 thus serves as a kind of security that the overvoltage protection element 1 also works in such a case.

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 Surge protection elements 1 are only shown schematically, FIG. 7 to 10 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 terms of constructive details in FIGS. 7 to 10 illustrated embodiment and in the Embodiment according to FIGS. 11 and 12, the electrodes 2 arranged so that the air breakdown spark gap 3 opens from top to bottom. For the rest are 7 to 10 in the embodiment shown in constructive detail Surge protection element 1, the functionally essential elements, that is Electrodes 2 with the spark horns 6 and the ignition aid 10 are essentially designed as described above in connection with FIGS. 1 to 6 in detail has been so that relevant statements in connection with FIG. 7th to 10 spare. 7 to 10 show above all structural details in relation on the housing 4.

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 housing 4 is a specially designed housing cover 13 assigned. 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.

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 housing 4 at least partially consists of a Plastic consists of no carbon when heated or burned emits or is at least partially lined with such a plastic. In the embodiment shown in Figs. 7-10, the second alternative is realized; the housing 4 thus has a lining 17 made of a plastic which does not give off carbon when heated or burned.

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 has been explained above, that the side walls 12 of the housing 4 up to the spark horns 6 Electrodes 2 are used, which results in extremely good running behavior of the arc occurs. The shown in constructive detail in FIGS. 7 to 10 Embodiment of a surge protection element 1 achieves the same good Running behavior of the arc in that the spark horns 6 formed Air breakdown spark gap 3 laterally assigned limiting elements 18 are.

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 is also explained above been that the spark horns 6 of the electrodes 2 adjacent housing cover 13 consists of electrically conductive material, the distance between the Housing cover 13 adjacent ends of the spark horns 6 of the electrodes 2 and the housing cover 13 is selected so that between the housing cover 13 adjacent Ends of the spark horns 6 and the housing cover 13 arcs arise can. The same result is found in the constructive detail in FIG. 7 to 10 embodiment shown achieved in that in the housing 4, the ends the spark horns 6 opposite the electrodes 2, an insert 19 made of electrical conductive material, again preferably made of erosion-resistant material is.

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, the housing cover 13 - is designed asymmetrically. In fact, on one side and the other on the other Side of the vertical main plane on the one hand, the screws 16 with which the Housing cover 13 is connected to the housing 4, on the other hand connector body 20th for connecting electrical lines, not shown. Below the screws 16, with which the housing cover 13 is connected to the housing 14 Blow-out openings 21 realized.

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.11 shows, is inside the housing 4 of the surge protection element according to the invention 1 at least one having a plurality of quenching plates 22 Quenching plate arrangement 23 is provided. In fact, there are two quenching plate arrangements 23 provided and the two quenching plate arrangements 23 to the sides of the electrodes 2 facing away from one another - arranged at a distance from the electrodes 2. This embodiment has the advantage that the lightning impulse current from Mains sequence current is decoupled. There is of course also the possibility of the invention Surge protection element with three quenching plate arrangements provided, namely with a quenching plate arrangement opposite the connecting elements far ends of the electrodes and with two quenching plate arrangements the opposite sides of the electrodes.

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 to move the arc into the Drive in the quenching plate assemblies 13. Therefore, quenching plates 22 are made of ferromagnetic Material, preferably made of iron. That came about of the forces driving the arc into the quenching plate assemblies 23 explained themselves when using quenching plates 22 made of ferromagnetic material from the endeavor of the magnetic flux surrounding a current-carrying conductor, if possible from the magnetically much better than air-conducting extinguishing plates 22 To bleed iron; the arc is therefore from a quenching plate arrangement 23, whose quenching plates 22 are made of ferromagnetic material.

Im übrigen empfiehlt es sich, aus Eisen bestehende Löschbleche 22 mit einem Oberflächenüberzug aus korrosionsbeständigem Material zu versehen, vorzugsweise aus Silber oder aus Nickel.For the rest, it is advisable to use iron extinguishing plates 22 with a surface coating to be made of corrosion-resistant material, preferably of Silver or nickel.

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. 11 can be seen in the illustrated embodiment the quenching plates 22 of the surge protection element 1 according to the invention a rectangular cross-section, with a ratio of length to width from about 4: 1 to about 2: 1, preferably from about 3: 1.

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 inventive one Surge protection element 1, as the connection elements of the electrodes 2, so here the connecting leg 5 of the electrodes 2, each with one current loop 24 assigned to connecting leg 5 next to quenching plate 22 are provided. The current loops 24 are U-shaped and with their open Sides arranged away from the electrodes 2. This way - without this measure occurring - forces originating from the flowing current "neutralized".

Claims

An overvoltage protection element for the discharging of transient overvoltages, comprising two electrodes (2), an air breakdown spark gap (3) which is effective between the electrodes (2) and a housing (4) which receives the electrodes (2), wherein each electrode (2) comprises a connection element, preferably a connection limb (5), and a spark conductor (6) which preferably runs at an acute angle to the connection element, and the spark conductors (6) of the two electrodes (2), which electrodes are disposed at a distance from each other, together form the air breakdown spark gap (3), characterised in that a plurality of blow-out plate arrangements (23), which preferably each comprise a multiplicity of blow-out plates (22), is provided inside the housing (4), and that two blow-out plate arrangements (23) are disposed at the sides of the electrodes (2) which face away from each other - at a distance from the electrodes (2).
An overvoltage protection element according to claim 1, characterised in that one blow-out plate arrangement is disposed opposite the ends of the electrodes (2) remote from the connection elements.
An overvoltage protection element according to claims 1 or 2, characterised in that the blow-out plates (22) consist of ferromagnetic material, preferably of iron.
An overvoltage protection element according to claim 3, characterised in that the blow-out plates (22) are provided with a surface coating of a corrosion-resistant metal, preferably of silver or of nickel.
An overvoltage protection element according to any one of claims 1 to 4, characterised in that the blow-out plates (22) have a rectangular cross-section, preferably a cross-section having a ratio of length to width from about 4 : 1 to about 2 : 1, preferably of about 3 : 1.
An overvoltage protection element according to any one of claims 1 to 5, characterised in that the connection elements of the electrodes (2) are each provided with a current loop (24) associated with the blow-out plate (22) next to the connection element.
An overvoltage protection element according to claim 6, characterised in that the current loops (24) are of U-shaped construction and are disposed with their open sides directed away from the electrodes (2).
An overvoltage protection element according to any one of claims 1 to 7, characterised in that the lower region of the air breakdown spark gap (3) includes an angle of about 10° to 40°, preferably of about 20° to 30°.
An overvoltage protection element according to claim 8, characterised in that the mutually facing regions of the spark conductors (8, 9) are of substantially smooth construction.
An overvoltage protection element according to any one of claims 1 to 9, characterised in that the air breakdown spark gap (3) opens directly into a blow-out opening situated in the housing (4).
An overvoltage protection element according to any one of claims 2 to 10, characterised in that the blow-out plate arrangement is disposed within or preferably directly adjoining the air breakdown spark gap (3).
An overvoltage protection element according to claims 10 or 11, characterised in that the blow-out plate arrangement is disposed in the region of the blow-out opening.