EP2025049B1 - Überstromschutzeinrichtung für den einsatz in überspannungsschutzgeräten mit zusätzlichem mechanischen auslöser, bevorzugt als schlagbolzen ausgeführt - Google Patents

Überstromschutzeinrichtung für den einsatz in überspannungsschutzgeräten mit zusätzlichem mechanischen auslöser, bevorzugt als schlagbolzen ausgeführt Download PDF

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EP2025049B1
EP2025049B1 EP07728867A EP07728867A EP2025049B1 EP 2025049 B1 EP2025049 B1 EP 2025049B1 EP 07728867 A EP07728867 A EP 07728867A EP 07728867 A EP07728867 A EP 07728867A EP 2025049 B1 EP2025049 B1 EP 2025049B1
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EP
European Patent Office
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protection device
housing
functional unit
fusible element
cap
Prior art date
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EP07728867A
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Arnd Ehrhardt
Stefanie Schreiter
Georg Wittmann
Hans-Georg Wagner
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Dehn SE and Co KG
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Dehn and Soehne GmbH and Co KG
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    • H01H85/041—Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges characterised by the type
    • H01H85/0411—Miniature fuses
    • H01H2085/0412—Miniature fuses specially adapted for being mounted on a printed circuit board
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    • H01H85/041—Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges characterised by the type
    • H01H85/0411—Miniature fuses
    • H01H2085/0414—Surface mounted fuses

Definitions

  • the invention relates to an overcurrent protection device for use in surge protection devices with additional mechanical release, preferably designed as a firing pin, according to the preamble of patent claim 1.
  • Overvoltage protection devices are used in electrical and information technology networks to protect equipment, consumers and end devices.
  • overvoltage protection devices limit especially in transient overvoltage events, e.g. Lightning events, the voltage to uncritical values.
  • the limitation occurs in case of overvoltage events by the derivation of pulse currents in the transverse path and thus generally parallel to the load terminals.
  • overvoltage protection elements inter alia spark gaps, varistors, suppressor diodes, gas arresters, capacitors and non-linear resistors and their combinations are used.
  • the above-mentioned elements generally have a nonlinear response or a non-linear characteristic.
  • the causes of overload are manifold and specific to the respective protection device.
  • thermal cut-off devices By means of thermal cut-off devices, sufficient protection can usually be achieved within their switching capacity at small leakage currents in the range of mA to several A and in the low-voltage range of the varistor.
  • the varistor can be blown over or over.
  • thermal breakdown or breakdown of the varistor may occur after a time course of a few tens of ms.
  • varistor discs often give the maximum rated current value of such back-up fuses for sufficient protection.
  • Conventional fuses generally respond well below their theoretical adiabatic melting integral value at momentum load.
  • the fuse In addition to the protective function of the overvoltage protection element, the response the fuse often used as a display criterion for the overload and the separation of the overvoltage protection element.
  • the power interruption or the increased voltage drop across the fuse is evaluated.
  • the electrical signal is also used for acoustic displays or the opening and closing of switches for remote signaling.
  • the use of electrical energy for signal delivery has several disadvantages. Many displays require energy and cause unwanted leakage currents. Shutdown on surge current loads of fuses is often undefined and unwanted.
  • the fusible link of fuses can have a variety of damage after the pulse load, which can lead from the separation of individual parallel bottlenecks to the total destruction of the fusible conductor, without a desired high-impedance interruption occurs.
  • the cause of the described behavior lies in the different functioning of the fuse in the case of mains-frequency fault currents in the longitudinal branch and in the case of pulse currents in the shunt branch.
  • the fuse interruption represents the single most point of interruption and the dielectric strength of the tripped fuse must be higher than the mains voltage. This leads to a high-impedance and quite long separation distance within the fuse.
  • the mains voltage resistance is generally taken over by the surge protection device, even with moderate overloads. That is, the fuse is not necessarily burdened with the mains voltage even after their response. This sometimes leads to an undefined separation distance within the fuse.
  • the DE 199 14 313 A1 shows the protection of a so-called starting aid of a spark gap.
  • fuses or reversible fuses are used.
  • the melting of the fuse is used with the aid of electronic circuits for optical, acoustic and / or electronic display.
  • the spark gap should be able to exert a redundant protective function with an increased protection level without an ignition aid. Derivation of a display function from the shutdown behavior of fuses is beyond the EP 1 345247 , of the DE 38 31 935 , of the DE 197 51 470 or for example the DE 32 28 471 previously known.
  • the U.S. Patent 6,157,529 discloses the interruption of a circuit by means of the disconnection of a fuse and a holding coil of a switch.
  • Ignition aids as in the DE 199 14 313 A1 described, are also used in combination arresters. With these arresters, the starting aid itself can be designed as an independent overvoltage protection device, which activates the short-circuit element, generally a spark gap, only at the risk of its own overload via a trigger function.
  • a combination arrester is for example in the DE 198 38 776 C2 disclosed.
  • an object of the invention to provide an advanced overcurrent protection device for use in surge protection devices with additional mechanical release, preferably designed as a firing pin, indicate which has a high age-stable momentum current carrying capacity, a mechanical display function or support such a display and signal function and a high switching capacity.
  • the specified overcurrent protection device should have a small size, easy to install and have a high peak current stability and a high switching voltage.
  • This combination includes a fuse suitable for pulse currents with parallel indicator fuse, which takes over a firing pin function.
  • the firing pin can serve for the mechanical triggering of an optical and / or electrical display.
  • the firing pin and the signal function can be carried out floating or floating.
  • the pulse current carrying capacity of the actual fuse is brought close to the theoretical, ie the material-specific melt integral value (I 2 t value) of the fuse conductor.
  • I 2 t value material-specific melt integral value
  • an otherwise usual over-dimensioning of the fuse can be avoided.
  • This is necessary in the prior art, since the usual fusible conductors are already overloaded significantly below the theoretical I 2 t value due to the dynamic current forces, the asymmetrical current distribution and the aging at pulse currents.
  • the reason for this is the geometry of the fusible conductor, the type of contacting of the fusible conductor, the current conduction to and in the fusible conductor, the fusible conductor fixation and additives which cause aging or premature overloading.
  • the small design created by the invention is in the range of conventional device protection measures of substantially 5x20 mm.
  • Such small devices can be mounted in a particularly simple manner on a circuit board, as an SMD component.
  • the overcurrent protection device comprises a first functional unit containing the mechanical release. This first functional unit has a first Melting on.
  • a second functional unit is designed as actual overload protection and has a second melting element.
  • Each of the functional units is arranged in a housing, wherein on the respective housing lateral, opposite end caps are befindlich and the fusible elements are each arranged inside the housing and are electrically connected to the end caps.
  • the first and the second functional unit are electrically connected in parallel.
  • This parallel circuit is in series with the surge protection device.
  • the functional units form a common mechanical composite, each housing being surrounded by a separate or both housing by a common elastic jacket.
  • connection extension which allows or facilitates the already mentioned PCB assembly of the overall direction.
  • a chamber for receiving a spring-biased firing pin is arranged, wherein the firing pin is held by the first melting element in its rest position. With the melting of the first melting element, the spring biasing force comes into effect and the firing pin moves to its maximum achievable end position.
  • the first fusible element consists of a wire which has a high tensile strength and an I 2 t value, which is significantly lower than that of the material of the second fusible element.
  • the housing of the first functional unit forms an arc switching chamber, which consists of a tubular body, which laterally adjoins a cavity which forms the chamber for receiving the firing pin.
  • one or more insulating plates are arranged, through which or which the first melting element is passed.
  • the arc switch room is filled with an extinguishing agent.
  • the cavity with the firing pin is limited by a Stülpkappe, wherein the side facing away from the arc combustion chamber side of the Stülpkappe forms a stop for the striking plate of the firing pin and thus a route limitation.
  • the impact plate itself can be surrounded by an insulating cap.
  • the striking plate is designed as a punch or striker, the Displacement can be limited by a stop and a recess within a hood cap.
  • the first fusible element may be composed of a composite material and have at least one constriction and / or a portion of different impedance or resistance.
  • the second functional unit has a hollow cylindrical housing with lateral end caps, wherein the second melting element is guided as a band, wire or in a hollow cylindrical shape from cap to cap.
  • the housing of the first functional unit may have the form of a pipe or a hollow cylinder.
  • the wire or hollow cylindrical melting element of the second functional unit is connected by force and / or positive connection with the inner sides or with corresponding openings in or on the caps.
  • the hollow cylinder of the second melting element may have defined bottlenecks and / or tapers.
  • the housing of the second functional unit has a filling.
  • This filling can consist of a high-density bulk material or contain compressible materials.
  • this band consists of flat wire with a width to thickness ratio less than 4: 1.
  • the second fusible element can be held by guide bars, guide rings or the like located in the housing.
  • Both the first and the second functional unit may be surrounded by a common outer housing or arranged in such a housing.
  • Fig. 1 a schematic representation of the electrical arrangement of the overcurrent protection device
  • Fig. 2 a side view of a variant of the overcurrent protection device in electrical and geometric parallel connection
  • Fig. 3 a sectional view through a preferred embodiment of the first functional unit
  • FIG. 4a to 4c Further embodiments of the functional unit with variants of Firing pin design
  • Fig. 6 the arrangement of a resistance material in the arc switching room of the first functional unit
  • Fig. 7 the basic structure of the second functional unit with security tape or security wire
  • Fig. 8 a sectional view of the embodiment similar to the Fig. 7 , but with guide bars;
  • Fig. 9 a sectional view of a combination of the two functional units with recognizable internal structure
  • Fig. 10 a further variant of the combination of the functional units with a changed internal power supply between the first and second functional unit;
  • Fig. 13 Section view of the possibility of execution of the first functional unit, which is separate from the second functional unit such as after Fig. 11 or 12 can be arranged on a printed circuit board in electrical parallel connection, but not in the geometric composite.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of the invention.
  • the device A according to the invention consists of two functional units.
  • a functional unit A1 assumes the overload protection for the overvoltage element B and forms the actual overcurrent protection device.
  • a further functional unit A2 realizes, after the functional unit A1 has responded, the mechanical display and signal function with the aid of a firing pin which is preferably used.
  • the presented overcurrent protection device for overvoltage protection devices preferably consists of an electrically as well as geometrically, i. spatially arranged in parallel fixed composite of two functional units 1 and 2.
  • the electrical contacting is preferably carried out together via PCB contactable terminals 6, which can serve at the same time for the mechanical joining of the parallel functional units 1 and 2.
  • the in the Fig. 2 shown terminals 6 may have a taper, whereby the position of the firing pin relative to the board (not shown) is clearly definable.
  • the two connected functional units can also occupy a parallel to the printed circuit board, not shown, or any angular position.
  • Each functional unit 1; 2 is enveloped or surrounded by an elastic jacket 4 on the circumference and by common lateral connection caps 3 and is thereby mechanically stabilized and fixed.
  • the elastic sheath 4 can in a simple form as a tube or shrink tube with or without tissue elements, but also as a second tube, e.g. be made of an elastic plastic material.
  • the first functional unit 1 realizes the desired mechanical display function by means of a firing pin or a firing pin plate 5 and the generation of a high switching voltage.
  • the second functional unit 2 takes over the other tasks already mentioned.
  • the first functional unit 1 includes a mechanism for triggering the firing pin.
  • the firing pin can be exercised at a distance to a maximum of half the total length of the functional unit, a defined force on a triggering system or a display device.
  • the height of the transmittable force can be variably adjusted and specified from approximately 1 N to several 10 N at a defined distance.
  • prestressed compression springs are used for this purpose.
  • the firing pin itself can be used as a visual display in an analogous manner to a simple conventional indicator.
  • gas generators or priming charges for the firing pin function can also be provided.
  • the necessary high and aging stable Preload realized with wire which has a high tensile strength.
  • the I 2 t value of the wire is adjusted so that it is significantly smaller than the I 2 t value of the second functional unit. A value of less than 1% is preferred.
  • the meter resistance of the wire is significantly higher than that in the second functional unit. Preferably, larger ratios than 1: 100 are used.
  • the wire may be wound on a carrier to provide additional impedance.
  • the wire of the first functional unit remains almost unloaded under pulse load.
  • the fusible conductor is also almost distortion-free interrupted by a current which is a multiple of its current carrying capacity. This is also the case with errors due to line frequency currents.
  • Overload factors of approximately 20 to 1000 are preferred. These factors guarantee adiabatic heating of the wire and a so-called strip decay of the fusible conductor. This strip decay leads to a high switching voltage.
  • the height of this tension can be influenced by the geometric design and the choice of material of the wire.
  • the level of the switching voltage is also determined by the error case and the impedance ratios of the feeder circuit.
  • trigger aids which often include a pulse transformer, the generated arc voltage can be increased due to the increase in the inductance of the circuit.
  • switching voltages of a few 100 V up to several kV can be generated even with small dimensions of the functional units. These voltages are generally sufficient to ignite in particular spark gaps with Gêttladungsglazedn.
  • Fig. 3 shows a preferred construction of the first functional unit.
  • the functional unit 1 consists of an arc switching chamber 17 and a cavity 16, which serves to receive the firing pin 5.
  • the arc switch chamber 17 and the cavity 16 are adjacent to each other on a common axis.
  • the arc switch chamber 17 is bounded by a fixed tube 7, for example made of ceramic, and the caps 8 and 9.
  • the fuse element 11 arranged in the interior is led through the arc switching chamber 17 and the cavity 16 to the firing pin 5.
  • a hole is provided in the cap 9.
  • one or two insulating plates 10 are provided.
  • the platelets 10 are preferably made of an elastic and arc-resistant insulating material. This allows easy piercing of the material and close nestling against the fusible conductor 11, whereby an undesirable gap between platelets and fusible conductor can be avoided.
  • the arc switch room can be equipped with an extinguishing agent 15, e.g. be filled from quartz sand material.
  • the cavity 16 is enclosed by a special terminal cap 9.
  • the firing pin 5 has an outer shield, which has a larger dimension than the cavity 16.
  • the firing pin 5 also has a bore through which the fusible conductor 11 is guided and fastened.
  • a prestressed spring 12 which serves to carry out the firing pin function.
  • Fig. 4a to 4c show alternative design variants of the firing pin design.
  • Fig. 4a is the complete firing pin in the cavity of the cap. 9
  • an electrically conductive firing pin is covered by an additional cap 13 made of insulating material.
  • the contact of the firing pin is carried out floating and the cap 13 serves as additional protection against leaking gases or dirt.
  • the stroke and the end force of the firing pin are defined by the stop on the edge of the hood cap 21.
  • the plate 10 in front of the cavity of the cap 9 can be dispensed with.
  • the seal to prevent the blowing out of plasma is determined by the design of the firing pin according to Fig. 4c self-realized. Such a design variant is also suitable for the realization of a pyrotechnic firing pin.
  • insulating platelets 10 serve to seal the switching space, whereby leakage of ionized plasma is prevented. This plasma would not be in contrast to that are discharging behavior of the arrester and mean in the tight space conditions a hazard.
  • the insulated plate 10 also prevents a stable footing of the switching arc on the opposite terminal cap, whereby the switching capacity and thus the load of the first unit is reduced.
  • the entire implementation may consist of an insulating material.
  • the power supply via the front hollow cylinder cap and the firing pin to the wire.
  • the current can be conducted via the spring to the wire, if the spring diameter is greater than the insulated area.
  • wire feedthrough can also be used for fastening the firing pin.
  • wire wire composite materials may be used for the wire.
  • Fig. 5 shows an embodiment with a multiple composite fusible conductor.
  • This design variant has the advantage that the melt conductor evaporates only in the region of the bottleneck. This allows the arc region to be optimally positioned within the arc quenching chamber and reduces the risk of plasma spewing out.
  • Fig. 5 In addition to the fuse impedance another impedance is connected, for example in the form of a resistor 22.
  • This design variant has the advantage that the current can be limited until and after the melting of the fusible conductor. This results in a positive switching capacity.
  • a resistance material 20 is introduced into the arc switching space, at which the actual fusible conductor is contacted.
  • other impedances can also be used.
  • the cap material 8, 9 of the functional unit 1 consist of a resistance material.
  • a common connection cap 3 can be above the current transition to the functional unit 2 of resistance material.
  • measures or measures to increase the impedance such as bottlenecks or meanders, in the connection area between the functional units 1 and 2 are arranged.
  • the reduction of the bias and the centering of the wire can be done by a Lötbefestist in für hereinsky.
  • the feedthrough and the solder e.g., low melting temperature, low volume
  • the solder are selected so that the resulting arc detaches the attachment of the wire.
  • the wire can also be wound several times to distribute the force around the spring.
  • the bolt can be made loose or captive. Likewise, electrically conductive versions of the bolt, but also isolated variants are possible.
  • Electrically conductive versions can be used in addition to the basic functions in addition to the transmission of electrical signals.
  • the isolated versions ensure a desired potential freedom of possible display means.
  • Fig. 7 shows an example of an embodiment variant of the second functional unit.
  • This second functional unit implements the basic functions of the protection device.
  • the attachment of the fusible conductor 30 is carried out only with a minimal use or waiving media that can cause aging of the fusible conductor, eg by oxidation or by diffusion in the normal state or when heated.
  • Such negative media are solders, solders and other materials that tend to diffuse or react with the fusible link. This also applies to the filling medium.
  • solders solders and other materials that tend to diffuse or react with the fusible link. This also applies to the filling medium.
  • large-area clamping connections are preferably used while avoiding constrictions or even welded joints.
  • the fusible conductor 30 is integrally formed in wire form or as a hollow cylinder to achieve maximum pulse current carrying capacity.
  • the hollow cylindrical shape is preferable to a conventional division of parallel fusible conductors, since, despite similarly high switching capacity, it offers fewer disadvantages in terms of aging and possibly uneven current distribution.
  • the rejuvenations can be done both in the extent and in the layer thickness.
  • webs can be applied electrically conductive or non-conductive, whereby the arc can be divided or partially extremely constricted.
  • the waveguide can be designed as a hollow cylinder, but also as a conductive coating of a cylinder.
  • the material may e.g. be gas.
  • a high mechanical strength, a sufficient switching capacity and a high pulse current carrying capacity is given.
  • an embodiment may be useful as a hollow cylinder with internal coating.
  • Such a design also causes a uniform distribution of the pressure wave to the outer wall or to the outer housing.
  • the waveguide can also offer the possibility of integration of the firing pin despite separate arc switch room.
  • the material used for the fusible conductor is preferably copper, silver or their alloys. When using copper, it is expedient to apply a protective layer against oxidation.
  • the guide of the fusible conductor is centrally through the housing 31. The power supply to the caps 32 is made without or with little current loops.
  • the filling medium 33 is chosen so that it does not allow dynamic movements of the fusible conductor 30.
  • quartz sand is selected as filling medium, an optimal particle size distribution and optimized compaction may be sufficient.
  • guide webs 34 correspondingly Fig. 8 be provided.
  • the guide webs 34 can be made insulating or else as metal plates for subdividing the arc.
  • the webs 34 may be connected to each other for mechanical guidance or be supported in a further variant parallel spaced on the inner wall of the housing 31.
  • filling material so-called stone sand is used.
  • high-density bulk materials are suitable for filling.
  • filling media based on epoxy or silicone with or without curing are applicable. These materials can be added high levels of admixtures of extinguishing media, such as sand, ceramics, glass or gas-emitting substances.
  • a sand filling can additionally be used or the use of stabilizing webs or stabilizing liquids for damping movement is advantageous.
  • compressible filling media can be provided or possibilities for damping the pressure wave can be realized. On the one hand, this can be measures for equal distribution of the pressure.
  • additional elastic, but also rigid cylinder between the fusible conductor and the housing wall can be realized.
  • breaking walls and compensation chambers can be created.
  • the filling media may also contain implosive ingredients. Hollow spheres made of glass or ceramic can be used here.
  • the fusible conductor can also be guided in solids. These solids can be designed to support the extinguishing capacity gas-emitting.
  • gas donating substances are e.g. Polymers such as POM, hard gas or ceramics or substances with such admixtures for use.
  • a flat wire can be used as the fusible conductor.
  • Flat wires with a ratio of width to thickness of ⁇ 4: 1 are preferably used here.
  • the design of the fusible conductor as a flat wire leads with decreasing ratio of thickness to width to a reduction in the maximum impulse load over round wires of the same cross-sectional area, but here the switching capacity can be significantly increased.
  • the realization of the fusible conductor as a flat wire also allows additional optimization possibilities.
  • the height of the peak current resistance can be controlled quite easily. This value is particularly important for the protection of varistors in so-called trigger circuits of combination arresters.
  • the position of the flat wire in the fuse influences, in addition to the geometric design of the connections of the second functional unit, the effect of the dynamic current forces on the fusible conductor. If the flat edge of the fusible conductor is perpendicular to the current force effect and the connecting lengths of the second functional unit are as straight as possible, a very high peak current value can be controlled (see principle arrangement according to FIG Fig. 9 ).
  • the overcurrent protection device responds almost exclusively due to the current forces and not due to adiabatic heating.
  • the thermal load is below the melt integral value.
  • the length of the power supply can already be achieved by varying the order of the functional units without changing the structural parts with parallel functional units arranged one above the other.
  • the peak current strength can be further reduced and the extinguishing capacity increased Meander or windings are incorporated.
  • the functional units 1 and 2 have high-strength housing.
  • materials for these housings special ceramics, but also wound glass fiber materials can be used.
  • each housing or both housings are jointly enclosed by an elastic cylinder. This is used as an extra protection in case of overload of the housing or gas leaks between the caps and the housing. Furthermore, the outer rollover distances are extended and critical field strength increases or endangered sliding distances avoided.
  • the material of the elastic cylinder can also consist of a gas-emitting substance or be coated with such a material. This results in the outgassing of hot gas or soot from the fuse to the gas delivery, whereby uniform manifestations are avoided and surface discharges can be prevented.
  • other parts e.g. be provided in the form of webs, which serve for Wegverheyrung.
  • the joint fixation of the two functional units with common stable and positive connection caps a high mechanical stabilization of the functional units with each other, but also the individual components of the functional units, in particular the caps on the housing is achieved.
  • the mechanical strength is further increased.
  • the switching capacity can be further increased compared to a single functional unit.
  • the measures shown lead to a performance that could be significantly increased compared to conventional device protection fuses of the same size. This applies to both the pulse current carrying capacity and the switching capacity.
  • Fig. 11 and 12 show alternative arrangements for mounting the second functional unit 2 on a circuit board. These arrangements should lead to the lowest possible current loop formation.
  • Fig. 1 has the outer cap solder connection tabs 40, which are also suitable for SMD mounting.
  • Fig. 12 shows a variant in which the functional unit is soldered directly into the circuit board 41, wherein solderable terminals 42 is used for this purpose.
  • the attachment of the electrically parallel functional unit 1 can also be appropriate Fig. 13 respectively.
  • the functional unit 1 and 2 the made electrical connection via printed conductors of a board and realized if necessary via printed or discrete impedances.
  • the second functional unit 2 can also be designed as such a fuse.

Landscapes

  • Fuses (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Überstromschutzeinrichtung für den Einsatz in Überspannungsschutzgeräten mit zusätzlichem mechanischen Auslöser, bevorzugt als Schlagbolzen ausgeführt, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Überspannungsschutzgeräte werden in elektrischen und informationstechnischen Netzen zum Schutz der Anlagen, Verbrauchern und Endgeräten eingesetzt.
  • Derartige Überspannungsschutzgeräte begrenzen insbesondere bei transienten Überspannungsereignissen, z.B. Blitzereignissen, die Spannung auf unkritische Werte.
  • Die Begrenzung erfolgt bei Überspannungsereignissen durch die Ableitung von Impulsströmen im Querpfad und damit im allgemeinen parallel zu den Verbraucheranschlüssen.
  • Als Überspannungsschutzelemente werden unter anderem Funkenstrecken, Varistoren, Suppressordioden, Gasableiter, Kapazitäten und nichtlineare Widerstände sowie deren Kombinationen eingesetzt.
  • Die vorstehend erwähnten Elemente besitzen im Allgemeinen ein nichtlineares Ansprechverhalten bzw. eine nichtlineare Kennlinie.
  • Bei häufigem Ansprechen dieser Elemente bzw. bei Überlast in Folge von zu hohen bzw. zu lange andauernden Überspannungen oder Strömen kann es zur allmählichen Alterung oder zur Zerstörung der Überspannungsschutzgeräte kommen.
  • Bei der üblicherweise gestaffelten Anordnung von Überspannungsableitern mit unterschiedlicher Leistungsfähigkeit und/oder unterschiedlichem Überspannungsschutzpegel kann infolge der Alterung oder auch infolge von Änderungen der Anlage die Überlastgefahr selbst bei ursprünglich richtiger Dimensionierung und Koordination der Überspannungsableiter steigen.
  • Eine Überlastung derartiger koordinierter Geräte, häufig mit unterschiedlichen Wirkprinzipien, kann zu ungewollten und teilweise die gesamte Anlage gefährdenden Schäden führen.
  • Die Ursachen für eine Überlastung sind hierbei vielfältig und spezifisch für das jeweilige Schutzgerät.
  • Bei einem beispielhaft erwähnten Varistor können bei allmählicher Alterung durch sehr kleine Leckströme über einen längeren Zeitraum Zerstörungen auftreten. Als Schutz gegen derartige Belastungen werden daher in vielen Fällen thermische Abtrennvorrichtungen eingesetzt.
  • Mittels thermischer Abtrennvorrichtungen kann innerhalb ihres Schaltvermögens bei kleinen Leckströmen im Bereich von mA bis einigen A und im Niederspannungsbereich des Varistors üblicherweise ein ausreichender Schutz realisiert werden.
  • Wird der Varistor mit Impulsströmen oberhalb seines Leistungsvermögens oder mit extrem hohen Strom- und Spannungssteilheiten belastet, kann der Varistor durch- oder überschlagen werden.
    Bei der Belastung mit lang andauernden transienten bzw. netzfrequenten Überspannungen kann es hingegen zum thermischen Durchlegierung oder zum Durchschlagen des Varistors nach einem Zeitverlauf von einigen zehn ms kommen.
  • Letztgenannte Fehler können durch bekannte thermische Abtrennvorrichtungen nicht beherrscht werden, da deren Ansprechzeit im Regelfall mehrere Sekunden beträgt.
  • Aus vorstehend genanntem Grund ist es daher üblich, Varistoren in Reihenschaltung mit einer konventionellen elektrischen Schmelzsicherung oder Schaltgeräten zu betreiben.
  • Die Hersteller von Varistorscheiben geben für einen ausreichenden Schutz häufig den maximalen Nennstromwert derartiger Vorsicherungen an. Übliche Schmelzsicherungen sprechen bei Impulsstrombelastung im Allgemeinen bereits deutlich unterhalb ihres theoretischen adiabatischen Schmelzintegralwerts an.
  • Bei kurzen, aber hohen Impulsströmen, mit denen die Varistoren belastet werden, liegt jedoch die Belastungsgrenze der Varistoren bereits deutlich über dem theoretischen Wert der Sicherungen und somit weit über den praktischen Maximalwerten dieser.
  • Dies bedeutet, Impulswerte, welche die Varistoren problemlos mehrfach ableiten, können bereits bei einmaliger Belastung zur Zerstörung der Sicherung führen, die zum Schutz der Varistorscheibe nach deren Herstellerangeben maximal zulässig ist.
  • Um das Leistungsvermögen der Varistorscheibe möglichst einfach auszunutzen, werden von Herstellern von Überspannungsschutzgeräten daher häufig größere Sicherungen empfohlen. Dies kann jedoch im Fehlerfall aufgrund der höheren I2t-Belastung, welche infolge der zu späten Auslösung auftritt, zu erheblichen Schäden an den Geräten führen.
  • Neben der Schutzfunktion des Überspannungsschutzelements wird das Ansprechen der Sicherung häufig als Anzeigekriterium für die Überlastung und die Abtrennung des Überspannungsschutzelements genutzt.
  • Hierzu wird die Stromunterbrechung bzw. der erhöhte Spannungsabfall über der Sicherung ausgewertet.
    Neben der optischen Anzeige wird das elektrische Signal auch für akustische Anzeigen oder das Öffnen und Schließen von Schaltern zur Fernmeldung verwendet. Die Nutzung der elektrischen Energie zur Signalabgabe besitzt jedoch mehrere Nachteile. Viele Anzeigen benötigen Energie und verursachen ungewollte Leckströme. Die Abschaltung bei Stoßstrombelastungen von Sicherungen ist häufig undefiniert und ungewollt.
    Der Schmelzleiter von Sicherungen kann nach der Impulsbelastung verschiedenste Schäden aufweisen, welche von der Auftrennung von einzelnen parallelen Engstellen bis hin zur gesamten Zerstörung des Schmelzleiters führen können, ohne dass eine an sich gewünschte hochohmige Unterbrechung eintritt.
  • Aufgrund vorstehender Erläuterungen sind Ströme im mA- oder auch im A-Bereich noch möglich, ohne dass die Anzeigefunktion den Defekt des Geräts anzeigt. Dies kann bei einem erneuten Überspannungsereignis trotz Kontrolle der Anlage zu erheblichen Schäden führen.
  • Die Ursache für das geschilderte Verhalten liegt in der unterschiedlichen Funktionsweise der Sicherung bei netzfrequenten Fehlerströmen im Längszweig und bei Impulsströmen im Querzweig.
  • Bei einer netzfrequenten Stromüberhöhung im Längszweig, welche zum Ansprechen der Sicherung führt, stellt die Schmelzleiterunterbrechung die einigste Unterbrechungsstelle dar und die Spannungsfestigkeit der ausgelösten Sicherung muss höher sein als die Netzspannung.
    Dies führt zu einer hochohmigen und recht langen Trennstrecke innerhalb der Sicherung.
  • Im Querzweig hingegen wird die Netzspannungsfestigkeit im Allgemeinen durch das Überspannungsschutzgerät, selbst noch bei mäßigen Überlasten, übernommen. Das heißt, die Sicherung wird selbst nach ihrem Ansprechen nicht zwangsweise mit der Netzspannung belastet. Dies führt mitunter zu einer undefinierten Trennstrecke innerhalb der Sicherung.
  • Andererseits führen Impulsströme häufig zu einer erheblichen mechanischen Belastung des Schmelzleiters und zu einer stark unterschiedlichen Stromverteilung in den üblicherweise parallelen Engstellen des Schmelzleiters. Hierdurch kommt es häufig zur partiellen Zerstörung des Schmelzleiters. Reicht der Energieinhalt des Impulses gerade noch aus, um den Schmelzleiter durchgängig in allen Engstellenbereichen zu schmelzen, so führt dies nicht zwangsweise zu einer hochohmigen Trennstelle. Die geschmolzenen Schmelzleiteireste und der umgebende Füllstoff führen häufig zu einer noch leitfähigen Verbindung mit einem Widerstand von einigen wenigen kOhm. Dies kann durchaus zu einer falschen Anzeige einer herkömmlichen, auf elektrischer Energie basierenden Einrichtung führen. Neben einer Fehlanzeige des Ableiterzustands kann dies bei erneuter Impulsbelastung zur Zerstörung des Überspannungsableiters und/oder der Sicherung führen. Darüber hinaus ist der Verbraucher aufgrund eines defekten Überspannungsschutzes gefährdet. Die Gefährdung des Verbrauchers ist insbesondere in den Fällen stark erhöht, in denen so genannte Kombiableiter eingesetzt werden. Bei diesen Geräten wird der Überspannungsschutz häufig nur in einem Gerät realisiert, d.h. die sonst übliche Staffelung von unterschiedlich leistungsfähigen Überspannungsableitern mit unterschiedlichen Schutzpegeln und gleichzeitig redundanter Wirkung entfällt.
  • Die DE 199 14 313 A1 zeigt die Absicherung einer so genannten Zündhilfe einer Funkenstrecke. Hierbei werden Schmelzsicherungen bzw. reversible Sicherungen eingesetzt. Das Schmelzen der Sicherung wird unter Zuhilfenahme elektronischer Schaltungen zur optischen, akustischen und/oder elektronischen Anzeige genutzt. Nach dem Ansprechen der Sicherung soll die Funkenstrecke ohne Zündhilfe eine redundante Schutzfunktion mit einem erhöhten Schutzpegel ausüben können. Die Ableitung einer Anzeigefunktion aus dem Abschaltverhalten von Sicherungen ist darüber hinaus aus der EP 1 345247 , der DE 38 31 935 , der DE 197 51 470 oder beispielsweise der DE 32 28 471 vorbekannt.
  • Die US-PS 6,157,529 offenbart die Unterbrechung eines Stromkreises mit Hilfe der Abschaltung einer Sicherung und einer Haltespule eines Schalters.
  • Zündhilfen, wie in der DE 199 14 313 A1 beschrieben, werden auch bei Kombiableitern eingesetzt. Bei diesen Ableitern kann die Zündhilfe selbst als eigenständiges Überspannungsschutzgerät ausgeführt werden, welches erst bei der Gefahr der eigenen Überlastung über eine Triggerfunktion das Kurzschlusselement, im allgemeinen eine Funkenstrecke, aktiviert. Ein Kombiableiter ist beispielsweise in der DE 198 38 776 C2 offenbart.
  • Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte Überstromschutzeinrichtung für den Einsatz in Überspannungsschutzgeräten mit zusätzlichem mechanischen Auslöser, bevorzugt als Schlagbolzen ausgeführt, anzugeben, welche eine hohe alterungsstabile Impulsstromtragfähigkeit, eine mechanische Anzeigefunktion bzw. Unterstützung einer derartigen Anzeige- und Signalfunktion sowie ein hohes Schaltvermögen aufweist.
  • Darüber hinaus soll die anzugebende Überstromschutzeinrichtung über eine geringe Baugröße verfügen, montagefreundlich sein sowie eine hohe Peakstromfestigkeit und eine hohe Schaltspannung besitzen.
  • Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch eine Überstromschutzeinrichtung gemäß der Merkmalskombination nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.
  • Erfindungsgemäß ist demnach eine Kombination von Funktionseinheiten vorgesehen. Diese Kombination umfasst eine für Impulsströme geeignete Schmelzsicherung mit parallel geschalteter Indikatorsicherung, welche eine Schlagbolzenfunktion übernimmt. Der Schlagbolzen kann zur mechanischen Auslösung einer optischen und/oder elektrischen Anzeige dienen. Der Schlagbolzen und die Signalfunktion können potentialfrei oder potentialbehaftet ausgeführt werden.
  • Die Impulsstrombelastbarkeit der eigentlichen Sicherung wird nahe am theoretischen, d.h. dem materialspezifischen Schmelzintegralwert (I2t-Wert) des Schmelzleiters herangeführt. Hierdurch kann eine ansonsten übliche Überdimensionierung der Sicherung vermieden werden. Dies ist beim Stand der Technik notwendig, da die üblichen Schmelzleiter aufgrund der dynamischen Stromkräfte, der unsymmetrischen Stromverteilung und der Alterung bei Impulsströmen bereits deutlich unterhalb des theoretischen I2t-Wertes überlastet werden. Ursache hierfür ist die Geometrie der Schmelzleiter, die Art der Kontaktierung der Schmelzleiter, die Stromführung zum und im Schmelzleiter, die Schmelzleiterfixierung und Zusatzstoffe, welche eine Alterung bzw. vorzeitige Überlastung bewirken.
  • Die mit der Erfindung geschaffene kleine Bauform liegt im Bereich üblicher Geräteschutzsichemngen von im wesentlichen 5x20 mm. Derartig kleine Einrichtungen können in besonders einfacher Weise auf einer Leiterplatte, auch als SMD-Bauteil befestigt werden.
  • Erfindungsgemäß besteht die Möglichkeit, die vorgestellte Überstromschutzeinrichtung für den Triggerkreis von Kombiableitern einzusetzen
  • Die Überstromschutzeinrichtung umfasst eine erste Funktionseinheit, die den mechanischen Auslöser enthält. Diese erste Funktionseinheit weist ein erstes Schmelzelement auf.
  • Eine zweite Funktionseinheit ist als eigentlicher Überlastschutz ausgeführt und besitzt ein zweites Schmelzelement.
  • Jede der Funktionseinheiten ist in einem Gehäuse angeordnet, wobei am jeweiligen Gehäuse seitliche, gegenüberliegende Abschlusskappen befindlich sind und die Schmelzleiter jeweils im Gehäuseinneren angeordnet sind und an den Abschlusskappen elektrisch angeschlossen werden.
  • Die erste und die zweite Funktionseinheit sind elektrisch parallel geschaltet. Diese Parallelschaltung liegt mit dem Überspannungsschutzgerät in Reihe.
  • Die Funktionseinheiten bilden einen gemeinsamen mechanischen Verbund, wobei jedes Gehäuse von einem separaten oder beide Gehäuse von einem gemeinsamen elastischen Mantel umgeben sind.
  • Die Abschlusskappen jeder Seite der jeweiligen Funktionseinheit gehen elektrisch und mechanisch verbunden in einen Anschlussfortsatz über, welcher die bereits erwähnte Leiterplattenmontage der Gesamteimichtung ermöglicht bzw. erleichtert.
  • An einer Abschlusskappe der ersten Funktionseinheit ist eine Kammer zur Aufnahme eines federvorgespannten Schlagbolzens angeordnet, wobei der Schlagbolzen vom ersten Schmelzelement in seiner Ruhestellung gehalten wird. Mit dem Aufschmelzen des ersten Schmelzelements gelangt die Federvorspannkraft zur Wirkung und der Schlagbolzen bewegt sich in seine maximal erreichbare Endposition.
  • Das erste Schmelzelement besteht aus einem Draht, welcher eine hohe Zugfestigkeit und einen I2t-Wert besitzt, welcher deutlich niedriger als derjenige des Materials des zweiten Schmelzelements ist.
  • Das Gehäuse der ersten Funktionseinheit bildet einen Lichtbogenschaltraum, welcher aus einem rohrförmigen Körper besteht, dem sich seitlich ein Hohlraum anschließt, welcher die Kammer zur Aufnahme des Schlagbolzens bildet.
  • Zwischen dem Lichtbogenschaltraum und dem Hohlraum ist ein oder sind mehrere isolierende Plättchen angeordnet, durch welches bzw. welche das erste Schmelzelement hindurchgeführt ist.
  • Der Lichtbogenschaltraum ist mit einem Löschmittel gefüllt.
  • Der Hohlraum mit dem Schlagbolzen wird von einer Stülpkappe begrenzt, wobei die vom Lichtbogenbrennraum abgewandte Seite der Stülpkappe einen Anschlag für die Schlagplatte des Schlagbolzens und damit eine Wegebegrenzung bildet.
  • Die Schlagplatte selbst kann von einer Isolierkappe umgeben werden.
  • Die Schlagplatte ist auch als Schlagdorn oder Schlagstift ausgeführt, wobei der Verschiebeweg durch einen Anschlag und eine Ausnehmung innerhalb einer Haubenkappe begrenzbar ist.
  • Das erste Schmelzelement kann aus einem zusammengesetzten Material bestehen und mindestens eine Engstelle und/oder einen Abschnitt mit unterschiedlicher Impedanz oder unterschiedlichem Widerstand besitzen.
  • Die zweite Funktionseinheit weist ein hohlzylindrisches Gehäuse mit seitlichen Abschlusskappen auf, wobei das zweite Schmelzelement als Band, Draht oder in Hohlzylinderform von Kappe zu Kappe geführt ist.
  • Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass auch das Gehäuse der ersten Funktionseinheit die Form eines Rohrs oder eines Hohlzylinders besitzen kann.
  • Das Draht- oder hohlzylindrische Schmelzelement der zweiten Funktionseinheit ist durch Kraft- und/oder Formschluss mit den Innenseiten oder mit entsprechenden Durchbrüchen in oder an den Kappen verbunden.
  • Der Hohlzylinder des zweiten Schmelzelements kann definierte Engstellen und/oder Verjüngungen aufweisen.
  • Auch das Gehäuse der zweiten Funktionseinheit weist eine Füllung auf. Diese Füllung kann aus einem hochverdichtbaren Schüttmaterial bestehen oder aber auch kompressible Materialien enthalten.
  • Bei der Ausführungsform des zweiten Schmelzelements als Band besteht dieses Band aus Flachdraht mit einem Verhältnis Breite zu Dicke kleiner 4:1.
  • Das zweite Schmelzelement kann von im Gehäuse befindlichen Führungsstegen, Führungsringen oder dergleichen Mitteln gehalten werden.
  • Sowohl die erste als auch die zweite Funktionseinheit können von einem gemeinsamen Außengehäuse umgeben sein oder in einem solchen Gehäuse angeordnet werden.
  • Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
  • Hierbei zeigen:
  • Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung der elektrischen Anordnung der Überstromschutzeinrichtung;
  • Fig. 2 eine Seitenansicht auf eine Ausführungsvariante der Überstromschutzeinrichtung in elektrischer und geometrischer Parallelschaltung;
  • Fig. 3 eine Schnittdarstellung durch eine bevorzugte Ausführungsform der ersten Funktionseinheit;
  • Fig. 4a bis 4c weitere Ausführungsformen der Funktionseinheit mit Varianten der Schlagbolzengestaltung;
  • Fig. 5 Varianten zur Veränderung der Schmelzleiterimpedanz der ersten Funktionseinheit;
  • Fig. 6 die Anordnung eines Widerstandsmaterials im Lichtbogenschaltraum der ersten Funktionseinheit;
  • Fig. 7 den prinzipiellen Aufbau der zweiten Funktionseinheit mit Sichenungsband oder Sicherungsdraht;
  • Fig. 8 eine Schnittdarstellung der Ausführungsform ähnlich der Fig. 7, jedoch mit Führungsstegen;
  • Fig. 9 eine Schnittdarstellung einer Kombination der beiden Funktionseinheiten mit erkennbarem Innenaufbau;
  • Fig. 10 eine weitere Variante der Kombination der Funktionseinheiten mit geänderter interner Stromführung zwischen erster und zweiter Funktionseinheit;
  • Fig. 11 und 12 alternative Anordnungen zur Befestigung der Funktionseinheiten und
  • Fig. 13 Schnittansicht der Möglichkeit der Ausführung der ersten Funktionseinheit, welche separat von der zweiten Funktionseinheit wie beispielsweise nach den Fig. 11 oder 12 auf einer Leiterplatte in elektrischer Parallelschaltung, jedoch nicht im geometrischen Verbund angeordnet sein kann.
  • Fig. 1 zeigt eine prinzipielle Darstellung der Erfindung. Das erfindungsgemäße Gerät A besteht aus zwei Funktionseinheiten. Eine Funktionseinheit A1 übernimmt den Überlastschutz für das Überspannungselement B und bildet die eigentliche Überstromschutzeinrichtung. Eine weitere Funktionseinheit A2 realisiert nach dem Ansprechen der Funktionseinheit A1 die mechanische Anzeige- und Signalfunktion mit Hilfe eines bevorzugt eingesetzten Schlagbolzens.
  • Die vorgestellte Überstromschutzeinrichtung für Überspannungsschutzgeräte besteht bevorzugt aus einem elektrisch sowie geometrisch, d.h. räumlich parallel angeordneten festen Verbund von zwei Funktionseinheiten 1 und 2.
  • Die elektrische Kontaktierung erfolgt bevorzugt gemeinsam über Leiterplattenkontaktierbare Anschlüsse 6, welche gleichzeitig zur mechanischen Fügung der parallelen Funktionseinheiten 1 und 2 dienen können.
  • Die in der Fig. 2 gezeigten Anschlüsse 6 können eine Verjüngung besitzen, wodurch die Position des Schlagbolzens bezogen auf die Platine (nicht gezeigt) eindeutig definierbar ist.
  • Durch die Verbindung der beiden Funktionseinheiten 1; 2 wird eine montagefreundliche Lösung geschaffen und gleichzeitig der Anspruch an eine geringe Baugröße unterstützt. Wie aus der Fig. 2 ersichtlich, befinden sich die Funktionseinheiten 1 und 2 übereinander.
  • Bei entsprechender Abwinklung der Anschlüsse 6 können die beiden verbundenen Funktionseinheiten auch eine zur nicht dargestellten Leiterplatte parallele Lage oder eine beliebige Winkellage einnehmen.
  • Jede Funktionseinheit 1; 2 wird von einem elastischen Mantel 4 umfangsseitig sowie von gemeinsamen seitlichen Anschlusskappen 3 umhüllt bzw. umgeben und ist dadurch mechanisch stabilisiert und fixiert.
  • Der elastische Mantel 4 kann in einer einfachen Form als Schlauch bzw. Schrumpfschlauch mit oder ohne Gewebeelementen, aber auch als zweites Rohr, z.B. aus einem elastischen Kunststoffmaterial ausgeführt sein.
  • Vorstehend genannte Maßnahmen und die Fixierung auf der Leiterplatte führen zu einer Erhöhung des Schaltvermögens der Funktionseinheiten.
  • Die erste Funktionseinheit 1 realisiert die gewünschte mechanische Anzeigefunktion mittels eines Schlagbolzens oder einer Schlagbolzenplatte 5 sowie die Erzeugung einer hohen Schaltspannung.
  • Die zweite Funktionseinheit 2 übernimmt die weiteren, bereits erwähnten Aufgaben.
  • Durch die zweckmäßige Trennung in Funktionseinheiten kann trotz geringer Abmessungen bei einem hohen I2t-Wert der Einheit ein hohes Schaltvermögen und eine funktionssichere Schlagbolzenauslösung realisiert werden.
  • Die erste Funktionseinheit 1 beinhaltet einen Mechanismus zur Auslösung des Schlagbolzens.
  • Durch den Schlagbolzen kann in einer Entfernung bis maximal der Hälfte der Gesamtlänge der Funktionseinheit eine definierte Kraft auf ein Auslösesystem oder eine Anzeigeeinrichtung ausgeübt werden.
  • Die Höhe der übertragbaren Kraft kann von ca. 1 N bis mehreren 10 N in einem definierten Abstand variabel eingestellt und vorgegeben werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform werden hierfür vorgespannte Druckfedern eingesetzt. Selbstverständlich kann der Schlagbolzen selbst als optische Anzeige in analoger Weise zu einem einfachen üblichen Kennmelder genutzt werden.
  • Alternativ zur vorerwähnten Feder können auch Gasgeneratoren oder Zündladungen für die Schlagbolzenfunktion vorgesehen sein.
  • Bei der Verwendung einer Feder wird die notwendige hohe und alterungsstabile Vorspannung mit Draht realisiert, welcher über eine hohe Zugfestigkeit verfügt. Der I2t-Wert des Drahtes wird so abgestimmt, dass dieser deutlich kleiner als der I2t-Wert der zweiten Funktionseinheit ist. Bevorzugt wird ein Wert kleiner 1%. Der Meterwiderstand des Drahtes ist hingegen deutlich höher als der in der zweiten Funktionseinheit. Bevorzugt werden größere Verhältnisse als 1:100 angewendet. Zudem kann der Draht auf einen Träger gewickelt sein, um eine zusätzliche Impedanz aufzuweisen.
  • Durch die vorstehend genannte Abstimmung wird erreicht, dass der Draht der ersten Funktionseinheit bei Impulsbelastung nahezu unbelastet bleibt. Im Fehlerfall, also der Unterbrechung der Stromführung in der zweiten Funktionseinheit, wird auch der Schmelzleiter nahezu verzugsfrei durch einen Strom unterbrochen, welcher bei einem Vielfachen seiner Stromtragfähigkeit liegt. Dies ist auch bei Fehlern infolge von netzfrequenten Strömen der Fall. Bevorzugt werden Überlastfaktoren von ca. 20 bis 1000. Diese Faktoren garantieren eine adiabatische Erwärmung des Drahtes und einen so genannten Streifenzerfall des Schmelzleiters.
    Dieser Streifenzerfall führt zu einer hohen Schaltspannung. Die Höhe dieser Spannung kann durch die geometrische Gestaltung und die Materialwahl des Drahtes beeinflusst werden. Die Höhe der Schaltspannung wird auch durch den Fehlerfall und die Impedanzverhältnisse des Fehterstromkreises bestimmt.
    Bei Triggerhilfen, welche häufig einen Impulsübertrager beinhalten, kann die erzeugte Lichtbogenspannung aufgrund der Erhöhung der Induktivität des Stromkreises erhöht werden.
  • Bei geeigneter Abstimmung können somit selbst bei geringen Abmessungen der Funktionseinheiten Schaltspannungen von einigen 100 V bis zu mehreren kV erzeugt werden. Diese Spannungen sind im Regelfall ausreichend, um insbesondere Funkenstrecken mit Gleitentladungsstrecken zu zünden.
  • Fig. 3 zeigt einen bevorzugten Aufbau der ersten Funktionseinheit.
  • In dieser Darstellung ist nicht die elastische Umhüllung 4 und auch nicht die Ausbildung der gemeinsamen Kappen 3 gezeigt. Die Funktionseinheit 1 besteht aus einem Lichtbogenschaltraum 17 und einem Hohlraum 16, welcher zur Aufnahme des Schlagbolzens 5 dient. Der Lichtbogenschaltraum 17 und der Hohlraum 16 liegen auf einer gemeinsamen Achse nebeneinander.
  • Der Lichtbogenschaltraum 17 wird durch ein festes Rohr 7, z.B. aus Keramik, und die Kappen 8 und 9 begrenzt. Der im Inneren angeordnete Schmelzleiter 11 wird durch den Lichtbogenschaltraum 17 und den Hohlraum 16 zum Schlagbolzen 5 geführt.
    Hierfür ist in der Kappe 9 eine Bohrung vorgesehen.
    Zur besseren Abschottung des Lichtbogenschaltraums 17 sind eine oder zwei isolierende Plättchen 10 vorgesehen. Die Plättchen 10 werden bevorzugt aus einem elastischen und lichtbogenbeständigen Isolationsmaterial gefertigt. Dies erlaubt ein leichtes Durchstechen des Materials und ein enges Anschmiegen an den Schmelzleiter 11, wodurch ein unerwünschter Spalt zwischen Plättchen und Schmelzleiter vermieden werden kann.
  • Der Lichtbogenschaltraum kann mit einem Löschmittel 15, z.B. aus Quarzsandmaterial gefüllt werden.
  • Der Hohlraum 16 befindet sich umschlossen von einer speziellen Anschlusskappe 9. Der Schlagbolzen 5 besitzt einen äußeren Schirm, welcher eine größere Abmessung als der Hohlraum 16 besitzt. Der Schlagbolzen 5 weist auch eine Bohrung auf, durch welche der Schmelzleiter 11 geführt und befestigbar ist. Im Hohlraum 16 befindet sich eine vorgespannte Feder 12, welche zur Ausführung der Schlagbolzenfunktion dient.
  • Die Fig. 4a bis 4c zeigen alternative Gestaltungsvarianten der Schlagbolzenausführung.
  • Gemäß Fig. 4a befindet sich der komplette Schlagbolzen im Hohlraum der Kappe 9.
  • Gemäß Fig. 4b ist ein z.B. elektrisch leitender Schlagbolzen durch eine zusätzliche Kappe 13 aus Isolationsmaterial abgedeckt. Dadurch wird die Kontaktgabe des Schlagbolzens potentialfrei ausgeführt und die Kappe 13 dient als zusätzlicher Schutz gegen austretende Gase oder Verschmutzungen.
  • Die Ausführung des Schlagbolzens nach Fig. 4c ist auch ohne äußeren Anschlag unverlierbar.
  • Der Hubweg und die Endkraft des Schlagbolzens sind durch den Anschlag an dem Rand der Haubenkappe 21 definiert.
  • Bei diese Ausführungsform ist es sehr einfach möglich, zusätzlich zur Federkraft auch den im Schaltraum entstehenden Druck unterstützend zu nutzen. Hierzu kann auf das Plättchen 10 vor dem Hohlraum der Kappe 9 verzichtet werden. Die Abdichtung zur Vermeidung des Ausblasens von Plasma wird durch die Gestaltung des Schlagbolzens gemäß Fig. 4c selbst realisiert. Eine solche Gestaltungsvariante ist auch zur Realisierung eines pyrotechnischen Schlagbolzens geeignet.
  • Besondere Bedeutung ist den isolierenden Plättchen 10 zugewiesen. Diese Plättchen 10 dienen der Abdichtung des Schaltraums, wodurch ein Austritt von ionisiertem Plasma verhindert wird. Dieses Plasma würde im Gegensatz zu dem nicht ausblasenden Verhalten der Ableiter stehen und bei den engen Raumverhältnissen eine Gefährdung bedeuten.
  • Das isolierte Plättchen 10 verhindert im übrigen ein stabiles Fußen des Schaltlichtbogens an der entgegengesetzten Anschlusskappe, wodurch die Schaltleistung und somit die Belastung der ersten Einheit reduziert wird.
  • Anstelle der Plättchen 10 können auch massive Isoliermaterialien verwendet werden. Ebenso kann die gesamte Durchführung aus einem Isolationsmaterial bestehen. In diesem Fall erfolgt die Stromführung über die vordere Hohlzylinderkappe und den Schlagbolzen zum Draht.
  • Ist nur der Innenbereich der Durchführung aus einem Isolationsmaterial gefertigt, kann die Stromführung über die Feder zum Draht erfolgen, wenn der Federdurchmesser größer als der isolierte Bereich ist.
  • Es können auch weitere Varianten der Drahtdurchführung für die Befestigung des Schlagbolzens genutzt werden. Ebenso können für den Draht als Schmelzleiter zusammengesetzte Drahtmaterialien Anwendung finden.
  • Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform mit einem mehrfach zusammengesetzten Schmelzleiter. Diese Gestaltungsvariante besitzt den Vorteil, dass der Schmelzleiter nur im Bereich der Engstelle verdampft. Damit kann der Lichtbogenbereich optimal innerhalb der Lichtbogenlöschkammer positioniert werden und es ist die Gefahr des Ausblasens von Plasma reduziert.
  • Gemäß der Darstellung nach Fig. 5 ist zusätzlich zur Schmelzleiterimpedanz eine weitere Impedanz geschaltet, und zwar beispielsweise in Form eines Widerstands 22. Diese Gestaltungsvariante besitzt den Vorteil, dass der Strom bis und auch nach dem Schmelzen des Schmelzleiters begrenzbar ist. Hieraus folgt ein positives Schaltvermögen.
  • Gemäß der Darstellung nach Fig. 6 wird ein Widerstandsmaterial 20 in den Lichtbogenschaltraum eingebracht, an dem der eigentliche Schmelzleiter kontaktiert wird. Alternativ zur Einbringung von Widerständen bzw. Widerstandsmaterialien können auch sonstige Impedanzen eingesetzt werden.
  • Impedanzen können jedoch auch bereits außerhalb der Funktionseinheit angeordnet werden, was bei getrennten Funktionseinheiten problemlos möglich ist. Aber auch bei einem Verbund gemäß Fig. 2 kann eine solche Anordnung von Impedanzen ohne Aufwand erfolgen. Hierzu kann das Kappenmaterial 8, 9 der Funktionseinheit 1 aus einem Widerstandsmaterial bestehen. Eine gemeinsame Verbindungskappe 3 kann oberhalb des Stromübergangs zur Funktionseinheit 2 aus Widerstandsmaterial bestehen oder es können Maßnahmen zur Erhöhung der Impedanz, z.B. Engstellen oder Mäander, in den Verbindungsbereich zwischen den Funktionseinheiten 1 und 2 angeordnet werden.
  • Die Reduktion der Vorspannung und die Zentrierung des Drahtes kann durch eine Lötbefestigung im Durchfühmngsbereich erfolgen. Dabei ist die Durchführung und das Lot (z.B. niedrige Schmelztemperatur, geringes Volumen) so gewählt, dass der entstehende Lichtbogen die Befestigung des Drahtes löst.
  • Der Draht kann zudem mehrfach zur Verteilung der Kraft um die Feder gewickelt werden. Der Bolzen kann lose oder unverlierbar ausgeführt sein. Ebenso sind elektrisch leitfähige Ausführungen des Bolzens, aber auch isolierte Varianten möglich.
  • Elektrisch leitfähige Ausführungen können neben den Grundfunktionen zusätzlich zur Übertragung von elektrischen Signalen genutzt werden. Dagegen gewährleisten die isolierten Ausführungen eine gewünschte Potentialfreiheit möglicher Anzeigemittel.
  • Fig. 7 zeigt beispielhaft eine Ausführungsvariante der zweiten Funktionseinheit. Diese zweite Funktionseinheit realisiert die Grundfunktionen des Schutzgeräts.
  • Zur Erzielung einer hohen Impulsstromtragfähigkeit werden folgende Maßnahmen genutzt.
    Die Befestigung des Schmelzleiters 30 erfolgt nur mit einem minimalen Einsatz oder unter Verzicht auf Medien, welche im Normalzustand oder bei Erwärmung eine Alterung des Schmelzleiters, z.B. durch Oxidation oder durch Diffusion bewirken können. Solche negativen Medien sind Lote, Lötstoffe sowie sonstige Materialien, die zur Diffusion oder zur Reaktion mit dem Schmelzleiter neigen. Dies trifft auch auf das Füllmedium zu.
    Anstelle einer Lötverbindung werden bevorzugt großflächige Klemmverbindungen unter Vermeidung von Einengungen oder aber auch Schweißverbindungen genutzt.
  • Der Schmelzleiter 30 ist zur Erzielung einer maximalen Impulsstromtragfähigkeit einstückig in Drahtform oder als Hohlzylinder ausbildbar.
  • Bei hohen Schmelzleiterquerschnitten ist die Hohlzylinderform einer üblicher Aufteilung paralleler Schmelzleiter vorzuziehen, da sie trotz ähnlich hohen Schaltvermögens geringere Nachteile hinsichtlich der Alterung und einer möglicherweise ungleichmäßigen Stromaufteilung bietet.
  • Zur Realisierung von separaten Engstellen zur Erhöhung des Schaltvermögens können allmähliche Schmelzleiterverjüngungen auf dem Zylinder eingebracht sein. Die Verjüngungen sind so zu gestalten, dass auch bei hohen Stromsteilheiten eine nahezu gleichmäßige Stromdichteverteilung in jedem axialen Abschnitt des Schmelzleiters und insbesondere des Engstellenbereichs erreicht wird.
  • Die Verjüngungen können sowohl im Umfang als auch in der Schichtdicke erfolgen. Alternativ hierzu können auch Stege elektrisch leitend oder nicht leitend ausgebracht werden, wodurch der Lichtbogen aufgeteilt bzw. partiell extrem eingeschnürt werden kann.
  • Dabei kann der Hohlleiter als Hohlzylinder, aber auch als leitfähige Beschichtung eines Zylinders ausgeführt sein.
  • Bei der Wahl eines Hohlzylinders kann dieser mit dem gleichen Löschmedium oder mit einem anderen Löschmedium als der übrige Lichtbogenbrennraum gefüllt sein. Bei der Beschichtung eines Zylinders kann dieser aus Isolationsmaterial bzw. halbleitendem Material bestehen. Durch geeignete Materialwahl des Zylinders kann die Lichtbogenlöschung unterstützt werden. Das Material kann z.B. gasabgebend sein. Bei dieser Ausführungsform ist eine hohe mechanische Festigkeit, ein ausreichendes Schaltvermögen und eine hohe Impulsstromtragfähigkeit gegeben. Sind die räumlichen Abmessungen der gesamten Funkenstrecke begrenzt, kann eine Ausführungsform als Hohlzylinder mit Innenbeschichtung sinnvoll sein. Eine solche Gestaltung bewirkt zudem eine gleichmäßige Verteilung der Druckwelle zur Außenwand bzw. zum Außengehäuse. Bei sehr großen Bauvolumen der Überstromschutzeinrichtung kann der Hohlleiter auch die Möglichkeit der Integration des Schlagbolzens trotz separaten Lichtbogenschaltraums bieten.
  • Als Material für den Schmelzleiter werden bevorzugt Kupfer, Silber oder deren Legierungen eingesetzt. Bei der Verwendung von Kupfer ist es zweckmäßig, eine Schutzschicht gegen Oxidation aufzubringen. Die Führung des Schmelzleiters erfolgt zentral durch das Gehäuse 31. Die Stromzuführung zu den Kappen 32 wird ohne oder nur mit geringen Stromschleifen vorgenommen.
  • Das Füllmedium 33 ist so gewählt, dass es keine dynamischen Bewegungen des Schmelzleiters 30 ermöglicht.
  • Wird als Füllmedium Quarzsand gewählt, kann eine optimale Korngrößenverteilung und eine optimierte Verdichtung ausreichend sein.
  • Zusätzlich können Führungsstege 34 entsprechend Fig. 8 vorgesehen sein. Die Führungsstege 34 können isolierend oder aber auch als Metallplatten zur Unterteilung des Lichtbogens ausgeführt werden.
  • Die Stege 34 können untereinander zur mechanischen Führung verbunden werden oder sich in einer weiteren Variante parallel beabstandet an der Innenwand des Gehäuses 31 abstützen.
  • Bei einer Variante des Füllmaterials kommt so genannter Stonesand zum Einsatz. Alternativ sind auch hochverdichtbare Schüttmaterialien zur Füllung geeignet. Neben Schüttmaterialien sind auch Füllmedien auf Expoxid- bzw. Silikonbasis mit oder ohne Aushärtung anwendbar. Diesen Materialien können hohe Anteile an Beimengungen von Löschmedien, wie Sand, Keramik, Glas oder gasabgebende Stoffe zugefügt werden.
  • Werden einfache Löschschläuche über den Schmelzleiter gezogen, kann zusätzlich eine Sandfüllung genutzt werden oder es ist der Einsatz von Stabilisierungsstegen bzw. stabilisierenden Flüssigkeiten zur Bewegungsdämpfung von Vorteil.
  • Bei der Verwendung von massiven, nicht kompressiblen Füllungen und auch bei der Anwendung von Stonesand ist zu berücksichtigen, dass diese Materialien die Druckwellen bei der Lichtbogenbildung relativ ungedämpft auf das Gehäuse 31 übertragen. Es sind daher sehr hohe dynamische Gehäusefestigkeiten erforderlich. Alternativ können kompressible Füllmedien vorgesehen werden oder es werden Möglichkeiten zur Dämpfung der Druckwelle realisiert. Dies können einerseits Maßnahmen zur Gleichverteilung des Druckes sein. Hierzu können zusätzlich elastische, aber auch steife Zylinder zwischen dem Schmelzleiter und der Gehäusewand realisiert werden. In dem Füllmedium können aber auch Sollbruchwände und Ausgleichsräume geschaffen werden. Die Füllmedien können auch implosive Bestandteile beinhalten. Hier können Hohlkugeln aus Glas oder Keramik Anwendung finden.
  • Anstelle von Füllmedien kann der Schmelzleiter auch in Festkörpern geführt werden. Diese Festkörper können zur Unterstützung des Löschvermögens gasabgebend ausgeführt sein. Als gasabgebende Stoffe kommen z.B. Polymere wie POM, Hartgas oder auch Keramiken oder Stoffe mit solchen Beimengungen zum Einsatz.
  • Durch die vorstehend erläuterte Anordnung wird eine sehr hohe Impulsstromtragfähigkeit erreicht, die nahe am theoretischen Wert des Schmelzleiters liegt. Die beschriebene Ausführungsform ist für die Anforderung von Überstromschutzeinrichtungen für zahlreiche Überspannungsschutzgeräte ausreichend.
  • Bei der Verwendung der Erfindung für Kombiableiter können aufgrund spezieller Anforderungen auch andere Wichtungen der Forderungen an die jeweiligen Schutzeinrichtungen für deren Auslegung und Ausführungsform sinnvoll sein. Sollen sehr hohe Impulsstromtragfähigkeiten erzielt werden, führt dies selbst bei Kupfer zu nennenswerten Querschnitten des Schmelzleiters. Aufgrund der geringen Baugröße der Funktionseinheiten für diese Anwendung ist die maximale Lichtbogenschaltleistung in Abhängigkeit von der Gehäusegestaltung vorgegeben. Einfache Runddrähte oder aber auch Hohlleiter führen bei größeren Durchmessern zur Überschreitung der Belastungsgrenze. Zur Erzielung eines hohen Schaltvermögens ist es daher zweckmäßig, eine variierende Gestaltung des Schmelzleiters zu wählen.
  • Sind die räumlichen Abmessungen stark begrenzt und ist die gewünschte Impulsstromfestigkeit sehr hoch, kann als Schmelzleiter ein Flachdraht eingesetzt werden. Bevorzugt kommen hier Flachdrähte mit einem Verhältnis von Breite zu Dicke von < 4:1 zum Einsatz.
  • Die Ausführung des Schmelzleiters als Flachdraht führt zwar mit abnehmendem Verhältnis von Dicke zu Breite zu einer Reduzierung der maximalen Impulsbelastung gegenüber Runddrähten gleicher Querschnittsfläche, jedoch kann hier das Schaltvermögen deutlich erhöht werden.
  • Die Realisierung des Schmelzleiters als Flachdraht erlaubt zudem zusätzliche Optimierungsmöglichkeiten. So kann die Höhe der Peakstromfestigkeit in recht einfacher Weise geregelt werden. Dieser Wert ist insbesondere für den Schutz von Varistoren in so genannten Triggerkreisen von Kombiableitern von Bedeutung.
  • Die Lage des Flachdrahts in der Sicherung beeinflusst neben der geometrischen Ausführung der Anschlüsse der zweiten Funktionseinheit die Wirkung der dynamischen Stromkräfte auf den Schmelzleiter. Steht die flache Kante des Schmelzleiters senkrecht zur Stromkraftwirkung und sind die Anschlusslängen der zweiten Funktionseinheit möglichst gerade, kann ein sehr hoher Peakstromwert beherrscht werden (siehe Prinzipanordnung gemäß Fig. 9).
  • Ist hingegen die breite Seite des Schmelzleiters den Stromkräften ausgesetzt und ist die Stromzuführung zudem schleifenförmig ausgeführt, übersteigt der maximale Peakstrom nur unbedeutend die Höhe des maximalen Impulsstroms (siehe Prinzipdarstellung nach Fig. 10).
  • Das Überstromschutzgerät spricht im letztgenannten Fall nahezu ausschließlich aufgrund der Stromkräfte und nicht aufgrund der adiabatischen Erwärmung an. Die thermische Belastung liegt dabei unterhalb des Schmelzintegralwerts.
  • Die Länge der Stromzuführung kann bei parallel übereinander angeordneten Funktionseinheiten bereits durch die Variation der Reihenfolge der Funktionseinheiten ohne Veränderung der Konstruktionsteile erreicht werden. Bei der Führung des Schmelzleiters in festen Stoffen oder auch in üblichen Füllstoffen können zur weiteren Herabsetzung der Peakstromfestigkeit und zur Erhöhung des Löschvermögens Mäander oder Wicklungen eingearbeitet werden.
  • Die Funktionseinheiten 1 und 2 besitzen hochfeste Gehäuse. Als Materialien für diese Gehäuse können spezielle Keramiken, aber auch gewickelte Glasfasermaterialien Anwendung finden.
  • Zusätzlich wird jedes Gehäuse oder auch beide Gehäuse gemeinsam von einem elastischen Zylinder umschlossen. Dieser dient bei Überlastung der Gehäuse oder bei Gasaustritten zwischen den Kappen und dem Gehäuse als zusätzlicher Schutz. Des weiteren werden die äußeren Überschlagsstrecken verlängert und kritische Feldstärkeerhöhungen bzw. gefährdete Gleitstrecken vermieden.
  • Das Material der elastischen Zylinder kann zudem aus einem gasabgebenden Stoff bestehen oder mit einem solchen Material beschichtet sein. Dies führt beim Ausgasen von heißem Gas bzw. Ruß aus der Sicherung zur Gasabgabe, wodurch gleichmäßige Berußungen vermieden werden und Oberflächenentladungen unterbindbar sind. Außerdem können weitere Teile, z.B. in Form von Stegen, die zur Wegverlängerung dienen, vorgesehen sein.
  • Durch die gemeinsame Fixierung der beiden Funktionseinheiten mit gemeinsamen stabilen und formschlüssigen Anschlusskappen wird eine hohe mechanische Stabilisierung der Funktionseinheiten untereinander, aber auch der einzelnen Bauteile der Funktionseinheiten, insbesondere der Kappen am Gehäuse erreicht. Durch die Fixierung dieser gemeinsamen Anschlusskappen auf einer Leiterplatte ist die mechanische Festigkeit weiter erhöhbar.
    Durch diese Maßnahmen kann das Schaltvermögen gegenüber einer einzelnen Funktionseinheit weiter erhöht werden. Die aufgezeigten Maßnahmen führen zu einem Leistungsvermögen, welches gegenüber konventionellen Geräteschutzsicherungen gleicher Baugröße deutlich erhöht werden konnte. Dies betrifft sowohl die Impulsstromtragfähigkeit als auch das Schaltvermögen.
  • Die Fig. 11 und 12 zeigen alternative Anordnungen zur Befestigung der zweiten Funktionseinheit 2 auf einer Platine. Diese Anordnungen sollen zu einer möglichst geringen Stromschleifenbildung führen.
  • Gemäß Fig. 1 besitzt die äußere Kappe Lotanschlusslaschen 40, welche auch für SMD-Montage geeignet sind. Fig. 12 zeigt eine Variante, bei welcher die Funktionseinheit direkt in die Leiterplatte 41 einlötbar ist, wobei hierfür lötfähige Klemmen 42 verwendet wird.
  • Die Befestigung der elektrisch parallelen Funktionseinheit 1 kann auch entsprechend Fig. 13 erfolgen. Hier wird zwischen der Funktionseinheit 1 und 2 die elektrische Verbindung über Leiterbahnen einer Platine vorgenommen sowie bei Bedarf über gedruckte bzw. diskrete Impedanzen realisiert.
  • Wenn das Schaltvermögen einer einfachen Platinensicherung ausreichend ist, kann die zweite Funktionseinheit 2 auch als derartige Sicherung ausgeführt werden.

Claims (21)

  1. Überstromschutzeinrichtung für den Einsatz in Überspannungsschutzgeräten mit zusätzlichem mechanischen Auslöser, bevorzugt als Schlagbolzen ausgeführt, wobei eine erste Funktionseinheit (A2;1), den mechanischen Auslöser enthaltend, ein erstes Schmelzelement (11) aufweist, eine zweite Funktionseinheit (A1;2) als Überlastschutz ausgeführt ein zweites Schmelzelement (30) aufweist,
    dadurch gekennzeichner dass,
    jede Funktionseinheit in einem Gehäuse (7;31) angeordnet ist, wobei am jeweiligen Gehäuse (7;31) seitliche, gegenüberliegende Abschlusskappen (3) befindlich sind und die Schmelzleiter oder Schmelzelemente sich jeweils im Gehäuseinneren befinden und an den Abschlusskappen (3) elektrisch angeschlossen sind,
    die erste und die zweite Funktionseinheit elektrisch parallel geschaltet und diese Parallelschaltung mit dem Überspannungsschutzgerät in Reihe geschaltet ist und die Funktionseinheiten einen gemeinsamen mechanischen Verbund bilden.
  2. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Abschlusskappen (3) jeder Seite der jeweiligen Funktionseinheit elektrisch und mechanisch verbunden in einen Anschlussfortsatz (6) übergehen, welcher eine Leiterplattenmontage der Einrichtung ermöglicht.
  3. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    an einer Abschlusskappe (3) der ersten Funktionseinheit (1) eine Kammer zur Aufnahme eines federvorgespannten Schlagbolzens angeordnet ist, wobei der Schlagbolzen (5) vom ersten Schmelzelement (11) in seiner Ruhestellung gehalten ist.
  4. Schutzeinrichtung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das erste Schmelzelement (11) aus einem Draht besteht, welcher eine hohe Zugfestigkeit und einen I2t-Wert besitzt, welcher deutlich kleiner als derjenige des Materials des zweiten Schmelzelements (30) ist.
  5. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Gehäuse (7) einen Lichtbogenschaltraum (17) bildet, welcher aus einem rohrförmigen Körper besteht, dem sich seitlich ein Hohlraum (16) anschließt, welcher die Kammer zur Aufnahme des Schlagbolzens (5) bildet.
  6. Schutzeinrichtung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zwischen Lichtbogenschaltraum (17) und Hohlraum (16) ein isolierendes Plättchen (10) angeordnet wird, durch welches das erste Schmelzelement hindurchgeführt ist.
  7. Schutzeinrichtung nach Anspruch 5 oder 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Lichtbogenschaltraum (17) mit einem Löschmittel gefüllt ist.
  8. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 5, 6 oder 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Hohlraum von einer Stülpkappe (9) begrenzt ist, wobei die vom Lichtbogenbrennraum (17) abgewandte Seite der Stülpkappe (9) einen Anschlag für eine Schlagplatte des Schlagbolzens (5) bildet.
  9. Schutzeinrichtung nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Schlagplatte von einer Isolierkappe (13) umgeben ist.
  10. Schutzeinrichtung nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Schlagplatte als Schlagdorn oder Schlagstift ausgeführt ist, wobei der Verschiebeweg durch einen Anschlag und eine Ausnehmung innerhalb einer Haubenkappe (21) begrenzt ist.
  11. Schutzeinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das erste Schmelzelement (11) aus einem zusammengesetzten Material besteht und mindestens eine Engstelle und/oder einen Abschnitt mit unterschiedlicher Impedanz oder unterschiedlichem Widerstand besitzt.
  12. Schutzeinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die zweite Funktionseinheit ein hohlzylindrisches Gehäuse (31) mit seitlichen Abschlusskappen (3) aufweist, wobei das zweite Schmelzelement als Band, Draht oder in Hohlzylindenorm (30) von Kappe zu Kappe geführt ist.
  13. Schutzeinrichtung nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Draht- oder hohlzylindrische Schmelzelement (30) durch Kraft- und/oder Formschluss mit den Kappen (3) verbunden ist.
  14. Schutzeinrichtung nach Anspruch 12 oder 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Hohlzylinder des zweiten Schmelzelements Engstellen und/oder Verjüngungen aufweist.
  15. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Gehäuse (31) eine Füllung (33) enthält.
  16. Schutzeinrichtung nach Anspruch 15,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Füllung (33) aus einem hochverdichtbaren Schüttmaterial besteht.
  17. Schutzeinrichtung nach Anspruch 15,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Füllung (33) kompressible Materialien enthält.
  18. Schutzeinrichtung nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Band als Flachdraht mit einem Verhältnis Breite zur Höhe < 4:1 ausgeführt ist.
  19. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das zweite Schmelzelement von im Gehäuse (31) befindlichen Führungsstegen gehalten ist.
  20. Schutzeinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein gemeinsames, de Funktionseinheiten umgebendes Außengehäuse vorgesehen ist.
  21. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    jedes Gehäuse (7; 31) von einem separaten oder beide Gehäuse von einem gemeinsamen elastischen Mantel (4) umgeben sind.
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