EP3459090B1 - Gekapselte überspannungsschutzvorrichtung in koaxialer bauform mit einem becherartigen gehäuse - Google Patents

Gekapselte überspannungsschutzvorrichtung in koaxialer bauform mit einem becherartigen gehäuse Download PDF

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EP3459090B1
EP3459090B1 EP18732773.9A EP18732773A EP3459090B1 EP 3459090 B1 EP3459090 B1 EP 3459090B1 EP 18732773 A EP18732773 A EP 18732773A EP 3459090 B1 EP3459090 B1 EP 3459090B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
housing
cup
electrode
protection device
encapsulated
Prior art date
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Active
Application number
EP18732773.9A
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English (en)
French (fr)
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EP3459090A1 (de
Inventor
Edmund ZÄUNER
Florian GÄCK
Christian Lang
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Dehn SE and Co KG
Original Assignee
Dehn and Soehne GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dehn and Soehne GmbH and Co KG filed Critical Dehn and Soehne GmbH and Co KG
Publication of EP3459090A1 publication Critical patent/EP3459090A1/de
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Publication of EP3459090B1 publication Critical patent/EP3459090B1/de
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    • 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
    • H01C7/12—Overvoltage protection resistors
    • H01C7/126—Means for protecting against excessive pressure or for disconnecting in case of failure
    • 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
    • H01C7/102—Varistor boundary, e.g. surface layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H37/00—Thermally-actuated switches
    • H01H37/74—Switches in which only the opening movement or only the closing movement of a contact is effected by heating or cooling
    • H01H37/76—Contact member actuated by melting of fusible material, actuated due to burning of combustible material or due to explosion of explosive material
    • H01H37/767—Normally open

Definitions

  • the invention is based on an encapsulated surge protection device in a coaxial design with a cup-like housing, a first and a second electrode, a disk-shaped surge arrester, in particular designed as a varistor, which is electrically connected to the electrodes and is located in the cup-like housing, and with a fusible one Element for producing a short circuit between the electrodes in the event of an overload of the surge arrester, at least parts of the cup-like housing forming one of the electrodes, receiving or supporting such an electrode and the second of the electrodes making a stamp-like contact with the disk-shaped surge arrester in accordance with the preamble of patent claim 1.
  • a conductive material that melts at a predetermined temperature, for example a solder.
  • An annular gap located around the disc-shaped varistor receives an insulating membrane.
  • Both the solder and the insulating membrane are able to create a short circuit in order to achieve a fail-safe state when the varistor used is overloaded.
  • the melting temperature of the solder is lower than the temperature at which the dielectric insulating material used in the gap is destroyed.
  • EP 1 798 742 B1 With the surge protector after EP 1 798 742 B1 is also assumed to be a cup-like housing with a disc-shaped varistor inserted therein, which is contacted by two electrodes.
  • One of the electrodes can be formed by the bottom of the cup-like housing.
  • the other of the electrodes lies on the top of the varistor and leads to an electrical external connection.
  • the second of the electrodes has a circumferential recess which is filled with an electrically conductive, fusible material.
  • This electrically conductive, meltable material reacts to the heat of the varistor. If the varistor is overloaded, the material melts and enters a chamber-like free space, with the result that a short circuit is formed between the first and the second electrodes.
  • Out EP 3 120 372 B1 is an overvoltage protection device, comprising a varistor, a thermal trigger and a switching device, wherein a contact piece of the switching device is mounted under prestress in a molded body next to the varistor. When a critical temperature is exceeded, the contact piece is released so that the switching device changes into a short circuit between the electrodes of the varistor.
  • overvoltage protection device in a coaxial design is already known.
  • This overvoltage protection device is based on a cup-like housing as well as a first and a second electrode and a disk-shaped varistor.
  • a conductive contact pin is inserted in a radial recess of the housing and is in contact with an expandable material. At Overloading the varistor pushes the contact bolt from the expanding material in the radial direction through a recess in the housing such that a stable short circuit can be produced between the first and the second electrode.
  • the US 2002/0196593 A1 shows a surge protection arrangement with the possibility of mounting on a top-hat rail.
  • the overvoltage protection device used is modular and is located in a cup-like housing with two opposite connection elements, each on the end face.
  • the novel device to be created should offer the possibility of integrating a status display in order to be able to recognize in a simple manner whether an overload case has already occurred during operation of the overvoltage protection device and whether the device may need to be replaced.
  • an overvoltage protection device preferably implemented in a coaxial design.
  • the overvoltage protection device is based on a cup-like housing.
  • the housing in particular the housing base, can form one of the necessary electrodes.
  • Known connection and fastening means for example in the form of a threaded bolt, can be provided on the outside of the cup-like housing.
  • the varistor which is preferably used as a surge arrester, has a disk shape which is dimensionally adapted to the cavity defined by the cup-like housing.
  • the disk-shaped varistor which is preferably used parallel to the bottom of the cup-like housing, is contacted by a second electrode, preferably under mechanical prestress.
  • This second electrode can have a stamp-like configuration and lead to a corresponding external connection.
  • This external connection can also be realized as a bolt or as a blind hole or the like.
  • the cup-like housing is closed in a manner known per se via a sealing insert and a cap.
  • the interior of the cup-like housing heats up. This thermal energy is used to trigger a short circuit between the two electrodes, in contrast to the prior art not directly via a fusible element that bridges the electrodes, but indirectly by releasing a conductive, spring-biased contact bolt.
  • the second electrode has at least one radial recess or a blind hole on its section facing the surge arrester.
  • the aforementioned conductive, spring-loaded contact pin is inserted, the path of movement of which is blocked by a fusible element and is released when the surge arrester is overloaded, in such a way that the contact pin creates a stable short circuit between the second electrode and the cup-like housing.
  • the fusible element blocks the contact pin and releases it when the overload of the surge arrester has become so great that sufficient thermal energy is available.
  • the short-circuit current is conducted directly from the second electrode to the first electrode via the contact bolt.
  • the contact bolt which has to carry the short-circuit current, can be designed accordingly without having to take into account the properties and the material composition of the fusible element, since the latter does not require current carrying capacity.
  • the choice of the mechanical pretension of the contact pins in particular the design of the spring constant for generating the mechanical pretension, ensures rapid movement of the contact pin or pins in the direction of the counter electrode, so that the occurrence of an arc is effectively prevented and there is no harmful gas development.
  • the fusible element is preferably designed as a pin-like blocking part which is located in one or more bores running transversely to the recess or the blind hole.
  • the pin-like blocking part With one of its ends, the pin-like blocking part is in close, heat-conducting contact with the surface of the surge arrester.
  • the corresponding bores are preferably made up to the surface of the disk-shaped surge arrester, so that the blocking part comes into thermal contact without interfering heat sinks.
  • the second electrode has an extension which has an axially extending cavity.
  • This cavity is able to receive a spring-loaded signaling rod, the lower one pointing towards the contact pin The end of this contact bolt is blocked in its blocking and released in the event of a short circuit.
  • the spring-biased contact pin moves in the direction of the short-circuit condition, the blocking between the contact pin and the signaling rod is released.
  • the signaling rod can move axially in the cavity and, for example, contact the aforementioned communication device with its upper end.
  • sections of the signaling bar can be provided with different color coding, a color change with shifting of the signaling bar being recognizable in the area of a viewing window.
  • the signaling rod consists of an electrically insulating material, so that the electrical safety when operating the device is guaranteed.
  • the at least one disk-shaped surge arrester located in the cup-like housing is held and centered on the circumference by a cap-shaped insulation part, openings being provided in the insulation part on its circumference for the unhindered passage of the at least one contact bolt.
  • the second, stamp-like electrode in its section facing the surge arrester has a plurality of radial recesses which are located in or on the Center point or meet the center of the electrode section, each of the recesses receiving a spring-biased, conductive contact pin, the respective path of movement is blocked by a fusible element and which is released when the surge arrester is overloaded.
  • This embodiment with a plurality of spring-biased contact bolts released in the event of an overload increases the current carrying capacity in the event of a short circuit and thus the short-circuit protection.
  • the invention accordingly comprises an encapsulated, coaxial overvoltage protection based on a varistor, in particular MOV-based, which activates a thermal short-circuiter in the event of overload or overheating, which forms defined, high-current-carrying short-circuit paths within the encapsulation.
  • a simple mechanical status display can be implemented, which can be integrated in the center of the known connecting elements or connecting bolts.
  • the status display in the respective connection bolt can be combined with a telecommunications device for remote signaling if required.
  • the encapsulated surge protection device according to the invention is based on a coaxial design with a cup-like housing 1.
  • the cup-like housing has a side wall 2 and a bottom 3.
  • connecting bolt 4 On the outside of the base 3 there is a connecting bolt 4 as an electrical and mechanical fastening element.
  • a disk-shaped surge arrester 5 In the interior of the cup-like housing 1 there is a disk-shaped surge arrester 5, in particular designed as a disk-shaped varistor.
  • One of the two surface sides of the surge arrester 5 is in contact with the inside of the bottom 3 of the cup-like housing.
  • the cup-like housing 1 forms a first electrode.
  • a second electrode 6, which can have a stamp-like shape, has at least one radial recess or a blind hole 8 at its end or section 7 facing the surge arrester 5.
  • a spring-biased contact pin 9 made of conductive material is inserted into this recess or in the blind hole 8.
  • the element 10 When the surge arrester 5 is overloaded, the element 10 reaches its melting temperature and is displaced by the spring-biased contact bolt 9. In this respect, the path of movement of the conductive contact pin 9 is released in such a way that the contact pin 9 produces a stable short circuit between the second electrode 6 and the cup-like housing 1 or the wall section 2.
  • a threaded bore 11 which represents an electrical connection element.
  • the disk-shaped surge arrester 5 located on the cup-like housing 1 is centered on the circumference by a cap-shaped insulation part 12, the insulation part 12 having openings 13 for the passage of the at least one contact bolt 9.
  • the open side of the cup-like housing 1 can be closed by a cap 14, additional sealing elements 15 being able to be used.
  • the necessary contact pressure in relation to the disk-shaped surge arrester 5 is realized with the aid of a spring 16, which is able to compensate for thermally induced expansions of the overall arrangement or of the components occurring in the interior of the cup-like housing.
  • Displaced parts of the fusible element can be accommodated by the gap-like free spaces, as can be seen in the figures, and thus do not hinder the path of movement of the contact pin 9.
  • the second electrode 6 has an extension which has an axially extending cavity 17, a signaling rod 18 preloaded by spring force being inserted in the cavity 17 in a movable manner.
  • Fig. 2a shows the operating case with blocked signaling rod 18 and Fig. 2b the short-circuit case with enabled signaling rod 18.
  • the upper end 19 of the signaling rod 18 can be an electrical indicator 20 or a microswitch located there Actuate 21 directly or indirectly, as is the summary of the Figures 2a and 2 B becomes clear.
  • the state of the signaling rod 18 can be visualized through a viewing window 22.
  • the signaling rod 18 is in the embodiments according to FIGS Figures 2a and 2 B guided by a hollow cylindrical extension 23 which is connected on the one hand to the cavity 17 of the second electrode and on the other hand fixes the indicator 20.
  • the second electrode in its section 7 facing the surge arrester 5 has a plurality of lateral recesses or blind holes 8 which are oriented towards the center M or the center of the electrode section 7 or meet there, each of the recesses or blind holes 8 receiving a spring-biased conductive contact pin 9, the respective path of movement of which is blocked by a respective fusible element or blocking part 10 in the event of operation and released when the surge arrester is overloaded.
  • the coaxial construction of the overvoltage protection device according to the invention is particularly shown with reference to the exploded view Fig. 4 clear.
  • This illustration shows the cup-like housing 1 with connecting bolts 4, the disk-shaped varistor 5, an exemplary pin-like blocking part 10, the contact bolt 9 with a circumferential recess 90 for releasing the signaling rod 18, a spring 91 for generating the pretension for the purpose of moving the contact bolt 9, the biasing spring 16, a spring 180 for biasing the signaling rod 18, the insulating part 12 which, among other things, accommodates the stamp-like second electrode 6 and the surge arrester 5 in its interior and centers the same parts. Sealing elements 15 and the closure cap 14 can also be seen.
  • the upper, free end of the signaling rod 18 has a color code 182 which is visible from the hollow cylinder 23 when the short-circuit mechanism responds or which can be recognized through the viewing window 22 in combination with the core detector unit 20.
  • the upper end 182 of the signaling rod 18 can interact with a microswitch 21 and trigger or block the microswitch 21 on a contact plunger.
  • the elements of the indicator are implemented by the parts 20.

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Description

  • Die Erfindung geht aus von einer gekapselten Überspannungsschutzvorrichtung in koaxialer Bauform mit einem becherartigen Gehäuse, einer ersten und einer zweiten Elektrode, einem scheibenförmigen Überspannungsableiter, insbesondere ausgebildet als Varistor, welcher mit den Elektroden elektrisch verbunden ist und sich im becherartigen Gehäuse befindet, sowie mit einem schmelzbaren Element zur Herstellung eines Kurzschlusses zwischen den Elektroden im Falle einer Überlastung des Überspannungsableiters, wobei mindestens Teile des becherartigen Gehäuses eine der Elektroden bilden, eine solche Elektrode aufnehmen oder abstützen und die zweite der Elektroden stempelartig den scheibenförmigen Überspannungsableiter kontaktiert gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Aus der EP 2 677 524 A1 ist eine Überspannungsschutzvorrichtung auf der Basis eines scheibenförmigen Varistors vorbekannt, wobei innerhalb eines becherartigen Gehäuses, welches eine der Elektroden bildet, der Varistor eingesetzt und von einer weiteren Elektrode kontaktiert ist.
  • In einem ringförmigen Freiraum, ausgebildet als Kammer, befindet sich ein leitfähiges, bei vorgegebener Temperatur schmelzendes Material, zum Beispiel ein Lot.
  • Ein umfangsseitig um den scheibenförmigen Varistor befindlicher ringförmiger Spalt nimmt eine isolierende Membran auf.
  • Sowohl das Lot als auch die isolierende Membran sind in der Lage, einen Kurzschluss zu erzeugen, um bei Überlast des eingesetzten Varistors einen Fail-Safe-Zustand zu erreichen.
  • Die Schmelztemperatur des Lotes ist geringer als die Temperatur, bei welcher das im Spalt eingesetzte dielektrische isolierende Material zerstört wird.
  • Bei der Überspannungsschutzvorrichtung nach EP 1 798 742 B1 wird ebenfalls von einem becherartigen Gehäuse mit darin eingesetztem scheibenförmigen Varistor ausgegangen, welcher durch zwei Elektroden kontaktiert wird. Eine der Elektroden kann dabei durch den Boden des becherartigen Gehäuses gebildet werden. Die weitere der Elektroden liegt auf der Oberseite des Varistors auf und führt zu einem elektrischen Außenanschluss.
  • Die zweite der Elektroden weist einen umlaufenden Rücksprung auf, der mit einem elektrisch leitenden schmelzbaren Material gefüllt ist.
  • Dieses elektrisch leitende, schmelzbare Material reagiert auf die Wärme des Varistors. Bei Überlastung des Varistors schmilzt das Material und gelangt in einen kammerartigen Freiraum mit der Folge, dass sich ein Kurzschluss zwischen der ersten und der zweiten Elektroden ausbildet.
  • Je nach dem thermischen Verhalten des Varistors bei Überlastung desselben kommt es bei den Lösungen des zitierten Standes der Technik zu einem mehr oder wenigen konzentrierten Schmelzen des eingesetzten Lotes. Der sich dann ergebende Kurzschlusszustand ist nur dann definiert, wenn eine ausreichend große Lotmenge schmilzt und eine entsprechend sichere elektrische Verbindung die Folge ist. Ein stabiler und reproduzierbarer Kurzschlusspfad entsteht insofern nur zufällig unter nicht vorhersehbaren Bedingungen.
  • Aufgrund des gewählten Konstruktionsprinzips eines schmelzenden Leiters ist darüber hinaus keine Zustandsanzeige, insbesondere keine einfache mechanische Zustandsanzeige realisierbar.
  • Aus EP 3 120 372 B1 geht eine Überspannungsschutzeinrichtung hervor, umfassend einen Varistor, ein thermisches Auslösemittel und eine Schalteinrichtung, wobei ein Kontaktstück der Schalteinrichtung unter Vorspannung in einem Formkörper neben dem Varistor gelagert ist. Beim Überschreiten einer kritischen Temperatur wird das Kontaktstück freigegeben, so dass die Schalteinrichtung in einen Kurzschluss zwischen den Elektroden des Varistors übergeht.
  • Aus der WO 2013/000498 A1 ist eine Überspannungsschutzvorrichtung in koaxialer Bauform vorbekannt. Diese Überspannungsschutzvorrichtung geht von einem becherartigen Gehäuse sowie einer ersten und einer zweiten Elektrode und einem scheibenförmigen Varistor aus.
  • Ein leitfähiger Kontaktbolzen ist in einer radialen Ausnehmung des Gehäuses eingesetzt und steht in Kontakt mit einem expandierbaren Material. Bei Überlastung des Varistors wird der Kontaktbolzen von dem dabei expandierenden Material in radialer Richtung durch eine Ausnehmung im Gehäuse geschoben derart, dass ein stabiler Kurzschluss zwischen der ersten und der zweiten Elektrode herstellbar ist.
  • Die US 2002/0196593 A1 zeigt eine Überspannungsschutzanordnung mit der Möglichkeit einer Montage an einer Hutschiene. Die eingesetzte Überspannungsschutzeinrichtung ist modulartig ausgebildet und befindet sich in einem becherartigen Gehäuse mit zwei gegenüberliegenden, jeweils stirnseitigen Anschlusselementen.
  • Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte, gekapselte Überspannungsschutzvorrichtung in koaxialer Bauform mit einem becherartigen Gehäuse und erster und zweiter Elektrode sowie einem scheibenförmigen Überspannungsableiter, ausgebildet als Varistor, anzugeben, welche unter allen Umständen bei Überlast des Überspannungsableiters zu einem stabilen Kurzschluss führt, um beispielsweise externe Vorsicherungen zum Ansprechen zu bringen. Ein Ausgasen im Kurzschlussfall soll ebenso wie das Entstehen von Lichtbögen bei extremer Überlastung vermieden werden. Letztendlich soll die zu schaffende neuartige Vorrichtung die Möglichkeit der Integration einer Zustandsanzeige bieten, um in einfacher Weise erkennen zu können, ob es im Betrieb der Überspannungsschutzvorrichtung bereits zu einem Überlastfall gekommen und womöglich ein Austausch der Vorrichtung erforderlich ist.
  • Die Lösung der Erfindung erfolgt mit der Merkmalskombination nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.
  • Es wird demnach von einer Überspannungsschutzvorrichtung, bevorzugt realisiert in koaxialer Bauform, ausgegangen. Die Überspannungsschutzvorrichtung geht von einem becherartigen Gehäuse aus. Dabei kann das Gehäuse, insbesondere der Gehäuseboden, eine der notwendigen Elektroden bilden. Außenseitig des becherartigen Gehäuses können bekannte Anschluss- und Befestigungsmittel, zum Beispiel in Form eines Gewindebolzens, vorhanden sein.
  • Der bevorzugt als Überspannungsableiter eingesetzte Varistor weist eine Scheibenform auf, welche abmessungsseitig an den vom becherartigen Gehäuse definierten Hohlraum angepasst ist.
  • Der bevorzugt parallel zum Boden des becherartigen Gehäuses eingesetzte scheibenförmige Varistor wird von einer zweiten Elektrode, bevorzugt unter mechanischer Vorspannung, kontaktiert.
  • Diese zweite Elektrode kann eine stempelartige Konfiguration besitzen und zu einem entsprechenden Außenanschluss führen.
  • Dieser Außenanschluss kann ebenfalls als Bolzen oder aber auch als Sackloch oder dergleichen realisiert werden.
  • Das becherartige Gehäuse wird in an sich bekannter Weise über einen Dichteinsatz und eine Kappe verschlossen.
  • Bei Überlastung des Überspannungsableiters kommt es zu einer Erwärmung im Inneren des becherartigen Gehäuses. Diese thermische Energie wird zum Auslösen eines Kurzschlusses zwischen den beiden Elektroden genutzt, und zwar im Unterschied zum Stand der Technik nicht unmittelbar über ein schmelzbares Element, welches die Elektroden überbrückt, sondern mittelbar durch Freigabe eines leitfähigen, federkraftvorgespannten Kontaktbolzens.
  • Diesbezüglich weist die zweite Elektrode an ihrem zum Überspannungsableiter weisenden Abschnitt mindestens eine radiale Ausnehmung oder ein Sackloch auf. In der Ausnehmung oder dem Sackloch ist der erwähnte leitfähige, federkraftvorgespannte Kontaktbolzen eingesetzt, dessen Bewegungsweg von einem schmelzbaren Element blockiert und bei Überlastung des Überspannungsableiters freigegeben wird, derart, dass der Kontaktbolzen einen stabilen Kurzschluss zwischen der zweiten Elektrode und dem becherartigen Gehäuse herstellt.
  • In erfindungsgemäßer Weise sperrt das schmelzbare Element den Kontaktbolzen und gibt diesen dann frei, wenn die Überlastung des Überspannungsableiters so groß geworden ist, dass eine ausreichend thermische Energie zur Verfügung steht.
  • Der Kurzschlussstrom wird dabei unmittelbar von der zweiten Elektrode über den Kontaktbolzen zur ersten Elektrode geführt.
  • Der Kontaktbolzen, der den Kurzschlussstrom zu tragen hat, ist entsprechend auslegbar, ohne dass auf die Eigenschaften und die Materialzusammensetzung des schmelzbaren Elementes Rücksicht genommen werden muss, da letzterem keine Stromtragfähigkeit abzufordern ist.
  • Durch diese funktionale Trennung ist es möglich, auch nicht leitfähige schmelzbare Elemente einzusetzen, die ein völlig anderes Ansprechverhalten als klassische Lotmaterialien aufweisen.
  • Über die Wahl der mechanischen Vorspannung der Kontaktbolzen, insbesondere die Auslegung der Federkonstante zur Erzeugung der mechanischen Vorspannung, ist eine schnelle Bewegung des oder der Kontaktbolzen in Richtung Gegenelektrode gewährleistet, so dass das Entstehen eines Lichtbogens wirksam verhindert wird und keine schädliche Gasentwicklung die Folge ist.
  • Das schmelzbare Element ist bevorzugt als stiftartiges Blockierteil ausgebildet, welches sich in einer oder mehreren quer zur Ausnehmung oder dem Sackloch verlaufenden Bohrung befindet.
  • Mit einem seiner Enden ist das stiftartige Blockierteil in engem, wärmeleitenden Kontakt zur Oberfläche des Überspannungsableiters stehend.
  • Bevorzugt sind dabei die entsprechenden Bohrungen bis zur Oberfläche des scheibenförmigen Überspannungsableiters geführt, so dass das Blockierteil in thermischen Kontakt ohne Zwischenschaltung störender Wärmesenken gelangt.
  • In Weiterbildung der Erfindung besitzt die zweite Elektrode einen Fortsatz, welcher einen axial verlaufenden Hohlraum aufweist.
  • Dieser Hohlraum ist in der Lage, einen federkraftvorgespannten Signalisierungsstab aufzunehmen, dessen unteres, zum Kontaktbolzen weisendes Ende von diesem Kontaktbolzen in seiner Blockierung blockiert und im Kurzschlussfall freigegeben wird.
  • Durch diese technische Möglichkeit kann in einfacher Weise sowohl eine Signalisierung des Zustandes der Überspannungsschutzvorrichtung bewerkstelligt werden, als auch die Betätigung einer Fernmeldeeinrichtung bzw. eines Kennmelders erfolgen.
  • Wenn sich insofern bei thermischer Überlastung des Überspannungsableiters der federkraftvorgespannte Kontaktbolzen in Richtung Kurzschlusszustand bewegt, erfolgt eine Freigabe der Sperrung zwischen Kontaktbolzen und Signalisierungsstab. Infolgedessen kann sich der Signalisierungsstab axial im Hohlraum verschieben und beispielsweise mit seinem oberen Ende die erwähnte Fernmeldeeinrichtung kontaktieren.
  • Ergänzend besteht die Möglichkeit, ein oder mehrere Sichtfenster auszubilden, um die Position des Signalisierungsstabes und damit den Zustand der Überspannungsschutzvorrichtung bewerten zu können.
  • Es können insofern Abschnitte des Signalisierungsstabes mit unterschiedlicher farblicher Kennzeichnung versehen werden, wobei ein Farbwechsel mit Verschiebung des Signalisierungsstabes im Bereich eines Sichtfensters erkennbar ist.
  • Der Signalisierungsstab besteht aus einem elektrisch isolierenden Material, so dass insofern die elektrische Sicherheit beim Betrieb der Vorrichtung gewährleistet ist.
  • Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist der im becherartigen Gehäuse befindliche, mindestens eine scheibenförmige Überspannungsableiter umfangseitig von einem kappenförmigen Isolationsteil gehalten und zentriert, wobei im Isolationsteil an dessen Umfang Öffnungen für den ungehinderten Durchtritt des mindestens einen Kontaktbolzens vorhanden sind.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die zweite, stempelartige Elektrode in ihrem zum Überspannungsableiter weisenden Abschnitt mehrere radiale Ausnehmungen auf, welche sich im oder zum Mittelpunkt gerichtet oder dem Zentrum des Elektrodenabschnittes treffen, wobei jede der Ausnehmungen einen federkraftvorgespannten, leitfähigen Kontaktbolzen aufnimmt, deren jeweiliger Bewegungsweg von einem schmelzbaren Element blockiert ist und der bei Überlastung des Überspannungsableiters freigegeben wird.
  • Durch diese Ausführungsform mit mehreren, im Überlastfall freigegebenen, federkraftvorgespannten Kontaktbolzen erhöht sich die Stromtragfähigkeit im Kurzschlussfall und damit die Kurzschlusssicherheit.
  • Die Erfindung umfasst gemäß den vorangegangenen Ausführungen demnach einen gekapselten, koaxialen Überspannungsschutz auf Varistorbasis, insbesondere MOV-Basis, der bei Überlastung bzw. Überhitzung einen thermischen Kurzschließer aktiviert, welcher definierte, hochstromtragfähige Kurzschlusspfade innerhalb der Kapselung ausbildet.
    Aufgrund der gewählten Konstruktion der Abtrennvorrichtung innerhalb des koaxialen Aufbaus ist eine einfache mechanische Zustandsanzeige realisierbar, die mittig in die an sich bekannten Anschlusselemente oder Anschlussbolzen integrierbar ist. Die Zustandsanzeige im jeweiligen Anschlussbolzen kann bei Bedarf mit einer Fernmeldeeinrichtung zur Fernsignalisierung kombiniert werden.
  • Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
  • Hierbei zeigen:
    • Fig. 1a
    einen Längsschnitt sowie eine Querschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen gekapselten Überspannungsschutzvorrichtung mit einem federkraftvorgespannten leitfähigen Kontaktbolzen innerhalb der stempelartigen zweiten Elektrode im nicht ausgelösten Zustand;
    Fig. 1b
    einen Längsschnitt und einen Querschnitt einer Überspannungsschutzvorrichtung gemäß Fig. 1a, jedoch im ausgelösten, das heißt Kurzschlusszustand;
    Fig. 2a
    zwei unterschiedliche Längsschnitte zur Darstellung des federkraftvorgespannten Signalisierungsstabes als Kennmelder im nicht ausgelösten, das heißt Eingriffszustand sowie einem diesbezüglichen Querschnitt bezüglich der Wechselwirkung zwischen einem Rastende des federkraftvorgespannten Signalisierungsstabes einerseits und einem diesbezüglichen Freigabeabschnitt im Kontaktbolzen, ebenfalls im nicht ausgelösten, das heißt Betriebszustand;
    Fig. 2b
    Längsschnitte analog zu Fig. 2a sowie eine Querschnittsdarstellung analog Fig. 2a, jedoch im ausgelösten, das heißt Kurzschlusszustand, bei dem sich der federkraftvorgespannte Signalisierungsstab in der Figurdarstellung nach oben bewegt und einen Mikroschalter als Fernmeldeeinrichtung betätigt;
    Fig. 3a
    einen Längsschnitt sowie einen Querschnitt durch eine Ausführungsform der Überspannungsschutzvorrichtung mit mehreren radialen Ausnehmungen im unteren Bereich der zweiten, stempelförmigen Elektrode im nicht ausgelösten, das heißt Betriebszustand;
    Fig. 3b
    einen Längsschnitt sowie einen Querschnitt analog der Fig. 3a, jedoch im ausgelösten, das heißt Kurzschlusszustand; und
    Fig. 4
    eine Explosivdarstellung der Bauteile der erfindungsgemäßen Überspannungsschutzvorrichtung analog den Darstellungen nach Fig. 2a und 2b mit einfachem leitfähigen Kontaktbolzen sowie federkraftvorgespanntem Signalisierungsstab.
  • Die erfindungsgemäße nachstehend im Detail erläuterte gekapselte Überspannungsschutzvorrichtung geht von einer koaxialen Bauform mit einem becherartigen Gehäuse 1 aus.
  • Das becherartige Gehäuse besitzt eine Seitenwandung 2 und einen Boden 3.
  • Außenseitig des Bodens 3 ist ein Anschlussbolzen 4 als elektrisches und mechanisches Befestigungselement vorhanden.
  • Im Inneren des becherartigen Gehäuses 1 befindet sich ein scheibenförmiger Überspannungsableiter 5, insbesondere ausgebildet als scheibenförmiger Varistor.
  • Eine der beiden Oberflächenseiten des Überspannungsableiter 5 ist mit der Innenseite des Bodens 3 des becherartigen Gehäuses in Kontakt stehend.
  • Insofern bildet das becherartige Gehäuse 1 eine erste Elektrode.
  • Eine zweite Elektrode 6, die eine stempelartige Form aufweisen kann, weist an ihrem zum Überspannungsableiter 5 weisenden Ende oder Abschnitt 7 mindestens eine radiale Ausnehmung oder ein Sackloch 8 auf.
  • In diese Ausnehmung oder im Sackloch 8 ist ein federkraftvorgespannter Kontaktbolzen 9 aus leitfähigem Material eingesetzt.
  • Der Bewegungsweg des Kontaktbolzens 9 wird von einem schmelzbaren Element 10 blockiert.
  • Bei Überlastung des Überspannungsableiters 5 erreicht das Element 10 seine Schmelztemperatur und wird vom federkraftvorgespannten Kontaktbolzen 9 verdrängt. Insofern wird der Bewegungsweg des leitfähigen Kontaktbolzens 9 freigegeben, derart, dass der Kontaktbolzen 9 einen stabilen Kurzschluss zwischen der zweiten Elektrode 6 und dem becherartigen Gehäuse 1 bzw. dem Wandabschnitt 2 herstellt.
  • Die zweite Elektrode 6 weist bei der Ausführungsform nach den Figuren 1a und 1b sowie 3a und 3b eine Gewindebohrung 11 auf, die ein elektrisches Anschlusselement darstellt.
  • Der am becherartigen Gehäuse 1 befindliche scheibenförmige Überspannungsableiter 5 wird umfangseitig von einem kappenförmigen Isolationsteil 12 zentriert, wobei das Isolationsteil 12 Öffnungen 13 für den Durchtritt des mindestens einen Kontaktbolzens 9 aufweist.
  • Die offene Seite des becherartigen Gehäuses 1 ist von einer Kappe 14 verschließbar, wobei zusätzliche Dichtelemente 15 Verwendung finden können.
  • Der notwendige Kontaktdruck bezogen auf den scheibenförmigen Überspannungsableiter 5 wird mit Hilfe einer Feder 16 realisiert, welche in der Lage ist, thermisch bedingte Ausdehnungen der Gesamtanordnung bzw. der im Inneren des becherartigen Gehäuses auftretenden Bauteile zu kompensieren.
  • Aus der vergleichenden Betrachtung der Darstellungen nach den Figuren 1a und 1b oder aber der Figuren 3a und 3b wird deutlich, dass mit dem Schmelzen des stiftartigen Blockierteiles 10 sich der Kontaktbolzen 9 zur Innenwandung des becherartigen Gehäuses 1 bewegen kann, um den gewünschten Kurzschluss in reproduzierbarer und sicherer Weise zu bewerkstelligen.
  • Verdrängte Teile des schmelzbaren Elementes können von den spaltartigen Freiräumen wie in den Figuren ersichtlich, aufgenommen werden und behindern insofern den Bewegungsweg des Kontaktbolzens 9 nicht.
  • Anhand der Figuren 2a und 2b soll nun erläutert werden, wie in vorteilhafter Weise das Prinzip der erfindungsgemäßen Lösung um eine Zustandsanzeige, gegebenenfalls kombiniert mit einer Fernmeldeeinrichtung erweitert werden kann.
  • Diesbezüglich weist die zweite Elektrode 6 einen Fortsatz auf, welcher einen axial verlaufenden Hohlraum 17 aufweist, wobei im Hohlraum 17 ein federkraftvorgespannter Signalisierungsstab 18 in beweglicher Weise eingesetzt ist.
  • Das untere Ende des Signalisierungsstabes 18, welches zum Kontaktbolzen 9 weist, wird von diesem Kontaktbolzen 9 in seiner Bewegung blockiert und im Kurzschlussfall freigegeben. Fig. 2a zeigt hier den Betriebsfall mit blockiertem Signalisierungsstab 18 und Fig. 2b den Kurzschlussfall mit freigegebenem Signalisierungsstab 18.
  • Das obere Ende 19 des Signalisierungsstabes 18 kann insofern einen elektrischen Kennmelder 20 respektive einen dort befindlichen Mikroschalter 21 unmittelbar oder mittelbar betätigen, wie dies aus der Zusammenschau der Figuren 2a und 2b deutlich wird.
  • Darüber hinaus kann der Zustand des Signalisierungsstabes 18 durch ein Sichtfenster 22 visualisiert werden.
  • Der Signalisierungsstab 18 ist bei den Ausführungsformen gemäß den Figuren 2a und 2b von einer hohlzylindrischen Verlängerung 23 geführt, welche einerseits mit dem Hohlraum 17 der zweiten Elektrode verbunden ist und andererseits den Kennmelder 20 fixiert.
  • Wie anhand der Figuren 3a und 3b jeweils im Längs- und Querschnitt dargestellt, besteht bei einer Weiterbildung der Erfindung die Möglichkeit, dass die zweite Elektrode in ihrem zum Überspannungsableiter 5 weisenden Abschnitt 7 mehrere seitliche Ausnehmungen oder Sacklöcher 8 aufweist, welche sich zum Mittelpunkt M oder dem Zentrum des Elektrodenabschnittes 7 orientieren oder dort treffen, wobei jede der Ausnehmungen oder Sacklöcher 8 einen federkraftvorgespannten leitfähigen Kontaktbolzen 9 aufnimmt, deren jeweiliger Bewegungsweg von einem jeweiligen schmelzbaren Element bzw. Blockierteil 10 im Betriebsfall gesperrt und bei Überlastung des Überspannungsableiters freigegeben wird.
  • Die koaxiale Konstruktion der Überspannungsschutzvorrichtung gemäß der Erfindung wird besonders unter Hinweis auf die Explosionsdarstellung nach Fig. 4 deutlich. Diese Darstellung zeigt das becherartige Gehäuse 1 mit Anschlussbolzen 4, den scheibenförmigen Varistor 5, ein beispielhaftes stiftartiges Blockierteil 10, den Kontaktbolzen 9 mit umlaufendem Rücksprung 90 zur Freigabe des Signalisierungsstabes 18, eine Feder 91 zur Erzeugung der Vorspannung zum Zweck der Bewegung des Kontaktbolzens 9, die Vorspannfeder 16, eine Feder 180 zur Vorspannung des Signalisierungsstabes 18, das Isolierteil 12, welches in seinem Inneren unter anderem die stempelartige zweite Elektrode 6 und den Überspannungsableiter 5 aufnimmt und selbige Teile zentriert. Weiterhin sind Dichtelemente 15 und die Verschlusskappe 14 erkennbar.
  • Der Hohlzylinder 23 greift mit seinem unteren, in Richtung Überspannungsableiter 5 weisenden Ende in eine zylindrische Ausnehmung der zweiten Elektrode 6 ein, wie dies im Detail anhand der Figuren 2a und 2b nachvollziehbar ist.
  • Das obere, freie Ende des Signalisierungsstabes 18 weist eine Farbkennzeichnung 182 auf, die bei Ansprechen des Kurzschluss-Mechanismus aus dem Hohlzylinder 23 heraus sichtbar wird oder in Kombination mit der Kernmeldereinheit 20 durch das Sichtfenster 22 erkennbar ist.
  • Das obere Ende 182 des Signalisierungsstabes 18 kann mit einem Mikroschalter 21 in Wechselwirkung treten und den Mikroschalter 21 an einem Kontaktstößel auslösen bzw. blockieren. Die Elemente des Kennmelders werden durch die Teile 20 realisiert.

Claims (7)

  1. Gekapselte Überspannungsschutzvorrichtung in koaxialer Bauform mit einem becherartigen Gehäuse (1), einer ersten und einer zweiten Elektrode, einem scheibenförmigen Überspannungsableiter (5), insbesondere ausgebildet als Varistor, welcher mit den Elektroden elektrisch verbunden ist und sich im becherartigen Gehäuse (1) befindet, sowie mit einem schmelzbaren Element zur Herstellung eines Kurzschlusses zwischen den Elektroden im Falle einer Überlastung des Überspannungsableiters (5) wobei mindestens Teile des becherartigen Gehäuses (1) eine der Elektroden bilden, eine solche Elektrode aufnehmen oder abstützen und die zweite der Elektroden stempelartig den scheibenförmigen Überspannungsableiter kontaktiert,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die zweite Elektrode (6) an ihrem zum Überspannungsableiter (5) weisenden Abschnitt (7) mindestens eine radiale Ausnehmung oder ein Sackloch (8) aufweist, wobei in der Ausnehmung oder dem Sackloch (8) ein federkraftvorgespannter, leitfähiger Kontaktbolzen (9) eingesetzt ist, dessen Bewegungsweg vom schmelzbaren Element (10) blockiert und bei Überlastung des Überspannungsableiters (5) freigegeben wird, derart, dass der Kontaktbolzen (9) einen stabilen Kurzschluss zwischen der zweiten Elektrode (6) und dem becherartigen Gehäuse (1) herstellt.
  2. Gekapselte Überspannungsschutzvorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das schmelzbare Element (10) als stiftartiges Blockierteil ausgebildet ist, welches sich in einer quer zur Ausnehmung oder dem Sackloch (8) verlaufenden Bohrung befindet und mit einem seiner Enden in engem, wärmeleitenden Kontakt zur Oberfläche des Überspannungsableiters (5) steht.
  3. Gekapselte Überspannungsschutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die zweite Elektrode (6) einen Fortsatz besitzt, welcher einen axial verlaufenden Hohlraum (17) aufweist, wobei im Hohlraum (17) ein federkraftvorgespannter Signalisierungsstab (18) eingesetzt ist, dessen unteres, zum Kontaktbolzen (9) weisendes Ende von diesem in seiner Bewegung blockiert und im Kurzschlussfall freigegeben wird.
  4. Gekapselte Überspannungsschutzvorrichtung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das obere Ende (19) des Signalisierungsstabes (18) einen elektrischen Kennmelder (20) unmittelbar oder mittelbar betätigt.
  5. Gekapselte Überspannungsschutzvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Zustand bzw. die Lage des Signalisierungsstabes (18) visualisierbar ist.
  6. Gekapselte Überspannungsschutzvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der im becherartigen Gehäuse (1) befindliche scheibenförmige Überspannungsableiter (5) umfangseitig von einem kappenförmigen Isolationsteil (12) zentriert ist, wobei im Isolationsteil (12) Öffnungen (13) für den Durchtritt des mindestens einen Kontaktbolzens (9) vorhanden sind.
  7. Gekapselte Überspannungsschutzvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die zweite Elektrode (6) an ihrem zum Überspannungsableiter (5) weisenden Abschnitt (7) mehrere radiale Ausnehmungen (8) aufweist, welche sich im Mittelpunkt (M) oder dem Zentrum des Elektrodenabschnittes treffen, wobei jede der Ausnehmungen (8) einen federkraftvorgespannten, leitfähigen Kontaktbolzen (9) aufnimmt, deren jeweiliger Bewegungsweg von einem schmelzbaren Element (10) blockiert und bei Überlastung des Überspannungsableiters (5) freigegeben wird.
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