JP2009540777A - 過電圧保護器に使用するための、好ましくはトリップボルトとして形成された付加的な機械式トリップを備えた過電流保護装置 - Google Patents

Abstract

本発明は過電圧保護器に使用するための、好ましくはトリップボルトとして形成された付加的な機械式トリップを備えた過電流保護装置に関する。本発明により、前記機械式トリップを含んだ第１の機能ユニットは第１のヒューズエレメントを有する。過負荷保護手段として形成された第２の機能ユニットは第２のヒューズエレメントを有する。前記いずれの機能ユニットもケーシング内に配置され、それぞれのケーシングの両側面には互いに対向する封止キャップが設けられ、前記可溶体はそれぞれケーシング内に位置して前記封止キャップに電気的に接続されている。前記第１と第２の機能ユニットは電気的に並列接続され、この並列回路は過電圧保護器に直列接続されている。前記双方の機能ユニットは１つの共通の機械式結合体を形成し、それぞれのケーシングは別々の弾性被覆によって包囲されているかまたは双方のケーシングは共通の弾性被覆またはさらに別の、ただし弾性を有するケーシングによって包囲されている。

Description

本発明は請求項１の上位概念記載の、過電圧保護器に使用するための、好ましくはトリップボルトとして形成された付加的な機械式トリップを備えた過電流保護装置に関する。

過電圧保護器は電気および情報技術ネットワークにおいて、装置、負荷機および端末機の保護に使用される。

この種の過電圧保護器は特に過渡的過電圧事象たとえば雷事象に際して電圧を安全な値に制限する。

上記の制限は過電圧事象に際して横路による衝撃電流の誘導によって行われ、したがって、一般に負荷機端子と並列に行われる。

過電圧保護素子としては、なかんずく、火花ギャップ、バリスタ、サプレッサダイオード、ガスサプレッサ、キャパシタおよび非線形抵抗ならびにそれらのコンビネーションが使用される。

上述した素子は一般に非線形応答特性ないし非線形特性曲線を有している。

これらの素子が頻繁に応答する場合ないし過度に高いもしくは過度に長く持続する過電圧または電流に起因して生ずる過負荷に際し、過電圧保護器は徐々に老化しまたは破壊するに至る。

性能の異なったおよび／または過電圧保護レベルの異なった過電圧サプレッサが通例のようにずらして配置される場合、老化の結果あるいはまた装置の変化の結果、過電圧サプレッサの本来正しい仕様と連係に際しても、過負荷のリスクは高まり得る。

しばしば作用原理の異なるこの種の連係器具の過負荷は、望ましくない、一部は装置全体を危険に曝す障害を結果し得る。

この場合、過負荷の原因は多様であり、それぞれの保護器に固有である。

一例として挙げたバリスタの場合、漸次老化に際し、相対的に長期にわたる非常に僅かな漏れ電流によって破壊が生じ得る。したがって、この種の負荷に対する保護手段として、多くの場合に、熱動断路装置が使用される。

熱動断路装置によりそのスイッチング容量範囲内で、ｍＡから数Ａまでの範囲の僅かな漏れ電流時およびバリスタの低圧範囲において、通例十分な保護を実現することができる。

バリスタがその能力を越える衝撃電流によるかまたは極端に高い電流／電圧峻度によって負荷される場合には、バリスタは破壊またはフラッシオーバを生じ得る。
他方、長く続く過渡的過電圧ないし電源周波数過電圧による負荷に際しては、数十ｍｓの経過後にバリスタの熱的破壊または絶縁破壊が生じ得る。

最後に挙げた欠陥は公知の熱動断路装置によっては、その応答時間が通例複数秒に達するために、統御することはできない。

したがって、上述した理由から、バリスタを従来の溶断ヒューズまたは開閉器と直列接続して使用するのが通例である。

バリスタ板のメーカは十分な保護のために、多くの場合、この種の前保護の最大定格電流値を挙げている。通例のヒューズは衝撃電流負荷時に、一般に、その理論的断熱溶断積分値の著しく下方ですでに応答する。

ただし、それによってバリスタが負荷される短時間だが高い衝撃電流の場合には、バリスタの負荷限度はすでにヒューズの理論値の著しく上方、したがって、その実際の最大値の遥か上方にある。

これが意味するところは、バリスタが問題なく何度も抑止する衝撃値がすでに１回の負荷時に、メーカ記載によればバリスタ板の保護に最大限許容可能なヒューズの破壊を生じ得るということである。

したがって、バリスタ板の能力をできるだけ容易に利用するため、過電圧保護器のメーカにより、多くの場合、より大きなヒューズが推奨される。ただしこれは、故障発生時に、作動が遅すぎるために生ずる、より高いＩ２ｔ（溶断ジュール積分値）負荷のために、著しい器具損傷を結果し得る。

過電圧保護素子の保護機能の他に、しばしば、ヒューズの応答が過負荷および過電圧保護素子の断路に関する表示基準として用いられる。

そのため、ヒューズと相関させて電流遮断ないし電圧降下の高まりが評価される。
視覚的表示の他に、音響表示または遠隔表示スイッチの開閉にも電気信号が使用される。ただし、信号送信のための電気エネルギーの使用はいくつかの短所を有している。数多くの表示にはエネルギーが必要であり、また、それは望ましくない漏れ電流の原因となる。サージ電流負荷時のヒューズの切断はしばしば不確定かつ不測である。ヒューズの可溶体は衝撃負荷の後、それ自体として望ましいハイオーム遮断を生ずることなく、個々の並列ボトルネックの解離から可溶体の全面的破壊までに及ぶことのある極めて多様な損傷を結果し得る。

上記の説明により、表示機能が器具の故障を表示することなく、なおｍＡレベルまたはＡレベルの電流も生ずることが可能である。これは新たな過電圧事象に際して、装置のチェックにもかかわらず、著しい損傷を結果し得る。

上述した挙動の原因は、縦分路における電源周波数故障電流時と横分路における衝撃電流時とのヒューズの機能方式の相違にある。

ヒューズの応答を結果する縦分路における電源周波数電流の高まりに際し、可溶体遮断は、唯一の遮断点を表し、レリースされたヒューズの電圧強度は、電源電圧よりも高くなければならない。これは、ヒューズ内にハイオームの、かなり長い遮断区間を生ずる。

他方、横分路では、電源電圧強度は、一般に、まだそれほど大きくない過負荷時にも、過電圧保護器によって引き受けられる。つまり、ヒューズはその応答後にも必ずしも電源電圧で負荷されるわけではない。これは時としてヒューズ内に不確定の遮断区間を生ずる。

他方で、衝撃電流はしばしば可溶体に著しい機械荷重をもたらし、可溶体の通例並列のボトルネックに非常に異なった電流分布を生ずる。これによりしばしば可溶体の部分的破壊が生ずるに至る。衝撃のエネルギー成分が可溶体を縦断的にすべてのボトルネック領域で溶断するのにまさに十分であっても、これは必ずしもハイオームの遮断点を結果しない。溶断した可溶体の残りと周りの充填材はしばしばなおわずか数キロオームの抵抗との導電結合を生ずる。これは完全に、従来の、電気エネルギーをベースとした装置の誤表示を結果し得る。これは、サプレッサ状態の誤表示の他に、新たな衝撃負荷に際して、過電圧サプレッサおよび／またはヒューズの破壊を結果し得る。加えてさらに、負荷機は過電圧保護の障害のためリスクに曝されている。負荷機のリスクは特にいわゆるコンビネーションサプレッサが使用される場合に非常に高くなっている。これらの器具では過電圧保護は１つの器具でのみ実現されることが多く、さもない場合に通例の、保護レベルが異なっていると同時に冗長効果を有する異なった性能の過電圧サプレッサの段階的配置が欠けている。

ドイツ公開第１９９ １４ ３１３号（ＤＥ １９９ １４ ３１３ Ａ１）明細書は、いわゆる火花ギャップ点火補助の保護を開示している。この場合、溶断ヒューズないし可逆ヒューズが使用される。ヒューズの溶断は電子回路を援用して、視覚、音響および／または電子表示に用いられる。ヒューズの応答後、火花ギャップは点火補助なしに、高い保護レベルの冗長保護機能を遂行できなければならない。ヒューズの遮断挙動からの表示機能の誘導はさらに、ドイツ特許第３８ ３１ ９３５号、ドイツ特許第１９７ ５１ ４７０号またはたとえばドイツ特許第３２ ２８ ４７１号の各明細書から公知である。

米国特許第６，１５７，５２９号（ＵＳ−ＰＳ ６，１５７，５２９）明細書は、ヒューズの切断とスイッチの保持コイルを用いた電流回路の遮断を開示している。

ドイツ公開第１９９ １４ ３１３号明細書に記載されているような点火補助はコンビネーションサプレッサの場合にも使用される。こうしたサプレッサにおいて、点火補助自体は、固有の過負荷リスクに際して初めてトリガ機能を経て短絡素子、一般に火花ギャップを活性化させる独自の過負荷保護器として形成されることが可能である。コンビネーションサプレッサはたとえばドイツ特許第１９８ ３８ ７７６号（ＤＥ １９８ ３８ ７７６ Ｃ２）明細書に開示されている。

したがって、上記から、本発明の目的は、過電圧保護器に使用するための、好ましくはトリップボルトとして形成された付加的な機械式トリップを備えた、高度な老化安定衝撃電流負担能力と、機械式表示機能ないしこの種の表示・信号機能のバックアップ手段ならびに高度なスイッチング容量とを有する、より最適化された過電流保護装置を提供することである。

さらに、提供される過電流保護装置は小型で、取り付け容易であると共に高度なピーク電流強度と高いスイッチング電圧を有していなければならない。

本発明による前記課題の解決は請求項１記載の特徴コンビネーションによる過電流保護装置によって行われる。従属請求項は少なくとも好適な態様および発展態様を記載している。

したがって、本発明によれば、機能ユニットのコンビネーションが設けられている。このコンビネーションは、トリップボルト機能を引き受ける並列接続されたインジケータヒューズと共に、衝撃電流に適した溶断ヒューズを含んでいる。前記トリップボルトは視覚的および／または電気的表示の機械式作動に使用することができる。前記トリップボルトと前記信号機能は浮動式または非浮動式に形成することができる。

前記本来のヒューズの衝撃電流容量は溶断ヒューズの理論的つまり物質固有の溶断ジュール積分値（Ｉ２ｔ値）の近傍にもたらされる。これにより、さもない場合に通例のヒューズの過大寸法設計を回避することができる。これは従来の技術において不可欠であるが、というのも、通例の可溶体は衝撃電流時の電流力、非対称電流分布および老化のゆえに理論的Ｉ２ｔ値の著しく下方ですでに過負荷されるからである。その原因は、可溶体のジオメトリ、可溶体の接触方法、可溶体に対するおよび可溶体における通電、老化ないし早期過負荷をもたらす可溶体固定と添加剤である。

本発明によって創出される小型形状は基本的に５×２０ｍｍという通例の器具保護ヒューズの範囲内にある。こうした小型の装置は回路板に、ＳＭＤ部品としても、特に容易に固定することができる。

本発明によれば、前記提示された過電流保護装置をコンビネーションサプレッサのトリガ回路に使用することが可能である。

前記過電流保護装置は機械式トリップを含んだ第１の機能ユニットを含んでなる。この第１の機能ユニットは第１のヒューズエレメント（可溶体）を有している。

第２の機能ユニットは本来の過負荷保護手段として形成されて、第２のヒューズエレメント（可溶体）を有している。

前記機能ユニットのそれぞれはケーシング内に配置され、それぞれのケーシングの両側面には互いに対向する封止キャップが設けられ、前記可溶体はそれぞれケーシング内に配置されて、前記封止キャップに電気的に接続される。

前記第１と第２の機能ユニットは電気的に並列接続されている。この並列回路は過電圧保護器に直列接続されている。

前記双方の機能ユニットは１つの共通の機械式結合体を形成し、それぞれのケーシングは別々の弾性被覆によって包囲されているかまたは双方のケーシングは共通の弾性被覆によって包囲されている。

前記それぞれの機能ユニットの各々の側面に設けられた前記封止キャップは電気的、機械的に結合されて、装置全体の既述した回路板実装を可能ないし容易にする端子突起に移行する。

前記第１の機能ユニットの一方の封止キャップには、ばねプレストレスされたトリップボルトを収容するためのチャンバが配置され、前記トリップボルトは前記第１のヒューズエレメントによって静止ポジションに保持される。前記第１のヒューズエレメントの溶断と共にばねプレストレス力が作用し、前記トリップボルトは達成可能な最大限のエンドポジションに移動する。

前記第１のヒューズエレメントは、高い引っ張り強さならびに前記第２のヒューズエレメントの材料のＩ２ｔ値よりも著しく小さいＩ２ｔ値を有するワイヤからなる。

前記第１の機能ユニットの前記ケーシングは管状体からなるアークスイッチルームを形成し、前記トリップボルトを収容するための前記チャンバを形成する空洞が前記アークスイッチルームの側方に隣接している。

前記アークスイッチルームと前記空洞との間には１または複数の絶縁板が配置され、前記第１のヒューズエレメントは前記絶縁板を貫いてガイドされている。

前記アークスイッチルームは消弧材で充填されている。

前記トリップボルトを収容した前記空洞は被装キャップによって制限され、前記被装キャップの前記アークスイッチルームから離反した側は前記トリップボルトの当たり板のストッパ、したがって動程制限を形成している。

前記当たり板自体は絶縁キャップによって被覆されてよい。

前記当たり板は当たり棒または当たりピンとしても形成され、動程はストッパと、フードキャップ内に設けられた穴とによって制限可能である。

前記第１のヒューズエレメントは合成材料からなり、少なくとも１ボトルネックおよび／またはインピーダンスないし抵抗の異なる１区域を有していてよい。

前記第２の機能ユニットは側方に封止キャップを備えた中空円筒ケーシングを有し、前記第２のヒューズエレメントはバンド、ワイヤまたは中空円筒の形でキャップからキャップまでガイドされている。

ここで、前記第１の機能ユニットの前記ケーシングも管または中空円筒の形状を有していてよい旨付記しておくこととする。

前記第２の機能ユニットの前記ワイヤヒューズエレメントまたは中空円筒ヒューズエレメントは摩擦係止および／または相補係合係止によって前記キャップの内側面または当該孔と結合されている。

前記第２のヒューズエレメントの前記中空円筒は所定のボトルネックおよび／またはテーパを有する。

前記第２の機能ユニットの前記ケーシングも充填材を有する。この充填材は高度圧縮可能なバラスからなるかまたは圧縮性材料も含まれてよい。

バンドとしての前記第２のヒューズエレメントの実施形態において、このバンドは幅対厚さの比が＜４：１の平形ワイヤからなる。

前記第２のヒューズエレメントは前記ケーシング内に配されたガイドリブ、ガイドリングまたは同様な手段によって保持されてよい。

前記第１の機能ユニットも前記第２の機能ユニットも１つの共通の外側ケーシングによって包囲されているかまたはそうしたケーシング内に配置されてよい。

以下、実施例に基づきかつ図面を参照して、本発明を詳細に説明する。

図１は本発明の概略図を示している。本発明による器具Ａは２つの機能ユニットで構成されている。一方の機能ユニットＡ１は過電圧素子Ｂの過負荷保護を引き受け、本来の過電流保護装置を形成している。もう一方の機能ユニットＡ２は機能ユニットＡ１の応答後に、好ましくは挿設されたトリップボルトによって機械式表示／信号機能を実現する。

提示された過電圧保護器用過電流保護装置は好ましくは電気的ならびに幾何的に、つまり空間的に並列配置されて固定結合された２つの機能ユニット１，２からなっている。

電気的接触は、同時に並列機能ユニット１，２の機械式結合に使用することのできる回路板接触可能な端子６を経て、好ましくは共通に行われる。

図２に示した端子６はテーパしていてよく、これによって、チップ（不図示である）に対するトリップボルトのポジションは一義的に確定可能である。

２つの機能ユニット１，２の結合により、実装容易な方法が実現されると同時に小型化の要求が満たされる。図２から判明するように、機能ユニット１，２は上下に重なり合っている。

端子６を適切に屈曲させれば、結合された２つの機能ユニットは不図示の回路板と平行な姿勢または任意の角度姿勢を占めることも可能である。

いずれの機能ユニット１，２も周面が弾性被覆４によって被覆されると共に共通の側方端子キャップ３によって包被ないし包囲されており、これによって、機械的に安定化されて固定されている。

弾性被覆４は編織エレメントを有したホースないし縮みホースとして単純な形で形成されていてよいが、ただしまた、たとえば弾性プラスチック材料からなる第２の管として形成されていてもよい。

上記の対策と回路板への固定は機能ユニットのスイッチング容量の高まりを結果する。

第１の機能ユニット１はトリップボルトまたはトリップボルト板５による所望の機械式表示機能ならびに高いスイッチング電圧の発生を実現する。

第２の機能ユニット２はさらに別の既述した任務を引き受ける。

機能ユニットの合理的な分離により、僅かな寸法にもかかわらず、ユニットのＩ２ｔ値が高ければ、高いスイッチング容量と機能的に確実なトリップボルト作動を実現することができる。

第１の機能ユニット１はトリップボルトを作動させるためのメカニズムを含んでいる。

トリップボルトにより、最大にて機能ユニットの全長の半分までの距離で、所定の力を作動システムまたは表示装置に及ぼすことができる。

伝達可能な力の高さは、約１Ｎから数１０Ｎまで所定の間隔で可変調節して、プリセットすることが可能である。

そのため、好ましい実施形態において、プレストレスされた圧縮ばねが使用される。トリップボルト自体は単純な通例の表示器と同様に、視覚的表示として使用可能であることは無論である。

前述したばねに代えて、ガス発生器または点火装置もトリップボルト機能用に設けられていてよい。

ばねが使用される場合には、所要の高さの老化安定プレストレスは高い引っ張り強さを有するワイヤで実現される。ワイヤのＩ２ｔ値は第２の機能ユニットのＩ２ｔ値よりも著しく小さく調整される。１％以下の値が好ましい。他方、ワイヤのメートル抵抗は第２の機能ユニットにおけるそれよりも著しく高い。好ましくは、１：１００より大きな比が適用される。さらに、付加的なインピーダンスを有するように、ワイヤはキャリアに巻き付けられていてよい。

上記の調整により、第１の機能ユニットのワイヤは、衝撃負荷に際してほぼ無負荷のままであることが達成される。故障発生時、したがって、第２の機能ユニットにおける通電遮断時には、可溶体もほぼ遅れなくその電流負担能力の何倍もの電流によって遮断される。これは電源周波数電流に起因する故障時にもそうである。約２０〜１０００の過負荷率が好ましい。この率は、ワイヤの断熱加熱と、可溶体のいわゆる、光条による分解（Ｓｔｒｅｉｆｅｎｚｅｒｆａｌｌ）とを保証する。この光条による分解は、高いスイッチング電圧を結果する。この電圧の高さには、ワイヤの幾何的形状と材料選択とによって影響を及ぼすことができる。スイッチング電圧の高さは故障発生と故障電流回路のインピーダンス比によっても決定される。しばしばパルストランスを含んだトリガ援用時には、発生したアーク電圧は電流回路のインダクタンスの高まりによって増大可能である。

それゆえ、適切な調整が行われる場合には、機能ユニットの寸法が僅かであっても、数１００Ｖから若干ｋＶまでのスイッチング電圧を発生させることができる。これらの電圧は通例、すべり放電ギャップを有した火花ギャップを点弧するのに十分である。

図３は第１の機能ユニットの好ましい構造を示している。

同図には、弾性被覆４は不図示であり、また共通のキャップ３の形成も不図示である。機能ユニット１は、アークスイッチルーム１７と、トリップボルト５の収容に使用される空洞１６とで構成されている。アークスイッチルーム１７と空洞１６とは１本の共通軸上で互いに隣接している。

アークスイッチルーム１７は、たとえばセラミックからなる剛性管７とキャップ８，９によって制限される。内部に配置された可溶体１１はアークスイッチルーム１７と空洞１６とを貫いてトリップボルト５に導かれる。そのため、キャップ９に孔が設けられている。アークスイッチルーム１７の隔離を改善するため、１または２枚の絶縁板１０が設けられている。絶縁板１０は好ましくは弾性ならびにアーク耐性を有する絶縁材料から製造される。これは材料の容易な穿通と可溶体１１との密着を可能とし、これによって、絶縁板と可溶体との間の望ましくない隙間の発生を回避することができる。

アークスイッチルームには、たとえばケイ砂からなる消弧材１５を充填することができる。

空洞１６は特別な端子キャップ９によって包囲されている。トリップボルト５は、空洞１６よりも大きな寸法を有する外側シールドを有している。トリップボルト５は孔も有しており、可溶体１１はこの孔を通してガイドされて固定可能である。空洞１６内には、トリップボルト機能の実行に使用されるプレストレスされたばね１２が位置している。

図４ａ〜４ｃは別法によるトリップボルト仕様態様を示している。

図４ａでは、キャップ９の空洞内にトリップボルト全体が位置している。

図４ｂでは、たとえば導電トリップボルトは絶縁材料からなる付加的なキャップ１３によってカバーされている。これによってトリップボルトの接触は浮動式に形成され、キャップ１３はガス流出または汚れに対する付加的な保護として機能する。

図４ｃに示した実施例のトリップボルトは外側ストッパなしでも脱落しない。

トリップボルトの動程と終端力はフードキャップ２１への当たりによって決定される。

この実施形態では、ばね力に加えてさらに、スイッチルーム内に生ずる圧力をバックアップ手段として利用することが非常に容易に実現可能である。そのため、キャップ９の空洞前方の板１０を放棄することが可能である。プラズマの吹き出しを回避するための封止は図４ｃに示したトリップボルトの形状設計自体によって実現される。こうした設計態様は火工式トリップボルトの実現にも適している。

絶縁板１０は特別な重要性を有している。これらの絶縁板１０はスイッチルームの封止に使用され、これによって、電離プラズマの流出が防止される。このプラズマはサプレッサの非吹き出し挙動とは対照的であり、ルーム事情が狭小であればリスクを意味するであろう。

絶縁板１０はさらに、反対側の端子キャップへのスイッチアークの安定した立脚を阻止し、これによって、第１のユニットの遮断容量、したがって負荷が減少させられる。

板１０に代えて、一体の絶縁材料も使用することができる。同じく、通し管全体が絶縁材料からなっていてもよい。この場合、前方中空円筒キャップとトリップボルトを経てワイヤに通電が行われる。

通し管の内部領域のみが絶縁材料から作られている場合には、ばね直径が絶縁領域よりも大きければ、ばねを経てワイヤへの通電を行うことができる。

その他の態様のワイヤ通し管もトリップボルトの固定に使用することができる。同じく、可溶体としてのワイヤ用に合成ワイヤ材料を使用することが可能である。

図５は多重合成可溶体を有した実施形態を示している。この態様は、可溶体がボトルネック領域のみで気化するという利点を有する。これによって、消弧チャンバ内にアーク領域を最適ポジショニングすることが可能であり、プラズマが吹き出すリスクは減少する。

図５では、可溶体インピーダンスに加えてさらに別の、たとえば抵抗２２の形のインピーダンスが接続されている。この態様は、電流が可溶体の溶断までおよび溶断後も制限可能であるという利点を有する。これから好適なスイッチング容量が結果する。

図６では、本来の可溶体が接触させられる抵抗材料２０がアークスイッチルーム内に装設されている。抵抗ないし抵抗材料の装設に代えて、その他のインピーダンスも装設可能である。

ただし、インピーダンスは予め機能ユニットの外部に配置することも可能であり、これは機能ユニットが分離されていれば問題なく可能である。だが、図２に示したように結合が行われている場合にも、こうしたインピーダンス配置をコスト不要で行うことができる。このため、機能ユニット１のキャップ材料８，９は抵抗材料で構成することができる。共通の結合キャップ３は機能ユニット２への電流移行部上方で抵抗材料からなるかまたはインピーダンスを高める対策たとえばボトルネックまたは曲折を機能ユニット１と２の間の結合領域に配置することが可能である。

プレストレスの減少とワイヤのセンタリングは通し管領域におけるはんだ固定によって行うことができる。この場合、通し管とはんだ（たとえば低溶断温度、僅かな体積）は、発生するアークがワイヤの固定を解き離すように選択されている。

ワイヤはさらに、力を分散させるため、ばねに何度も巻き付けられてよい。ボルトは着脱式または係留式に形成されていてよい。同じく、ボルトは導電式に形成可能であるが、絶縁タイプも可能である。

導電仕様は基本機能の他になお、電気信号の伝送に使用することができる。他方、絶縁仕様は考えられ得る表示手段の所望の浮動性を保証する。

図７は第２の機能ユニットの実施態様を例示している。この第２の機能ユニットは保護器の基本機能を実現する。

高い衝撃電流負担能力を達成するため、以下の対策が使用される。
可溶体３０の固定はもっぱら、通常状態または加熱時にたとえば酸化または拡散により可溶体の老化を結果し得る媒体使用を最少限に抑えまたはそうした媒体を使用せずに行われる。こうした不適な媒体は、はんだ、はんだ材料ならびに、拡散または可溶体との反応傾向を有するその他の材料である。これは充填材にも当てはまる。はんだ継ぎに代えて、好ましくは、スロートの回避下で広い面積に及ぶ締め継ぎあるいはまた溶接継ぎも用いられる。

可溶体３０は、最大限の衝撃電流負担能力を達成するため、一体的にワイヤ形状または中空円筒として形成可能である。

可溶体断面積が大きい場合には、並列可溶体の通例の分割よりも中空円筒形状の方が− 同様に高いスイッチング容量にもかかわらず、老化および生じ得る不均等な電流分割に関して招来される短所が少ないために − 優先されなければならない。

スイッチング容量を高めるべく分離したボトルネックを実現するため、漸次的な可溶体テーパが形成されていてよい。このテーパは、電流峻度が高い場合にも、可溶体および特にボトルネック領域のそれぞれの軸方向区域にほぼ均等な電流密度分布が達成されるように形成されなければならない。

テーパは、円周の点でも、層厚さの点でも、行われることができる。これに代えて、リブを導電式または非導電式に配することも可能であり、これによってアークを分割もしくは部分的に極度に絞ることができる。

この場合、中空体は中空円筒として、ただし円筒の導電コーティングとして形成されていてもよい。

中空円筒が選択される場合、これはその他のアークスイッチルームと同じ消弧材または異なった消弧材で満たされていてよい。円筒がコーティングされる場合には、それは絶縁材料ないし半導体材料からなっていてよい。円筒の材料を適切に選択することにより、消弧をバックアップすることが可能である。材料はたとえばガス放出性を有していてよい。この実施形態では、高度な機械強度、十分なスイッチング容量および高い衝撃電流負担能力が所与である。火花ギャップ全体の空間寸法が制限されている場合には、内部コーティングを施した中空円筒としての実施形態が有用である。こうした態様は、さらに、外壁ないし外側ケーシングに対する圧力波の均等な分布を結果する。過電流保護装置が非常に大型であれば、中空体は、アークスイッチルームが分離していても、トリップボルトを組み込む可能性を供することもできる。

可溶体の材料として、好ましくは銅、銀またはそれらの合金が使用される。銅が使用される場合には、酸化防止保護層を被着するのが好適である。可溶体のガイドはケーシング３１の中心を貫いて行われる。キャップ３２への給電はカレントループなしでまたはもっぱら僅かなカレントループで行われる。

充填材３３は可溶体３０の動的運動が生じ得ないように選択されている。

充填材としてケイ砂が選択されれば、最適な粒度分布ならびに最適な圧縮が十分所与である。

加えてさらに、図８に示したガイドリブ３４が設けられていてよい。ガイドリブ３４は絶縁手段としてあるいはまたアークを分割するための金属板として設けられていてもよい。

リブ３４は機械式ガイドのために互いに結合可能であるかまたは別途態様において互いに平行に離間してケーシング３１の内壁に支保されてよい。

充填材の１変種として、いわゆるストーンサンドが使用される。別法として、高度圧縮可能なバラスも充填材に適している。バラスの他に、硬化の有無にかかわらず、エポキシ系ないしシリコン系の充填材も使用可能である。これらの材料には消弧材たとえばサンド、セラミック、ガラスまたはガス放出物質などの添加材を高い割合で添加することができる。

単純な消弧ホースが可溶体に被装される場合には、さらに充填サンドの使用が可能でありあるいは安定化リブないし運動減衰用の安定液の使用が有利である。

一体の非圧縮性充填材の使用時およびストーンサンドが使用される場合も、これらの材料がアーク形成時に圧力波を相対的に無減衰でケーシング３１に伝達することが顧慮されなければならない。したがって、非常に高度な動的ケーシング強度が必要である。別法として、圧縮性充填材を設けることが可能でありあるいは圧力波の減衰を実現することが可能である。これは一方で、圧力を均等に分布させるための対策であってよい。このため、さらに、可溶体とケーシング壁との間に弾性円筒あるいはまた剛性円筒を実現することも可能である。ただし、充填材中に所期破壊壁と補償ルームをつくり出すことも可能である。充填材は破裂性要素も含むことができる。この場合、ガラスまたはセラミックからなる中空球を使用することが可能である。

可溶体は、充填材ではなく、固体中をガイドされることも可能である。これらの固体は消弧性能をバックアップするためガスを放出するように形成されていてよい。ガス放出物質としては、たとえばＰＯＭのようなポリマー、硬質ガラスあるいはまたセラミックまたはこれらの添加材を含んだ物質が使用される。

以上に説明したシステムにより、可溶体の理論値に近い非常に高い衝撃電流負担能力が達成される。上記実施形態は数多くの過電圧保護器用過電流保護装置の要件にとって十分である。

コンビネーションサプレッサに本発明が使用される場合には、特別な要件に基づき、それぞれの保護装置の設計および仕様のための要求に異なった重み付けを行うことも有意である。もしも非常に高度な衝撃電流負担能力が達成されなければならない場合には、それは銅の場合にも格別の断面積の可溶体を結果する。これに使用される機能ユニットは小型であるため、最大アーク遮断容量はケーシング形状設計に応じて所与である。単純な丸形ワイヤあるいはまた中空体も直径が比較的大きければ負荷限度の超過を生ずる。したがって、高いスイッチング容量を達成するには、可変的な形状設計の可溶体を選択するのが好適である。

空間寸法が非常に制限され、かつ、所望の衝撃電流強度が非常に高度であれば、可溶体として平形ワイヤを使用することができる。この場合、好ましくは幅対厚さの比が＜４：１の平形ワイヤが使用される。

平形ワイヤとしての可溶体仕様は、厚さと幅の比の減少と共に、同一断面積の丸形ワイヤに比較して最大衝撃負荷の減少をもたらすが、ただしこの場合、スイッチング容量を著しく高めることができる。

平形ワイヤとしての可溶体の実現はさらに、付加的な最適化の可能性をもたらす。たとえば、ピーク電流強度の高さをかなり容易に調節することが可能である。この値はコンビネーションサプレッサのいわゆるトリガ回路におけるバリスタの保護にとって特に重要である。

ヒューズ内の平形ワイヤの位置は、第２の機能ユニットの幾何的接続仕様の他に、可溶体への電流力の作用に影響を及ぼす。可溶体のフラットな端縁が電流力作用に対して垂直をなし、第２の機能ユニットの端子長ができるだけ真っ直ぐであれば、非常に高いピーク電流値を統御することが可能である（図９に示した原理的配置、参照のこと）。

他方、可溶体の広幅側が電流力に曝され、さらに給電がループ状に実施される場合には、最大ピーク電流は最大衝撃電流の高さを僅かに上回るにすきない（図１０に示した原理図、参照のこと）。

後に挙げたケースにおいて、過電流保護器は、断熱加熱ではなく、ほぼもっぱら電流力に基づいて応答する。この場合、熱負荷は溶断ジュール積分値以下である。

給電長さは、機能ユニットが上下に並列配置されていれば、構造部品の変更なしに、機能ユニットの順序の変化によってすでに達成可能である。可溶体が固体物質中あるいはまた通例の充填材中をガイドされる場合には、ピーク電流強度をさらに引下げると共に消弧性能を引上げるため、曲折またはコイルを組み入れることができる。

機能ユニット１，２は高強度のケーシングを有している。これらのケーシングの材料としては、特別なセラミックを使用することができるが、ただし巻き付け式グラスファイバ材料も使用可能である。

さらに、それぞれのケーシングあるいはまた双方のケーシングは弾性円筒によって包囲される。これはケーシング過負荷時またはキャップとケーシングとの間にガス流出が生ずる場合に補助的な保護手段として機能する。さらに、外側フラッシオーバ距離が延長され、重大な磁界強度の高まりないし危険なすべりオーバフラッシ距離が回避される。

さらに、弾性円筒の材料はガス放出物質からなるかまたはその種の物質でコーティングされていてよい。これはヒューズからのホットガスないしススの発生時にガス放出を生じ、これによって一様なスス汚染が回避され、表面放電を防止することができる。さらに、たとえば、距離の延長に使用されるリブの形のその他の部品が設けられていてよい。

共通の安定した相補嵌合端子キャップによる双方の機能ユニットの共通固定によって、機能ユニット相互間の高度な機械的安定化と、機能ユニットの個々の部品とくにケーシングに対するキャップの高度な機械的安定化が達成される。
回路板へのこの共通の端子キャップの固定によって、機械的強度をさらに高めることができる。これらの対策により、個々の機能ユニットに比較してスイッチング容量をさらに高めることができる。枚挙した対策は同一サイズの従来の器具保護ヒューズに比較して著しく向上した性能をもたらす。これは衝撃電流負担能力にもスイッチング容量にも当てはまる。

図１１，１２は第２の機能ユニット２をチップに固定するための別途方式を示している。これらの方式はカレントループ形成をできるだけ僅かにしようとするものである。

図１１において、外側キャップはＳＭＤ実装にも適したはんだ接続ラグ４０を有している。図１２は、機能ユニットが回路板４１に直接はんだ付け可能な変法を示しており、そのために、はんだ付け可能な端子４２が使用される。

電気的に並列な機能ユニット１の固定は図１３に示したようにして行うことも可能である。この場合、機能ユニット１と２の間の電気的接続はチップの導線回路を経て行われると共に、必要に応じ、プリントないしディスクリートインピーダンスを経て実現される。

単純なボードヒューズのスイッチング容量で十分であれば、第２の機能ユニット２はこの種のヒューズとして形成されることも可能である。

各図は以下を示している。
過電流保護装置の電気的レイアウトの概略図である。 電気的・幾何的並列接続による過電流保護装置の実施例の側面図である。 第１の機能ユニットの好ましい実施形態の断面図である。 異なった態様のトリップボルトを備えた別途実施形態の機能ユニットを示す図である。 異なった態様のトリップボルトを備えた別途実施形態の機能ユニットを示す図である。 異なった態様のトリップボルトを備えた別途実施形態の機能ユニットを示す図である。 第１の機能ユニットの可溶体インピーダンスを変化させるための態様を示す図である。 第１の機能ユニットのアークスイッチルーム内抵抗材料配置を示す図である。 ヒューズバンドまたはヒューズワイヤを有した第２の機能ユニットの概略的な構造を示す図である。 図７と同様な、ただしガイドリブを備えた実施形態の断面図である。 内部構造を看取することのできる、双方の機能ユニットのコンビネーションの断面図である。 第１と第２の機能ユニット間の内部通電の変化した別途態様の機能ユニットコンビネーションを示す図である。 機能ユニットを固定するための別途方式を示す図である。 機能ユニットを固定するための別途方式を示す図である。 たとえば図１１または１２に示したように、第２の機能ユニットから切離して回路板上に並列接続で、ただし幾何的に結合されずに配置されていてよい、考えられ得る第１の機能ユニットの実施形態の断面図である。

Claims (21)

1. 過電圧保護器に使用するための、好ましくはトリップボルトとして形成された付加的な機械式トリップを備えた過電流保護装置であって、
   前記機械式トリップを含んだ第１の機能ユニット（Ａ２；１）は第１のヒューズエレメント（１１）を有し、過負荷保護手段として形成された第２の機能ユニット（Ａ１；２）は第２のヒューズエレメント（３０）を有し、前記いずれの機能ユニットもケーシング（７；３１）内に配置され、それぞれのケーシング（７；３１）の両側面には互いに対向する封止キャップ（３）が設けられ、前記可溶体またはヒューズエレメントはそれぞれケーシング内に位置して、前記封止キャップ（３）に電気的に接続され、
   前記第１と第２の機能ユニットは電気的に並列接続され、この並列回路は過電圧保護器に直列接続され、前記双方の機能ユニットは１つの共通の機械式結合体を形成していることを特徴とする過電流保護装置。
2. 前記それぞれの機能ユニットの各々の側面に設けられた前記封止キャップ（３）は電気的、機械的に結合されて、装置の回路板実装を可能にする端子突起（６）に移行することを特徴とする請求項１記載の保護装置。
3. 前記第１の機能ユニット（１）の一方の封止キャップ（３）には、ばねプレストレスされたトリップボルトを収容するためのチャンバが配置され、前記トリップボルト（５）は前記第１のヒューズエレメント（１１）によって静止ポジションに保持されていることを特徴とする請求項１または２記載の保護装置。
4. 前記第１のヒューズエレメント（１１）は、高い引っ張り強さならびに前記第２のヒューズエレメント（３０）の材料のＩ２ｔ値（溶断ジュール積分値）よりも著しく小さいＩ２ｔ値を有するワイヤからなることを特徴とする請求項３記載の保護装置。
5. 前記ケーシング（７）は管状体からなるアークスイッチルーム（１７）を形成し、前記トリップボルト（５）を収容するための前記チャンバを形成する空洞（１６）が前記アークスイッチルームの側方に隣接していることを特徴とする請求項３または４のいずれか１項記載の保護装置。
6. 前記アークスイッチルーム（１７）と前記空洞（１６）との間に絶縁板（１０）が配置され、前記第１のヒューズエレメントは前記絶縁板を貫いてガイドされていることを特徴とする請求項５記載の保護装置。
7. 前記アークスイッチルーム（１７）は消弧材で充填されていることを特徴とする請求項５または６記載の保護装置。
8. 前記空洞は被装キャップ（９）によって制限され、前記被装キャップ（９）の前記アークスイッチルーム（１７）から離反した側は前記トリップボルト（５）の当たり板のストッパを形成することを特徴とする請求項５，６または７のいずれか１項記載の保護装置。
9. 前記当たり板は絶縁キャップ（１３）によって被覆されていることを特徴とする請求項８記載の保護装置。
10. 前記当たり板は当たり棒または当たりピンとして形成され、動程はストッパと、フードキャップ（２１）内に設けられた穴とによって制限されていることを特徴とする請求項８記載の保護装置。
11. 前記第１のヒューズエレメント（１１）は合成材料からなり、少なくとも１ボトルネックおよび／またはインピーダンスないし抵抗の異なる１区域を有することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項記載の保護装置。
12. 前記第２の機能ユニットは側方に封止キャップ（３）を備えた中空円筒ケーシング（３１）を有し、前記第２のヒューズエレメントはバンド、ワイヤまたは中空円筒（３０）の形でキャップからキャップまでガイドされていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項記載の保護装置。
13. 前記ワイヤヒューズエレメントまたは中空円筒ヒューズエレメント（３０）は摩擦係止および／または相補係合係止によって前記キャップ（３）と結合されていることを特徴とする請求項１２記載の保護装置。
14. 前記第２のヒューズエレメントの前記中空円筒はボトルネックおよび／またはテーパを有することを特徴とする請求項１２または１３記載の保護装置。
15. 前記ケーシング（３１）は充填材（３３）を含むことを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項記載の保護装置。
16. 前記充填材（３３）は高度圧縮可能なバラスからなることを特徴とする請求項１５記載の保護装置。
17. 前記充填材（３３）は圧縮性材料を含むことを特徴とする請求項１５記載の保護装置。
18. 前記バンドは幅対高さの比が＜４：１の平形ワイヤとして形成されていることを特徴とする請求項１２記載の保護装置。
19. 前記第２のヒューズエレメントは前記ケーシング（３１）内に配されたガイドリブによって保持されていることを特徴とする請求項１２〜１８のいずれか１項記載の保護装置。
20. 前記双方の機能ユニットを包囲する１つの共通の外側ケーシングが設けられていることを特徴とする請求項１から１９のいずれか１項記載の保護装置。
21. それぞれのケーシング（７；３１）は別々の弾性被覆（４）によって包囲されているかまたは双方のケーシングは共通の弾性被覆（４）によって包囲されていることを特徴とする請求項１記載の保護装置。

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