EP1338064B1

EP1338064B1 - Kompaktanordnung für mehrpolige stossstromfeste überspannungsableiter sowie gekapaelter überspannungsableiter hierfür

Info

Publication number: EP1338064B1
Application number: EP01990442A
Authority: EP
Inventors: Georg Wittmann; Edmund ZÄUNER; Peter Zahlmann; Arnd Ehrhardt; Bernhard Krauss; Michael Waffler; Stefan Hierl
Original assignee: Dehn and Soehne GmbH and Co KG
Current assignee: Dehn SE and Co KG
Priority date: 2000-11-28
Filing date: 2001-11-27
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2021-11-27
Also published as: US7271992B2; WO2002045224A3; WO2002045224A2; EP1338064A2; US20040160723A1; AU2002229570A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kompaktanordnung für mehrpolige stoßstromfeste Überspannungsableiter mit in einem Gehäuse im wesentlichen parallel angeordneten, intern verdrahteten gekapselten Funkenstrecken, wobei die Funkenstrecken gegenüberliegende, hervostehende Kontaktflächen aufweisen, die mit äußeren Anschlußklemmen sowie inneren Kontaktschienen oder brücken verbunden sind, und mit einer elektronischen, auf einem Verdrahtungsträger befindlichen Ansteuer- oder Triggerschaltung. Das Gehäuse ist mit Trennwänden versehen und besitzt eine Wannenform, wobei die derart gebildeten Gehäusekammern die Funkenstrecken und die Anschlußklemmen aufnehmen. Auf der nach oben offenen Gehäusewanne ist eine Isolierplatte vorgesehen, welche Öffnungen aufweist, in die Federkontaktelemente eingesetzt sind. Weiterhin befindet sich oberhalb der Isolierplatte der Verdrahtungsträger, wobei die Federkontaktelemente eine elektrische Verbindung zwischen Kontaktpunkten an der Unterseite des Verdrahtungsträgers und dem Mantel jeweils einer der Funkenstrecken schaffen. Weiterhin betrifft die Erfindung einen gekapselten Überspannungsableiter mit einer Funkenstreckenanordnung, umfassend zwei koaxial zueinander liegende, sich mindestens teilweise überlappende metallische Hauptelektroden mit entgegengesetzt gerichteten Anschlüssen, wobei die Hauptelektroden in Verbindung mit mindestens einem Isolationsteil einen Lichtbogenbrennraum bilden. Erfindungsgemäß weist mindestens eine der Hauptelektroden einen inneren Expansionsraum auf und es ist mindestens im Bereich eines äußeren Isolationsteils eine vorzugsweise radial oder axial rotationssymmetrisch verlaufende Triggerelektrode vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kompaktanordnung für mehrpolige stoßstromfeste Überspannungsableiter mit in einem Gehäuse im wesentlichen parallel angeordneten, intern verdrahteten, gekapselten Funkenstrecken, wobei die Funkenstrecken gegenüberliegende, hervorstehende Kontaktflächen aufweisen, die mit äußeren Anschlussklemmen sowie inneren Kontaktschienen oder -brücken verbunden sind, und mit einer elektronischen, auf einem Verdrahtungsträger befindlichen Ansteuer- oder Triggerschaltung, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Mehrpolige Überspannungsableiter, die bis zu 100 kA stoßstromfest sind und die in einem Gehäuse mehrere gekapselte Funkenstrecken, allerdings nicht in 3+1-Schaltung, enthalten, sind bekannt.
Bei einer sogenannten 3+1-Schaltung werden die Außenleiter L1, L2, L3 gegen N und der N-Leiter wiederum gegen PE geschaltet.
Bei derartigen Ausführungsformen von mehrpoligen Überspannungsableitern in einem Gehäuse ist also ein interner Verdrahtungsebenen-Wechsel dann erforderlich, wenn alle Leiter (L1, L2, L3 und N) von einer Seite ausgeschlossen werden sollen.
Wird eine solche interne Verdrahtung durch eine zusätzliche Brücke realisiert, sind mindestens zwei weitere Schraub- oder Schweißverbindungen zur elektrischen Kontaktierung erforderlich. Aufgrund der Tatsache, dass eine derartige Brücke einer sehr hohen mechanischen Belastung bei den erwähnten möglichen Stoßströmen bis in den Bereich um 100 kA ausgesetzt ist, muss für eine entsprechende Dimensionierung und mechanische Ausführung Sorge getragen werden.
Ein weiteres Problem bei den Ausführungsformen von mehrpoligen Ableitern mit Verdrahtungsebenen-Wechsel besteht darin, dass nach Möglichkeit kein zusätzlicher Bauraum für die Brücke selbst in Anspruch genommen werden soll, um die Außenabmessungen des Gehäuses nicht zu verändern bzw. um Standardgehäuse einzusetzen, die auch für andere Applikationen geeignet sind.
Ebenso ist aus Gründen der Bauraumminimierung die Triggerschaltung bzw. eine Ansteuerschaltung im Gehäuse zu integrieren, wobei die elektrischen Anschlussstellen mit Blick auf den Montage- und Fertigungsaufwand auszubilden sind.
In Niederspannungsnetzen werden zum Schutz vor Überspannungen zwischen dem N- und PE-Leiter sogenannte N-PE-Funkenstrecken eingesetzt.
Diese Funkenstrecken müssen insbesondere zum Schutz bei direktem Blitzeinschlag über ein sehr hohes Stoßstromableitvermögen bis hin zu 100 kA 10/350µs verfügen.
Gekapselte Funkenstrecken mit einem derartigen Leistungsvermögen sind beispielsweise aus der DE 196 04 947 C1 , DE 198 18 674 A1 oder DE 298 10 937 U1 vorbekannt. Diese Funkenstrecken verfügen über einen Schutzpegel von ≥ 2,5kV.
In bestimmten Anwendungsfällen sind jedoch Funkenstrecken mit niedrigeren Schutzpegeln erforderlich. Zur Realisierung dieser Anforderungen ist der Einsatz von Triggerschaltungen zweckmäßig. Leistungsfähige N-PE-Funkenstrecken, die auch eine zusätzliche wirksame Triggerelektrode bei gleichbleibend hohem Leistungsvermögen aufweisen, stehen noch nicht zur Verfügung. Die hohe Strombelastung, der damit verbundene hohe Materialabbrand, die hohen dynamischen Belastungen durch Stromkräfte, Druck, Energie und Temperatur stellen erhebliche konstruktive Anforderungen bei gekapselten Ableitern.
Überspannungsableiter mit koaxialen Elektrodenanordnungen, die aufgrund der gegebenen Rotationssymmetrie fertigungsseitig von Vorteil sind, wurden beispielsweise in der EP 0 840 413 A1 oder EP 0 771 055 A1 offenbart. Dort ist eine Elektrode beidseitig isoliert durch ein Rohr geführt, welches gleichzeitig die äußere Elektrode und den Gehäusemantel darstellt. Das Einbringen einer zusätzlichen Triggerelektrode ist nicht oder nur erschwert möglich. Darüber hinaus würde eine zusätzliche Elektrode unmittelbar in dem Brennbereich des Lichtbogens angeordnet sein und somit das Brennverhalten des Lichtbogens beeinflussen und einem starken Abbrand unterliegen. Gemäß DE 35 28 556 A1 oder EP 0 242 688 B1 werden koaxiale
Elektrodenanordnungen durch ein einseitiges Hineinragen einer Stabelektrode in eine Rohrelektrode gebildet. Bei den zitierten Lösungen ist das Einbringen einer dritten Elektrode nicht vorgesehen und auch nur schwer zu realisieren. Des weiteren besteht bei der Zündung von insbesondere stromstarken bzw. lang andauernden Lichtbögen die Gefahr, daß diese aus dem koaxialen Elektrodenbereich austreten und die Kapselung der Funkenstrecke nachhaltig schädigen. Vorhandene Hohlräume außerhalb des bevorzugten Brennraums können nicht zur Druckentlastung oder als Expansionraum genutzt werden, da die Wärmeabgabe an das Isolationsmaterial der Gehäusewand äußerst ineffektiv ist.
Aus der US 3,849,704 , aber auch der DE 198 17 063 A1 sind gekapselte Funkenstrecken mit koaxialer Elektrodenanordnung vorbekannt.
Gemäß DE 198 17 063 A1 nimmt der Elektrodenabstand mit zunehmender Entfernung von der Überschlagsstelle zu. Ziel ist es hier, eine Lichtbogenwanderung mit Lichtbogenverlängerung zur Erhöhung des Löschvermögens bei Netzfolgestrom zu erreichen. Die Verlängerung des Lichtbogens führt jedoch zwangsläufig zu höheren Energieumsätzen und stärkeren Temperatur- und Druckbelastungen, welche insbesondere bei N-PE-Funkenstrecken unnötig und darüber hinaus unerwünscht sind.
Ebenso wenig verfügen die zitierten Überspannungs-Schutzelemente über eine dritte Elektrode zur Triggerung. Der oben zitierte Stand der Technik zeigt auch keine Expansionsräume, in welchen das aufgeheizte Gas nach bzw. auch während der Belastung effektiv abgekühlt werden kann. Eine solche Maßnahme ist jedoch insbesondere bei N-PE-Funkenstrecken in gekapselter Ausführung sehr wesentlich, da so die Druckbelastung, die Bogenspannung und somit der Energieumsatz und die Temperaturbelastung auf ein Mindestmaß begrenzt werden können.
Aus der DE 100 08 764 A1 wiederum ist eine Überspannungs-Schutzeinrichtung bekannt, die koaxiale Hauptelektroden aufweist, welche triggerbar sind. Der Anschluss der Elektroden erfolgt von der gleichen Seite, um innerhalb der Funkenstrecke eine gerichtete Bewegung des Lichtbogens zu einer Prallplatte zu bewirken.
Dies führt jedoch zu einer Verlängerung und Aufteilung des Lichtbogens, wodurch eine Löschung von Netzfolgeströmen unterstützt werden soll. Die Verlängerung des Lichtbogens ist, wie bereits dargelegt, für N-PE-Funkenstrecke nicht zweckmäßig. Weiterhin besitzt die bekannte Funkenstrecke keine geeigneten Expansionsräume, welche eine Abkühlung der heißen Gase ermöglichen. Der entstehende hohe Druck bewirkt so eine unerwünschte Erhöhung der Lichtbogenspannung und beansprucht das Gehäuse der Funkenstrecke in mechanischer Hinsicht unnötig. Ein Reduzieren der Druckbelastung kann nur durch große Auslassöffnungen erfolgen, welche schon bei der Lichtbogenentstehung wirksam sind, realisiert werden. Dabei jedoch besteht die Gefahr eines unerwünschten Austritts von elektrisch leitenden Gasen.
Die DE-AS 12 82 153 stellt eine Funkenstrecke vor, die über einen sogenannten Expansions- und einen Reflexionsraum verfügt. Der Reflexionsraum soll durch den Druck, der bei der Lichtbogenzündung entsteht, den Lichtbogen gezielt in den Expansionsraum drücken, um einerseits die Zündstelle vor zu starkem Abbrand zu schützen und um andererseits den Lichtbogen zu verlängern, so dass das Löschverhalten der Funkenstrecke verbessert ist.
Aus der CH 679 715 A1 ist eine gattungsbildende Kompaktanordnung für mehrpolige stoßstromfeste Überspannungsabteiter gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 vorbekannt. Diese bekannte Anordnung besitzt ein Gehäuse mit im Wesentlichen parallel angeordneten, intern verdrahteten, gekapselten Funkenstrecken. Die Funkenstrecken weisen gegenüberliegende, hervorstehende Kontaktflächen auf, die mit äußeren Anschlussklemmen sowie Kontaktschienen verbunden sind. Darüber hinaus ist eine Ansteuer- oder Triggerschaltung vorhanden und es besitzt das Gehäuse eine mit Trennwänden versehene Wannenform, um die Funkenstrecken aufzunehmen.
Aus dem Vorstehenden ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine weitergebildete Kompaktanordnung für mehrpolige stoßstromfeste Überspannungsableiter mit in einem Gehäuse im wesentlichen parallel angeordneten, intern verdrahteten gekapselten Funkenstrecken mit Triggerschaltung anzugeben, die auch für eine sogenannte 3+1-Schaltung verwendet werden kann und die in besonders kostengünstiger Weise herstellbar ist.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einer Kompaktanordnung für mehrpolige stoßstromfeste Überspannungsableiter nach den Merkmalen des Patentanspruchs 1, wobei die Unteransprüche 2 - 18 zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.
Gemäß einem Grundgedanken der Erfindung wird von einem Gehäuse ausgegangen, das eine Wannenform mit inneren Trennwänden besitzt, wobei die derart gebildeten Gehäusekammern die einzelnen Funkenstrecken und die jeweiligen Anschlussklemmen aufnehmen.
Auf der nach oben offenen Gehäusewanne ist eine Isolierplatte vorgesehen, welche Öffnungen aufweist, in die Federkontaktelemente eingesetzt sind.
Weiterhin ist oberhalb der Isolierplatte der Verdrahtungsträger für die elektronische Ansteuer- oder Triggerschaltung befindlich, wobei die Federkontakte eine elektrische Verbindung zwischen Kontaktpunkten an der Unterseite des Verdrahtungsträgers einerseits und dem Außenmantel jeweils einer der Funkenstrecken andererseits herstellen.
Bevorzugt ist der Verdrahtungsträger eine kupferkaschierte Leiterplatte, wobei die Kontaktpunkte an der Unterseite dieser Leiterplatte als größerflächige Lotinseln ausgeführt sind.
Die Leiterplatte umfasst seitliche, vorzugsweise gekröpfte Anschlussfahnen, welche mit den inneren Kontaktschienen, die sich in den jeweiligen Gehäusekammern befinden, elektrisch und mechanisch verbindbar sind. Hierdurch wird also nicht nur die gewünschte elektrische Kontaktierung, sondern auch eine mechanische Arretierung der Isolierplatte, enthaltend die Federkontaktelemente, erreicht. Gesonderte Befestigungsmittel für die Isolierplatte selbst können entfallen.
Die Isolierplattenunterseite weist im Bereich der Öffnungen vorzugsweise hülsenartige Fortsätze auf, welche unter einem Winkel zur Längsachse angeschnitten sind, so dass einerseits die Federkontaktelemente gegen Herausfallen nach unten gesichert sind und andererseits ein leitfähiger Abschnitt dieser freiliegt. Im nicht geschnittenen unteren Bereich ist der hülsenartige Fortsatz geschlossen, um bevorzugt eingesetzte zylindrische Druckfedern aufzunehmen, die beiderseits der jeweiligen Öffnungen, d.h. nach oben und nach unten über den Anschnitt frei- bzw. hervorstehen.
Wenn die gekapselten Funkenstrecken eine im wesentlichen zylindrische Form besitzen, ist der Anschnitt der hülsenartigen Fortsätze kreissegmentartig und komplementär zum zylindrischen Funkenstreckengehäuse ausgebildet.
Den jeweiligen hülsenartigen Fortsätzen gegenüberliegend ist mindestens ein weiterer Arretierungsfortsatz an der Isolierplatte angeformt, welcher mit seiner zur jeweiligen Funkenstrecke orientierten Seite an deren Gehäuseform angepasst ist, so dass die Isolierplatte beim Aufsetzen sich selbst justiert, wodurch der Montageaufwand weiter vereinfacht ist.
Die Oberseite der Isolierplatte weist angeformte Distanznocken auf, die sich gegen die Unterseite der Leiterplatte abstützen. Unerwünschte Krafteinwirkungen auf die Lötstellen der elektronischen Bauelemente auf der Leiterplatte sowie unerwünschte Spannungen und Kräfte auf die Leiterplatte werden hierdurch minimiert. In diesem Sinne befinden sich die Distanznocken über den Außenumfang der Oberseite der Isolierplatte verteilt angeordnet.
Das Gehäuse und die Isolierplatte sind bevorzugt Kunststoff-Spritzgussteile, d.h. insbesondere die Isolierplatte mit den hülsenartigen Fortsätzen und den Distanznocken ist einstückig.
Eine vorgesehene Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke für eine 3+1-Schaltung weist eine im wesentlichen Z-Form mit zwei kurzen, entgegengesetzt gerichteten und einem längeren Verbindungsschenkel auf, wobei die Befestigung und elektrische Kontaktierung über eine Passung, im wesentlichen lediglich auf Formschluss basierend, realisiert ist.
Vorhandene hervorstehende Kontaktflächen an den Funkenstrecken werden genutzt, um über diese quasi Bolzen die Befestigung und Kontaktierung der Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke zu erreichen. Der längere Verbindungsschenkel der Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke kann mit einer Isolationsumhüllung versehen sein.
In den kurzen Schenkeln sind Passbohrungen oder Aussparungen eingebracht, welche dem Außenmaß der jeweiligen hervorstehenden Kontaktflächen der Funkenstrecke entsprechen.
Weiterhin ist die Materialstärke mindestens der kurzen Schenkel im wesentlichen gleich oder einen geringen Betrag kleiner als das Höhenmaß des Kontaktflächen-Vorsprungs der jeweiligen Funkenstrecke. Die Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke ist dann im Außengehäuse des Überspannungsableiters so angeordnet, dass der lange Schenkel im Bauraumabstand zwischen zwei der Funkenstrecken bzw. zwischen zwei Kammern verläuft.
Zur internen Verbindung sowie zur Aufnahme von äußeren Anschlussklemmen sind die hierfür erforderlichen Kontaktschienen bei einer Ausführungsform der Erfindung als metallische Winkelelemente ausgebildet, wobei ein erster Winkelschenkel kraftschlüssig mit der jeweiligen hervorstehenden Kontaktfläche der Funkenstrecke verbunden und über diesen Schenkel ein formschlüssiger Halt im Gehäuse gegeben ist. Ein zweiter Winkelschenkel nimmt die erwähnten äußeren Anschlussklemmen auf oder dient der Befestigung dieser.
Der erste Winkelschenkel der Kontaktschienen ist über eine Schraubverbindung mit der jeweiligen Kontaktfläche der Funkenstrecke verbunden, wobei hierfür die dort vorgesehene Bohrung mit Innengewinde genutzt wird.
Die Schraubverbindung, wie vorerwähnt, dient gleichzeitig der Sicherung der jeweiligen kurzen Schenkel der Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke. Demnach ist also keine weitere Schraubverbindung oder eine ähnliche Kontaktierungsmaßnahme für den Verdrahtungsebenen-Wechsel, z.B. über die Kontaktschienen hinweg, notwendig.
Bei einer dreiphasigen Anordnung des mehrpoligen Überspannungsableiters mit Nulleiter verbindet eine der Kontaktschienen drei der vier Funkenstrecken auf einer der Gehäuselängsseiten. Die auf der gegenüberliegenden Gehäuselängsseite vorgesehene Kontaktschiene ist entweder als Einzelschiene pro Funkenstrecke oder als Kontaktschiene ausgebildet, die isolierende Abschnitte aufweist. Diese jeweils Einzelkontaktschienen bzw. die isolierenden Abschnitte aufweisende Kontaktschiene nimmt die Phasen- bzw. Nulleiter-Anschlussklemmen auf. Für den PE-Anschluss ist eine weitere Kontaktschiene mit mindestens einer äußeren Anschlussklemme vorgesehen, die mit der vierten Funkenstrecke verbunden ist.

Die Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke erstreckt sich zwischen der dritten Phasen-Funkenstrecke und der Nulleiter-Funkenstrecke und ist dort entsprechend elektrisch kontaktiert.
Bevorzugt besteht die Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke aus einem leitfähigen Flachmaterial, insbesondere Kupfer.
Wie vorerwähnt nehmen im Gehäuse ausgebildete Kammern die Funkenstrecken auf, wobei die Gehäuselängsseiten Nuten oder Schlitze umfassen, die der Führung und Befestigung der Kontaktschienen dienen.
Eine der Kammerwände kann zur führenden Aufnahme mindestens eines Teilabschnitts der Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke ausgebildet sein.
Im Bereich der kurzen Schenkel der Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke sind zungenartige Ausprägungen oder Vorsprünge angeordnet oder vorgesehen, welche im montierten Zustand ein zum jeweiligen ersten Winkelschenkel der Kontaktschiene gerichtetes Gegenlager bilden, so dass bei Stoßstromfluss auftretende Streckungskräfte der Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke sicher aufgenommen werden können.
Bei dem sich ergebenden Stromfluss einer 3+1-Schaltung mit Verdrahtungsebenen-Wechsel ist die Wechselbrücke so angeordnet, dass sich stromflussbedingte elektrische Kräfte im Sinne einer Kompensation gegenseitig aufheben, was einen weiteren wesentlichen Vorteil der Erfindung darstellt.
Dadurch, dass die Kontaktierung der Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke direkt an den Funkenstreckenpaketen über Bohrungen in der Brücke erfolgt, sind keine weiteren zusätzlichen mechanischen Verbindungen notwendig. Die bevorzugte Passung und die zusätzliche Sicherung der Passklemmung mittels der Kontaktschienen schafft eine optimale elektrische wie auch mechanische Konstruktion, ohne dass der Bauraum vergrößert ist und damit sich die Außenabmessungen des mehrpoligen Überspannungsableiter-Gehäuses verändern.
Die bevorzugte Stapelanordnung von in einer ersten Ebene liegenden Funkenstrecken, einer darüber befindlichen Isolierplatte und der oberhalb dieser angeordneten Leiterplatte mit der elektronischen Schaltung reduziert den Bauraum in der gewünschten Weise. Dabei erfüllt die Isolierplatte nicht nur die Aufgabe der elektrischen Isolation, sondern dient als Trägerelement von bevorzugt zylindrischen Druckfedern, die der elektrischen Kontaktierung bzw. Verbindung der Ansteuer- oder Triggerschaltung mit den in der ersten dieser angeordneten Leiterplatte mit der elektronischen Schaltung reduziert den Bauraum in der gewünschten Weise. Dabei erfüllt die Isolierplatte nicht nur die Aufgabe der elektrischen Isolation, sondern dient als Trägerelement von bevorzugt zylindrischen Druckfedern, die der elektrischen Kontaktierung bzw. Verbindung der Ansteuer- oder Triggerschaltung mit den in der ersten Ebene befindlichen Funkenstrecken dienen. Eine Außenabdeckung komplettiert dann die Gesamtanordnung und sorgt für die Berührungssicherheit und den Schutz der Baugruppe.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
Hierbei zeigen:

Fig. 1: eine Ansicht des wannenartigen Gehäuses mit Einzelkammern und darin befindlichen Funkenstrecken sowie die noch nicht endgültig positionierte Isolierplatte;
Fig. 2: eine Ansicht der Anordnung mit positionierter Isolierplatte und darüber befindlicher, noch nicht befestigter Leiterplatte;
Fig. 3: eine Draufsicht auf einen mehrpoligen Überspannungsableiter mit erkennbaren Funkenstrecken, Kontaktschienen und der Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke;
Fig. 4: Detaildarstellungen von jeweils zwei Überspannungsableitern mit erkennbarer konstruktiver mechanischer Anordnung der Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke und
Fig. 5: eine Ansicht der Leiterplattenunterseite der Ansteuer- oder Triggerschaltung mit Lotinsel-Kontaktpunkten.

Gemäß Fig. 1 sind im Kunststoffgehäuse 6 Kammern vorgesehen, die die Überspannungsableiter bzw. Funkenstrecken 1 bis 4 aufnehmen. Zu erkennen sind weiterhin Anschlussklemmen 12 sowie Befestigungsschrauben 13.
Auf der nach oben offenen Gehäusewanne wird eine Isolierplatte 25 aufgesetzt, welche mehrere hülsenartige Fortsätze 26 an ihrer Unterseite besitzt. Diese hülsenartigen Fortsätze dienen der Aufnahme einer zylindrischen Druckfeder 27 (siehe auch Fig. 2).
Bei Funkenstrecken 1 bis 4 in einer Form mit einem zylindrischen metallischen Außengehäuse sind die hülsenartigen Fortsätze 26 kreissegmentförmig angeschnitten bzw. ausgespart, wodurch ein Teil der zylindrischen Druckfeder 27 freiliegt.
Der untere Endabschnitt 28 der hülsenartigen Fortsätze 26 ist geschlossen, wodurch verhindert wird, dass die jeweiligen zylindrischen Druckfedern 27 nach unten herausfallen können.
Es ist also, wie in der Fig. 1 ersichtlich, der Anschnitt der hülsenartigen Fortsätze 26 kreissegmentartig und komplementär zum zylindrischen Funkenstreckengehäuse ausgebildet.
Den jeweiligen hülsenartigen Fortsätzen 26 gegenüberliegend ist jeweils mindestens ein weiterer Arretierungsfortsatz 29 an der Unterseite der Isolierplatte 25 angeformt.
Weitere Fortsätze 30 im Randbereich der Unterseite der Isolierplatte sichern diese gegen unerwünschtes Verschieben.
An der Oberseite der Isolierplatte 25 sind im äußeren Randbereich angeformte Distanznocken 31 vorhanden, die in Verbindung mit den gekröpften Anschlussfahnen 32, die an der Leiterplatte 33 befindlich sind, unerwünschte Spannungskräfte auf die Lötstützpunkte für die elektronischen Bauelemente auf der Leiterplatte 33 bzw. auf die Leiterplatte selbst verhindern.
Unter Hinweis auf Fig. 2 ist oberhalb der Isolierplatte 25 die erwähnte Leiterplatte 33 anzuordnen, wobei die oberen Enden der zylindrischen Druckfedern 27 mit speziell ausgebildeten Lotkontaktpunkten an der Unterseite der Leiterplatte in Verbindung kommen, so dass ein elektrischer Anschluss hin zu den Funkenstrecken gewährleistet wird.
Der Durchmesser der Kontaktpunkte 34 ist gleich oder größer als der Durchmesser der zylindrischen Druckfedern bzw. des oberen Endes dieser Kontaktfeder 27. Die typische flache Kegelform eines Lotpunkts führt in Verbindung mit der Flexibilität der jeweiligen zylindrischen Druckfeder zu einer Zentrierung und sicheren Kontaktierung auch dann, wenn nicht zu vermeidende Toleranzen hinsichtlich der Lage und Ausführungsform der Anschlussfahnen 32 und deren Befestigung mittels Schrauben 13 vorliegen. Die Größenverhältnisse zwischen den Kontaktpunkten 34 einerseits und übrigen Lötinseln 35 zur Befestigung der elektronischen Bauelemente auf der Leiterplatte 33 sind der Fig. 5 entnehmbar, welche auch die seitlich angeordneten Anschlussfahnen 32 zeigt.
Bei mehrpoligen Überspannungsableitern in 3+1-Schaltung ergibt sich bei entsprechend gewünschter Klemmung die Notwendigkeit eines internen Verdrahtungsebenen-Wechsels, wofür eine entsprechende Brücke zwischen einer der Phasen und dem Nulleiter erforderlich ist.
Die praktische Ausführung eines mehrpoligen stoßstromfesten Überspannungsableiters in 3+1-Schaltung lässt Fig. 3 erkennen. Die einzelnen Überspannungsableiter 1 bis 4 befinden sich in einzelnen Kammern 5 des Kunststoffgehäuses, wobei auf einer der Gehäuselängsseiten die Kontaktschiene 7 vorgesehen ist, welche die Überspannungsableiter 1 bis 3 elektrisch verbindet.
Auf der gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 6 sind Einzelkontaktschienen 8 bis 11 vorgesehen. Diese Einzelkontaktschienen nehmen jeweils ein Paar von äußeren Anschlussklemmen 12 (siehe auch Fig. 4) auf.
Die Kontaktschiene 7 bzw. die Einzelkontaktschienen 8 bis 11 sind mit einer hervorstehenden Kontaktfläche 14 der jeweiligen Funkenstrecken 1 bis 4 elektrisch über eine Schraube verbunden, die von einer Bohrung mit Innengewinde der vorstehenden Kontaktfläche 14 aufgenommen wird.
Die notwendige Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke 15, die eine im wesentlichen Z-Form aufweist, befindet sich mit ihrem längeren Verbindungsschenkel zwischen den Funkenstreckenableitern 3 und 4.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist zur führenden Aufnahme mindestens des langen Schenkels der Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke 15 eine Ausformung 16 in der entsprechenden Kammertrennwand 17 vorhanden.
Wie aus der Fig. 4 im oberen Bildteil besonders deutlich erkennbar, ist im kurzen Schenkel 18 der Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke 15 eine Passbohrung eingebracht, die auf die äußeren Abmessungen der vorstehenden Kontaktfläche 14 des jeweiligen Ableiters 1 bis 4 abgestimmt ist.
Damit kann der jeweilige kurze Schenkel 18 in Formschluss mit der vorstehenden Kontaktfläche 14 gebracht werden, wobei das Endfixieren dann mit Hilfe einer entsprechenden Kontaktschiene erfolgt, wie dies im unteren Bildteil nach Fig. 4 deutlich wird.
Die Materialstärke mindestens der kurzen Schenkel 18 ist im wesentlichen gleich oder kleiner als das Höhenmaß des Kontaktflächen-Vorsprungs 14 der jeweiligen Funkenstrecke 1 bis 4.
Bevorzugt besteht die Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke 15 aus einem Flachkupfermaterial, welches mindestens in einem Teilbereich mit einer Isolationsumhüllung 19 (siehe Fig. 4) versehen sein kann.
Die Kontaktschiene 7, aber auch die Einzelkontaktschienen 8 bis 11 sind als metallische Winkelelemente ausgebildet, wobei ein erster Winkelschenkel 20 kraftschlüssig mit der jeweiligen hervorstehenden Kontaktfläche 14 der jeweiligen Funkenstrecke verbunden ist. Über diesen Schenkel 20 kann gleichzeitig ein Formschluss oder entsprechender Halt im Gehäuse 6 erreicht werden, was hierfür entsprechende Nuten oder dergleichen Aussparungen besitzt.
Ein zweiter Winkelschenkel 21 trägt die Anschlussklemmen 12.
Der erste Winkelschenkel 20 ist über eine Schraubverbindung (siehe Fig. 4) mit der jeweiligen Kontaktfläche 14 der jeweiligen Funkenstrecke verbunden. Diese Schraubverbindung kann gleichzeitig den jeweiligen kurzen Schenkel 18 der Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke 15 sichern, wie dies im Bildteil rechts unten nach Fig. 4 dargestellt ist.
Zungenartige Ausprägungen oder Vorsprünge 22, die im Bereich der kurzen Schenkel 18 der Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke 15 angeordnet oder eingebracht sind, orientieren sich im montierten Zustand hin zum jeweiligen ersten Winkelschenkel, so dass dann ein Gegenlager entsteht, welches elektrodynamische Kräfte im Stoßstromfall aufnehmen kann.
Insbesondere wirkt dieses Gegenlager einer Streckung des Bügels beim Stromfluss entgegen.
Bei einer im wesentlichen mindestens abschnittsweisen U-Form der Kontaktschienen 8 bis 11 bzw. 23 für den PE-Anschluss dient ein dritter Zungen-Winkelschenkel 24 (siehe oberer Bildteil nach Fig. 4) als Kabelbefestigungs-Druckplatte. Dieser dritte Zungen-Winkelschenkel 24 liegt im wesentlichen dem zweiten Winkelschenkel 21 gegenüber.

Bezugszeichenliste

1 bis 4: Überspannungsableiter bzw. Funkenstrecken
5: Kammer
6: Kunststoffgehäuse
7: Kontaktschiene
8 bis 11: Einzelkontaktschienen
12: Anschlussklemme
13: Schraube
14: hervorstehende Kontaktfläche der Funkenstrecke
15: Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke
16: Ausformung
17: Kammertrennwand
18: kurzer Schenkel der Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke
19: Isolationsumhüllung
20: erster Winkelschenkel
21: zweiter Winkelschenkel
22: zungenartige Ausprägungen oder Vorsprünge
23: PE-Klemme
24: Zungen-Winkelschenkel
25: Isolierplatte
26: hülsenartiger Fortsatz
27: zylindrische Druckfeder
28: unterer Endabschnitt des hülsenartigen Fortsatzes
29: Arretierungsfortsatz
30: weitere Fortsätze
31: Distanznocken
32: Anschlussfahne
33: Leiterplatte
34: Kontaktpunkt
35: Lötinseln

Claims

Kompaktanordnung für mehrpolige stoßstromfeste Überspannungsableiter mit in einem Gehäuse (6) im wesentlichen parallel angeordneten, intern verdrahteten gekapselten Funkenstrecken (1 bis 4), wobei die Funkenstrecken (1 bis 4) gegenüberliegende, hervorstehende Kontaktflächen (14) aufweisen, die mit äußeren Anschlussklemmen (12) sowie inneren Kontaktschienen (7) oder -brücken verbunden sind, und mit einer elektronischen, auf einem Verdrahtungsträger (33) befindlichen Ansteuer- oder Triggerschaltung, das Gehäuse (6) eine mit Trennwänden (17) versehene Wannenform besitzt, wobei die derart gebildeten Gehäusekammern (5) die Funkenstrecken (1 bis 4) und die Anschlussklemmen (12) aufnehmen,
dadurch gekennzeichnet, dass
auf der nach oben offenen Gehäusewanne eine Isolierplatte (25) vorgesehen ist, welche Öffnungen aufweist, in die Federkontaktelemente (27) eingesetzt sind,
weiterhin oberhalb der Isolierplatte (25) der Verdrahtungsträger (33) befindlich ist, wobei die Federkontaktelemente (27) eine elektrische Verbindung zwischen Kontaktpunkten (34) an der Unterseite des Verdrahtungsträgers (33) und dem Mantel jeweils einer der Funkenstrecken (1 bis 4) schaffen.
Kompaktanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Verdrahtungsträger (33) eine kupferkaschierte Leiterplatte ist, wobei die Kontaktpunkte (34) als größerflächige Lotinseln (35) ausgeführt sind.
Kompaktanordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Leiterplatte (33) seitliche Anschlussfahnen ( 32) umfasst, welche mit den inneren Kontaktschienen (7) elektrisch verbindbar sind, wobei hierdurch gleichzeitig eine mechanische Arretierung der Isolierplatte (25), enthaltend die Federkontaktelemente (27), erfolgt.
Kompaktanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Isolierplattenunterseite (25) im Bereich der Öffnungen hülsenartige Fortsätze (26) aufweist, welche unter einem Winkel zur Längsachse angeschnitten sind, so dass einerseits die Federkontaktelemente (27) gegen Herausfallen nach unten gesichert sind und andererseits ein leitfähiger Abschnitt dieser freiliegt.
Kompaktanordnung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die gekapselten Funkenstrecken (1 bis 4) eine im wesentlichen zylindrische Form oder eine solche Teilform besitzen, wobei der Anschnitt der hülsenartigen Fortsätze (26) kreissegmentartig und komplementär zum zylindrischen Funkenstreckengehäuse oder einem dementsprechenden Gehäuseteil ausgebildet ist.
Kompaktanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Federkontaktelemente zylindrische Druckfedern (27) sind, welche beiderseits der jeweiligen Öffnung hervorstehen.
Kompaktanordnung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
dem hülsenartigen Fortsatz (26) gegenüberliegend mindestens ein weiterer Arretierungsfortsatz (29) vorgesehen ist, welcher mit seiner zur jeweiligen Funkenstrecke (1 bis 4) orientierten Seite an deren Gehäuseform angepasst ist.
Kompaktanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Oberseite der Isolierplatte (25) angeformte Distanznocken (31) aufweist.
Kompaktanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gehäuse (6)und die Isolierplatte (25) aus Kunststoff-Spritzguss bestehen.
Kompaktanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke (15) mit im wesentlichen Z-Form mit zwei kurzen (18), entgegengesetzt gerichteten und einem längeren Verbindungsschenkel vorgesehen ist, wobei in den kurzen Schenkeln (18) Passbohrungen oder Aussparungen eingebracht sind, welche dem Außenmaß von hervorstehenden (14) der Funkenstrecke entsprechen, weiterhin die Materialstärke mindestens der kurzen Schenkel (18) im wesentlichen gleich oder kleiner als das Höhenmaß eines Kontaktflächen-Vorsprungs (14) der Funkenstrecke (1 bis 4) ist und der lange Schenkel im Bauraumabstand zwischen zwei der Funkenstrecken (1 bis 4) verläuft.
Kompaktanordnung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kontaktschienen (8 bis 11) als metallische Winkelelemente ausgebildet sind, wobei ein erster Winkelschenkel (20) kraftschlüssig mit der jeweiligen hervorstehenden Kontaktfläche (14) der Funkenstrecke (1 bis 4) verbunden und über diesen Schenkel ein formschlüssiger Halt im Gehäuse gegeben ist, sowie weiterhin ein zweiter Winkelschenkel (21) die äußeren Anschlussklemmen (12) trägt.
Kompaktanordnung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Winkelschenkel (20) über eine Schraubverbindung mit der jeweiligen Kontaktfläche der Funkenstrecke (1 bis 4) verbunden ist.
Kompaktanordnung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schraubverbindung gleichzeitig den jeweiligen kurzen Schenkel (17) der Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke (15) sichert.
Kompaktanordnung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei einer dreiphasigen Anordnung mit Nulleiter eine der Kontaktschienen drei (1 bis 3) der vier Funkenstrecken auf einer der Gehäuselängsseiten verbindet, wobei die auf der gegenüberliegenden Gehäuselängsseite vorgesehene Kontaktschiene (7) isolierende Abschnitte aufweist oder unterbrochen ist und die Phasen- sowie die Nulleiter-Anschlussklemmen aufnimmt, weiterhin für den PE-Anschluss eine Kontaktschiene mit mindestens einer äußeren Anschlussklemme mit der vierten Funkenstrecke (4) verbunden ist und sich die Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke (15) zwischen der dritten Phasen-Funkenstrecke und der Nulleiter-Funkenstrecke befindet und dort elektrisch kontaktiert ist.
Kompaktanordnung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke (15) aus einem leitfähigen Flachmaterial, insbesondere Kupfer besteht.
Kompaktanordnung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Kammertrennwand (17) zur führenden Aufnahme mindestens eines Teilabschnitts der Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke (15) ausgebildet ist.
Kompaktanordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, dass
im Bereich der kurzen Schenkel (18) der Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke (15) zungenartige Ausprägungen oder Vorsprünge (22) angeordnet sind, welche im montierten Zustand ein zum jeweiligen ersten Winkelschenkel gerichtetes Gegenlager bilden.
Kompaktanordnung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei einer im wesentlichen abschnittsweisen U-Form der Kontaktschienen (8 bis 11) ein dritter Zungen-Winkelschenkel (24), welcher dem zweiten Winkelschenkel (21) gegenüberliegt, eine Kabelbefestigungs-Druckplatte bildet.