EP1523792B1 - Schutzelement zum ableiten von überspannungen und verwendung - Google Patents

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EP1523792B1
EP1523792B1 EP03787688A EP03787688A EP1523792B1 EP 1523792 B1 EP1523792 B1 EP 1523792B1 EP 03787688 A EP03787688 A EP 03787688A EP 03787688 A EP03787688 A EP 03787688A EP 1523792 B1 EP1523792 B1 EP 1523792B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
varistor
cup
contact pin
surge arrester
intermediate piece
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP03787688A
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English (en)
French (fr)
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EP1523792A1 (de
Inventor
Jürgen Boy
Norbert Krost
Frank Werner
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TDK Electronics AG
Original Assignee
Epcos AG
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Filing date
Publication date
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    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/10—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
    • H01C7/12—Overvoltage protection resistors; Arresters
    • H—ELECTRICITY
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T4/00—Overvoltage arresters using spark gaps
    • H01T4/10—Overvoltage arresters using spark gaps having a single gap or a plurality of gaps in parallel
    • H01T4/12—Overvoltage arresters using spark gaps having a single gap or a plurality of gaps in parallel hermetically sealed

Definitions

  • a protective element for dissipating electrical surges for example, the DE 43 31 215 A1 known. It consists of a parallel connection of a surge arrester, an air spark gap and a varistor, which are arranged in a cup-shaped metallic sleeve.
  • the varistor is ring-shaped and sits directly on the surge arrester. Through the opening of the annular varistor, a contact pin is guided, which is contacted with the upper electrode of the surge arrester. Lower electrode of the surge arrester and upper electrode of the varistor are connected to the cup-shaped sleeve.
  • Such a protective element of parallel-connected varistor and surge arrester has the advantage that with steeply increasing overvoltages, the ignition delay of the surge arrester is bridged with the aid of the prematurely responding varistor. In this way, the protective effect of the protective element is improved during the response time of the surge arrester.
  • a disadvantage of the known protective element is that the annular varistor has a high intrinsic capacity. This determines the damping behavior of the protective element when it is used in high-frequency circuits. A higher capacity leads to higher attenuation, which in turn reduces the line length that can be realized with such a protective element.
  • the object of the invention is therefore to provide such a protective element which avoids the mentioned disadvantages of known protective elements.
  • a varistor and a surge arrester are arranged one above the other in an electrically conductive cup and electrically connected in parallel between the cup and a contact pin.
  • the varistor is disk-shaped and sits directly on a first electrode of the surge arrester.
  • the second electrode of the surge arrester sits on the bottom of the cup and contacts it electrically.
  • the upper electrode of the varistor is electrically connected to the cup.
  • the contact pin is electrically conductively connected to the first electrode of the surge arrester and is at least partially guided in the space between the varistor and the cup. Between varistor and contact pin an insulating intermediate piece is arranged.
  • varistor and surge arrester are rotationally symmetrical and arranged concentrically or coaxially with each other in the cup.
  • the diameter of the cup is determined by the diameter of the surge arrester.
  • the upper electrode of the varistor is mechanically and electrically connected to a spreader, which has at least two arms which are spread against the inner wall of the cup and electrically connect the upper electrode of the varistor with the cup.
  • a spreader which has at least two arms which are spread against the inner wall of the cup and electrically connect the upper electrode of the varistor with the cup.
  • the contact pin has at least two feet, which are guided laterally between the varistor and the inner wall of the cup to the first electrode of the surge arrester. These feet are then offset against the arms of the expansion element, or are passed between them.
  • the electrically insulating intermediate piece is preferably formed elastically and has such a shape that it can firmly abut the inner wall of the cup in the manner of a rubber stopper.
  • the intermediate piece has openings through which the feet of the contact pin are guided.
  • the arms of the expansion element are preferably bent upwards on the cup wall, whereby openings in the intermediate piece are advantageously also provided for the upwardly bent ends of the arms of the expansion element.
  • Number of feet and arms of the expansion element preferably correspond to each other and are then arranged in pairs or alternately.
  • the spreader element has three arms and the contact pin has three feet.
  • the intermediate piece on a disk-shaped base body having in the middle on at least one side of a recess which is adapted to the diameter of the contact pin and / or the varistor, wherein the contact pin and / or varistor are at least partially sunk in the recess of the intermediate piece.
  • the intermediate piece forms the upper end of the cup, wherein the contact pin projects beyond the cup wall and the intermediate piece.
  • the arms of the expansion element terminate below the upper cup rim and can be completely covered in an advantageous embodiment of the upper portion of the intermediate piece.
  • Cup and contact pin are advantageously formed of brass.
  • the varistor is advantageously designed as a known metal oxide varistor.
  • the surge arrester can be chosen arbitrarily and is known in its exact configuration per se.
  • gas-filled surge arresters are used, which have a priming line and can form a gas discharge to a discharge electrode in the event of overvoltage.
  • FIG. 1 shows on the basis of a schematic cross section through a protective element according to the invention the basic structure of such.
  • the protective element is arranged in a cup B, which consists of a substantially cylindrical cup wall BW and a cup bottom BB.
  • a surge arrester UA Within the cup B, a surge arrester UA, a varistor V, an intermediate piece ZS and above a contact pin KS are arranged one above the other.
  • the surge arrester UA is seated on the cup bottom BB and is electrically connected thereto via its second electrode E2.
  • the varistor V is seated on the surge arrester UA and is connected via its lower electrode to the first electrode E1 of the surge arrester.
  • the intermediate piece is arranged in a form-fitting manner between the contact pin and the varistor and electrically insulates them from each other.
  • the upper electrode of the varistor is connected to the cup wall BW via an electrical connection EV.
  • the contact pin KS is connected via a foot to the first electrode E1 of the surge arrester. In this way, an electrical parallel connection of the two protective components of the protective element results between the contact pin KS and the cup B.
  • the protective element In a preferred use of the protective element, this is held by a spring tension between two contacts which are in communication with the contact pin KS and the cup bottom BB. In this way, an additional mechanical fixation of the individual parts of the protective element is not required. But it is possible that individual parts of the protective element are positively inserted in the cup B and are fixed in this way mechanically with this. there It makes sense to fit the surge arrester as the volume-largest component of the protective element form fit into the cup.
  • the intermediate piece may be positive, in particular since this is preferably made of an elastic material, such as rubber or silicone rubber. Another fixation can take place via the electrical connection EV, which is formed in one embodiment as a spreading element, which has at least two arms that can be braced against the inner cup wall BW.
  • the foot F of the contact pin KS is performed as shown by the intermediate piece ZS. However, it is also possible to design the electrically insulating intermediate piece with a smaller diameter, the foot then being guided past the intermediate piece to the surge arrester UA
  • FIG. 2a shows a specific embodiment of the invention, which the in FIG. 1 obeyed principle. More detailed here is the structure of the surge arrester UA. This consists essentially of a ceramic sleeve KH and two electrodes E1, E2, which form a spark gap in the interior of the gas-filled cavity of the ceramic sleeve KH.
  • the varistor V sits on the first electrode E1 and is arranged here in a depression of the first electrode E1. As a result, the height of the entire protection element can be reduced. Within the recess, the varistor is arranged on a mesa-like flattened elevation, so that only a central region of the lower electrode of the varistor contacts the first electrode E1 of the surge arrester UA. This ensures that only the metallization of the varistor is contacted and unwanted current paths are avoided over the lateral surfaces of the disc-shaped varistor.
  • the upper electrode of the varistor V is connected to a metallic expansion element SE, of which in the figure one of the present in particular in triplicate arms is shown in section. These consist for example of metallic strips which are bent upwards at the end and can be fitted in a form-fitting manner in the cup as a whole.
  • a metallic expansion element SE of which in the figure one of the present in particular in triplicate arms is shown in section. These consist for example of metallic strips which are bent upwards at the end and can be fitted in a form-fitting manner in the cup as a whole.
  • an electrically insulating intermediate piece is arranged. This has in the region of the cup wall on a continuous or blind hole-like opening, through which the bent end of the expansion element SE is guided and abuts there against the cup wall BW.
  • On the intermediate piece ZS sits on the contact pin, which has at least one foot F, which is passed through a further opening of the intermediate piece down and electrically connected to the first electrode E1 of the surge arrester UA.
  • the electrical connection
  • the electrical connection between the contact pin KS and its foot F is preferably designed as a solder joint, as well as the connection between the upper electrode of the varistor and the expansion element SE.
  • the electrical connection between the lower electrode of the varistor and the upper electrode E1 of the surge arrester is likewise electrically conductive, for example a soldered connection or else designed as an electrically conductive adhesive connection. However, it is also possible to carry out this electrical connection as a press contact.
  • FIG. 2a illustrated protective element is a step-like extension ST of the cross section of the cup, which leads above the step-like extension ST to a larger inner diameter.
  • This has the consequence that forms an air gap between the outer edge region of the first electrode E1 of the surge arrester UA and the cup wall, on the one hand this electrode E1 of the cup wall BW electrically insulated and on the other hand provides an additional air spark gap.
  • This allows a second current path, which leads in the unlikely event of a total failure of the surge arrester (eg in case of leakage) to safely dissipate this overvoltage by means of sparkover to the cup wall.
  • FIG. 2b shows the device of FIG. 2a in the plan view.
  • the protective element is preferably formed rotationally symmetrical with a central axis of symmetry A, which here has a threefold symmetry.
  • This symmetry relates in particular to the number and arrangement of the arms of the expansion element SE or the feet F of the contact pin KS.
  • the arms of the expansion element and the feet are alternately offset from each other and are guided by spaced openings of the intermediate piece ZS- Between the openings, the intermediate piece ZS preferably concludes positively with the inner cup wall BW.
  • the contact pin KS is preferably fitted in a recess of the intermediate piece, which thus has a smaller thickness in the interior than between the openings.
  • FIG. 3 shows an exploded perspective view of a contact pin KS with feet F, an intermediate piece ZS and connected to a spreader SE varistor V. From the figure it is clear that varistor and spreader form a preferably connected by a solder joint LV unit, as well as contact pin KS and the with this connected via a solder joint LV feet.
  • the plate shape of the basic shape formed intermediate piece has openings in the edge region through which the feet F and the arms of the expansion element SE can be pushed through from different sides.
  • FIG. 4 shows in a perspective view the three in FIG. 3 shown components in assembled form, as they are arranged in the finished protective element. From this representation, it is clear that the intermediate piece ZS is used for electrical insulation between the contact pin and the varistor, or for electrical insulation of the feet F against the arms of the expansion element SE. The feet F are also spaced from the varistor, as are the arms of the expansion element SE from the contact pin.
  • FIG. 5 shows in a perspective plan view, as the in FIG. 4 represented part in the cup B is fitted form-fitting. From the figure it is clear that the intermediate piece ZS concludes positively with the cup B. It is also clear that the arms of the expansion element SE are braced against the cup wall and thus establish an electrical contact to this.
  • the invention has been explained by way of example only, it is not limited to this. Since it essentially represents the arrangement and interconnection of varistor and contact pin by means of electrically insulating intermediate piece, feet and spreading element, the exact design of the surge arrester UA and the varistor V for the invention without meaning. It is only important that the varistor is disc-shaped, wherein the upper and lower major surface are metallized and thus represent upper and lower electrode. Such a varistor has a low capacitance and allows the use of the protective element in high-frequency systems, in particular for high-frequency communication systems such as ADSL, VDSL, etc. The invention is characterized by the low space requirements, the simple structure and secure cohesion on the specific geometric design out. Further possible variations of the invention result from the selection of different types of surge arresters, different materials for the individual components as well as a deviating from the illustrated spatial configuration geometric design.

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Abstract

Zur sicheren Ableitung von Überspannungen wird ein an sich bekanntes Schutzelement vorgeschlagen, welches aus einer Parallelschaltung eines Varistors und eines Überspannungsableiters besteht. Zur Erniedrigung der Kapazität des Schutzelements ist der Varistors scheibenförmig ausgebildet und zwischen einem Kontaktstift (KS) und dem Überspannungsableiter angeordnet. Eine elektrische Isolation zwischen Kontaktstift und Varistor wird durch ein elektrisch isolierendes Zwischenstück gewährleistet, in welchem Öffnungen für elektrische Kontaktelemente zur Verbindung des Varistors mit dem Becher und des Kontaktstifts mit dem Überspannungsableiter vorgesehen sind. Überspannungsableiter und Zwischenstück sind vorzugsweise formschlüssig in den Becher eingebaut.

Description

  • Ein Schutzelement zum Ableiten elektrischer Überspannungen ist beispielsweise der DE 43 31 215 A1 bekannt. Es besteht aus einer Parallelschaltung von einem Überspannungsableiter, einer Luft-Funkenstrecke und einem Varistor, die in einer becherförmigen metallischen Hülse angeordnet sind. Der Varistor ist ringförmig ausgebildet und sitzt direkt auf dem Überspannungsableiter auf. Durch die Öffnung des ringförmigen Varistors ist ein Kontaktstift geführt, der mit der oberen Elektrode des Überspannungsableiters kontaktiert ist. Untere Elektrode des Überspannungsableiters und obere Elektrode des Varistors sind mit der becherförmigen Hülse verbunden.
  • Ein solches Schutzelement aus parallel geschaltetem Varistor und Überspannungsableiter hat den Vorteil, daß bei steil ansteigenden Überspannungen die Zündverzögerung des Überspannungsableiters mit Hilfe des vorzeitig ansprechenden Varistors überbrückt wird. Auf diese Weise wird die Schutzwirkung des Schutzelements während der Ansprechzeit des Überspannungsableiters verbessert.
  • Nachteilig an dem bekannten Schutzelement ist jedoch, daß der ringförmige Varistor eine hohe Eigenkapazität aufweist. Diese bestimmt das Dämpfungsverhalten des Schutzelements, wenn es in hochfrequenten Schaltungen eingesetzt wird. Eine höhere Kapazität führt dabei zu höherer Dämpfung, die wiederum die Leitungslänge verringert, die mit einem solchen Schutzelement realisiert werden kann.
  • In hochfrequenten Telekommunikationssystemen, wie beispielsweise ADSL, VDSL und anderen, besteht jedoch ein Bedürfnis nach Schutzelementen zum Ableiten von Überspannungen, die die Ansprechzeit des Überspannungsableiters überbrücken können und gleichzeitig eine niedrige Dämpfung aufweisen und damit insbesondere für die hochfrequenten Systeme geeignet sind.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein solches Schutzelement anzugeben, welches die genannten Nachteile bekannter Schutzelemente vermeidet.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Schutzelement nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Schutzelements sowie vorteilhafte Verwendungen sind weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
  • Im erfindungsgemäßen Schutzelement sind ein Varistor und ein Überspannungsableiter übereinander in einem elektrisch leitenden Becher angeordnet und zwischen dem Becher und einem Kontaktstift elektrisch parallel verschaltet. Der Varistor ist dabei scheibenförmig ausgebildet und sitzt direkt auf einer ersten Elektrode des Überspannungsableiters auf. Die zweite Elektrode des Überspannungsableiters sitzt am Boden des Bechers auf und kontaktiert diesen elektrisch. Die obere Elektrode des Varistors ist mit dem Becher elektrisch leitend verbunden. Der Kontaktstift ist elektrisch leitend mit der ersten Elektrode des Überspannungsableiters verbunden und ist zumindest teilweise im Raum zwischen dem Varistor und dem Becher geführt. Zwischen Varistor und Kontaktstift ist ein isolierendes Zwischenstück angeordnet.
  • Vorzugsweise sind Varistor und Überspannungsableiter rotationssymmetrisch ausgebildet und konzentrisch bzw. koaxial zueinander im Becher angeordnet. Der Durchmesser des Bechers wird vom Durchmesser des Überspannungsableiters bestimmt. Vorzugsweise weist der Querschnitt des Bechers im Bereich des Überspannungsableiters eine stufenartige Erweiterung auf, so daß der Becher im Bereich der oberen Elektrode des Überspannungsableiters von diesem beabstandet ist.
  • Vorzugsweise ist die obere Elektrode des Varistors mechanisch und elektrisch mit einem Spreizelement verbunden, welches zumindest zwei Arme aufweist, die gegen die Innenwand des Bechers verspreizt sind und die obere Elektrode des Varistors elektrisch leitend mit dem Becher verbinden. Dies hat gleichzeitig den Vorteil, daß sowohl eine zentrierte Ausrichtung des Varistors als auch ein sicherer Halt des Varistors im Becher erzielt wird. Vorteilhaft ist auch ein Spreizelement mit mehr als zwei Armen, die gleichmäßig über einen Kreisbogen gegeneinander versetzt sind. So gelingt eine optimale Verspreizung.
  • Vorzugsweise weist der Kontaktstift zumindest zwei Füße auf, die seitlich zwischen Varistor und Innenwand des Bechers hin zur ersten Elektrode des Überspannungsableiters geführt sind. Diese Füße sind dann gegen die Arme des Spreizelements versetzt, bzw. werden zwischen diesen hindurchgeführt.
  • Das elektrisch isolierende Zwischenstück ist vorzugsweise elastisch ausgebildet und weist eine derartige Ausformung auf, daß es in der Art eines Gummistopfens fest an der Innenwand des Bechers anliegen kann. Das Zwischenstück weist Öffnungen auf, durch die die Füße des Kontaktstifts geführt sind. Die Arme des Spreizelements sind an der Becherwand vorzugsweise nach oben gebogen, wobei vorteilhaft auch für die nach oben gebogenen Enden der Arme des Spreizelements Öffnungen im Zwischenstück vorgesehen sind. Anzahl der Füße und Arme des Spreizelements entsprechen einander vorzugsweise und sind dann paarweise bzw. alternierend angeordnet. In einer vorteilhaften Ausführung weisen das Spreizelement drei Arme und der Kontaktstift drei Füße auf.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Zwischenstück einen scheibenförmigen Grundkörper auf, der in der Mitte auf zumindest einer Seite eine Vertiefung aufweist, die an den Durchmesser des Kontaktstifts und/oder des Varistors angepaßt ist, wobei Kontaktstift und/oder Varistor zumindest teilweise in der Vertiefung des Zwischenstücks versenkt sind.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung bildet das Zwischenstück den oberen Abschluß des Bechers, wobei der Kontaktstift die Becherwand und das Zwischenstück überragt. Die Arme des Spreizelements enden unterhalb des oberen Becherrands und können in einer vorteilhaften Ausgestaltung vollständig vom oberen Bereich des Zwischenstücks überdeckt sein.
  • Becher und Kontaktstift sind vorteilhaft aus Messing ausgebildet.
  • Der Varistor ist vorteilhaft als an sich bekannter Metalloxidvaristor ausgebildet.
  • Auch der Überspannungsableiter kann beliebig gewählt werden und ist in seiner genauen Ausgestaltung an sich bekannt. Vorteilhaft werden gasgefüllte Überspannungsableiter eingesetzt, die einen Zündstrich aufweisen und bei Überspannung eine Gasentladung zu einer Ableitungselektrode ausbilden können.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen in teilweiser nicht maßstabsgetreuer und schematischer Darstellung verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung.
    • Figur 1
    zeigt ein erfindungsgemäßes Schutzelement im sche- matischen Querschnitt
    Figur 2
    zeigt eine weitere Ausführungsform eines Schutzele- ments im schematischen Querschnitt (Figur 2a) bzw. in der Draufsicht (Figur 2b)
    Figur 3
    zeigt in perspektivischer Explosionszeichnung Ein- zelteile eines erfindungsgemäßen Bauelements
    Figur 4
    zeigt die Teile von Figur 3 in zusammengesetzter Form
    Figur 5
    zeigt das Ausführungsbeispiel von Figur 4 innerhalb eines Bechers.
  • Figur 1 zeigt anhand eines schematischen Querschnitts durch ein erfindungsgemäßes Schutzelement den prinzipiellen Aufbau eines solchen. Das Schutzelement ist in einem Becher B angeordnet, welcher aus einer im wesentlichen zylindrischen Becherwand BW und einem Becherboden BB besteht. Innerhalb des Bechers B sind übereinander ein Überspannungsableiter UA, ein Varistor V, ein Zwischenstück ZS und darüber ein Kontaktstift KS angeordnet. Der Überspannungsableiter UA sitzt auf dem Becherboden BB auf und ist über seine zweite Elektrode E2 elektrisch mit diesem verbunden. Der Varistor V sitzt auf dem Überspannungsableiter UA auf und ist über seine untere Elektrode mit der ersten Elektrode E1 des Überspannungsableiters verbunden. Das Zwischenstück ist formschlüssig zwischen Kontaktstift und Varistor angeordnet und isoliert diese elektrisch gegeneinander. Die obere Elektrode des Varistors ist über eine elektrische Verbindung EV mit der Becherwand BW verbunden. Der Kontaktstift KS ist über einen Fuß mit der ersten Elektrode E1 des Überspannungsableiters verbunden. Auf diese Weise ergibt sich eine elektrische Parallelverschaltung der beiden Schutzkomponenten des Schutzelements zwischen dem Kontaktstift KS und dem Becher B.
  • In einer bevorzugten Verwendung des Schutzelements wird dieses über eine Federspannung zwischen zwei Kontakten gehalten, die mit dem Kontaktstift KS und dem Becherboden BB in Verbindung stehen. Auf diese Weise ist eine darüber hinausgehende mechanische Fixierung der Einzelteile des Schutzelements nicht erforderlich. Möglich ist es aber, daß Einzelteile des Schutzelements formschlüssig im Becher B eingebracht sind und auf diese Weise mechanisch mit diesem fixiert sind. Dabei bietet sich an, den Überspannungsableiter als die vom Volumen her größte Komponente des Schutzelements formschlüssig in den Becher einzupassen. Ebenfalls formschlüssig kann das Zwischenstück sein, insbesondere da dieses vorzugsweise aus einem elastischen Material, wie beispielsweise Gummi oder Silikonkautschuk gefertigt ist. Eine weitere Fixierung kann über die elektrische Verbindung EV erfolgen, die in einem Ausführungsbeispiel als Spreizelement ausgebildet ist, welches zumindest zwei Arme aufweist, die sich gegen die innere Becherwand BW verspreizen können. Der Fuß F des Kontaktstifts KS ist wie dargestellt durch das Zwischenstück ZS durchgeführt. Möglich ist es jedoch auch, das elektrisch isolierende Zwischenstück mit geringerem Durchmesser zu gestalten, wobei der Fuß dann am Zwischenstück vorbei hin zum Überspannungsableiter UA geführt wird.
  • Figur 2a zeigt ein spezifisches Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches dem in Figur 1 dargestellten Prinzip gehorcht. Genauer ausgeführt ist hier der Aufbau des Überspannungsableiters UA. Dieser besteht im wesentlichen aus einer keramischen Hülse KH und zwei Elektroden E1, E2, die im Inneren des gasgefüllten Hohlraums der keramischen Hülse KH eine Funkenstrecke ausbilden.
  • Auf der ersten Elektrode E1 sitzt der Varistor V auf und ist hier in einer Vertiefung der ersten Elektrode E1 angeordnet. Dadurch läßt sich die Höhe des gesamten Schutzelements reduzieren. Innerhalb der Vertiefung ist der Varistor auf einer mesa-artigen abgeflachten Erhebung angeordnet, so daß nur ein zentraler Bereich der unteren Elektrode des Varistors mit der ersten Elektrode E1 des Überspannungsableiters UA in Kontakt tritt. Damit wird sichergestellt, daß nur die Metallisierung des Varistors kontaktiert wird und unerwünschte Strompfade über die Mantelflächen des scheibenförmigen Varistors vermieden werden.
  • Die obere Elektrode des Varistors V ist mit einem metallischen Spreizelement SE verbunden, von dem in der Figur einer der insbesondere in dreifacher Ausfertigung vorhandenen Arme im Schnitt dargestellt ist. Diese bestehen beispielsweise aus metallischen Streifen, die am Ende nach oben gebogen sind und insgesamt formschlüssig in dem Becher einpaßbar sind. Über dem Varistor V bzw. dem mit diesem verbundenen Spreizelement SE ist ein elektrisch isolierendes Zwischenstück angeordnet. Dieses weist im Bereich der Becherwand eine durchgehende oder sacklochartige Öffnung auf, durch die das abgebogene Ende des Spreizelements SE geführt ist und dort an der Becherwand BW anliegt. Auf dem Zwischenstück ZS sitzt der Kontaktstift auf, der zumindest einen Fuß F aufweist, der durch eine weitere Öffnung des Zwischenstücks nach unten geleitet ist und mit der ersten Elektrode E1 des Überspannungsableiters UA elektrisch verbunden ist. Die elektrische Verbindung kann als Anpreßkontakt ausgeführt sein.
  • Kontaktstift und Becher sowie die Füße und das Spreizelement SE sind insbesondere aus Messing ausgeführt. Die elektrische Verbindung zwischen Kontaktstift KS und dessen Fuß F ist vorzugsweise als Lötverbindung ausgeführt, ebenso die Verbindung zwischen der oberen Elektrode des Varistors und dem Spreizelement SE. Die elektrische Verbindung zwischen unterer Elektrode des Varistors und oberer Elektrode E1 des Überspannungsableiters ist ebenfalls elektrisch leitend, beispielsweise eine Lötverbindung oder auch als elektrisch leitende Klebeverbindung ausgeführt. Möglich ist es jedoch auch, diese elektrische Verbindung als Preßkontakt auszuführen.
  • Ein weiteres vorteilhaftes Detail des in Figur 2a dargestellten Schutzelements ist eine stufenartige Erweiterung ST des Querschnitts des Bechers, die oberhalb der stufenartigen Erweiterung ST zu einem größeren Innendurchmesser führt. Dies hat zur Folge, daß sich zwischen dem äußeren Randbereich der ersten Elektrode E1 des Überspannungsableiters UA und der Becherwand ein Luftspalt ausbildet, der zum einen diese Elektrode E1 von der Becherwand BW elektrisch isoliert und andererseits eine zusätzliche Luft-Funkenstrecke zur Verfügung stellt. Diese ermöglicht einen zweiten Strompfad, der im unwahrscheinlichen Fall eines Totalausfalls des Überspannungsableiters (z.B. bei Undichtigkeit) zum ungefährlichen Ableiten dieser Überspannung mittels Funkenüberschlag zur Becherwand führt.
  • Figur 2b zeigt das Bauelement von Figur 2a in der Draufsicht. Aus der Draufsicht wird klar, daß das Schutzelement vorzugsweise rotationssymmetrisch mit einer zentralen Symmetrieachse A ausgebildet ist, die hier eine dreizählige Symmetrie aufweist. Diese Symmetrie betrifft insbesondere Anzahl und Anordnung der Arme des Spreizelements SE bzw. der Füße F des Kontaktstifts KS. Aus der Draufsicht wird auch klar, daß die Arme des Spreizelements sowie die Füße alternierend gegeneinander versetzt sind und durch voneinander beabstandete Öffnungen des Zwischenstücks ZS geführt sind- Zwischen den Öffnungen schließt das Zwischenstück ZS vorzugsweise formschlüssig mit der inneren Becherwand BW ab. Der Kontaktstift KS ist vorzugsweise in eine Vertiefung des Zwischenstücks eingepaßt, welches also im Inneren eine geringere Dicke aufweist als zwischen den Öffnungen.
  • Figur 3 zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Kontaktstifts KS mit Füßen F, eines Zwischenstücks ZS und eines mit einem Spreizelement SE verbundenen Varistors V. Aus der Figur wird klar, daß Varistor und Spreizelement eine vorzugsweise durch eine Lötverbindung LV verbundene Einheit bilden, ebenso wie Kontaktstift KS und den mit diesem über eine Lötverbindung LV verbundenen Füßen.
  • Das von der Grundform her scheibenförmig ausgebildete Zwischenstück weist im Randbereich Öffnungen auf, durch die von verschiedenen Seiten her die Füße F bzw. die Arme des Spreizelements SE durchgesteckt werden können.
  • Figur 4 zeigt in ebenfalls perspektivischer Darstellung die drei in Figur 3 dargestellten Komponenten in zusammengebauter Form, wie sie auch im fertigen Schutzelement angeordnet sind. Aus dieser Darstellung wird klar, daß das Zwischenstück ZS zur elektrischen Isolation zwischen Kontaktstift und Varistor dient, bzw. zur elektrischen Isolation der Füße F gegen die Arme des Spreizelements SE. Die Füße F sind ebenso vom Varistor beabstandet, wie die Arme des Spreizelements SE vom Kontaktstift.
  • Figur 5 zeigt in einer perspektivischen Draufsicht, wie das in Figur 4 dargestellte Teil in den Becher B formschlüssig eingepaßt ist. Aus der Figur wird klar, daß das Zwischenstück ZS formschlüssig mit dem Becher B abschließt. Ebenso wird klar, daß die Arme des Spreizelements SE gegen die Becherwand verspreizt sind und auf diese Weise einen elektrischen Kontakt zu dieser herstellen.
  • Obwohl die Erfindung nur anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert wurde, ist sie doch nicht auf dieses beschränkt. Da sie im wesentlichen Anordnung und Verschaltung von Varistor und Kontaktstift mittels elektrisch isolierendem Zwischenstück, Füßen und Spreizelement darstellt, ist die genaue Ausführung des Überspannungsableiters UA sowie des Varistors V für die Erfindung ohne Bedeutung. Wesentlich ist nur, daß der Varistor scheibenförmig ausgebildet ist, wobei obere und untere Hauptfläche metallisiert sind und so obere und untere Elektrode darstellen. Ein solcher Varistor hat eine geringe Kapazität und erlaubt den Einsatz des Schutzelements in hochfrequenten Systemen, insbesondere für hochfrequente Kommunikationssysteme wie beispielsweise ADSL, VDSL, etc. Die Erfindung zeichnet sich durch den geringen Raumbedarf, den einfachen Aufbau und den sicheren Zusammenhalt über die spezielle geometrische Ausgestaltung aus. Weitere mögliche Variationen der Erfindung ergeben sich aus der Auswahl unterschiedlicher Überspannungsableitertypen, unterschiedlicher Materialien für die einzelnen Komponenten sowie einer von der dargestellten räumlichen Ausgestaltung abweichenden geometrischen Ausführung.
    • Bezugszeichenliste
    • B
    Becher
    V
    Varistor
    UA
    Überspannungsableiter
    KS
    Kontaktstift
    E1,E2
    erste und zweite Elektrode des Überspannungsablei- ters
    BB
    Boden des Bechers
    BW
    Becherwand
    ZS
    elektrisch isolierendes Zwischenstück
    EV
    elektrische Verbindung der oberen Elektrode des Va- ristors mit dem Becher
    SE
    Spreizelement
    F
    Füße des Kontaktstifts
    A
    Symmetrieachse
    LV,LV'
    Lötverbindung
    KH
    Keramische Hülse
    ST
    Stufenartige Erweiterung der Becherwand

Claims (13)

  1. Schutzelement zum Ableiten von Überspannungen
    mit einem elektrisch leitenden Becher (B), in dem ein Varistor (V) und ein Überspannungsableiter (UA) übereinander angeordnet und zwischen dem Becher und einem Kontaktstift (KS) elektrisch parallel geschaltet sind,
    bei dem der Varistor direkt mit seiner unteren Elektrode auf einer ersten Elektrode (E1) des Überspannungsableiters aufsitzt,
    bei dem der Kontaktstift die erste Elektrode des Überspannungsableiters kontaktiert,
    bei dem die zweite Elektrode (E2) des Überspannungsableiters auf dem Boden (BB) des Bechers aufsitzt
    mit einer elektrischen Verbindung (EV) der oberen Elektrode des Varistors mit dem Becher, dadurch gekennzeichnet , dass zwischen Varistor und Kontaktstift ein elektrisch isolierendes Zwischenstück (ZS) angeordnet ist, der Varistor als Scheibe ausgebildet ist und einen geringeren Durchmesser als der Überspannungsableiter aufweist, und
    der Kontaktstift zumindest teilweise im Raum zwischen Becher und Varistor angeordnet ist.
  2. Element nach Anspruch 1,
    bei dem die obere Elektrode des Varistors (V) mit einem Spreizelement (SE) verbunden ist, das zumindest zwei Arme aufweist, die im Becher (B) verspreizt sind und das als elektrische Verbindung mit dem Becher dient.
  3. Element nach Anspruch 1 oder 2,
    bei dem der Kontaktstift (KS) zumindest zwei Füße (F) aufweist, die seitlich am Varistor (V) vorbei geführt sind.
  4. Element nach Anspruch 2 oder 3,
    bei dem das Zwischenstück (ZS) dem Innendurchmesser des Bechers (B) angepaßt ist und voneinander getrennte Öffnungen für die Füße (F) des Kontaktstifts (KS) oder für die Füße des Kontaktstifts und die Arme des Spreizelements (SE) aufweist.
  5. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    bei dem das Zwischenstück (ZS) in der Mitte eine Vertiefung aufweist, in die der Kontaktstift (KS) teilweise versenkt ist.
  6. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    bei dem das Zwischenstück (ZS) in der Mitte eine Vertiefung aufweist, in die der Varistor (V) teilweise versenkt ist.
  7. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    bei dem Varistor (V), Überspannungsableiter (UA) und Becher (B) rotationssymmetrisch ausgebildet sind, bei dem Kontaktstift (KS), Zwischenstück (ZS), Varistor (V) und Überspannungsableiter (UA) koaxial und konzentrisch zur Mittelachse (A) des Bechers angeordnet sind.
  8. Element nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    bei dem sich der Querschnitt des Bechers (B) im Bereich des Überspannungsableiters (UA) eine stufenartige Erweiterung (ST) aufweist, so daß der Becher im Bereich der ersten Elektrode (E1) des Überspannungsableiters von diesem beabstandet ist.
  9. Element nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    bei dem Becher (B) und Kontaktstift (KS) aus Messing ausgebildet sind.
  10. Element nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    bei dem das Zwischenstück (ZS) aus Gummi oder Silikon ausgebildet ist.
  11. Element nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    bei dem die Ansprechspannung des Varistors (V) so gewählt ist, daß sie über der Ansprechspannung des Überspannungsableiters (UA) liegt.
  12. Verwendung des Elements nach einem der vorangehenden Ansprüche zum Schutz von Telekommunikationseinrichtungen.
  13. Verwendung des Elements nach einem der vorangehenden Ansprüche zum Schutz von Baugruppen in hochfrequenten Telekommunikationssystemen.
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