WO1990003677A1 - Gasentladungs-überspannungsableiter - Google Patents

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ceramic insulator
connecting wires
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Gerhard Lange
Andre Scheidt
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
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    • 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
    • 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
    • H01T4/10—Overvoltage arresters using spark gaps having a single gap or a plurality of gaps in parallel
    • H01T4/12—Overvoltage arresters using spark gaps having a single gap or a plurality of gaps in parallel hermetically sealed

Definitions

  • the invention is in the field of electrical components and can be used in the material design of the outer surface of gas discharge surge arresters which have at least one tubular ceramic insulator and electrodes arranged at the ends of the ceramic insulator and gas-tightly connected to the ceramic insulator and connected to the ceramic insulator are provided with a metallic protective layer.
  • Gas discharge surge arresters are used, among other things, to protect communication lines.
  • Surge arresters are used, on whose electrodes connection wires are soldered, welded or molded.
  • Such surge arresters can have two electrodes opposing each other and, if appropriate, a third annular electrode arranged in the middle (DE-Al-28 28 650).
  • the connecting wires connected to the electrodes like the electrodes, are usually silver-plated, provided that they consist of copper. Sometimes it is also required to use tin-plated connecting wires. This facilitates the wetting of the connecting wires during the soldering process by means of wave soldering.
  • bronze Cu-Sn alloy
  • the electrodes are contacted under spring force.
  • surge arresters with alloyed iron electrodes and, if necessary, to coat these electrodes with a nickel layer.
  • the object of the invention is to provide a surge arrester create, which can be manufactured inexpensively and handled as an automatically processable bulk material without impairing the insulation strength and which can optionally be soldered into printed circuits or printed circuit boards without problems.
  • the electrodes are tinned and that an annular protective layer, which is not interrupted in the axial direction of the ceramic insulator and is made of an acid and heat-resistant paint or varnish application, is applied to the outer surface of each ceramic insulator whose width is at least 1 mm.
  • the tinning forms an inexpensive metallic protective layer for the electrodes.
  • Such tinning entails the risk that when the surge arrester is handled as bulk material, the tin coating is abraded on the rough surface of the ceramic insulator and the occurrence of insulation faults is thus promoted.
  • Applying the ring-shaped protective layer from a paint or varnish application eliminates this danger.
  • the annular protective layer forms a relatively smooth surface area on the surface of the ceramic insulator, on which no harmful tin abrasion is possible.
  • the ring-shaped protective layer is in its width is dimensioned such that the minimum value of the insulation strength (for example 10 ohms) is maintained, even if tin abrasion is present on the other surface areas of the ceramic insulator.
  • the ring-shaped protective layer can optionally cover the entire outer surface of the ceramic insulator.
  • this protective layer can be designed as a negative pressure, i. H. the protective layer also forms the label.
  • the protective layer can, however, also form a transparent, preferably colorless cover layer for customary printing or a base for subsequent customary printing.
  • the acid resistance of the annular protective layer enables the use of galvanic treatments of the surge arrester provided with the annular protective layer, which are required in the further course of the manufacture of the surge arrester.
  • the heat resistance of the annular protective layer suitably at least 160 * C, on the other hand ensures that the ring-shaped protective layer spruchung particularly in Kirstrombean- of the device is not affected (Verfär ⁇ environment).
  • Commercially available air-drying one-component lacquers are preferably considered as the acid-resistant and heat-resistant lacquer for the annular protective layer.
  • Printing inks are particularly suitable as acid and heat-resistant inks.
  • a surge arrester designed in accordance with the invention can also be provided with tin-plated connecting wires so that it can be arranged on printed circuit boards and soldered to conductor tracks.
  • the use of tinned connecting wires ensures problem-free soldering in printed circuits or in printed circuit boards using the soldering method. at If connecting wires are not molded onto the electrodes, they can be tinned with the electrodes before they are connected, in particular soldered. The tin plating of the connecting wires can also take place together with the tin plating of the electrodes.
  • FIGS. 1 to 4 Three exemplary embodiments of gas discharge surge arresters designed according to the invention are shown in FIGS. 1 to 4. It shows
  • FIG. 1 shows an overvoltage arrester with two electrodes and connecting wires
  • FIG. 2 shows an overvoltage arrester with three electrodes and connecting wires
  • FIGS. 3 shows a detail of an annular protective layer designed as a negative pressure for the exemplary embodiment according to FIGS.
  • Figure 4 shows a surge arrester without connecting wires.
  • the surge arrester 1 consists of the tubular ceramic insulator 2 with electrodes 3 and 4 arranged at its ends.
  • the electrodes are soldered to the ceramic insulator 2 in a gas-tight manner.
  • the connecting wires 5 and 6 made of copper are also welded to the electrodes, which are made of copper.
  • a lacquer layer 7 has been applied to the outer surface of the ceramic insulator 2 using a conventional printing method. This lacquer layer covers the entire outer surface of the ceramic insulator and has a width of approximately 5 mm. A width of 1 mm would already be sufficient. With a width that is less than the outer distance between the two electrodes 3 and 4, the annular protective layer can be arranged in the center or off-center to the electrodes 3 and 4.
  • connection wires 5 and 6 had been welded to the electrodes, the surge arrester was subjected to a galvanic treatment with which a tin layer 8 was deposited on the outer surface of the electrodes 3 and 4 and on the connection wires 5 and 6.
  • FIG. 2 shows a gas discharge surge arrester 10 with three electrodes.
  • the conductor consists of the two tubular ceramic insulators 11 and 12, which are connected coaxially to one another by means of the ring electrode 13.
  • the electrodes 14 and 15 are arranged at the two other ends of the ceramic insulators 11 and 12.
  • the connecting wires 16, 17 and 18 are welded to these electrodes and to the ring electrode 13. Electrodes and connecting wires are made of copper.
  • the ceramic insulators 11 and 12 are each provided with a lacquer layer 19 after their gas-tight connection to the electrodes 14 and 15. After the connection wires were welded to the electrodes, the
  • a tin layer 20 has been deposited on the electrodes and the connecting wires.
  • the lacquer application 7 on one of the two ceramic insulators of Figure 2 is on the ceramic insulator 2 according to ' Figure 1 and 19th
  • a negative print is shown in detail in FIG. 3 and provided with the reference symbol 21.
  • the ceramic insulator can also be provided with a normal positive marking and with a colorless or translucent lacquer application applied over it.
  • FIG. 4 shows a surge arrester 30 with two electrodes 31 and 32 and with a ceramic insulator 33. There are no connecting wires.
  • the electrodes 31 and 32 consist of copper and are provided with a tin layer 34.
  • An annular protective layer 35 with a width of approximately 2 mm is applied to the ceramic insulator 33.

Landscapes

  • Thermistors And Varistors (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

Um einen Gasentladungs-Überspannungsableiter (10), dessen Isolator (11, 12) aus einem Keramikröhrchen besteht, preiswert herstellen und als automatisch verarbeitbares Schüttgut handhaben zu können, ist als werkstofftechnische Ausgestaltung der äußeren Oberfläche des Überspannungsableiters vorgesehen, daß die Elektroden (11, 12) verzinnt (20) sind und daß die äußere Oberfläche des Keramikisolators mit einer ringförmigen, in Achsrichtung des Überspannungsableiters nicht unterbrochenen Schutzschicht (19) aus einem säure- und hitzebeständigen Farb- oder Lackauftrag versehen ist. Die Schutzschicht (19) hat eine Breite von mindestens 1 mm. Sie kann Teil der Kennzeichnung des Überspannungsableiters und hierzu als Negativdruck (21) ausgebildet sein. Die Elektroden (11, 12) können mit ebenfalls verzinnten Anschlußdrähten (16, 17) versehen sein.

Description

Gasentladungs-ÜberSpannungsablεiter
Technisches Gebiet
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektrischen Bauelemente und ist bei der werkstofftechnischen Ausgestaltung der äußeren Oberfläche von Gasentladungs-Überspannungsableitern anzuwenden, die wenigstens einen rohrförmigen Keramikisolator und an den Enden des Keramikisolators angeordnete und mit dem Kera ikiso- lator gasdicht verbundene Elektroden aufweisen, die mit einer metallischen Schutzschicht versehen sind.
Stand der Technik
Gasentladungs-Überspannungsableiter werden u.a. zum Schutz von Nachrichtenübertragungsstrecken eingesetzt. Dabei werden Über- spannungsableiter verwendet, an deren Elektroden Anschlußdrähte angelötet, angeschweißt oder angeformt sind. Solche Über- spannungsableiter können zwei einander gegenüberstehende Elektro- den und gegebenenfalls eine dritte, mittig angeordnete ringför¬ mige Elektrode aufweisen (DE-Al-28 28 650). Die mit den Elek¬ troden verbundenen Anschlußdrähte sind ebenso wie die Elektro¬ den üblicherweise versilbert, sofern sie aus Kupfer bestehen. Mitunter wird auch gefordert, verzinnte Anschlußdrähte zu verwenden. Dies erleichtert die Benetzung der Anschlußdrähte beim Lötvorgang mittels einer Schwallötung. Werden Kupfer-Elek¬ troden mit angeschweißten Kupfer-Anschlußdrähten verwendet, so kann sich bei der Verschweißung eines verzinnten Anschlußdrah¬ tes mit einer Kupferelektrode im Bereich der Schweißstelle Bronze (Cu-Sn-Legierung) bilden, wodurch die Schweißstelle mechanisch und elektrisch geschwächt wird. - Es ist weiterhin üblich, Überspannungsabieiter ohne Anschlußdrähte zu verwen¬ den. Bei solchen Abieitern werden die Elektroden unter Feder¬ kraft kontaktiert. Es ist ferner üblich, Überspannungsabieiter mit legierten Eisenelektroden zu verwenden und diese Elektroden gegebenenfalls mit einer Nickelschicht zu überziehen. - Es ist weiterhin üblich, auf den Keramikisolator des Überspannungsab¬ ieiters eine Kennzeichnung in Form einer Bedruckung mit Symbolen, Ziffern und Buchstaben aufzubringen.
Die Erfindung
Ausgehend von einem Gasentladungs-Uberspannungsableiter mit wenigstens einem rohrförmigen Keramikisolator und mit an den Enden des Keramikisolators angeordneten und mit dem Keramik- isolator gasdicht verbundenen Elektroden, bei dem die Elektroden mit einer metallischen Schutzschicht versehen sind, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Überspannungsabieiter zu schaffen, der kostengünstig hergestellt und ohne Beeinträchti¬ gung der Isolationsfestigkeit als automatisch verarbeitbares Schüttgut gehandhabt werden kann und der gegebenenfalls problem¬ los in gedruckte Schaltungen bzw. Leiterplatten einlötbar ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die Elektroden verzinnt sind und daß auf die äußere Ober- fläche jedes Keramikisolators eine in Achsrichtung des Keramik¬ isolators nicht unterbrochene ringförmige Schutzsschicht aus einem säure- und hitzebeständigen Färb- oder Lackauftrag aufge¬ bracht ist, deren Breite mindestens 1 mm beträgt.
Bei einem derart ausgebildeten Überspannungsabieiter bildet die Verzinnung eine kostengünstige metallische Schutzschicht für die Elektroden. Eine solche Verzinnung bringt zwar an sich die Gefahr mit sich, daß bei Handhabung des Überspannungsablei- ters als Schüttgut ein Abrieb der Zinnbeschichtung an der rauhen Oberfläche der Keramikisolatorεn erfolgt und damit das Entstehen von Isolationsfehlern begünstigt wird. Durch Aufbringen der ringförmigen Schutzschicht aus einem Färb- oder Lackauftrag ist diese Gefahr aber ausgeschaltet. Die ringförmige Schutzschicht bildet nämlich auf der Oberfläche des Keramikisolators einen re- lativ glatten Oberflächenbereich, auf dem kein schädlicher Zinn¬ abrieb möglich ist. Die ringförmige Schutzschicht ist dabei in ihrer Breite so bemessen, daß der Mindestwert der Isolations¬ festigkeit (z.B. 10 Ohm) gehalten wird, auch wenn auf den übrigen Oberflächenbereichen des Keramikisolators ein Zinnabrieb vorliegt.
Die ringförmige Schutzschicht kann gegebenenfalls die gesamt äußere Oberfläche des Keramikisolators bedecken. Insbesondere ab einer Breite der ringförmigen Schutzschicht von mehr als 3 bis 4 mm ist es in Weiterbildung der Erfindung zweckmäßig, diese Schutzschicht als Teil einer Kennzeichnung des Überspannungs¬ abieiters auszubilden. Die ringförmige Schutzschicht kann hier¬ zu als Negativdruck ausgebildet sein, d. h. die Schutzschicht bildet zusätzlich die Kennzeichnung. Die Schutzschicht kann aber auch eine durchsichtige, vorzugsweise farblose Deckschicht für eine übliche Bedruckung oder eine Unterlage für eine nachfolgen¬ de übliche Bedruckung bilden.
Die Säurebeständigkeit der ringförmigen Schutzschicht ermöglicht die Anwendung galvanischer Behandlungen des mit der ringförmigen Schutzschicht versehenen Überspannungsabieiters, die im weiteren Verlauf der Herstellung des Überspannungsabieiters erforderlich sind. Die Hitzebeständigkeit der ringförmigen Schutzschicht, die zweckmäßig mindestens 160 *C beträgt, stellt dagegen sicher, daß die ringförmige Schutzschicht insbesondere bei Wechselstrombean- spruchung des Bauelementes nicht beeinträchtigt wird (Verfär¬ bung). Als säure- und hitzebeständiger Lack für die ringförmige Schutzschicht kommen vorzugsweise handelsübliche lufttrocknende Einkomponentenlacke in Betracht. Als säure- und hitzebeständige Farben kommen insbesondere Druckfarben in Betracht.
Ein gemäß de r Er findung ausgebildeter Über sp annungsabieiter kann auch mit ve rzinnten Anschlußdrähten versehen sein , um ihn auf Leiterpl atten anordnen und mit Leiterbahnen verlöten zu können . Durch die Verwendung verzinnter Anschlußdrähte is t ein problemloses Einlöt en in gedruckte Schaltungen oder in Leiter¬ platten unter Anwendung der Schwal löt ung gewährleist et . Bei Verwendung von nicht an die Elektroden angeformten Anschlu߬ drähten können diese bereits vor ihrer Verbindung, insbesondere ihrer Verlötung, mit den Elektroden verzinnt sein. Die Ver¬ zinnung der Anschlußdrähte kann aber auch gemeinsam mit der Verzinnung der Elektroden erfolgen. Insbesondere bei der Ver¬ wendung von Elektroden und Anschlußdrähten aus Kupfer ist es besonders vorteilhaft, die Anschlußdrähte in an sich bekannter Weise mit den Elektroden zu verschweißen und diese Verschweißung im noch nicht verzinnten Zustand sowohl der Elektroden als auch der Anschlußdrähte vorzunehmen. Dadurch ist gewährleistet, daß im Bereich der Schweißstellen zwischen den Anschlußdrähten und den Elektroden keine Bronzebildung auftritt.
Es ist weiterhin vorteilhaft, bei Überspannungsableitern mit Anschlußdrähten, die für den Einbau des Bauelementes in ge¬ druckte Schaltungen bereits beim Hersteller des Bauelementes entsprechend abgebogen sind, dieses Abbiegen ebenfalls vor dem Aufbringen der Verzinnung vorzunehmen. Dadurch wird die Gefahr des Auf- oder Abplatzens der Zinnschicht an den Biegestellen vermieden.'
Abbildungen der Zeichnung
Drei Ausführungsbeispiele von gemäß der Erfindung ausgebildeten Gasentladungs-Überspannungsableitern sind in den Figuren 1 bis 4 dargestellt. Dabei zeigt
Figur 1 einen Überspannungsabieiter mit zwei Elektroden und An¬ schlußdrähten,
Figur 2 einen Überspannungsabieiter mit drei Elektroden und An- schlußdrähten,
Figur 3 ausschnittsweise eine als Negativdruck ausgebildete ringförmige Schutzschicht für das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 und
Figur 4 einen Überspannungsabieiter ohne Anschlußdrähte. Ausführungsbeispiele
Der Überspannungsabieiter 1 gemäß Figur 1 besteht aus dem rohr- förmigen Keramikisolator 2 mit an seinen Enden angeordneten Elektroden 3 und 4. Die Elektroden sind gasdicht mit dem Keramik¬ isolator 2 verlötet. An die Elektroden, die aus Kupfer bestehen, sind weiterhin die Anschlußdrähte 5 bzw. 6 aus Kupfer ange¬ schweißt. Nach der Verbindung der Elektroden mit dem Keramik¬ isolator ist auf die äußere Oberfläche des Keramikisolators 2 eine Lackschicht 7 mit einem üblichen Bedruckungsverfahren aufge¬ tragen worden. Diese Lackschicht bedeckt die gesamte äußere Oberfläche des Keramikisolators und hat eine Breite von etwa 5 mm. Eine Breite von 1 mm wäre bereits ausreichend. Bei einer Breite, die geringer ist als der äußere Abstand der beiden Elektroden 3 und 4, kann die ringförmige Schutzschicht mittig oder außermittig zu den Elektroden 3 und 4 angeordnet sein.
Nach Verschweißung der Anschlußdrähte 5 und 6 mit den Elektro¬ den wurde der Überspannungsabieiter einer galvanischen Behand- lung unterzogen, mit der auf die äußere Oberfläche der Elektro¬ den 3 und 4 und auf die Anschlußdrähte 5 und 6 eine Zinnschicht 8 abgeschieden wurde.
Figur 2 zeigt einen Gasentladungs-Überspannungsableiter 10 mit drei Elektroden. Der Abieiter besteht hierzu aus den beiden rohrför igen Keramikisolatoren 11 und 12, die koaxial zueinan¬ der mittels der Ringelektrode 13 verbunden sind. An den beiden anderen Enden der Keramikisolatoren 11 und 12 sind die Elektro¬ den 14 bzw. 15 angeordnet. An diese Elektroden sowie an die Ring- elektrode 13 sind die Anschlußdrähte 16,17 und 18 angeschweißt. Elektroden und Anschlußdrähte bestehen aus Kupfer. - Auch bei diesem Überspannungsabieiter sind die Keramikisolatoren 11 und 12 nach ihrer gasdichten Verbindung mit den Elektroden 14 und 15 jeweils mit einer Lackschicht 19 versehen worden. Nach der Ver- schweißung der Anschlußdrähte mit den Elektroden wurde der
Überspannungsabieiter einer galvanischen Behandlung unterzogen, wobei auf die Elektroden und die Anschlußdrähte eine Zinnschicht 20 abgeschieden wurde.
Der Lackauftrag 7 auf den Keramikisolator 2 gemäß' Figur 1 und auf einen der beiden Keramikisolatoren 19 gemäß Figur 2 ist zu . Zwecken der Kennzeichnung zugleich als Negativdruck aufgetragen worden. Ein solcher Negativdruck ist in Figur 3 ausschnittsweise dargestellt und mit dem Bezugszeichen 21 versehen. - Anstelle dieses Negativdruckes kann der Keramikisolator auch mit einer normalen positiven Kennzeichnung und mit einem darüber aufge¬ tragenen farblosen oder durchscheinenden Lackauftrag versehen sein. Es ist aber auch möglich, zunächst die Schutzschicht aus einem Farb-oder Lackauftrag und anschließend die auf den Farb¬ oder Lackauftrag farblich abgestimmte Bedruckung aufzubringen.
Figur 4 zeigt einen Überspannungsabieiter 30 mit zwei Elektroden 31 und 32 und mit einem Keramikisolator 33. Anschlußdrähte sind nicht vorhanden. Die Elektroden 31 und 32 bestehen aus Kupfer und sind mit einer Zinnschicht 34 versehen. Auf den Kera ikiso- lator 33 ist eine ringförmige Schutzschicht 35 mit einer Breite von etwa 2 mm aufgetragen.

Claims

Patentansprüche
1. Gasentladungs-Überspannungsableiter mit we nigstens einem rohrförmigen Keramikisolator und mit an den Enden des Keramik- isolators angeordneten und mit dem Keramikis olator gasdicht verbundenen Elektroden, bei dem die Elektroden mit einer metallischen Schutzschicht ver¬ sehen sind und bei dem die Elektroden ( 3 , 4 ) verzinnt sind und auf die äußere Oberfläche jedes Keramikisolators (2 ) eine in Achs¬ richtung des Keramikisolators nicht unterbrochene ringförmige Schutzschicht (7 ) aus einem säure- und hitzebeständigen Farb¬ oder Lackauftrag aufgebracht ist , de ren Breite mindestens 1 mm beträgt.
2. Überspaπnungsableiter nach Anspruch 1, bei dem die ringförmige Schutzschicht (7) Teil einer Kennzeichnung ist.
3. Überspannungsabieiter nach Anspruch 2, bei dem die ring- förmige Schutzschicht (7) zur Bildung der Kennzeichnung als
Negativdruck (21) ausgebildet ist.
4. Überspannuπgsableiter nach Anspruch 1, bei dem die ring¬ förmige Schutzschicht (7) aus einem lufttrocknenden Einkompo- nentenlack besteht.
5. Überspannungsabieiter nach Anspruch 1, bei dem die Elektroden (3, 4) mit Anschlußdrähten (5, 6) versehen sind, die ebenfalls verzinnt sind.
6. Überspannungsabieiter nach Anspruch 5, bei dem die Elektroden (3,4) und die Anschlußdrähte (5,6) aus Kupfer bestehen und miteinander verschweißt sind.
7. Überspannungsabieiter nach Anspruch 6, bei dem die
Elektroden (3,4) und die Anschlußdrähte (5,6) im noch nicht verzinnten Zustand miteinander verschweißt sind.
8. Uberspannungsableiter nach Anspruch 5 mit für den Einbau in gedruckte Schaltungen abgebogenen Anschlußdrähten, bei dem die Anschlußdrähte (16,18) vor dem Aufbringen der Verzinnung abgebogen sind.
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