EP2859561A1 - Contact element for a varistor - Google Patents

Contact element for a varistor

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EP2859561A1
EP2859561A1 EP13729598.6A EP13729598A EP2859561A1 EP 2859561 A1 EP2859561 A1 EP 2859561A1 EP 13729598 A EP13729598 A EP 13729598A EP 2859561 A1 EP2859561 A1 EP 2859561A1
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EP
European Patent Office
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varistor
var
contacting
connection points
electrical connection
Prior art date
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EP13729598.6A
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EP2859561B1 (en
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Joachim Wosgien
Markus Philipp
Jan-Erik Schmutz
Rainer Durth
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Phoenix Contact GmbH and Co KG
Original Assignee
Phoenix Contact GmbH and Co KG
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C1/00—Details
    • H01C1/14—Terminals or tapping points or electrodes specially adapted for resistors; Arrangements of terminals or tapping points or electrodes on resistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C1/00—Details
    • H01C1/14—Terminals or tapping points or electrodes specially adapted for resistors; Arrangements of terminals or tapping points or electrodes on resistors
    • H01C1/142—Terminals or tapping points or electrodes specially adapted for resistors; Arrangements of terminals or tapping points or electrodes on resistors the terminals or tapping points being coated on the resistive element
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • 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
    • H—ELECTRICITY
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    • H01C—RESISTORS
    • 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
    • H01C7/126—Means for protecting against excessive pressure or for disconnecting in case of failure

Definitions

  • the invention relates to a contact element for a
  • Varistors provide a voltage dependent resistor in electrical circuits. Varistors are therefore used in many applications,
  • the varistor generally has as its material a granular metal oxide, e.g. Zinc oxide and / or bismuth oxide and / or manganese oxide and / or chromium oxide and / or
  • a granular metal oxide e.g. Zinc oxide and / or bismuth oxide and / or manganese oxide and / or chromium oxide and / or
  • Silicon carbide which between two planar electrodes as supply elements ZL 1 , ZL 2 as a rule as
  • FIG. 1 An exemplary varistor VAR is shown in FIG. This has a first supply line ZL 1 on one side and a second
  • the individual grains have one
  • Grains barrier layers. It can be seen that with increasing thickness, the number of grain boundaries increases and thus the limit voltage. When a voltage is applied to the lead elements ZL 1 , ZL 2 , an electric field is formed. Depending on the voltage while the barrier layers now degraded and the resistance decreases.
  • Barrier layers are not a uniform process, but are formed locally Stroitipfade, for example, current paths S 1 , S 2 , from which come at different speeds in the conductive state.
  • current paths S 1 , S 2 from which come at different speeds in the conductive state.
  • the current path Si becomes conductive faster than the current path S 2 , since a lower voltage (for example 200 V) than current path S 2 (for example 300 V) must be overcome on the current path S 1 .
  • a temperature sensor is used, which when exceeding a certain
  • a rapid warming such as when applying a high voltage
  • Separation capability is usually limited here, i. only small currents can be switched off.
  • Such an energy input can be caused, for example, by the fact that an overvoltage occurs over a longer period of time a switching of the varistor leads VAR and now the short-circuit current of the network is derived via the varistor. In this case, significant heating of the varistor VAR occurs and there is a risk of fire. Furthermore, the varistor VAR can be damaged so far that the varistor breaks down explosively.
  • varistors VAR are therefore provided with an upstream fuse element F, which is dimensioned such that the maximum pulse current load I m of the varistor VAR can still be derived, but if the maximum pulse current load I m is exceeded, a switch-off is brought about.
  • a high pulse current carrying capacity of the fuse element is always associated with a high fuse rating. Therefore, it comes in the event of a fault only relatively late to an interruption of the (starting) short-circuit current.
  • the invention is based on the object, a
  • Fig. 3 shows a circuit arrangement of a varistor
  • Fig. 4a is an exemplary schematic view of a
  • 5 to 9 each show an exemplary lateral schematic sectional view of a contacting of a varistor according to an embodiment of the invention
  • Fig. 12b is an exemplary lateral schematic
  • Sectional view of a contacting of a varistor according to an embodiment of the invention and in Fig. 12a is an exemplary schematic plan view of a contact of a varistor according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 13 shows an exemplary embodiment corresponding to the diagram from FIG. 5.
  • the invention will be explained in more detail with reference to the figures.
  • the invention proposes a novel Contacting for a varistor VAR before, like her
  • This contact has a first supply element ZLi, which to
  • Suitable connection to a supply network and a plurality of electrical connection points V 1 , V 2 , ... V N , which are spaced apart from each other and to multiple
  • FIGS. 4a and 4b An exemplary arrangement of junctions V 1 , V 2 , ... V N is shown in FIGS. 4a and 4b.
  • the plurality of electrical connection points V 1 , V 2 ,... V N and the first supply element ZLi are electrically connected to one another.
  • the plurality of electrical connection points Vi, V 2 ,... V N are each designed with a fuse element F 1 , F 2 ,... F N , such that a local breakdown of a part of the varistor VAR is achieved by a separation of the affected local electrical Junction (s) is accomplished.
  • An exemplary arrangement of fuse elements F 1 , F 2 ,... F N is again shown in FIG.
  • Leading elements ZL 1 , ZL 2 leads to a higher voltage drop, ie, the resistance increases, and therefore a current flow with a parallel component, such as over S 2 , will be rather low. It should be noted that the virtual
  • VAR-F varistor fuse series circuit
  • Insert fuse element F of about 125 A can now in the virtual parallel circuit according to Figure 3 at
  • FIG. 4 a shows an exemplary schematic view of a contacting of a varistor
  • FIG. 4 b shows an exemplary schematic perspective view of a contacting of a varistor according to an embodiment of the invention.
  • a planar feed element ZL 2 indicated by a dashed frame.
  • the actual varistor VAR and over it there is now a five conductor having lead element ZL. 1
  • Each of the conductors thus forms one of the aforementioned electrical connection points V 1 , V 2 , V 3 , V 4 , V 5 .
  • each of the conductors forms one of the aforementioned securing elements F 1 , F 2 ,... F 5 .
  • Fuse elements F are integrated in each of the current paths, which has a lower surge current carrying capacity
  • the melting integral is usually selected so that it is only slightly higher than the I 2 t value of the partial pulse, ie that the respective
  • Fuse element is able to carry a partial pulse without destruction.
  • the I 2 t value correlates with the nominal value of the fuse element. Since the I 2 t value is now lower, fuse elements with lower nominal values can be used.
  • the fuse elements are designed so that they each have an I 2 t, which by the maximum permissible pulse current load based on the zu
  • connection points provided with respective fuse elements so the performance drops only slightly. As an approximation, one can assume that the performance depends on the area of the active connection points.
  • Varistors may be provided, may also be provided alternatively or additionally a common thermal separation by means of a thermally activated switch TS.
  • FIG. 5 shows an exemplary lateral schematic sectional view of a contacting of a varistor VAR according to an embodiment of the invention. It is assumed that the arrangement is located in a housing G.
  • the housing G can be designed pressure-resistant to other systems before a non-excludable
  • the housing G may further be filled with an extinguishing agent LM.
  • a suitable extinguishing agent is, for example, POM or quartz sand.
  • the electrically insulating extinguishing medium LM surrounds the securing elements F 1 , F 2 ,... F N at least in sections.
  • These thin electrical connections can be designed, for example, as a fusible conductor and thus fulfill the function of the fuse elements F 1 , F 2 .
  • FIG. 5 A possible embodiment of the scheme of FIG. 5 is shown in FIG.
  • FIG. 6 shows SMD fuses or miniature fuses between the feed element ZL 1 and the respective connection points V 1 , V 2 .
  • Lead element ZL 1 are held by means of one or more springs D in electrical contact with the fuse elements. That is, the securing elements are non-positively and / or cohesively and / or positively between the
  • the matrix M may comprise, for example, fuse wires F 1 , F 2 , which were produced, for example, in a drawing process and were introduced in an insulation matrix. It is also possible to use a carrier material P, for example a circuit board, with plated-through holes as the matrix M, wherein the plated-through holes as
  • Fuse elements F, F 1 , F 2 , ... F N serve.
  • the individual feedthroughs F can each be assigned a connection point V, ie a first position for the one can be obtained on a two-layer board P
  • Lead element ZL 1 are used, while the second layer is used for the preparation of the joints.
  • the presented embodiments can be embodied as a contact element KE in order to be connected to a varistor VAR.
  • varistor VAR varistor VAR and a
  • connection points can be dimensioned differently and correspondingly have a different impedance.
  • FIG. 10 shows an example of a fir tree-like contact element KE. This one has one
  • FIG. 11 shows a similar arrangement.
  • the joints are made larger.
  • Such a contact element KE can, for example, by punching and
  • a resilient structure may be generated by bending.

Abstract

The invention relates to a contact for a varistor (VAR), comprising a first feed element (ZL1) which is suitable for connecting to a supply network, and a plurality of electrical connection points (V1, V2...VN) which are at a distance from one another and are suitable for making multiple connections to a pole of said varistor (VAR). The plurality of electrical connection points (V1, V2,...VN) and the first feed element (ZL1) are electrically interconnected, and the plurality of electrical connection points (V1, V2,... VN) are each designed with fuse elements (F1, F2,... FN) such that local shorting of one part of the varistor (VAR) can be achieved by disconnecting the local electrical connection point (n) (V1, V2,... VN) in question.

Description

Kontaktelement für einen Varistor  Contact element for a varistor
Die Erfindung betrifft ein Kontaktelement für einen The invention relates to a contact element for a
Varistor . Varistor.
Aus dem Stand der Technik sind Varistoren bekannt. Varistors are known in the prior art.
Varistoren stellen in elektrischen Schaltungen einen spannungsabhängigen Widerstand zur Verfügung. Varistoren werden daher in vielerlei Anwendungen eingesetzt, Varistors provide a voltage dependent resistor in electrical circuits. Varistors are therefore used in many applications,
typischerweise um Überspannungen oberhalb einer bestimmten Grenzspannung abzuleiten, um so eine Überlastung oder typically to dissipate overvoltages above a certain threshold voltage, so as to overload or
Beschädigung einer nachfolgenden Einrichtung zu verhindern. Ein Beispiel für eine solche Überspannung ist eine Damage to a subsequent device to prevent. An example of such overvoltage is one
Spannung, welche durch Blitzeinwirkung entstehen kann. Tension, which can be caused by lightning.
Dabei weist der Varistor im Allgemeinen als Werkstoff ein körniges Metalloxid, z.B. Zinkoxid und/oder Wismutoxid und/oder Manganoxid und/oder Chromoxid und/oder In this case, the varistor generally has as its material a granular metal oxide, e.g. Zinc oxide and / or bismuth oxide and / or manganese oxide and / or chromium oxide and / or
Siliziumkarbid auf, der zwischen zwei flächigen Elektroden als Zuleitungselemente ZL1, ZL2 in aller Regel als Silicon carbide, which between two planar electrodes as supply elements ZL 1 , ZL 2 as a rule as
(gesinterte) Keramik eingebracht ist. Ein beispielhafter Varistor VAR ist in Figur 1 dargestellt. Dieser weist eine erste Zuleitung ZL1 auf einer Seite und eine zweite (sintered) ceramic is introduced. An exemplary varistor VAR is shown in FIG. This has a first supply line ZL 1 on one side and a second
Zuleitung ZL2 auf einer gegenüberliegenden Seite auf. Supply line ZL 2 on an opposite side.
Typischerweise besitzen die einzelnen Körner eine Typically, the individual grains have one
unterschiedliche Leitfähigkeit. Dabei bilden sich an den jeweiligen Korngrenzen, d.h. an den Berührpunkten der different conductivity. In this case, at the respective grain boundaries, i. at the points of contact of the
Körner, Sperrschichten aus. Dabei kann man feststellen, dass mit zunehmender Dicke die Anzahl der Korngrenzen steigt und damit auch die Grenzspannung. Wird eine Spannung an die Zuleitungselemente ZL1, ZL2 gelegt, bildet sich ein elektrisches Feld aus. In Abhängigkeit der Spannung werden dabei die Sperrschichten nun abgebaut und der Widerstand sinkt . Grains, barrier layers. It can be seen that with increasing thickness, the number of grain boundaries increases and thus the limit voltage. When a voltage is applied to the lead elements ZL 1 , ZL 2 , an electric field is formed. Depending on the voltage while the barrier layers now degraded and the resistance decreases.
Aufgrund der Materialeigenschaften des Varistors ist sowohl die Stromverteilung als auch die Überwindung der Due to the material properties of the varistor, both the current distribution and the overcoming of the
Sperrschichten kein uniformer Prozess, sondern es bilden sich lokal Stroitipfade, beispielsweise Strompfade S1, S2, aus, die unterschiedlich schnell in den leitenden Zustand kommen. Beispielsweise wird in Figur 1 der Strompfad Si schneller als der Strompfad S2 leitend, da auf dem Strompfad S1 eine geringere Spannung (beispielhaft 200 V) als auf Strompfad S2 (beispielhaft 300 V) zu überwinden ist. Barrier layers are not a uniform process, but are formed locally Stroitipfade, for example, current paths S 1 , S 2 , from which come at different speeds in the conductive state. For example, in FIG. 1 the current path Si becomes conductive faster than the current path S 2 , since a lower voltage (for example 200 V) than current path S 2 (for example 300 V) must be overcome on the current path S 1 .
Bedingt durch die Materialeigenschaften und in Folge von Benutzung des Varistors treten Leckströme auf. Diese Due to the material properties and as a result of using the varistor occur leakage currents. These
Leckströme sind zwar in aller Regel gering, führen jedoch unter Umständen zu einer erheblichen Erwärmung des  Although leakage currents are usually low, but may lead to significant heating of the
Bauelements und daher besteht Brandgefahr. Um hier Component and therefore there is a risk of fire. Around Here
gegenzusteuern wird typischerweise ein Temperatursensor verwendet, der bei Überschreiten einer bestimmten To counteract typically a temperature sensor is used, which when exceeding a certain
Temperatur einen Schalter TS betätigt. Dies ist Temperature a switch TS operated. This is
beispielhaft in der Figur 2 gezeigt. Temperatursensoren sind dabei jedoch nur zur Detektion von langsamen shown by way of example in FIG. However, temperature sensors are only for the detection of slow
Ereignissen einsetzbar. Eine schnelle Erwärmung, wie sie beispielsweise beim Anliegen einer hohen Spannung Events can be used. A rapid warming, such as when applying a high voltage
entstehet, führt zu einem auf Grund der nötigen und arises, leads to a due to the necessary and
bekanntermaßen langsamen Wärmeleitung stark verzögerten Temperaturanstieg am Temperatursensor, so dass der Varistor in aller Regel schon zerstört wäre. Auch ist das known slow thermal conduction greatly delayed temperature rise at the temperature sensor, so that the varistor would be destroyed as a rule. That too is
Trennvermögen hier in aller Regel beschränkt, d.h. es können nur geringe Ströme abgeschaltet werden. Separation capability is usually limited here, i. only small currents can be switched off.
Ein solcher Energieeintrag kann z.B. dadurch entstehen, dass über längere Zeit eine Überspannung auftritt, die zu einem Durchschalten des Varistors VAR führt und nun der Kurzschlussstrom des Netzes über den Varistor abgeleitet wird. In diesem Fall tritt eine erhebliche Erwärmung des Varistors VAR auf und es besteht Brandgefahr. Weiterhin kann der Varistor VAR dabei soweit geschädigt werden, dass der Varistor explosionsartig durchlegiert. Such an energy input can be caused, for example, by the fact that an overvoltage occurs over a longer period of time a switching of the varistor leads VAR and now the short-circuit current of the network is derived via the varistor. In this case, significant heating of the varistor VAR occurs and there is a risk of fire. Furthermore, the varistor VAR can be damaged so far that the varistor breaks down explosively.
Typischerweise werden Varistoren VAR deshalb mit einem vorgeschalteten Sicherungselement F versehen, dass so dimensioniert ist, dass die maximale Impulsstrombelastung Im des Varistors VAR noch abgeleitet werden kann, bei einem Überschreiten der maximale Impulsstrombelastung Im jedoch eine Abschaltung herbeigeführt wird. Allerdings geht eine hohe Impulsstromtragfähigkeit des Sicherungselements auch immer mit einem hohen Sicherungsnennwert einher. Daher kommt es im Fehlerfall erst vergleichsweise spät zu einer Unterbrechung des (startenden) Kurzschlussstromes. Typically, varistors VAR are therefore provided with an upstream fuse element F, which is dimensioned such that the maximum pulse current load I m of the varistor VAR can still be derived, but if the maximum pulse current load I m is exceeded, a switch-off is brought about. However, a high pulse current carrying capacity of the fuse element is always associated with a high fuse rating. Therefore, it comes in the event of a fault only relatively late to an interruption of the (starting) short-circuit current.
Dennoch treten immer wieder Schäden an Varistoren VAR auf, die nicht durch die vorgenannten Elemente detektiert werden können, d.h. es treten Ströme auf, die durch das Nevertheless, damage to varistors VAR occurs repeatedly, which can not be detected by the aforementioned elements, i. there are currents that flow through the
Trennvermögen der thermischen Abschaltung TS nicht mehr abgetrennt werden können, die aber für ein vorgeschaltetes Sicherungselement F zu gering sind. Separation capacity of the thermal shutdown TS can not be separated, but for an upstream fuse element F are too low.
Vor diesem Hintergrund ist es das Bestreben den Against this background, it is the endeavor of the
Sicherungsnennwert des vorgeschalteten Sicherungselementes F zu minimieren, aber dennoch die maximale Minimize fuse rating of the upstream fuse element F, but still the maximum
Stoßstromfestigkeit zu erhalten. To obtain surge current resistance.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein The invention is based on the object, a
Kontaktelement für einen Varistor bereitzustellen, das einen oder mehrere dieser Nachteile umgeht. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind auch Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Es zeigen die To provide a contact element for a varistor, which circumvents one or more of these disadvantages. This object is solved by the features of claim 1. Advantageous developments are also the subject of the dependent claims. It show the
Fig. 1 einen prinzipiellen Aufbau und eine prinzipielle Wirkungsweise eines Varistors, 1 shows a basic structure and a principle of operation of a varistor,
Fig. 2 eine typische Schaltungsanordnung eines Varistors gemäß dem Stand der Technik,  2 shows a typical circuit arrangement of a varistor according to the prior art,
Fig. 3 eine Schaltungsanordnung eines Varistors  Fig. 3 shows a circuit arrangement of a varistor
gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, according to an embodiment of the invention,
Fig. 4a eine beispielhafte schematische Ansicht einer Fig. 4a is an exemplary schematic view of a
Kontaktierung eines Varistors und Fig. 4b eine Contacting a varistor and Fig. 4b a
beispielhafte schematisch perspektivische Ansicht einerexemplary schematic perspective view of a
Kontaktierung eines Varistors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, Contacting a varistor according to an embodiment of the invention,
Fig. 5 bis 9 je eine beispielhafte seitliche schematische Schnittansicht einer Kontaktierung eines Varistors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,  5 to 9 each show an exemplary lateral schematic sectional view of a contacting of a varistor according to an embodiment of the invention,
Fig. 10 und 11 je eine beispielhafte schematische Aufsicht auf eine Kontaktierung eines Varistors gemäß einer  10 and 11 each have an exemplary schematic plan view of a contacting of a varistor according to a
Ausführungsform der Erfindung-, Embodiment of the invention,
Fig. 12b eine beispielhafte seitliche schematische  Fig. 12b is an exemplary lateral schematic
Schnittansicht einer Kontaktierung eines Varistors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und in Fig. 12a eine beispielhafte schematische Aufsicht auf eine Kontaktierung eines Varistors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, und Sectional view of a contacting of a varistor according to an embodiment of the invention and in Fig. 12a is an exemplary schematic plan view of a contact of a varistor according to an embodiment of the invention, and
Figur 13 eine beispielhafte Ausführung entsprechend dem Schema aus Figur 5. FIG. 13 shows an exemplary embodiment corresponding to the diagram from FIG. 5.
Nachfolgend wird die Erfindung näher an Hand der Figuren erläutert werden. Die Erfindung schlägt eine neuartige Kontaktierung für einen Varistor VAR vor, wie sie The invention will be explained in more detail with reference to the figures. The invention proposes a novel Contacting for a varistor VAR before, like her
schematisch in Figur 3 gezeigt ist. Diese Kontaktierung weist ein erstes Zuleitungselement ZLi, welches zur is shown schematically in Figure 3. This contact has a first supply element ZLi, which to
Verbindung mit einem Versorgungsnetz geeignet ist, und eine Vielzahl von elektrischen Verbindungsstellen V1, V2, ... VN, welche zueinander beabstandet und zur mehrfachen Suitable connection to a supply network, and a plurality of electrical connection points V 1 , V 2 , ... V N , which are spaced apart from each other and to multiple
Kontaktierung eines Pols des Varistors VAR geeignet sind, auf. Eine beispielhafte Anordnung von Verbindungsstellen V1, V2, ... VN ist in Figur 4a und 4b gezeigt. Contacting a pole of the varistor VAR are suitable, on. An exemplary arrangement of junctions V 1 , V 2 , ... V N is shown in FIGS. 4a and 4b.
Die Vielzahl von elektrischen Verbindungsstellen V1, V2, ... VN und das erste Zuleitungselement ZLi sind elektrisch miteinander verbunden. Die Vielzahl von elektrischen Verbindungsstellen Vi, V2, ... VN sind jeweils mit einem Sicherungselement F1, F2, ... FN ausgelegt, so dass ein lokales Durchlegieren eines Teils des Varistors VAR durch ein Auftrennen der betroffenen lokalen elektrischen Verbindungsstelle (n) bewerkstelligt wird. Eine beispielhafte Anordnung von Sicherungselementen F1, F2, ... FN ist wiederum in Figur 3 gezeigt. The plurality of electrical connection points V 1 , V 2 ,... V N and the first supply element ZLi are electrically connected to one another. The plurality of electrical connection points Vi, V 2 ,... V N are each designed with a fuse element F 1 , F 2 ,... F N , such that a local breakdown of a part of the varistor VAR is achieved by a separation of the affected local electrical Junction (s) is accomplished. An exemplary arrangement of fuse elements F 1 , F 2 ,... F N is again shown in FIG.
Dabei wird der zuvor monolithische Varistor VAR In this case, the previously monolithic varistor VAR
(dargestellt durch einen gepunkteten Rahmen) nun zu einer virtuellen Parallelschaltung von Teilvaristoren VAR'1, VAR'2, - VAR'N. Hierbei macht sich die Erfindung die in Figur 1 aufgezeigte Isotropie zu Nutze, welche bewirkt, dass jede Verlängerung des Strompfades zwischen den (represented by a dotted frame) now to a virtual parallel connection of Teilvaristoren VAR ' 1 , VAR'2, - VAR' N. In this case, the invention makes use of the isotropy shown in FIG. 1, which causes each extension of the current path between the
Zuleitungselementen ZL1,ZL2 zu einem höheren Spannungsabfall führt, d.h. auch der Widerstand ansteigt, und deshalb ein Stromfluss mit paralleler Komponente, wie beispielsweise über S2, eher gering sein wird. Es ist dabei anzumerken, dass die virtuelle Leading elements ZL 1 , ZL 2 leads to a higher voltage drop, ie, the resistance increases, and therefore a current flow with a parallel component, such as over S 2 , will be rather low. It should be noted that the virtual
Parallelschaltung, welche die Erfindung zur Verfügung stellt, gegenüber realen Parallelschaltungen von Varistoren vorteilhaft ist, da die Teilvaristoren VAR'1, VAR'2, .·· VAR'N der virtuellen Parallelschaltung eine erheblich geringere Bauteilestreuung zur Verfügung stellen als mit Parallel connection, which the invention provides is available, with respect to real parallel circuits of varistors is advantageous because the Teilvaristoren VAR '1, VAR' 2,. ·· VAR ' N the virtual parallel circuit much less component distribution available as with
herkömmlichen und wirtschaftlich vernünftigem Aufwand mit realen Varistoren zur Verfügung gestellt werden könnte. Zudem würde eine reale Parallelschaltung deutlich mehr Raum als die virtuelle Parallelschaltung benötigen. Mehr conventional and economically reasonable effort could be provided with real varistors. In addition, a real parallel connection would require much more space than the virtual parallel connection. More
benötigter Bauraum wird typischerweise als nachteilig empfunden. Required space is typically perceived as disadvantageous.
Beispielsweise kann dadurch eine Varistor-Sicherungs- Reihenschaltung (VAR-F) , wie sie in Figur 2 gezeigt ist, in einer virtuellen Parallelschaltung, wie sie in Figur 3 gezeigt ist, realisiert werden. Würde man beispielsweise in Figur 2 bei einem Nennstossstrom von 40 kA ein For example, a varistor fuse series circuit (VAR-F) as shown in FIG. 2 can be realized in a virtual parallel circuit as shown in FIG. Would you, for example, in Figure 2 at a rated surge of 40 kA a
Sicherungselement F von circa 125 A einsetzen, kann nun in der virtuellen Parallelschaltung gemäß Figur 3 bei Insert fuse element F of about 125 A, can now in the virtual parallel circuit according to Figure 3 at
angenommenen 4 Verbindungsstellen der Nennstossstrom auf je 10 kA pro virtuellem Teilvaristoren VAR'1, VAR'2, VAR'3, VAR'4 verteilt werden und die Sicherungselemente F1, F2, F3, F4 dementsprechend geringer gewählt werden, beispielsweise zu 35 A. assumed 4 connection points of the rated surge current to each 10 kA per virtual Teilvaristoren VAR ' 1 , VAR' 2 , VAR ' 3 , VAR' 4 are distributed and the fuse elements F 1 , F 2 , F 3 , F 4 are chosen accordingly lower, for example 35 A.
In Figur 4a ist eine beispielhafte schematische Ansicht einer Kontaktierung eines Varistors und in Figur 4b eine beispielhafte schematisch perspektivische Ansicht einer Kontaktierung eines Varistors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Dabei befindet sich auf einer Seite, hier der Unterseite, ein durch einen gestrichelten Rahmen angezeigtes flächenhaftes Zuleitungselement ZL2. Darüber befindet sich der eigentliche Varistor VAR und hierüber befindet sich nun ein fünf Leiter aufweisendes Zuleitungselement ZL1. Jeder der Leiter bildet somit eine der vorgenannten elektrischen Verbindungsstellen V1, V2, V3, V4, V5. Zudem bildet jeder der Leiter eines der vorgenannten Sicherungselemente F1, F2, ... F5. Fließt nun ein Strom I in das Zuleitungselement ZL1 hinein, so wird der Strom sich auf die fünf Leiter und somit auf die Verbindungsstellen V1, V2, V3, V4, V5 und Sicherungselemente F1, F2, ... F5 verteilen. Ist der Varistor im Wesentlichen homogen, wovon in der Regel auszugehen ist, so wird sich der Strom I geleichmäßig verteilen, so dass I1=I2=I3=I4=I5 ist. Die Homogenität ist durch die längs und quer vernetzten Varistorsymbole in Figur 4a angedeutet. Auch bei einem Impulsstrom tritt eine Stromaufteilung auf, so dass jeder der Strompfade nur einen Teilimpulsstrom I1, I2, I3, I4, I5 tragen muss. Daher können nun FIG. 4 a shows an exemplary schematic view of a contacting of a varistor, and FIG. 4 b shows an exemplary schematic perspective view of a contacting of a varistor according to an embodiment of the invention. Here, on one side, in this case the underside, there is a planar feed element ZL 2 indicated by a dashed frame. Above it is the actual varistor VAR and over it there is now a five conductor having lead element ZL. 1 Each of the conductors thus forms one of the aforementioned electrical connection points V 1 , V 2 , V 3 , V 4 , V 5 . In addition, each of the conductors forms one of the aforementioned securing elements F 1 , F 2 ,... F 5 . If a current I now flows into the supply element ZL 1 , then the current is transferred to the five conductors and thus to the connection points V 1 , V 2 , V 3 , V 4 , V 5 and fuse elements F 1 , F 2 ,. Distribute F 5 . If the varistor is essentially homogeneous, which is generally to be assumed, the current I will be distributed in a uniform manner, so that I 1 = I 2 = I 3 = I 4 = I 5 . The homogeneity is indicated by the longitudinally and transversely crosslinked varistor symbols in FIG. 4a. Even with a pulse current, a current split occurs, so that each of the current paths only a partial pulse current I 1 , I 2 , I 3 , I 4 , I 5 must carry. Therefore, now can
Sicherungselemente F in jedem der Strompfade integriert werden, die eine geringere Stoßstromtragefähigkeit Fuse elements F are integrated in each of the current paths, which has a lower surge current carrying capacity
besitzen, wobei das Schmelzintegral in aller Regel so gewählt ist, dass es nur geringfügig höher als der I2t- Wert des Teilimpulses ist, d.h. dass das jeweilige have, where the melting integral is usually selected so that it is only slightly higher than the I 2 t value of the partial pulse, ie that the respective
Sicherungselement in der Lage ist, einen Teilimpuls ohne Zerstörung tragen zu können. Der I2t- Wert korreliert mit dem Nennwert des Sicherungselement. Da der I2t- Wert nun geringer ist, können Sicherungselemente mit geringeren Nennwerten verwendet werden. Fuse element is able to carry a partial pulse without destruction. The I 2 t value correlates with the nominal value of the fuse element. Since the I 2 t value is now lower, fuse elements with lower nominal values can be used.
D.h. die Sicherungselemente sind so ausgelegt, dass sie jeweils ein I2t aufweisen, welches durch die maximal zulässige Impulsstrombelastung bezogen auf den zu That is, the fuse elements are designed so that they each have an I 2 t, which by the maximum permissible pulse current load based on the zu
kontaktierenden Varistorabschnitt gegeben ist. Wird nun der Varistor an einer Stelle niederohmig, z.B. durch Beschädigung, so tritt dies in aller Regel nur punktuell auf. Beispielsweise ist in Figur 4a auf der contacting Varistorabschnitt is given. If the varistor now becomes low-impedance at one point, eg due to damage, this generally only occurs at certain points. For example, in Figure 4a on the
Verbindungsstelle V2 eine solche Stelle durch einen Junction V 2 such a place by a
schwarzen Punkt markiert. Nun ändert sich aber der marked black dot. But now it changes
Stromfluss. Wird an der gezeichneten Stelle der Varistor VAR niederohmig, so fließt der Strom nun im Wesentlichen über diese Stelle, d.h. I=I2 und I1=I3=I4=I5=0A. Da das Sicherungselement aber wie zuvor beschrieben geringer ausgelegt sein kann, reicht nun der Strom aus, um das Current flow. If the varistor VAR becomes low-impedance at the point shown, the current now essentially flows through this point, ie I = I 2 and I 1 = I 3 = I 4 = I 5 = 0A. Since the fuse element but as described above can be designed smaller, now the current is sufficient to the
Sicherungselement der Verbindungsstelle V2 zum Abtrennen zu veranlassen. D.h. nun kann schon bei einem deutlich To cause fuse element of the connection point V 2 to disconnect. Ie now can already at a clear
geringeren Kurzschlussstrom eine Abtrennung erreicht werden, die zudem in aller Regel schneller sein wird. lower short-circuit current a separation can be achieved, which will also be faster in most cases.
Darüber hinaus wird nur ein Teilbereich - Verbindungsstelle V2 - aus der Parallelschaltung entfernt, während die restlichen Teilbereiche aktiv verbleiben und somit In addition, only a partial area - junction V 2 - removed from the parallel circuit, while the remaining portions remain active and thus
zumindest mit einer reduzierten Leistungsfähigkeit Schutz bereitgestellt werden kann. D.h., werden viele at least with a reduced level of performance protection can be provided. That is, many will
Verbindungsstellen mit jeweiligen Sicherungselementen zur Verfügung gestellt, so sinkt die Leistungsfähigkeit nur gering. Näherungsweise kann man dabei annehmen, dass die Leistungsfähigkeit abhängig von der Fläche der aktiven Verbindungsstellen ist. Connection points provided with respective fuse elements, so the performance drops only slightly. As an approximation, one can assume that the performance depends on the area of the active connection points.
Auch wenn nun eine thermische Auftrennung TS1, TS2, TS3, TS4 - wie in Figur 3 gezeigt - an jedem der virtuellen Even if now a thermal separation TS 1 , TS 2 , TS 3 , TS 4 - as shown in Figure 3 - at each of the virtual
Varistoren vorgesehen sein kann, kann zudem alternativ oder zusätzlich eine gemeinsame thermische Abtrennung mittels eines thermisch aktivierbaren Schalters TS vorgesehen sein. Varistors may be provided, may also be provided alternatively or additionally a common thermal separation by means of a thermally activated switch TS.
In Figur 5 ist eine beispielhafte seitliche schematische Schnittansicht einer Kontaktierung eines Varistors VAR gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Dabei ist angenommen, dass die Anordnung sich in einem Gehäuse G befindet. Das Gehäuse G kann druckfest ausgeführt sein, um andere Anlagen vor einer nicht auszuschließenden FIG. 5 shows an exemplary lateral schematic sectional view of a contacting of a varistor VAR according to an embodiment of the invention. It is assumed that the arrangement is located in a housing G. The housing G can be designed pressure-resistant to other systems before a non-excludable
explosionsartigen Zerstörung des Varistors zu schützen. to protect the explosive destruction of the varistor.
Das Gehäuse G kann weiterhin mit einem Löschmittel LM gefüllt sein. Ein geeignetes Löschmittel ist beispielsweise POM oder Quarzsand. Dabei umgibt das elektrisch isolierende Löschmittel LM die Sicherungselemente F1, F2, ... FN zumindest abschnittsweise . The housing G may further be filled with an extinguishing agent LM. A suitable extinguishing agent is, for example, POM or quartz sand. In this case, the electrically insulating extinguishing medium LM surrounds the securing elements F 1 , F 2 ,... F N at least in sections.
Hier sind die Verbindungsstellen V1, V2 über dünne Here are the connection points V 1 , V 2 over thin
elektrische Verbindungen mit dem Zuleitungselement ZL1 verbunden. Diese dünnen elektrischen Verbindungen können z.B. als Schmelzleiter ausgeführt sein und erfüllen somit die Funktion der Sicherungselemente F1, F2. electrical connections to the supply element ZL 1 connected. These thin electrical connections can be designed, for example, as a fusible conductor and thus fulfill the function of the fuse elements F 1 , F 2 .
Eine mögliche Ausgestaltung des Schemas aus Figur 5 ist in Figur 13 gezeigt. A possible embodiment of the scheme of FIG. 5 is shown in FIG.
Im Gegensatz dazu sind in Figur 6 SMD-Sicherungen oder Feinsicherungen zwischen dem Zuleitungselement ZL1 und den jeweiligen Verbindungsstellen V1, V2 gezeigt. Zur In contrast, FIG. 6 shows SMD fuses or miniature fuses between the feed element ZL 1 and the respective connection points V 1 , V 2 . to
Sicherstellung des elektrischen Kontakts kann das Ensuring the electrical contact can
Zuleitungselement ZL1 mittels einer oder mehrere Federn D in elektrischem Kontakt mit den Sicherungselementen gehalten werden . D.h. die Sicherungselemente sind kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig und/oder formschlüssig zwischen der Lead element ZL 1 are held by means of one or more springs D in electrical contact with the fuse elements. That is, the securing elements are non-positively and / or cohesively and / or positively between the
Zuleitungselement ZL1 und dem Varistor VAR befestigt. In Figur 7 sind im Unterschied zu Figur 5 die Lead element ZL 1 and the varistor VAR attached. In contrast to FIG. 5, in FIG
Verbindungsstellen an einem Punkt zusammengeführt. Junctions merged at one point.
In Figur 8 ist im Unterschied zu Figur 6 eine Art In Figure 8, in contrast to Figure 6 is a kind
vorgefertigte scheibenartige Matrix M eingebracht. Die Matrix M kann beispielsweise Sicherungsdrähte F1, F2 aufweisen, die z.B. in einem Ziehverfahren hergestellt wurden und in einer Isolationsmatrix eingebracht wurden. Auch ist es möglich ein Trägermaterial P, beispielsweise eine Platine, mit Durchkontaktierungen als Matrix M zu verwenden, wobei die Durchkontaktierungen als prefabricated disc-like matrix M introduced. The matrix M may comprise, for example, fuse wires F 1 , F 2 , which were produced, for example, in a drawing process and were introduced in an insulation matrix. It is also possible to use a carrier material P, for example a circuit board, with plated-through holes as the matrix M, wherein the plated-through holes as
Sicherungselemente F, F1, F2, ... FN dienen. Entsprechender Weise können den einzelnen Durchkontaktierungen F je eine Verbindungsstelle V zugeordnet werden, d.h. auf einer zweilagigen Platine P kann eine erste Lage für das Fuse elements F, F 1 , F 2 , ... F N serve. Correspondingly, the individual feedthroughs F can each be assigned a connection point V, ie a first position for the one can be obtained on a two-layer board P
Zuleitungselement ZL1 verwendet werden, während die zweite Lage zur Herstellung der Verbindungsstellen verwendet wird. Lead element ZL 1 are used, while the second layer is used for the preparation of the joints.
In der Ausführungsform der Figur 9 sind die einzelnen In the embodiment of Figure 9 are the individual
Sicherungselemente F, F1, F2, ... FN aus federartigen Securing elements F, F 1 , F 2 , ... F N of spring-like
Verbindungsstellen gebildet, die auf dem Varistor Junctions formed on the varistor
elektrisch leitend aber thermisch lösbar verbunden werden. Hier wird die Auslösung durch ein Trennen der Verbindung bewirkt . electrically conductive but thermally releasably connected. Here, the release is effected by disconnecting the connection.
Ohne weiteres können die vorgestellten Ausführungsformen als Kontaktelement KE ausgeführt sein um mit einem Varistor VAR verbunden zu werden. Without further ado, the presented embodiments can be embodied as a contact element KE in order to be connected to a varistor VAR.
Auch kann die Erfindung in einem Varistorensemble  Also, the invention in a Varistorensemble
verkörpert sein, das einen Varistor VAR und eine be embodied, the varistor VAR and a
erfindungsgemäße Kontaktierung aufweist. Having inventive contact.
Ohne Beschränkung der Allgemeinheit können die einzelnen Verbindungsstellen unterschiedlich dimensioniert sein und in entsprechender Weise eine unterschiedliche Impedanz aufweisen. Without limiting the generality, the individual connection points can be dimensioned differently and correspondingly have a different impedance.
In Figur 10 ist ein Beispiel für ein tannenbaumartiges Kontaktelement KE dargestellt. Dieses weist einen FIG. 10 shows an example of a fir tree-like contact element KE. This one has one
Kontaktpunkt für das Zuleitungselement ZL1 und zahlreiche Verästelungen auf. Dabei kennen die einzelnen Äste an ihren Endpunkten den Kontakt zum Varistor VAR herstellen, wobei die Äste selbst wiederum als Sicherungselement F dienen können. Ein derartiges Kontaktelement KE kann ohne weiteres durch Stanzen hergestellt werden. Contact point for the lead element ZL 1 and numerous branches on. The individual branches know at their end points make contact with the varistor VAR, the branches themselves can serve as a fuse element F. Such a contact element KE can be readily produced by punching.
In Figur 11 ist eine ähnliche Anordnung zu sehen. Hier sind die Verbindungsstellen größer ausgeführt. Ein derartiges Kontaktelement KE kann beispielsweise durch Stanzen undFIG. 11 shows a similar arrangement. Here, the joints are made larger. Such a contact element KE can, for example, by punching and
Biegen hergestellt werden. Beispielsweise kann wie in Figur 12a und 12b gezeigt, eine federnde Struktur auch durch Biegen erzeugt werden. Bending be made. For example, as shown in Figs. 12a and 12b, a resilient structure may be generated by bending.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
Kontaktelement KE Varistor VAR., VAR '1, VAR '2, VAR ' 3, VAR '4 elektrische Verbindungsstellen V1, V2, ... VN Contact element KE Varistor VAR., VAR ' 1 , VAR' 2 , VAR ' 3 , VAR' 4 electrical connection points V 1 , V 2 , ... V N
Trägermaterial, Platine PCarrier material, board P
Sicherungselemente F, F1, F2., ... FN Fuse elements F, F 1 , F 2. , ... F N
Löschmittel LM Kraft DExtinguishing Agent LM Force D
(druckfestes) Gehäuse G(pressure-resistant) housing G
Matrix MMatrix M
Strompfad S1, S2 Current path S 1 , S 2
Schalter TS, TS1, TS2, TS3, TS4 maximale Impulsstrombelastung Im Switch TS, TS 1 , TS 2 , TS 3 , TS 4 maximum impulse current load I m

Claims

Patentansprüche claims
1. Kontaktierung für einen Varistor (VAR), aufweisend 1. Contacting for a varistor (VAR), comprising
• ein erstes Zuleitungselement (ZL1) , welches zur Verbindung mit einem Versorgungsnetz geeignet ist, und A first supply element (ZL 1 ) which is suitable for connection to a supply network, and
• eine Vielzahl von elektrischen Verbindungsstellen (V1, V2, ... VN) , welche zueinander beabstandet und zur mehrfachen Kontaktierung eines Pols des • A plurality of electrical connection points (V 1 , V 2 , ... V N ), which spaced from each other and for multiple contacting a pole of
Varistors (VAR) geeignet sind,  Varistors (VAR) are suitable
wobei die Vielzahl von elektrischen Verbindungsstellen (V1, V2, ... VN) und das erste Zuleitungselement (ZL1) elektrisch miteinander verbunden sind, und wherein the plurality of electrical connection points (V 1 , V 2 , ... V N ) and the first supply element (ZL 1 ) are electrically connected together, and
wobei die Vielzahl von elektrischen Verbindungsstellen (V1, V2, ... VN) jeweils mit Sicherungselementen (F1, F2, ... FN) ausgelegt sind, so dass ein lokales Durchlegieren eines Teils des Varistors (VAR) durch ein Auftrennen der betroffenen lokalen elektrischen wherein the plurality of electrical connection points (V 1 , V 2 ,... V N ) are each designed with fuse elements (F 1 , F 2 ,... F N ), so that a local breakdown of a part of the varistor (VAR) by severing the affected local electrical
Verbindungsstelle (n) (V1, V2, ... VN) bewerkstelligt wird. Junction (s) (V 1 , V 2 , ... V N ) is accomplished.
2. Kontaktierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von elektrischen Verbindungsstellen (V1, V2, ... VN) auf einem Trägermaterial (P) angeordnet sind. 2. Contacting according to claim 1, characterized in that the plurality of electrical connection points (V 1 , V 2 , ... V N ) are arranged on a carrier material (P).
3. Kontaktierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch 3. contacting according to claim 1 or 2, characterized
gekennzeichnet, dass die Vielzahl von elektrischen Verbindungsstellen (V1, V2, ... VN) leiterbahnartig auf einem Trägermaterial (P) angeordnet sind. in that the multiplicity of electrical connection points (V 1 , V 2 ,... V N ) are arranged on a carrier material (P) in the manner of a conductor track.
4. Kontaktierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer oder mehreren Verbindungsstellen (V1, V2, ... VN) und dem ersten Zuleitungselement (ZL) jeweils ein Sicherungselement (F1, F2, ... FN) angeordnet ist. 4. Contacting according to one of the preceding claims, characterized in that between one or more connection points (V 1 , V 2 , ... V N ) and the first supply element (ZL) each have a fuse element (F 1 , F 2 , ... F N ) is arranged.
5. Kontaktierung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (F1, F2, ... FN) eine 5. contacting according to claim 4, characterized in that the securing element (F 1 , F 2 , ... F N ) a
Schmelzsicherung aufweist.  Having fuse.
6. Kontaktierung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch 6. contacting according to claim 4 or 5, characterized
gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (F1, F2, ... FN) zumindest abschnittsweise von einem elektrisch isolierendem Löschmittel (LM) umgeben ist. characterized in that the securing element (F 1 , F 2 , ... F N ) is at least partially surrounded by an electrically insulating extinguishing agent (LM).
7. Kontaktierung nach Anspruch 4 oder 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (F1, F2, ... FN) zumindest abschnittsweise von POM (LM) oder 7. contacting according to claim 4 or 5 or 6, characterized in that the securing element (F 1 , F 2 , ... F N ) at least in sections of POM (LM) or
Quarzsand (LM) umgeben ist.  Quartz sand (LM) is surrounded.
8. Kontaktierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungselemente F, F1, F2, ... FN so ausgelegt sind, dass sie jeweils ein I2t aufweisen, welches durch den maximal zulässigen 8. contacting according to one of the preceding claims, characterized in that the securing elements F, F 1 , F 2 , ... F N are designed so that they each have an I 2 t, which by the maximum allowable
Stoßstrom bezogen auf den zu kontaktierenden  Surge current based on the contact to be contacted
Varistorabschnitt gegeben ist.  Varistor section is given.
9. Varistorensemble aufweisend einen Varistor (VAR) 9. varistor ensemble comprising a varistor (VAR)
aufweisend eine Kontaktierung nach einem der  having a contacting according to one of
vorhergehenden Ansprüche.  previous claims.
10. Varistorensemble nach Anspruch 9, dadurch 10. Varistorensemble according to claim 9, characterized
gekennzeichnet, dass die Kontaktierung und der Varistor (VAR) in einem Gehäuse (G) angeordnet sind.  in that the contacting and the varistor (VAR) are arranged in a housing (G).
11. Varistorensemble nach Anspruch 9 oder 10, dadurch 11. Varistorensemble according to claim 9 or 10, characterized
gekennzeichnet, dass der Varistor (VAR) und die Kontaktierung mittels Federkraft (F) in Kontakt characterized in that the varistor (VAR) and the Contacting by means of spring force (F) in contact
zueinander gehalten werden 12. Varistorensemble nach einem der vorhergehenden  12th Varistorensemble after one of the preceding
Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekeanzeichnet, dass eine Verbindungsstelle oder mehrere Verbindungsstellen eine andere Impedanz als andere Verbindungsstellen (V1, V2, ... VN) aufweisen. 13. Varistorensemble nach einem der vorhergehenden Claims 9 to 11, characterized gekekzeichnet that a junction or more connection points have a different impedance than other connection points (V 1 , V 2 , ... V N ). 13th Varistorensemble after one of the preceding
Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Claims 9 to 12, characterized in that the
Sicherungselemente kraftschlüssig und/oder Securing elements frictionally and / or
stoffschlüssig und/öder formschlüssig zwischen dem  cohesively and / or positively between the
Zuleitungselement (ZL1)und dem Varistor (VAR) befestigt sind. Supply element (ZL 1 ) and the varistor (VAR) are attached.
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