WO2006134095A1 - Überspannungsschutzgerät zur hutschienenmontage mit in einem gehäuse angeordneten gekapselten funkenstrecken in zylindrischer bauform - Google Patents

Überspannungsschutzgerät zur hutschienenmontage mit in einem gehäuse angeordneten gekapselten funkenstrecken in zylindrischer bauform Download PDF

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terminal row
spark gaps
overvoltage protection
spark
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Georg Wittmann
Bernhard Krauss
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Dehn + Söhne Gmbh + Co. Kg
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Classifications

    • 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
    • H01T4/06—Mounting arrangements for a plurality of overvoltage arresters

Definitions

  • the invention relates to an overvoltage protection device for DIN rail mounting with arranged in a housing encapsulated spark gaps in a cylindrical design, wherein the surge protection device two oppositeThatan gleichklemm myselfn are provided, in which case a first terminal row Li to L n and N has a second terminal row PE terminals, further comprising internal connection - and connector surfaces and between the spark gaps arranged partitions or separation distances according to the preamble of claim 1.
  • Surge protection devices in a compact design which have a plurality of spark gaps along with peripheral trigger electronics in a plastic housing, belong to the prior art.
  • FIG. 1 represents the prior art briefly explained above, it can be seen which course the currents take in the case of overvoltage.
  • the individual spark gaps are arranged upright so that there is no need to provide an N / PE bridge. Due to the advantage of the omission of the bridge, the present in the prior art electromagnetic force does not occur, so that the structural and mechanical requirements for the stability of the housing are lower with the result a reduced cost in the manufacture of surge protectors in a compact enclosure.
  • the encapsulated spark gaps are fixed as mentioned standing on a first internal connection and connector surface.
  • This first surface extends substantially parallel to the housing bottom of the overvoltage protection device, wherein the first connection and connector surface is in communication with the N-terminal of the first terminal row from the external electrical connection.
  • Second to n-th internal connection and connector surfaces according to Li to L n are in each case with the top of the respective spark gap and the respective Li to L n terminal of the first terminal row in combination.
  • connection and connector surface spark gap namely the N / PE spark gap
  • connection and connector surface on its upper side, which leads to the PE terminal of the second terminal row, the first terminal row at the corresponding Opposite shell side opposite.
  • the Li to L n spark gaps are close to the first terminal row and the PE spark gap is near the second terminal row.
  • the housing of the compact device has a substantially square or rectangular shape and has a bottom trough, wherein the spark gaps are arranged standing in the bottom trough and electrically contacted there.
  • a trigger spring contact is arranged with a corresponding requirement, which is located in a guide recess of the insulating plate.
  • connection and connector surfaces are designed as a metal stamped and bent part and have a high current carrying capacity.
  • Fig. 2 is a schematic representation of the standing arranged, cylindrical spark gaps according to the invention.
  • Fig. 3 is an exploded view of an inventively realized surge protection device arrangement in a compact housing in 3 + 1 circuit.
  • net spark gaps and a likewise arranged N / PE spark gap are assumed to lie side by side in a housing.
  • an N / PE bridge is provided between the network spark gaps and the N / PE spark gap.
  • the current flow which occurs in the case of overvoltage is presented with ii to i 6, wherein particularly problematic, the arrangement is of the parallel conductors in the field of N / PE bridge, which are in the opposite direction flows through the electric power, which arise due to the occurring electromagnetic fields very large repulsive forces that must be picked up by the housing of the spark gap arrangement.
  • the repulsive forces are symbolized by the double arrow representation in FIG.
  • an overvoltage protection device with encapsulated spark gaps in a cylindrical design arranged in a housing three network spark gaps NFS and one N / PE spark gap NPEFS are provided in the case of a 3+ 1 interconnection.
  • the spark gaps are formed as encapsulated, flameproof spark gaps with a cylindrical outer housing and electrical contacts 1 located on the end faces.
  • the encapsulated spark gaps NFS and NPEFS are fixed standing on a first internal connection and connector surface 2.
  • the first internal connection and connector surface 2 runs substantially parallel to the housing bottom 3 of the overvoltage protection device.
  • the first internal terminal and connector surface 2 communicates with the N-terminal of the first terminal row.
  • the further spark gap namely the NPE spark gap NPEFS also has a connection and connector surface 7 on its top, which leads to the PE terminal of the second terminal row, which is opposite to the first terminal row.
  • an insulating plate 8 is arranged as shown in FIG. 3, on which there is a circuit board 9 with the spark gap trigger electronics 10.
  • the compact housing which has a substantially square shape, has a bottom trough 11, wherein in this bottom trough 11, the spark gaps are mounted standing.
  • a trigger spring contact 13 is arranged, which is located in a guide recess 14 of the insulating plate 8.
  • a further, vertically oriented circuit board 15 is provided, which also receives a trigger electronics.
  • another trigger spring contact 16 is arranged, which is in communication with the outer jacket of the spark gap NPEFS.
  • connection and connector surface 7 of the spark gap NPEFS is guided at an angle along a side wall of the base pan 11 and merges into the second clamping row 17.
  • the bottom pan 11 is closed by a hood-like cover 18, which is connected by means of screws 19 with the bottom pan 11.
  • a hood-like cover 18 On the outer bottom of the floor pan 11 are still common locking clamp 20 for the preferred DIN rail mounting of the surge protective device. It should be noted at this point that, of course, a different attachment of the surge protective device is possible without departing from the spirit of the invention described.

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  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Überspannungsschutzgerät zur Hutschienenmontage mit in einem Gehäuse angeordneten gekapselten Funkenstrecken in zylindrischer Bauform, wobei am Überspannungsschutzgerät zwei gegenüberliegende Außenanschlussklemmreihen vorgesehen sind, wobei hier eine erste Klemmreihe Li bis Ln sowie N und eine zweite Klemmreihe PE-Anschlüsse aufweist, weiterhin umfassend interne Anschluss- und Verbinderflächen sowie zwischen den Funkenstrecken angeordnete Trennwände oder Trennräume. Erfindungsgemäß sind die gekapselten Funkenstrecken stehend auf einer internen Anschluss- und Verbinderfläche fixiert. Diese erste Anschluss- und Verbinderfläche verläuft parallel zum Gehäuseboden. Die erste Anschluss- und Verbinderfläche steht mit dem N-Anschluss der ersten Klemmreihe in Verbindung. Zweite bis n-te interne Anschluss- und Verbinderflächen gemäß Li bis Ln stehen jeweils mit der Oberseite der jeweiligen Funkenstrecke und dem jeweiligen Li bis Ln -Anschluss der ersten Klemmreihe in Verbindung, wobei eine weitere, auf der ersten Anschluss- und Verbinderfläche stehende Funkenstrecke eine Anschluss- und Verbinderfläche auf ihrer Oberseite aufweist, welche zum PE-Anschluss der zweiten Klemmreihe führt.

Description

Überspannungsschutzgerät zur Hutschienenmontage mit in einem Gehäuse angeordneten gekapselten Funkenstrecken in zylindrischer Bauform
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Überspannungsschutzgerät zur Hutschienenmontage mit in einem Gehäuse angeordneten gekapselten Funkenstrecken in zylindrischer Bauform, wobei am Überspannungsschutzgerät zwei gegenüberliegende Außenanschlussklemmreihen vorgesehen sind, wobei hier eine erste Klemmreihe Li bis Ln sowie N eine zweite Klemmreihe PE-Anschlüsse aufweist, weiterhin umfassend interne Anschluss- und Verbinderflächen sowie zwischen den Funkenstrecken angeordnete Trennwände oder Trennabstände gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Überspannungsschutzgeräte in kompakter Bauform, welche in einem Kunststoffgehäuse mehrere Funkenstrecken nebst peripherer Triggerelektronik aufweisen, gehören zum Stand der Technik.
Bei einer derartigen Überspannungsschutzgeräte-Ausführung der Firma DEHN + SÖHNE GmbH + Co. KG, Neumarkt, befinden sich in einer Bodenwanne des Außengehäuses liegend nebeneinander mehrere gekapselte Funkenstrecken. Bei einer so genannten 3+ 1- bzw. 1 + 1-Verschaltung liegen die Anschlüsse Li bis Ln der Netzfunkenstrecken und der Anschluss N auf einer Verdrahtungsseite des Geräts, wobei hingegen sich der PE-Anschluss auf der gegenüberliegenden Verdrahtungsseite befindet. Eine derartige Ausbildung der Anschlusselemente ist zum externen Verdrahten eines Überspannungsschutzgeräts von besonderem Vorteil.
Um nun unter Beachtung der notwendigen Verschaltung die gewünschte Funktion des Überspannungsschutzgeräts sicherzustellen, ist es notwendig, eine interne Kontaktbrücke N/PE auszubilden.
Bei einer Prinzipanordnung gemäß Fig. 1, die den vorstehend kurz erläuterten Stand der Technik darstellt, ist ersichtlich, welchen Verlauf die Ströme im Überspannungsfall einnehmen.
Unter Beachtung der Tatsache, dass auf parallele Leiter, welche gegensinnig von elektrischen Strömen durchflössen werden, aufgrund der auftretenden elek- tromagnetischen Felder abstoßende Kräfte entstehen, ist es notwendig, die N/PE-Brücke gemäß dem Stand der Technik sicher im Gehäuse festzulegen, so dass die auftretenden Kräfte beherrschbar sind. Gemäß der Darstellung nach Fig. 1 ist der Bereich zwischen der N/PE-Brücke und der N/PE-Funkenstrecke besonders kritisch, da sich hier die größten Ströme gegenüberstehen. Unter der Annahme, dass U = i2 = i3 = i4 gilt, ist die abstoßende Kraft zwischen der N/PE- Brücke und der N/PE-Funkenstrecke circa 12 mal größer als z. B. die anziehende Kraft zwischen den beiden Netzfunkenstrecken der Pfade Li und L2 unter der Voraussetzung, dass jeweils nur die Felder der direkt benachbarten Ströme berücksichtigt werden.
Da die Kraft zwischen der N/PE-Brücke und der N/PE-Funkenstrecke bei entsprechend großen Strömen aufgrund der Produktbildung gemäß der in Fig. 1 dargestellten Beziehung ebenfalls sehr groß wird, ist bei einer derartigen liegenden Anordnung ein sehr hoher konstruktiver Aufwand an die Gehäusefestigkeit zu stellen.
Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein weiterentwickeltes Überspannungsschutzgerät zur Hutschienenmontage mit in einem Gehäuse angeordneten gekapselten Funkenstrecken in zylindrischer Bauform anzugeben, wobei das Überspannungsschutzgerät auf eine 3+ 1- bzw. 1 + 1-Schaltung zurückgeht. Bei dem zu realisierenden Überspannungsschutzgerät sollen unerwünschte stromflussbedingte Kräfte vermieden werden, so dass der Aufwand für das Fixieren der Funkenstrecken und der notwendigen Anschluss- und Verbinderflächen innerhalb eines Kompaktgehäuses minimierbar ist.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Überspannungsschutzgerät gemäß der Merkmalskombination nach Anspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.
Erfindungsgemäß sind die einzelnen Funkenstrecken stehend angeordnet, so dass nicht die Notwendigkeit besteht, eine N/PE-Brücke vorzusehen. Durch den Vorteil des Wegfalls der Brücke tritt die beim Stand der Technik vorliegende elektromagnetische Kraft nicht auf, so dass die konstruktiven und mechanischen Anforderungen an die Stabilität des Gehäuses geringer sind mit der Folge eines reduzierten Kostenaufwands bei der Herstellung von Überspannungsschutzgeräten in einem Kompaktgehäuse.
Die gekapselten Funkenstrecken werden wie vorerwähnt stehend auf einer ersten internen Anschluss- und Verbinderfläche fixiert. Diese erste Fläche verläuft im Wesentlichen parallel zum Gehäuseboden des Überspannungsschutzgeräts, wobei die erste Anschluss- und Verbinderfläche mit dem N-Anschluss der ersten Klemmreihe vom elektrischen Außenanschluss in Verbindung steht.
Zweite bis n-te interne Anschluss- und Verbinderflächen gemäß Li bis Ln stehen jeweils mit der Oberseite der jeweiligen Funkenstrecke und dem jeweiligen Li bis Ln -Anschluss der ersten Klemmreihe in Verbindung.
Eine weitere, auf der ersten Anschluss- und Verbinderfläche stehende Funkenstrecke, nämlich die N/PE-Funkenstrecke, weist ebenfalls eine Anschluss- und Verbinderfläche auf ihrer Oberseite auf, welche zum PE-Anschluss der zweiten Klemmreihe führt, die der ersten Klemmreihe an der entsprechenden Gehäuselängsseite gegenüberliegt.
Die Li bis Ln-Funkenstrecken sind nahe der ersten Klemmreihe und die PE-Fun- kenstrecke ist nahe der zweiten Klemmreihe befindlich.
Oberhalb der stehend angeordneten Funkenstrecken mit den jeweiligen Anschluss- und Verbinderflächen ist eine Isolierplatte vorgesehen, auf welcher sich eine Leiterplatte mit der Funkenstrecken-Triggerelektronik befindet.
Das Gehäuse des Kompaktgeräts weist in einer bevorzugten Ausführungsform eine im Wesentlichen quadratische bzw. rechteckige Form auf und besitzt eine Bodenwanne, wobei die Funkenstrecken stehend in der Bodenwanne angeordnet und dort elektrisch kontaktiert sind.
Zwischen der Leiterplatte und dem jeweiligen metallischen Mantel der jeweiligen Funkenstrecke ist bei entsprechendem Erfordernis ein Triggerfederkontakt angeordnet, welcher sich in einer Führungsausnehmung der Isolierplatte befindet.
Die Anschluss- und Verbinderflächen sind als metallisches Stanz-Biegeteil ausgeführt und weisen eine hohe Stromtragfähigkeit auf. Durch die Anordnung der Funkenstrecken in stehender Weise mit an den Stirnseiten der zylindrischen Mäntel jeweils befindlichen Anschlusselementen kann bei der gewünschten 3+ 1-Verschaltung ein antiparalleler Stromfluss durch die zum Anschluss und zur Kontaktierung notwendigen Leiter verhindert werden.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine prinzipielle Anordnung von mehreren Funkenstrecken in 3+ 1- bzw. 1 + 1-Schaltung gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 2 eine Prinzipdarstellung der stehend angeordneten, zylindrischen Funkenstrecken gemäß der Erfindung und
Fig. 3 eine Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäß realisierten Überspannungsschutzgeräte-Anordnung in einem Kompaktgehäuse in 3+1- Schaltung.
Bei der Darstellung nach Fig. 1 wird von liegend nebeneinander in einem Gehäuse angeordneten Netzfunkenstrecken und einer ebenfalls liegend angeordneten N/PE-Funkenstrecke ausgegangen. Zwischen den Netzfunkenstrecken und der N/PE-Funkenstrecke ist eine N/PE-Brücke vorgesehen. Der im Überspannungsfall eintretende Stromfluss ist mit ii bis i6 dargestellt, wobei besonders problematisch die Anordnung der parallelen Leiter im Bereich der N/PE-Brücke ist, welche gegensinnig vom elektrischen Strom durchflössen werden, wobei aufgrund der auftretenden elektromagnetischen Felder sehr große abstoßende Kräfte entstehen, die vom Gehäuse der Funkenstreckenanordnung aufgenommen werden müssen. Die abstoßenden Kräfte sind mit der Doppelpfeildarstellung in der Fig. 1 symbolisiert.
Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Überspannungsschutzgeräts mit in einem Gehäuse angeordneten gekapselten Funkenstrecken in zylindrischer Bauform sind bei einer 3+ 1-Verschaltung drei Netzfunkenstrecken NFS und eine N/PE-Funkenstrecke NPEFS vorgesehen. Die Funkenstrecken sind als gekapselte, druckfeste Funkenstrecken mit einem zylindrischen Außengehäuse und an den Stirnseiten befindlichen elektrischen Kontakten 1 ausgebildet.
Die gekapselten Funkenstrecken NFS und NPEFS sind stehend auf einer ersten internen Anschluss- und Verbinderfläche 2 fixiert.
Wie aus der Fig. 3 ersichtlich, verläuft die erste interne Anschluss- und Verbinderfläche 2 im Wesentlichen parallel zum Gehäuseboden 3 des Überspannungsschutzgeräts.
Die erste interne Anschluss- und Verbinderfläche 2 steht mit dem N-Anschluss der ersten Klemmreihe in Verbindung.
Weitere, nämlich die Anschluss- und Verbinderflächen 4, 5 und 6 sind jeweils mit der Oberseite der jeweiligen Funkenstrecke NFS verbunden und führen auf den jeweiligen Anschluss Li, L2 bzw. L3 der ersten Klemmreihe.
Die weitere Funkenstrecke, nämlich die NPE-Funkenstrecke NPEFS besitzt ebenfalls eine Anschluss- und Verbinderfläche 7 auf ihrer Oberseite, welche zum PE- Anschluss der zweiten Klemmreihe führt, die der ersten Klemmreihe gegenüberliegt.
Aus der Darstellung nach Fig. 2 wird deutlich, dass die Funkenstrecken NFS für Li, L2 und L3 nahe der ersten Klemmreihe und die Funkenstrecke NPEFS für PE nahe der zweiten Klemmreihe befindlich ist.
Oberhalb der stehenden Funkenstrecken NFS bzw. NPEFS ist gemäß Fig. 3 eine Isolierplatte 8 angeordnet, auf welcher sich eine Leiterplatte 9 mit der Funkenstrecken-Triggerelektronik 10 befindet.
Das Kompaktgehäuse, welches eine im Wesentlichen quadratische Form aufweist, besitzt eine Bodenwanne 11, wobei in dieser Bodenwanne 11 die Funkenstrecken stehend montiert werden.
Zwischen den Funkenstrecken befindet sich außerdem mindestens eine Trennwand 12. Zwischen der Leiterplatte 9 und dem jeweiligen metallischen Mantel der jeweiligen Funkenstrecke NFS ist ein Triggerfederkontakt 13 angeordnet, welcher sich in einer Führungsausnehmung 14 der Isolierplatte 8 befindet.
Zur optimalen Ausnutzung des Bauraums innerhalb der Bodenwanne 11 ist eine weitere, vertikal orientierte Leiterplatte 15 vorgesehen, die ebenfalls eine Triggerelektronik aufnimmt. Auf dieser Leiterplatte 15 ist ein weiterer Triggerfederkontakt 16 angeordnet, der mit dem Außenmantel der Funkenstrecke NPEFS in Verbindung steht.
Die Anschluss- und Verbinderfläche 7 der Funkenstrecke NPEFS ist abgewinkelt entlang einer Seitenwand der Bodenwanne 11 geführt und geht in die zweite Klemmreihe 17 über.
Die Bodenwanne 11 wird von einem haubenartigen Deckel 18 verschlossen, welcher mit Hilfe von Schrauben 19 mit der Bodenwanne 11 verbindbar ist. An der Außenunterseite der Bodenwanne 11 befinden sich noch übliche Rastklemmmittel 20 für die bevorzugte Hutschienenmontage des Überspannungsschutzgeräts. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass selbstverständlich auch eine andersartige Befestigung des Überspannungsschutzgeräts möglich ist, ohne den Grundgedanken der beschriebenen Erfindung zu verlassen.

Claims

Patentansprüche
1. Überspannungsschutzgerät zur Hutschienenmontage mit in einem Gehäuse angeordneten gekapselten Funkenstrecken in zylindrischer Bauform, wobei am Überspannungsschutzgerät zwei gegenüberliegende Außenanschlussklemmrei- hen vorgesehen sind, wobei hier eine erste Klemmreihe Li bis Ln sowie N und eine zweite Klemmreihe PE-Anschlüsse aufweist, weiterhin umfassend interne Anschluss- und Verbinderflächen sowie zwischen den Funkenstrecken angeordnete Trennwände oder Trennräume, dadurch gekennzeichnet, dass die gekapselten Funkenstrecken stehend auf einer ersten internen Anschluss- und Verbinderfläche (2) fixiert sind und diese erste Fläche (2) parallel zum Gehäuseboden (3) verläuft, wobei die erste Fläche (2) mit dem N-Anschluss der ersten Klemmreihe in Verbindung steht, zweite bis n-te interne Anschluss- und Verbinderflächen (4 bis 6) gemäß Li bis Ln jeweils mit der Oberseite der jeweiligen Funkenstrecke (NFS) und dem jeweiligen Li bis Ln-Anschluss der ersten Klemmreihe in Verbindung stehen, wobei eine weitere, auf der ersten Anschluss- und Verbinderfläche (2) stehende Funkenstrecke (NPEFS) eine Anschluss- und Verbinderfläche (7) auf ihrer Oberseite aufweist, welche zum PE-Anschluss der zweiten Klemmreihe (17) führt.
2. Überspannungsschutzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Li bis Ln-Funkenstrecken (NFS) nahe der ersten Klemmreihe und die PE- Funkenstrecke (NPEFS) nahe der zweiten Klemmreihe (17) befindlich sind.
3. Überspannungsschutzgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb der stehenden Funkenstrecken (NFS / NPEFS) mit den jeweiligen Anschluss- und Verbinderflächen (4 bis 7) eine Isolierplatte (8) vorgesehen ist, auf welcher sich eine Leiterplatte (9) mit einer Funkenstrecke-Triggerelektronik (10) befindet.
4. Überspannungsschutzgerät nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse eine im Wesentlichen quadratische Form aufweist und eine Bodenwanne (11) besitzt, wobei die Funkenstrecken (NFS / NPEFS) stehend in der Bodenwanne (11) angeordnet und elektrisch kontaktiert sind.
5. Überspannungsschutzgerät nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine 3+ 1-Verschaltung mit drei Netzfunkenstrecken und einer N/PE-Funkenstre- cke.
6. Überspannungsschutzgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Leiterplatte und dem jeweiligen metallischen Mantel der jeweiligen Funkenstrecke ein Triggerfederkontakt (13) angeordnet ist, welcher sich in einer Führungsausnehmung (14) der Isolierplatte (8) befindet.
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