EP3488450A1 - Bauelement zum schutz vor überspannungen und dessen verwendung mit zwei varistoren und einem ableiter in einem einzigen bauteil - Google Patents

Bauelement zum schutz vor überspannungen und dessen verwendung mit zwei varistoren und einem ableiter in einem einzigen bauteil

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EP3488450A1
EP3488450A1 EP17740698.0A EP17740698A EP3488450A1 EP 3488450 A1 EP3488450 A1 EP 3488450A1 EP 17740698 A EP17740698 A EP 17740698A EP 3488450 A1 EP3488450 A1 EP 3488450A1
Authority
EP
European Patent Office
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component
abieiter
varistor
varistors
electrode
Prior art date
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Ceased
Application number
EP17740698.0A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Robert Hoffmann
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TDK Electronics AG
Original Assignee
TDK Electronics AG
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Filing date
Publication date
Application filed by TDK Electronics AG filed Critical TDK Electronics AG
Publication of EP3488450A1 publication Critical patent/EP3488450A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T1/00—Details of spark gaps
    • H01T1/16—Series resistor structurally associated with spark gap
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T4/00—Overvoltage arresters using spark gaps
    • H01T4/04—Housings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/04—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
    • H02H9/041—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage using a short-circuiting device
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
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    • H02H9/04—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
    • H02H9/06—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage using spark-gap arresters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T1/00—Details of spark gaps
    • H01T1/18—Electrolytic device structurally associated with spark gap

Definitions

  • the present invention relates to a device for protection against overvoltages.
  • the invention further relates to the use of a component for protection against overvoltages.
  • Overvoltage protection devices can be used as a short-circuit switch in the event of overvoltage. This can prevent a surge-related damage to cables and Gerä ⁇ th.
  • a problem to be solved is to provide an improved construction ⁇ element for protection against overvoltages. Furthermore, the use of an improved device for protection against overvoltage should be specified.
  • a device is specified.
  • the Bauele ⁇ ment is designed to protect against surges.
  • the 25 element is a combination component.
  • the component has ei ⁇ nen Abieiter, in particular a Gasabieiter on.
  • the component has a first varistor and a second varistor.
  • the varistors are maral ⁇ tet in series.
  • the varistors are, for example, disk varistors.
  • the varistors have a ceramic base material, preferably ⁇ as zinc oxide.
  • the component has a first connection element and a second connection element, for example wires.
  • the first varistor is electrically conductively connected to the first connection element.
  • the second varistor is electrically conductively connected to the second connection element.
  • the device combines the varistors and the Abieiter in a single component. In this way, an easy-to-use component for protection against overvoltages is provided with optimally matched components.
  • the component is compact and easy to assemble due to the union of the three components.
  • the Abieiter is arranged between the varistors.
  • the varistors are arranged directly adjacent to the Abieiter.
  • the varis ⁇ tors are soldered to the Abieiter, for example by means
  • the device is formed from ⁇ thereto and disposed over voltages between the first connection element and the second connection element to compen ⁇ Sieren.
  • the first connection element corresponds to the L conductor / the phase and the second connection element corresponds to the N conductor or vice versa.
  • the device is to be ⁇ forms and arranged over-voltages between the first connection element and a protective conductor and / or between the second connection element and the protective conductor to kompensie ⁇ ren. In this way, power surges can be effectively compensated by the device.
  • the drain has a first outer electrode and a second outer electrode.
  • the first Varistor is electrically connected to the first outer electrode.
  • the second varistor is electrically conductively connected to the second outer electrode.
  • the Abieiter has a disposed between the outer electrodes central electrode.
  • the drain further includes a discharge space for allowing electrical discharge between the first outer electrode and the central electrode and / or between the second outer electrode and the central electrode at an overvoltage. Overvoltages occurring between the L-conductor and the protective conductor as well as between the N-conductor and the protective conductor can be effectively compensated in this way.
  • the component has a contact element.
  • the contact element has, for example, a short-circuiting bridge.
  • the contact element is also madebil ⁇ det and arranged to compensate occurring between the first connection element and the second connection element overvoltage. Overvoltages occurring between the L-conductor and the N-conductor can be effectively compensated in this way.
  • the Abieiter on an iso ⁇ lator is designed and arranged to prevent a flashover of the contact element to the central electrode.
  • the insulator is formed between the contact element and the central electrode.
  • the iso ⁇ lator for example, disc-shaped. Preference ⁇ wise, the insulator on plastic.
  • a flashover between the contact element and the central electrode also by an increase in the vertical distance between the contact element and the central electrode can be obtained.
  • the maximum vertical distance in this case is about 2 mm.
  • the distance between the contact element and the central electrode can be reduced accordingly.
  • the Abieiter at least one insulating element, preferably two or four isolie ⁇ Rende elements on.
  • the insulating element is designed and arranged to prevent an electrically conductive connection between the outer electrodes and / or between the respective outer electrode and the central electrode.
  • the insulating member is at least partially disposed in an interim ⁇ c region between the respective outer electrode and the central electrode.
  • the insulating element comprises a ceramic, preferably aluminum oxide.
  • the device has an insulating sheath.
  • the shell preferably completely surrounds the component, with the exception of the connection elements. Ins ⁇ particular Abieiter and the varistors are arranged together within the insulating sheath.
  • the insulating sheath preferably has a powder coating. Due to the insulating sheath, the device can be effectively isolated electrically and mechanically to the outside.
  • Bauele ⁇ ment for protection against overvoltages.
  • the device is preferably used as input protection for a variety of devices such as 230V power supplies.
  • the above-mentioned device for ⁇ be required use is provided. All characteristics which are The same applies to the use of the component and vice versa.
  • a first varistor, a second varistor and a Abieiter are united in a single component.
  • FIG. 2 shows a component for protection against overvoltages according to a first exemplary embodiment
  • FIG. 3 is a sectional view of a portion of the building ⁇ elements according to Figure 2,
  • FIG. 4 shows a perspective view of the subregion according to FIG.
  • FIG. 3, Figure 5 is a sectional view of a device for
  • FIG. 6 is a perspective view of the device according to
  • FIG. 5 is a diagrammatic representation of FIG. 5.
  • FIG. 1 shows an electrical circuit 1 for protection against overvoltages according to the prior art.
  • the circuit 1 has three discrete or separate components.
  • the scarf ⁇ tion 1 has in particular a first varistor 5a and a second varistor 5b and a Abieiter 6.
  • the varistors 5a, 5b are connected in series.
  • the first varistor 5a is electrically connected via a node 7 to the L-conductor (phase) 2.
  • the second varistor 5b is electrically conductively connected to the N conductor 3 via a node 8.
  • the two varistors 5 a, 5 b are electrically conductively connected to the collector 6 via a further node 9.
  • the Abieiter 6 is preferably a Gasab- conductor.
  • the Abieiter 6 is electrically connected to the protective conductor (PE conductor) 4.
  • the circuit 1 protects against overvoltages which occur either between the L-conductor 2 and the N-conductor 3 or between the L-conductor 2 or the N-conductor 3 and the protective conductor 4.
  • the two series-connected varistors 5a, 5b limit the voltage.
  • the Abieiter 6 and the varistor 5a, 5b connected in series ignite the subsequent current until the Abieiter 6 extinguishes.
  • the Abieiter 6 usually has one very high response voltage so that overvoltage protection does not respond to production-related insulation tests. Klei ⁇ nere response voltages are possible if the insulation tests allow.
  • the response voltage is between 1500 V and 7500 V, for example 3600 V.
  • a device 10 which effectively protects against overvoltages and in which the individual components optimally aufei ⁇ Nander as well as to external requests (installation situation, insulation test) adjusted.
  • FIG. 2 shows a component 10 for protection against overvoltage according to a first exemplary embodiment.
  • the component 10 is cylindrical (see FIG. 6).
  • the construction ⁇ element 10 is a combination component.
  • the device 10 combines the components described above in a single component.
  • the component 10 has a first varistor 5a, a second varistor 5a and a collector 6.
  • the varistors 5a, 5b are disc-shaped or plate-shaped.
  • the varistors 5a, 5b are preferably plate varistors.
  • the varistors 5a, 5b zinc oxide (ZnO) as a ceramic base material.
  • the first Va ⁇ RISTOR 5a is electrically connected to a first terminal element IIa (here the L-wire 2).
  • the second Ristor 6b is electrically connected to a second connection element IIb (in this case the N conductor 3).
  • Diver post ⁇ Lich the first varistor 5a can also be connected to the N-conductor 3 and the second varistor 5b with the L-conductor 2 electrically conductive.
  • the connection elements IIa, IIb have at ⁇ game as lead wires.
  • the connection elements IIa, IIb are preferably at the respective varistor 5a, 5b, at ⁇ game as a side surface of the respective varistor 5a, 5b, soldered ( Figures 5 and 6).
  • the Abieiter 6 is embedded between the varistors 5a, 5b. In particular, adjacent a side surface of the respective Va ⁇ ristors 5a, 5b preferably directly to a side surface of the Abieiters 6 at.
  • the varistors 5a, 5b are soldered to the derivation ter 6, preferably by means of solder (see ⁇ soft solder 19, Figure 6).
  • the Abieiter 6 has three electrodes.
  • the collector 6 has a first outer electrode 13a and a second outer electrode 13b.
  • the Abieiter 6 has a arranged between the outer electrodes 13 a, 13 b central electrode 12.
  • the first outer electrode 13a is electrically connected to the first varistor 5a.
  • the second outer electrode 13b is electrically conductively connected to the second varistor 5b.
  • the central electrode 12 is connected to a third closing element 11c, preferably a lead wire electrically connected.
  • the third connection element IIa represents the protective conductor 4.
  • the outer electrodes 13a, 13b and the central electrode 12 preferably have copper or an iron-nickel alloy.
  • the cavity 20 is preferably with filled with a noble gas.
  • the gas may be, for example, air or a gas mixture.
  • the gas mixture may comprise one or more of argon, neon and hydrogen.
  • the central electrode 12 protrudes into the cavity 20 from an upper side and an underside of the Abieiters 6.
  • the gas-filled cavity 20 can be used in particular as Funkenstre ⁇ bridge. Accordingly, the gas-filled cavity 20 acts insulating, if between the outer electrodes 13a, 13b and the central electrode 12, a voltage is applied, which does not exceed a predetermined breakdown voltage ⁇ . When exceeding the breakdown voltage that is arranged in the gas-filled cavity 20 gas is ionized and the respective external electrode 13a, 13b is connected to the central ⁇ eral electrode 12 via the now formed in the cavity 20 of the spark gap conducting. This can lead to a short circuit. Because of this short-circuit is triggered in the component 10, an interconnected with the component 10 circuitry can be protected from damage Be ⁇ .
  • the device 10 further includes a contact member 17, before preferably ⁇ a jumper on.
  • the contact element 17 is formed bow-shaped.
  • the contact element 17 has at ⁇ game as copper, iron and / or nickel.
  • the contact element 17 is designed to produce an electrically conductive connection between the varistors 5a, 5b.
  • the contact element 17 compensates for overvoltages occurring between the first connection element IIa and the second connection element IIb.
  • a voltage occurring between the L-conductor 2 and the N-conductor 3 can be compensated.
  • the contact element 17 is attached to the outer electrodes 13a, 13b, in particular clipped (see Figures 5 and 6).
  • the contact element 17 preferably ⁇ two clamps 22, which are arranged at the ends of the Maisele ⁇ element 17, for example, soldered, are.
  • the brackets 22 and the contact element 17 can also be made in one piece.
  • the brackets 22 are for example semicircular madebil ⁇ det.
  • the brackets 22 are flexible or flexible.
  • the brackets 22 are elastically deformable.
  • the brackets 22 are designed to spring in the radial direction.
  • the brackets 22 are mounted on the component 10, in particular at Po ⁇ sition of the external electrodes 13a, 13b and moved along in verti ⁇ Kaler direction to the component 10, with the clips 22 and in particular their ends move radially outward ⁇ SEN. As soon as the clamps 22 have reached their end position and at least partially surround the outer region of the respective outer electrode 13a, 13b, the clamps 22 have become in the radially inward direction and the contact element 17 is clipped (Figure 6).
  • an insulating element or an insulator 16 is arranged between the contact element 17 and the central electrode 12.
  • the insulator 16 may comprise plastic, for example. With the aid of the insulator 16, a rollover of the contact element 17 to the centra ⁇ le electrode 12 can be prevented.
  • an insulating ele ment ⁇ 14 preferably a ceramic is formed.
  • the isolie ⁇ - generating element 14 is disc-shaped.
  • the insulating element 14 is, for example, a ceramic disk.
  • the ceramic may comprise alumina.
  • the device 10 is further surrounded by an insulating sheath 18.
  • the individual components of the component 10 are - with the exception of the connection elements IIa, IIb, 11c - all ⁇ together within the insulating sheath 18 is arranged.
  • the contact elements IIa, IIb and 11c penetrate the shell 18 at predetermined locations, as shown in FIG.
  • the insulating sheath preferably has a powder coating.
  • the insulating sheath 18 serves the electrical and mechanical insulation of the device 10 to the outside.
  • the component 10 is designed to effectively compensate for overvoltages occurring. In particular, it is designed to withstand loads of several kA 8/20 ys per side.
  • the device 10 combines those shown in Figure 1 compo nents ⁇ Studentsnapsskompenstechnik for the first time in a single component. By integration of the individual components into a component, the component 10 is easy to handle. Furthermore, it is characterized by its space-saving design and its easy installation.
  • the device has for example a length or horizon ⁇ tale expansion of less than or equal to 3 cm, for example 2.8 cm.
  • the height or vertical extent of the Bauele ⁇ ments with connection elements IIa, IIb, 11c is preferential ⁇ less than or equal 2.5 cm, for example 2.2 cm. Without connecting elements IIa, IIb, 11c, the height amounts to preferably less than 1.5 cm, for example 1 cm. Of course , a greater length and height for the component is also conceivable. For example, the length may be less than or equal to 5 cm.
  • the height without connecting elements IIa, IIb, 11c may be, for example, less than or equal to 2 cm.
  • Figures 3 and 4 show a sectional view and a perspective view of a portion of the device 10 according to Figure 2.
  • the figures show the Abieiter 6 with the two outer electrodes 13a, 13b, the central electrode 12 and the insulating elements 14. Between the outer electrodes 13a , 13b, the gas-filled cavity 20 is ⁇ forms.
  • the Abieiter 6 is cylindrical ( Figure 4).
  • the Abieiter 16 is mirror-symmetrical about a horizontal axis 15 constructed ( Figure 3).
  • the Abieiter 16 mirror ⁇ symmetrically about a vertical axis 21 constructed ( Figure 3).
  • the Abieiter 16 has a length of less than or equal to 1.5 cm.
  • the Abieiter 6 has a length of 1.1 cm.
  • the Abieiter 6 has a diameter of less than 1 cm, for example, 0.9 cm.
  • Figures 5 and 6 show a sectional view and a perspective view of the device 10 for protection against overvoltage according to another embodiment.
  • the component is shown without the insulating sheath 18 for reasons of clarity.
  • the component 10 in this exemplary embodiment is mirror-symmetrical about the horizontal axis 15 and about the vertical axis 21 (FIG. 5).
  • the vertical distance between the contact element 17 and the central electrode 12 is increased in this exemplary embodiment.
  • the vertical From ⁇ stand is for example 2 mm. Due to the increased from ⁇ stand between the contact element 17 and the central elec- rode 12 voltages up to 2 kV can be effectively compensated.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

Es wird ein Bauelement (10) zum Schutz vor Überspannungen beschrieben aufweisend einen Ableiter (6), einen ersten Varistor (5a) und einen zweiten Varistor (5b), ein erstes Anschlusselement (11a) und ein zweites Anschlusselement (11b), wobei der erste Varistor (5a) mit dem ersten Anschlusselement (11a) elektrisch leitend verbunden ist und wobei der zweite Varistor (5b) mit dem zweiten Anschlusselement (11b) elektrisch leitend verbunden ist und wobei das Bauelement (10) die Varistoren (5a, 5b) und den Ableiter (6) in einem einzigen Bauteil vereint. Ferner wird die Verwendung eines Bauelements (10) zum Schutz vor Überspannungen beschrieben.

Description

Beschreibung
BAUELEMENT ZUM SCHUTZ VOR ÜBERSPANNUNGEN UND DESEN VERWENDUNG M IT ZWEI VARISTOREN UND
EINEM ABLEITER IN EINEM EINZIGEN BAUTEIL
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauelement zum Schutz vor Überspannungen. Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines Bauelements zum Schutz vor Überspannungen.
Überspannungsschutzbauelemente können als Kurzschlussschalter im Fall einer Überspannung eingesetzt werden. Dadurch kann eine überspannungsbedingte Schädigung von Leitungen und Gerä¬ ten vermieden werden.
15 Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein verbessertes Bau¬ element zum Schutz vor Überspannungen anzugeben. Ferner soll die Verwendung eines verbesserten Bauelements zum Schutz vor Überspannung angegeben werden.
20 Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung sowie eine Verwen¬ dung gemäß der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Gemäß einem Aspekt wird ein Bauelement angegeben. Das Bauele¬ ment ist zum Schutz vor Überspannungen ausgebildet. Das Bau-
25 element ist ein Kombinationsbauteil. Das Bauelement weist ei¬ nen Abieiter, insbesondere einen Gasabieiter, auf. Das Bauelement weist einen ersten Varistor und einen zweiten Varistor auf. Vorzugsweise sind die Varistoren in Reihe geschal¬ tet. Die Varistoren sind beispielsweise Scheibenvaristoren.
30 Die Varistoren weisen ein keramisches Grundmaterial, vorzugs¬ weise Zinkoxid auf. Das Bauelement weist ein erstes Anschlusselement und ein zweites Anschlusselement, beispielsweise Drähte, auf. Der erste Varistor ist mit dem ersten Anschlusselement elektrisch leitend verbunden. Der zweite Varistor ist mit dem zweiten Anschlusselement elektrisch leitend verbunden. Das Bauelement vereint die Varistoren und den Abieiter in einem einzigen Bauteil. Auf diese Weise wird ein einfach zu handhabendes Bauteil zum Schutz vor Überspannungen mit optimal aufeinander abgestimmten Komponenten zur Verfügung gestellt. Das Bauteil ist durch die Vereinigung der drei Komponenten kompakt und leicht zu montieren.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Abieiter zwischen den Varistoren angeordnet. Die Varistoren sind unmittelbar an den Abieiter angrenzend angeordnet. Vorzugsweise sind die Varis¬ toren mit dem Abieiter verlötet, beispielsweise mittels
Weichlot. Auf diese Weise wird ein kompaktes, stabiles und zuverlässiges Bauelement zur Verfügung gestellt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Bauelement dazu aus¬ gebildet und angeordnet Überspannungen zwischen dem ersten Anschlusselement und dem zweiten Anschlusselement zu kompen¬ sieren. Beispielsweise entspricht das erste Anschlusselement dem L-Leiter/der Phase und das zweite Anschlusselement dem N- Leiter oder umgekehrt. Ferner ist das Bauelement dazu ausge¬ bildet und angeordnet Überspannungen zwischen dem ersten Anschlusselement und einem Schutzleiter und/oder zwischen dem zweiten Anschlusselement und dem Schutzleiter zu kompensie¬ ren. Auf diese Weise können Überspannungen durch das Bauele- ment wirksam kompensiert werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist der Abieiter eine erste Außenelektrode und eine zweite Außenelektrode auf. Der erste Varistor ist elektrisch leitend mit der ersten Außenelektrode verbunden. Der zweite Varistor ist elektrisch leitend mit der zweiten Außenelektrode verbunden. Der Abieiter weist eine zwischen den Außenelektroden angeordnete zentrale Elektrode auf. Der Abieiter weist ferner einen Entladeraum auf zur Ermöglichung einer elektrischen Entladung zwischen der ersten Außenelektrode und der zentralen Elektrode und/oder zwischen der zweiten Außenelektrode und der zentralen Elektrode bei einer Überspannung. Zwischen dem L-Leiter und dem Schutzlei- ter sowie zwischen dem N-Leiter und dem Schutzleiter auftretende Überspannungen können auf diese Weise effektiv kompensiert werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Bauelement ein Kon- taktelement auf. Das Kontaktelement weist beispielsweise eine Kurzschlussbrücke auf. Das Kontaktelement ist dazu ausgebil¬ det und angeordnet eine zwischen dem ersten Anschlusselement und dem zweiten Anschlusselement auftretende Überspannung zu kompensieren. Zwischen dem L-Leiter und dem N-Leiter auftre- tende Überspannungen können auf diese Weise effektiv kompensiert werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist der Abieiter einen Iso¬ lator auf. Der Isolator ist dazu ausgebildet und angeordnet ist einen Überschlag von dem Kontaktelement auf die zentrale Elektrode zu verhindern. Der Isolator ist zwischen dem Kontaktelement und der zentralen Elektrode ausgebildet. Der Iso¬ lator ist beispielsweise scheibenförmig ausgebildet. Vorzugs¬ weise weist der Isolator Plastik auf.
Alternativ dazu kann ein Überschlag zwischen dem Kontaktelement und der zentralen Elektrode auch durch eine Vergrößerung des vertikalen Abstands zwischen dem Kontaktelement und der zentralen Elektrode erwirkt werden. Vorzugsweise beträgt der maximale vertikale Abstand in diesem Fall ca. 2 mm. Bei In¬ tegration eines Isolators in das Bauelement kann der Abstand zwischen dem Kontaktelement und der zentralen Elektrode ent- sprechend verkleinert werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist der Abieiter wenigstens ein isolierendes Element, vorzugsweise zwei oder vier isolie¬ rende Elemente, auf. Das isolierende Element ist dazu ausge- bildet und angeordnet eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Außenelektroden und/oder zwischen der jeweiligen Außenelektrode und der zentralen Elektrode zu verhindern. Das isolierende Element ist zumindest teilweise in einem Zwi¬ schenraum zwischen der jeweiligen Außenelektrode und der zentralen Elektrode angeordnet. Das isolierende Element weist eine Keramik, vorzugsweise Aluminiumoxid, auf.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Bauelement eine isolierende Hülle auf. Die Hülle umgibt das Bauelement mit Ausnahme der Anschlusselemente vorzugsweise vollständig. Ins¬ besondere sind der Abieiter und die Varistoren gemeinsam innerhalb der isolierenden Hülle angeordnet. Die isolierende Hülle weist vorzugsweise eine Pulverbeschichtung auf. Durch die isolierende Hülle kann das Bauelement wirksam elektrisch und mechanisch nach Außen isoliert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird die Verwendung eines Bauele¬ ments zum Schutz vor Überspannungen beschrieben. Das Bauelement wird vorzugsweise als Eingangsschutz für eine Vielzahl von Geräten, wie beispielsweise 230 V Netzteilen, verwendet. Vorzugsweise ist das oben erläuterte Bauelement für die be¬ schriebene Verwendung vorgesehen. Alle Merkmale, die in Zu- sammenhang mit dem Bauelement erläutert wurden, gelten auch für die Verwendung und umgekehrt.
Durch das Bauelement sind ein erster Varistor, ein zweiter Varistor und ein Abieiter in einem einzigen Bauteil vereint. Damit wird die Verwendung eines leicht zu handhabenden und leicht einzubauenden Überspannungsschutzbauelements beschrie¬ ben, dessen einzelne Komponenten optimal aufeinander abgestimmt sind. Dadurch kann ein effektiver und einfacher Schutz vor Überspannungen erwirkt werden.
Die nachfolgend beschriebenen Zeichnungen sind nicht als ma߬ stabsgetreu aufzufassen. Vielmehr können zur besseren Darstellung einzelne Dimensionen vergrößert, verkleinert oder auch verzerrt dargestellt sein.
Elemente, die einander gleichen oder die die gleiche Funktion übernehmen, sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Es zeigen:
Figur 1 eine elektrische Schaltung zum Schutz vor Überspannungen gemäß dem Stand der Technik,
Figur 2 ein Bauelement zum Schutz vor Überspannungen gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Figur 3 eine Schnittdarstellung eines Teilbereichs des Bau¬ elements gemäß Figur 2,
Figur 4 eine perspektivische Ansicht des Teilbereichs gemäß
Figur 3, Figur 5 eine Schnittdarstellung eines Bauelements zum
Schutz vor Überspannungen gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel , Figur 6 eine perspektivische Ansicht des Bauelements gemäß
Figur 5.
Die Figur 1 zeigt eine elektrische Schaltung 1 zum Schutz vor Überspannungen gemäß dem Stand der Technik. Die Schaltung 1 weist drei diskrete bzw. separate Komponenten auf. Die Schal¬ tung 1 weist insbesondere einen ersten Varistor 5a und einen zweiten Varistor 5b sowie einen Abieiter 6 auf.
Die Varistoren 5a, 5b sind in Reihe geschaltet. Der erste Va- ristor 5a ist über einen Knotenpunkt 7 mit dem L-Leiter (Phase) 2 elektrisch leitend verbunden. Der zweite Varistor 5b ist über einen Knotenpunkt 8 mit dem N-Leiter 3 elektrisch leitend verbunden. Die beiden Varistoren 5a, 5b sind über einen weiteren Knotenpunkt 9 elektrisch leitend mit dem Ablei- ter 6 verbunden. Der Abieiter 6 ist vorzugsweise ein Gasab- leiter. Der Abieiter 6 ist mit dem Schutzleiter (PE-Leiter) 4 elektrisch leitend verbunden.
Die Schaltung 1 schützt vor Überspannungen, die entweder zwi- sehen dem L-Leiter 2 und dem N-Leiter 3 oder zwischen dem L- Leiter 2 bzw. dem N-Leiter 3 und dem Schutzleiter 4 auftreten. Bei Überspannung zwischen dem L-Leiter 2 und dem N- Leiter 3 begrenzen die beiden in Reihe geschalteten Varistoren 5a, 5b die Spannung. Bei einer Überspannung zwischen dem L-Leiter 2 und dem Schutzleiter 4 bzw. dem N-Leiter 3 und dem Schutzleiter 4 zündet der Abieiter 6 und der dann in Reihe geschaltete Varistor 5a, 5b begrenzt den Folgestrom bis der Abieiter 6 verlöscht. Der Abieiter 6 hat in der Regel eine sehr hohe Ansprechspannung damit der Überspannungsschutz bei herstellungsbedingten Isolationstests nicht anspricht. Klei¬ nere Ansprechspannungen sind möglich, wenn die Isolationstests dies zulassen. Beispielsweise beträgt die Ansprechspan- nung zwischen 1500 V und 7500 V, beispielsweise 3600 V.
Das Problem bei einem derartigen Eingangsschutz ist die Abstimmung der Komponenten (Varistoren, Abieiter) aufeinander. Diese müssen sowohl an die Netzspannung, an die zu erwartende Störbelastung, an das Isolationstestspannungsniveau und an die Platzbedürfnisse angepasst sein.
In Zusammenhang mit den Figuren 2 bis 6 wird daher ein Bauelement 10 beschrieben, das wirksam vor Überspannungen schützt und bei dem die einzelnen Komponenten optimal aufei¬ nander sowie auf äußere Anforderungen (Einbausituation, Isolationstest) angepasst sind.
Die Figur 2 zeigt ein Bauelement 10 zum Schutz vor Überspan- nungen gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Das Bauelement 10 ist zylinderförmig ausgestaltet (siehe Figur 6) . Das Bau¬ element 10 ist ein Kombinationsbauteil. Das Bauelement 10 vereint die oben beschriebenen Komponenten in einem einzigen Bauteil. Insbesondere weist das Bauelement 10 einen ersten Varistor 5a, einen zweiten Varistor 5a sowie einen Abieiter 6 auf .
Die Varistoren 5a, 5b sind Scheiben- bzw. plättchenförmig ausgebildet. Die Varistoren 5a, 5b sind vorzugsweise Schei- benvaristoren . Vorzugsweise weisen die Varistoren 5a, 5b Zinkoxid (ZnO) als keramisches Grundmaterial auf. Der erste Va¬ ristor 5a ist elektrisch leitend mit einem ersten Anschlusselement IIa (hier dem L-Leiter 2) verbunden. Der zweite Va- ristor 6b ist elektrisch leitend mit einem zweiten Anschlusselement IIb (hier dem N-Leiter 3) verbunden. Selbstverständ¬ lich kann der erste Varistor 5a auch mit dem N-Leiter 3 und der zweite Varistor 5b mit dem L-Leiter 2 elektrisch leitend verbunden sein. Die Anschlusselemente IIa, IIb weisen bei¬ spielsweise Anschlussdrähte auf. Die Anschlusselemente IIa, IIb sind vorzugsweise an dem jeweiligen Varistor 5a, 5b, bei¬ spielsweise einer Seitenfläche des jeweiligen Varistors 5a, 5b, angelötet (Figuren 5 und 6) .
Der Abieiter 6 ist zwischen den Varistoren 5a, 5b eingebettet. Insbesondere grenzt eine Seitenfläche des jeweiligen Va¬ ristors 5a, 5b vorzugsweise unmittelbar an eine Seitenfläche des Abieiters 6 an. Die Varistoren 5a, 5b sind mit dem Ablei- ter 6 verlötet, vorzugsweise mittels Weichlot (siehe Weich¬ lötpunkt 19, Figur 6) .
Der Abieiter 6 weist drei Elektroden auf. Der Abieiter 6 weist eine erste Außenelektrode 13a und eine zweite Au- ßenelektrode 13b auf. Der Abieiter 6 weist eine zwischen den Außenelektroden 13a, 13b angeordnete zentrale Elektrode 12 auf. Die erste Außenelektrode 13a ist elektrisch leitend mit dem ersten Varistor 5a verbunden. Die zweite Außenelektrode 13b ist elektrisch leitend mit dem zweiten Varistor 5b ver- bunden. Die zentrale Elektrode 12 ist mit einem dritten An¬ schlusselement 11c, vorzugsweise einem Anschlussdraht, elektrisch leitend verbunden. Das dritte Anschlusselement IIa stellt vorliegend den Schutzleiter 4 dar. Vorzugsweise weisen die Außenelektroden 13a, 13b sowie die zentrale Elektrode 12 Kupfer oder eine Eisen-Nickel Legierung auf.
Zwischen den Außenelektroden 13a, 13b ist ein gasgefüllter Hohlraum 20 ausgebildet. Der Hohlraum 20 ist vorzugsweise mit einem Edelgas gefüllt. Alternativ kann es sich bei dem Gas beispielsweise um Luft oder ein Gasgemisch handeln. Das Gasgemisch kann einen oder mehrere der Stoffe Argon, Neon und Wasserstoff aufweisen. Die zentrale Elektrode 12 ragt von ei- ner Oberseite- und Unterseite des Abieiters 6 in den Hohlraum 20 hinein.
Der gasgefüllte Hohlraum 20 kann insbesondere als Funkenstre¬ cke genutzt werden. Dementsprechend wirkt der gasgefüllte Hohlraum 20 isolierend, sofern zwischen den Außenelektroden 13a, 13b und der zentralen Elektrode 12 eine Spannung anliegt, die eine vorbestimmte Durchschlagsspannung nicht über¬ schreitet. Bei Überschreiten der Durchschlagsspannung wird das in dem gasgefüllten Hohlraum 20 angeordnete Gas ionisiert und die jeweilige Außenelektrode 13a, 13b wird mit der zent¬ ralen Elektrode 12 über die in dem Hohlraum 20 nunmehr ausgebildete Funkenstrecke leitend verbunden. Auf diese Weise kann es zu einem Kurzschluss kommen. Dadurch, dass dieser Kurz- schluss in dem Bauelement 10 ausgelöst wird, kann eine mit dem Bauelement 10 verschaltete Schaltungsanordnung vor Be¬ schädigung geschützt werden.
Bei Auftreten einer Überspannung zwischen dem ersten Anschlusselement IIa (L-Leiter 2) und dem dritten Anschlussele- ment 11c (Schutzleiter 4) erfolgt dabei auch ein automati¬ sches Zünden der anderen Seite (zwischen dem zweiten Anschlusselement IIb und dem dritten Anschlusselement 11c) und umgekehrt. Dadurch können selbst kleine Überspannungen, welche nicht selbstständig zu einer Zündung der Funkenstrecke geführt hätten, abgebaut werden. Somit werden sowohl der L- Leiter 2 als auch der N-Leiter 3 zu jeder Zeit wirksam vor Überspannung geschützt. Das Bauelement 10 weist ferner ein Kontaktelement 17, vor¬ zugsweise eine Kurzschlussbrücke, auf. Das Kontaktelement 17 ist bügeiförmig ausgebildet. Das Kontaktelement 17 weist bei¬ spielsweise Kupfer, Eisen und/oder Nickel auf.
Das Kontaktelement 17 ist dazu ausgebildet eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Varistoren 5a, 5b herzustellen. Insbesondere kompensiert das Kontaktelement 17 zwischen dem ersten Anschlusselement IIa und dem zweiten Anschlussele- ment IIb auftretende Überspannungen. Mit anderen Worten, mit Hilfe des Kontaktelements 17 kann eine zwischen dem L-Leiter 2 und dem N-Leiter 3 (siehe Figur 1) auftretende Spannung kompensiert werden. Vorzugsweise ist das Kontaktelement 17 an den Außenelektroden 13a, 13b befestigt, insbesondere aufgeclippt (siehe Figuren 5 und 6) . Zu diesem Zweck weist das Kontaktelement 17 vorzugs¬ weise zwei Klammern 22 auf, die an den Enden des Kontaktele¬ ments 17 angeordnet, beispielsweise angelötet, sind. Die Klammern 22 und das Kontaktelement 17 können aber auch einstückig ausgeführt sein.
Die Klammern 22 sind beispielsweise halbkreisförmig ausgebil¬ det. Die Klammern 22 sind flexibel bzw. biegsam ausgebildet. Die Klammern 22 sind elastisch deformierbar. Die Klammern 22 sind dazu ausgelegt in radialer Richtung zu federn. Die Klammern 22 werden auf das Bauelement 10, insbesondere an der Po¬ sition der Außenelektroden 13a, 13b aufgesetzt und in verti¬ kaler Richtung an dem Bauelement 10 entlangbewegt, wobei sich die Klammern 22 und insbesondere deren Enden radial nach au¬ ßen bewegen. Sobald die Klammern 22 ihre Endposition erreicht haben und den Außenbereich der jeweiligen Außenelektrode 13a, 13b zumindest teilweise umgeben, haben sich die Klammern 22 in die radial nach innen liegende Richtung zurückentspannt und das Kontaktelement 17 ist aufgeclippt (Figur 6) .
In diesem Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Kontaktelement 17 und der zentralen Elektrode 12 ein isolierendes Element bzw. ein Isolator 16 angeordnet. Der Isolator 16 kann beispielsweise Plastik aufweisen. Mit Hilfe des Isolators 16 kann ein Überschlag von dem Kontaktelement 17 auf die zentra¬ le Elektrode 12 verhindert werden.
Zwischen der jeweiligen Außenelektrode 13a, 13b und der zent¬ ralen Elektrode 12 ist ferner jeweils ein isolierendes Ele¬ ment 14, vorzugsweise eine Keramik, ausgebildet. Das isolie¬ rende Element 14 ist scheibenförmig ausgebildet. Das isolie- rende Element 14 ist beispielsweise eine Keramikscheibe. Die Keramik kann Aluminiumoxid aufweisen. Mit Hilfe des isolie¬ renden Elements 14 wird eine elektrische Verbindung zwischen den Elektroden 13a, 13b und 12 verhindert. Das Bauelement 10 ist ferner von einer isolierenden Hülle 18 umgeben. Die einzelnen Komponenten des Bauelements 10 sind - mit Ausnahme der Anschlusselemente IIa, IIb, 11c - alle zu¬ sammen innerhalb der isolierenden Hülle 18 angeordnet.
Zur Kontaktierung des Bauelements 10 durchdringen die An- Schlusselemente IIa, IIb und 11c an vorbestimmten Stellen die Hülle 18, wie in der Figur 2 dargestellt ist. Die isolierende Hülle weist vorzugsweise eine Pulverbeschichtung auf. Die isolierende Hülle 18 dient der elektrischen und mechanischen Isolierung des Bauelements 10 nach Außen.
Das Bauteil 10 ist dazu ausgelegt auftretende Überspannungen wirksam zu kompensieren. Insbesondere ist es dazu ausgebildet Belastungen von mehreren kA 8/20 ys pro Seite standzuhalten. Das Bauelement 10 vereint die in der Figur 1 gezeigten Kompo¬ nenten zur Überspannungskompensierung erstmals in einem Bauteil. Durch Integration der einzelnen Komponenten in ein Bau- teil ist das Bauelement 10 einfach zu handhaben. Ferner zeichnet es sich durch seine platzsparende Bauweise sowie seine leichte Montage aus.
Das Bauelement weist beispielsweise eine Länge oder horizon¬ tale Ausdehnung von kleiner oder gleich 3 cm, beispielsweise 2,8 cm, auf. Die Höhe oder vertikale Ausdehnung des Bauele¬ ments mit Anschlusselementen IIa, IIb, 11c beträgt vorzugs¬ weise kleiner oder gleich 2,5 cm, beispielsweise 2,2 cm. Ohne Anschlusselemente IIa, IIb, 11c beläuft sich die Höhe auf vorzugsweise weniger als 1,5 cm, beispielsweise 1 cm. Selbst¬ verständlich ist auch eine größere Länge und Höhe für das Bauelement vorstellbar. Beispielsweise kann die Länge kleiner oder gleich 5 cm betragen. Die Höhe ohne Anschlusselemente IIa, IIb, 11c kann beispielsweise kleiner oder gleich 2 cm betragen .
Die Figuren 3 und 4 zeigen eine Schnittdarstellung sowie eine perspektivische Ansicht eines Teilbereichs des Bauelements 10 gemäß Figur 2. Insbesondere zeigen die Figuren den Abieiter 6 mit den beiden Außenelektroden 13a, 13b, der zentralen Elektrode 12 sowie den isolierenden Elementen 14. Zwischen den Außenelektroden 13a, 13b ist der gasgefüllte Hohlraum 20 ausge¬ bildet . Der Abieiter 6 ist zylinderförmig ausgestaltet (Figur 4) . Der Abieiter 16 ist spiegelsymmetrisch um eine horizontale Achse 15 aufgebaut (Figur 3) . Ferner ist der Abieiter 16 spiegel¬ symmetrisch um eine vertikale Achse 21 aufgebaut (Figur 3) . Der Abieiter 16 weist eine Länge von kleiner oder gleich 1,5 cm auf. Beispielsweise weist der Abieiter 6 eine Länge von 1,1 cm auf. Der Abieiter 6 weist einen Durchmesser von kleiner 1 cm, beispielsweise 0,9 cm auf.
Die Figuren 5 und 6 zeigen eine Schnittdarstellung sowie eine perspektivische Ansicht des Bauelements 10 zum Schutz vor Überspannungen gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. In den Figuren 5 und 6 ist das Bauelement aus Gründen der Über- sichtlichkeit ohne die isolierende Hülle 18 dargestellt. Wie auch das Bauelement 10 gemäß Figur 2 ist das Bauelement 10 in diesem Ausführungsbeispiel spiegelsymmetrisch um die horizontale Achse 15 und um die vertikale Achse 21 aufgebaut (Figur 5) .
Im Gegensatz zu dem in Zusammenhang mit Figur 2 beschriebenen Bauelement 10 ist hier kein Isolator 16 zwischen dem Kontaktelement 17 und der zentralen Elektrode 12 ausgebildet. Zur Verhinderung eines Überschlags zwischen dem Kontaktelement 17 und der zentralen Elektrode 12 ist jedoch der vertikale Ab¬ stand zwischen Kontaktelement 17 und zentraler Elektrode 12 in diesem Ausführungsbeispiel vergrößert. Der vertikale Ab¬ stand beträgt beispielsweise 2 mm. Durch den vergrößerten Ab¬ stand zwischen dem Kontaktelement 17 und der zentralen Elekt- rode 12 können Spannungen bis 2 kV wirksam kompensiert werden .
Alle weiteren Merkmale des Bauelements 10 entsprechen den in Zusammenhang mit der Figur 2 beschriebenen Merkmalen.
Die Beschreibung der hier angegebenen Gegenstände ist nicht auf die einzelnen speziellen Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr können die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen - soweit technisch sinnvoll - beliebig miteinander kombiniert werden .
Bezugs zeichenliste
1 Schaltung
2 Phase / L-Leiter
3 Nullleiter / N-Leiter
4 Schutzleiter / PE-Leiter
5a Erster Varistor
5b Zweiter Varistor
6 Abieiter
7 Knotenpunkt
8 Knotenpunkt
9 Knotenpunkt
10 Bauelement
IIa Erstes Anschlusselement
IIb Zweites Anschlusselement
11c Drittes Anschlusselement
12 Zentrale Elektrode
13a Erste Außenelektrode
13b Zweite Außenelektrode
14 Isolierendes Element
15 Horizontale Achse
16 Isolator
17 Kontaktelernent
18 Hülle
19 Lötpunkt
20 Hohlraum / Entladeraum
21 Vertikale Achse

Claims

Patentansprüche
1. Bauelement (10) zum Schutz vor Überspannungen aufweisend:
- einen Abieiter (6),
- einen ersten Varistor (5a) und einen zweiten Varistor (5b) ,
- ein erstes Anschlusselement (IIa) und ein zweites Anschlus¬ selement (IIb), wobei der erste Varistor (5a) mit dem ersten Anschlusselement (IIa) elektrisch leitend verbunden ist und wobei der zweite Varistor (5b) mit dem zweiten Anschlussele- ment (IIb) elektrisch leitend verbunden ist und wobei das
Bauelement (10) die Varistoren (5a, 5b) und den Abieiter (6) in einem einzigen Bauteil vereint.
2. Bauelement (10) nach Anspruch 1,
wobei der Abieiter (6) zwischen den Varistoren (5a, 5b) angeordnet ist und wobei die Varistoren (5a, 5b) unmittelbar an den Abieiter (6) angrenzend angeordnet sind.
3. Bauelement (10) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei das Bauelement (10) dazu ausgebildet und angeordnet ist, Überspannungen zwischen dem ersten Anschlusselement (IIa), und dem zweiten Anschlusselement (IIb), zwischen dem ersten Anschlusselement (IIa) und einem Schutzleiter (4) und/oder zwischen dem zweiten Anschlusselement (IIb) und dem Schutzleiter (4) zu kompensieren, wobei das erste Anschlusselement (IIa) die Phase (2) und das zweite Anschlusselement (IIb) den N-Leiter (3) darstellt oder umgekehrt.
4. Bauelement (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Varistoren (5a, 5b) in Reihe geschaltet sind.
5. Bauelement (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Abieiter (6) eine erste Außenelektrode (13a), eine zweite Außenelektrode (13b) und eine zwischen den Außenelekt¬ roden (13a, 13b) angeordnete zentrale Elektrode (12) auf¬ weist, und wobei der Abieiter (6) einen Entladeraum (20) auf- weist zur Ermöglichung einer elektrischen Entladung zwischen der ersten Außenelektrode (13a) und der zentralen Elektrode (12) und/oder zwischen der zweiten Außenelektrode (13b) und der zentralen Elektrode (12) bei einer Überspannung.
6. Bauelement (10) nach Anspruch 5,
wobei der erste Varistor (5a) elektrisch leitend mit der ers¬ ten Außenelektrode (13a) verbunden ist und wobei der zweite Varistor (5b) elektrisch leitend mit der zweiten Außenelektrode (13b) verbunden ist.
7. Bauelement (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend ein Kontaktelement (17), wobei das Kontaktelement (17) dazu ausgebildet und angeordnet ist eine zwischen dem ersten Anschlusselement (IIa) und dem zweiten Anschlussele- ment (IIb) auftretende Überspannung zu kompensieren.
8. Bauelement (10) nach Anspruch 7,
wobei das Kontaktelement (17) eine Kurzschlussbrücke auf¬ weist.
9. Bauelement (10) nach Anspruch 7 oder 8 und einem der Ansprüche 5 oder 6,
wobei der Abieiter (6) einen Isolator (16) aufweist, wobei der Isolator (16) dazu ausgebildet und angeordnet ist einen Überschlag von dem Kontaktelement (17) auf die zentrale
Elektrode (12) zu verhindern.
10. Bauelement (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei der Abieiter (6) wenigstens ein isolierendes Element (14) aufweist, wobei das isolierende Element (14) dazu ausge¬ bildet und angeordnet ist eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Außenelektroden (13a, 13b) und/oder zwischen der jeweiligen Außenelektrode (13a, 13b) und der zentralen Elekt¬ rode (12) zu verhindern.
11. Bauelement (10) nach Anspruch 10,
wobei das isolierende Element (14) eine Keramik aufweist.
12. Bauelement (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend eine isolierende Hülle (18), wobei der Abieiter (6) und die Varistoren (5a, 5b) gemeinsam innerhalb der iso¬ lierenden Hülle (18) angeordnet sind.
13. Bauelement (10) nach Anspruch 12, wobei die isolierende Hülle (18) eine Pulverbeschichtung aufweist.
14. Verwendung eines Bauelements (10) zum Schutz vor Über- Spannungen, wobei durch das Bauelement (10) ein erster Varis¬ tor (5a), ein zweiter Varistor (5b) und ein Abieiter (6) in einem einzigen Bauteil vereint sind.
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